单片机公交车到站语音播报与液晶显示控制系统的研制

朱奕丹,黄志明,吴　彬

(集美大学信息工程学院　福建厦门　361012)

摘　要:分析了目前常见的公交车报站系统的主要缺陷,介绍了单片机公交车到站语音播报与液晶显示控制系统各功能模块的设计思想,给出了系统软件流程图及硬件电路框图。系统功能完全符合设计要求,具有较好的实际应用价值。

关键词:单片机控制;液晶显示;语音芯片;键盘控制

中图分类号:TP271　　　　　文献标识码:B 　　　　　文章编号:1004373X (2006)1115303

R esearch on Pronunciation B roadcasts of Bus to Stand and Liquid crystal Display

in Single Chip Control System

ZHU Y idan ,HUAN G Zhiming ,WU Bin

(College of Information Engineering ,Jimei University ,Xiamen ,361012,China )

Abstract :This article analyzes the present common public transportation vehicle newspaper station system ′s main flaw ,in 2troduces the design thought of pronunciation broadcast the newspaper and the liquid

crystal display control system various

functions module single chip control system ,produces the system software flow chart and the hardware electric circuit dia 2gram.The system f unction completely conforms to the design requests ,it has better actual application value.

K eywords :single chip control ;liquid crystal display ;pronunciation chip ;keyboard control

收稿日期:20051123

1　目前公交车报站系统的主要缺陷

随着城市公交事业的迅速发展,对公交车报站系统的功能要求进一步提高。但目前许多公交车报站系统仍仅停留在语音播报上,这给听力不好的乘客带来不便;而有的公交车报站系统虽然有屏幕显示功能,但其显示器基本上是采用L ED 大屏幕点阵列结构的。L ED 大屏幕要实现稳定显示需遵循动态扫描规律,存在着扫描驱动电路较为复杂、信号传输线多、抗干扰性能差等缺点。由于液晶显示器具有低压微功耗、平板型结构、显示信息量大、易于彩色化、没有电磁辐射、寿命长等显著优点,为此我们开发了基于单片机控制的公交车到站语音播报与液晶显示控制系统。该系统具有体积小、重量轻、功能完善、操作方便、可移植性强等优点,显示界面清晰、内容易于更改,可方便地插入各类广告信息,尤其适用于长途汽车上的中途广告插播。2　系统设计要求简介

(1)不同站点有不同的语音播报内容,液晶显示屏能

依次准确、同步地显示到站站名、欢迎用语等。

(2)设有站号手动调整功能,即各个站点均用一个数字号码表示。当公交车实际到站与所显示的号码不同时,可手动按前进键或后退键以调整站号。

(3)根据行驶路线长短及需求在显示屏上插播各类

广告信息。

3　系统功能模块设计3.1　液晶显示与控制部分

用于字符显示控制与驱动的IC 芯片是G DM12232E 模块。G DM12232E 模块不仅可以显示字符,还可以显示图形。模块由控制部、驱动部、接口部3部分组成。控制部是G DM12232E 的核心,他产生G DM12232E 内部的工作时钟,控制字符发生器CGROM ,CGRAM ,显示存储器

DDRAM 的工作状态。驱动部具有液晶显示驱动能力和

扩展驱动能力。接口部是G DM12232E 与计算机或单片机的接口,由I/O 缓冲器、指令寄存器和译码器、数据寄存器、“忙”标志BF 触发器等组成。本系统数据传输形式为

8位。G DM12232E 的读/写操作时序由使能信号E 完成;

对读写操作的识别是判断R/W 信号上的电平状态,R/W 信号的宽度要大于E ;RS 信号用于识别数据总线的数据是属于指令代码还是属于显示数据。接口部信号端的逻辑功能如表1所示。

单片机与液晶显示模块的连接采用了间接访问方式,即把液晶显示模块作为终端与单片机的并行接口连接,单片机通过对该并行接口的操作间接实现对液晶显示模块的控制。图1给出了硬件连接电路,使用了A TC51的

P1口和部分P2口作为并行接口与G DM12232E 相连接。

程序设计满足不同站点有不同的显示内容,通过与语音输

3

51《现代电子技术》2006年第11期总第226期　电子技术应用

出等模块进行联调,实现依次准确、同步地显示到站站名、欢迎用语等功能要求。限于篇幅,下面仅给出液晶显示模块的一小段程序。

表1　接口嘀嗒信号端的逻辑功能

RS R/W E

DB7～DB0

功能00下降沿

输入态写指令代码01高电平输出态读BF 及AC 值

10下降沿输入态写数据1

1

高电平输出态

读数据

图1　液晶显示模块接口电路

　　(1)程序初始化部分

IN T :

MOV P1,#30H ;工作方式设置指令代码

CL R RS ;RS =0CL R R

;R/W =1MOV R2,#03H ;循环量=3

IN T1:SETB E ;E =1CL R E

;E =0

L CALL DEL A Y ;调延时程序DJ NZ R2,IN T1MOV P1,#30H ;设置工作方式

SETB E ;E =1CL R E

;E =0MOV COM ,#01H ;清屏L CALL PR1

MOV COM ,#06H ;设置输入方式L CALL PR1

MOV COM ,#0CH ;设置显示方式

L CALL PR1

RET

(2)汉字显示程序

L CALL

IN T

;调用初始化子程序

MOV COM ,#01H ;清屏

L CALL PR1

MOV COM ,#10H L CALL PR1

MOV COM ,#06H ;设置输入方式L CALL PR1

MOV COM ,#080H ;设置DDRAM 地址L CALL PR1

MOV DP TR ,#TABCR ;设置字表首地址

MOV R2,#0A H ;循环量设置

MOV R3,#00H CR 1:MOV A ,R3

MOVC A ,@A +DP TR ;取字符代码

MOV DA T ,A L CALL

PR2

;写数据

INC R3

L CALL DEL A Y ;调用延时DJ NZ R2,CR 1MOV COM ,#090H ;第2行显示开始L CALL PR1

MOV DPTR ,#TABCR2;设置字表首地址

MOV R2,#10H MOV R3,#00H CR 2:MOV A ,R3

MOVC A ,@A +DPTR ;取字符代码

MOV DA T ,A L CALL PR2INC R3

L CALL DEL A Y DJ NZ R2,CR 2MOV R2,#30H MOV COM ,#18H X1:L CALL PR1

MOV R3,#8H ;右移特效X2:L CALL DEL A Y ;移动延时

DJ NZ

R3,X2

DJ NZ R2,X1S J MP ＄TABCR :

DB 0D2H ,0BB H ,0D6H ,0D0H ,0D5H ,0B EH ,0B5H ,0BD H ,0C1H ,0CB H

TABCR2:

DB 20H ,20H ,20H ,20H ,

DB C7H ,0EB H ,0B4H ,0D3H ,0BA H ,0F3H ,0C3H ,0C5H ,0CF H ,0C2H ,0B3H ,0B5H ;

DB 20H ,20H ,20H ,20H ,20H ,20H ,20H ,20H ,20H ,20H ;DEL A Y:MOV R6,#00H MOV R7,#00H NOP ;DEL A Y1:DJ NZ R7,DEL A Y1DJ NZ R6,DEL A Y1RET ;

将上面两段程序合起来实现了文字的显示与滚动。所显示的文字内容是“一中站到了,请从后门下车”。3.2　语音输出与控制部分

单片机应用系统中语音接口的基本特点是:语音输出的许多词汇是相同的,如操作提示、运行结果报告等。根据这一特点,为了节省语音芯片的容量以降低硬件成本,

在设计中可充分发挥单片机的控制功能,根据系统的实时状态结果,自动选择合适的语音词汇或语音段灵活组合输出。本系统采用的ISD1420语音芯片由于容量不足,因此在软件设计上采用了部分语音共用的方法,例如“一中站到了,请从后门下车”中的“站到了,请从后门下车”就是各个报站均要用到的词语,可以做为子程序重复调用。

ISD1420与单片机的接口电路如图2所示,D6控制放音开

始,D7控制录音、放音选择,A0,A1固定接0V 。

A TC51的输出数据D0～D7与ISD1420录放控制码的

对应关系见表2,共分40段,每段时间长度为015s 。

另外,加入了功率放大电路来实现语音的放大,所采

4

51汽车电子朱奕丹等:单片机公交车到站语音播报与液晶显示控制系统的研制

用的功率放大器是L M386。在6V 电源电压下,其静态功耗仅为24mW ,使得L M386特别适用于电池供电的场合。

L M386电压增益内置为20,但在1脚和8脚之间增加一

只外接电阻和电容,可使电压增益最大增至为200

。

图2　ISD1420与单片机的接口电路

表2　AT C51的输出与ISD1420录放控制码的对应关系

A TC51D7D6D5D4D3D2D1D0ISD1420RD PL A7A6A5A4A3A2

分段段控制码

录音01000000第0段

40H 0

1000001第1段41H

……

……………………

01100110第39段66H 01100111第40段67H 放音10000000第0段80H 1

0000001第1段81H

……

……………………

10100110第39段A6H 1

1

1

1

1

第40段

A7H

3.3　键盘控制与站号显示部分

系统利用了A TC51的P210～P214来构成键盘的

2×3阵列。设有6个按键即启动/关闭键、复位键、宣传

键、播放键、前进键、后退键。为方便司机操作,还设计了数码管显示站号电路。

启动/关闭键:设计成“状态型”的按键,按一下,

系统启动,再按一下,系统关闭。当系统处于启动状态时,按前进键或者后退键可以直接触发液晶显示屏显示及语音播报其相应内容;当系统处于关闭状态时,通过按前进或后退键可以实现站号的快速调节。这是因为如果当前数码管显示站号(各停靠站均指定一个“站号”,司机早已熟悉)与实际到站不符合时应及时进行手动调整,否则此时液晶显示屏显示的信息及语音播报的内容就是错误的。

复位键:将当前站号变为0,液晶显示屏同时显示“欢迎乘坐公交21路车”。

宣传键:按该键,显示有关宣传用语。

播放键:显示与播报相应内容(无论启动键是否按下,该键都有效)。

前进键:将当前报站数加1,如启动键已开启,则可直

接显示与播报下一站内容。

后退键:将当前报站数减1,如启动键已开启,则可直接显示与播报下一站内容。

图3给出了键盘控制的程序流程图,通过该流程图实现了6个按键的输入扫描,并把键盘输入转换为数字存储在寄存器R0内。

图3　键盘程序流程图

4　系统软硬件综合设计

A TC51单片机有

P0,P1,P2,P3四个I/O 端口。由

于外围电路比较多,所以要合理的利用端口,同一个器件尽量使用同一个I/O 端口。根据这个原则,各模块电路与单片机的接口分别是:语音芯片使用P1口,液晶显示模块使用P0口和P2口的P215,P216,P217,键盘输入使用

P210～P214,数码管显示使用P3口的P310,P311,P312,P313。因为P2口有3个位被液晶显示模块使用,所以写

键盘程序时须注意屏蔽P2口的高3位。系统硬件电路框图如图4所示。

图4　系统硬件电路框图

(下转第158页)　

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51《现代电子技术》2006年第11期总第226期　电子技术应用

通过示波器测量其输出波形参数,得到频率为1k Hz ,幅度为5V ,占空比为60%,

与设计参数相符。

图5　555定时器构成的脉冲信号发生器

去掉图3中的V 1,将脉冲信号发生器的输出端接入图3中触发器U4A 的3脚和U4B 的11脚。在仿真工作

平台上借助于各种仪器仪表进行调试,可以观察到预期的仿真结果。仿真完毕还可以从Multisim 8的工具栏的“In

Use List ”下拉框中统计出该电路所用的元件清单。同时

也可以直接将仿真电路原理图导入与Multisim 8配套的制板软件U1tiboard 中进行PCB 布线制板。

用传统的设计手段来完成一个具体电路的构思却又没有足够的把握时,通常只能在面包板或万能板上用实际的元件和导线去连接实验电路,然后进行测试、调整,往往面包板会接触不良,一旦出错就不得不在布满密密麻麻的元件和导线的板子上,一根一根地检查,一个一个地替换元件以调整参数。而从上面利用Multisim 8对铁路和公路平交道口的交通控制器进行设计,可看出利用EDA 仿真设计软件,只要点击鼠标轻轻松松地构建电路,修改元件参数,以实现对具体电路的仿真,从而大大提高设计效率和降低设计成本。

参　考　文　献

[1]黄智伟,李传琦,邹其洪.基于Multisim 2001的电子电路计

算机仿真设计与分析[M ].北京:电子工业出版社,2004.

[2]李良荣,罗伟雄.现代电子设计技术———基于Multi 2

sim7&Ultiboard 2001[M ].北京:机械工业出版社,2004.

[3]周凯,郝文化.EWB 虚拟电子实验———Multisim 7&Ulti

board 7电子电路设计与应用[M ].北京:电子工业出版

社,2005.

作者简介　谭永红　女,1959年出生,实验师。毕业于西南交通大学电子电器专业。

雷　跃　男,1958年出生,实验师。毕业于北京交通大学自动化专业。

　　(上接第155页

)图5　系统程序流程图

系统软件包含键盘控制模块、液晶显示控制模块、语音播报控制模块、站号手动调整模块等。上述模块即各自,又互为关联,例如按下播放键,语音播报开始,同时

液晶显示屏同步显示相应信息,数码管显示相应站号。因此,须进行各软件模块的综合调试及系统软硬件联调。系统软件流程图如图5所示。5　结　语

本文所设计的单片机公交车到站语音播报与液晶显示控制系统已研制成样机,功能完全符合设计要求,应用于单片机毕业设计与实验教学的演示。若是应用于实际公交车上,其系统开发的基本思路是相同的,所要做的主要是增大语音芯片的容量及液晶显示屏幕的尺寸等。基于上面提出的许多优点,因此本系统具有较好的实际应用价值。

参　考　文　献

[1]任致程.语音录放和识别集成电路应用与制作专例[M ].北

京:人民邮电出版社,1999.

[2]李维諟,郭强.液晶显示器件应用技术[M ].北京:机械工业

出版社,1993.

[3]公茂法.单片机人机接口实例集[M ].北京:北京航空航天

大学出版社,2002.

　　作者简介　朱奕丹　女,1958年出生,副教授,集美大学信息工程学院自动化教研室副主任。担任《单片机原理及应用》、《EDA

技术》等课程的教学工作。

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51汽车电子谭永红等:基于Multisim 8设计的平交道口交通控制器