公交车报站器的设计毕业设计.doc
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1、公交车报站器的设计目录摘要2Abstract31.引言42.凌阳SPCE061A单片机简介53.系统方案103.1 系统方案论证103.2 系统硬件方案113.3 系统软件方案133.3.1SPCE061A的指令系统和集成开发环境IDE134.模块设置164.1 61板电路设计164.2 61板模块电路分析164.3 键盘模块174.4 液晶显示模块204.4.1 液晶显示模块概述204.4.2 液晶模块外形尺寸214.4.3 液晶模块引脚说明214.4.4 液晶模块串行时序图224.4.5 液晶模块与MCU的连接图234.5 语音模块234.6 SPR4096存储模块265.系统程序275.
2、结束语31总结32参考文献34摘要随着城市人口密度的提高,城市道路变得越来越拥挤,公共交通工具由于具有效率高,价格便宜,已经成为了人们的不二选择。但是由于班次排的过于紧密,人工报站需要耗费大量的人力和财力,公交报站器应运而生。本文介绍了一种公交车报站器的设计原理,以61单片机为核心,通过4*4键盘获取外部指示以控制SPR4096语音芯片电路以及LCD显示的硬件设计和软件设计方案。该系统语音音质好,功能强,成本低,为公交服务提供了一种较好的辅助手段。本文先介绍了凌阳SPECE061A单片机基本原理和开发方法,进而讨论了系统的设计方案和工作原理,接着逐项介绍系统的模块设置以及它们的软硬件组成。系统
3、的模块包括:语音模块、显示模块以及键盘模块。经过调试和仿真运行,使系统在满足设计要求的前提下最终实现了所期待的功能。关键词:单片机,凌阳SPECE061A,系统设计,模块。AbstractWith the increasing density of population,the city is becoming more and more congested.Public transportation has the advantages of high effencience and low price,which is becoming the first choice of indivi
4、duals.Duing to the compact bus schedule and using manual work will definitely cost large amount of human resources and a lot of money,the Bus Automatic Stop Announcer(BASA) comes out.This paper mainly introduced design principles of one BASA.Its microcontroller core is SPECE061A.By using the 4*4 key
5、board as an external command to controll the SPR4096 voice chip circuit and LCD display.The advantages of this system are high quality voice, strong function and low cost which will undoubtely provid a better assistance methord to the bus service system.Firstly, this paper introduces the fundamental
6、 principle and development methods of Sunplus SPCE061A.Then it discusses the design scheme of the system and operating principles.When it comes to next,the paper present the models of the system and their soft and hardware composition one by one.The models include voice model,display model and keybo
7、ard model.This system achieves the expected function and fullfills the requires by debuging an simulating.KEYWORDS: SCM,Sunplus SPECE061A,System design,Models1.引言公交车在日益拥堵的城市交通中显示出了其独有的优势快捷、价钱低廉,并且就人均污染来说,公交车对环境的污染程度比私家车要小得多。但是由于传统的人工报站方式,因其效果太差和工作强度太大,在很多城市已经被淘汰。近年来,单片机控制系统广泛应用在电子、自动化、通信、测控等方面,特别在车辆
8、监控与定位系统的应用中蓬勃发展,公交车报站器也在此时应运而生,从而为市民的出行提供了更加人性化的服务。本文设计的公交车报站器采用的单片机是凌阳SPCE061A,SPR4096存储器,LCD液晶显示模块与4*4键盘制作一个简易的公交车报站器,实现完整播报公交线路的站名,并能在LCD上显示站名和日期、时间的功能。2.凌阳SPCE061A单片机简介SPCE061A是凌阳科技公司研发生产的一款性价比很高的十六位单片机,它采用高性能的nSP内核,具有丰富的硬件资源,并集成了ICE(在线仿真接口),可以直接利用该接口对芯片进行下载(烧写)、仿真、调试等操作。SPCE061A在存储器资源方面内嵌了32K的F
9、LASH ROM,且SPCE061A的外围功能模块丰富。SPCE061A能在2.6V-3.6V工作电压范围内工作,时钟频率为0.32MHz-49.152MHz,较高的工作速度使其能快速处理复杂的数字信号,因而大大地拓宽了其应用领域。SPCE061A内嵌2KB SRAM和32KB的FLASH ROM,有32位可编程的多功能I/O端口;两个16位定时器/计数器;32768Hz实时时钟;低电压复位/监测功能;8通道10位模-数转换输入功能并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式;双通道10位DAC方式的音频输出功能。其特性参数表如下:表2.1 SPCE061A特性参数表工作电压(CPU)VDD 3
10、.03.6V,(I/O)VDDH为VDD5.5VCPU工作频率0.3246.152MHz数据存储器2K Word SRAM程序存储器32K Word FLASH-RomI/O端口2组16位可编程输入/输出端口中断14个中断源,FIQ和IRQ两个中断优先级定时器/计数器两组16位可编程定时器/计数器端口模/数转换器7共通道10位电压ADC和单通道10位声音ADC数/模转换器2过10位DAC输出通道UART一个全双工通用异步串行接口SIO一个同步串行设备接口节电功能具备弱振方式和睡眠方式WatchDog功能具备清除时间周期为0.75s的看门狗其他功能低电压复位、低电压监测、保密功能等SPCE061
11、A的内部模块主要分为:CPU、存储模块、定时器/计数器、ADC、I/O接口、电源电路模块、音频电路。SPCE061A单片机的内部结构如图2.2所示。图2.1 SPCE061A的内部结构图SPCE061A单片机具有一套易学易用且效率较高的指令系统和一个使用方便的集成开发环境。此开发环境支持C语言,可以实现C语言与汇编语言的互相调用,并且提供了用于语音录放的库函数。只要了解了库函数的使用方法,就能很容易地完成语音录放,所有这些都大大方便了软件开发。凌阳61板实物图如图2.2图 2.2 凌阳61板实物图在单片机应用系统中,常常需要将检测到的连续变化的模拟量,如温度、压力、流量、转速、声音、光亮等转换
12、成数字信号才能用单片机中进行处理。这种将模拟量转换成数字量的过程即是A/D转换。许多新型的单片机已经在片内集成了许多A/D和D/A转换器及PWM输出,这样就大大简化了外围电路和编程工作。在这方面,SPCE061A做得很好。ADC的结构及工作原理:unSP单片机的内部集成了一个10位的A/D转换器,它采用逐次逼近式原理实现模/数转换。unSP中的ADC由以下几部分组成:10位数/模转换器DAC0、10位数据缓存器DAR0、逐次逼近寄存器SAR、比较器COMP以及ADC控制寄存器。其输入信号有两个通道:一个由LINE_IN通道输入;另一个由MIC_IN通道输入。MIC_IN一般用于麦克风通道输入,
13、对较弱的信号一般经音频放大器AGC(Automation Gain Control)自动增益控制放大后再进行A/D转换。具体控制参数如表2.2所示。表2.2 A/D转换中的量化和编码B15B14B13 B3B2B1B0控制功能描述Read_muxFALL-Channel_sel1-10位模/数转换未完成-0-10位模/数转换完成-000模拟信号电压通过MICINO输入-001模拟信号电压通过MICIN1输入-010模拟信号电压通过MICIN2输入-011模拟信号电压通过MICIN3输入-100模拟信号电压通过MICIN4输入-101模拟信号电压通过MICIN5输入-110模拟信号电压通过MIC
14、IN6输入-111模拟信号电压通过MICIN7输入SPCE061A内嵌了凌阳科技开发的最新的16位微处理器nSP。它内含有8个寄存器:4个通用寄存器R1R4,1个程序计数器PC,1个堆栈指针SP,1个基址指针BP和1个段寄存器SR。通用寄存器R3和R4结合形成一个32位寄存器MR,MR可被用作乘法运算和内积运算的目标寄存器。此外,SPCE061A有3个FIQ中断和14个IRQ中断,并且带有一个由指令BREAK控制的软中断。 nSP不仅可以进行加、减等基本算术运算和逻辑运算,还可以完成用于数字信号处理的乘法运算和内积运算。CPU及其外围的基本模块构成SPCE061A的最小系统。外围基本模块包括:
15、晶振输入模块(OSC)、锁相环外围电路(PLL)、复位电路(RESET)、指示灯(LED)等。 SPCE061A芯片内部集成了ICE(在线仿真接口),PC机通过Probe(在线调试器)或EZ_Probe(简易下载线)与61板相连,就可以方便地完成程序的下载、调试等。61板为Probe和EZ_Probe各自提供了一组接口,可通过S5跳线来选择使用的接口类型。ICE电路框图如图2.3。图2.3 ICE电路框图3.系统方案3.1 系统方案论证根据设计要求,选用 SPCE061A单片机作为主控芯片,由于这颗芯片是 SOC ,使用较少的外围器件就能实现最小系统。SPCE061A 芯片集成 A/D、D/A
16、 功能,配合语音函数库可以实现语音功能。外围扩展键盘、显示器件,扩展 SPR4096 FLASH芯片存储语音资源。框图如图3.1:图3.1 系统方案框图3.2 系统硬件方案该方案主要包括 SPCE061A 精简开发板、SPR4096 FLASH 存储芯片、44 键盘、12864液晶显示屏。SPCE061A是整个设计的核心控制器件,负责控制液晶屏输出,键盘信息的采集输入和语音资源的播报。液晶屏和 44 键盘主要用作人机交互, 显示报站器的信息,同时利用 16 个按键实现不同的操作。根据设计要求,规划系统硬件结构如图3.2:图3.2 系统硬件结构图其中,SID、SCLK分别为12864液晶显示器的
17、串行数据输入端和时钟输入端,IOB01与SPR4096的SCK和SDA相连接,IOB815与4*4键盘相连接。各键盘的功能作用分配如下:KEY1: “起步” ,用于起步语音提示控制; KEY2: “到站” ,用于到站语音提示控制; KEY3: “上” ,用于跳站和对设置的内容进行递增; KEY4: “下” ,用于跳站和对设置的内容进行递减; KEY5: “行向” ,用于播报行向; KEY6: “音量” ,用于音量控制; KEY7: “时间日历” ,用于播报时间日历和对时间、日历的设置进行控制; KEY8: “设置” ,用于行向、时间和日历的设置状态的控制;KEY9: “切换行向” ,用于行向控
18、制; KEY10-15:用于宣传语和广告词的播放控制3.3 系统软件方案3.3.1SPCE061A的指令系统和集成开发环境IDE同硬件设计一样,软件设计也是分模块进行的。主要包括以下部分的程序:主程序、音频输出子程序、液晶屏显示子程序、存储子程序、按键扫描子程序。各子程序由主程序(main.c)调用,组成一个整体。为了能够体现设计的思路,每个功能都将从原理、所用函数以及程序流程图几个方面分别介绍。在进行系统的软件设计之前,必须熟悉单片机的指令系统和开发环境。在此先对SPCE061A的指令系统与集成开发环境作一个简单的介绍。3.1.11 指令系统在介绍指令格式指令系统以前,把描述指令等一些符号的
19、意义先做如下简单的介绍。RD:目的寄存器或目的存储器指针Rs:源寄存器或源存储器指针;IM6 IM16:6位 16位立即数;A6 A16存储器6位16位常量;Rx-Ry:序列寄存器,X Y为序列号1为最低7为最高;MR:由R4 R3 组成的32位结果寄存器(R4为高字组 R3为低字组);+ - * :加减求补操作符记号;& | :逻辑与 或 异或操作符记号;+ -:指针单位字增量减量操作符;:寄存器间接寻址标志;:任选项;C:进位位;D:非零页数据段寻址标志;/:注释符;#:算术或逻辑操作符;():寄存器或存储单元中的数据;3.1.12 指令格式与寻址方式 指令的格式SPCE061A指令的组成
20、格式不是以字节为单位,而是以16位的字为一个单位,有单字指令和双字指令两种格式,结构较为紧凑。根据操作数的数目又可区分出0、1、2、3四种格式。其指令可分为5大类:数据传送类指令;算术运算类指令;逻辑操作类指令;控制转移及设置指令。伪指令 寻址方式寻址方式象语言中的方言,在不同地方的要表达同一个意思可能会通过不同的腔调,也就是对不同的地点的操作数完成同一类操作可能需用不同的寻址方式。寻址方式包括:立即数寻址:在这种寻址方式中指令格式中包含了操作数,可以立即参与指令规定的操作,所以此操作数被称为立即数。立即数有两种6位(范围0X00-0X3F)和16位(范围0X0000-0XFFFF)。寄存器寻
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