1、毕业论文 文客久久 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 基于单片机的 GPS 语音播报器设计 学 院： 学生姓名： 专 业： 电子信息工程 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 毕业论文 文客久久 基于单片机的 GPS 语音播报器设计 摘要 随着科学技术的不断进步，随着全球定位系统（ GPS），语音芯片，液晶显示的普及，全球定位系统已经在军事和民用领域都得到广泛的应用和发展 , 成为信息时代不可或缺的一部分。而语音报播被广泛应用于银行排队机，公交车站报站器，出租车语音报站器等。但是将GPS 与语 音播报结合起来的应用还很少。 本设计通过将单片机， GPS模块 ,语音芯片，液晶显示等器件组合，
2、将 GPS与语音播报两个功能结合起来，实现一个最小系统，即基于单片机的 GPS语音播报系统。该系统可以利用在关于 GPS的任一个大系统中。该系统可以实时接收全球定位信息，并将信息播报出来或显示在 LCD液晶显示上，既方便，又实用。单片机选用大家都比较熟悉的 AT89C51。 GPS模块选用的是 XY15M。语音芯片选用的型号为 ISD2560，该芯片操作起来比较方便。液晶显示器选择市场上比较流行的 12864，控制方法比较简单 ，总体来说，本设计比较实惠，操作比较简单。 本设计中 GPS模块与单片机的通讯采用串口中断，液晶显示显示 GPS信息为本设计的主程序，语音芯片播报 GPS信息采用的是外
3、部中断方式。即本设计一直在执行液晶显示程序，当串口中断来时，就执行串口中断程序，外部中断来时，就执行外部中断程序，本设计的控制思路比较清晰，设计起来比较方便。 【关键词】： AT89C51， GPS-XY15M 模块 ,12864 液晶显示器，语音播报 毕业论文 文客久久 Abstract With the rapid development of science and technology,Global Positioning System(GPS) voice chip,LCD become more and more popular and been widely used.GPS h
4、as been wide range applied to many fields such as military and civilian,GPS is becoming a integral part of the information age.The Voice newspaper broadcast widely used in bank queue ,The bus station stop,.taxi voice DIAS.However the combination of GPS and voice broadcast application are rarely visi
5、ble. The design constitutes of the microcontroller, GPS module, voice chip, liquid crystal display device, GPS and voice broadcast are combined to achieve a minimal system, which is a single chip GPS voice broadcast system. The system can use any system on the GPS. The system can receive real-time g
6、lobal positioning information, and broadcast the information, or display on the LCD display, which is convenient and practical. MCU selects AT89C51,because we are more familiar with AT89C51. The GPS module is XY15M.voice chip which we select ISD2560, the chip operate more convenient. LCD monitor we
7、select 12864 which is more popular on market, the control method is relatively simple, the whole, this design is relatively affordable, simple to operate. In this design, the GPS module and the microcontroller is used for communication to the serial port interrupt, LCD display GPS information-orient
8、ed design of the main program, the voice chip broadcast GPS information is used in an external interrupt. That the design has been the implementation of the LCD, when the serial interrupt on the implementation of serial interrupt routines, external interrupt, external interrupt program, the design o
9、f the control ideas is clear, it was easier to design. 【 key word】 :AT89C51,The GPS XY-15M module,12864 LCD display,voice broadcast 毕业论文 文客久久 目录 第一章 综述 . 1 1.1 本课题的历史背景和应用前景 . 1 1.2 GPS 定位原理 . 1 第二章 总体方案设计 . 1 2.1 总体方案设计 . 1 2.2 微处理器的选择 . 2 2.3 语音芯片的选择 . 2 2.4 GPS 模块的选择 . 3 2.5 液晶显示芯片的选择 . 3 第三章 硬件电
10、路设计 . 3 3.1 protel 99 se 介绍 . 3 3.2 元器件简介 . 4 3.2.1 AT89C51 . 4 3.2.2 语音芯片 ISD2560 . 5 3.2.3 GPS-XY15M 模块 . 7 3.2.4 LCD12864 . 8 3.3 电路原理图 . 9 3.3.1GPS-XY15M 与单片机硬件连接电路图 . 9 3.3.2 语音芯片与单片机硬件连接电路图 . 10 3.3.3 12864 液晶显示与 单片机硬件连接电路图 . 11 第四章 系统软件实现 . 11 4.1 程序整体流程 . 11 4.2 单片机控制 . 12 4.2.1 定时器 . 12 4.2
11、.2 串口中断 . 13 4.2.3 串口通讯 . 14 4.3 GPS-XY15M 模块控制 . 15 4.3.1 XY15M 的信息输出格式 . 15 4.3.2 单片机的信息接收处理 . 16 毕业论文 文客久久 4.4 语音芯片控制 . 16 4.4.1 ISD2560 内部地址单元寻址 . 16 4.4.2 录放音时 AT89C2051 单片机对 ISD2560 的控制 . 16 4.5 LCD12864 芯片控制 . 18 4.5.1 并行连接时序图 . 18 4.5.2 具体指令介绍 . 18 4.5.3 汉子显示坐标 . 19 4.5.4LCD12864 控制流程如下图所示：
12、. 20 4.5.5 本文 12864 操作流程 . 20 第五章 仿真调试 . 21 5.1 仿真原理图 . 21 5.2 仿真结果 . 22 小结 . 23 致谢 . 24 【参考文献】： . 25 附录一：部分源程序 . 26 附录二：总硬件电路图 . 30 毕业论文 文客久久 第一章 综述 1.1 本课题的历史背景和应用前景 GPS（ Global Positioning System）全球定位系统首先应用于美国国防部，主要是军事部门对海上，陆地和空中设施进行高精度导航和定位。该系统 20 世纪 70 年代初开始设计，1973 年 11 月开始授权研制的海陆空共用的美国第二代卫星导航系
13、统。经过 20 年的研制和开发，总共耗资 20 亿美元，于 1994 年全面建成并投入运行。 GPS 作为最具新时代卫星导航定位系统，具有全球范围性，高精度的导航和定位能力 ，此外还具有较好的抗外界干扰能力以及保密性。因此，发展 GPS 已成为美国乃至全世界现代化导航技术的重要核心，它是美国继航天飞机计划后又一重大科技创举。 GPS 是在子午仪卫星导航系统的基础上发展和建立起来的，并成为美国第二代卫星导航系统。整个系统由 24 颗卫星组成，分为空间部分，地面监控部分和用户接收机三大部分，提供迄今为止最高精度的定位。 GPS 系统自从建成以来，在测量，海空导航，车辆引导，导弹制导，机密定位，动态
14、观测，时间传递，速度测量等方面显示出强大的功能及无比的优越性。而基于 GPS 的语音播报器是 GPS 系统最 基本的应用。但该应用可以用在任何一个大的工程中，只要涉及到 GPS，该系统就可以应用在上面，所以该系统的应用是非常广泛的。 1.2 GPS 定位原理 GPS 定位由三部分组成：空间部分（即 GPS 卫星星座），地面控制部分（即地面监控系统），用户设备部分（即 GPS 信号接收机）。其中地面监控系统站由一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站的主要任务是收集、分析和处理本站和监测站收到的所有资料，计算出每颗卫星的星历和 GPS 时间系统。 GPS 卫星星座： 21 颗工作卫星和 3
15、 颗备用卫星是空间部分的主要构成，空间部分使用 24 颗工作卫 星告诉约 2.02 万千米的卫星组成卫星星座。21+3 颗卫星的运行轨迹都是近圆形轨道运行，周期为 11 小时 58 分。卫星的独特分布使得在全球的任一地方，任一时间都可观测到至少四颗以上卫星，并可以保持较好的定位结算精度的几何图形。这就在时间上提供了连续的全球导航能力。 GPS 卫星星座由 21 颗工作卫星和 3颗在轨备用卫星组成，记作（ 21+3） GPS 星座。 24 颗卫星在 6 个轨道平面上均匀地分布着（每个轨面 4 颗），轨道倾角为 55 度，各个轨道平面间距 60 度。在每个轨道平面内，各颗卫星之间的升交角距相差 9
16、0 度。一轨道卫星上的卫星相比 于西边相邻轨道平面上的相应卫星超出了30 度。为了准确结测算站的三维坐标，至少需要观测到 4 颗卫星。空间系统的每颗卫星沿近圆形轨道绕地球一周的时间为 12 小时，由星载高精度原子钟控制无线电发射机在 “低躁音窗口 “附近发射 L1、 L2 两种载波，向全球的所有用户接收系统连续的播发 GPS 导航信号。 第二章 总体方案设计 2.1 总体方案设计 为了实现 GPS语音播报器功能，即 GPS模块通过串口向单片机发送 GPS-NMEA0183格式报文，当 GPS模块信号稳定且定位成功时会将当前的经度和纬度通过串口发出（ 一般波特率 4800）（波毕业论文 文客久久
17、 特率 可用专用软件原先进行设置） ；单片机通过读取 gps模块发送的报文，解析并转化出实际的经度和纬度储存在内存中；计算出经度和纬度后，将信息显示在 12864LCD上；当按键按下时，单片机控制语音芯片输出声音。所以本设计采用的设计框图如图 2.1所示： 图 2.1 总体设计框图 由上面的框图可知：本设计包括，按键，单片机，语音芯片，液晶显示。其中 GPS实时向单片机发送信息，而单片机为本设计的控制核心，它控 制语音芯片，实现对 GPS信息的播报，同时也控制液晶显示 GPS的时时信息。 2.2 微处理器的选择 近年来，随着科学技术的发展，微型计算机技术日益发展，已经在许多领域得到了广 泛的应
18、用。随着集成电路工艺的发展，出现了单片机、 DSP,ARM等多种单片机。它从 16位到 32位，其中 16位 DSP 适合中高级工控到简单语音 /图片（不含视频）处理；而 32位 DSP适合复杂语音 /图片 /视频处理。本文处理的是简单的语音，所以选用了比较熟悉的 AT89C51.AT89C51 是一种带 4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8位微处理器，又称单片机。它与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于 ATMEL的 AT89C51将
19、8位多功能 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，所以它是是一种高效微控制器，提供了一种灵活性高且价廉多种嵌入式控制系统的方案。 51单片机虽然和 DSP,ARM相比处理速度和运算速度上都比较慢，但它的体积小、质量轻、价格实惠，它的速度可以满足本次设计的要求，因此本设计选择 AT89C51单片机。 2.3 语音芯片的选择 目前市场流行的语音芯片种类繁多，从性价比的角度来说，美国 ISD公司的 ISD系列语音芯片的功能优于其它一些语音芯片。 ISD2560是 ISD系列的其中一种。 ISD2560的录音时间为 60秒，采样频率为 8kHZ，它可以重复录放 10万多次， 是一种永久记忆型语音录音 /
20、放音电路，同频带和音质会有所降低。 ISD2560语音芯片不需要经过 A/D， D/A 转换就可将模拟量数据直接写入单个存储单元；该语音芯片内部集成了大容量的的 EEPROM，不再需要扩展存储器，其控制引脚与 TTL 电平兼容 ，控制简单，集成度高。相比于一般语音电路， ISD2560能较好的真时12864 液晶显示 （带字库） GPS 模块 按键 语音芯片 （ ISD2560） 51 单片机 （ AT89C51） 毕业论文 文客久久 再现语音的自然效果，避免了噪声和失真现象。而本文是想要选用简单的电路实现，而且要得到好的语音播报效果，所以本文选用 ISD公司的语音芯片 ISD2560。 2.
21、4 GPS 模块的选择 由于 GPS很多模块送出的是 RS232电平 , 计算机串行通信也是 RS232电平 , AT89C51单片机的串口采用 COMS/TTL电平 , 因此 , GPS模块与计算机通信可以直接用串口线相连 ,而与单片机接口必须进行 RS232电平和 CMOS/TTL电平的转换。而本文采用的 GPS-XY15M模块，该模块数据输出电平为 TTL串口电平，数据输出格式为 GPGGA, GPGSA， GPRMC等；数据传输速率为 4800、9600；定位精度为 10m圆周误差；它可以直接与单片机相连，不需要 RS232电平转换。 2.5 液晶显示芯片的选择 目前市场的液晶显示芯片
22、数不胜数，从显示内容分字符型液晶和点阵型液晶，从功能上分带字库和不带字库。本文需要时时显示 GPS的地理位置信息，这要求选用带字库的液晶显示。 而 12864带字库的液晶显示是一种具有 4位 /8位并行、 2线或 3线串行多种接口方式，其内部带有 的中文字库包括国标一级和二级简体字库，它是点阵型图形液晶显示模块；其显示分辨率为 128 64,内部带有 8192个 16*16点汉字，和 128个 16*8点 ASCII字符集 .由于该模块具有灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。 12864液晶显示不仅可以显示 8 4行 16 16点阵的汉字 .也可显示图形 .此外
23、它还具有低电压低功耗的特点。由于带有该模块的液晶显示方案与同类型的其它点阵图形液晶显示模块相比较，其硬件电路结构简单，显示程序简洁，而且该模块的价格也稍低于相同点阵的图形液晶模块。因此 本文选用12864带中文字库液晶显示芯片。 第三章 硬件电路设计 3.1 protel 99 se 介绍 Protel99SE是 Protel公司研制开发的基于 Windows平台开发的最新结晶，它由早期protel版本发展而来的基于 windows95/98/2000环境的新一代电路原理图辅助设计与绘制软件。它是目前国内最流行的电子设计自动化软件，该软件采用设计库管理模式，可以进行联网审计，具有很强的数据交换
24、能力和开放性及 3D模拟功能，是一个 32位的设计软件，可以完成电路原理图绘制、音质电路板设计，电路仿真及可编程 逻辑器件设计等，它集成电路设计与开发环境于一体化 . 本设计利用 protel软件画的硬件电路图主要有单片机 AT89C51的最小系统、 GPS XY15M、语音芯片 ISD2560电路、 12864带字库液晶显示及它们的接口电路。由于 AT89C51， ISD2560，GPS-Y15M, LCD12864这些元件在 protel元件库里没有，所以需要自己建立新的元件库，然后添加该库，就可以画该设计原理图了。 毕业论文 文客久久 3.2 元器件简介 3.2.1 AT89C51 （
25、1） AT89C51 引脚分布图及管脚说明 由下图可知 89C51单片 机共有包括 GND,VCC在内的 40 个引脚，但是本文只用了RXD,TXD,INTO三个端口，下面对这三个端口做个介绍。 图 3.2.1 单片机管脚图 RXD:UART 的串行输入口； TXD:UART 的串行输入口，选择这两个端口主要用于与 GPS 串口通信。 INT0：外部中断 0 输入，这个端口主要用于外部中断，。 XTAL1/XTAL2：谐振器端口；选择该端口主要用于单片机正常工作时的时钟电路。 （ 2） AT89C51 单片机电源电路 图 3.2.2 电源电路 AT89C51 的电源为 5V， 加了 5V 的电
26、源，单片机才能正常的工作。 （ 3） AT89C51 单片机复位电路 毕业论文 文客久久 图 3.2.3 复位电路 AT89C5 单片机在启动时都需要复位，使 CPU 及系统各部件处于确定的初状态，并从初态开始工作。 89 系列单片机的复位信号是从 RST 引脚输入到芯片内部的斯密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如 RST 引脚上有一个高电平并维持个机器周期（ 24 个振荡周期），则 CPU 就可以响应并将系统复位。上图为手动复位电路，通过接通一按钮开关，使单片机进入复位状态。 （ 4） AT89C51 单片机时钟电 路 图 3.2.4 复位电路 单片机的时钟电路是有一个晶振及两个电容组成构成稳定的自激震荡器。本文选用的单片机的晶振为 12MHZ，两个电容的取值是 22pf。单片机内部有一个振荡器，它是由 AT89C51芯片内部一个高增益反相放大器组成。 3.2.2 语音芯片 ISD2560 ISD2560引脚分布如下图所示：
