1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 语音报站系统的设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 传统 的公交车由乘务员人工报站，该方式因其效果太差和工作强度太大，已基本淘汰。近年来，随着科学技术的日益发展和进步，微型计算机已经在公 交车上得到广泛的应用。计算机技术与语音技术和 LED 显示技术结合便产生了现在人们流行的公交车语音报站系统，不必要专门的乘务员来报站，从而提高了人们的工作效率。 本课题所设计的语音报站部分，其设计内容主要为以单片机为控制核心，通过 ISD 语音芯片录制人的声音完成报站任务，实现公交车的语
2、音自动报站，即在进站、出站时候自动播报语音提示信息及服务用语，同时显示相关信息 1。 语音报站系统是由语音控制模块、和单片机控制模块三部分组成。 ISD4004语音芯片构成的语音录放电路具有体积小，功耗低，操作方便，声音可以永久保存 ，录放音长度 8到 16 分钟，并且支持随意录放等优点，所以适合语音报站。单片机模块通过对 ISD4004 语音芯片地址位的选择分段来播放录放存储的语音，再由一定的软件程序来实现预期的功能。 汉字显示部分利用简单的外围电路来驱动 16*16 的点阵 LED 显示屏，利用89S51 本身强大的功能，可以很方便的实现与外围存储设备的数据传输，并能利用软件方便的进行显示
3、内容的多样变化。 关键词： 音频信号； ISD4004；语音录放；点阵屏； 74HC154 - 2 - Abstract The traditional bus stop announcement is announced by a bus attendant, it has been basically eliminated because of its poor working and bad intensity.In the recent years, with the increasing development of science and technology and progre
4、ss, Micro-computer has been widely used in buses. Now a popular bus voice-reporting system is combined by computer technology and voice technology, it will not need attendants to report the stations, so that it can improve the efficiency. This topic is designed to stop the voice part of its design e
5、lements to the main microcontroller for the control of the core, through the ISD chip voice to imitate the voice of good points at the completion of tasks and achieve Bus Station Automatic Speech, in the pit stop, the station automatically broadcast voice messages and service terms. Voice Station re
6、ported by the voice control system and microprocessor control module consists of two modules. ISD4004a voice chip voice recorders circuit is small in size, low power consumption, easy to operate, and sound could be permanent preservation, and length of the sound recording8 to 16 mins, and free suppo
7、rt such as audio playback and take advantage of it for voice station reported. SCM modules through the voice of the ISD4004-chip address subparagraph choice to play the voice recorder storage, and then from certain software programs to achieve the desired functionality. When it comes to Display Tech
8、nique. In this topic 89S51 used as a main controller design and use of simple external circuit to drive 16*16 the lattice LED display. Because of 89S51s powerful functions and capacity of internal storage, it is easy to the data transmission equipment and the ability to use the software for the conv
9、enience of a variety of content changes. KeyWords: Phoneticsystem;Isd4004;Audiosignal;Voicerecorders;Dot matrix;74hc154 - 3 - 目 录 1 引言 . 1 2 总体设计 . 2 2.1 语音控制模块的方案设计 . 2 2.2 显示模块的方案设计 . 3 3 硬件设计 . 5 3.1 单片机控制模块 . 5 3.1.1 单片机 89S51 芯片介绍 . 5 3.1.2 单片机最小系统 . 6 3.1.3烧写接口电路 . 6 3.2 语音控制模块 . 8 3.2.1 语音控制工
10、作原理 . 8 3.2.2 ISD4004 语音芯片 . 8 3.2.3 操作模式 . 10 3.2.4 语音模块原理图 . 11 3.3 LED 显示控制模块 . 12 3.3.1 LED 显示控制原理 . 12 3.3.2 显示驱动电路 . 13 3.3.3 74HC154 芯片 . 14 3.3.4 显 示模块原理图 . 15 3.4 电源 模块 . 16 4 软件设计 . 17 4.1 主体程序流程图 . 17 4.2 外部中断 0服务子程序流程图 . 18 4.3 小字库的制作 . 18 5 制作和调试 . 21 5.1 使用的仪器仪表 . 21 5.2 硬件调试 . 22 5.3
11、软件调试 . 22 6 结论 . 22 致 谢 . 23 参考文献 . 24 附录 1 系统实物图 . 25 附录 2 系统总原理图 . 26 附录 3 毕业设计作品说明书 . 27 附录 4 源程序代码 . 28 - 1 - 1 引言 21 世纪是信息化社会，音频转换技术有着良好的发展前景，经转换的信号容易在网络时代传播，可以反复修改及加工，提高了信息传播的灵活性和可靠性。 传统语音组合电路的设计十分复杂，开发工具十分昂贵，语音录制及软件编制工作量巨大，而且组合出来的语音效果也不甚理想，尤其在投资不大的产品、系统中最为突出，从而制约了这一技术的应用和发展。 美国信息存贮器件公司推出的 ISD
12、 系列语音电路采用直接模拟存贮技术，不需要专用开发工具、编程器，它操 作简单，接口灵活，因此深受广大单片机应用人员的欢迎 2。 通过 ISD 系列语音系统，声音就能保留和还原，而且能被选择性地反复播放，也就能让不会说话的各种物品发出声音或开口说话。 随着城市的快速发展，公交线路不时地在进行调整，站名也随之进行变化，而且车载广告也越来越受到商家的重视，因此设计一款能够方便地更换语音信息、播放高质量语音信息的汽车报站器显得越来越重要。传统的汽车报站器都是采用专用语音合成芯片制成的 ,语音合成芯片受信息容量、语音音质的限制，且更换信息需专业设备及人士，因而使研制一种新型汽车报站器显得极 为重要 3。
13、 不过，目前的语音报站系统存在报站时间短、声音含糊不清 ,在嘈杂的公交车上 ,乘客有时听不清站名等缺点。在一些大中城市已经有公交车采用 LED 显示屏显示站名及广告等信息 ,因此 ,本着降低成本 ,简单实用的原则本课题又设计了一种由单片机控制的 LED点阵显示屏及语音播报控制系统 ,实现公交车的语音自动报站及站名显示，给乘客带来极大的乘车方便。 本课题所设计的公交车语音报站系统，其设计内容主要为以单片机为控制核心，通过 ISD 语音芯片录制人的声音很好的完成报站任务，实现公交车的语音自动报站，同时显示进出站名等相 关信息。 - 2 - 2 总体设计 本系统主要为单片机为控制核心，通过 ISD
14、语音芯片使录放声音不断的循环播放，以实现公交车的语音自动报站，即在进站、出站时候自动播报语音提示信息及服务用语，并且在报站的同时显示出该停靠站的站名。 图 2-1 为 是系统的总体框图。 图 2-1 总体框图 2.1 语音控制模块的方案设计 本系统语音模块主要以单片机为控制核心，通过 ISD语音芯片使录放声音不断的循环播放，以实现公交车的语音自动报站。 语音电路是指使用专用的硬件线路，采用数字数字化处理方法（数字音频技术）来实现语音信号的录放，合成和识别的集成电路。所谓数字音频技术是指模拟声音信号通过采样，量化和编码过程转换成数字信号，然后再进行记录，传输以及其他加工处理；在重 放时再将这些记
15、录的数字音频信号还原为模拟信号，获得连续的声音。数字音频技术包括 3个步骤来获得声音 4。 1.采样是指用每隔一定时间间隔的信号样本值序列代替原来在时间上的连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。 2.采样把模拟信号变成了时间上离散的样值序列，但每个样值的幅度仍然是一个连续的模拟量，因此还必须对其进行离散化处理，将其转换为有限个离散值，才能最终用数码来表示其幅值。这种对采样值进行离散化的过程称为量化。 语音模块 按键控制 单片机 显示模块 电源模块 - 3 - 3.模拟信 号经采样和量化已完成时间和幅度的离散化，得到一系列离散样值，剩下的最后一个步骤就是要实现把离散的样值变化成对应的数字信
16、号代码，这种变换称为编码，其相反的过程称为译码 5。 语音电路因其体积小巧，电路简单，价格低廉，使用方便等优点而广泛应用于各行各业，例如，汉语报时时钟，留言门铃，公共汽车的语音报站等。从功能及用途来分，大致可可分为语音合成电路，语音识别电路及语音录放电路。 1.语音合成电路 语音合成电路播放的是预先以数字代码形式存储于掩膜 ROM 中的语音信号，但是一次“写入”后则不能更改。语音合成电路具有成 本低，适合小批量生产，有分段，重复放音，脉冲或电平触发方式。但其生产周期长，不可修改的缺点不适合课题的思想。 2语音识别电路 语音识别电路是更高层次的语音电路，它的成功应用，将令人类实现真正意义上的人机
17、对话，即双向对话功能。语音识别电路是预先将要识别的语音提取其特征信息，并建立一定的语音模型，经数字化编码存储在语音载体中，作为语音识别的依据，将接受到的语音与其比较后识别结果，最后去控制执行电路工作。 3.语音录放电路 语音录放电路主要由语音处理器和数字存贮器两部分构成，工作过程简述如下：录音时，声音由话筒 转换成模拟信号，并经模数转换成数字信号存贮在数字存储器中。放音时，由数字信号转换成模拟信号，并通过扬声器使原音恢复。其他种类语音电路则没有其优点。 语音录放电路按其存储器的不同有几个类型： 1.动态存储器式语音集成电路，优点是成本低，直接存储等，缺点是需长期供电保持信息。 2.静态存储器录
18、放电路，耗电小，短时间内可断点保护，但成本较高。 3.单片永久记忆型语音电路，采用的存储器为 E2PROM，不怕断点，信息可永久保存，零功耗存储。能较好的保留语音信息中的有效成分，提高录放音的清晰度。 4.智能型单片语音录放电路采用 低电压工作方式，录放时间为 14 分钟，在语音编辑组合方面有独到之处。 5.快闪存储器的语音录放电路，将 DSP 数字信号处理技术，与新型快闪存有效结合。具有体积小，功耗低，操作方便，声音可以永久保存，录放音长度 30- 4 - 分钟以上等优点 6。 出于对综合因素的考虑，语音模块就选择以语音录放电路为主电路。 2.2 显示模块的方案设计 结合本课题的设计要求，适
19、合的显示方案有以下 3种。 1.LED 点阵显示屏设计方案：整个站牌由 LED 显示屏构成，站点信息在点阵屏幕上显示，并且可以以静态的方式固定显示站点或者以动态的方式轮流显示 所有的站点。系统通过互联网可以进行跟新、升级。这种方案的优点是：成本相对比较低，能及时动态的显示站点信息，显示的信息容量也比较大，便于远程控制和升级。缺点是：受目前 LED 显示技术的限制，对于图像和视频显示的效果不是很理想。 2.CRT 监视器设计方案：在站牌处安装一小型彩色监视屏，将站点信息显示在 CRT 监视器上，进行人工查阅。站点信息放在存储器内，通过无线广播的方式进行数据跟新。这种方案的优点：成本比较低，可以采
20、用淘汰下来的电视机作为监视器；缺点是：耗电量巨大， CRT 显示器在阳光下的显示效果不理想。 3.液晶 显示器（或者等离子）设计方案：由液晶（等离子）显示器构成站牌，不但能显示站点信息，还可以显示图像或者视频信息，缺点成本太高，数据传输量巨大，不适合推广使用 7。 通过比较上述三种方案，可以发现 LED 点阵显示方案有很大的可行性，而且其系统的升级也比较方便，便于推广使用，适合本课题的要求。 - 5 - 3 硬件设计 本系统硬件主要有四大模块组成： 单片机控制模块 、 语音控制模块 、 显示模块 和电源模块 。 3.1 单片机控制模块 单片机 89S51的组成结构中包括运算器、控制器、片内存储
21、器、 4个 I/O口、串行口 、定时器 /记数器、中断系统、振荡器等功能部件。 3.1.1 单片机 89S51 芯片介绍 图 3-1 89S51引脚图 其中 P0口（ 3932脚）： P0.0P0.7统称为 P0。在不接片外存储器与不扩展 I/O口时可做为准双向输入 /输出口。 P1口（ 18脚）： P1.0P1.7统称为 P1口。可作准双向 I/O口使用。 P2口（ 2128脚）： P2.0P2.7统称为 P2口。一般可作准双向 I/O口使用。 P3.0P3.7统称为 P3口。除可作准双向 I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且 P3口的每 P3口的每一条 引脚均独立定义为第一功能
22、的输入输出或第二功能。 ALE/PROG（ 30脚）：地址锁存有效信号输出端。 ALE在每个周期内输出两个脉冲。 PSEN（ 29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。 PST/VPD - 6 - （ 9脚）：为单片机的上电复位或掉电保护端。 EA/VPP（ 31脚）： EA为片外程序存储器选用端。 3.1.2 单片最小系统 本模块采用 MCS-51 系列单片机芯片作为处理器。一般来说，单片机的最小系统包括电源（地），晶振（一般使用 11.0592M 或者 12M），复位电路。有了以上三块内容，单片机就能 够工作了。 AT89C51 内部集成 4 KB 只读存储器。采用CHMOS工
23、艺技术，且与 MCS-51产品相兼容。内部集成通用的 8位 CPU和 Flash RAM。其应用范围广，性能良好，可用于解决复杂的控制问题。利用 AT89C51 的 I O端口对传感器信号进行实时监控来控制 ISD4004语音器件的语音播放和 LED的显示 8。 如图 3-2是较为常见的单片机最小系统图。 图 3-2 单片机最小系统 1.时钟电路 单片机的时钟产生有两种方法：内部时钟方式和外部时钟方式。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振 荡电路。 AT89 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容 C1 和 C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为 12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值通常取
