公交车语音报站器毕业论文.pdf

编 号：_审定成绩：_重庆邮电大学 毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于单片机公交车语音报站器的设计 ：重庆邮电大学本科毕业设计（论文）摘要在当今人口越来越多的社会，交通工具是必不可少的，由于交通工具的普及，驾驶员 的疲劳驾驶往往会发生一些不必要的交通事故，而智能汽车是这种情况下的必然产物。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，特别是车辆监控与定位 系统的应用中蓬勃发展。随着经济的持续发展，对公交运输也提出更高的要求。随着我国各 大城市公交公司的人员精减，目前各公交公司都在每辆公交车上只配备了一个司机，进行无 人售票。为了公交系统的安全考虑，目前迫切需要智能化、自动化的公交语音报站系统。结 合专业所学，通过对单片机原理与应用的学习以及公交车报站器系统的分析，确立了单片机 公交车报站与显示控制系统的设计。根据AVR ATme gal28单片机的原理和公交车报站的特点，本文提出了一种用单片机控制 语音芯片进行公交车语音自动报站的方法。同时给出了软硬件设计，解释了单片机在应用过 程中的方法和可能出现的问题。本文主要介绍硬件电路设计和软件设计两个部分，利用 ATme gal28单片机作为CPU进行总体控制，通过Ne ospe e ch语音合成软件建立语音信息，对 语音信息进行自由组合，形成变化多样的语音信息，利用WT588D-28P和25X16 AVSlg组成的 语音模块电路所特有的三线串口控制模式播出语音信息以及提示语音，同时运用LCD 1602液 晶显示屏进行站台信息的显示。当公交车到达某站点，用键盘控制本系统工作，通过语音电 路输出报站、提示、服务、广告等语音信息，单片机同时通过程序读取站数点信息并在LCD16 02 液晶屏上进行显示。该报站器不仅可以提供自动报站，而且对公交车的行车安全提供了一定的保障。且不仅 可以应用到公交车上，还可以应用到火车及长途汽车上，结合LCD液晶进行报站显示，提供 车上的宣传用语及车厢广告等文字服务。【关键词】语音自动报站 ATme gal28单片机 WT588D-28P语音芯片 LCD16 02液晶 25X16 AVSlg-I-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）ABSTRACTWith more and more population in todays society,means of transport is essential,due to the popularity of vehicles,driver fatigue driving are usually unnecessary accidents occur,but smart car is the inevitable outcome of this case.In recent years,microcomputer control system widely used in electronics,automation,communication,monitoring and so on,particularly vehicle monitoring and positioning systems applications to flourish.With the sustained economic development,on the bus transport is also higher demands.As Chinas major cities to streamline bus company staff,all the bus companies are each on a bus with a driver only.In order to transit system security considerations,there is an urgent need for intelligent,automated bus stop announcement system voice.The combination of professional learning,through learning the application of SCM principles and bus DIAS system analysis,established a single chip bus-stop and display control system.According to AVR ATmegal28 microcontroller principles and characteristics of reporting station,this paper introduced a voice chip with a microprocessor controlled,Also gives the hardware and software design methods,both to explain the process of the microcontroller in the application of methods and potential problems.CPU utilization ATmegal28 MCU as an overall control,through the Neospeech established a diverse voice messages,voice information on a free combination,using WT588D-28P and 25X16AVSlg voice module circuit composed of specific the three-wire serial control mode broadcast voice messages and voice prompts,while the use of LCD 1602 display for station information.When the bus reached a site,use the keyboard to control the system work,through the voice circuit,output tips,services,advertising and other information,SCM also read a few station information through the procedure and display on LCD 1602 screen.The DIAS can not only provide Automatic report,but provided some protection of traffic safty.Besides,The DIAS not only can be applied to the bus,can also be used to train and coach,combined with LCD liquid crystal display for reporting stations to provide car and vehicle advertising,promotional language text service.Key words Station report automatically ATmegal28 WT588D-28P LCD160225X16AVSlg-II-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）目录刖 a.1第一章绪论.2第一节公交车的由来和历史.2一、公交车的定义.2二、公交车的历史.2第二节 公交车报站器近年来的研究状况.3一、公交车报站器发展状况.3二、公交车报站器的发展趋势.4第三节课题研究的背景和意义.4第四节设计的主要内容、任务、方法.5第五节本章小结.7第二章设计方案及论证.8第一节公交车报站器的硬件框图.8第二节公交车报站器各部分功能及工作流程.8第三节 设计方案的可行性分析和预期目标.9第四节功能按键的设置.10第五节本章小结.11第三章系统的硬件设计.12第一节整体电路实物图.12第二节单片机控制电路设计.13一、ATme gal28单片机简介.13二、ATme gal28基本组成结构.14三、ATme gal28产品特性.15四、ATme gal28单片机电源的设计.16五、ATme gal28单片机最小系统的设计.17第三节LCD16 02液晶显示电路的设计.18第四节语音输出电路设计.22-III-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）一、语音芯片WT588D-28P简介.22二、芯片封装及引脚功能.23三、三线串口控制模式.24四、音频输出电路的设计.25第五节按键模块电路设计.26一、按键电路设计及工作原理.26二、按键抖动及解决方法.27第六节本章小结.28第四章 系统软件设计.29第一节系统主程序设计.29第二节公交车顺逆向报站程序设计.30第三节服务广告程序设计.31第四节键盘扫描程序设计.33第五节LCD液晶显示程序设计.34第六节三线串口控制模程序设计.38第七节本章小结.40第五章硬件制作和语音录放调试.41第一节制作软件介绍.41一、PR0TEL 介绍.41二、PRO TEL 99SE组成和功能.42第二节语音信息录放调试.43一、语音合成技术简介.43二、语音合成软件的安装及语音录制.44二、语音文件的装载、地址分配、编译及下载.46第三节本章小结.47结 论.48一、论文所做的主要工作.48二、系统设计中的不足之处.48三、系统的应用场合.49四、系统的改进方案.49-IV-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）五、系统设计的个人感触.50致谢.52参考文献.53附录.55一、英文原文.55二、英文翻译.59三、工程设计图纸.61四、源程序.62-V-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）、八、A刖 S公交车行驶在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风景线，对整车外 形乃至色彩都有更高的要求，作为公交汽车还要求有醒目和减少乘务人员劳动 强度的电子报站器，电子显示路牌，无人售票装置，前后电视监视系统等新技 术的采用也越来越普及。公交车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车的报站直接影响 服务的质量。传统由乘务人员人工报站，该方式因其效果太差和工作强度太大，在很多的大城市已经被淘汰。近年来，随着科学技术的日益发展和进步，微型 计算机技术已经在很多领域的到了广泛的应用。在声学领域，微机技术与各种 语音芯片相结合，再加上语音的合成技术，使得汽车自动语音报站器的实现成 为可能，从而为市民提供了更加人性化的服务。鉴于传统公家车报站系统的不 足之处，结合公交车辆的使用特点及实际营运环境，本文设计了一种由单片机 控制的公家车自动报站系统。本文所设计的公交车语音报站系统的硬件设计充分考虑了性价比，用最少 的器件设计出满足要求的硬件电路。本系统的硬件结构主要由AVR系列单片机 ATme gal28 语音录放芯片 WT588D-28P、LCD16 02、25X16 AVSlg 及喇叭等组成。该系统主要通过单片机检测按键，发出语音播报命令，语音录放芯片WT588D 在接收到放音命令后根据单片机发送过来的语音信息地址，对存放的语音数据 进行组合，通过喇叭发出语音信息，实现语音播站功能；另外，在播报站台语 音的同时，单片机及时访问预先设置的路线站台名称所在的地址，通过 LCD16 02,实现站台信息的实时显示。-1-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第一章绪论第一节公交车的由来和历史一、公交车的定义公共汽车，指在城市道路上循固定路线，有或者无固定班次时刻，承载旅 客出行的机动车辆。一般外形为方型，有公交车窗，设置坐位。又称为公交车、公汽或巴士，其中“公交”是公共交通的简称；台湾地区又称为公车、客运或 巴士；在香港和澳门，则多称为巴士（英语中Bus的音译）。一般来说，公共汽车是最为普遍的一种大众运输工具。随着市化和机动化的发展，使城市 人口和地域不断增加，使得对公共交通的需求相应快速增长，要求公共交通企 业投入更多的客车。按照城镇人口每万人拥有0.6辆车统计，现有的城市客车 约26.4万辆，到2010年至少要达到63万辆，平均每年至少要增加34万辆，加上报废更新，平均每年增加5.5万辆。二、公交车的历史公共交通的起源至少可追溯至1826年。当时一位退休军官在法国西北部 的南特（Nante s）市郊开办磨面坊，将蒸汽机排出的热水供人洗澡而兴建公众 浴场，并提供接送市中心的四轮马车服务。当他发现沿途的人们都可以使用他 的公共马车时，便开办穿梭旅馆之间的客车路线，让乘客和邮件于沿途自由使 用。巴黎是公车的先行城市，伦敦继之。1829年7月4日，英国人Ge orge Shillibe e r的公车（O mnibus）出现于伦敦街头，沿新建的新路（Ne w Road）往返柏丁顿Paddington与银行地带，经停约克郡Yorkshire Stingo,每日每 个方向4班。1831年，英国人沃尔特汉考克为他的国家制造出了世界上第一 辆装有发动机的公共汽车。这辆公共汽车以蒸汽机为动力装置，可载客10人,当年被命名为“婴儿号”并在伦敦到特拉福之间试运营。不久，以汽油发动 机为动力的公共汽车代替了蒸汽机公共汽车。最早制造出汽油发动机公共汽车 的是德国的奔驰汽车公司，长途公共汽车则源于美国。1910年一1925年间，美国开辟了许多长途公共汽车路线，连接没有铁路的地区。早期的公共汽车一 般可载客20余人比较舒适。-2-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）公车对社会影响巨大，对城市发展起著最基本的推动作用。公车使市民体 验到彼此间前所未有的接近，也缩短城市和邻近村镇间的距离、往来频繁。19世纪的公车以马匹拉行。当时的路面使公车的舒适度受到限制。有轨 电车的发明使公车遇上了面世以来的第一个劲敌，因为公车行走于凹凸不平的 石路上，电车却在平滑的铁轨上运行。至20世纪初，机动交通的试验取得成功，公车亦开始改以引擎驱动。现 在绝大部分公车仍以柴油引擎为动力。近年有些国家开始研制使用石油气、天然气甚至电力驱动的公交车。第二节公交车报站器近年来的研究状况一、公交车报站器发展状况公交车自动报站器的设计主要是为了弥补传统人工语音报站的落后方式，使进站、出站信息自动播报站名及服务用语等信息，为市民提供更人性化，更 完善的服务。目前，语音报站器技术主要有以下几种：一般语音报站器，到站前有乘务 人员按动进站按钮开始报站，出站时由乘务人员按下出站按钮，开始预报下站 的站名，通过序号来记录各个站点；第二种是门控语音报站器，将开门、关门 时转换信号和语音报站器连接，开门和关门时自动报站；第三种是无线信标语 音报站器，建设复杂，费用高，大部分站点无电源供应，公交车数量多时存在 频率干扰问题，且较为严重，用户修改站点非常不方便，系统维护成本高；第 四种就是GPS自动语音报站器，此报站器是在公交车上安装GPS自动语音报 站器，自动识别站点并报告站点信息，由于报站精准，无需人工操作，无需建 设任何车外设施，被广泛应用。公交车作为人们生活中常用的生活工具，已成为城市的一道重要风景线。就当前公交车报站系统来看，形式还很单一，智能化程度不够，不能为公民提 供更多的服务。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然停留在语音播报上，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LED大屏幕点阵列结构的。LED大屏幕要实现稳定显示需要 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，为此本课题拟开发一款基于单片机控制的公交车到站语音播报与-3-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）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，显示界面清晰内容已于更改可方便的插入各类广告信息，尤其 适用于长途汽车上的中途广告插播。二、公交车报站器的发展趋势公交车报站器在公交事业中占有举足轻重地位，他直接影响到公交车的服 务质量。目前，公交车报站有三种方式：一种通过GPS完成公交车自动报站；第二种通过无线射频NRF401设计无线公交车自动报站系统；第三种采用编码 芯片的公交车自动报站系统设计。第一种基于GPS的方案，目前已经在大多数 的中心大城市投入使用，由于造价、网络覆盖等问题还未大规模的普及；第：种基于无线射频技术的方案，在中小城市也有投入使用，但是其设备必须要在 公交车和每个站台上都进行设置，并且在一个公交运营区内需要建立统一的管 理网络，也存在着一定的缺陷，给站台设定与更改之时带来一定的麻烦，同时 也需要大量的维护耗损；第三种基于编码芯片的方案，是对站点信息预先进行 编码设置，在公交线路既定的前提下，此方案造价相对较低，且操作简易、管 理方便，适合在中小城市及乡镇公交车上使用。在技术和经济条件愈加成熟的 将来，无疑说，基于GPS技术和无线射频技术的公交车语音报站器将是未来的 发展趋势。第三节 课题研究的背景和意义随着城市化进程的加快，公共交通作为城市的基础设施之一，仍然是绝大 多数出行者的首选交通方式。为使得人们特别是为外来旅游、出差、就医、求 职等急需了解本地的公交路线的人提供高效、方便、快捷的公交车系统，让他 们得到自己所需要的各种相关信息，以便减少各种可能产生不必要的交通流 量，提高公交的运作效率，公交自动报站系统便应运而生。在计算机还没有普 及之前公交车报站管理都是由工作人员以人工报站的方式来操作的。随着社会 的进步和计算机科学的迅速发展，便有了公交车自动报站系统的出现。公交应 用系统带给公交企业的将不仅是形象的提升，也是效益的增长。公交车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车的报站直接影响 服务的质量。传统由乘务人员人工报站，该方式因其效果太差和工作强度太大,-4-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）在很多的大城市已经被淘汰。今年来，随着科学技术的日益发展和进步，微型 计算机技术已经在很多领域的到了广泛的应用。在声学领域，微机技术与各种 语音芯片相结合，使得汽车报站器的实现成为可能，从而为市民提供了更加人 性化的服务。鉴于传统公家车报站系统的不足之处，结合公交车辆的使用特点 及实际营运环境，设计了一种有单片机控制的公家车自动报站系统。现今社会，公交事业关乎到大多数城市居民的出行，可公交车上的传统的 人工报站已然不能满足大家对其的要求，主要表现为报站不准确：一般来说，一台公交车上只有一名司机和一名乘务员组成，司机负责驾驶，而乘务员就负 责车票的售卖和站台信息的报告。如此，便会带来由乘务员人为的原因（声音 太小，使得报站不明朗；误报；忘报等），使得不熟悉路线站点或者听觉不好 的乘客不知所措。本课题所设计的公交车报站器，将实现在公交车上实现语音 报站的功能，一键进行语音报站、站名显示、行车起步提醒等功能，能极大幅 度的缩少司机的工作量，从而有效的消除行车安全隐患。也让乘客在乘车时安 心放心，更重要的是舒心。在大城市中，逐渐将GPS报站系统装载到公交车上的今天，手动报站功能 的公交车报站器仍然占有一定的市场份额。手动报站器的优势在于价格低廉，同时又具备GPS报站器的所有报站功能。尤其是在中小型城市的公交车上，应 用手动报站器是最实惠也是最实际的一种方案。本课题所设计的公交车自动报站器实现了其功能的半自动化，需要在司机 的协同操作下，完成进站和出站自动播报站名及服务用语的功能，克服了传统 的由售票员人工报站的缺陷，为市民提供更人性化，更完善的服务。第四节设计的主要内容、任务、方法本设计主要是做一个模拟公交车报站的自动系统：在该设计中运用到了 ATme gal28 单片机、LCD16 02 液晶屏、WT588D-28P 语音芯片、25X16 AVSlg 寄存 器、喇叭以及外围的电路等。本系统的实现过程如下：本设计主要以重庆邮电 大学的校车运行路线为准，假设重庆邮电大学很大，老校门和新校门没有相连,区间设定为老校门到新校门，其间一共设置了 9个站点。首先我们要先录音储 存到语音芯片的存储器SPI-Flash中，然后接通开发板主电源和语音模块电 源，通过已经下载到单片机中的控制程序，在人工按动按键的时候喇叭会对已 经设定的语音按要求播报，另外在LCD16 02液晶上也会对各个站台名称进行显-5-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）示，就这样实现了一个半自动的过程。在设计中我们主要以ATme gal28单片机芯片为系统的控制核心，通过 WT588D-28P语音芯片为主的语音播报模块和LCD16 02液晶屏来实现该设计的 主要的功能；用按键来操作所有功能的具体实现，以及通过对单片机进行编程 来实现对整个系统的控制，达到所谓的自动化效果。目前，在公交车报站方面，也有传统的人工报站，逐渐改变为使用微型控 制器（MCU）控制的语音文字报站系统，本课题设计一个公交车自动报站系统,具体要求如下；（1）可以完整的播报一条公交线路的站名，包括上行线路与下行线路;（2）使用本系统可以进行语音播报，使得报站等服务更加人性化；（3）可以在LCD16 02液晶显示屏上显示所播报的站点名称。本课题的主要设计方案：由于液晶显示器一定低压微功耗、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、为此本设计 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，可方便的插入各类广告信息，尤其适合与长途汽车上的中途广 告插播。设计与制作成本也相对的低廉。设计的系统框图如图1.1所示：图1.1系统框图根据上述设计要求，该系统的硬件设计充分考虑了性价比，用最少的器件 设计出满足要求的硬件电路。本系统的硬件结构主要由AVR系列单片机 ATme gal28 为核心、语音录放芯片 WT588D-28P、LCD16 02.SPI-Falsh 存储芯 片25X16 AVSlg及喇叭等组成。该系统主要通过单片机检测按键，发出语音播 报命令，语音录放芯片WT588D-28P在接收到放音命令后根据单片机发送过来 的语音信息地址，对存放的语音数据进行组合，发出语音信息，实现语音播站 功能；另外，在播报站台语音的同时一，单片机及时访问预先设置的路线站台名-6-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）称所在的地址，以实现LCD对信息的实时显示。第五节本章小结本章主要介绍：公交车及公交车上的语音报站器的概念、由来和发展的概述。通过对它 们的简单介绍，可以拓宽我们的知识视野，以便对本文所设计的公交车语音报 站器的设计和应用领域有一个清晰的认识和理解。本设计的内容、任务、思路方法。本文主要设计一款以AVR单片机 ATme gal28为控制核心，LCD16 02液晶为显示设备，以WT588D-28P语音控制模 块为主的外围语音播报电路，来实现公交车的半自动一键报站和服务语音播报 语音报站器，从而减轻公交车人员的劳动强度和改善公交车的服务质量。-7-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第二章设计方案及论证第一节公交车报站器的硬件框图系统由ATmegal28单片机为控制核心，可以划分为键盘输入、LCD1602 液晶显示、25X16AVSlg资源存储器与WT588D语音控制模块、喇叭等部分组 成。硬件框图如图2.1所示：图2.1硬件框图第二节公交车报站器各部分功能及工作流程本文所设计的公交车半自动语音报站器，AVR单片机ATmegal28为整个 设计的控制核心，主要负责控制LCD 1602界面信息显示的输出、键盘信息的 采集与处理、对语音控制芯片发出语音播报控制指令，从而实现公交车站点的 实时播报。LCD1602显示模块和键盘模块主要起人机界面的作用，显示报站器 的信息，同时向操作者提供友好的操作界面。该课题所设计制作的语音报站系 统的工作流程图2.2所示：-8-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第三节设计方案的可行性分析和预期目标在大城市中，逐渐将GPS报站系统装载到公交车上的今天，手动报站功能 的公交车报站器仍然占有一定的市场份额。手动报站器的优势在于价格低廉，同时又具备GPS报站器的所有报站功能。尤其是在中小型城市的公交车上，应 用手动报站器是最实惠也是最实际的一种方案。本课题的设计主要以AVR ATme gal28单片机为控制核心，来对键盘、LCD液晶、以WT588D-28P为核心的 语音模块进行控制，从而按实际的功能要求实现语音报站器的信息播报。通过 对AVR单片机原理的学习和对本设计课题的认真分析研究，认为本文所述设计 方案是具有可行性的。首先，键盘和LCD液晶为整个系统提供了一个良好的人 机界面；再次，以WT588D-28P为核心的语音模块对报站器所需要的语音信息（站台名称、服务提示信息、广告信息）进行存储，并对其进行内部编址，为 系统控制的软件设计做好准备；最后，通过对ATme gal28单片机编程来实现整 个报站器功能逻辑的控制。本文所制定的系统设计方案预期实现的功能目标如下：1、所设计的系统能够实现公交的顺向报站和逆向报站，并通过LCD16 02 实现相应信息的显示；2、在公交车行进过程中，遇到公交车已过站台忘记播报时:系统能够对-9-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）播报产生的错误有纠错能力；3、在公交车行进过程中或者停靠站点时;系统能够为上下车的乘客提供 相应的语音提示和服务；4、从公交车报站器的实际应用角度出发，报站系统能够提供一定广告信 息的播报。第四节功能按键的设置本文所设计的公交车语音报站系统的设计是半自动化的，即公交车的报站 需要司机来进行操作。系统设置的人机交互界面是通过LCD16 02液晶屏和1x8 的键盘来实现的，在报站过程中，司机只需要对相应的功能按键进行操作就可 以完成站点播报、服务信息播报及广告信息播报的功能。在第一次开机上电后，在LCD16 02液晶上即显示“zhu yi an quan”字样，默认报站按照公交车运行 顺向处理，然后按动键盘上的相应功能按键，即进行报站和显示工作。功能按 键设置如图2.3所示：图2.3功能按键设置-10-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第五节本章小结本章主要通过对所设计公交车语音报站器的系统硬件框图、模块功能、工 作流程、可行性分析以及预期设计目标的描绘和讲述来对课题的设计方案进行 论证，较为准确的说明了本设计课题拟定采用设计方案的可行性和可用性。-11-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第三章系统的硬件设计第一节整体电路实物图图3.1整体电路实物图如图3.1所示，本文所设计的公交车语音报站系统是基于AVRATmegal28 单片机开发板的，用到了板上的ATmegal28单片机、1x8的键盘、JTAG程序 下载调试端口、电源模块等资源。系统设计中除了用到了这些板上资源外，还 外接了语音捽制芯片（外接喇叭）和液晶显示屏。考虑到整个系统的造价和控 制操作的问题，相比LCD12864液晶屏或者LED点阵，LCD1602液晶屏具有 显示质量高、数字是接口、体积小、重量轻、功耗低等优良太特性，是比较好 的选择，但是它不能对汉文字符进行显示，但是能对英文字母和阿拉伯数字进 行显示，因而在显示中，用如图所示的诸如“1 hao zhan”和“zhu yi an quan”的字符来进行代替，同样达成了液晶对信息的显示。主控芯片ATmegal28单 片机对语音控制模块的控制是通过三线串口控制模式实现的，通过按键拨码来-12-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）向语音芯片发出控制命令，从而调用寄存在SPI-Flash存储器25xl6AVSlg中 的语音信息经喇叭而发声。第二节单片机控制电路设计一、ATme gal28单片机简介ATmegal28为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。由于 其先进的指令集以及单周期指令执行时间，ATmegal28的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz,从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmegal28AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的 寄存器都直接与算术逻辑单元（ALU）相连接，使得一条指令可以在一个时钟 周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有 比普通的复杂指令集微处理器高10倍的数据吞吐率。ATmegal28具有如下特点：128K字节的系统内可编程Flash（具有在写的 过程中还可以读的能力，即RWW）、4K字节的EEPROM、4K字节的SRAM、53个通用I/O 口线、32个通用工作寄存器、实时时钟RTC、4个灵活的具有 比较模式和PWM功能的定时器/计数器（T/C）、两个USART、面向字节的两 线接口 TWI、8通道10位ADC（具有可选的可编程增益）、具有片内振荡器的 可编程看门狗定时器、SPI串行端口、与IEEE 1149.1规范兼容的JTAG测试 接口（此接口同时还可以用于片上调试），以及六种可以通过软件选择的省电模 式。空闲模式时CPU停止工作，而SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继 续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外 都停止工作，寄存器的内容则一直保持；省电模式时异步定时器继续运行，以 允许用户维持时间基准，器件的其他部分则处于睡眠状态；ADC噪声抑制模 式时CPU和所有的I/O模块停止运行，而异步定时器和ADC继续工作，以 减少ADC转换时的开关噪声；Standby模式时振荡器工作而其他部分睡眠，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式则允 许振荡器和异步定时器继续工作。ATmegal28器件是以Atmel的高密度非易失性内存技术生产的。片内 ISP Flash可以通过SPI接口、通用编程器，或引导程序多次编程。引导程序 可以使用任何接口来下载应用程序到应用Flash存储器。在更新应用Flash存 储器时引导Flash区的程序继续运行，实现RWW操作。通过将8位RISC CPU-13-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）与系统内可编程的Flash集成在一个芯片内，ATme gal28为许多嵌入式控制应 用提供了灵活而低成本的方案。ATme gal28AVR有整套的开发工具，包括C 编译器，宏汇编，程序调试器/仿真器和评估板。二、ATme gal28基本组成结构单片机嵌入式系统的核心部件是单片机，其结构特征是将组成计算机的基 本部件集成在一块晶体芯片上，构成一片具有特定功能的单芯片计算机一单片 机。一片典型单片机芯片内部的基本组成结构。基本组成结构如图3.2所示：图3.2基本组成结构图从单片机的基本组成可以看出，在一片（单片机）芯片中，集成了构成一 个计算机系统的最基本的单元：如CPU、程序（指令）存储器、数据存储器、各种类型的输入/输出接口等。CPU同各基本单元通过芯片内的内部总线（包括 数据总线、地址总线和控制总线）连接。一般情况下，内部总线中的数据总线宽度（或指CPU的字长）也是标定该单 片机等级的一个重要指标。一般讲，低档单片机的内部数据总线宽度为4位（4 位机），普通和中档单片机的内部数据总线宽度一般为8位（8位机），高档单 片机内部数据总线宽度为16或32位。内部数据总线宽度越宽，单片机的处理 速度也相应的提高，功能也越强。-14-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）三、ATme gal28产品特性 高性能、低功耗的AVR 8位微处理器 先进的RISC结构-133条指令-大多数可以在一个时钟周期内完成-32 x 8通用工作寄存器+外设控制寄存器-全静态工作-工作于16 MHz时性能高达16 MIPS-只需两个时钟周期的硬件乘法器 非易失性的程序和数据存储器-128K字节的系统内可编程Flash寿命：10,000次写/擦除周期-具有独立锁定位、可选择的启动代码区通过片内的启动程序实现系统内编程真正的读-修改-写操作-4K字节的EEPR0M寿命：100,000次写/擦除周期-4K字节的内部SRAM-多达6 4K字节的优化的外部存储器空间-可以对锁定位进行编程以实现软件加密-可以通过SPI实现系统内编程 JTAG接口（与IEEE 1149.1标准兼容）-遵循JTAG标准的边界扫描功能-支持扩展的片内调试-通过JTAG接口实现对Flash,EEPR0M,熔丝位和锁定位的编程外设特点-两个具有独立的预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器-两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器-具有独立预分频器的实时时钟计数器-两路8位PWM-6路分辨率可编程（2到16位）的PWM-输出比较调制器-8 路 10 位 ADC-15-重庆邮电大学本科毕业设计(论文)8个单端通道7个差分通道2个具有可编程增益(lx,10 x,或200 x)的差分通道-面向字节的两线接口-两个可编程的串行USART-可工作于主机/从机模式的SPI串行接口-具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器-片内模拟比较器 特殊的处理器特点-上电复位以及可编程的掉电检测-片内经过标定的RC振荡器-片内/片外中断源-6种睡眠模式：空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby 模式以及扩展的Standby模式-可以通过软件进行选择的时钟频率-通过熔丝位可以选择ATme galO 3兼容模式-全局上拉禁止功能 I/O和封装-53个可编程I/O 口线-64引脚TQFP与64引脚MLF封装 工作电压-2.7-5.5V ATme gal28L-4.5-5.5V ATme gal28 速度等级-0-8 MHz ATme gal28L-0-16 MHz ATme gal28四、ATme gal28单片机电源的设计通过以上对AVRATme gal28单片机结构原理和特性的学习，针对本课题 主控芯片的电源的设计需要，设计了如下的电源供电功能模块。其中，IN5819 为肖特基二极管，它在电源模块中的作用是为电感器在LM7805关断期间提供 通路，同时对外接电源进行整流，而电容C15主要是防止1N5819被击穿，其 保护作用；芯片LM7805内含过流、过热和过载保护电路，可以输出稳定的5V-16-重庆邮电大学本科毕业设计（论文）电压，输入电压需使是纹波电压中的低值点，都必须高于所需输出电压2V以 上，当稳压器远离电源滤波器时，要求用C1；发光二极管D11主要起指示灯的 作用。电源模块电路如图3.3所示：VCC五、ATme gal28单片机最小系统的设计通过对AVR单片机控制原理的学习，本文所述的公交车语音报站器选用了 AVR单片机ATme gal28芯片作为主控芯片，作为整个语音报站器的控制核心。ATme gal28单片机的最小应用系统构成非常简单，只需在XTALK XTAL2 端接石英晶体振荡器及谐振电容；在复位端RESET端口接复位电路；定义单片 机的PA0-PA7端口为输出端口，并分别于LCD16 02的八个数据端口相连，液晶 的RS、RW、EN引脚和单片机的PG 口相连，组成液晶显示电路；定义单片机的 PE 口为带弱上拉的输入端口，外接1x8的带上拉电阻键盘相连；再加上A/D 转换外围电路；其它不用的电源端和接地端可接上22pF小电容和0.Ip F的去 耦电容等，以提高抗干扰能力。另外结合本文公交车语音报站器的设计需要，需要外接一个语音模块，即定义单片机的PB 口为输出端口，采用三线串口控 制方式，单片机PB 口的2、4、5、6号端口分别与外接语音模块的DATA信号、CS信号、RST信号和CLK信号线相连，喇叭接到WT588D语音芯片的PWM+/PWM-两个引脚。如此，便构成了本文所设计的公交车语音报站器的最小控制系统。单片机最小系统电路设计如图3.4所示：-17-重庆邮电大学本科毕业设计(论文)PEOPE1_1011DATA-17PB2PB3；PB4PB5PB6PB7 TOSC