毕业设计-公交车智能语音播报系统设计(含中英译文-代码).doc

摘 要本文介绍了一种利用红外遥控技术，模拟公交车红外控制报站系统。采用单片机SCT89C52作为控制核心，语音芯片ISD1700实现语音的存储和回放，LCD12864进行汉字显示，设计了公交车控制报站系统，实现了公交车站台语音播报、液晶显示和站台语音播报与液晶显示双重功能。系统主要通过STC89C52单片机做为主芯片，通过红外遥控器把信号传给STC89C52单片机，启动LCD12864显示站名，同时应用语音模块播报站名。整个系统硬件设计包括键盘控制模块、语音播报模块、液晶显示模块、红外控制模块。红外控制模块又分为红外接发送和红外接收模块。关键词单片机；公交车报站；语音播站；液晶显示；红外遥控AbstractThis paper introduces a kind of using infrared remote control technology, the simulation bus stops infrared control system. Adopts singlechip SCT89C52 as control core and pronunciation chip ISD1700 realize voice of storage and playback, LCD12864 on Chinese character display, design the bus stops control system, realized the bus station speech broadcast, LCD display and platform speech broadcast and LCD double function. System mainly through STC89C52 microcontroller do give priority to, updatedand infrared signal to STC89C52 microcontroller, start LCD12864 display of the station, and pronunciation module broadcasts stops. The whole system hardware design including keyboard control module, speech broadcast module, LCD module, infrared control module. Infrared control module is divided again after sending and receiving infrared infrared module. KeywordsMicrocontroller Bus stops system Speech broadcast station LCD display Infrared remote control目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1课题背景11.2设计要求11.3系统开发环境及主要使用11.3.1STC89C52简介21.3.2Keil2编程软件简介21.4论文的工作内容及论文的结构3第2章 方案分析与论证42.1无线接收模块的分析与论证42.2控制模块的分析和论证42.3干扰的简述与产生52.4本章小结7第3章 系统的硬件设计83.1系统的总体分析83.2ISD1700语音模块93.2.1ISD语音模块简述93.2.2ISD1700语音语模块应用及引脚说明93.3液晶模块133.3.1LCD12864特性133.3.2模块说明143.4红外按键控制模块173.4.1按键电路的设计183.4.2判键及其接口电路设计193.4.3键盘的工作方式213.4.4外部晶振的选用213.4.5复位电路223.5硬件抗干扰技术233.6本设计总体原理图253.7系统的硬件实物图263.8本章小结26第4章 系统的软件设计274.1系统软件的总体设计274.2遥控模块的软件实现284.2.1按键控制部分284.2.2遥控发送部分294.2.3遥控接收部分304.3液晶模块的软件实现324.4语音模块的软件实现334.5软件抗干扰技术334.6程序设计334.7本章小结33第5章 系统测试335.1系统联机前的静态调试335.2联机仿真调试335.3整体系统调试过程335.4本章小结33结论33致谢33参考文献33附录133附录233附录333IV第1章 绪论1.1课题背景近年来，随着社会经济的持续发展，城市交通已成为人们外出时最为关注的事情。公交车也成为城市交通中一道亮丽的风景。公交车也为外出的人们提供了方便快捷的服务。但是随着我国各大城市公交公司的人员精减，而且对公交运输也提出更高的要求。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，需要对自动化的公交语音报站系进一步完善。因为公交车的报站方式直接影响到服务的质量和整个城市的整体面貌。传统报站方式是由乘务人员进行人工报站，因方言或拥挤等情况，该方式工作强度太大其效果往往也太差。虽然很多城市都使用最简单的智能语音播报系统。但这些公交车报站系统仅停留在语音播报上，这给听力不好的旅客带来不便。而有的公交车报站系统虽然有屏幕显示功能，但其中显示器基本上是采用LED大屏幕点阵列结构完成。LED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。为此本次毕业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。1.2设计要求在本次课题中，主要是使用STC89C52单片机为核心，设计一个公交车自动报站系统。要求用红外遥控控制，实现当公交车靠近站点时用文字显示站名，同时也相应的进行语音播报。这样不仅给视力不好的顾客带来方更，也给听力不好的乘客带来更大的方便。1.3系统开发环境及主要使用软件条件：Keil2；伟福6000；Protel99SE电路图设计软件；Proteus仿真软件。硬件条件：电脑一台；面包板；伟福仿真器；万用表；焊接工具等。1.3.1STC89C52简介STC89C52降低成本，提升性能，原有程序直接使用。STC公司鼓励放心使用，PLCC、PQFP 小型封装，3.3V工作电压单片机，使您的产品更小、更轻，功耗更低。用STC提供的STC-ISP.exe工具将您原有的代码下载进行STC相关的单片机即可或用通用编程器编程。5V：5.53.8V，乃至3.4V，3V：3.6 2.4V，乃至1.9VSTC89系列单片机大部分具有在系统可编程的（ISP）特性，ISP的好处是：省去购买通用编程器，单片机在用户系统上即可下载和烧录用户的程序，而无需将单片机从已生产好的产品上拆下，再用通用编程器将程序代码烧录进单片机内部。有些程序尚未定型的产品可以一边生产，一边完善，加快了产品进入市场的速度，减小了新产品由于软件缺陷带来的风险。由于可以将程序直接下载到单片机看运行结果故也可以不用仿真器。大部分STC89C52系列单片机在销售给用户之前已在单片机内部固化有ISP系统引导程序，配合PC 端的控制程序即可将用户的程序代码下载进行单片机内部，故无需编程器(速度比通用编程器要快)。不要用通用编程器编程，否则有可能将单片机内部已固化的ISP系统引导程序擦除，造成无法使用STC提供的ISP软件下载用户的程序代码。1.3.2Keil2编程软件简介Keilu Vision2是美国Keil2 Software公司出品的51系列兼容C语言软件开发系统，使用接近于传统C的语法来开发与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用，而且大大的提高了工作效率和项目开发周期，他还能嵌入汇编，还可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。Keil2 C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面，使您能在很短的时间内就能学会使用Keil2 C51来开发你的单片机应用程序。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil 2 C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。1.4论文的工作内容及论文的结构本文主要完成红外遥控控制公交车报站系统，主要是学习和研究本次课题中使用的硬件以及软件的设计。从而达到想要完成的课程设计题目。本次课题主要包括LCD12864液晶显示，ISD1700语音模块播报，SM0038红外发送和接收等功能。在其过程中还学习了与单片机有关的一些知识，以提高自己的理论基础。本文主要分五章进行说明。第一章为绪论部分，主要讲述本文的开发环境和常用软件。第二章是方案的分析和论证，此部总分为前期的准备工作，为了能够更好的完成接下来的工作而做好前期的准备。第三章为系统的硬件设计，运用大量的篇幅对硬件各部分进行说明，主要是对各部分的元件的特性进行学习和使用。第四章为系统的软件设计，通过流程序图对软件的程序进行相应的说明，这样学习起来更加的清晰明确。第五章为系统的测试，这部分主要包括，系统的硬件测试方法、系统的软件测试方法以及系统的总体联调。第2章 方案分析与论证本课题是一个软、硬件紧密结合注重实际应用的系统。在课题研究的期间，主要研究系统硬件设计。因此，在详细讲述之前，先介绍“公共汽车自动报站”的设计思想及整体硬件方案的设计。实现公交汽车红外遥控报站是公交智能化的一份子，是促进智能交通的一个不可缺少的步骤，同时也是落实“公交优先”使城市交通与社会经济和谐发展的重要组成部分。2.1无线接收模块的分析与论证方案一：无线AP。由无线AP构成，通信的效果好，数据传送量大，但是其成本比较高，由于采用IEEE802.11b和IEEE802.11g的通信协议，因此它比较适合用于移动上网。方案二：无线数据传输模块。采用专用收发集成电路的无线数传模块构成。所以性能相对较好，而且容易实现，并且在功耗、抗干扰性等方面都比较优越，但是由于基于此芯片的无线传输模块价格和无线AP模块差不多，所以成本相对偏高。方案三：PT2262/PT2272-L4集成芯片。方案采用低功耗、低价位、通用编解码电路，发送用高的达林顿管，所以在灵敏度和抗干扰性方面有保障。方案四：红外遥控。可以用自制的红外遥控器装置，我们只要了解其中的发送和接收原理，就可以采用这种简易的装置来实现红外控制。以上四种都是可供参考的方案，在考虑了诸多的因素之后，最后决定使用方案四来完成此课题。虽然红外遥控控制起来比较难，但实现起来比较容易，而且成本不高。2.2控制模块的分析和论证方案一：采用GPRS作为系统的控制器。GPRS即“通用分组无线业务”是在常用GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输技术，相对于原来GSM以拨号接入的电路交换数据传送方式GPRS是分组交换技术具有“永远在线”、“自如切换”、“高速传输”等优点。GPRS可作为实现各种复杂的逻辑功能，规模大，但其成本非常高，而且控制起来也非常的因难。方案二：采用嵌入式ARM的32位单片机LPC2138。LPC2138功能庞大，内部资源丰富，易于数据的采集。不但具有一般单片机的所有功能，还内置了PWM，具有很强的串行通信功能，引脚非常丰富，功耗低，稳定性好，易于功能扩展，其在线仿真技术软、硬件调试方便，但ARM制板成本较高。方案三：采用STC89C52单片机控制。它简单易用、成本低廉，软件编程自由度大，资源配置灵活，运行可靠稳定，是一些相对完善的低压控制。采用STC89C52单片机为控制核心，系统功能强大，采用板式结构、安装牢靠、操作简洁。综上所有方案的分析，前两种方案虽然功能强但成本高，本次课题使用STC89C52单片机也能很好的控制和完成。所以该系统的设计选用STC89C52单片机编程即可。因此本课题选择方案三。2.3干扰的简述与产生干扰又被称为电噪声。噪声指叠加于有用信号上使原来的有用信号发生畸变的变化电量。由于噪声在一定条件下影响和破坏单片机系统或设备正常工作，所以通常把具有危害性的噪声称为干扰。影响单片机系统的可靠、安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰，通道产生影响，导致测量结果产生误差，甚至影响指令的正常执行，造成控制事故或控制失灵，严重的干扰则会导致事故造成重大损失。形成干扰的基本要素有三个。1干扰源指产生干扰的元件、设备或信号。如雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。2传播路径指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。3敏感器件指容易被干扰的对象，如A/D转换器、D/A转换器、单片机、数字IC、弱信号放大器等。通常可以按照噪声产和的原因、传导方式、波形特性等对干扰进行不同的分类。干扰按噪声产生的原因可进行如下分类。1放电噪声这主要是雷电、静电、电动机的电刷跳动、大功率开关触点断开等的干扰。2高频振荡噪声这主要是中频电弧炉、感应电炉、开关电原、直流-交流变换器等产生高频振荡时形成的噪声。3浪涌噪声这主要是交流系统中电动机启动电流、电炉合闸电流、开关调节器的导通电流以及晶闸管变流器等设备产生涌流而形成的噪声。这些干扰对单片机测控系统都严重的影响。其中尤以各类开关分断电感性负载所产生的干扰最难以抑制或消除。干扰按传导方式可分为共模噪声和串模噪声。干扰按波形可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等。环境对单片机控制系统的干扰一般都是以脉冲的形式进入系统的，干扰侵入单片机系统的途径主要有3种在实际操作时应当特别的注意以确保功能正常的进行。1空间干扰通过电磁感应侵入系统，来源于天体辐射和雷电产生的电磁波、广播电台或通信发射设备发出的电磁波以及周围电气设备产生逆变电流和电磁干扰。这些空间辐射干扰可能会使单片机系统不能正常工作最严重者可以损坏器件。2电源干扰很多的单片机系统都是运用交流电源供电。由于工业测试环境中存在着大量的大功率设备，特别是大型的感性负载设备的启停造成电网的严重波动，使得电网电压大幅度涨落形成浪涌。由于大功率开关的通断、电机的启停、电焊等原因，电网中常常出现几百伏，甚至几千伏的尖峰脉冲干扰，这样的干扰有时会持续很长的是时间，因此必须采取措施克服电源的干扰。虽然在本次课题中选用的最高电压是+5V，但对此方面知识有所了解，对今后课题的研究也有很大的帮助。3传输通道干扰在单片机测控系统中，为了完成数据采集和实时控制的应用目的，存在着大量的信号传输介质，开关量的输入输出及模拟量的输入输出都是必不可少的。这些输入输出的号线和控制线常常需要传输很长的时间，因此不可避免地将干扰引入单片机系统。在后面的文章中还会对硬件的抗干扰方法和软件的抗干扰方法进行加以说明。2.4本章小结本章节是在课题真正实施以前的准备工作，也就是方案的分析和论证。因为要想成功的完成某一个课题，不仅需要好的理论基础，更要让课题完成后有可行性和适用性，在此基础上还要考试经济问题。经过多方面的分析和论证，才能更好的完成课题。此部分对无线模块、总体控制模块和抗干扰技术进行说明。第3章 系统的硬件设计硬件的设计主要围绕系统的功能完全实现，并且要保证整个系统在运行过程中的稳定性、安全性及生产的经济性。本设计采用红外遥控来实现无线数据的收发，采有STC89C52单片机为控制核心，实现公交车的控制报站功能。3.1系统的总体分析STC89C52液晶显示电路指示灯+5V电源ISD1700语音播报电路 +5V电源+5V电源红外键盘系统的总体方框图，如图3-1所示。图3-系统的总体方框图系统的功能总体模块图,如图3-2所示。公交车红外遥控语音报站系统键盘控制模块红外遥控模块语音播报模块液晶显示模块图3-2系统的功能模块图3.2ISD1700语音模块3.2.1ISD语音模块简述ISD1700语音芯片是华邦 ISD 公司 2007 年新推出的单片优质语音录放电路，ISD1700语音芯片提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示（vAlert），双操作模式（独立&嵌入式）。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。1ISD1700系列芯片功能特点ISD1700系列芯片可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年，按键模式和MCU串行控制模式(SPI协议)。MIC和ANAin两种录音模式，但是在使用这两种录音模式时应注意其中的录音效果和录音的时间，因为根据不同的ISD语音芯片，分段录音的时间也不同，要根据实际的要求来选择ISD芯片。PWM和AUD/AUX三种放音输出方式，可处理多达255段以上信息，有丰富多样的工作状态提示，多种采样频率对应多种录放时间，可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年，按键模式和MCU串行控制模式(SPI协议)，音质好，电压范围宽，应用灵活。2ISD1700系列芯片电气特性ISD1700系列芯片的工作电压为DC2.4V5.5V，最高不能超过6V；静态电流为0.51 A；工作电流为20mA。3.2.2ISD1700语音语模块应用及引脚说明ISD1700芯片无需A/D转换和压缩就可以直接储存，没有A/D转换的误差，可有多次重复录放、存储时间长，使用不需要扩充存储器、所有的外围电路简单。利用SCT89C52控制ISD1700芯片的过程。外接输入和输端出口。通过系统功能模块的各部分的连接及软硬件设计就可以实现数字化语音的存储和回放，而且存放容易，而且录、放音与振荡电阻有很大的关系。ISD1700内含晶体振荡器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储陈列等。因此只需要很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统，这样也给课题的完成带来很大原方便。在本次课题中ISD语音模块非常的重要，因此在课使用之前必须先了解语音模块基础知识，为了在使用时更加的容易和方便，为实际应用时节省时间和带来没有必要的麻烦，下观对ISD1700基础知识做简要的介绍。振荡电阻的阻值与录、放音时间关系，如表3-1所示。表3-振荡电阻的阻值与录、放音时间关系振荡电阻录放时间采样频繁典型带宽80K8S8.0KHZ3.4KHZ100K10S6.4KHZ2.6KHZ120K12S5.3KHZ2.3KHZ160K16S4.0KHZ1.7KHZ200K20S3.2KHZ1.3KHZISD1700引脚排列图，如图3-3所示。图3-3ISD1700引脚排列图ISD1700引脚排列图说明，如表3-2所示。表3-2ISD1700引脚排列图说明引脚名称PDIP/SOIC封装TSOP封装引 脚 说 明VCCD122数字电路电源/LED223LED指示信号输出/RESET324芯片复位续表3-2MISO425SCLK627/SS728为低时，选择该芯片成为当前被控制设备并且开启SPI接口。空闲时，需要拉高VSSA81模拟地Anain92芯片录音或直通时，辅助的模拟输入。需要一个交流耦合电容（典型值为0.1uF），并且输入信号的幅值不能超出1.0Vpp。APC寄存器的D3可以决定Anain信号被立刻录制到存储器中，与Mic信号混合被录制到存储器中，或者被缓存到喇叭端并经由直通线路从AUD/AUX输出。MIC+103麦克风输入+MIC-114麦克风输入-VSSP2125负极PWM喇叭驱动器地SP-136喇叭输出-VCCP147PWM喇叭驱动器电源SP+158喇叭输出+VSSP1169正极PWM喇叭驱动器地AUD/AUX1710AGC1811自动增益控制/VOL1912音量控制ROSC2013振荡电阻ROSC用一个电阻连接到地，决定芯片的采样频率VCCA2114模拟电路电源/FT2215/PLAY2316播放控制端，有电平触发和脉冲触发两种模式/REC2417录音控制端，低电平有效/ERASE2518擦除控制端，低电平有效/FWD2619快进控制端，低电平有效续表3-2RDY/INT2720一个开路输出。Ready(独立模式)该管脚在录音，放音，擦除和指向操作时保持为低，保持为高时进入掉电状态Interrupt(简化的红外控制程序)运用简单的程序须序的控制语音播报VSSD2821数字地此语音芯片中的引脚大部分在些课题中并没有用到，在此过程中只是一个学习的过程。通过对基础知识的学习和原理的分析，下面将介绍ISD1700语音模块的各部分电路原理图。因为在硬件的处理过程中，大部分的时间都是在处理电路图上，只有透彻的分析电路的原理图，才会在实际电路的焊接时更加的方便。而且电路原理图更是研究理论必用的方法，因此在实物焊接之前必须对相应的电路图进行相应的绘制和了解。通过对电路图来完成理论的分析，以及实物的仿真，当仿真成功时才可进行相应的实际操作。这样以免焊接完成的硬件不好用而造成器件的损坏，而导致更多的经济损失。所以在分析语音芯片时，应注意各引脚的功能和功作方式，以确保其中工能的正常使用和正常运行。并且在选用语音芯片时应特别注意实际应用时需要的时间，以免造成语音芯片的录音时间过短而影响应用。ISD1700语音模块播放电路原理图，如图3-4所示。图3-4ISD1700语音模块播放电路原理图ISD1700语音模块录音电路原理图，如图3-5所示。图3-5ISD1700电路原理图通过电路图的分析可知，REC为录音键，当录音键按住，REC引脚变为高电平，录音期间指示灯二极管LED点亮，松开按键或超出时间停止录音。放音方式有：边沿触发放音，电平触发放音，循环放音。3.3液晶模块 LCD12864在市面上主要分为两种，一种是采用ST7920控制的，它一般带有中文字库存字模，价格略高一点。另一种是采用KS0108控制器，它只是点功能模式，不带字库。在本次课题中就是使用第一种方法完成。 3.3.1LCD12864特性 LCD12864带中文字库的是一种具有4位/8位并行，2线或3线串行接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块，其显示分辨率为128*64，内置8192个16*16点汉字和128个16*8点ASCII字符集。利用该模块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。可以显示8*4行16*16点阵的汉字。 也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。LCD12864基本特性：1低电源电压（VDD：+3.0+5.5V）2显示分辨率：128*64点3内置汉字字库，提供8192个16*16点阵汉字(简繁体可选) 4内置 128个16*8点阵字符 512MHZ时钟频率 6显示方式：STN、半透、正显 7驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS 8视角方向：6点 9背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10 10通讯方式：串行、并口可选 11内置DC/DC转换电路，无需外加负压 12无需片选信号，简化软件设计13工作温度: 0 +55 ,存储温度: -20 +603.3.2模块说明模块引脚说明，如表3-3所示。表3-3模块引脚说明管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正4RS(CS）H/LRS=“H”,DB7DB0为显示数据RS=“L”,DB7DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线续表3-311DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式17/RESETH/L复位端，低电平有效18VOUTLCD驱动电压输出端19/20A / KVSS/VDD背光源正端（+5V）/ 背光源负端模块E信号说明，如表3-4所示。表3-4模块E信号说明E状态执行动作结果高低I/O缓冲DR配合W进行写数据或指令高DRI/O缓冲配合R进行读数据或指令低/低高无动作模块指令说明。如表3-5所示。当RE=0时基本指令。将DDRAM填满“20H”，并且设定DDRAM的地址计数器(AC)到“00H”。表3-5模块指令说明指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除显示0000000001当RE=0时基本指令。DL=0/1：4/8位数据。RE=1：扩充指令操作，RE=0：基本指令操作。指令RSR/WD7D6D5D4D3D3D1D0功能设定00001DLXREXX当RE=0时基本指令。设定DDRAM 地址（显示地址）第一行：80H87H，第二行：90H97H。指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0设定DDRAM地址0010AC5AC4AC3AC2ACAC0当RE=0时基本指令。将数据D7D0写入到内部ARM。续表3-5指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0读出RAM的值11数据从内部RAM读取数据D7D0(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0写数据到RAM10数据当IC1在接受指令前，微处理器必须先确认其内部处于非忙碌状态，即读取BF标志时，BF需为零,方可接受新的指令，如果在送出一个指令前并不检查BF标志，那么在前一个指令和这个指令中间必须延长一段较长的时间，即是等待前一个指令确实执行完成。单片机与LCD显示连接电路原理图，如图3-6所示。图3-6单片机与LCD显示连接电路原理图按照上述的电路图下面对液晶显示进行加以说明。由于大部分液晶显示的原理依靠液晶分子的各向异变，对不同方向的入射光、反射率是不一样的，所以视角小，只有30-40，随着视角的变大，对比度迅速变坏。液晶显示大多是依靠在外加电场的作用下，液晶分子的排列发生变化，所以响应速度受材料的粘滞影响很大，一般均为100200ms。虽然可以用加背光源解决此问题，但是如使亮度、对比度达到主动发光显示器件程序，则低功耗的优点也就不存在了。由于液晶显示是一种功耗极低的器件，近年来应用特别广泛。从电子表到计算器，从智能传感器到智能仪器仪表，从笔记本电脑到液晶电视等均利用了液晶显示技术。液晶是一种介于流体与固体之间的热力学的中间稳定相。其特点是在一定的温度范围内既有液体的流动性和连续性，又有晶体的各向性，其分子呈长棒形，长宽之比较大，分子不能弯曲，是一个刚性体，中心一般有一个桥链，分子两头有极性。由于LCD液晶的四壁效应，在定向膜的作用下，液晶分了在正、背玻璃电极上呈水平排列，但排列方向互为正交，而玻璃间的分子呈连续扭转过渡，这样的构造能使液晶对光产生旋光作用，使光的偏振方向旋转90。液晶显示器的驱动方式由电极引线的选择方式确定，因此，在选择好液晶显示器之后，用户无法改变驱动方式。液晶显示器的驱动方式一般有静态驱动方式和时分割驱动两种。由于直流电压驱动LCD会使液晶体产生电解和电极老化，从而大大降低LCD的使用寿命，所以现用的驱动方式多属交流电压驱动。1静态驱动方式液晶显示的驱动与LED的驱动有很大的不同。对于LED，当在LED两端加上恒定的导通或截止电压便可控制其亮和暗。而LCD，由于其两极不能加恒定的直流电压，因而给驱动带来复杂性。目前已有许多LCD驱动集成芯片，这些芯片已将多个LCD驱动电路集成到一起，使用跟LED驱动芯片一样方便。2时分割驱动当显示字段增多时，为减少引出线和驱动回路数，必须采用时分割驱动法。时分割驱动方式通常采用电压平均化法，其占空比有1/2、1/8、1/16、1/32等，偏压有1/2、1/3、1/4、1/5等。液晶显示器除段形液晶显示器外，还有点阵液晶显示器，可显示汉字、图形、曲线等。3.4红外按键控制模块 红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用了红外遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外红遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用程序控制操作的。其中发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电换放大器、解调、解码电路。红外遥控制系统框图，如图3-7所示。解码调制LED键盘解码解调光/电放大图3-7红外遥控制系统框图选用最长用的SM0038是红外接收和发送头。1脚是信号端，2脚是地端，3脚是电源端。当电路正常工作时，发光二极管发亮。测式时可以观察LED的状态来判定是否接收到信号，以确保正常的工作。SM0038接收电路原理图，如图3-8所示。图3-8SM0038接收电路原理图3.4.1按键电路的设计键盘实质上是一组按键开关的集合，控制CPU通过按键来识别特定的用户命令，从而转入相应的程序来执行用户命令。键盘的软、硬件的设计涉及下面几个方面的问题。对于此设计来说我们要准确的显示我们所要对应的信息，每按下一次按键要显示所要显示的信息。这按键是主要用来报站而设计的。这样键盘操作方便，也比较实惠。按键电路采用延时中断模式。当有按键按下时，系统产生中断，CPU响应中断后，开始计数，即查询键号，通过软件来实现该键号所对应键的功能，但要特别注意外界给按键带来的干扰，以确保课题的准确性。报站系统的人机接口采用独立式按键。系统设有6个功能键，分别为：K1、K3分别为起始站、终点站报站键，分别进行起点站欢迎词和终点站欢送词介绍,只显示相应的内容不进行相应的播报。K2为上一站信息的提示，但不进行相应的播报。K4为显示下一站。K5为服务用语键，比如说“车辆起步，请乘客拉好扶手，请为老弱病残让座”等务用语。K6为下一站报站键，不仅进行相应站台的提示信息，而且还进行相应的语音播报。这些按键通过程序的控制而达到想要完成的功能。红外发送遥控器电路图，如图3-9所示。图3-9红外发送遥控器电路图3.4.2判键及其接口电路设计键的闭合与否反应在电压上就是呈现出高电平或低电平，如果高电平表示断开，那么低电平则表示闭合，通过电平的高低状态的检测可确认键按下与否。为了确保CPU对一次按键动作只确认一次，并且防止干扰信号的影响，必需加入消除电平抖动的措施。消除抖动通常有硬、软硬两种方法，硬件消除抖动可采取双稳态电路或滤波消抖电路；软件消抖是在第一次检测到有键按下时，执行一段延时程序再确认该键是否仍闭合，如果还是闭合状态则确认该键按下，从而消除抖动和干扰影响。当按键较多时，我们多采用硬件消抖法。按键接口设计有两种方法，独立式按键和矩阵式键盘。独立式按键各键互相独立，每个按键各接入一根输入线，只要检测输入线的电平就可以识别按键状态。这种方法电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键需占用一根输入口。由于该设计方案IO资源浪费大。故此方法只适用于按键少或其他控制功能很简单的场合。矩阵键盘适用于按键数量较多的场合，它把键盘输入线分为行线和列线，按键位于列的交叉点上。按键的识别需要软件分别扫描行线和列线，根据扫描的结果判具体按下的按键。在独立按键中最常用的接口有两种分别为：1采用可编程并行接口采用可编程并行输入/输出接口扩展独立式按键。当某一键按下时，对应位为0，用位检测可以识别按键的工作状态。2采用三态缓冲器在实际应用中最常应用74HC245三态缓器扩展独立式按键。这种方法可以在STC89C52系列单片机基础上及兼容单片机微控制器时使用。在使用时按键的键值分别从00H07H。由于本设计中的按键只有六个，考虑系统可靠性和键盘设计的简单所以采用独立式按键。按键闭合及断开时的电压，如图3-10所示。图3-10按键闭合及断开前后的电压3.4.3键盘的工作方式键盘扫描只是CPU的工作内容之一，CPU在忙于各项工作时，如何处理键盘输入取决于键盘的工作方式，键盘工作方式有三种：编程扫描、定时扫描和中断扫描。在编程扫描中，CPU反复地扫描键盘，等待用户的输入命令，而执行键入命令或处理输入数据时，CPU不再相应输入要求，直到CPU返回重新扫描键盘为止。定时扫描工作方式利用单片机内部定时器产生定时中断，CPU相应定时器中断后对键盘进行扫