基于51单片机设计的公交车LED屏

DS小龙哥-嵌入式技术 2023-06-15 1027

DS小龙哥-嵌入式技术

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描述

一、项目介绍

为了提高公交车站点信息的实时性和准确性，方便乘客及时了解公交车到站信息，从而提高公交出行的便利性和舒适度。传统的公交车到站信息是通过人工喊话或者静态的站牌来实现的，这种方式存在信息不及时、不准确、不方便等问题。当前设计基于STC89C52单片机和MAX7219点阵LED驱动模块的公交车LED屏，通过SYN6288进行语音播报到站信息，可以更加准确地展示到站信息，提高公交出行的效率和便利性。

通过STC89C52单片机控制MAX7219点阵LED驱动模块，将需要显示的信息转化成点阵图像，然后通过MAX7219点阵LED驱动模块控制2*8的LED显示屏显示出来。同时，通过SYN6288语音模块，将到站信息转化成语音播报出来，方便乘客听取。这样，乘客不仅可以看到到站信息，还可以听到语音播报，提高了信息的实时性和准确性，方便乘客及时了解公交车的到站信息。

LED屏

LED屏

LED屏

二、设计思路

2.1 硬件设计

本设计采用STC89C52单片机作为主控芯片，MAX7219点阵LED驱动模块控制2*8的LED显示屏，SYN6288语音模块进行语音播报。

具体硬件设计：

（1）STC89C52单片机

STC89C52单片机是一种高性能、低功耗的8位单片机，具有丰富的外设资源，支持ISP下载和在线仿真调试，适合于各种应用场合。

（2）MAX7219点阵LED驱动模块

MAX7219是一种集成威廉希尔官方网站 ，可以驱动8×8点阵LED显示屏，具有串行输入、并行输出的特点，可以方便地控制多个LED显示屏。本设计采用MAX7219点阵LED驱动模块控制2*8的LED显示屏，实现公交车站点信息的展示。

（3）SYN6288语音模块

SYN6288是一种语音合成芯片，可以将文字转换成语音输出。本设计采用SYN6288语音模块进行语音播报，实现公交车到站信息的语音提示。

2.2 软件设计

本设计采用Keil C51编译器进行软件开发，具体软件设计如下：

（1）LED显示屏控制程序

LED显示屏控制程序主要实现MAX7219点阵LED驱动模块控制2*8的LED显示屏，显示公交车站点信息。

具体实现过程：

① 初始化MAX7219点阵LED驱动模块，设置显示模式、扫描限制、亮度等参数。

② 将需要显示的信息转换成点阵数据，存储在数组中。

③ 将点阵数据通过SPI总线发送给MAX7219点阵LED驱动模块，实现LED显示屏的显示。

（2）语音播报程序

语音播报程序主要实现SYN6288语音模块进行语音播报，实现公交车到站信息的语音提示。

具体实现过程：

① 初始化SYN6288语音模块，设置波特率、语音速度、音量等参数。

② 将需要播报的信息转换成语音数据，存储在数组中。

③ 将语音数据通过串口发送给SYN6288语音模块，实现语音播报。

2.3 设计实现

本设计采用STC89C52单片机作为主控芯片，MAX7219点阵LED驱动模块控制2*8的LED显示屏，SYN6288语音模块进行语音播报。

代码设计思路：

（1）LED显示屏控制程序

① 初始化MAX7219点阵LED驱动模块

void Init_MAX7219(void)
 {
     Send_Max7219(0x09, 0x00);  // 译码方式：BCD码
     Send_Max7219(0x0a, 0x03);  // 亮度
     Send_Max7219(0x0b, 0x07);  // 扫描界限：8个数码管
     Send_Max7219(0x0c, 0x01);  // 关闭显示测试
     Send_Max7219(0x0f, 0x00);  // 正常工作模式
 }

② 将需要显示的信息转换成点阵数据，存储在数组中

unsigned char code LED_Data[16][8] = {
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},  // 空
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},  // 空
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},  // 空
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},  // 空
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},  // 空
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},  // 空
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},  // 空
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},  // 空
     {0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff},  // 全部亮
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},  // 空
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},  // 空
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},  // 空
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},  // 空
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},  // 空
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},  // 空
     {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}   // 空
 };

③ 将点阵数据通过SPI总线发送给MAX7219点阵LED驱动模块，实现LED显示屏的显示

void Display_LED(unsigned char *LED_Data)
 {
     unsigned char i;
     for(i=1; i<=8; i++)
     {
         Send_Max7219(i, LED_Data[i-1]);
     }
 }

（2）语音播报程序

① 初始化SYN6288语音模块

void Init_SYN6288(void)
 {
     SCON = 0x50;      // 串口工作方式1
     TMOD &= 0x0f;     // 定时器1工作方式0
     TMOD |= 0x20;
     TH1 = 0xfd;       // 波特率：9600
     TL1 = 0xfd;
     TR1 = 1;          // 启动定时器1
     P1 = 0xff;        // 关闭SYN6288语音模块
 }

② 将需要播报的信息转换成语音数据，存储在数组中

unsigned char code Voice_Data[10][10] = {
     "请注意，车辆即将到站，请乘客做好上车准备",
     "请乘客注意安全，文明乘车，谢谢合作",
     "请乘客不要在公交车上吸烟，保持车厢空气清新",
     "请乘客不要在公交车上大声喧哗，保持车厢安静",
     "请乘客不要在公交车上随意乱扔垃圾，保持车厢清洁",
     "请乘客不要在公交车上占用座位，给需要的人让座",
     "请乘客不要在公交车上打电话，尊重他人",
     "请乘客不要在公交车上吃东西，保持车厢整洁",
     "请乘客不要在公交车上拥挤，保持车厢通畅",
     "请乘客不要在公交车上拍照，尊重他人隐私"
 };

③ 将语音数据通过串口发送给SYN6288语音模块，实现语音播报

void Play_Voice(unsigned char *Voice_Data)
 {
     unsigned char i;
     P1 = 0xfe;        // 打开SYN6288语音模块
     for(i=0; i< strlen(Voice_Data); i++)
     {
         SBUF = Voice_Data[i];
         while(!TI);   // 等待发送完成
         TI = 0;
     }
     P1 = 0xff;        // 关闭SYN6288语音模块
 }

三、代码设计

3.1 Max7219控制代码

#include < reg52.h >
 #include < intrins.h >
 #define uchar unsigned char
 #define uint  unsigned int
 //定义Max7219端口
 sbit Max7219_pinCLK = P2^2;
 sbit Max7219_pinCS  = P2^1;
 sbit Max7219_pinDIN = P2^0;
 uchar code disp1[38][8]={
 {0x3C,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x3C},//0
 {0x10,0x18,0x14,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10},//1
 {0x7E,0x2,0x2,0x7E,0x40,0x40,0x40,0x7E},//2
 {0x3E,0x2,0x2,0x3E,0x2,0x2,0x3E,0x0},//3
 {0x8,0x18,0x28,0x48,0xFE,0x8,0x8,0x8},//4
 {0x3C,0x20,0x20,0x3C,0x4,0x4,0x3C,0x0},//5
 {0x3C,0x20,0x20,0x3C,0x24,0x24,0x3C,0x0},//6
 {0x3E,0x22,0x4,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8},//7
 {0x0,0x3E,0x22,0x22,0x3E,0x22,0x22,0x3E},//8
 {0x3E,0x22,0x22,0x3E,0x2,0x2,0x2,0x3E},//9
 {0x8,0x14,0x22,0x3E,0x22,0x22,0x22,0x22},//A
 {0x3C,0x22,0x22,0x3E,0x22,0x22,0x3C,0x0},//B
 {0x3C,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x3C,0x0},//C
 {0x7C,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x7C,0x0},//D
 {0x7C,0x40,0x40,0x7C,0x40,0x40,0x40,0x7C},//E
 {0x7C,0x40,0x40,0x7C,0x40,0x40,0x40,0x40},//F
 {0x3C,0x40,0x40,0x40,0x40,0x44,0x44,0x3C},//G
 {0x44,0x44,0x44,0x7C,0x44,0x44,0x44,0x44},//H
 {0x7C,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x7C},//I
 {0x3C,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8,0x48,0x30},//J
 {0x0,0x24,0x28,0x30,0x20,0x30,0x28,0x24},//K
 {0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x7C},//L
 {0x81,0xC3,0xA5,0x99,0x81,0x81,0x81,0x81},//M
 {0x0,0x42,0x62,0x52,0x4A,0x46,0x42,0x0},//N
 {0x3C,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x3C},//O
 {0x3C,0x22,0x22,0x22,0x3C,0x20,0x20,0x20},//P
 {0x1C,0x22,0x22,0x22,0x22,0x26,0x22,0x1D},//Q
 {0x3C,0x22,0x22,0x22,0x3C,0x24,0x22,0x21},//R
 {0x0,0x1E,0x20,0x20,0x3E,0x2,0x2,0x3C},//S
 {0x0,0x3E,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8},//T
 {0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x22,0x1C},//U
 {0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x24,0x18},//V
 {0x0,0x49,0x49,0x49,0x49,0x2A,0x1C,0x0},//W
 {0x0,0x41,0x22,0x14,0x8,0x14,0x22,0x41},//X
 {0x41,0x22,0x14,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8},//Y
 {0x0,0x7F,0x2,0x4,0x8,0x10,0x20,0x7F},//Z
 {0x8,0x7F,0x49,0x49,0x7F,0x8,0x8,0x8},//中
 {0xFE,0xBA,0x92,0xBA,0x92,0x9A,0xBA,0xFE},//国
 };
 void Delay_xms(uint x)
 {
  uint i,j;
  for(i=0;i< x;i++)
   for(j=0;j< 112;j++);
 }
 //--------------------------------------------
 //功能：向MAX7219(U3)写入字节
 //入口参数：DATA 
 //出口参数：无
 //说明：
 void Write_Max7219_byte(uchar DATA)         
 {
         uchar i;    
         Max7219_pinCS=0;        
         for(i=8;i >=1;i--)
           {       
             Max7219_pinCLK=0;
             Max7219_pinDIN=DATA&0x80;
             DATA=DATA< < 1;
             Max7219_pinCLK=1;
            }                                 
 }
 //-------------------------------------------
 //功能：向MAX7219写入数据
 //入口参数：address、dat
 //出口参数：无
 //说明：
 void Write_Max7219(uchar address,uchar dat)
 { 
      Max7219_pinCS=0;
      Write_Max7219_byte(address);           //写入地址，即数码管编号
      Write_Max7219_byte(dat);               //写入数据，即数码管显示数字 
      Max7219_pinCS=1;                        
 }
 ​
 void Init_MAX7219(void)
 {
  Write_Max7219(0x09, 0x00);       //译码方式：BCD码
  Write_Max7219(0x0a, 0x03);       //亮度 
  Write_Max7219(0x0b, 0x07);       //扫描界限；8个数码管显示
  Write_Max7219(0x0c, 0x01);       //掉电模式：0，普通模式：1
  Write_Max7219(0x0f, 0x00);       //显示测试：1；测试结束，正常显示：0
 }
 void main(void)
 {
  uchar i,j;
  Delay_xms(50);
  Init_MAX7219();  
  while(1)
  {
   for(j=0;j< 38;j++)
   {
    for(i=1;i< 9;i++)
     Write_Max7219(i,disp1[j][i-1]);
    Delay_xms(1000);
   }  
  } 
 }
 ​

3.2 完整代码

下面代码里实现了MAX7219点阵LED模块和SYN6288语音模块的控制，以及实现公交车到站信息的主程序。

#include < reg52.h >
 #include < intrins.h >
 ​
 sbit DIN = P1^5;     // MAX7219数据输入口
 sbit CS = P1^4;      // MAX7219芯片使能口
 sbit CLK = P1^6;     // MAX7219时钟输入口
 sbit SYN_PWR = P2^0; // SYN6288语音模块电源控制口
 sbit SYN_RST = P2^1; // SYN6288语音模块复位控制口
 sbit SYN_BUSY = P3^7;// SYN6288语音模块忙碌指示口
 sbit SYN_RXD = P3^0; // SYN6288语音模块串口接收口
 sbit SYN_TXD = P3^1; // SYN6288语音模块串口发送口
 ​
 unsigned char code DIGITS[10][8] = {
     { 0x00, 0x7E, 0x81, 0x81, 0x81, 0x7E, 0x00, 0x00 }, // 0
     { 0x00, 0x00, 0x82, 0xFF, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00 }, // 1
     { 0x00, 0xE2, 0x91, 0x91, 0x91, 0x8E, 0x00, 0x00 }, // 2
     { 0x00, 0x42, 0x81, 0x89, 0x89, 0x76, 0x00, 0x00 }, // 3
     { 0x00, 0x1F, 0x10, 0x10, 0xFF, 0x10, 0x10, 0x00 }, // 4
     { 0x00, 0x4F, 0x89, 0x89, 0x89, 0x71, 0x00, 0x00 }, // 5
     { 0x00, 0x7E, 0x89, 0x89, 0x89, 0x72, 0x00, 0x00 }, // 6
     { 0x00, 0x01, 0xF1, 0x09, 0x05, 0x03, 0x00, 0x00 }, // 7
     { 0x00, 0x76, 0x89, 0x89, 0x89, 0x76, 0x00, 0x00 }, // 8
     { 0x00, 0x4E, 0x91, 0x91, 0x91, 0x7E, 0x00, 0x00 }  // 9
 };
 ​
 // MAX7219控制程序
 void MAX7219(unsigned char address, unsigned char data) {
     unsigned char i;
 ​
     CS = 0;
     for(i = 1; i <= 8; i++) {
         CLK = 0;
         DIN = ((address & 0x80) > 0) ? 1 : 0;
         address < <= 1;
         CLK = 1;
     }
     for(i = 1; i <= 8; i++) {
         CLK = 0;
         DIN = ((data & 0x80) > 0) ? 1 : 0;
         data < <= 1;
         CLK = 1;
     }
     CS = 1;
 }
 ​
 // SYN6288语音控制程序
 void SYN6288(unsigned char address, unsigned char value) {
     while(SYN_BUSY);  // 等待SYN6288模块空闲
     SYN_TXD = 0;      // 发送起始位
     _nop_();
     SYN_TXD = 1;
     SYN_TXD = 0;      // 发送地址位
     _nop_();
     SYN_TXD = 1;
     SYN_TXD = 0;      // 发送命令位
     _nop_();
     SYN_TXD = 1;
     SYN_TXD = 0;      // 发送数据位
     _nop_();
     SYN_TXD = (address | 0x7F);
     _nop_();
     SYN_TXD = value;
 }
 ​
 // 主程序
 void main() {
     unsigned char i, j;
     unsigned int count = 60;
 ​
     SYN_PWR = 1;     // 打开语音模块电源
     SYN_RST = 0;     // 复位语音模块
     SYN_RST = 1;
     MAX7219(0x09, 0x00); // 控制显示方式（0x00：采用代码B显示方式）
     MAX7219(0x0A, 0x0F); // 控制亮度（0x00~0x0F，共16级）
     MAX7219(0x0B, 0x07); // 控制扫描方式（0x07：以列为单位逐行扫描）
 ​
     while(1) {
         for(i = 0; i < 2; i++) {
             for(j = 0; j < 8; j++) {
                 MAX7219(j + 1, DIGITS[count % 10][j]);
                 MAX7219(j + 9, DIGITS[count / 10][j]);
             }
         }
         SYN6288(0x06, 0x0B); // 设定语音播报速度
         SYN6288(0x02, 0x01); // 选择播报方案1
         SYN6288(0x03, 0x03); // 选择播报语音3
         SYN6288(0x05, 0x01); // 执行语音播报操作
         if(count == 0) {     // 倒计时完成，清零计数器
             count = 60;
         } else {             // 继续倒计时
             count--;
         }
         for(i = 0; i < 200; i++) { // 延时，控制倒计时速度
             for(j = 0; j < 100; j++);
         }
     }
 }

上面代码实现了一个倒计时器，并结合MAX7219点阵LED模块和SYN6288语音模块，可以在屏幕上显示倒计时数字，并在倒计时结束时播放语音提示。

代码中定义了MAX7219和SYN6288的控制引脚，并通过MAX7219函数和SYN6288函数分别实现了对这两个模块的控制。其中，MAX7219函数通过SPI接口向MAX7219模块发送地址和数据，以实现对显示方式、亮度和扫描方式等参数的控制；SYN6288函数主要通过串口通信向SYN6288模块发送控制命令和数据，以实现语音方案的选择和播报操作。

在主程序中，代码先打开了SYN6288模块的电源，并将其复位。然后，通过MAX7219函数依次设置MAX7219模块的显示方式、亮度和扫描方式。接着，代码进入了一个无限循环中，在循环体内实现了如下操作：

（1）显示当前倒计时数值。具体来说，代码先通过DIGITS数组定义了0~9十个数字的点阵模式，然后在循环体内不断地调用MAX7219函数，将各个数位的点阵模式数据依次发送给MAX7219模块，以在屏幕上显示倒计时数字。

（2）播放语音提示。具体来说，代码通过SYN6288函数将播报速度、播报方案、播报语音等参数设置好，并发送语音播报命令，让SYN6288模块播放预先录制好的语音提示（例如“还有1分钟到站，请做好准备”）。

（3）控制倒计时速度和完成情况。具体来说，代码通过一个计数器变量count记录了当前的倒计时数值，并在每个循环迭代中对其进行递减操作，以实现倒计时的效果。同时，代码也在循环中加入了一个延时操作，以控制倒计时速度。当倒计时完成时，代码会将计数器清零，从而重新开始倒计时。

四、总结

本设计采用STC89C52单片机设计了基于MAX7219点阵LED驱动模块控制2*8的LED显示屏，通过SYN6288语音模块进行语音播报的公交车LED屏。系统可以提高公交车站点信息的展示效果，方便乘客及时获取公交车到站信息，提高公交车站点服务质量。

审核编辑 黄宇

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