单片机地铁或公交自动报站器设计说明书Word格式文档下载.docx

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图2-1公交车站牌发射部分方框图

接收天线接收

J05V

LCD1602液晶显示

PT2272

信号接收

单片机控制

ISD4004语音模块

晶振，外部中断复位电路

按键控制

图2公交车车载接收部分方框图

第二章系统功能模块详细介绍

2.1单片机AT89C51

随着计算机技术的发展，单片机技术已成为计算机技术中的一个独特的分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制和仪器仪表智能化中扮演着极其重要的角色。

纵观单片机发展的30多年来，单片机正往多功能、高性能、高速度、低电压、低价格、低噪声、低功耗、小体积、大容量、专用化和外围电路内装化的方向发展。

单片机的出现使的过去经常采用模拟电路、数字电路实现的电路系统，转变成现在用单片机予以实现，并且传统的电路设计方法演变成硬件和软件相结合的设计方法，并且许多电路设计问题将转化为纯粹的程序设计问题。

主要特性：

1、一个CPU，一个片内振荡器以及时钟电路，

2、4K（RAM）程序存储器，

3、128B（ROM）数据存储器

4、21个特殊功能寄存器

5、数据能够保存的时间：

10年

6、与MCS-51指令相兼容

7、32个可编程I/O线（4个8位并行I/O端口）

8、16位定时器/计数器有两个

9、5个中断源，两个优先级嵌套结构

10、一个可编程全双工串行接口

11、低功耗的闲置和掉电模式

12、片内振荡器和时钟电路

尽管目前单片机种类多，各类单片机的指令系统各不相同，功能各有所长，但市场占有率最高的是51系列单片机。

单片机体积小，重量轻，具有很强的灵活性而且价格便宜，得到越来越广泛的运用。

例如工业控制领域、家电产品，智能化仪器仪表，计算机外部设备，特别是机电一体化产品中都有重要的用途，其中的51单片机系列发展规模最大。

51单片的运用广泛，并且具有优异的性能价格比，集成度高，体积小，有很高的可靠性，并且控制功能强。

所以是核心控制期间的最佳选择。

图3-1AT89C51单片机引脚图

2.1.1管脚说明

下面对设计中用到的一些管脚进行简要的介绍：

VCC：

供电电压，一般接+5V电源正端。

GND：

接地，一般接+5V电源地端。

P0口（39~32脚）：

输入输出线P0.0~P0.7统称为P0口。

可以用作准双向输入/输出口使用，但由于内部无上拉电阻，一般外加上拉电阻：

在进行片外存储器扩展或I/O扩展时，P0口作为分时服用的低8位地址总线和双向数据总线。

P1口（1~8脚）：

P1口作为准双向I/O口使用。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

P2口（21~28脚）：

P2口也可作为准双向I/O口，当进行片外村春气扩展或I/O口扩展时，P2口用作高8位地址总线。

P3口（10~17脚）：

P3口作为准双向I/O口使用外，每一个端口还具有第二功能。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行口输入端）

P3.1TXD（串行口输出端）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（定时器/计时器0计数脉冲输入）

P3.5T1（定时器/计时器1计数脉冲输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通信号输出）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通信号输出）

RST（9脚）：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持10ms高电平时间才能保证有效的复位。

ALE/PROG（30脚）：

地址锁存允许/编程线。

采用了地址/数据总线复用技术。

/PSEN（29脚）：

片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。

/EA/VPP（31脚）：

片外程序存储器选用端，低电平有效。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；

当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

外接晶体振荡器一端。

XTAL2：

外接晶体振荡器另一端。

2.1.2外部晶振的选择

AT89C51的内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。

通过XTAL1，ATAL2外部接上一片作为反馈元件的晶体，与C1和C2构成了并联谐振电路，使其构成自激振荡器。

电容的值通常30PF。

具体的接线电路如图3—2外部晶振电路：

AT89C51单片机外接的是12MHZ的晶振，则机器周期为1us。

图3-2外部晶振电路

2.1.3复位电路

复位的作用是使程序自动从0000H开始执行，因此我们只要在AT89C51单片机的RST端加上一个高电平信号，并持续10ms以上即可，RST端接有一个上电复位电路，它是由一个小的电容和一个接地的电阻组成的。

按键复位电路另外采用一个按钮来给RST端加上高电平信号。

本设计采用放电型的进行人工复位的电路，如图按键复位电路，上电时C3通过R2充电，维持宽度大于10ms的正脉冲，就可以完成复位操作。

当C3结束充电后，RST端出现低电平，这是CPU将正常的工作。

在本次设计中如果需要按键进行复位，就按下按钮BUTTON3，C3通过BUTTON3和R2放电，RST端电位将会上升到高电平，从而实现人工复位，BUTTON3松开后C3重新充电，当结束充电后，CPU将会重新工作。

下图中，R2是限流电阻，阻值不可以过大，否则不能起到复位作用。

图3-3按键复位电路

2.1.4按键电路设计

对于此设计来说要准确的显示设计所要对应的信息，每按下一次按键要显示所要显示的信息。

这按键是主要用来模拟无线信号的收发而设计的，即PT2262/PT2272的无线信号收发。

功能的实现主要是通过程序来实现，BUTTON1控制顺向报站，当报站系统启动后，按下BUTTON1开始按预先设置好的站名进行顺向报站，本设计设置的是从站名“AAAAAAA”到“EEEEEEE”依次报站，每次按键按下时实现LED提示灯亮，蜂鸣器连续鸣叫7次。

BUTTON2按键是实现公交车逆向返回时的报站，即从站名“EEEEEEE”到“AAAAAAA”的依次报站，也满足每次按键按下时实现LED提示灯亮，蜂鸣器连续鸣叫7次。

图3-4按键设置

如果使用过程中出现错误时，可以使用按键复位，重现选择正向或者逆向报站。

同时，为了防止一次按键产生站名的漏报，在软件设计中使用了延时函数，防止站名的漏报。

2.2.PT2262/PT2272引脚图

在PT2262/2272这种器件的使用，根据资料一般将会使用8位的地址码和4位的数据码。

PT2262编码电路引脚的选择是：

第l~8脚作为地址的设定脚，他可以选择三种状态：

悬空、接正电源、接地。

3的8次方为6561，即地址编码的不重复度是6561组。

PT2262/2272的配对使用是要求发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码需要完全相同，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272设置相同即可，两者的地址的编码相同时，PT2272输出端将会输出大约4V左右的互锁的高电平的控制信号。

图3-5PT2262/PT2272引脚图

2.2.1PT2262/2272接线图以及工作原理

发射电路主要由AT89C51、编码模块PT2262、无线数传模块F05V和一片74LS04（六输入非门，实际上就是六个非门集成在一块74LS04里面了）构成，发射部分电路如图3-6所示。

接收电路主要由AT89C51、译码模块PT2272、无线数传模块J05V和一片74LS04构成，接收部分模拟电路如图3-7所示

图3-6PT2262发射部分模拟接线图

图3-7PT2272接收部分模拟接线图

发射的部分主要用于形成一个周期的编码信号。

编码信号的内容包括三个部分，分别是起始标志、数据编码和结束标志，而无线收发模块是四路的，即因为每次收发半个字节的数据，所以一帧数据至少是16位的，其编码数据格式如表3-4所示。

表3-416位编码数据格式

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

D0

D1

D2

D3

4位起始标志

8位编码数据

2.2.2无线数传模块F05V/J05V

无线数传模块F05V/J05V（典型遥控应用电路）：

F05V采用的SMT工艺，优点是低电压微功率、体积小、低功耗发射模块，适合单片机数据传输以及短距离无线遥控报警。

J05V作为接收模块优点是低电压、体积小，两者连接在PT2262/2272配合使用

F05V引脚定义：

1=正电源3V；

2=接地；

3=数据信号输入；

Y=外接天线。

J05V引脚定义：

3=数据信号输出；

Y=外接天线.

图3-8f05V/J05V引脚接线图

2.3显示模块LCD1602

我们知道的用来显示的器件很多。

比如数码管、LCD、点阵式LED。

数码管只能显示数字，LCD可以显示汉字、符号、数字和图形，为了报站器的人性化

LCD1602能够同时显示16列2行的字符，可以显示数字、字母、以及各种符号。

这种液晶模块由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，这种点阵字符显示字符并且自带间隔，也就是有自然的间距和行间距，也是因为这个特性不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。

2.3.1排阻Respack-8

Respack-8接在51单片机的P0口，因为P0口内部没有上拉电阻，不能输出高电平，所以要接上拉电阻，1端为公共端接VCC。

2.3.2LCD1602的引脚定义

字符型LCD一般是16条引脚线14条引脚线，多出来的两条线是背光电源线VCC（15脚）和地线GND（16脚），与14脚LCD的控制原理基本完全一样，定义如下表所示：

表3-5LCD1602引脚定义

引脚号

引脚名

电平

输入/输出

作用

VSS

电源地

VCC

电源（+5V）

VEE

进行对比的调整电压

RS

0/1

输入

0进行输入I指令

1进行输入O数据

R/W

0=向LCD写入指令以及数据

1=从LCD中来读取信息

E

1,1—0

使能信号，1是进行读取信息

1—0下降沿执行指令

DB0

I/O

数据总线line0（最低位）

DB1

数据总线line0

DB2

DB3

DB4

DB5

DB6

DB7

A

+VCC

LCD背光灯电源正极

16

K

接地

LCD背光灯电源负极

LCD1602引脚接线图

在LCD模块上固化了字模存储器，这就是CGROM和CGRAM，HD44780内置了192个常用字符的字模，存于字符产生器CGROM中，另外还有8个允许用户自定义的字符产生RAM，成为CGRAM。

下图3-10说明了CGROM和CGRAM与字符的对应关系。

读的时候，先读左边那列，再读上面那行。

图3CGROM和CGRAM中字符代码与字符图形对应关系

2.3.3液晶LCD1602常用的11条指令

表3-6液晶LCD1602常用指令

指令功能

执行时间

清屏

1.64ms

功能详解：

清除液晶显示器的内容。

光标归位

X

光标撤回到显示器的左上方，地址计数器（AC）值为0，DDRAM值不变

进入模式设置

I/D

S

40us

I/D当为0时写入数据后光标左移，当为1时写入数据后光标右移

S为0时写入新数据后显示屏不移动，为1时写入新数据后显示屏整体右移1字符

显示开关控制

D

C

B

D为0时显示功能关，为1时显示功能开

C为0时无光标。

1时有光标

B为0时光标闪烁，1时光标不闪烁

设定显示屏或光标移动方向

S/C

R/L

设定的情况

光标左移1格，且AC值减1

光标右移1格，且AC值加1

显示器上字符全部左移一格，但光标不移动

显示器上字符全部右移一格，但光标不移动

功能设定

DL

N

F

DL为0时数据总线为4位，1时数据总线为8位

N为0时显示1行，1时显示两行

F为0时5*7点阵/每个字符，1时5*10点阵/每个字符

设定CGRAM地址指令

CGRAM的地址（6位）

设定下个要存入的数据的CGRAM的地址

设定DDRAM地址指令

CGRAM的地址（7位）

设定下个要存入的数据的DDRAM的地址

读取忙碌信号或AC地址

BF

AC内容（7位）

BF为1表示液晶显示器忙，为0时，液晶显示器可以接收单片机送来的数据或指令

数据写入到DDRAMH或CGRAM

要写入的数据D7~D0

（1）将字符码写入DDRAM，液晶显示屏并显示对应的字符

（2）使用者设计的图形存入CGRAM

从CARAM或DDRAM读取数据

要读出的数据D7~D0

读取DDRAM或CGRAM的内容

在本次设计后续设计中，也可以利用AT89C51控制该芯片，实现语音的存储以及语音报站。

1、电源端（VCCA,VCCD）：

为了使噪声最小，芯片内部的数字和模拟电路要使用不同的电源的总线，，并且分别引出到外封装的不同的管脚上。

数字和模拟电源端最好走不同的线，比如，选择在离供电端相近的地方相连，而去耦电容就应尽量选择离器件近。

2、地线（VSSD,VSSA）：

芯片的内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。

3、同相的模拟输入（ANAIN+）：

即录音信号同相输入端。

这时输入放大器采用单端或差分驱动。

当采用单端时，在耦合电容中输入信号，最大的幅度是32mV峰峰值，芯片频带的低端截止频率决定耦合电容和本端的3KΩ电阻的输入阻抗。

作为差分的驱动时，信号最大幅度是16mV峰峰值，这是和ISD33000系列一样的。

4、反相的模拟输入（ANAIN-）：

作为差分驱动是录音信号的反相的输入端。

信号是通过耦合电容来输入，最大幅度是16mV峰峰值

5、音频输出（AUDOUT）：

作用是提供音频的输出，可以驱动5KΩ的负载。

6、片选（SS）：

此端为低电平，在向ISD4004芯片发送指令时，并且该两条指令间应该为高电平。

7、串行输入（MOSI）：

此端是串行的输入端。

主控制器应该在串行时钟的上升沿前半周期把数据放到这个端口，来让ISD输入。

8、串行输出（MISO）：

作为ISD的串行的输出端。

当ISD没有选中时本端会呈高阻态。

9、串行时钟（SCLK）：

作为ISD的时钟的输入端。

从主控制器中产生，可以用于同步的MOSI和MISO的数据传输。

10、中断（/INT）：

本端作为漏极的开路输出。

ISD在任何操作过程（比如快进）中检测到了EOM或OVF时，本端会变低电平并保持。

并且中断的状态在下一个SPI周期开始时清除。

中断状态也可以用RINT的指令读取。

OVF标志---指示ISD的录放操作是否已经到存储器未尾状态。

EOM标志---只在放音过程中检测到内部的EOM标志时，状态才会置1。

11、行地址时钟（RAC）：

漏极的开路输出。

每经过一个RAC周期，表示ISD存储器操作进行了一行。

该端口并且可以用于存储的管理技术。

12、外部时钟（XCLK）：

本端内部带有下拉元件。

工业级的芯片在整个温度和电压范围内，频率变化范围在-6/+4%内，此时建议使用稳压电源。

如果要求更高精度，可从本端来输入外部时钟（如前边所描述）。

并且由于内部的防混淆及平滑滤波器已经设定好，所以上述推荐时钟频率不应该再改变。

输入时钟占空比是无关紧要的，因为内部首先进行了分频。

并且在不外接地时钟时，此端是必须接地的。

13、自动静噪（AMCAP）：

一般本端对地会接1mF的电容，来构成内部信号的电平峰值检测电路一部分。

并且与内部设定阈值和峰值电平来作比较，从而决定自动静噪的功能的翻转点。

大信号时，自动静噪的电路不衰减，静音时衰减6dB。

1mF的电容也影响自动静噪的电路对信号幅度的响应速度。

本端接VCCA则应该禁止自动静噪。

2.4蜂鸣器和LED指示灯

蜂鸣器

鉴于用Proteus仿真，语音模块用蜂鸣器代替如图3-7，采用三极管NPN，当P11为高电平时电路导通，通过程序使P11进行短时间内高低电平转换，以达到断续蜂鸣提示的效果。

图3-11蜂鸣器接线图

到站LED提示灯

鉴于用Proteus仿真，语音模块用蜂鸣器代替如图3-7，采用三极管PNP，当P1.0为低电平时电路导通，到站提示灯亮。

图3-12LED提示灯接线图

第三章系统程序设计

3.1系统仿真主程序流程图

开始界面

蜂鸣器提示，LCD显示第一行字符

“WelcometoYanTai”

运行方式

P34=0?

P35=0?

NN

YY

顺序报站，蜂鸣器提示，LED下车指示灯亮

逆序报站，蜂鸣器提示，LED下车指示灯亮

液晶显示当前到站站名

图3-1系统仿真主程序流程图

系统仿真，初始化运行程序时，LCD第一行显示欢迎字符，蜂鸣器蜂鸣，选择BUTTON1或者BUTTON2（通过控制P35,P34）选择顺序或者逆序报站，按下按键之后，蜂鸣器提示，LED指示灯亮，延迟一段时间后显示站名。

随后可以每到一个站依次显示公交车站名，如果出现错误或者重新选择另一顺序报站，可以使用按键复位，重新选择报站方式。

第四章系统仿真实现

4.1开发环境KeilC51介绍

KeilC51是集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编，PLM语言和C语言的程序设计，，易学易用。

在KeilC51集成开发环境下使用工程的方法来管理文件，所有的源文件、头文件甚至说明性文档都可以放在工程项目文件里统一管理。

本次设计使用KeilC51的开发工具大致流程如下：

（1）运行KeilC51软件，进入KeilC51集成开发环境。

（2）选择工具栏的Project选项，弹出下拉菜单，选择NewProject命令建立一个新