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
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