畢業設計-基于單片機的公交車輛自動報站系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 口： P2口為一個內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口 ,P2 口緩沖器可接收 ,輸出 4個 TTL 門電流 ,當 P2 口被寫“ 1”時 ,其管腳被內部上拉電阻拉高 ,且作為輸基于單片機的公交車自動報站系統 10 入。并因此作為輸入時 ,P2 口的管腳被外部拉低 ,將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數據存儲器進行存取時 ,P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時 ,它利用內部上拉優勢 ,當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時 ,P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P2 口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口： P3口管腳是 8個帶內部上拉電阻的雙向 I/O口 ,可接收輸出 4個 TTL門電流。當 P3 口寫入“ 1”后 ,它們被內部上拉為高電平 ,并用作輸入。作為輸入 ,由于外部下拉為低電平 ,P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口 ,如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數據存儲器寫選通） /RD（外部數據存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時 ,要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時 ,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在 FLASH 編程期間 ,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時 ,ALE 端以不變 的頻率周期輸出正脈沖信號 ,此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時 ,將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時 , ALE 只有在執行 MOVX,MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外 ,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態 ALE 禁止 ,置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間 ,每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數據存儲器時 ,這兩次有效的 /PSEN 信號第三章 硬件部分 11 將不出 現。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時 ,則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH） ,不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時 ,/EA 將內部鎖定為 RESET。當 /EA端保持高電平時 ,此間內部程序存儲器。在 FLASH編程期間 ,此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 3．振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。 石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件 ,XTAL2 應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器 ,因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求 ,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 4．芯片擦除： 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合 ,并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中 ,代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲字節被重復編程以前 ,該操作必須被執行。 此外 ,AT89C51 設有穩態邏輯 ,可以在低到零頻率的條件下靜態邏輯 ,支持兩種軟件可選的掉電模式。 在閑置模式下 ,CPU 停止工作。但 RAM,定時器 ,計數器 ,串口和中斷系統仍在工作。在掉電模式下 ,保存 RAM 的內容并且凍結振蕩器 ,禁止所用其他芯片功能 ,直到下一個硬件復位為止。 振蕩電路設計 89 系列的振蕩電路可以有內部振蕩和外部振蕩電路輛種方法來實現，內部振蕩電路由一個單級反相器組成， XTML1 為反相器的輸入， XTML2 為反相器的輸出。可利用內部振蕩產生時鐘，只要在 XTML1 和 XTML2 引腳上外接一個晶體及電容組成的并聯諧振電路，便構成一個完整的振蕩信號發生器。 如圖 基于單片機的公交車自動報站系統 12 圖 單片機內部振蕩電路 外部振蕩電路由外部時鐘源提供一個時鐘信號到 XTML1 端輸入，而 XTML2 端浮空。在組成單片機系統時多采用第一種方法，這種方式的結構緊湊，成本低廉，可靠信強。 如圖 所示 圖 單片機外振蕩電路 振蕩電路的等效電路如圖 上部所示，在圖中給出了外接元件，即外接晶體電容 C1， C2，并組成并聯諧振電路，在電路中，對電容 C1和 C2 的值要求不是很嚴格，如果用高品質的晶振， 則不管頻率為多少， C1， C2通常都選擇 30Pf。有時，在一些地方，為了降低成本，也可用陶瓷振蕩器代替晶振，若使用陶瓷振蕩器，則電容 C1， C2 的值取 47pf. 外部振蕩信號 CMOS 門 NC XTAL2 XTAL1 GND XTAL1 400 Q4 /PD D2 D1 Q1 內部定時 VCC XTAL2 Rf Q3 Q2 第三章 硬件部分 13 圖 等效電路 單片機對所使用的振蕩晶體的參數要求如下 ： ESR(等效串聯電阻 )：根據所需頻率按圖 。 C0(并聯電容 )：最大 。 CL(負載電容 )： 30PF+3PF。 其誤差及溫度變化的范圍要按系統的要求來確定 。 圖 ESR與頻率的關系曲線 本文設計的 振蕩 電路 如圖 所示。 0 4 8 12 16 200 400 600 Rf /PD 內部定時 VCC GND XTAL1 C2 C1 石英晶體或陶瓷振蕩器 XTAL2 基于單片機的公交車自動報站系統 14 圖 振蕩電路 復位電路設計 復位電路的基本功能是：系統上電時提供復位信號，直至系統電源穩定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復位。圖 RC復位電路可以實現上述基本功能，圖 為其輸入 輸出特性。但解決不了電源毛刺（ A點）和電源緩慢下降（ 電池 電壓不足）等問題 而且 調整 RC 常數改變延時會令驅動能力變差。左邊的電路為高電平復位有效 ， 右邊為低電平 Sm為手動復位開關 Ch可避免高頻諧波對電路的干擾 。 圖 RC復位電路 XTAL1 XTAL2 X1 12M C2 30pF C3 30pF Ch 104 E1 22u Sm R1/10K VCC E1 22u RST Sm R1 10k Ch 104 VCC RST 第三章 硬件部分 15 圖 ，在電源電壓瞬間下降時使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統可靠復位。圖 3所示復位電路輸入輸出特性圖的下半部分是其特性，可與上半部比較 ， 增加放電回路的效果。 圖 增加二極管的復位電路 增加放電回路的 RC 復位電路 使用比較電路，不但可以解決電源毛刺造成系統不穩定，而且電源緩慢下降也能可靠復位。圖 是一個實例 當 VCC x (R1/(R1+R2) ) = 時， Q1 截止使系統復位。 Q1 的放大作用也能改善電路的負載特性，但跳變門檻電壓 Vt 受 VCC 影響是該電路的突出缺點，使用穩壓二極管可使 Vt 基本不受 VCC 影響。當 VCC 低于 Vt(Vz+)時電路令系統復位。 圖 RC電路輸入 輸出特性 D1 4148 D1 4148 Ch 104 E1 22u Sm R1/10K VCC E1 22u RST Sm R1 10k Ch 104 VCC RST VCC VCC 0V VCC /RST 0V RST VCC 0V VCC /RST 0V RST VCC 0V 基于單片機的公交車自動報站系統 16 圖 帶電壓監控功能的復位電路 圖 穩定門檻電壓 單片機要復位，本質上是在其 RESET 腳上保持一定時間的高電平，單片機檢測到這個電平保持時間大于它要求的時間就會自動復位。最簡單的上電復位電路是用一個電容與一個電阻串聯組成，電容接 VCC，電阻接地， RESET 腳接在它們中間，當上電時，電容相當于短路，此時電阻上的電壓等于 VCC，經過一段時間后電阻電壓逐漸變小直至為 0，只要 RC 時間選擇合適，就可 以用來上電復位。但是這個電路要想起到重新復位的作用，只能先下電，再上電才行。如果在電容兩端并聯一個按鍵，就成了按鍵復位電路，只要按下這個按鍵，單片機就能復位而無需下電，這個就是兩者的區別。 本文用到的 復位 電路如圖 所示。 Z1 Vz R1 100K Sm R2 10K Ch 104 Q? 9013 R3 10KK VCC RST Z1 Vz R1 100k Sm C1 104 Q1 9013 D1 4148 R2 10K RST Ch 104 VCC 第三章 硬件部分 17 圖 復位電路 電壓變換電路設計 一般公交車使用 24V電壓 ,而 AT89C51的工作電壓為 5V,所以需要 將 24V的電壓轉換成 5V,這就需要利用電壓變 換電路來實現此項轉化，現在普遍采用集成穩壓器來得到 +5V 的穩定電壓。集成穩壓器具有穩壓精度特別高，工作穩定可靠，外圍電路簡單，體積小，重量有輕的優點，常見的有：金屬圓形封裝，金屬菱形封裝，塑料封裝，帶散熱板封裝， 扁平式封裝，雙列直插式封裝等。其中在電子制作中三端固定輸出穩壓器應用較廣。 78xx 系列集成穩壓器是常用的固定正輸出電壓的集成穩壓器，輸出電壓有 等規格，最大輸出電流 為 。 它的內部含有限流保護，過熱保護和過壓保護電路，基準電壓源噪聲低 .溫度漂移小，工 作穩定可靠。下圖給出了一個采用三端固定正電壓集成穩壓器7805 來得到 +5V 穩定電壓的圖示 供參考。 圖 三端固定正電壓集成穩壓器電路 7805 24 V +5 V uF uF RST PSEN ALE EA R4 10K C1/22uf +5v 基于單片機的公交車自動報站系統 18 脈沖檢測 電路設 計 1. 霍爾器件 測量磁場 使用霍爾器件檢測磁場的方法極為簡單，將霍爾器件作成各種形式的探頭，放在被測磁場中，因霍爾器件只對垂直于霍爾片的表面的磁感應強度敏感，因而必須令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測磁場的磁感應強度。若不垂直，則應求出其垂直分量來計算被測磁場的磁感應強度值。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進行多點檢測，由計算機進行數據處理，可以得到場的分布狀態，并可對狹縫，小孔中的磁場進行檢測。 2. 霍爾器件 工作磁體的設置 用磁場作為被傳感物體的運動和位置信息載體時，一般采用永久磁鋼來產生工作磁場。例如，用一個 54 （ mm3）的釹鐵硼 Ⅱ 號磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約 2300 高斯的磁感應強度。在空氣隙中，磁感應強度會隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開關器件的可靠工作，在應 用中要考慮有效工作氣隙的長度。在計算總有效工作氣隙時，應從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產品手冊中會給出。 因為霍爾器件需要工作電源，在作運動或位置傳感時，一般令磁體隨被檢測物體運動，將霍爾器件固定在工作系統的適當位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結果中提取被檢信息。 工作磁體和霍爾器件間的運動方式有： (a)對移； (b)側移； (c)旋轉； (d)遮斷。 在遮斷方式中，工作磁體和霍爾器件以適當的間隙相對固定，用一軟磁（例如軟鐵）翼片作為運動工作部件，當翼 片進入間隙時，作用到霍爾器件上的磁力線被部分或全部遮斷，以此來調節工作磁場。被傳感的運動信息加在翼片上。這種方法的檢測精度很高，在 125℃ 的溫度范圍內，翼片的位置重復精度可達50μm 。 也可將工作磁體固定在霍爾器件背面（外殼上沒打標志的一面），讓被檢的鐵磁物體（例如鋼齒輪）從它們近旁通過，檢測出物體上的特殊標志（如齒、凸緣、缺口等），得出物體的運