基于51單片機的排隊機叫號系統設計_畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 410AD 單片機，使得代碼的編寫和移植更為的方便。具體的關于 MCU 單片機的詳細內容請參考 章節的內容，此處不作詳細介紹，電路原理圖如下圖 222 所示： 青島農業大學海都學院 工程系 電氣本科畢業設計 9 圖 222 窗口叫號系統 MCU 電路 窗口 LED 顯示屏電路 市面上已有的相關的產品的顯示屏多采用 3 英寸點陣顯示屏或 3 英寸數碼管顯示屏，各有利弊，點陣式顯示屏可以顯示漢字、字幕、數字，比較隨意靈活，但是亮度不是很高，對于亮度要求很高的場合不太適合；數碼管顯示屏，只能顯示數字或字幕，不能顯示漢字，但是數碼管亮度高，顏色飽滿紅潤，看上去比較舒服。總之各有利弊。 本設計中采用了數碼管顯示屏，應為其電路簡單，易于操控，更加的節約成本。采用了 英寸共陰極高亮紅色 4 位 8 段數碼管。采用動態掃描的方式顯示客戶的號碼。數碼管的驅動電路采用了 74HC573 來增加電流，驅動數碼管的段。對于位選直接用單片機的 IO 來驅動，達到穩定顯示的目的下，幾乎用了最簡單的方法來驅動電路。 數碼管基本參數如圖 223 所示，數碼管驅動電路如圖 224 所示。 青島農業大學海都學院 工程系 電氣本科畢業設計 10 圖 223 數碼管基本參數 圖 224 窗口 LED 顯示驅動電路 青島農業大學海都學院 工程系 電氣本科畢業設計 11 主控電路硬件電路設計 主控 MCU 在整個的系統中充當著最重要的角色，他在整個系統中起到了系統宏觀調節的作用，首先主控電路要通過曲線通信接收來自取號機的數據，將客戶的取號存入系統之中，同時主控電路還要實時接收來自服務窗口的數據，本 系統中設有 3 個服務窗口，分別對應 3 種不同的業務。對于來自窗口的請求數據，主控芯片接收后立即處理，判斷之后將對應的客戶號碼發送到服務窗口和大廳的顯示屏及語音系統。 強大的通信及數據處理就要求主控 MCU 要有強大的處理能力，才能時刻保持整個系統的運行暢通，不會出現數據丟失或發生錯誤等現象。所以本系統中主控電路采用的是STC 公司出款的 STC12C5A60S2 1T 單片機。 STC12C5A60S2 1T 單片機，是 STC 出款的單時鐘 /機器周期（ 1T）的單片機，是高速/低功耗 /高抗干擾的新型 8051單片機，兼容傳統全 部的 8051的指令代碼，但提高了 810倍的速度。內部擁有 MAX810 專用的復位電路， 2 路 PWM。程序存儲空間 60K；片上集成1280 字節 RAM；且具有雙串口可同時通信。 STC12C5A60S2 系列單片機的內部結構如圖 212 所示，包含中央處理器 (CPU)、程序存儲器 (Flash)、數據存儲器 (SRAM)、定時計數器、 UART 串口、 I/O 接口、高速 AD 轉換、 SPI 接口、 PCA、看門狗及片內 R/C 震蕩器和外部晶振體振蕩電路等模塊。內部結構圖如圖 231 所示。 系統時鐘源采用外部晶振 ， 極大地提高了系統的數據處理速度，使得系統的處理速度更加快速，能夠快速收發無線通信，并能夠快速處理數據信息。是系統變得更加敏捷迅速。 強大的硬件支持，是系統的整個運行流暢完美。 青島農業大學海都學院 工程系 電氣本科畢業設計 12 圖 231 STC12C5A60S2 單片機內部結構圖 STC12C5A60S2 外圍電路如圖 232 所示： 圖 232 STC12C5A60S2 外圍電路 語音及大廳顯示硬件電路設計 語音模塊采用的是 ISD 公司的 ISD4004 芯片。 ISD4004 語音芯片由美國 ISD 公司推出，芯片內部高度的集成化，振蕩器、 濾波器、除噪音、防大功率等均集于一體，僅僅需要幾個外圍電路就可以構成一個很強大的語音青島農業大學海都學院 工程系 電氣本科畢業設計 13 錄制播放的系統。通信方式采用 SPI 串行接口輸入。采樣頻率可分為 、 、 4KHZ，與所能錄制的時間成反比，與音質成正比。芯片存儲器內的數據更是可以保存 100 年在短點的情況下，而且可以錄制 10 次左右而不損壞。市場上很多的電子產品均在采用此款芯片。 顯示部分采用的是 LCD 12864 液晶顯示，因為距離客戶距離很進，這樣可以更加直觀形象的將信息傳遞給每一個客戶。 LCD12864 液晶可以顯示漢字、字母、數字符號等，這樣就 可以利用液晶同時顯示 4個客戶的信息，分別占據一行，這兒樣客戶就可以提前看到自己被呼叫的相關信息。 語音部分電路設計 語音電路部分包括話筒輸入部分、放音部分，還有語音芯片。 語音輸入部分采用的是咪頭話筒，該話筒體積小便于調試安裝，內部電路如圖 241所示： 圖 241 咪頭話筒內部電路 咪頭話筒技術參數資料如下圖 242 所示： 圖 242 咪頭話筒技術參數 ISD4004 系列語音芯片 ISD40040 ISD4004 ISD40041 ISD400416 共 4青島農業大學海都學院 工程系 電氣本科畢業設計 14 款不同的芯片 ，每種芯片的具體參數如下圖 243 所示： 圖 243 ISD4004 系列芯片參數 本設計中采用的是 ISD400408 芯片， 8 分鐘即可滿足設計的需求， ISD400408 芯片可以分為 2400 段存儲空間，即最多可以錄制 2400 段錄音，也可以連續的錄音，讀取每一段的其實地址即可放音。驅動電路見下圖 244 所示電路： 圖 244 ISD4004 驅動電路 電路中對于 ISD4004 語音輸入的 MIC 接口電路做了去耦濾波的處理，使得輸入的聲音信號更加清新平穩，盡量減噪音的影響。放音電路采用了 LM386 芯片 放大聲音信號，使得輸出的電壓信號可以驅動較大點的喇叭，省的聲音更大更清晰，效果更好。 LCD 顯示部分電路設計 此部分的電路設計與取號機部分的顯示電路相同，具體電路及內容請參考 章節的內容。此處不作重復聲明。 MCU 電路設計 此部分的 MCU 為主控電路的 MCU 所控制，詳情見主控電路 MCU 的具體參數說明及其青島農業大學海都學院 工程系 電氣本科畢業設計 15 電路。 無線通信部分硬件電路設計 此節的無線通信部分為取號機、窗口、主控電路部分共同所有。 本文設計的無線通信系統采用的是 NRF24L01 無線通信模塊。極低的電流消耗 ：如果工作在正常模式下，發射的功率會為 6dBm 的時候，電流會為 9mA，接收的時候有。工作在掉電模式與待機模式的時候會更低。 基本參考數據如圖 245 所示： 圖 245 NRF24L01 基本參數 NRF24L01 模塊擁有 6 個獨立的通道，在接收狀態下， NRF24L01 能夠收到 6 個通道的信號，見圖 246 所示，每一個信號通道必須使用互不相同的地址，可以公用相同的數據頻道，相當于 6 個發送的模塊對應一個接收的模塊可以實現。只有通道 0 擁有可以設置為 40 位自身地址通道。 1~5 信號通道僅僅擁有 8 位自 身和 32 位公用地址，但所有的數據通道都可以通過軟件設置為增強型。 NRF24L01 在收到某個通道的數據后會記錄地址，緊接著會以此地址為應答地址發送應答信號。發送數據端，信號通道 0 會被用作接收應答信號，所以，接受不發生錯誤，通道 0 要與發送端的地址相同，這樣才能保證正常的運行。 青島農業大學海都學院 工程系 電氣本科畢業設計 16 圖 246 NRF24L01 接收發送對應關系 NRF24L01 的外圍驅動電路如下圖 247 所示： 圖 247 NRF24L01 電路 NRF24L01 芯片的工作電壓為 ， IO 可以直接輸入 5V 電壓，所以 IO 口可以直接與單片機的 IO 口相連，對于工作電壓，本文設計中使用的是通用的 工作電壓，青島農業大學海都學院 工程系 電氣本科畢業設計 17 采用的是 穩壓芯片，具體的穩壓轉換電路如下圖 248 所示： 圖 248 AMS1117 穩壓電路 最后整個系統的 5V 電源均由 5V 開關電源提供，電流為 2A，方便使用和移動。 青島農業大學海都學院 工程系 電氣本科畢業設計 18 第三章 排隊機叫號系統的軟件設計 軟件部分的代碼編寫本設計中采用了 C 語言，簡單明了，而且移植很方便，采用的編程軟件為 keil4，一共分為 4 個大的部分：取號機部分代碼、窗口叫號部分代 碼、主控+語音液晶顯示部分代碼、無線通信部分代碼。 取號機軟件設計 取號機代碼的編寫可以分為三個部分：打印機驅動部分、液晶顯示驅動部分、無線通信部分，無線通信部分詳情見附錄 1。 設計流程圖 本文在設計之前，對此部分做了流程圖規劃，具體內容如下圖 311： 圖 311 取號機軟件設及流程 M150II 打印機部分 打印 57 點陣字符的時序圖如圖 312所示，首先由脈沖寬度為定時信號 Tn— Tn+1的打印脈沖 Pn 激勵打印針 A 工作，然后由脈沖寬度為定時信號 Tn+1— Tn+2 的打印脈沖Pn+1 激勵打印針 B 工作，同樣的打印針 C 被打印脈沖 Pn+2 激勵工作，打印針 D 被打印脈沖 Pn+3 激勵工作，接著打印針 A 再次被打印脈沖 Pn+4 所激勵。按照這樣的規律，打印針 A、 B、 C、 D 依次被連續的打印脈沖所激勵，直到完成打印任務。 青島農業大學海都學院 工程系 電氣本科畢業設計 19 圖 312 打印機時序圖 驅動程序及注釋如下： include define uchar unsigned char define uint unsigned int define ASCSTART 0X20 define HEAD 4 define LET_PER_HEAD 4 define VOL_PER_LET 6 define LINE 9 uchar print _at_ 0x7fff。 uchar LetBuf[HEAD][LET_PER_HEAD]。 uchar PrtBuf[HEAD][LET_PER_HEAD]。 /* 源文件 / 文字 : !\$%amp。\39。()*+,./0123456789:。=? @ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\\] ^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}u 寬 高（像素） : 5708 字模格式 /大小 : 單色點陣液晶字模，縱向取模，字節倒序 /570 字節 數據轉換日期 : 02813 9:44:55 青島農業大學海都學院 工程系 電氣本科畢業設計 20 */ uchar code ASCTable[][VOL_PER_LET] = { 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x06,0x5F,0x06,0x00, 0x00,0x07,0x03,0x00,0x07,0x03, 0x00,0x24,0x7E,0x24,0x7E,0x24, 0x00,0x24,0x2B,0x6A,0x12,0x00, 0x00,0x63,0x13,0x08,0x64,0x63, 0x00,0x36,0x49,0x56,0x20,0x50, 0x00,0x00,0x07,0x03,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x3E,0x41,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x41,0x3E,0x00,0x00, 0x00,0x08,0x3E,0x1C,0x3E,0x08, 0x00,0x08,0x08,0x3E,0x08,0x08, 0x00,0x00,0xE0,0x60,0x00,0x00, 0x00,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08, 0x00,0x00,0x60,0x60,0x00,0x00, 0x00,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02, 0x00,0x3E,0x51,0x49,0x45,0x3E, 0x00,0x00,0x42,0x7F,0x40,0x00, 0x00,0x62,0x51,0x49,0x49,0x46, 0x00,0x22,0x49,0x49,0x49,0x36, 0x00,0x18,0x14,0x12,0x7F,0x10, 0x00,0x2F,0x49,0x49,0x49,0x31, 0x00,0x3C,