基于单片机控制的公交自动语音报站系统设计--毕业设计

基于单片机控制的公交自动语音报站系统设计--毕业设计内容摘要：

端在寻址片内 16KB FLASH 程序存储器时，必须连到 VCC，如果将此端连到 GND 端，将迫使单片机寻址外部 0000H1FFFH 范围的程序存储器。 如果加密位被编程 STC89C54RD+了， CPU 将对 EA 的状态进行采样并锁存，EA 的状态不得与实际使用的内部或外部程序存储器的状态发生矛盾。 167。 外部晶振的选用 晶振包括有源晶振和无源晶振晶振在单片机中提供时钟源，任何指令的执行都必须依靠时钟源的存在， 所以被称作工作三要素之一， STC89C54RD+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， XTAL2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。 电容的值具有微调的作用，我们取 30PF。 一般 5V系统中， 图 32 外部晶振电路 两个引脚对地的电压都是 2V左右，且压差不大，如果出现引脚电压为 0V或 是 5V（ VCC）表明晶振没有起振，需要检查连接可靠性或者更换晶振。 本设计晶振的具体的接法如图 3— 2 外部晶振电路。 STC89C54RD+的工作频率范围在 024MHZ。 我们选用的是 12MHZ 的晶振，振荡周期为 1us 机器周期为1us，所以这个晶振可以满足这个系统的要求。 并且晶振不能离单片机太远，不然使用外部晶振进行软件调试时就会发现找不到信号。 167。 复位电路 复位通常包括两种形式，即低电平复位和高电平复位， 51 单片机都采用高电平复位即正常工作时复位引脚为低电平，按下复位按键时，复位引脚为高电平，阻容复位的特点是成本低、连接方便。 在一些要求高可靠性的设备中，专用的复位芯片常用语代替当前的阻容复位电路，复位还可以分为硬件复位和软件复位两种，复位的作用是使程 序自动从 0000H 开始执行，因此我们只要在 STC89C54RD+单片机的 RESET 端加上一个高电平信号，并持续10ms 以上即可， RESET 端接有一个上电复位电路，它是由一个小的电解电容和一个接地的电阻组成的。 人工复位电路另外采用一个按钮来给 RESET端加上高电平信号。 我们采用放电型人工复位电路，如图 33 人工复位电路，上电时 C 通过R 充电，维持宽度大于 10ms 的正脉冲，完成上复位功能。 C 充电结束后， 图 33 人工复位电路 RESET 端出现低电平 CPU 正常工作。 在此我们取了典型值 R=10K,C=10uf。 上电复位实现的时间 ： T=R*C =10K*10UF =100ms=10ms 需要人工复位时，按下按钮 K， C 通过 K 放电， RESET 端电位上升到高电平，实现人工复位， S 松开后 C 重新充电，充电结束后， CPU 重新工作， R1 是限流电阻，阻值不可以过大，否则不能起到复位作用。 167。 3 .2 按键电路的设计 键盘实质上是一组按键开关的集合，控制 CPU 通过按键来识别特定的用户命令，从而转入相应的程序来执行用户命令。 键盘的硬件的设计涉及下 面几个方面的问题：如图 3— 4 按键电路： 图 3— 4 按键电路 键的闭合与否反应在电压上就是呈现出高电平或低电平，如果高电平表示断开，那么低电平则表示闭合，通过电平的高低状态的检测可确认键按下与否。 把对应的端口值赋高电平，即“ 1”，按键按下，端口被拉直低电平，即“ 0”，通过检测该端口的电平高低即可判断按键是否按下。 由于按键是机械器件按下或松开是有固定的机械抖动，这个抖动时间虽短，一般 10~15ms，不同的按键抖动不同，但对单片机来说，很轻松就能检测到，单片机是 us级别。 但这个结果并不是我们需要的，实际上只进行 一次按键操作，但有可 能进行了多次按键结果，这就是抖动造成的，所以大多数产品实际上都使用了按键去抖，为了确保 CPU 对一次按键动作只确认一次，并且防止干扰信号的影响，必需加入消除电平抖动的措施，下图 为按键抖动示意。 消除抖动通常有硬、软硬两种方法，硬件消除抖动可采取双稳态电路或滤波消抖电路；由于本设计中的按键只有两个，考虑系统可靠性和键盘设计的简单所以采用独立式按键。 图 3— 5 按键闭合及断开时的电压。 有 键 按 下按 键 确 定前 沿 抖 动 后 沿 抖 动 图 3— 5 按键闭合及断开前后的电压 167。 3 .3 显 示和驱动电路的设计 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， LED 能显示数字、汉字、字符等， LCD 可以显示汉字、符号、数字和图形和视频等。 LCD 的显示功能和效果要比 LED 要好得多，显示电路也比较简单（很大一部分已经集成化）。 唯一不足的是它的价格比较高，也不容易采购。 在这次设计中由老师申请我使用了凌阳单片机生产的 TFT液晶 LCD，本系统采用 TFT 液晶全彩显示。 TFTLCD 即薄膜管效应晶体管LCD，是有源矩阵类型液晶显示器中的一种 也 是目前唯一在亮度、对比度、功耗、寿 命、体积和重量等综合性能上全面赶上和超过 CRT 的显示器件，它的性能优良、大规模生产特性好、自动化程度高、原材料成本低廉、发展空间广阔。 本设计应用 TFT 液晶显示屏 ，其对文字和图片等信息显示上有了很大程度的塑造。 167。 显示电路的设计 本设计使用 STC89C54RD+单片机控制 TFT 液晶屏，电路连接如图 36 图 36 液晶显示连接图 167。 TFTLCD 显示的 原理 和方法 TFTLCD 液晶显示器因其图像质量高、色彩逼真、体积薄和功耗低等优点广泛应用于现实生活中，为了得到多灰度多色彩的 TFTLCD，要求数据驱动器 能够产生一系列满足灰度级要求的输出电压和显示多灰度的驱动方法。 而且。 对于高质量的显示，要求驱动不能由于 像 元的串干扰而引起的图像失真。 下表是 TFTLCD 管脚功能图 31 引脚号 引脚名称 方向 功能说明 1 GND 模块电源地 2 VCC 电源正端 3 NC 空脚 4 RS(CS) H/L 片选 5 R/W H/L 6 R/D H/L 7 DB0 H/L 数据 0 8 DB1 H/L 数据 1 9 DB2 H/L 数据 2 10 DB3 H/L 数据 3 11 DB4 H/L 数据 4 12 DB5 H/L 数据 5 13 DB6 H/L 数据 6 14 DB7 H/L 数据 7 15 REST H/L 复位 16 CS H/L 片选 17 NC 空脚 18 NC 空脚 表 31 TFTLCD 管脚定义 显示图片 信息： 寸 TFTLCD 彩屏分辨率 320*240，其中一个点颜色 用 16bit 表示，格式 565。 320*240*2=153600 字节，即 150K，所以如果完整写一篇图片，需要 150KROM 容量，显然 51 单片机是不够的，所以需 SD 卡储 存图片（下文介绍），由于 51 单片机速度较低，所以显示图片需要较长时间，简单处理只做基础功能。 SD 卡使用如下， 2G 以下 SD 卡，格式化成 FAT16 格式。 然后把所需要显示的图片，大小 240*320 像素， BMP 格式，通过转换软件转换成 BIN 格式 并通过读卡器读到 SD 卡，处理软件使用 Image2LCD 软件。 存储如下 37 图 37 图片格式转化成 BIN 我们用 WINHEX 软件查看，能看到如下图 38 图 38 图片信息 如上图，点击“车 ”文件，可以看到右端第一扇区地址是 520，这是个数 据区最小的地址，我们把图片一次存放，读图片也是从这个图片开始，然后又看左下角圈起来的两个数字，一个是物理扇区，一个是逻辑扇区配套程序中没有使用完整的 FAT 格式，所以这里我们选物理编号 769，那么对应的 图 39 车 图片 地址就是 769*512=393728，所以我们用 winhex 软件查出其物理地址，计算出其所对应地址，即可加到程序中使用。 其加载图片如上图 39 167。 驱动元件 74HC245D 本设计驱动部分使用的元件 74HC245D 作为总线驱动器，一般的单色光原板使用一个 74HC245D，全彩的必须拥有两个以上的 74HC245D，这里我们选用两个作为驱动器，其管脚和内部结构如图 310 图 310 74HC245D 内部结构框图 第 1 脚 DIR，为输入输出端口转换用， DIR=“ 1”高电平时信号由“ A”端输入“ B”端输出， DIR=“ 0”低电平时信号由“ B”端输入“ A”端输出。 第 2～ 9 脚“ A”信号输入输出端， A1=B、 A8=B8， A1 与 B1 是一组，如果 DIR=“ 1” G=“ 0”则 A1 输入 B1 输出，其它类同。 如果 DIR=“ 0” G= “ 0”则 B1 输入 A1 输出，其它类同。 第 11～ 18 脚“ B”信号输入输出端，功能与“ A”端一样，不在描述。 第 19 脚 G，使能端，若该脚为“ 1” A/B端的信号将不导通，只有为“ 0”时 A/B 端才被启用，该脚也就是起到开关的作用 第 10 脚 GND，电源地。 第 20 脚 VCC，电源正极。 这种八位总线收发器是为数据总线间进行异步两路通讯而设计之。 采用控制功能可以尽量减少外部定时电路之要求。 这种电路可以将数据从 A 总线传送到 B 总线，也可将数据从 B 总线传送到 A 总线，具体传送方向要看方向控制（ DIR）输入之逻辑电平而定。 可以用使能输入来禁止这种电路，使总线之间能有效地隔离。 167。 稳压原件 AMS1117 大型 TFTLCD 的功率需求量之大似乎永远得不到满足。 电源必须满足晶体管数目不断增加和显示器分辨率日益攀升的要求，并且还能占用太大的板级空间，这样就需要一个三端输出稳压器，在此我们使用的元件时 AMS1117 系列 如图 38 很 简单，这就是一款线性稳压器，只要输入和输出端对地接滤波电容即可。 图 311 三端稳压器 AMS1117 167。 外围扩展 SD 卡 SD 卡的全称： Secure Digital Memory Card。 中文翻译为安全数码卡，是一种基于 半导体快闪记忆器的新一代记 忆设备，它被广泛地于便携式装置上使用。 其外形和管脚定义如表 32 引脚功能 SD 模式 SPI 模式 名称 类型 描述 名称 类型 描述 1 CD/DAT3 IO 或 PP 卡检测 /数据线 3 CS I 片选 2 CMD PP 命令 /回应 DI I 数据输入 3 Vss1 S 电源地 VSS S 电源地 4 Vdd S 电源 VDD S 电源 5 CLK I 时钟 SCLK I 时钟 6 Vss2 S 电源地 VSS2 S 电源地 7 DAT0 IO 或 PP 数据线 0 DO O 或 PP 数据输出 8 DAT1 IO 或 PP 数据线 1 RSV 9 DAT2 IO 或 PP 数据线 2 RSV 表 32 SD 卡管脚功能图表 SD 卡支持两种总线方式： SD 方式与 SPI 方式。 其中 SD 方式采用 6 线制，使用 CLK、 CMD、 DAT0DAT3 进行数据通信，而 SPI 方式采用四线制， 使 用 CS、 CLK、 DataIn、 DataOut 进行数据通信。 SD方式时的数据传输速度与 SPI 方式要快，采用单片机对 SD 卡进行读写时一般都采用 SPI 模式。 采用不同的初始化方式可以使 SD 卡工作于 SD 方式或 SPI 方式。 SD 卡与 SPI模式下与单片机的连接图 如图 311 图 311 SD 卡连接图 此设计中 SD 部分使用 4 个数据线 使用 SD卡的 SPI模式： CS使能 SCK时钟输入 DOUT数据输出 DIN数据输入，其杜邦线连接如下 图 312 图 312 SD 卡杜邦线插槽 167。 实时时钟 DS1302 DS 1302 是美国 DALLAs。