基于51单片机的公交车报站系统设计

基于51单片机的公交车报站系统设计内容摘要：

灵活使用指令运算、存放数据，中断响应速度快。 AVR 像 8051 一样，有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断。 高级 C 语言编程效率高。 从高级语言 C 代码完成同一任务实例来比较， 8 MHz AVR 单片机的速度相当于 224 MHz 的 80C51 单片机， AVR 比 80C51 快 28 倍。 AVR 是低功耗单片机，具有休眠省电功能 (Power Down)及闲置 (Idle)低功耗功能。 一般耗电在 1～ mA；对于典型功耗情况， WDT 关闭时为 100 nA，更适用于电池供电的应用设备。 有的器件最低 V 即可工作。 可多次烧写的 Flash，且具有多重密码保护锁死 (Lock)功能。 I/O 口功能强、驱动能力大，具有输入 /输出、三态高阻输入，也可设定内部拉高电阻作输入端的功能，以便于应用到各种所需的场合 (多功能 I/O 口 )。  51 系列单片机： 51 系列是指是兼容 Intel 公司 51 指令集的单片机系列的统名称。 这种单片机所包括的硬件资源有： （ 1）一个 8 位的微处理器； （ 2）片内数据存储器 RAM，用以存放可以读 /写的数据，如运算的中间结果、最终结果以欲显示的数据等； （ 3）片内程序存储器 ROM/EPROM，用以存放程 序、一些原始数据和表格； （ 4）四个 8 位并行 I/O 接口 P0～ P3，每个口可以用作输入，也可以用作输出； （ 5）两个（或三个）定时器 /计数器，每个定时器 /计数器都可以设置成计数方式，用以对 外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制； （ 6）五（或六个）个中断源的中断控制系统； （ 7）一个全双工 UART 接口（通用异步接收发送器）的串行 I/O，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信； （ 8）片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容须要外接。 可以看出 MCS51系列单片机也是一款功能强大的单片机。  STC89C51 系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰 / 高速 / 低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机， 12 时钟 / 机器周期和 6 时钟 /机器周期可任意选择，最新的 D 版本内部集成 MAX810 专用复位电路。 特点如下： （ 1） .增强 6 时钟 /机器周期， 12 时钟 /机器周期 8051CPU； （ 2）工作电压： ~（ 5V 单片机） /~（ 3V 单片机）； （ 3）工作频率范围： 0~40MHz，相当于普通 8051 的 0～ 80MHz 实际工 作频率可达48MHz； （ 4）用户应用程序空间 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字节； （ 5）片上集成 1280 字节 /512 字节 RAM； （ 6）通用 I /O 口（ 32/36 个）复位后为： P1/P2/P3/P4 是准双向口 /弱上拉（普通 8 051传统 I /O 口）， P0 口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I /O 口用时，需加上拉电阻； （ 7） ISP（在系统可编程） /IAP（在应用可编程），无需专用编程器 /仿真，可通过串口（ ）直接下载用户程序， 8K 程序 3 秒即可完成一片 ； （ 8） EEPROM 功能； （ 9）看门狗； （ 10）内部集成 MAX810 专用复位电路（ D 版本才有），外部晶体 20M 以下时，可省外部复位电路； （ 11）共 3 个 16 位定时器 /计数器，其中定时器 0 还可以当成 2 个 8 位定时器使用； （ 12）外部中断 4 路 ,下降沿中断或低电平触发中断， Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒； （ 13）通用异步串行口（ UART），还可用定时器软件实现多个 UART； （ 14）工作温度范围： 0~75℃ /－ 40~+85℃ ； （ 15）封装： PDIP40， PLCC44， PQFP44。 STC 单片机在条屏运用中的优越性 对于单色动态条幅屏的应用需要， STC12C5412AD 单片机有以下突出的优点： ●较高的处理速度和时钟频率，能轻松的实现条屏的各种移动算法。 ●有 SPI 和 UART 两个串行口，能实现与字库芯片或 PC 机之间的数据交换。 ●有内部 E2PROM，可用于掉电存放条屏的各种设置参数、汉字内码等数据。 ●ISP/IAP 功能，使芯片可以不脱板下载程序，便于产品的软件升级。 ●内部看门狗，使条屏可以工作在恶虐的电磁环境下。 ●宽电压范围，条屏的负载端电 压的波动不会影响其正常运行。 ●丰富的 I/O 口，可以代替 LED 行扫描用的行选通译码器器，降低产品成本。 ●小型封装，便于 PCB 的紧凑化设计。 从以上几种型号单片机的比较中可以看出， PIC 单片机、 AVR 单片机虽然在很多方面都有其特点，如在运行速度上，内部资源的配置等。 但因其价格高，开发工具不及使用 51系列单片机齐全，再考虑本系统对 CPU 的要求并不是很高，综合考虑还是选用已经普及的51 内核的单片机。 LED点阵显示屏驱动方案 LED 显示屏的工作原理 LED 点阵显示系统中各模块的显示方式： 有静态和动态显示两种。 静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。 点阵式 LED 汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。 将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于 24 帧 /秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。 最典型的例子就是电影 放映机。 在电子领域中，因为这种动态扫描显示方式极大的缩减了发光单元的信号线数量，因此在 LED 显示技术中被广泛使用。 以 88 点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。 图 21 中，红色水平线 Y0、Y1……Y7 叫做行线，接内部发光二极管的阳极，每一行 8 个 LED 的阳极都接在本行的行线上。 相邻两行线间绝缘。 同样，蓝色竖直线 X0、 X1……X7 叫做列线，接内部每列 8 个LED 的阴极，相邻两列线间绝缘。 在这种形式的 LED 点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用 “1”表示），在某列线上施加低电平（用 “0”表示）。 则行线和列 线的交叉点处的 LED 就会有电流流过而发光。 比如， Y7 为 1， X0 为 0,则右下角的 LED 点亮。 再如 Y0 为 1， X0 到 X7 均为 0，则最上面一行 8 个 LED 全点亮。 现描述一下用动态扫描显示的方式，显示字符 “B”的过程。 其过程如图 22 图 22 用动态扫描显示字符 “B”的过程 假设 X,Y 为两个 8 位宽的字节型数据， X 的每位对应 LED 模块的 8 根列线 X7X0，同样 Y 的每位对应 LED 模块的 8 根行线 Y7Y0。 在这个示例中， Y 叫行扫描线，行扫描线在每个时刻只有一根线为 “1”即有效行选通电平， X 叫列数据线，其内容就是点阵 化的字模数据的体现。 下面用伪代码描述动态显示的过程。 （ 1）． Y=0x01,X=0xFF，如图 第一帧； （ 2）． Y=0x02,X=0x87，如图 第二帧； （ 3）． Y=0x04,X=0xBB，如图 第三帧； （ 4）． Y=0x08,X=0xBB，如图 第四帧； （ 5）． Y=0x10,X=0x87，如图 第五帧； （ 6）． Y=0x20,X=0xBB，如图 第六帧； （ 7）． Y=0x40,X=0xBB，如图 第七帧； （ 8）． Y=0x80,X=0x87，如图 第八 帧； （ 9）．跳到第（ 1）步循环。 如果高速地进行（ 1）到（ 9）的循环，且两个步骤间的间隔时间小于 1/24 秒，由于视觉暂留。 LED 显示屏上将呈现出一个完整的 “B”字符。 这就是动态扫描的原理。 只不过实际运用的时候，列线和行线通常不止 8 位，还要根据列线和行线的数量来决定是用行线或列线来做扫描线。 例如 0601 条屏（每行 6 个汉字，共 1 行），行线有 16 根，列线有 96根。 如果用列线来做扫描线，则每列 LED 在每 96 次循环扫描中只可能亮一次，则其发光视觉平均亮度为直流亮度的 1/96。 如果用行线来做扫描线，则每 16 次循环，每 行 LED 就能亮一次，其发光视觉平均亮度为直流情况下的 1/16。 可见，用行线做扫描线，因为其发光周期的占空比较大，其视觉亮度是用列线做扫描线的 6 倍。 因而发光效率比前者高。 在实际运用的时候，还要在每两帧之间加上合适的延时，以使人眼能清晰的看见发光。 在帧切换的时候还要加入余辉消除处理。 比如先将扫描线全部设置为无效电平，送下一行的列数据后再选通扫描线，避免出现尾影。 串行控制驱动方式 所谓串行控制驱动方式就是显示的数据是通过串行方式送入点 (列 )驱动电路。 其特点是单元内的线路连接简单 ,这给印刷电路板的设计 带来了方便。 同时也减少了印刷电路板的布线密度 ,从而为生产和调试带来了有利的一面。 当然 ,单元的可靠性也相应的提高了。 串行控制驱动方式可选用的芯片有 :MC409 74LS59 74HC59 6B59 9094 等等。 其中MC409 74HC595 均为 CMOS 芯片 ,应与功率芯片结合使用。 例如使用 2803 驱动芯片。 建议采用 6B595 或 9094(74LS595 也可用 ),因为这几种芯片都具有一定的驱动能力可直接驱动LED 发光管而无须另外添加驱动芯片。 同时 ,串行移位并行功率输出的芯片 (6B59 9094)自身具 有级联功能 ,为单元的级联提供了支持。 关于行的控制和驱动是相对容易的 ,因为行的工作方式是分时顺序工作的。 由于行的组成是几个模块并联形成的 ,因此驱动的功率要求是比较大的。 行的驱动一般是采用 PNP(用于共阳方式 )功率三极管 ,行的逻辑控制可选用三— 八译码 方式和直接行线控制方式。 译码方式是应用三条行控制线控制一个三 — 八译码器(如 74LS138 等 ),八选一顺序控制八条行线。 直接行线控制方式是比较简单的 ,这里就不赘述了。 在应用串行控制驱动系统时 ,尽管串行移位芯片具有级联功能 ,但设计时要考虑时钟信号、 STR 信号、行控制信号 的级联驱动问题。 另外为提高单元的多级级联的数量 ,设计时要 考虑到每个信号的传输延迟 ,以保证控制时序的正确运行。 并行控制驱动方式 并行控制驱动方式就是显示的数据是通过并行 (8 位 )方式送入点 (列 )驱动电路。 每送入一个字节就完成了一个模块的一个行的数据置入 ,其优点是数据的刷新速度块 ,这就减轻了上一级控制系统的压力。 在同样的数据处理量的前提下 ,对处理速度要求的降低 ,就意味着对系统投入的降低。 同时处理速度的降低也相应地提高了系统的稳定性。 在并行控制驱动方式下 ,我们可以选用 74LS374 这样一类锁存芯片 ,采用 首尾相连的方式将控制、驱动一并形成。 也可以将这一方式称其为并行移位锁存方式。 这一设计方案的特点是设计线路简洁 ,控制方便快速。 系统的整体投入成本比较低 ,这一设计方案将大大地提高系统的性能价格比。 关于在并行控制驱动方式下的行控制驱动的设计可参照串行控制驱动方式设计。 并行控制驱动方式的缺点是 :由于数据是并行输入的 ,这就使得单元内的线路连接复杂。 由此增加了单元的印刷线路板的设计难度。 同时提高了印刷线路板的密度 ,对生产加工和调试提出了较高的要求。 但设计难度的加大仅仅是一次性的 ,而生产和调试的难度是可以提高生产的手段和 使用先进的仪器设备加以克服的。 由于并控制驱动方式的自身特点 ,使得单元的级联不成问题。 只要设计时对控制信号的级联驱动加以注意就可以了。 并行控制驱动方案中也可采用总线式结构 ,即选用的八位锁存器不是首尾级联方式而是共用总线方式。 但这种方式将增加控制逻辑的投入 ,也就是说每个锁存器都要有一个独立的锁存控制时钟。 因此 ,这一方式一般不采用。 高度集成专用芯片的应用 随着微电子技术的不断发展 ,以及大型电子显示屏应用的日益广泛 ,一种高度集成的LED 显示屏控制驱动专用芯片出现了 ,例如 :ZQL9701 芯片。 ZQL9701 芯片是集行控制、列控制和一些外围驱动电路于一身的高度集成控制驱动芯片。 采用 ZQL9701 芯片将会使单元的控制、驱动更为简单 ,高度的集成化也使系统的稳定性更为可靠。 另外 ,ZQL9701 芯片在单元的级联方面也提供了充分的支持。 采用 ZQL9701 芯片将使系统的显示灰度达到 256级。 采用 ZQL9701 芯片设计显示单元时 ,由于 ZQL9701 芯片是表面封装器件 ,这就需要用专用的生产设备进行生产。 这对一般的生产单位是要考虑的问题。 总之 ,采用专用芯片设计的显示单元的性能得到极大的提高。 但系统的成本也要提高 ,在应用中要给予 重视。 LED 驱动方式的选择 从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的 LED 器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。