公交車自動報站系統(tǒng)的硬件設(shè)計原理

1、公交車自動報站系統(tǒng)的硬件設(shè)計原理摘要本文介紹了一種的公交車自動報站系統(tǒng)的硬件設(shè)計原理，提供了一種以 AT89C52 單片機為核心，控制大屏幕 LED 點陣顯示的硬件設(shè)計方案。系統(tǒng)主 要通過 AT89C52單片機做為系統(tǒng) CPU，處理包括鍵盤輸入和 LED顯示屏顯示站 名的所有信號處理。系統(tǒng)掃描到有鍵按下，判鍵確定后給 CPU一個脈沖信號， 然后 CPU處理信號， 確定所到站的站名， 再通過掃描驅(qū)動從 LED顯示屏上顯示 出所到站的站名。達到半自動報站的作用。整個系統(tǒng)硬件設(shè)計包括鍵盤電路、 復(fù)位電路、顯示驅(qū)動電路、顯示電路、內(nèi)存擴展電路模塊。其中顯示模塊是本 系統(tǒng)的重點。本系統(tǒng)很大程度上提高公交

2、車報站的準確性， 可靠性。提高了公交系統(tǒng)的服 務(wù)質(zhì)量。促進城市經(jīng)濟發(fā)展和交通變化的和諧發(fā)展。關(guān)鍵詞 ： AT89C52單片機； LED 點陣； AT24C64； 自動報站；The Design of Automatic Bus Station-InformerThis article introduces a new methde to design the bus-stop reporting system。It provides a new scheme ,which is based AT89C52 microcomputer， to control the display of the

3、 LED lattice 。 The system mainly through AT89C52 as the core system, controls keyboards input and LED s display . The entire system through manual operation after receiving the keys to a system scan button press, Key subcontractors that determined a signal to the microcontroller, then the micro-proc

4、essing of signals from the accrued value added to determine the reliability of station names. Driving through the scanning from the LED display by the arrival station names. Reached semi-automatic stations role. The entire system includes some modules ;for example ， the key subcontractors, the signa

5、l input microcontroller, signal processing, LED Drivers and LED display program. LED display is the focus of the system.The system can greatly enhance bus stations accuracy, and improve the quality of service of the transportation system. It will promote the citys economic development and the harmon

6、ious development of traffic.Keywords: AT89C52chip microcomputer； LED lattice ； reporting system； AT24C64；目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 緒論 1. HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 研究前景及國內(nèi)外的現(xiàn)有水平 1. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 課題論述和方案確定 2.課題任務(wù)及設(shè)計要求 2.方案的論述

7、和確定 3. HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 6. HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 單片機的選擇和外圍電路的設(shè)計 6.外部晶振的選用 6.復(fù)位電路 7. HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 按鍵電路的設(shè)計 7.判鍵及其接口電路設(shè)計 8.鍵盤的工作方式 9. HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 顯示及驅(qū)動電路的設(shè)計 9.顯示電路設(shè)計 9.顯示驅(qū)動電路設(shè)計 1.0數(shù)據(jù)存儲器的設(shè)計

8、 1.3內(nèi)存擴展電路 1.6存儲器的組織以及運行分析 1. 5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 串行通信電路的設(shè)計 1.6 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第三章 軟件設(shè)計 2.0. HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 串口通信軟件的設(shè)計 2.0下位機串行通信 2.0內(nèi)存讀寫程序的設(shè)計 2.0 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 第四章 總結(jié) 2.3. HYPERLINK l bookmark32

9、 o Current Document 4 1 系統(tǒng)功能完善 23語音控制模塊的設(shè)計 2.0抗干擾措施 2.0 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 42 設(shè)計心得 2.5.致謝 2.5. HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 參考文獻 2.6.附錄 2.7.第一章隨著科技的不斷進步，人們對事物的認知程度已經(jīng)得到了廣泛的提升，在 實際生活中，大家都希望能使用簡便、智能、人性化的產(chǎn)品。在公交車自動報 站方面，由于我國現(xiàn)狀，人口眾多，口音復(fù)雜，對于乘客而言，原來的人工報 站存在著很多的問題。為了跟隨科技發(fā)展

10、，提高公交系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，提升城 市形象。開發(fā)一種能夠節(jié)省人力和物力，而又能讓乘客方便快捷的知道站臺報 站器就成為一種必然。因此本次畢業(yè)設(shè)計中提出一個以 AT89C52 單片機為核 心，用 LED 顯示屏顯示站名的即經(jīng)濟、 高效、直觀的公交車到站自動報站系統(tǒng)。緒論隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模不斷擴大，大城市人口高度集中 并大幅度增長，同時汽車保有量急劇上升，交通需求迅速擴大，而道路交通基 礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展則相對滯后。城市交通需求和供給之間的矛盾越來越突出， 城市“乘車難”、“行車難”的局面在加劇，交通阻塞呈現(xiàn)出點到線、由線到面 的擴展趨勢，交通擁擠、交通延誤、交通阻塞以及由此引起的噪音

11、、廢氣污染 嚴重影響著居民的正常的生活以及社會經(jīng)濟的持續(xù)、健康發(fā)展。近年來，我國城市交通的現(xiàn)狀已引起了政府、公眾、社會各界的廣泛關(guān)注， 有關(guān)專家學(xué)者和交通工程師們在吸取各國城市交通發(fā)展經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，找到了 一條解決我國城市交通發(fā)展問題的有效途徑，即優(yōu)先發(fā)展城市公共交通，以公 共交通為杠桿降低城市交通需求總量，實現(xiàn)道路交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展和交通需求 增長的均衡。實施“公交優(yōu)先”是解決我國城市交通發(fā)展問題的有效途徑，也是我國目 前城市交通發(fā)展的基本政策。公交智能化是智能交通的一個重要的子領(lǐng)域，同 時也是落實“公交優(yōu)先” ，使城市交通和社會經(jīng)濟和諧發(fā)展的重要組成部分。 實 施公交智能化，必須提高公交服務(wù)

12、質(zhì)量，而到站后的準確、及時報站就是一個 方面，本設(shè)計基于 AT89C52單片機、 LED點陣、 AT24C64、制作的公交車自動報 站系統(tǒng)就能解決這方面的問題。從而，達到公共形象的提升。 當前國內(nèi)主要大城市的公交車大都采用人工報 站 ,即每到一站由司機或者乘務(wù)員來進行報站。 但有時由于受到各種因素如雨雪 天路滑、車上擁擠、乘務(wù)員心情的變化等的影響 ,會出現(xiàn)報錯站 ,漏報站的情況 , 給乘客特別是不熟悉本市地形的乘客帶來了不必要的麻煩,從而影響到了一個城市的窗口形象工程建設(shè)。于是開發(fā)研制自動報站系統(tǒng)成為必然。研究前景及國內(nèi)外的現(xiàn)有水平隨著公交優(yōu)先戰(zhàn)略的確定， 公交在緩解城市交通擁堵方面的作用將越

13、來越重 要，和這種要求相比，我國大城市公共交通還有很大差距，主要表現(xiàn)為：為社 會提供服務(wù)信息的水平低，只能是以經(jīng)驗為主的被動、滯后的實施服務(wù)，仍以 人工作業(yè)為主。上述問題顯然不利于公交對乘客的吸引，也是導(dǎo)致公交運營組 織模式落后、調(diào)度方式原始陳舊、企業(yè)管理效率不高的重要原因。因此，如何 提高公交系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，是現(xiàn)代公交行業(yè)亟待解決的問題。我國發(fā)展智能運輸?shù)幕A(chǔ)較差， 因此理論研究雖在進行， 但相應(yīng)技術(shù)卻得 不到推廣。在實際生活中得不到使用，達不到廣泛服務(wù)社會的目的。所以發(fā)展 一種自動報站系統(tǒng)，提高公交服務(wù)質(zhì)量就成為民用科技研究的一個項目。目前在國際上已經(jīng)實現(xiàn)了 DPS定位車載智能系統(tǒng)， 在國

14、內(nèi)的幾個大城市也 都有使用，實現(xiàn)了公交系統(tǒng)的全面監(jiān)控、調(diào)度。公交車自動報站系統(tǒng)的研究也 達到了無線聯(lián)絡(luò)，全自動報站的水平。但其一般其經(jīng)濟投入較高。結(jié)合我國現(xiàn) 有的公交系統(tǒng)現(xiàn)狀，半自動化報站系統(tǒng)還有很大的使用空間。適使用于一些中 小城市。方案論述和方案確定本課題是一個軟硬件緊密結(jié)合的注重實際使用的系統(tǒng)。 在課題研究的期間， 我主要研究系統(tǒng)硬件設(shè)計，因此，在詳細講述之前，先介紹“公共汽車自動報 站”的設(shè)計思想及整體硬件方案的設(shè)計。實現(xiàn)公共汽車自動報站是是公交智能化的一份子， 是促進智能交通的一個 不可缺少的步驟，同時也是落實“公交優(yōu)先”使城市交通和社會經(jīng)濟和諧發(fā)展 的重要組成部分。課題任務(wù)及設(shè)計要

15、求1）課題任務(wù)以單片機為核心，制作一個公交車自動報站系統(tǒng)。其必要的功能為：1： 具有 2個 16*16 的點陣漢字顯示功能。2： 提示信息具有方便的可修改性。2）課題設(shè)計要求1 硬件設(shè)計：A ：漢字的顯示（點陣） ，漢字顯示模塊采用（ 16*32）。B：串口通信：設(shè)計 PC機和單片機之間的通信電路，用于把站名信息發(fā) 送到單片機內(nèi)部。C ：存儲器的擴展：采用大容量長壽命非易失存儲器存儲數(shù)據(jù)信息，可永 久可靠的保存各項重要數(shù)據(jù)。 本設(shè)計才用 ATMEL公司的 AT24C64串行 EEPROM存儲器用中斷來控制報站。D ：用按鍵來控制報站的上下行和站名順序。2 軟件設(shè)計：A：時鐘的顯示B：漢字的顯示

16、程序C：串口的通信D：存儲器的擴展E：各種程序的初始化方案的論述和確定報站器以單片機 AT89C52為 CPU來控制 LED點陣顯示屏顯示所到站的 站名，提高報站的準確性，高效性和直觀性。由于線路不同，報站系統(tǒng)中存儲的站名需要通過更改來適用于各種線路，以此提高系統(tǒng)的通用性。所以我們需要設(shè)計通信模塊來實現(xiàn)PC機和單片機之間的通信。 并能通過單片機和 PC機之間的通信來實現(xiàn)報站名的更改， 使其成為多功能開發(fā)型報站器。而由于考慮到我的自身設(shè)計水平有限，本次設(shè)計的系統(tǒng)沒有設(shè)計語音 模塊模仿人聲報站而是設(shè)計了按鍵模塊控制 LED顯示屏顯示站名， 達到報站 的目的。在內(nèi)存方面，由于 AT89C52的數(shù)據(jù)存

17、儲為 256 字節(jié)，由于站名的信息 量比較大， 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲空間有限，所以需要擴展一個片外數(shù)據(jù)存儲，來滿 足要求，這就要求系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置內(nèi)存擴展模塊。LED顯示屏考慮系統(tǒng)只是一個演示作用， 所以本設(shè)計采用了 8塊8*8 的 LED顯示模塊組成的 16*32 的 LED顯示屏，可以顯示兩個漢字，可以達到演 示要求。綜上系統(tǒng)的框圖如圖 11 系統(tǒng)框圖；MAX232圖 11 系統(tǒng)框PAC機 方案的論述按鍵控制1. 方案 A的設(shè)計框圖如 12：圖AT89C52LED顯示圖 1 2 A 方案設(shè)計框圖A轉(zhuǎn)T化89C52單片機，數(shù)串行據(jù)口存儲器，顯示模塊內(nèi)，存串擴塊行展1 1 方案一設(shè)計框按鍵控制 本系統(tǒng)硬件可

18、分為 通訊模塊和鍵盤組成。硬件電路框圖如圖 2.方案 A的設(shè)計方法： 基于 A數(shù)據(jù)存儲控制報站，按 1-N 鍵來進行報站，只要按其 站臺信息。并且設(shè)計一些功能鍵，例如：方向鍵，結(jié)束鍵等。雖然單片機本身 的 I/O 口能實現(xiàn)簡單的數(shù)據(jù) I/O 操 原因之外，還P有C機數(shù)量上的原因，單片MA機X本23身2的 口。我們使用可編程接口芯片實現(xiàn) I/O 口的擴展，常用的接口芯片是 8255。AT89C52255擴展圖。內(nèi)存擴展模報 N*M鍵盤來設(shè)計的公交車自動報站系統(tǒng)， 為了能中的一個按鍵，就會去處理對應(yīng)的驅(qū)方動但其功能畢竟有限，除了結(jié)構(gòu)和功能的I/O 口不夠顯用示，電所路以要擴展 I/OAT89C52

19、的數(shù)據(jù)存儲器為 256 字節(jié)，程序存儲器為 8K，因為本設(shè)計需要顯示的 漢字信息量大，所以得擴展數(shù)據(jù)存儲器， 用 6264 來擴展存儲器。 以地址鎖存器 74LS373鎖存的 P0 口低八位地址和 P2口低五位作為訪問 8K 片外數(shù)據(jù)存儲器 6264的地址線，對 6264 進行數(shù)據(jù)的讀寫。而對于公交車要隨時修改站臺的信 息，我們可以通過一個電平和邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)換的器件來使得單片機和PC機進行通信， EIA-RS-232C是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，和 TTL 以高低電平表示邏輯 狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計算機接口或終端的 TTL器件連接， 必須 在 EIA-RS-232C 和 TTL 電路

20、之間進行電平和邏輯關(guān)系的變換。實現(xiàn)這種變換的 方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換 器件，這里用 MAX23。2 為了顯示漢字信息?？梢杂?LED點陣顯示屏來顯示漢字 信息。用 74LS244來驅(qū)動 LED點陣的列，用單片機的 I/O 口來驅(qū)動 LED點陣的 行。因為 74LS244的驅(qū)動能力比較強，所以不用加別的驅(qū)動電路。3. 方案 A 的優(yōu)缺點：方案一采用了常規(guī)的方法利用 89C52的 P0口， P2 口提供數(shù)據(jù)線，用 P3 口的部分管腳提供控制線。雖然能達到擴充系統(tǒng)功能的目的，但也需要增加 74LS373等接口芯片，接口連線較多，不利于小型化，同時由于系統(tǒng)

21、擴展的需 要，P0 口，P2口及 P3口的部分信號線不能再作為基本 I/O 口使用，及在擴充 外圍功能的同時， 浪費了單片機的 I/O 口資源。像訪問 6264 和鍵盤就使用了太 多的 I/O 口。但方案一比較常用，程序設(shè)計簡單。B方案二的論述方案 B 的設(shè)計框圖本系統(tǒng)硬件可分為 PC機，AT89C52單片機，EEPROM為 AT24C64的存儲模塊， 顯示模塊，串行通訊模塊， CPU復(fù)位電路，外部振蕩電路，按鍵組成。硬件電 路圖如圖 13 方案 B 設(shè)計框圖所示：圖 13 方案 B 設(shè)計框圖方案 B的設(shè)計方法基于 AT89C52而設(shè)計的公交車自動報站系統(tǒng)，為了能夠方便的報站和硬件 設(shè)計的簡單

22、用兩個外部中斷來控制站臺的” +”和“ - “, 通過記數(shù)來判斷所到 的站臺, 并且通過 RESET來復(fù)位.由于漢字信息的存儲量大 ,而單片機內(nèi)部 RAM比 較少，不夠用 , 為了提高可靠性可用串行 E2PROM它, 是可在線電擦除和電寫入的 存儲器 , 該存儲器具有體積小 , 接口簡單 , 數(shù)據(jù)保存可靠 , 可在線改寫和功耗低等 特點, 在單片機系統(tǒng)中使用十分普遍。在此，我們選用 AT24C64，它是 8K的串 行 EEPRO，M是支持 IIC 總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議的串行通信的片外存儲 CMO，SEEPRO。M 而對于公交車要隨時修改站臺的信息，我們可以通過一個電平和邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)換 的器件來使得單

23、片機和 PC機進行通信， EIA-RS-232C 是用正負電壓來表示邏輯 狀態(tài)，和 TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計算機 接口或終端的 TTL 器件連接，必須在 EIA-RS-232C和 TTL電路之間進行電平和 邏輯關(guān)系的變換。實現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。 目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，這里用 MAX23。2 為了顯示漢字信息， 可用 LED點顯示屏（ 16*32）來顯示漢字，用晶體管來驅(qū)動。方案 B 優(yōu)缺點： 方案二采用了只占用兩根普通口線串行輸入輸出片外數(shù)據(jù)存儲器 EEPROMAT24C64，采用了 IIC 總線，地址和數(shù)據(jù)都是通過

24、由普通口線模擬 IIC 總線串行口送出， 大大節(jié)省了 MCU寶貴的口線， 不需要地址鎖存器和 8255 有利 于對系統(tǒng)升級和擴展，此外方案 2 器件較少，硬件設(shè)計簡潔；此外，由于使用 普通的口線來模擬 IIC 總線給程序設(shè)計帶來一定的困難。用晶體管驅(qū)動點陣也 能達到比較好的效果。對于站臺的報站，通過外部中斷來實現(xiàn)更加方便，這樣 可以減少硬件和軟件的設(shè)計。通過以上的比較，我們選擇方案2。第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計硬件的設(shè)計主要圍繞系統(tǒng)的功能完全實現(xiàn)，并且要保證整個系統(tǒng)在運行過 程中的穩(wěn)定性、安全性及生產(chǎn)的經(jīng)濟性。2.1 單片機的選擇和外圍電路的設(shè)計因為公交車車自動報站系統(tǒng)設(shè)計需要較大的存儲量，所以要選

25、擇一個數(shù)據(jù) 和程序容量較大的單片機，這樣就不用擴展數(shù)據(jù)和程序存儲器。在這里我們選 用了 ATMEL公司的 AT89C52單片機作為本設(shè)計硬件電路的主控芯片，它是一個 低電壓，高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi) 8K BYTES的可反復(fù)擦寫的只讀程序存 儲器和 256BYTES的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器， 器件采用 ATMEL公司的高密度， 非易 失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置有 8 位中央處理器和 FLASH存儲器單元，功能強大的 AT89C52單片機可提供許多復(fù)雜系統(tǒng)控制使用 場合。1： AT89C52有 40個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出端口，同時內(nèi)含 2個 外

26、中斷口， 3 個16 位可編程定時計數(shù)器， 2個全雙工串行通信口， 2 個讀寫口 線， AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處 理器和 FLASH存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 FLASH存儲器可有效地 降低開發(fā)成本。2： ALE/PROG端除輸出地址鎖存允許脈沖外，在編程期間還作為編程脈沖輸入端，參和控制對 FLASH存儲器的讀，寫，加密，擦除等操作。而 EA/VPP端 在尋址片內(nèi) 8KB FLASH程序存儲器時，必須連到 VCC，如果將此端連到 GND端， 將迫使單片機尋址外部 0000H-1FFFH范圍的程序存儲器。 如果加密位被編程了， AT89C

27、52的 CPU將對 EA的狀態(tài)進行采樣并鎖存， EA的狀態(tài)不得和實際使用的內(nèi) 部或外部程序存儲器的狀態(tài)發(fā)生矛盾。外部晶振的選用XTAL1AT89C52C1C2C3XTAL2AT89C52的內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器 的高增益反相放大器。通過 XTAL1，ATAL2 外部接上一片作為反饋元件的晶體，和 C1 和 C2 構(gòu)成了并聯(lián)諧振電路， 使其構(gòu)成自激 振蕩器。電容的值具有微調(diào)的作用，我們 取 30PF。具體的接法如圖 21 外部晶振電 路：圖 2 1 外部晶振電路AT89C52的工作頻率范圍在 0-24MHZ。我們選用的是 12MHZ的晶振，振蕩周期為 1us 機器周期為 1us，所以這個晶振可

28、以滿足這個系統(tǒng)的要求。并且晶 振不能離單片機太遠， 不然使用外部晶振進行軟件調(diào)試時就會發(fā)現(xiàn)找不到信號。復(fù)位電路復(fù)位有硬件和軟件兩種，復(fù)位的作用是使程序自動從0000H開始執(zhí)行，因此我們只要在 AT89C52單片機的 RESET端加上一個高電平信號， 并持續(xù) 10ms以 上即可， RESET端接有一個上電復(fù)位電路，它是由一個小的電解電容和一個接 地的電阻組成的。人工復(fù)位電路另外采用一個按鈕來給RESET端加上高電平信號。AT89C52VCCK R110UF1KR210K+ CRESET圖 2-2 人工復(fù)位電路我們采用放電型人工復(fù)位電路，如圖 2-2 人工復(fù)位電路，上電時 C通過 R 充電，維持寬

29、度大于 10ms的正脈沖，完成上復(fù)位功能。 C充電結(jié)束后， RESET 端出現(xiàn)低電平 CPU正常工作。在此我們?nèi)×说湫椭?R=10K， R1=1K，C=10uf。上電復(fù)位實現(xiàn)的時間 ： T=R*C=10K*10UF=100ms=10ms需要人工復(fù)位時，按下按鈕 K，C通過 K和 R1放電， RESET端電位上升到 高電平，實現(xiàn)人工復(fù)位， K松開后 C重新充電，充電結(jié)束后， CPU重新工作， R1 是限流電阻，阻值不可以過大，否則不能起到復(fù)位作用。2 2 按鍵電路的設(shè)計鍵盤實質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的集合， 控制 CPU 通過按鍵來識別特定的用戶 命令，從而轉(zhuǎn)入相應(yīng)的程序來執(zhí)行用戶命令。鍵盤的軟硬件的

30、設(shè)計涉及下面幾 個方面的問題：對于此設(shè)計來說我們要準確的顯示我們所要對應(yīng)的信息，每按下一次按鍵 要顯示所要顯示的信息。這按鍵是主要用來報站的而設(shè)計的。這樣比鍵盤操作 方便，也比較實惠。按鍵電路采用中斷模式。當有按鍵按下時，系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，CPU響應(yīng)中斷后，開始計數(shù)，即查詢鍵號，通過軟件來實現(xiàn)該鍵號所對應(yīng)鍵的 功能鍵盤的大體設(shè)置為：第一個鍵為報站控制鍵 S1 用來控制站臺“ +”例如： 第一站為東華站，按下 S1時顯示第二站：火車站，其余的站臺工作原理也一樣。 S2用來控制站臺的“ - ”，第二站為火車站，在按下 S2 時這樣就顯示火車站。 電路如圖 23 按鍵電路：R610KVCCt0nt1ni

31、tninR510K圖 2 3 按鍵電路判鍵及其接口電路設(shè)計 鍵的閉合和否反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，如果高電平表示 斷開，那么低電平則表示閉合， 通過電平的高低狀態(tài)的檢測可確認鍵按下和否。為了確保 CPU 對一次按鍵動作只確認一次， 并且防止干擾信號的影響， 必 需加入消除電平抖動的措施，下圖 3.3 為按鍵抖動示意。消除抖動通常有硬、 軟硬兩種方法，硬件消除抖動可采取雙穩(wěn)態(tài)電路或濾波消抖電路；軟件消抖是 在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時程序再確認該鍵是否仍閉合，如果 還是閉合狀態(tài)則確認該鍵按下，從而消除抖動和干擾影響。當按鍵較多時，我 們多采用硬件件消抖法。按鍵接口設(shè)計有兩種

32、方法，獨立式按鍵和矩陣式鍵盤。獨立式按鍵各鍵相 獨立，每個按鍵各接入一根輸入線，只要檢測輸入線的電平就可以識別按鍵狀 態(tài)。這種方法電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵需占用一根輸入口。 由于該設(shè)計方案 IO 資源浪費大。故此方法只適用于按鍵少或其他控制功能很簡 單的場合。矩陣鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合，它把鍵盤輸入線分為行線和 列線，按鍵位于列的交叉點上。按鍵的識別需要軟件分別掃描行線和列線，根 據(jù)掃描的結(jié)果判具體按下的按鍵。由于本設(shè)計中的按鍵只有三個，考慮系統(tǒng)可靠性和鍵盤設(shè)計的簡單所以采 用獨立式按鍵。圖 24 按鍵閉合及斷開時的電壓。前沿抖動 按鍵確定 后沿抖動圖 2 4 按鍵閉合及斷

33、開前后的電壓鍵盤的工作方式鍵盤掃描只是 CPU 的工作內(nèi)容之一， CPU 在忙于各項工作時，如何處理 鍵盤輸入取決于鍵盤的工作方式，鍵盤工作方式有三種，編程掃描、定時掃描 和中掃描。在編程掃描中， CPU 反復(fù)地掃描鍵盤，等待用戶的輸入命令，而執(zhí)行鍵入 命令或處理輸入數(shù)據(jù)時， CPU 不再相應(yīng)輸入要求，直到 CPU 返回重新掃描鍵 盤為止。時掃描工作方式利用單片機內(nèi)部定時器產(chǎn)生定時中斷， CPU 相應(yīng)定時 器中斷后對鍵盤進行掃描，在有鍵按下時識別出該鍵并執(zhí)行相應(yīng)功能程序。使 用中斷方式時要求在沒有鍵按下時， 不占用 CPU 處理時間，只有當有鍵按下時 產(chǎn)生鍵盤中斷，由于中斷識別鍵并執(zhí)行功能程序

34、，這種方法使用最多。23 顯示和驅(qū)動電路的設(shè)計我們知道的用來顯示的器件很多。比如數(shù)碼管、 LCD、點陣式 LED。數(shù)碼管 只能顯示數(shù)字， LCD可以顯示漢字、符號、數(shù)字和圖形。雖然 LCD的顯示效果 要比 LED好，顯示電路也比較簡單（很大一部分已經(jīng)集成化） 。但是它的價格比 較高，也不容易采購。所以綜合考慮生產(chǎn)成本，本系統(tǒng)采用點陣式LED顯示。它具有以下優(yōu)點： 1 價格比較便宜 2 容易擴展顯示比較多的漢字 3 顯示漢字 效果好，廣泛用于廣告顯示屏，交通屏幕。通常情況下，點陣式LED顯示屏是由標準的 LED顯示模塊組成的。顯示電路設(shè)計HS 1088BS點陣式 LED顯示模塊是 8行 8列64

35、個 LED組成。單塊點陣式 LED 顯示模塊能夠顯示各種字母，數(shù)字和常用的符號。點陣式LED顯示模塊在 8 行8 列的每一個交點上裝有一個 LED。模塊有共陽極和共陰極之分。 LED 的正極接 行引線，負極接列引線的稱為共陽極 LED顯示模塊，反之為共陰極 LED顯示模 塊。由 4個 8*8 的 LED 顯示屏組成的 16*16 的 LED 漢字顯示屏如圖 24， 4 個 8*8 的 LED 顯示屏組成的 16*16 的 LED 顯示屏，行引腳逐個連接而成45678行引腳行引腳-9-1-8-1-1-7-2-5 -9-1-8-1-1 -7-21 2345 6 7 8 123 45 6721-13

36、3 列引腳3-44-105-66-117-58-1621-133 列引腳3-44-105-66-117-58-16行引腳行引腳1234567891481217251-13 列引腳2-33-44-105-66-117-58-161-13 列引腳2-33-44-105-66-117-58-163456LED顯示的三種方式：占空比控制驅(qū)動：減少驅(qū)動電路。在需要進行灰度級控制顯示的情況 下要求隨時調(diào)整占空比使 LED達到響應(yīng)的發(fā)光強度。組合驅(qū)動：按照行列進行驅(qū)動。掃描驅(qū)動： 所謂脈沖驅(qū)動方式，就是利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，以 脈沖的方式對 LED器件進行供電，使之間歇性地點亮。采用這種驅(qū)動方式需要 對以

37、下兩個方面進行考慮 : 脈沖電流的幅值和其重復(fù)頗率。 首先，脈沖電流幅值 的選擇，當脈沖驅(qū)動的平均值和直流驅(qū)動的電流值相等時，我們?nèi)搜鄣母杏X是 相同的，也就是說兩者的發(fā)光強度相當。掃描驅(qū)動是通過數(shù)字邏輯電路，使若干 LED器件輪流導(dǎo)通，用以節(jié)省控制 驅(qū)動電路。 LED顯示屏是將發(fā)光燈按行按列布置的，驅(qū)動時也就按行按列驅(qū)動。 在掃描驅(qū)動方式下可以按行掃描 .A: 按列控制也叫可按列掃描，按行控制。所謂“掃描”的含義，就是指一 行一行地循環(huán)接通整行的 LED器件，而不問這一行的哪一列的 LED器件是否應(yīng) 該點亮，某一列的 LED器件是否應(yīng)該點亮，由所謂的列控制電路來負責。B: 按行掃描按列控制的方

38、式。 一個 m行 n 列結(jié)構(gòu)的 LED顯示屏，當采用行 掃描列控制的驅(qū)動方式時，從 H1到 Hm輪流將高電位接通各行線，使連接到各 行的 LED器件接通正電源，但具體哪一個 LED導(dǎo)通，還要看它的負電源是否接 通，這就是列控制所要完成的工作。 例如在 LED顯示屏上需要 LED1 1 熄滅，LED21 點亮，那么當掃描到 H1行時， L1 列的電位就應(yīng)該為高 : 當掃描到 H2行時， L1 列的電位就應(yīng)該為低。根據(jù)驅(qū)動方式的不同， LED大屏幕顯示方式可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯 示兩種。靜態(tài)顯示是指將一幅畫面輸入以后要保持到下一幅畫面的輸入 ; 動態(tài)顯 示是指將畫面分為若干部分分別進行刷新。靜

39、態(tài)顯示每一個像素需要一套驅(qū)動 電路，如果顯示屏為 n*m個像素屏，則需要 n*m套驅(qū)動電路 ;動態(tài)掃描顯示則采 用多路復(fù)用技術(shù)，如果是 P 路復(fù)用的話，則每 P 個像素需一套驅(qū)動電路， n*m 個像素僅需 n*m/p 套驅(qū)動電路。另外，對于靜態(tài)顯示方式，需要較多的譯碼驅(qū) 動裝置，需要的引線也比較多 ; 對于動態(tài)掃描顯示方式，可以避免以上不足， 但 是容易造成顯示亮度低、屏幕閃爍等問題。在實際的 LED大屏幕顯示中，很少 有采用靜態(tài)驅(qū)動的。LED發(fā)光器件的數(shù)量巨大，不宜使用靜態(tài)顯示驅(qū)動電路。掃描驅(qū)動電路一 般采用多行的同名列驅(qū)動器。行驅(qū)動器一行的行線連到電源的一端，列驅(qū)動器 一列的列線連接到電源

40、的另一端。 當行驅(qū)動選中第 I 行，列驅(qū)動選中第 J 列時， 對應(yīng)的 LED器件根據(jù)列驅(qū)動的數(shù)據(jù)要求進行顯示，控制電路負責有序的選通各 行。在選通每一行之前還要把該行各列的數(shù)據(jù)準備好。一旦該行選通，這一行上的 LED發(fā)光器件就可以根據(jù)列數(shù)據(jù)進行顯示。在本設(shè)計中LED點陣顯示模塊采用動態(tài)掃描方式顯示，下圖是列掃描的 LED點陣顯示的驅(qū)動接口，要顯示一 個清楚的漢字要求要 4塊 1088BS組成。顯示兩個漢字就需要 8塊，對于組成一 個 16*16 的點陣就要求把每兩個行列組合。其中行方向接在P1和 P2 口，考慮負載能力，接 16個 2n5551的 PNP三極管驅(qū)動。列方向則由兩片 4-16 譯

41、碼器 74L154完成掃描，它由 89C52的 P0.4P0.7 控制。同樣的驅(qū)動部分是由 32 個 2N5041的三極管完成的，如圖 2-7 漢字的顯示電路。行驅(qū)動 1 160123456789101112131415Vcc031130229328427526625724823922102111201219131814171516012345678910111213141531302928272625242322212019181716列驅(qū)動 1 16列驅(qū)動 17 32圖 2-7 漢字的顯示電路按列掃描時。動態(tài)顯示方式的列驅(qū)動電流大，而行驅(qū)動電流小，最大電流計算有以下公式：行驅(qū)動電流 =列數(shù)

42、 *平均工作電流列驅(qū)動電流 =行數(shù) *行驅(qū)動電流由上式可以知道，列驅(qū)動電流大于保護能夠驅(qū)動電流的倍數(shù)等于顯示點陣的列數(shù)，所以列的三極管要有大電流輸出的晶體管。LED顯示屏作為單獨顯示硬件，具有能夠?qū)⑼鈦頂?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成漢字（或者圖 形）顯示出來。這個過程由硬件驅(qū)動程序完成控制和實現(xiàn)。顯示過程是這樣的：首先控制顯示屏的單片機接受 LED屏主控微機傳來的 數(shù)據(jù)，下來，主孔程序?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成屏幕顯示的圖形，儲存起來。在按照掃描 的順序和屏幕對應(yīng)的關(guān)系，將存儲的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成掃描內(nèi)容，在將數(shù)據(jù)輸出到控 制單個的 LED模塊的數(shù)據(jù)存儲器，最后掃描鎖存器中的數(shù)據(jù)。刷新屏幕，我們 把行列總線接在單片機的 I0 口，然后

43、把上面分析到掃描代碼送入總線， 就可以 得到顯示漢字。但是在設(shè)計中每次顯示兩個漢字，由于一共用到16 行，32 列，如果全部接到 89C52單片機，一共需用 48條 IO 口，這樣就造成 IO 資源不夠使 用。就得擴展系統(tǒng)才能實現(xiàn)功能。點陣顯示屏每個單元由 8個 8*8 點陣 LED顯 示模塊，行信號選擇 P1 口、P2 口，行驅(qū)動器組成。列信號選擇譯碼器 74L164、 列驅(qū)動器組成。 8 個 8*8 點陣 LED顯示模塊組成一個 16*32 的 LED點陣，用于 同時顯示 2 個 16*16 點陣漢字字符或數(shù)字。單元顯示屏可以接受來自控制器或 者上一級顯示單元模塊傳輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信

44、息，并可將這些數(shù)據(jù)信息 和命令信息不經(jīng)任何變化的再傳輸?shù)较乱患夛@示模塊單元中，因此顯示板可擴 展至更多的顯示單元，用于顯示更多的顯示內(nèi)容，顯示屏控制系統(tǒng)由顯示控制器和 LED點陣顯示屏組成，控制系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)框圖見圖28 顯示框圖可靠性的目的。內(nèi)存擴展電路AT24C64是一個 64K 位的支持 I2C 數(shù)據(jù)總線傳送協(xié)議的串行 E2PROM?？捎秒姴脸?、可編程、自定義寫周期（可編程、擦除 100 萬次）的串行 E2PRO。M 般采用的兩種寫入方式。一種是字節(jié)寫入方式、 另一種是頁寫入方式，具有 32 字節(jié)的數(shù)據(jù)的頁面寫能力。其管腳排列和功能描述如圖管腳名稱功能A0、A1、A2器件地址選擇SDA串

45、行數(shù)據(jù)地址SCL串行時鐘WP寫保護Vcc-6V +1.8V 工作電 壓Vss接地2-9 AT24C64 管腳排列和功能描述：Vcc WP SCL SDA圖 2-9 AT24C64 管腳排列和功能描述管腳功能描述：1）SCL：串行時鐘 這是一個輸入管腳，用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘。2）SDL：串行數(shù)據(jù) 地址 這是一個雙向傳輸端，用于所有地址和數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。對于一般的數(shù) 據(jù)傳輸，僅在 SCL為低期間 SDA才允許變化。在 SCL為高期間變化，留給 指示 START和 STOP條件。3）A0（CE0） 、A1（CE1）、A2（CE2），器件地址輸入端 這些輸入端用于多個器件級聯(lián)時設(shè)置器

46、件地址，當這些管腳懸空時默認值 為 0. A0、A1、A2不需片選，可任意接，本設(shè)計 A0接VCC,A1和 A2接地。4）WP:寫保護如果 WP管腳接到 VCC,所有內(nèi)容被寫保護（處于只讀狀態(tài)） 。當 WP管腳連接到 VSS或者懸空，允許器件進行正常的讀寫功能。通過控制 WP管腳，就可以進行正常的顯示數(shù)據(jù)的存儲， 并在系統(tǒng)使用中可 以將 WP管腳接到 VCC從而達到保護內(nèi)存中的數(shù)據(jù)的作用。由于 AT24C64的容量為 8KB,已經(jīng)滿足本設(shè)計的容量要求， 所以本系統(tǒng)只需 滿足擴展一片 AT24C64芯片。 AT24C64的 WP管腳是寫保護，設(shè)計中接到 VSS管 腳（以此滿足設(shè)計中此模塊的工作任

47、務(wù)） 。允許進行正常的讀寫操作。 由于只擴 展一片 AT24C64、A0、A1、 A2不需片選，可任意接，本設(shè)計 A0接 VCC,A1和 A2 接地。6腳 SCL時鐘接 I2C 總線時鐘線（ P0.0）；5腳 SDL數(shù)據(jù)線接 I2C總線數(shù) 據(jù)線（ P0.1）。如圖 2-10 AT89C52和 AT24C64的接口電路：VccVCCP00 P01R1R41CEOVcc6CEO7SCLWCCE125SDA3CE2 GNDAT24C644圖 2-10 AT89C52 和 AT24C64的接口電路發(fā)送 AT24C64的地址。從地址的高 4位D7D4固定為 1010，接下來的 D3D1 為器件的片選地址

48、。本次設(shè)計 A0 接高電平， A1、A2接低電平，所以 D3D1 為 001. 器件的 D0位是讀寫功能控制位，“1”表示對 AT24C64進行讀操作，“0”表 示對 AT24C64進行寫操作。因此本設(shè)計中 AT24C64的地址位是 1010001X。存儲器的組織以及運行分析存儲器的的組織： AT24C64內(nèi)部分為 32 頁，每頁 256 個字節(jié)，故需要 13 位地址對其內(nèi)部字節(jié)進行尋址。運行方式：對于時鐘和數(shù)據(jù)傳輸， 串行數(shù)據(jù) IO 端 SDA一般需要設(shè)置外部上 拉電阻以達到使其處于高電平。加到 SDA的數(shù)據(jù)只有在串行時鐘 SCL對于低電 平的時鐘周期內(nèi)可以改變。當串行時鐘 SCL處于高電平

49、時， SDA的數(shù)據(jù)變化用 于指示起始或停止狀態(tài)。起始狀態(tài)：當 SCl為高電平時， SDA由高電平變到低電平則處于起始狀態(tài)， 起始狀態(tài)應(yīng)該處于其他任何命令之前。停止狀態(tài)：當 SCl 為高電平時， SDA由低平變到高電平則處于低功耗的備 用方式( Standby Mode)。應(yīng)答信號：應(yīng)答信號是由接收數(shù)據(jù)的器件發(fā)出的。 當 EEPROM接收完成一個 寫入數(shù)據(jù)之后，會在 SDA上發(fā)一個“ 0”應(yīng)答信號 ACK信號。 ACK信號在第九個 時鐘周期出現(xiàn)。a) 讀寫操作過程AT24C64在進入起始狀態(tài)之后，需要一個 8 位的器件地址字去啟動存儲器 進行讀寫操作。其器件地址為 10 10 A2 A1 A0

50、RW. 器件地址的最高 4 位 1010 為器件標志 ;A2、A1、 A0 為硬件布線地址， AT24C6不用硬件布線地址，故這三 位就用于內(nèi)部頁面尋址。 AT24C6的字節(jié)地址為：真正地址 =（ A2 A1 A0）*2 8+字地址； RW為讀寫選擇位，當其為 1 時，執(zhí)行 讀操作，為 0 時執(zhí)行寫操作。1） 字節(jié)寫這種寫方式只執(zhí)行一個字節(jié)的寫入，在起始狀態(tài)中，首先寫入8 位的起始地址，則芯片會產(chǎn)生一個“ 0”信號 ACK；隨后，接著寫入 8 位數(shù)據(jù)，在接到數(shù) 據(jù)后，芯片又產(chǎn)生一個“ 0”信號 ACK作為應(yīng)答，到此為止，完成了一個字節(jié)的 寫過程，故此在 SDA產(chǎn)生一個停止狀態(tài)，這是外部寫過程。

51、在這個過程中控制 芯片的單片機應(yīng)在芯片的 SCL、SDA斷入恰當?shù)男盘枴?當然在一個字節(jié)的寫過程 結(jié)束時， 單片機應(yīng)以停止狀態(tài)結(jié)束寫過程， 這時，芯片進入內(nèi)部定時的寫周期， 以便把接受的數(shù)據(jù)寫入到存儲單元中。在芯片的內(nèi)部寫周期中，其所有輸入被 屏蔽，同時不響應(yīng)外部直到寫周期完成。這是內(nèi)部寫過程，這個過程大約需要 10ms時間，內(nèi)部寫過程處于停止狀態(tài)余下一次起始狀態(tài)之間。2 ）現(xiàn)行地址讀：在上一次讀 寫操作完成之后， 芯片內(nèi)部字地址計數(shù)器會加一， 產(chǎn)生現(xiàn)行地 址，只要沒有執(zhí)行讀、寫操作，這個現(xiàn)行地址就會在芯片保持接電的期間一直 保存，一旦器件地址選中芯片，并且有 RW=1，則在芯片的應(yīng)答信號 A

52、CK把讀 出的現(xiàn)行地址的數(shù)據(jù)輸出。 現(xiàn)行地址的數(shù)據(jù)輸出時， 就由單片機一位一位接收， 接收后，單片機不用發(fā)出應(yīng)答信號 ACK“0”電平，但應(yīng)保證發(fā)出停止狀態(tài)的信 號以結(jié)束現(xiàn)行地址讀操作。3）隨機讀： 隨機讀和現(xiàn)行地址讀的最大區(qū)別在于，隨機都會執(zhí)行一個偽寫入過程，以 把字地址裝入 EEPROM芯片中，然后執(zhí)行讀出。 顯然，隨機讀有兩個步驟： 第一， 執(zhí)行偽寫入把字地址送入 EEPRO，M以選擇需讀的字節(jié)；第二，執(zhí)行讀出 根據(jù)字地址讀出對應(yīng)的內(nèi)容。當 EEPRO芯M 片接收了字地址及器件地址時， 在芯片產(chǎn)生應(yīng)答信號之后， 單 片機必須再產(chǎn)生一個起始狀態(tài)，執(zhí)行現(xiàn)行地址讀，這是單片機再發(fā)出器件地址 并且令 RW=1，則 EEPRO應(yīng)M 答器件地址，并行輸出被讀數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀出是單片 機執(zhí)行一位一位接收，