毕业设计（论文）-乘客计数器单片机实现.doc

陕西理工学院毕业论文（设计） 第 1 页 共 37 页 引言引言 公交调度自动化是趋势，客流统计仪也是行车计划制定必不可少的设备。交通工交车客流量统 计系统是用在公共交通工具中自动.智能准确的采集上车下车客流量.每个站点客流量信息进行事端 统计管理及车辆运营分析的信息检测,管理系统.作为公共交通工具的所有者和管理者需要实时,清 楚准确的旅客交通统计数据作为规划.车辆调度.运营管理的依据,因此必须要有相应的客流统计与 运营分析系统的软硬件设备提供支持 自动乘客计数系统是一种应用了光电传感技术，公交客流统计系统能检测公交车在每个站点的 上下车人数，并记录时间和车位，在统计调度中心，通过测量的客流基础数据，可以方便的建立客 流模型，进行各种统计分析，例如在某一时间段内对某个站点客流量进行统计，对某条线路总的客 流量统计，甚至还可以统计出车内的超载情况，统计结果可以用多种图表方式显示，以便对新增的 或要改动的公交线路进行线路优化设计，帮助制定城市公交的近期和中长期规划。 产品稳定，准 确率高，被国家智能交通中心列为推荐产品。它无须人手操作能分辨并记录上下乘客的数目。数据 能通过多种途径发送到后台中处理。 自动乘客计数系统主要应用在公交运输工具上， 如长途客车， 公交大巴，等。这个方案， 主要解决在车辆上的乘客计数问题。公共交通对于可靠运行和系统强 度方面有着极高的要求。对乘客在车门附近的移动探测要求技术系统能够拥有段时间内做出反应的 能力，并且对光线的适应能力要强 现在国内国外生产制作公交车客流量自动统计系统设备的厂家一般采用的是红外线检测技术， 比早期的踏板检测技术精度高且维护低，可单一采用红外线技术进行公交车客流量统计系统也存在 着精度局限性。 ywa-gk 公交车客流统计系统(乘客计数器)即是用在公共交通工具中自动、智能准确地采集上 车下车客流量、每个站点客流量信息进行时段统计管理及车辆运营分析的信息检测、管理系统。作 为公共交通工具的所有者和管理者需要实时、清楚、准确的旅客交通统计数据作为规划、车辆调度、 运营管理的依据，因此必须要有相应的客流统计与运营分析系统的软硬件设备提供支持 2005 年 8 月份 ywa-gk 公交车客流统计系统开始在上海试用以来，先后在深圳、吉林、武汉、 海南、济南等地进行了批量安装或测试工作，并对各地的客流原始数据进行采集，对不同地区的数 据比对、不同季节的数据比对后，通过大量实验后最终解决了衣服反射率的对公交车客流量统计系 统精度的影响，理论上也可提高高峰期上车超拥挤情况下统计精度。使 ywa-gk 公交车客流统计系 统的检测更高，努力作到更好。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 2 页 共 37 页 1单片机的概况 单片微型计算机简称单片微机或单片机，又称微控制器。它是在一块导体芯片上，集成了 cpu、rom、ram、i/o 接口、定时器/计数器、中断系统等功能部件，构成了一台完整的数字电子计 算机。框见图 1 所示。 1 图 1 单片机 结构框图 11 研究现状研究现状 新型的单片机功能越来越多，速度越快，如内部集成了 a/d 转换器，脉宽调制器，can 总线， 倍频及低功耗设计等电路。目前，单片机的品种繁多，各有各的特点。 单片机介于工业控制计算机和可编程控制器之间，它有较强的控制功能、低廉的成本。人们在 选择电量变送器的控制器时。常常是在先满足功能的需要的同时，优先选择成本低的控制器。因此， 单片机往往成为优先选择的目标，单片机是目前世界上使用量最大的微处理器。单片机产生于 20 世纪 70 年代，在我国经历了 z80 单板机时代和 mcs-51 单片机时代。现在老的 mcs-51 单片机时代 已渐渐过去了，新一代的各种各样的单片机不断出现，以至于无法给出哪一种单片机最好。 科技的进步需要技术不断的提升。一块大而复杂的模拟电路花费了工程师们巨大的精力，繁多 的元器件增加了劳动的成本。而现在，只需要一块几厘米见方的单片机，写入简单的程序，就可以 使以前的电路简单很多。单片机技术的出现，不管在开发或是工作上，都为我们带来了意想不到的 惊喜。单片机从 8 位、16 位到 32 位，数不胜数，应有尽有，有与主流 c51 系列兼容的，也有不兼 容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。 12 发展趋势发展趋势 纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有： （1）低功耗 cmos 化 mcs-51 系列的 8031 推出时的功耗达 630mw，而现在的单片机普遍都在 100mw 左右，随着对单 片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了 cmos(互补金属氧化物半导体工 艺)。像 80c51 就采用了 hmos(即高密度金属氧化物半导体工艺)和 chmos(互补高密度金属氧化物 半导体工艺)。cmos 虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而 chmos 则具备 了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工 艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。 （2）微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(cpu)、随机存取数据存储(ram)、只读程序存储器 (rom)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强 型的单片机集成了如 a/d 转换器、pmw(脉宽调制电路)、wdt(看门狗)、有些单片机将 lcd(液晶) 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 3 页 共 37 页 驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片 机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。 此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要 求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中 smd(表面封装)越来越受欢迎，使 得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。 （3）主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以 80c51 为核心的单片机占主流，兼容其结构和 指令系统的有 philips 公司的产品，atmel 公司的产品和中国台湾的 winbond 系列单片机。 所以 c8051 为核心的单片机占据了半壁江山。而 microchip 公司的 pic 精简指令集(risc) 也有着强劲的发展势头，中国台湾的 holtek 公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的 优势，占据一定的市场分额。此外还有 motorola 公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在 一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互 补，相辅相成、共同发展的道路1 。 13 单片机的主要应用领域单片机的主要应用领域 由于单片机有许多优点，因此其应用领域之广，几乎到了无孔不入的地步。单片机广泛应用 于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致 可分如下几个范畴： （1）在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用 于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速 度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字 化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计， 示波器，各种分析仪）。 （2）在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电 梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 （3）在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空 调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 （4）在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和 通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从 手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处 可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 （5）单片机在医用设备领域中的应用 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 4 页 共 37 页 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断 设备及病床呼叫系统等等。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。 单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益。更重要的意义在于，单片机 的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控 制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中的 pid 调节，现在可以用单片机实 现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能 的控制技术称为微控技术。随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善2 。 2.2.主要元器件介绍主要元器件介绍 2.1 单片机单片机 at89c51 at89c51 是一种带 4k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能 cmos8 位微处理器，俗称单片机。at89c2051 是 一种带 2k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 atmel 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 mcs-51 指令集和输 出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 cpu 和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel 的 at89c51 是一种 高效微控制器，at89c2051 是它的一种精简版本。at89c 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种 灵活性高且价廉的方案。 图 2.1 at89c51 管脚图 at89c2051 管脚图 1主要特性： 与 mcs-51 兼容 4k 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 全静态工作：0hz-24hz 三级程序存储器锁定 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 5 页 共 37 页 128*8 位内部 ram 32 可编程 i/o 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2管脚说明： vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0 口：p0 口为一个 8 位漏级开路双向 i/o 口，每脚可吸收 8ttl 门电流。当 p1 口的管脚第一 次写 1 时，被定义为高阻输入。p0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第 八位。在 fiash 编程时，p0 口作为原码输入口，当 fiash 进行校验时，p0 输出原码，此时 p0 外 部必须被拉高。 p1 口：p1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 口缓冲器能接收输出 4ttl 门电 流。p1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，p1 口被外部下拉为低电平时，将输出电 流，这是由于内部上拉的缘故。在 flash 编程和校验时，p1 口作为第八位地址接收。 p2 口：p2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 口缓冲器可接收，输出 4 个 ttl 门电 流，当 p2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2 口 的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2 口当用于外部程序存储器或 16 位 地址外部数据存储器进行存取时，p2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉 优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2 口输出其特殊功能寄存器的内容。p2 口在 flash 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3 口：p3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 i/o 口，可接收输出 4 个 ttl 门电流。当 p3 口 写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3 口 将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。 p3 口也可作为 at89c51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 （外部中断 0）int0 p3.3 （外部中断 1）int1 p3.4 t0（记时器 0 外部输入） p3.5 t1（记时器 1 外部输入） p3.6 （外部数据存储器写选通）wr 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 6 页 共 37 页 p3.7 （外部数据存储器读选通）rd p3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 rst 脚两个机器周期的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 flash 编 程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为 振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作 外部数据存储器时，将跳过一个 ale 脉冲。如想禁止 ale 的输出可在 sfr8eh 地址上置 0。此时， ale 只有在执行 movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外 部执行状态 ale 禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen 信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内 部程序存储器。注意加密方式 1 时，/ea 将内部锁定为 reset；当/ea 端保持高电平时，此间内部 程序存储器。在 flash 编程期间，此引脚也用于施加 12v 编程电源（vpp）。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 3振荡器特性： xtal1 和 xtal2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶 振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，xtal2 应不接。有余输入至内部时钟信号 要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要 求的宽度。 4芯片擦除： 整个 perom 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ale 管脚处于低电 平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前， 该操作必须被执行。 此外，at89c51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模 式。在闲置模式下，cpu 停止工作。但 ram，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电 模式下，保存 ram 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 5编程方法 编程前，先设置好地址、数据及控制信号，编程单元的地址加在 p1 口 p2 口的 p2.p2.3（11 位地址范围为 0000h0fffh） ，数据从 p0 口输入，为低点平，rst 保持高点平， /vpppsenea 引脚是编程电源的输入端，按要求加上编程电压，ale 引脚输入变成脉冲（负脉冲） 。编程时，可 采用 420mhz 的时钟震荡器，at89c51 编程方法如下： 1 在地址线上加上要编程单元的地址信号 2 在数据线上加上要写入的数据字节。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 7 页 共 37 页 3 激活响应的控制信号。 4 在高电压编程方式时，将 /vpp 端加上+12v 编程电压。ea 5 每对 flash 存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个 ale 变成脉冲。改变变 成单元的地址和写入的数据，重复以上步骤，直到全部文件变成结束。 每个字节写入周期是自身定时的，通常为 1.5ms3 。 22 led 数码管显示器数码管显示器 2.2.1led 数码管结构与原理数码管结构与原理 led 数码管是由发光二极管显示字段组成的显示器件，在本次设计中用的是七段 led。这种显示 器有共阴和共阳两种，它们的发光原理是一样的，只是电源极刑不同而已。如图所示。共阴极 led 数码管的发光二极管阴极接地，当发光二极管的阳极为高点平时，发光二极管点亮，共阳极 led 数 码管的发光二极管的阳极接地。led 的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。通常七段 led 显示器中有 8 个发光二极管，其中 7 个是发光二极管构成 7 笔字型 8。一个发光二极管构成小 数点，七段 led 数码管的管脚如图所示。从 ag 管脚输入不同的 8 位二进制数，可显示不同的数字 或字型。通常把控制发光二极管的 8 位二进制数称为段选码。共阳极与共阴极的段选码互为反码。 图 2.2 共阴 led 结构 图 2.3 共阳 led 结构 2.2.2led2.2.2led 显示器与显示方法显示器与显示方法 在单片机应用系统中可利用 led 显示块灵活的构成所需求位数的显示器。 n 位 led 显示器有 n 根位选线和 8*n 根段选线。根据显示方式的不同，位选线和段选线的连接方有 所不同，段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮或暗。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 8 页 共 37 页 1 led 静态显示方式 led 工作在景泰显示方式下，共阴极接地或共阳极接 5v，每一位的段选线（a g，dp）与一个 8 位并行 i/o 口相连，如下图所示，该图表示了一个 4 位静态 led 显示器电路，显示器的每一位可独 立显示，只要在该位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持相应的显示字符，由于每一位又 8 位输出口控制段选码，故在同一时刻各位可以显示不同的字符。 n 位静态显示器要求有 n*8 根 i/o 口线，占用 i/o 口线较多，故在位数多时往往采用动态显示方式。 2 led 动态显示方式 led 动态显示是将所有位的段选码并接在一个 i/o 口线上，共阴极端或共阳极端分别由相应的 i/o 口线控制。下图就是一个 8 位 led 动态显示器电路。 由于每一位的段选线都接在一个 i/o 接口上，所以在送一个段选码，8 位就显示同一个字符，这 种显示器是不能用的。解决此问题的方法是利用人的视觉滞留，从段选线 i/o 口上按位次分别送 显示字符的段选码，在位选控制口也按相应的次序分别选通相应的显示位（共阴极送低电平，共 阳极送高电平） ，选通位就显示相应字符，并保持几豪秒的延时，未选通位不显示字符（保持熄灭） 。这样对各位显示就是一个循环过程。从计算机的工作来看，在一个瞬时只有一位显示字符。而 其他位都是熄灭的，但因为人的视觉滞留，这种动态变化是观察不到的。从效果上看，各位显示 器能连续而稳定地显示不同的字符。这就是动态显示。 3. led 显示器接口 从 led 显示原理知，要显示各种字母、数字、符号，必须先转换成段选码。这种转换有两种方 式：硬件译码和软件译码。转换方式不同，接口所用的器件以及接口电路也不同。 （1）硬件译码显示器接口 硬件译码是采用专门的转换器件芯片来实现字母、数字的二进制数值到段选码的转换。 （2）软件译码显示器接口 软件译码是把各字符的段选码组织在一个表中，要显示某字符先查表得到其段选码，然后送往显 示器的段选线。 单片机应用系统中，多采用软件译码的动态显示4 。 3 计数显示模块的设计计数显示模块的设计 3.1 方案方案 1 3.1.1 单片机方案设计单片机方案设计 单片机识别脉冲准备用查询方式，因为查询方式较中断方式为灵敏，而且方便调试。选择 p1.2 和 p1.3 作为两个脉冲输出端的接收端口。考虑到系统需要的功能和 i/o 口，选择 atmel 的 89c2051 单片机。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 9 页 共 37 页 3.1.2 显示方案设计显示方案设计 四个数码管显示的缓冲区地址分别为 50h，51h，52h，53h。由于采用静态显示电路，故采用 单片机串行口发送数据。串行口工作于方式 0。rxd 作为输出端接到移位寄存器 74ls164 的两个 输入端 a 和 b，前一个移位寄存器的输出端与下一个移位寄存器的输入端 a，b 相连，这样首 h q 尾相连，直到传送 4 位显示数为止。当显示完后，先送出的数显示在最右边一位，最后送出的数显 示在最左端一位，本设计中按发送数据先后，地址分别为 50h，51h，52h，53h，由图可写出显示 子程序如下： org 0000h mov 52h,#00h ;送初始数值并显示 mov 53h,#00h mov 50h,#09h mov 51h,#03h mov scon,#00h ;工作于方式 0 mov r3,#04h ;设置显示循环位数 4 mov r1,#50h ;设置发送数据的首地址 loop：mov a,r1 ;取要显示的数 mov dptr,#table movc a,a+dptr ;取显示码 mov sbuf,a ;串行口输出字形 jnb ti,$ ;判断串行口传送是否结束 clr ti inc r1 ;指向下一个显示缓冲单元 djnz r3,loop ;判显示是否结束 table:db 03h,9fh,25h,0dh,99h,49h,41h,1fh,01h,09h;显示码表 3.1.3 计数方案设计计数方案设计 基本思想如下：首先检测两个显示部分的低位 51h 和 53h 单元是否为 9。若否，则低位加 1， 跳出，显示；若是，判断高位 50h 和 52h 单元是否为 9；若是，则两位同时清零，跳出，显示；若 否，则低位清零，高位加 1，跳出，显示。根据以上方案编制加计数子程序如下： count: mov r0,#53h ;将低位地址放入 r0 cjne r0,#09h,j1 ;若低位不等于 9 则跳至 j1 dec r0 ;低位等于 9 则将检测高位 cjne r0,#09h,j2 ;若高位不等于 9 则跳至 j2 mov 52h,#00h ;高低位都为 9，则两位都清零 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 10 页 共 37 页 mov 53h,#00h sjmp out ;跳出，显示 j1: inc 53h ;低位不等于 9，低位加 1 sjmp out ;跳出，显示 j2: mov 53h,#00h ;低位等于 9，高位不等于 9，低位清零, 高位加 1 inc 52h sjmp out ;跳出，显示 另一个显示部分程序同理如下： count1:mov r0,#51h cjne r0,#09h,jj1 dec r0 cjne r0,#09h,jj2 mov 50h,#00h mov 51h,#00h sjmp out jj1: inc 51h sjmp out jj2: mov 51h,#00h inc 50h sjmp out 注：其中 out 是显示子程序的地址 3.1.4 逻辑判断方案设计逻辑判断方案设计 以一个方向的检测为例。单片机查询的是 p1 口的 p1.2 和 p1.3，它们分别对应着两个相同的 热释电传感器发送的端口。当一个人依次走过两个传感器时，若电路正常工作则 p1.2 和 p1.3 先后 产生两个脉冲。因此，在 p1 口两个方向运动的人体将会使单片机最先查询到两个不同的数：04h 和 08h。使用跳转程序便可实现两个不同方向运动人体的不同处理方法。以人体先经过 p1.2，再经 过 p1.3 为例来分析。p1.2 首先接收到一个脉冲时单片机查询到 04h，从此处跳转到该方向的子程 序。我们可以这样来实现它的功能：首先做一段延时，然后判断 p1.2 是否仍然为 1，若仍然为 1， 证明该人还在 p1.2 对应探头周围，制造干扰。于是跳回查询模块继续查询；若 p1.2 为 0，则查看 该循环到此是否已经超出了正常干扰的时间，若超出，说明该脉冲为非正常经过早成，则跳回查询 状态；若未超出则可查看 p1.3 是否为 1。若 p1.3 为 1，证明该人体为正常状态先后经过了 p1.2 和 p1.3，跳至计数部分计数并返回查询状态；若 p1.3 为 0，则证明人仍然未完全经过 p1.3，则跳 回查看 p1.2 处。示意图如图 3-1 所示. 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 11 页 共 37 页 p1.2 p1.3 p1.2 p1.3 图 3-1 人从不同方向经过两个传感器产生不同逻辑先后的波形简单示意图 根据以上分析编制程序流程图如图 3-2 所示： 其中 t1 为经过两个探头所需的最短平均时间，t2 为经过两个探头所需的最长平均时间。若超 出这两个时间的差，则系统自动识别所有在第一枪出现的脉冲为干扰，跳至程序查询状态。这里取 t1 为 330ms,t2 为 4.12s(也考虑到方便编程)。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 12 页 共 37 页 p=a 和0ch相与 右移两次 判断值 为其它值 =04h a=08h 延时t1延时t2 tt2-t1? p1.3=1?p1.2=1? tt2-t1? p1.2=1?p1.3=1? 计数计数 nn yy 图 3-2 单片机计数程序的流程图 根据以上流程图及显示，计数子程序编制所有程序如下：见附录。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 13 页 共 37 页 3.1.5 电路设计电路设计 根据基本框图，设计电路图如图 3-3 所示： 图 3-3 计数部分电路设计图 3.2 方案方案 2 3.2.1 硬件电路设计硬件电路设计 led 显示电路： 单片机 led 数码管的显示方式分为静态显示和动态显示两种。静态显示的优点是显示程序简单、 显示亮度高、稳定性好、占用 cpu 的时间少，但占用的 i/o 口线较多，目前在实际应用中，通常附 加驱动器或锁存器以增加显示的稳定性和亮度。所以动态显示常用在显示数目较少的应用系统中， 当显示数目较多时，都采用动态扫描显示。动态扫描显示时，各 led 数码管轮流的显示各自的字符。 电路中把不同数位 led 数码管的同名端互相并接在一起，共用一个输出口 p0（称为字形口） ，而 每一个数位的公共端分别由 p3 口的不同口线加以控制，可以依次轮流点亮每位 led。动态显示的 优点是线路简单、硬件成本相对较低；缺点是需要不断刷新、扫描，占用 cpu 时间较多。动态显示 电路中，led 的数目不宜太多5 。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 14 页 共 37 页 图 3.4 单个 led 与单片机的连接电 图 3.5 六位 led 动态显示接口电路 复位电路 单片机的复位是靠外部电路实现的。如图 12 所示，是上电复位和按键复位的一种实用电路。在 单片机引脚中有一个复位引脚 rst，只要在单片机的 rst 引脚上加上高电平，就可以了。当然对 这个高电平的时间是有要求的。当时钟电路工作时，只要在 rst 引脚上持续出现 2 个机器周期以 上的高电平就可以完成复位。如果晶振频率选用 12mhz，机器周期就只有 2us.这个时间很短，很 容易满足。为了确保复位，这个时间一般要延长，大约在 10ms 以上就可以。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 15 页 共 37 页 图 3.6 复位电路 上电复位电路是利用电容充电来实现的。电容的特性是隔直流、通交流。在单片机接通电源 的瞬间，电源相当于一个交流电，电容两端相当于短路，rst 端的电位与 vcc 相通，都是+5v。随 着 rc3 电路的充电，rst 脚上的电压慢慢下降，只要保证 rst 为高电平的时间大于 10ms 就能够正 常复位了。c3 上电压建立的过程就是负脉冲的宽度，经倒相后，rst 上出现正脉冲使单片机实现 复位。按键按下时 rst 上同样出现高电平，实现按键复位。 在单片机应用系统中，应该提供上电复位和按键复位两种方法。但系统一般不会分别提供两个 复位电路，因此按键手动复位电路都会有上电复位电路。此外，有些外围芯片也需要复位。如果这 些芯片复位端的复位电平与单片机一致，则可以与单片机复位脚相连。因此，非门在这里不仅起到 了倒相作用，还增大了驱动能力。电容 c1、c2 起滤波作用，防止干扰穿入复位端产生误动作6 。 本次设计中使用单片机控制数码管来实现在公交车上不同方向通过的人数。电路图如下，它的 主要功能是计数和显示，它统计上车的人数和目前车内停留的人数。为了显示方便，采用三个存储 器单元作为计数器的百位、十位和个位，每个单元的内容只能在 09 之间，进入人次数、滞留人次 数各用三个单元，这样每进入一人，将进入人次数、滞留人次数各加一，而离开一个，则将滞留人 数减一。 显示部分采用动态扫描显示，由 p2 口送出字型码，p1 口送出位选信号，上车的人数由 p1.5 到 p1.3 驱动，p1.5 对应百位，p1.3 对应个位。公交车滞留人数由 p1.2p1.0 驱动，p1.2 对应百 位，p1.0 对应个位。led 数码管采用共阳极管，由于公共端电流较大，故采用 pnp 三极管驱动。对 显示扫描，采用每位通电 2ms，12ms 扫描一编，符合人眼视觉要求，用定时器 0 作 2ms 定时，在定 时器 0 的中断服务程序中实现通电位的转变。串口每 200ms 发送一个数据包，用设置发送中断编制 的方式协调发送7 。 3.2.2 软件设计：软件设计： 对于一个应用系统的程序设计远比一个单独的电路程序设计要复杂的多,因为单片机内部的资 源有限,特别是作为程序运行必须的 ram,在 89c51 内只有 128b。如何合理地利用每一个存储空间, 使程序在运行过程中不至于出错,是在编写程序前必须要预先计划好的,这个过程叫资源分配。当然 资源分配也涉及到系统的硬件资源,如对存储器和 i/o 端口的地址分配中断源的分配等就存在于硬 件电路中。这里所指的主要是指内部 ram 的存储单元的分配。 由于系统程序的编写一般采用结构化程序设计方法,整个程序中会有多个子程序出现,况且子程序又 调用子程序,子程序每嵌套一次,至少需要占用 2 个 ram 单元(堆栈中)用于保存程序的断点,所以在 ram 中还必须给堆栈一个独立的存储空间。由于单片机的堆栈是向上生长的,故堆栈一般放在内部 ram 的高地址区域8 。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 16 页 共 37 页 总流程图如下： 图 3.7 总流程图 外部中断流程图: 图 3.8 外部中断流程图 响应外部中断 1 p0.1 是否 为 0 p0.2 是否 为 0 上车人数和滞 留人数都加 1 上车人数不变， 滞留人数减 1 中断返回 显示清零 设置中断工作方式 开始 显 示 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 17 页 共 37 页 外部中断程序: cxt: jnb p0.1,kp1 jnb p0.2,kp2 ajmp kp4 kp1: inc 40h mov a,40h cjne a,#0ah,kp3 mov 40h,#00h inc 41h mov a,41h cjne a,#0ah,kp3 mov 41h,#00h inc 42h kp3: inc 43h mov a,43h cjne a,#0ah,kp4 mov 43h,#00h inc 44h mov a,44h cjne a,#0ah,kp4 mov 44h,#00h inc 45h ajmp kp4 kp2: mov a,40h cjne a,#00h,ap1 mov 40h,#09h mov a,41h cjne a,#00h,ap2 mov 41h,#09h mov a,42h cjne a,#00h,ap3 mov 41h,#00h mov 40h,#00h ajmp kp4 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 18 页 共 37 页 ap1: dec 40h ajmp kp4 ap2: dec 41h ajmp kp4 ap3: dec 42h ajmp kp4 kp4: jnb p3.3,$ ;外部中断撤销后返回 液晶显示子程序： lp: setb p1.0 :选通数码管 1 mov a,40h :数码管 1 为初始状态、 mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov p2,a :段选码送数码管 1 acall dl :调用延时子程序 clr p1.0 setb p1.1 mov a,41h mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov p2,a acall dl clr p1.1 setb p1.2 mov a,42h mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov p2,a acall dl clr p1.2 setb p1.3 mov a,43h mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov p2,a 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 19 页 共 37 页 acall dl clr p1.3 setb p1.4 mov a,44h mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov p2,a acall dl clr p1.4 setb p1.5 mov a,45h mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov p2,a acall dl clr p1.5 ajmp lp 3.3 方案比较方案比较 在本次设计中，我主要有有两种方案，第一个用的是 at89c2051，第二个是 at89c51 芯片。方 案一中，使用的是静态扫描，另一个是动态扫描。静态扫描占用 i/o 口线较多，所以在本次设计中 选用第二中方案。由 at89c51 控制的动态扫描显示电路。 4 单片机应用系统调试方法单片机应用系统调试方法 单片机应用系统的硬件调试可软件调试是分不开的，许多硬件故障是在调试软件时发现的， 但通常是先排除系统中明显的硬件故障后才和软件结合起来调试。 4.1 常见的硬件故障有常见的硬件故障有 经不起振动；内部和外部的干扰、电源纹波逻辑错误样机硬件的逻辑错误是由于设计错误 和加工过程中的工艺性错误所造成的。这样的错误包括:错线、开路、短路、相位错等。 元器件失效元器件失效的原因有两个方面，一方面是器件本身已损坏或性能不符合要求； 另一方面是组装过程中造成元器件失效，如电解电容方向装反、二极管的极性接反、集成电路或 排电阻的方向错误等。 可靠性差引起系统不可靠的因素很多，如金属化孔、接插件接触不良会造成系统时好时坏， 系统过大、器件负载过大等造成逻辑电平不稳定；另外，走线和布局的不合理等也会引起系统可 靠性差。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 20 页 共 37 页 电源故障若样机中存在电源故障，则加电后将造成器件损坏。电源故障包括：电压值不符 合设计要求，电源引出线和插座不对应，电源功率不足，负载能力差等。 硬件的调试方法有： 脱机调试脱机调试是在样机加电前，先用万用表等工具，根据硬件电气原理图和装配图仔 细检查样机的正确性，并核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求。应特别注意电源的走线， 防止电源之间的短路和极性错误，并重点检查扩展系统总线是否存在相互间的短路或其他信号线 的短路。 对于样机所用电源事先必须单独调试，调试好后，检查其电压值、负载能力、极性等均符合 要求，才能加到系统的各个部件上。在不插芯片的情况下，加电检查各插件上引脚的电位，仔细 测量各点电位是否正常，尤其应注意单片机插座上的各点电位是否正常，若有高压，可能损坏器 件。 联机调试-通过脱机调试可排除一些明显的硬件故障。有些硬件故障还是要通过联机调试 才能发现和排除9 。 在本次设计中,我反复调试电路,但最终未能显示正确结果. 4.2 软件调试方法软件调试方法 软件调试与所选用的软件结构和程序设计技术有关。如果才用模块化程序设计技术，则逐个 模块调试好以后，再进行系统程序总调试。 调整子程序时，一定要符合现场环境，即入口条件和出口状态。调试的手段可采用单步运行 方式和断点运行方式，通过检查用户系统 cpu 的现场、ram 的内容和 i/o 口的状态，检测程序执 行结果是否符合设计要求。通过检测，可以发现程序中的死循环错误、机器码错误及转换地址错 误，同时也可以发现用户系统中的硬件故障，软件算法及硬件设计错误。在调试过程中逐步调整 用户系统的软件和硬件。 各程序模块调试好后，可以把相关的功能模块联合起来一起进行整体综合调试。在这个阶段 若发生错误，可以考虑各子程序在运行时是否破坏现场，缓冲区数据是否发生变化，标志位的建 立和清除是否影响其他标志位的变化，堆栈区的深度是否不够，输入设备的状态是否正常等等。 单步和断点调试后，还应进行连续调试，因为单片机的运行是在严格的时序下进行的，单步运 行成功并不代表连续运行成功。待全部调试完成后，应反复运行多次，除了观察稳定性外，还要 考虑仿真条件是否与实际相符，如晶振频率是否与样机一致，所使用 cpu 资源是否与实际 cpu 资 源相符等等10 。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 21 页 共 37 页 4.3 结果分析结果分析 本次设计中在 proteus 这个软件下进行仿真的，结果可以正常显示。 仿真结果如下： 图 3.5 上车人数为 2，下车人数为 0。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 22 页 共 37 页 图 3.6 总上车人数为 13.车上滞留 9 人. 总结总结 为期一个学期的毕业设计即将结束，也就意味着我的大学生活即将结束，但在这一个学期的时 间里我学到了很多知识和技能。 作为一名通信专业的本科生，我在大学四年的学习生活中，系统地学习了电子及其相关专业的 个门课程。我们的课程以数电、模电为基础，进一步又学习了高频、微波、电磁场、电子线路以及 雷达等专业课程。为了更深入的理解并掌握大学所学内容，我的毕业设计课题选择了由冉启武老师 指导的乘客计数器显示电路的设计于制作。 通过这次毕业设计使我掌握了做科学研究的基本方法和思路，为今后的工作打下了基础，现 将感受总结如下： 首先，我学会了对相关科技文献的检索，一切科学研究都是建立在前人研究的基础之上的。 因此，对于相关文献资料的检索显得尤为重要。在现代社会中，随着计算机的普及以及网络技术的 发展，对于文献的检索已经从图书馆的纸质资料转移到网络平台下的电子文档。通过毕业设计， 我详细的学习并掌握了中国电子网、中国知网、万方数据库等数据库的检索与使用。 其次，对于外文资料的翻译与理解。由于我国科技水平的限制以及英语在世界范围内的普及， 前沿的科技文献都是用英语给出的，给我们非英语国家造成了一定的不便。这就要求我们在科研工 作中必须能够快速准确的阅读理解并翻译英文文献资料。在这次毕业设计中，我所接触的文献资料 主要是由英文给出的，这在很大程度上锻炼了我对外文资料的阅读理解水平，从一定程度上提高了 我对外文资料的翻译能力。 第三，对于各种工具软件的熟练使用也是科学研究中所必不可少的。在这次毕业设计中，我 主要使用的是 proteus 这一工具软件，该软件主要用于建模仿真,实时实现的理想的集成环境。 最后，通过这次毕业设计还使我了解了科技论文的写作规范，熟悉了 offic 系列软件在文字 处理与排版等方面的使用。 总之，这次毕业设计不是简简单单的完成了一个课题，而是使我初步的掌握了科学研究的步 骤与方法，巩固了我的专业知识，练习了我的实际操作能力，锻炼了我分析解决问题的能力，为今 后的科研工作打下了坚实的基础。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 23 页 共 37 页 参考文献参考文献 1王幸之 钟爱铃 at89 系列单片机原理与接口技术 m 北京航空航天大学出版社 2005 45-56 2耿德根 宋建国 avr 高速嵌入式单片机原理与应用 m 北京航空航天大学出版社 2004 25-31 3李宏，张家田液晶显示器件应用技术j 北京：机械工业出版社，200418-22 4李建忠，单片机原理及应用 m 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