智能公交卡终端软硬件的设计与实现(有页眉)

智能公交卡终端软硬件的设计与实现摘要公交卡信息管理是城市公交管理中的一部分，城市人口的增加，让人流量的的增加，为了减少堵车，保护环境，很多人选择成公交车出行，为了加快上车速度，减少站点停车时间，增加人们的出行效率，有了无人售票系统，并使用公交卡乘车。在设计过程中主要是对使用的板子的一个剪切，用于删除不必要的外设，方便大批量的生产,首先要明白在整个设计当中都需要什么外设，要用的哪个单片机,那些外设必不可少。然后重新画底板电路图，实现PCB的原器件的封装图，下来就是对PCB图的设计和布置，合理的规划，在规划过程中用到的规则和经验的介绍。最后就是软件设计部分，这里软件部分主要是实现了MIFARE卡片上读取到卡号然后显示到LCD上面。然后通过串口将卡号传送到计算机上。关键字PCBLCDMIFAREDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFSMARTCARDTERMINALSOFTWAREANDHARDWAREABSTRACTBUSCARDINFORMATIONMANAGEMENTISAPARTOFURBANPUBLICTRANSPORTMANAGEMENT,THEINCREASEOFURBANPOPULATION,MAKETRAFFICINCREASE,INORDERTOREDUCETRAFFICJAM,PROTECTTHEENVIRONMENT,MANYPEOPLECHOOSETOTRAVELBUS,INORDERTOSPEEDUPTHECAR,REDUCETHESITEPARKINGTIME,INCREASETHEEFFICIENCYOFPEOPLETRAVEL,WITHAUTOMATEDCOLLECTIONSYSTEM,ANDUSETHEBUSRIDESINTHEDESIGNPROCESSISMAINLYONTHEUSEOFTHEBOARDOFASHEAR,USEDTODELETEUNNECESSARYPERIPHERALS,CONVENIENTINMASSPRODUCTION,THEFIRSTTHINGTOUNDERSTANDWHATNEEDSTOBEINTHEMIDDLEOFTHEWHOLEDESIGNPERIPHERALS,WHICHWANTTOUSETHESINGLECHIPMICROCOMPUTER,THEPERIPHERALISINDISPENSABLEANDBACKPLANECIRCUITAGAIN,REALIZATIONOFPCBCOMPONENTSENCAPSULATION,DOWNTOTHEDESIGNOFPCBDIAGRAMANDLAYOUT,REASONABLEPLANNING,INTHEPROCESSOFPLANNINGTHEINTRODUCTIONOFTHERULESOFUSEANDEXPERIENCETHELASTISTHESOFTWAREDESIGNPART,SOFTWAREPARTMAINLYREALIZESTHECARDSHEREREADTHECARDNUMBERANDDISPLAYONTHELCDTHENTHROUGHASERIALPORTCARDNUMBERSENTTOTHECOMPUTERKEYWORDSPCBMIFARELCD目录摘要IABSTRACTII1绪论111研究背景112研究意义12硬件设计需求221对智能公交卡的需求222设计思想223电路设计概念33具体模块设计531ATMEGE1644模块5311ATMEGA1644简介5312原理图和PCB实现过程5313其他需求器件832电源模块8321电源需求器件8322六脚开关10323其他小器件需求1133串口模块13331串口简介13332串口原理图和PCB图13333MAX232器件1434RFID模块16341RFID简介16342LD1117器件1735LCD模块19351简介与实现1936复位电路21361器件实现2137蜂鸣器模块21371器件实现2138ISP模块22381接口实现224PCB布线规则2441布线规则245软件实现部分2751LCD实现部分2752RFID读卡实现部分28结束语31参考文献32致谢33外文资料原文34外文资料译文441绪论11研究背景国外的公交智能化方面的研究要追溯到上个世纪六七十年代，由于第三次科学技术革命的带动，在一些发达国家，特别是美国和欧洲国家，居民小汽车的拥有量飞速增长，伴随着城市交通状况的不断恶化，许多国家大力的提高城市公交的运营服务水平，因此，先进的技术和设备被应用到公交领域中，公交智能化的方面的研究也就因此开始。国内研究现状与国外发达国家相比，我国从事公交智能化方面的研究相对较晚，城市公交交通运营方面发展一直比较落后，公交卡在城市交通运输中的重要作用一直没有被政府给予充分的重视，戒指1990年，我国公交的保有量仅仅为13万辆，到2000年，统计数据显示我国的公交保有量已经达到125量每千人。在车辆保有量方面，就可以看出，我国存在的严重不足。另外，与发达国家相比，我国咋I管理水平上面也存在着很大的差距，但随着近几年的城市交通问题的逐渐恶化，交通拥挤等问题的持续增加，政府加大了对公交运营方面的投入力度，在许多城市对公交卡车辆进行更新，增加了公交企业的补贴，鼓励公交的发展的理论研究方面，国内许多学着也开始对公交调度问题进行了大量研究，其中比较有代表性人物有吉林大学的杨兆升，北京航空航天大学的张飞舟等学着。12研究意义研究公交智能化有重大的意义。公共交通是城市发展的必然产物，也是城市赖以生存的重要基础设施之一。它作为城市动态大系统中的一个重要组成部分，是城市整体发展中不可缺少的物质条件和基础产业，也是联系社会生产和人米生活的纽带。公交系统具有运载量大和能源消耗低运输成本低等有点，因此，要解决大中城市交通问题的最佳策略，是城市交通可持续发展的必由之路，但是，目前与发达国家相比，我国各大中城市的公交系统服务水平较低，主要表现在车辆到发时间不确定，信息化服务基本上市空白，调度方式比较原始落后。因而，集GPS卫星定位，通讯控制，计算机网络，智能化运营管理与一体的智能公交交通系统必将大大改善公交管理水平，吸引更多潜在的客流，提高公交系统经济效益，减少政府财政补贴。由于采用公交出行的居民增加，相对减少了其他车辆出行，着势必会缓解城市交通压力，减少环境污染，降低交通事故发生率，改善交通环境，带来巨大的社会效益。所以智能公交智能化研究十分必要，不仅具有重要的学术价值，而且具有非常突出的显示意义和应用前景。本论文主要是阐述智能公交卡终端的硬件设计技术和通过射频技术获取卡片信息到单片机，对于硬件设计部分主要是说明终端的硬件外设和单片机的需求，以及形成电路，生成PCB版型，软件部分主要是实现通过射频技术读取到卡片卡号发送到LCD显示屏上，再通过串口发送到计算机上。2硬件设计需求21对智能公交卡的需求（1）什么是电路原理图它是电路结构的基本构造图，他详细的绘制了电路的大致原路，原件和信号的走向，可以说是简化了电路连线结构图。（2）什么是PCB印刷电路板电路板（PRINTEDCIRCUITBOARD,PCB），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板，印刷线路板，是重要的电子部件，是电子器件的支撑体，是电子元器件带暖气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，古被称为“印刷电路板“。PCB图是电路板的映射图纸，它详细的绘制了电路板的走线，原件的位置等。（3）为什么要绘制PCB图我们在设计各种控制的设备时，要对不必要的外设进行裁剪，进而更加明白在整个过程中的各个外设的作用和工作过程，并且对整个设计的经费的节约有很大的帮助，如果大批量的生产，对整个经费的节约更加是无与伦比的。22设计思想首先在绘制电路原理图之前，我们要对智能公交卡的外设和所需的单片机的型号有个总体的概念，首先是选择单片机型号，在我们使用的单片机是ATMEGA16的单片机。除此之外，我们还需要很多外设，比如显示频（LCD），9针串口，以及向单片机考程序的总线，以及刷卡时的蜂鸣器，还有就是重重之重的电源模块，根据外设我们把他们分为不同的模块。1电源模块电源模块主要是给电路板供电以及供多大电压的模块，在我们所使用的外设中主要是用到5V电压和33V电压，所以电源模块主要是提供5V和33V的电压，33V的电源主要是提供给MFRC522射频卡用，其他的模块都用的是5V电压。2RFID模块RFID模块主要是连接MFRC522射频卡，其主要功能是连接射频卡，通过此模块和射频进行通信。3串口模块串口模块主要是实现计算机和ATMEGA16进行传输数据，在进行通信过程中，一定要注意不同模块的工作电压是否相同，不同电压不同模块是没法进行工作的。4LCD模块LCD模块作用于比较好的显示数据，显示用户的卡号和金额等数据，此模块一定要注意相关命令运用。5蜂鸣器模块在智能公交卡终端的设计当中，蜂鸣器是必不可少的声响器，来提示用户是否刷卡成功。6ISP模块ISP模块主要是提供给烧程序的接口，通过此接口可以把相关的程序烧到ATMEGA1644芯片中，进而运行程序，同时此模块可以提供给电路5V的电压。7复位电路复位电路在一个电路中是必不可少的三个要素之一，复位带你路，就是利用它把电路回复到起始状态。就像计算器的清零按键的作用一样，当你进行完一个题目的计算后可定是要清零的。或者你输入错误，计算失误时都要进行清零操作。一边回到原始状态，重新进行计算。和计算器清零按键有所不同的是，复位电路启动的手段有所不同。一是在给电路同电的时马上进行复位操作；二是在必要时可以手动操作；三是根据程序或者电路运行的需要自动进行。复位电路都是比较简单大都是只有电阻和电容组合就可以搬到了，再复杂就有三级管等等配合程序来进行了。8ATMEGA1644模块ATMEGA1644是基于增强AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单始终走起指令执行时间，ATMEGA16的数据吞吐率高达1MIPS/MHZ，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。所以在整个制作过程中主要针对这几个模块进行电路设计，接下来就是我们使用什么软件进行设计，在此我们使用ALTIUMDESIGNER10进行硬件部分设计和AVRSTADIO4进行软件部分设计。以下是对软件的基本介绍ALTIUMDESIGNER10在单一设计环境中集成班级和FPGA系统设计，基于FPGA和分立处理器的嵌入式软件软件开发以及PCB版图和编辑，并集成设计数据管理功能。ALTIUMDESIGNER10引入了一个新的面板视图，允许你在嵌入式设计的开发阶段的外围组建的内部寄存器进行交互外设面板。AVRSTADIO4主要是针对单片机程序的一种设计，用于对各种单片机进行编程的一种编程软件。其他还需要一些辅助软件，比如在AVRSTADIO4生成的HEX文件往单片机里面进行烧写程序的软件和串口调试软件等辅助软件。23电路设计概念电路设计部分是我们能成功梳理清处整个设计过程的重要部分，电路设计概念是指实现一个带脑子产品从设计构思和电学设计到物理结构设计的全过程。在ALTIUMDESIGNER10中，设计过程需要如下几个步骤。1电路原理图的设计电路原理图的设计主要是利用ALTIUMDESIGNER10中的原理图设计系统ADVANCEDSCHEMATIC来绘制一张电路原理图。在这一步中，可以充分利用其所提供的各种原理绘制图工具和丰富的在线库以及便利的电器规则检查，来达到设计目的。2电路信号仿真电路信号是原理图设计的扩展，为用户提供一个完整的从设计到验证的仿真设计环境。它与ALTIUMDESIGNER10原理图设计服务器协同工作，以提供一个完整的前段设计方案。3产生网络表和其他报表网络表示电路板自动布线的灵魂，也是原理图设计与印刷电路设计的主要接口。网络表可以从电路原理图中获得，也可以从印制电路板中提取。其他报表则存放了原理图的各种信息。4印制电路板的设计印制电路板的设计是电路设计的终极目标。利用ALTIUMDESIGNER10的强大功能实现电路板的版面设计，完成高难度的布线以及输出报表等工作。5信号完整性分析ALTIUMDESIGNER10包含一个高级信号完整性仿真器，能分析PCB板和检查设计参数，测试过冲，阻抗等，以便及时修改设计参数。概括的说，整个电路板的设计过程首先是编辑电路原理图，接着用电路信号仿真进行验证调整，然后进行布板，再人工布线或根据网络表进行自动布线。这里除了这些，我们还用到ALTIUMDESIGNER10的其他服务器，如创建，编辑元件库，和零件封装库等。在整个设计过程中，原理图是设计的第一步，是制版仿真等后续步骤的基础，因此，一副原理图的正确与否，直接关系到整个设计是否能够成功另外，为了方便自己和他人读图，原理图美观清晰和规范也是十分重要。ALTIUMDESIGNER10的原理图设计大致可分为9个步骤新建原理图图纸设置装载原件库放置原件原件位置调整连线注解检查修改打印输出。图纸的设置在选项文档选项里面。在这里的设置主要是参考AITUMDESIGNER10书上的画原理图的配置，这里的配置主要有原理图纸的设置，原理图的工作环境的配置，原件的电器连接设置等。在这里主要是设置原件的电器连接1用导线连接原件（WRIE）2总线的绘制（BUS）3绘制总线分支线（BUSENTRY）4放置电器节点MANUALJUNCTION5放置电源符号POWERPORT6放置网络标签NETLABEL7放置输入/输出端口PORT8放置忽略ERC测试点NOERC9放置PCB布线指示（PCBLAYOUT）这里的配置对我们画原理图十分重要。PCB的画法主要是集中在每个模块画完就为其画所用的PCB图。3具体模块设计31ATMEGE1644模块311ATMEGA1644简介ATMEGA1644内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻辑单元（ALU）相连接，使得有一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。ATMEGA1644有如下特点16K字节的系统内可编程FLASH具有同时读写的能力，即RWW，512字节的EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口先，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器、计数器（T/C），片内/外终端，可编程串口USART，有其实条件的检测器的通用串口接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益（TQFP封装）的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串口端口，以及六个可以通过软件进行的选择额盛典模式。工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART和SPI端口等继续工作，掉电模式时警惕振荡器停止震荡，多有功能除了终端和硬件复位之外都停止工作；在圣殿模式下，一步定时器继续工作，允许用户保持一个时间基准，以降低ADC转换时的开关噪音；STANDLY模式下只有警惕和谐振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展STANDBY模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。此芯片是以ATML高谬非易失性存储技术生产的。片内ISPFLASH允许程序存储器通过ISP串行接口或者通用编程器惊醒编程，也可以通过运行于AVR内核之重的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用FLASH存储区。在更新应用FLASH存储区是引导FLASH区的程序继续云信，实现了RWW操作。通过将8位RSCICPU与系统内可编程的FLASH集成在一个芯片内，ATMEGA16成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式应用提供了灵活而低成本的解决方案。ATMEGA1644具有一整套的编程与系统开发工具，包括C语言仿真器及评估板等。312原理图和PCB实现过程在这里我们先画ATMEGA1644芯片这个模块，首先我们要查找芯片资料，以及我们要画的引脚的名字和标记。以下就是我所画的ATMEGA1644芯片所做的首先我们要生成一个原理图库，在这个库下面，我们可以放很多我们自己做的器件封装库，新建一个ATMEGA1644的图，在这里我们用的是44引脚，首先我们在新建的这张带有格点的图纸中先画一个长方形，然后每个引脚的长度为10MILE254MM,格点间距我们设置成间隔大小也是10MILE,然后我们对其每个引脚进行标记。在以上放置过程中注意引脚具有电器标记的要放置外面，无电器标记的连接在长方形，这里主要是在连接的时候连接上。在我们画引脚的时候注意对整个长方形整个尺寸的掌握，尽量做到精简和不重复，最终我们拿到精美的ATMEGA1644芯片的封装图，通过以上步骤就只做出了我们的ATMEGA1644的型，如下图31（原理图）、图32（模型图）图31原理图图32芯片手册在此我们做出了封装的ATMEGA的图，放置到我们原理图纸中，接下来就是我们对ATMEGA1644的PCB图的封装，同样我们也要先建立一个PCB元器件库，这里主要是存放我们所使用的元器件的PCB封装，在这里我们同样要从芯片手册中拿到相关的芯片尺寸大小等需要的数据，进入PCB库中新建一个ATMEGA1644的PCB图，然后参考芯片守册（如图33）如下芯片手册的尺寸图33参考数据在我们所化PCB封装的时后还要参照其三视图，在这里我们使用的是塑料欧翼方形平式封装（TQFP）。在这里我们要注意所画的PCB图一定要和尺寸图中的参考尺寸大小先更或者略大，这样我们在制作板子的时候可以很好的操作，否则的画如果板子有些地方太小会影响相应的装载。如图34（PCB封装图）图34PCB器件图313其他需求器件上面我们已经生成了原理图和PCB图并且已经将原理图放置到图纸上，接下来我们要对板子的一下些引脚进行连线，首先我们对多有的VCC和GND引脚进行连接，由于ATMEGA1644工作电压是5V，所以VCC连接VCC5V，GND就是地线，正在每对电源和GND之间接上电容，电容的作用在上面。在下来我们就是接上我们重要的器件晶振，以下是晶振的作用单片机工作时，是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，称为一个机器周期，这是一个时间基准。一个机器周期包括12个始终周期。如果一个单片机选择了12MHZ晶振，它的始终周期是1、12US,它的一个机器周期是121/12US,也就是1US在这里我们使用的是8MHZ简单的说没有晶振，就没有始终周期，没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作，在这里我们同样是封装个晶振图如下（图35原理图和图36PCB图）图35原理图晶振图36PCB封装器件PCB图在自带PCB库图中就有。然后我们接上晶振。在晶振后面接上电容，此电容的作用是可以用来微调晶体震荡频率，电容根据我们使用晶体来选择大小，我们所使用的是01UF的电容。接下来我们就根据我们需要进行相关的连接。32电源模块321电源需求器件电源模块这里，我们主要是从这里得到我们所需要的5V电压和33V，首先我们要选择要是用的插座在这里我们使用的是三个引脚的电源插座,即DC005电源插座，我们首先先画一个简单的放格代表电源模块的电源，如图37，此图是电源图37三角插头接下来我们画起所使用的PCB图，在此我们要查询DCOO5规格书，如图37三视图和所要的尺寸图38规格说明书通过这个尺寸，我们画出三个引脚的电源PCB图如图39图39PCB封装插座图这个就是我们所画出的电源PCB图（注意在画每个引脚的时候，一定要把每个标号记录清楚），否则在生成PCB图的时候会出现引脚不匹配等各种问题。322六脚开关在电源口画好的情况下，我们需要电源开关，在这里我们使用通用的六角自锁开关，默认情况下，1引脚和3引脚，6和4引脚相连；按下时1和2,6和5是连在一起的。以下我们画我们的原理图，在这里我们用一个长方形然后引出6个引脚即可用于表示相应的引脚（图310）图310接下来我们进行PCB封装根据6脚电源开关规格书来找到画的尺寸，在这里我们一定要注意在画这个PCB图的时候，注意要用的焊盘孔径大小和外径大小还有就是各个孔径的间距及标记等问题（如下图311）图311开关规格尺寸下面是生成的PCB图（图312）图3126脚开关PCB图其中的每个引脚在放置焊孔的时候就已经进行标记了。323其他小器件需求接下来就是我们所有电源必须有的保险，我们使用的是自恢复保险，自恢复保险丝的工作原理是，当线路出现异常的大电流时，它的电阻会变成非常大，产生很高的温度从而阻止电流通过，当温度护肤正常的时候，它的阻止有编程比较小，从而又恢复线路导通，主要用于保护电路。以下是所使用的电路封装图（图313）和PCB图（图314）图313原理图图314PCB图在此前我们需要一个继电器稳压二极管就是途中的D2,它是个二极管，其主要作用就是单项导电，也就是在争相电压作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。在这里我们使用的是隔离二极管（IN4148）,其电路原理图封装在元器件库中就有，但是其PCB封装需要自己画，需要参考资料，如下图（原理图315、尺寸图316和PCB封装图317）图316二极管尺寸图图315二极管原理图图317二极管的PCB封装图接下来我们需要个稳压器稳压器的作用，主要是使我们稳定的固定的输出5V电压，其可以见输入的7V12V的电压输出成5V。它的内部含有限流保护，过热保护和过压保护电路，采用了噪声低，温度漂移小的基准电压源，工作稳定可靠，器可用三个引脚，1脚为输入端，2脚为接地端，3脚为输出端，使用十分方便。原理图中的第4引脚是后面基地部分。首先我们画一个原理图，如图（原理图318和PCB图319）图318原理图封装图319PCB封装图在此我们使用的是其7805系列芯片的贴片封装形式。在电源接通后我们需要个指示等所以接了个LED灯惊醒显示电路是否通电。在原理库中就有册封装（如图320原理图、图321PCB图）图320LED示意图图321LED贴片封装然后接地，至此我们电源部分的所用器件使用完毕。然后组成电路图，根据电路需求在一些必要部分加上一些需要的电容，主要是怕电压间互相干扰等因素。33串口模块331串口简介串口简介串口叫做串行接口，也称串行通信接口，按电器标准及协议分包括RS232CUSB等。RS232C与RS485标准支队接口的电器特性做出规定，不涉及接插件，电缆或协议。USB是近几年发展起来的信息接口标准，主要应用于告诉数据传输领域。RS232C也称标准串口，是目前最常用的一种通信接口，它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统，调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串口通讯的标准，它的全名“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”传统的RS232C接口标准有22根线，采用标准25芯D型插头座。后来的PC上使用简化了的9芯型插座。现在应用中25芯插头座已经很少采用。现在的电脑一般有两个串行口COM1和COM2,计算机就是9针串口。在这里我们要区分串口和并口的区别串口是形容只有一个通道，一次只能过一两车，而并口就是有8个车道，同一时刻能传送8位（一个字节）数据。但是并不是并口快，由于8位通道之间互相干扰，传输速度就收到了限制。而当传输出错时，要同时重新传8个位的数据，串口就没有干扰，传输错重发一位即可，所以要比并口快。目前最为常用的是串口有9针串口（DB9）和25针串口（DB25），通信距离较近是（L”，DB7DB0的数据被写到IR或DR6EN使能信号7DB0三态数据线8DB1三态数据线9DB2三态数据线10DB3三态数据线11DB4三态数据线12DB5三态数据线13DB6三态数据线14DB7三态数据线15PSBH8位或4位并口方式，L串口方式16NC空脚17/RESET复位端，低电平有效18VOUTLCD驱动电压输出端19A背光源正端（5V）20K背光源负端以下是LCD模块的原理图的画法（图333）和PCB画法（图334），其孔径和RFID孔径一样。图333LCD原理图图334LCD的PCB封装图36复位电路361器件实现作用主要是在执行程序时，不知道执行到哪里了，想要其从某一个地方重新执行，需要复位电路。在此使用的是低压复位，单片机复位电路要求有一个持续时间，加上电容可以利用其两端电压不能突变的特性，时期复位电平维持一定时间，使单片机复位电平再起手册可以看见，另外这个电容还可以去除一些杂波的干扰，放置单片机被错误复位。复位的要求如下当单片机的复位引脚出现2个机器周期以上的高电平，单片机就执行复位操作如果RST持续为高电平，单片机就储蓄循环复位状态，所以复位引脚的电容大一些没有关系，顶多是复位时间长一点；但如果电容太小，高电平持续时间太短，则单片机无法正常复位，就不能工作，电容通常去10UF或22UF,铝电解电容即可,晶振后面的电容是负载电容。在这里我们使用了一个电容和一个开关还有电阻的组合。下面是开关的原理图（图335）和PCB图（图336）图335开关原理图图336开关PCB封装图在此我们就完成了复位电路所要求的电路。37蜂鸣器模块371器件实现蜂鸣器主要是提供一种铃声用来提醒人们操作成功，在这里我们主要要是提供个蜂鸣器和三极管和电阻，三极管的作用主要是增大电路电流，防止蜂鸣器需要电流大，而电路上的电流不足以使蜂鸣器工作。电阻的作用主要是起到保护电路。下面是蜂鸣器的电路原理图（图337）和蜂鸣器的PCB图（338），在AD10中已经提供图337蜂鸣器图338蜂鸣器PCB封装凤鸣器电路的绘制，在这里由于我们使用的是5V电压，引脚直接带动蜂鸣器的电流过小，我们使用三极管进行增大电流，三极管的工作原理（我们在这里主要是使用的NPN型的）是当在B进行电流通过的时候，就会对另一侧的电流有个增大的过程，另一侧就像个水阀，当B有电流通过的时候，会使另外一侧的开关打开，打开的大小根据电流的大小，当引脚PB1为高压的时候就会有电流通过，进而使另一侧的电流通过，起到增大电流的作用。38ISP模块381接口实现在此处主要是提供给单片机烧写程序的一个借口，其实现的原理和SPI总线实现原理一样，标准的SPI接口（总线技术）十一主从方式工作的，这种模式通常有一个祝期间和一个或者多个从器件，器接口包括以下四种信号1MOSI主器件数据输出，从器件数据输入。2MISO主器件数据输入，从器件数据输出3SCLK时钟信号，由主器件产生4SS从器件使能信号，由主器件控制如下图是其原理图（图339）和PCB图（图340）图339ISP原理图图340PCB封装图然后就是对我们的电路图进行连接，在连接的时候我们使用了ALTIUMDESIGNER10提供的网络标签，用来表示哪两个引脚进行连接，那两条线有连接关系，在这里进行电器连接的时候注意要严格按照ALTIUMDESIGNER10的电路要求来画线和连接电器。在进行多次调整后，最后没有错误和警告，在这里的警告和错误大多是电器标记没有放在格点上。在这里我们通过对整个板子的工作原理的理解连接相应的线，也就是网络标签，他们的作用是表示信号线，表示那两个信号线有连接关系，在进行PCB设计的时候就会出现电器连接信号。哪个引脚控制哪个设备，在这里都很明确，最后我们生成的电路原理图如下（图341）图341电路绘制在这里我们要布好相应的模块的位置，以便我们在放置原件PCB时参考，在这里我们对相应的原件进行PCB关联。4PCB布线规则41布线规则在这里我们要生成一个PCB图，以便可以生产出原图。我们新建一个PCB板子，把原理图更新到板子上，在更行到原理图号，我们就该放置原件了，这里的放置元件就是我们最后生成的板子原件放置位置，然后就会有很多恢色的虚线，在此表示连接的时候只能这些连接，没有连接特性的在连线的会自动绕过，接下来我们就要按照以下规则进行排线布局1抗干扰设计规则（1）电源线的设计首先选择合适的电源，尽量加宽电源线，保证电源线、地线走向与数据传输方向一致，使用抗干扰器件（磁珠、电源滤波器等），电源入口添加去耦电容。（2）地线的设计模拟地和数字地分开，尽量采用点点接地，尽量加宽地线，将敏感电路连接到稳定的接地参考源，对PCB板进行分区设计，把高带宽的噪声电路与低频电路分开，尽量减少接地环路的面积（3）元器件的配置不要有过长的平行信号线，保证PCB的始终发生器、晶振和CPU的始终输入端尽量靠近，同时原理其他低频器件，元器件应该围绕核心器件进行配置，尽量减少引线长度，对PCB板进行分区布局，考虑PCB板在机箱中位置和方向，缩短高频元器件之间的引线。（4）去耦电容的配置每10个集成电容要加一片充放电电容，引线式电容用于低频，贴片式电容用于高频，每个集成芯片要布置一个01UF的电容，对抗噪声能力若、管段是电源变化大的器件要加高频去耦电容，电容之间不要功过孔，去耦电容引线不能太长。2降低噪声和电磁干扰原则尽量采用45度折现而不是90度折现，用串联电阻的方法来降低电路信号边沿的跳变速率，石英晶振的外壳要接地，先闲置不用的电路不要悬空，时钟线垂直于I/O线是干扰小，尽量让时钟线周围的电动势趋于零，I/O驱动电路尽量靠近PCB的边缘，任何信号不要形成回路，对高频板，电容的分布电感不能忽略，电感的分布电容也不能忽略，通常功率线、交流线布置在和信号线不同的板子上。其他规则CMOS的未使用引脚要通过电阻接地或接电源，用RC电路来吉首继电器等元件的放电电流，总线上加10K邹游上拉电阻有助于抗干扰，采用全译码有更好的抗干扰性，元器件不用引脚通过10K电阻接电源，总线尽量短，尽量保持一样的长度，两层之间布线精良垂直，发热元器件尽量避开蜜柑元件。以下是一些较好的经验之谈（1）要有良好的地线层，良好的地线层处处等电位，不会产生共模电阻耦合，也不会经地线形成环流产生天线效应，良好的地线层能使电能以最短的路径进入地线而消失，建立良好的地线层最好的方法是采用剁成板，一层专门用作地线层；如果只能用双面板，应尽量从正面走线，反面用作地线，不得已才从反面过线。（2）保持足够距离，对于可能出现又喊耦合或辐射的两根线或要保持足够的距离，如滤波器的输入与输出，光耦的输入与输出，交流电源线与弱信号等。1长线加滤波器，走线尽量短接，不得已走的长线应当在合理的位置插入C、RC或LC低通滤波器。2除了地线，能用细线的不要用粗线，因为PCB上的每一根走线及时有用信号载体又是接受辐射干扰的干线，走线越长、越粗，无线效应越强。上面是我们的布线规则，在布线之前，我们要明白每一层都是表示什么意思，我们的走线主要是集中在TOPLAYER层和BOTTOMLAYER两层，TOPLAYER层主要是用作红线来表是信号线，而在BOTTOMLAYER层主要是蓝色信号线，在无法过线的情况下才从BOTTOMLAYER层过线，他们两层协做来实现我们的电器连接，然后就是MECHANICALLAYERS机械层，这层可以用来绘制PCB印制板的尺寸，来标记尺寸大小等。TOPOVERLAYER顶层丝印层（黄色）就是板子正面的字符标记。BOTTOMLAYER层是褐色的线。KEEPOUTLAYER禁止布线层作用是绘制布线区域，如果印制板中没有绘制机械层的情况下，印制板厂家会以此为PCB外形。最后一层就是MULTILAYER多层（银色）所有布线层都包括，一般单双面的插件焊盘就在这层，花条线色就是所有层都画上。以下就是PCB板（图41）图41整个板子设计图然后就是通过检测没有错误就进行封装到厂子进行板子的制作。以下就是最终生成的板子（如图42）图42PCB板子然后就是对板子的外设进行焊接，如图43完整板子图43板子5软件实现部分51LCD实现部分在这里主要是参与并且实现了LCD12864显示数据和通过RFID读取卡号的功能。LCD12864显示过程在LCD12864显示过程中，LCD的实现原理是在整个控制过程中，主要是对RS、RW、EN,三个进行控制，RS为“0”时，也就是低电压，表示此操作是命令，为高时表示是数据，RW表示是读还是写，当为高时且EN为高时，数据被读到DB0DB7,当RW为低时EN为高时使能，DB7DB0的数据被写到IR或DR，以下就是实现对LCD12864写命令和读命令的一个操作。在此引出一个问题，如果现在LCD12864忙碌的时候对其进行操作，会导致前一次对其操作的失败，所我们要进行一个忙检查，此检查是必要的，如果忙碌，我们等待操作完。代码如下，忙等待命令STATICVOIDLCD_WAITVOIDCLR_LCD_RS/先把RS置0，表示操作的是命令SET_LCD_RW/然后将RW置1，表示读操作_DELAY_MS1SET_LCD_EN/然后使能，表示开始操作_DELAY_MS1DDRA/将PA7方向设置为输出WHILEPINA/当DB7位为1时表示忙，循环检测DDRA0XFFCLR_LCD_EN/关闭使能代码如下，写命令STATICVOIDWRITE_COMUINT8CMDLCD12864_WAIT/首先操作的时候进行忙等待DDRC|_BVPC5|_BVPC6|_BVPC7/然后将RS、RW、EN方向设置为输出方向DDRA0XFF/将数据输出方向设置为输出CLR_LCD_RS/将RS置0，表示操作的是命令。CLR_LCD_RW/然后将RW置0，表示写操作SET_LCD_EN/然后使能，开始进行操作_DELAY_MS1PORTACMD/将命令放入DB0DB7里面_DELAY_MS1CLR_LCD_EN/关闭使能代码如下，写数据STATICVOIDWRITE_DATAUINT8DATLCD_WAIT/忙等待DDRC|_BVPC5|_BVPC6|_BVPC7/同上面解释DDRA0XFFSET_LCD_RS/将RS置1，表示操作的是数据CLR_LCD_RW/将RW置0，表示写操作SET_LCD_EN/使能_DELAY_MS1PORTADAT/将数据放入里面_DELAY_MS1/注意此处的延时CLR_LCD_EN我们写数据的时候是对一个字节进行的操作，在此我们要对字符串进行的操作，我们对其进行整合，此操作的实现原理和C中的字符串实现原理一样。52RFID读卡实现部分RFID的实现是通过串行SPI接口实现的，首先在这里我们先介绍下SPI接口的工作原理典型的SPI总线接口包括一个主机和一个从机，双方之间通过4根信号线连接，起作用如下。主机输出/从机输入（MOSI）主机的数据传入从机的通道。主机输入/从机输出（MISO）从机的数据传入主机的通道。同步时钟信号（SCLK）同步时钟是由SPI主机产生的，并通过该信号线传送给从机。主机与从机之间的数据接收和发送都以该同步时钟信号为基准进行。从机选择（SS）该信号由主机发出，从机只有在该信号有效时才相应SCLK上的时钟信号，参与通信。主机通过这一信号控制通信的其实和结束。SPI的通信过程实际上是一个串行移位过程，可以吧主机和从机看成是2个串行移位寄存器，二者通过MOSI和MISO两条数据线首尾相连，形成了一个大的串行移位的环形链。当主机需要发起一次传输时，它首先拉低SS，然后再内部产生的SCLK时钟的作用下，将SPI数据寄存器的内容逐位移出，并通过MOSI信号线传送到从机。而在从机的一侧，一旦检测到SS有效之后，在主机的SCLK时钟作用下，也将自己寄存器中内容通过MISO信号线逐位移入主机寄存器中。当移位进行到双方寄存器内容交换完毕时，一次通信完成，如果没有其他数据需要传输，则主机变态高SS，停止SCLK时钟，结束SPI通信。以下主要是介绍MFRC522和MIFARE卡片通信过程。步骤一我们要寻卡，即找到卡片。在这里我们主要用了一个函数嵌套实现的，具体如下CHARPCDREQUESTUINT8REQ_CODE,UINT8PTAGTYPECHARSTATUS/定义返回状态的变量UINT32UNLEN/定义一个长度的变量UINT8UCCOMMF522BUFMAXRLEN/定义一个数组存储接受数据CLEARBITMASKSTATUS2REG,0X08/首先清处STATUS2REG的第四位，由芯片手册克可知/该位用来指示MIFARECYPTOL单元接通和所有卡的数据通信加密的情况，成功执行位置位WRITERAWRCBITFRAMINGREG,0X07/启动数据发送，该位置位，TX2管脚不断的输出/1356MHZ的信号SETBITMASKTXCONTROLREG,0X03/控制天线管脚的TX1、TX2逻辑特性UCCOMMF522BUF0REQ_CODE/将要执行的命令放入数组的第一个位置STATUSPCDCOMMF522PCD_TRANSCEIVE,UCCOMMF522BUF,1,UCCOMMF522BUF,/这个函数是MFRC522与MIFARE通信过程，第一个参数是RC522命令字,0X0C,表示发送/和接受数据，通过RC522发送到卡片的数据，接下来是发送的字节长度，后面是接受到的/卡片返回数据，然后是返回数据长度IFSTATUSMI_OKPTAGTYPE1UCCOMMF522BUF1ELSESTATUSMI_ERR/通过此函数接受到16个字节其他函数简单容易实现，在这就不介绍了。寻完卡后就是防冲突，防冲突函数主要是检测到识别的卡到底是那张卡，这个函数是必须的，如下CHARPCDANTICOLLUINT8PSNRCHARSTATUSUINT8I,SNR_CHECK0UINT32UNLENUINT8UCCOMMF522BUFMAXRLENCLEARBITMASKSTATUS2REG,0X08WRITERAWRCBITFRAMINGREG,0X00CLEARBITMASKCOLLREG,0X80UCCOMMF522BUF0PICC_ANTICOLL1UCCOMMF522BUF10X20STATUSPCDCOMMF522PCD_TRANSCEIVE,UCCOMMF522BUF,2,UCCOMMF522BUF,IFSTATUSMI_OKFORI0I4IPSNRIUCCOMMF522BUFISNR_CHECKUCCOMMF522BUFIIFSNR_CHECKUCCOMMF522BUFISTATUSMI_ERRSETBITMASKCOLLREG,0X80RETURNSTATUS如下进行的是选定卡片。CHARPCDSELECTUINT8PSNRCHARSTATUSUINT8IUINT32UNLENUINT8UCCOMMF522BUFMAXRLENUCCOMMF522BUF0PICC_ANTICOLL1UCCOMMF522BUF10X70UCCOMMF522BUF60FORI0I4IUCCOMMF522BUFI2PSNRIUCCOMMF522BUF6PSNRICALULATECRCUCCOMMF522BUF,7,CLEARBITMASKSTATUS2REG,0X08STATUSPCDCOMMF522PCD_TRANSCEIVE,UCCOMMF522BUF,9,UCCOMMF522BUF,IFSTATUSMI_OKELSESTATUSMI_ERRRETURNSTATUS这就是软件整体实现过程。结束语通过此次的设计，要我对嵌入式行业有了更深一层的了解，意识到嵌入式设计不光是有软件运行过程，对单板机的裁剪和电路图的设计也是一项必不可少的一个步骤，通过对单板机的设计，学到了很多很多的硬件知识，信号通信，很多芯片以前都不知道，电子器件的运用也学会了很多，软件部分，明白了在整个控制过程中，主要是通过对寄存器的命令和数据进行控制，交换数据主要是运用的SPI接口的通信原理，其实对外设和芯片的操作，主要是对寄存器的操作。参考文献1马潮AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践北京北京航空航天大学出版社，201152谢嘉奎，远月清，冯军电子线路线性部分（第四版）北京高等教育出版社，20043213703童诗白，华成英模拟电子技术基础（第三版）北京高等教育出版社，20033013504游战清无线射频识别技术（RFID）理论与应用M北京电子工业出版社，2004,1078795NFCMOBILEPAYMENTPILOTINHOLLANDCARDTECHNOLOGYTODAY2006,186376蒋焕文，孙续电子测量（第二版）北京电子计量出版社，20072642957张伟单片机原理及应用北京机械工业出版社，20028冯民昌模拟集成电路系统中国铁道出版社，19989郑华光模拟电子线路东南大学出版社,200010康华光电子技术基础高等教育出版社，200111张明友信号检测与估计电子工业出版社200612朱春萍电子技术基础中国脑洞社会保障出版社。201013DEPARTMENTUSOFTRANSPORTATIONFTAADVANCEDPUBLICTRANSPORATIONSYSTEMSTODAY2002,1054614TBFLEMINGSFMIDKIFF,NJDAVISIMPROVINGTHEPERFORMANCEOFTHEWORLDWIDEWEBOVERWIRELESSNETWORKTODAY2003,8727致谢感谢母校太原理工大学在大学四年的时间里对我的悉心培养，在理工大四年的学习当中，学会了很多很多的知识，在这里我要感谢我的班主任王铮对我的照顾和关心。在这里我要对任聚财老师和安海龙老师表示真心的感谢。在过去的3个月里，安海龙老师作为指导老师给了我们作毕设的帮助，给我们提供毕设的设计思路，我衷心的感谢老师，任聚财老师在过去的3个月里，真心真心对我帮助很大，一点一点给我讲解所需所用的电路知识，老师的讲解给了我很大的帮助，还有荆老师对我的细心讲解，给我查错，谢谢你，老师，还有其他的办公室的老师（白老师、亢老师）对我毫无保留的授予知识，不厌其烦的给我讲解（真心打扰你们了），这一切历历在目，仿若眼前，在这里，最后几个月里，差点就扛不住了，是你们给了我勇气、给了我坚持下去的理由，我会记住你们的，我敬爱的老师们我的合作伙伴，我的好朋友，高源伯，谢谢你给我的动力，谢谢你的督促，谢谢你的以身作则，让我迈出了坚实的一步，让我在想要放弃的时候走下去，一句话，谢了今后的日子，今后的艰难困苦，我都会走下去，我会记住我的梦想，记住我说过的话，再难再苦，有你做榜样，我会成功的谨以此文，献给我的老师们、我的好朋友，我会永远记住你们的外文资料原文ICL713541/2DIGIT,BCDOUTPUT,A/DCONVERTERTHEINTERSILICL7135PRECISIONA/DCONVERTER,WITHITSMULTIPLEXEDBCDOUTPUTANDDIGITDRIVERS,COMBINESDUALSLOPECONVERSIONRELIABILITYWITH1IN20,000COUNTACCURACYANDISIDEALLYSUITEDFORTHEVISUALDISPLAYDVM/DPMMARKETTHE20000VFULLSCALECAPABILITY,AUTOZERO,ANDAUTOPOLARITYARECOMBINEDWITHTRUERATIOMETRICOPERATION,ALMOSTIDEALDIFFERENTIALLINEARITYANDTRUEDIFFE