基于单片机的公交报站系统设计【文献综述】

1、毕业设计开题报告电子信息工程基于单片机的公交报站系统设计1前言局部说明课题的研究背景和意义单片机MCU是一种集成在电路芯片上,采用超大规模集成电路技术把具 有数据处理水平的中央处理器 CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善 的计算机系统.有时可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、 A/D转换器等电路.现代电子系统的根本核心是嵌入式计算机系统 简称嵌入式系统,而单片机 是最典型、最广泛、最普及的嵌入式系统.它生于 20世纪70年代末,经历了 SCM> MCU、SoC三大阶段,FLASH的使

2、用使MCUK术进入第四代,开展到现在 技术已相当成熟,应用十分广泛20单片机渗透到我们生活的各个领域,导弹的 导航装置,飞机上各种仪表的限制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化 过程的实时限制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的平安保证系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的限制,以及程控玩具、电子宠物等 等随着人们生活水平的不断提升,智能化、数字化限制无疑是人们追求的目 标之一,它所给人带来的方便也是不可否认的. 运用单片机技术,将我们带入智 能化、数字化和自动限制的新领域.作为一个城市的公交企业,它既要代表政府表达当地城市的形象, 又要尽一 切力量减少政府投资,创造良好的社

3、会效益和经济效益.而传统的公交运营系统 的装备和治理模式较难到达这两者的完美结合.最初的公交车一般需要两个人, 即一个司机和一个售票员,这个售票员不仅需要负责售票的工作,还要准确的为 乘客报站.作为一个地区的公交站行业,有一定的地方特色,他们报站时多采用 地方口音,作为一个外地人有时候很难听懂报站, 从而引起很多的麻烦；还有一 个难以防止的麻烦,那就是一天下来,售票员都会在公交车上不停的招呼大家, 还要准确的为乘客们报站,他们是非常劳累与辛苦.现在是一个高科技兴旺的时 代,人们不必要再做那样枯燥的事情, 现在都提倡的是智能设备,用科技来改变 人们原有的生活水平与方式.正是由于科技给我们的生活带

4、来了巨大的改变,人们的生活水方式和工作效 率都得到了巨大的改变.本研究就是解决如何利用单片机来设计一种适合在公交 车上用的智能报站系统.这不仅能够对公交车行业的智能化开展起到一个非常重 要的作用,还能够为社会进步作出一定的奉献. 并且随着科学技术的开展,公交 应用系统带给公交企业的将不仅仅是形象的提升,也是效益的增长.2主题局部说明课题的国内外开展现状和开展方向, 以及对这些问题的评述单片机又称单片微限制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个 计算机系统集成到一个芯片上.概括来讲：一块芯片就成了一台计算机.单片机 生于20世纪70年代末,经历了 SCM> MCU、SoC三大阶段,

5、FLASH勺使用使 MCU 技术进入第四代,开展到现在技术已相当成熟,应用十分广泛30目前,国内外单片机最新的技术包括：数字单片机技术,以单片机为核心的 嵌入式系统技术以及单片机的可靠性技术.一、数字单片机的技术开展数字单片机的技术进步反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造 工艺上.在这几方面,较为典型地说明了数字单片机的水平.目前,用户对单片 机的需要越来越多,但是,要求也越来越高.下面分别就这三个方面说明单片机 的技术进步状况401 .内部结构的进步单片机在内部已集成了越来越多的部件, 这些部件包括一般常用的电路,例 如：定时器,比拟器,A/D转换器,D/A转换器,串行通信接口,W

6、atchdog电路, LCD限制器等.有的单片机内部含有局部网络限制模块 CAN,可构成限制网络或 形成局部网.例如,Infineon 公司的 C505C C515C C167CRC167CS-32FM81C90; Motorola公司的68HC08AZ系歹等.特别是在单片机 C167CS-32FM中,内部还 含有2个CAN,十分容易构成网络.特别是在限制系统较为复杂时,构成一个控 制网络十分有用.2 .功耗、封装及电源电压的进步现在新的单片机的功耗越来越小,很多单片机都设置了多种工作方式, 这些 工作方式包括等待,暂停,睡眠,空闲,节电Philips公司的单片机P87LPC762 是一个很典

7、型的例子,在空闲时,其功耗为 1.5 mA,而在节电方式中,其功耗 只有0.5mA.由于技术的进步,现在功耗越来越低,而在功耗上最令人惊叹的是 TI公司的单片机MSP430系列,它是一个16位的系列,有超低功耗工作方式. 它的低功耗方式有 LPM1、LPM3 LPM4三种.当电源为3V时,假设工作于LMP1 方式,即使外围电路处于活动,由于 CPU不活动,振荡器处于14MHz这时功 耗只有50uA 在LPM3时,振荡器处于32kHz,这时功耗只有1.3uA.在LPM4 时,CPU外围及振荡器32kHz都不活动,那么功耗只有0.1uA.3 .工艺上的进步现在的单片机根本上采用CMOS技术,但已经

8、大多数采用了 0.6um以上的光 刻工艺,有个别的公司,如 Motorola公司那么已采用0.35um甚至是0.25um技术. 这些技术的进步不仅使芯片面积大大缩小,也提升了单片机的内部密度和可靠 性.二、以单片机为核心的嵌入式系统单片机的另外一个名称就是嵌入式微限制器,由于它可以嵌入到任何微型或小型仪器或设备中.嵌入式其目的就是要把一切变得更简单、更方便,更普遍、 更适用.目前嵌人式系统大量存在的是 8位和16位的嵌人式微限制器MCU 和局部的32位微处理器5o目前,另一种技术趋势是把单片机嵌入式系统和 Internet连接结合.为了把单片机为核心的嵌入式系统和Internet相连,已有多

9、家公司在进行这方面的研究.这方面较为典型的有emWare公司和TASKIN虫司. EmWare公司提出嵌入式系统入网的方案-EMIT技术.这个技术包括三个主要部 分：即emMicro, emGateway和网络浏览器.其中,emMicro是嵌入设备中的 一个只占内存容量1K字节的极小的网络效劳器；emGateway作为一个功能较强的用户或效劳器,用于实现对多个嵌入式设备的治理,还有标准的Internet通信接入以及网络浏览器的支持.网络浏览器使用emObjicts进行显示和嵌入式设备之间的数据传输.三、单片机应用的可靠性技术开展在单片机应用中,可靠性是首要因素.为了扩大单片机的应用范围和领域,

10、提升单片机自身的可靠性是一种有效方法.近年来,单片机的生产厂家在单片机设计上采用了各种提升可靠性的新技术,这些新技术表现在如下几点：1 .EFT(Ellectrical Fast Transienit 技术EF侬术是一种抗干扰技术,它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时, 其波形上会迭加各种毛刺信号,如果使用施密特电路对其整形,那么毛刺会成为触 发信号干扰正常的时钟,在交替使用施密特电路和RC滤波电路时,就可以消除这些毛刺以降低干扰从而保证系统的时钟信号正常工作.这样,就提升了单片机工作的可靠性.Motorola公司的MC68HC08系列单片机就采用了这种技术.2 .低噪声布线技术及驱动技术

11、在传统的单片机中,为了降低单片机的不限干扰,电源及地线是在集成电路 外壳的对称引脚上,一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上.这样, 就使电源噪声穿过整块芯片,对单片机的内部电路造成干扰. 现在,很多单片机 都把地和电源引脚安排在两条相邻的引脚上.这样,不仅降低了穿过整个芯片的电流,另外还在印制电路板上容易布置去耦电容,从而降低系统的噪声.3 .采用低频时钟高频外时钟是噪声源之一,不仅能对单片机应用系统产生干扰,还会对外 界电路产生干扰,令电磁兼容性不能满足要求.对于要求可靠性较高的系统,低 频外时钟有利于降低系统的噪声.可以在一些单片机中采用内部琐相环技术,那么 在外部时钟较低时,产生

12、较高的内部总线速度,从而保证了运行速度又降低了噪 声.Motorola公司的MC68HC08系歹及其16/32位单片机就采用了这种内部锁 相环技术以提升可靠性6.当前单片机在电子系统中的广泛使用,使经典电子系统迅速过渡到智能化的 现代电子系统.目前,有3大开展走向7.一.单一架构体系MCUt势逐现从历史的情况看,MCU勺开展历程走过了 20世纪80年代的单一架构(8051), 90年代那么出现了 8051、AVR XA、68K等众多MCU百花齐放的局面；进入 21 世纪后,随着ARM技术和生态环境的成熟,越来越多的32位MCU采用ARM SoC 在目前世界经济形势不很明朗,电子产业面临市场和本

13、钱双重压力的时候, 电子 企业在使用和选择 MCU时,8051依然是主流的选择.不仅要考虑 BOM (Bill ofMaterial)本钱,还要考虑研发本钱.单一架构可以帮助企业降低风险,提升系 统的可靠性并降低本钱网.二.低功耗MCIM为新宠在过去的一年中,低功耗是半导体行业热闹的话题.低功耗MCIM为新宠,包括 Atmel、TI、Microchip> Freescale STft Silicon Labs等公司都推出了低功耗 的MCIT品,原因就是工业产品正在走向消费化和便携化的趋势.在技术层面, MCU勺低功耗实现有下面几个方法：超低电压供电,内置了 DC/DC电压转换器和LDO转

14、换器,如8051F9XX最低电压可到0.9 V ;超低功耗的休眠模式和关 机模式,80C51F9XXR有50 nA;采用超低电压的MCU Atmel公司上周刚刚发布 的0.7 V TinyAVR (ATtiny43U)甚至可以使用1个钮扣电池供电；嵌入式系统 领域里创新的动态功耗限制方式(DVFS,即在工作模式下通过编程设置工作电 压和工作频率,降低功耗,也开始在MCW使用,如AT91sAM7LM支持DVS (动 态电压调节)；低功耗的实现技术和工具是关键,采用先进的SoC IP和EDA技术可以带来特别的效果,如 STM32 CortexM3 MCU,在72 MHz时工作电流只有 27 mA,

15、待机电流2以人今年2月ARM公司发布CortexM0,这是一款超低功耗 的ARM处理器,85 W/MHz( 75 MHz的MCU功耗只有6.3 mW, 1.2万门尺寸, 既适合低功耗MCU SoC应用,还可以集成到混合信号器件里.该处理器把ARM的MCU路线图扩展到超低能耗 MCU和SoC应用中,如医疗器械、电子测量、照 明、智能限制、紧凑型电源、马达限制、精密模拟系统和IEEE802.15.4 (ZigBee)及ZWave系统.面向应用的高集成度 MCU 三.高集成度一直是MCU开展的趋势.长期以来,通用功能的集成化是主要开展方向, 今天更多的那么是面向应用的 集成化.这里主要讲下述两个方面

16、：第一,在过去一年中我们看到人机界面技术和MCU的结合越来越多,开始是在中高端的MCUF品上,现在已经延伸到中低端 MCU上了.基于ARM7TDMI 和CortexM3的32位中档MCU价格逐渐走低后,为在MCU嵌入式系统中普及先 进和复杂的人机界面技术奠定了根底；高速处理器性能、嵌入式OS和GUI软件让工业和中低端消费电子产品有了愉悦的用户体验,增加了产品附加值90第二,伴随互联网的广泛应用和智能化装置的普及,各种无线和有线通信方式与MC阴合得越发紧密,CAN USB和Ethernet已经成为32位MCU的根本组 成局部以及8/16位MCU的可选配置.无线技术在工业和消费电子产品的应用越 来

17、越多,目前无线网络技术有 ZigBee无线HART ISA10Q无线局域网WiFi、 蓝牙Bluetooth、ISM 医疗、卜DA 家电遥控和广域网 GPRS1用分组无线 业务等.还有许多私有和专用无线网络协议在使用,如Zensys zwav眦主要针对住宅自动化10.其中IEEE802.15.砌理层是今天较为主要和实用的标准.ZigBee在家庭和住宅环境中作为网络协议优势明显,而针对工业应用的无线标准更是百花齐放11.多数无线收发器模块需要和 MCU配合使用；集成了 MCU和无线收发 模块的SoC如TI公司的CC2430称为无线单片机.汽车作为现代必不可少的交通工具,其电子化程度也越来越高.提

18、升平安性能和绿色环保这两大趋势也驱动着新一代汽车的开展,并指引着汽车厂商生产出 与消费者的意向最相符、具有差异化特性的下一代汽车.汽车平安提升智能化, 智能副驾驶系统,信息娱乐系统与 3G结合,互动智能电网概念12这些都以 嵌入式系统开发研究为依托,未来越来越多的汽车还将采用基于视觉的主动平安 系统,包括后视系统、车道偏离告警系统、司机注意力告警系统、前灯限制系统、 防碰撞系统和能够在各种照明条件下检测并分辨物体的自动巡航限制系统等13 o2.4问题评述单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的开展,对处理器的综合性能要 求也越来越高.目前,单片机应用中提出了两个新的问题：1 .如何使8位、16

19、位单片机限制的产品或设备能实现和 Internet互连目前大多数嵌入式系统尚处于单独应用阶段.假设将这些互相独立的分散的嵌 入式系统再连接到Internet上,就可方便地、低廉地将信息传送到几乎世界的 任何地方14.2 .硅片上最优化集成设计随着单片机的广泛应用,集成度的不多扩大,其最小化和最优化设计便显得 愈发重要.如何在一个硅片上制作一个复杂系统SYSTME ONA CHJP将改变并 深刻影响传统的集成电路产业的现状15o3总结局部将全文主题进行扼要总结,提出自己的见解并对进一步的开展方向做出预测当前单片机在电子系统中的广泛使用,使经典电子系统迅速过渡到智能化的 现代电子系统.单片机是器件

20、级计算机系统,它可以嵌入到任何对象体系中去, 实现智能化限制；单片机是靠程序运行的,并且可以修改,通过不同的程序实现 不同的功能.随着科技的进步,人们对智能化、简单化的追求,可以预测,随着 工业无线应用也走向标准化、节能化,采用智能化无线单片机将是未来的趋势. 基于上述：使用单片机的公交报站系统具有如下优点：(1)使公交车更趋于智能化,提升了信息使用水平：存贮、监控、以及分级 限制的水平.(2)可显著改善限制的可靠性：集成电路和大规模集成电路的平均无故障 时(MTBF大大长于分立元件电子电路.同时在电路集成过程中采用一些屏蔽措 施,可靠性比拟高.(3)能明显地降低限制器硬件本钱. 速度更快、功

21、能更新的新一代微处理机 不断涌现,硬件费用会变得很廉价.体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点.(4)硬件电路易标准化.单片机集成度高,系统结构简单,使用方便,易于 实现模块化.(5)可以设计适合于公交车的统一硬件电路：其中软件可以模块化设计,拼装构成适用于各种应用对象的限制算法, 以满足不同的应用；软件模块可以方便 地增加、更改、删减,或者当实际系统变化时彻底更新.(6)随着微机芯片运算速度和存贮器容量的不断提升,性能优异但算法复杂的限制策略有了实现的根底.4参考文献1张毅刚.单片机原理及应用M.北京：高等教育出版社,20032李广弟.单片机根底.北京：北航出版社,20013 丁元杰.单片微机原理及应用.北京：机械工业出版社.2005.084张鹏飞.单片机技术应用的开展状况研究J.浙江工商职业技术学院学报,2005 (1)5马义德.嵌入式系统的现状及