基于單片機(jī)的公交報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告</b></p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p>　　基于單片機(jī)的公交報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　1前言部分（闡明課題的研究背景和意義）</p><p>　　單片機(jī)（MCU）是一種集成在電路芯片上，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)

2、把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。有時(shí)可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路 [1]</p><p><b>　　。</b></p><p>　　現(xiàn)代電子系統(tǒng)的基本核心是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng))

3、，而單片機(jī)是最典型、最廣泛、最普及的嵌入式系統(tǒng)。它生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段，F(xiàn)LASH的使用使MCU技術(shù)進(jìn)入第四代，發(fā)展到現(xiàn)在技術(shù)已相當(dāng)成熟，應(yīng)用十分廣泛[2]。單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子

4、寵物等等……隨著人們生活水平的不斷提高,智能化、數(shù)字化控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的。運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，將我們帶入智能化、數(shù)字化和自動(dòng)控制的新領(lǐng)域。</p><p>　　作為一個(gè)城市的公交企業(yè)，它既要代表政府體現(xiàn)當(dāng)?shù)爻鞘械男蜗?，又要盡一切力量減少政府投資，創(chuàng)造良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。而傳統(tǒng)的公交運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的裝備和管理模式較難達(dá)到這兩者的完美結(jié)合。最初的公交車一般需要兩個(gè)人，即一個(gè)司機(jī)

5、和一個(gè)售票員，這個(gè)售票員不僅需要負(fù)責(zé)售票的工作，還要準(zhǔn)確的為乘客報(bào)站。作為一個(gè)地區(qū)的公交站行業(yè)，有一定的地方特色，他們報(bào)站時(shí)多采用地方口音，作為一個(gè)外地人有時(shí)候很難聽懂報(bào)站，從而引起很多的麻煩；還有一個(gè)難以避免的麻煩，那就是一天下來，售票員都會(huì)在公交車上不停的招呼大家，還要準(zhǔn)確的為乘客們報(bào)站，他們是非常勞累與辛苦?，F(xiàn)在是一個(gè)高科技發(fā)達(dá)的時(shí)代，人們不必要再做那樣枯燥的事情，現(xiàn)在都提倡的是智能設(shè)備，用科技來改變?nèi)藗冊(cè)械纳钏脚c方式。&l

6、t;/p><p>　　正是由于科技給我們的生活帶來了巨大的改變，人們的生活水方式和工作效率都得到了巨大的改變。本研究就是解決如何利用單片機(jī)來設(shè)計(jì)一種適合在公交車上用的智能報(bào)站系統(tǒng)。這不僅能夠?qū)卉囆袠I(yè)的智能化發(fā)展起到一個(gè)非常重要的作用，還能夠?yàn)樯鐣?huì)進(jìn)步作出一定的貢獻(xiàn)。并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，公交應(yīng)用系統(tǒng)帶給公交企業(yè)的將不僅僅是形象的提升，也是效益的增長(zhǎng)。</p><p>　　2主題部分（闡明

7、課題的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向，以及對(duì)這些問題的評(píng)述）</p><p>　　單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括來講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。單片機(jī)生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段，F(xiàn)LASH的使用使MCU技術(shù)進(jìn)入第四代，發(fā)展到現(xiàn)在技術(shù)已相當(dāng)成熟，應(yīng)用十分廣泛[3]。</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)

8、外單片機(jī)最新的技術(shù)包括：數(shù)字單片機(jī)技術(shù)，以單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)以及單片機(jī)的可靠性技術(shù)。</p><p>　　一、數(shù)字單片機(jī)的技術(shù)發(fā)展 </p><p>　　數(shù)字單片機(jī)的技術(shù)進(jìn)步反映在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功率消耗、外部電壓等級(jí)以及制造工藝上。在這幾方面，較為典型地說明了數(shù)字單片機(jī)的水平。目前，用戶對(duì)單片機(jī)的需要越來越多，但是，要求也越來越高。下面分別就這三個(gè)方面說明單片機(jī)的技術(shù)進(jìn)步狀況[4]。

9、</p><p>　　1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進(jìn)步 </p><p>　　單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來越多的部件，這些部件包括一般常用的電路，例如：定時(shí)器，比較器，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，串行通信接口，Watchdog電路，LCD控制器等。有的單片機(jī)內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN，可構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)。例如，Infineon公司的C505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，8

10、1C90；Motorola公司的68HC08AZ 系列等。特別是在單片機(jī)C167CS-32FM中，內(nèi)部還含有2個(gè)CAN，十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。特別是在控制系統(tǒng)較為復(fù)雜時(shí)，構(gòu)成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。 </p><p>　　2．功耗、封裝及電源電壓的進(jìn)步 </p><p>　　現(xiàn)在新的單片機(jī)的功耗越來越小，很多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節(jié)電……Philip

11、s公司的單片機(jī)P87LPC762是一個(gè)很典型的例子，在空閑時(shí)，其功耗為1.5 mA，而在節(jié)電方式中，其功耗只有0.5mA。由于技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在功耗越來越低，而在功耗上最令人驚嘆的是TI公司的單片機(jī)MSP430系列，它是一個(gè) 16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4三種。當(dāng)電源為3V時(shí)，若工作于 LMP1方式，即使外圍電路處于活動(dòng)，由于CPU不活動(dòng)，振蕩器處于1～4MHz，這時(shí)功耗只有50uA。在LP

12、M3 時(shí)，振蕩器處于32kHz，這時(shí)功耗只有1.3uA。在LPM4時(shí)，CPU、外圍及振蕩器32kHz都不活動(dòng)，則功耗只有0.1uA。 </p><p><b>　　3．工藝上的進(jìn)步 </b></p><p>　　現(xiàn)在的單片機(jī)基本上采用CMOS技術(shù)，但已經(jīng)大多數(shù)采用了0.6um以上的光刻工藝，有個(gè)別的公司，如Motorola公司則已采用0.35um甚至是0.25um技術(shù)

13、。這些技術(shù)的進(jìn)步不僅使芯片面積大大縮小，也提高了單片機(jī)的內(nèi)部密度和可靠性。 </p><p>　　二、以單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng) </p><p>　　單片機(jī)的另外一個(gè)名稱就是嵌入式微控制器，因?yàn)樗梢郧度氲饺魏挝⑿突蛐⌒蛢x器或設(shè)備中。嵌入式其目的就是要把一切變得更簡(jiǎn)單、更方便，更普遍、更適用。目前嵌人式系統(tǒng)大量存在的是8位和16 位的嵌人式微控制器（ MCU )和部分的32位微處理器[5

14、]。目前，另一種技術(shù)趨勢(shì)是把單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)和Internet連接結(jié)合。為了把單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)和Internet相連，已有多家公司在進(jìn)行這方面的研究。這方面較為典型的有emWare公司和TASKING公司。EmWare公司提出嵌入式系統(tǒng)入網(wǎng)的方案--EMIT技術(shù)。這個(gè)技術(shù)包括三個(gè)主要部分：即emMicro， emGateway和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。其中，emMicro是嵌入設(shè)備中的一個(gè)只占內(nèi)存容量1K字節(jié)的極小的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器； emGat

15、eway作為一個(gè)功能較強(qiáng)的用戶或服務(wù)器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)嵌入式設(shè)備的管理，還有標(biāo)準(zhǔn)的Internet 通信接入以及網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的支持。網(wǎng)絡(luò)瀏覽器使用emObjicts進(jìn)行顯示和嵌入式設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　三、單片機(jī)應(yīng)用的可靠性技術(shù)發(fā)展 </p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用中，可靠性是首要因素。為了擴(kuò)大單片機(jī)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，提高單片機(jī)自身的可靠性是一種有效方法。近年來，單片機(jī)

16、的生產(chǎn)廠家在單片機(jī)設(shè)計(jì)上采用了各種提高可靠性的新技術(shù)，這些新技術(shù)表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)： </p><p>　　1.EFT（Ellectrical Fast Transient）技術(shù) </p><p>　　EFT技術(shù)是一種抗干擾技術(shù)，它是指在振蕩電路的正弦信號(hào)受到外界干擾時(shí)，其波形上會(huì)迭加各種毛刺信號(hào)，如果使用施密特電路對(duì)其整形，則毛刺會(huì)成為觸發(fā)信號(hào)干擾正常的時(shí)鐘，在交替使用施密特電路和RC濾波電

17、路時(shí)，就可以消除這些毛刺以降低干擾從而保證系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)正常工作。這樣，就提高了單片機(jī)工作的可靠性。Motorola公司的 MC68HC08系列單片機(jī)就采用了這種技術(shù)。 </p><p>　　2.低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù) </p><p>　　在傳統(tǒng)的單片機(jī)中，為了降低單片機(jī)的不限干擾，電源及地線是在集成電路外殼的對(duì)稱引腳上，一般是在左上、右下或右上、左下的兩對(duì)對(duì)稱點(diǎn)上。這樣，就使電源噪聲

18、穿過整塊芯片，對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部電路造成干擾?，F(xiàn)在，很多單片機(jī)都把地和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個(gè)芯片的電流，另外還在印制電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統(tǒng)的噪聲。 </p><p><b>　　3.采用低頻時(shí)鐘 </b></p><p>　　高頻外時(shí)鐘是噪聲源之一，不僅能對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，還會(huì)對(duì)外界電路產(chǎn)生干擾，令電磁兼容性不能滿

19、足要求。對(duì)于要求可靠性較高的系統(tǒng)，低頻外時(shí)鐘有利于降低系統(tǒng)的噪聲?？梢栽谝恍﹩纹瑱C(jī)中采用內(nèi)部瑣相環(huán)技術(shù)，則在外部時(shí)鐘較低時(shí)，產(chǎn)生較高的內(nèi)部總線速度，從而保證了運(yùn)行速度又降低了噪聲。Motorola公司的MC68HC08系列及其16/32位單片機(jī)就采用了這種內(nèi)部鎖相環(huán)技術(shù)以提高可靠性[6]。</p><p>　　當(dāng)前單片機(jī)在電子系統(tǒng)中的廣泛使用，使經(jīng)典電子系統(tǒng)迅速過渡到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)。目前，有3大發(fā)展走向[7

20、]。</p><p>　　一.單一架構(gòu)體系MCU優(yōu)勢(shì)逐現(xiàn)</p><p>　　從歷史的情況看，MCU的發(fā)展歷程走過了20世紀(jì)80年代的單一架構(gòu)（8051），90年代則出現(xiàn)了8051、AVR、XA、68K等眾多MCU百花齊放的局面；進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著ARM技術(shù)和生態(tài)環(huán)境的成熟，越來越多的32位MCU采用ARM SoC。在目前世界經(jīng)濟(jì)形勢(shì)不很明朗，電子產(chǎn)業(yè)面臨市場(chǎng)和成本雙重壓力的時(shí)候，電子企

21、業(yè)在使用和選擇MCU時(shí)，8051依然是主流的選擇。不僅要考慮BOM（Bill of Material）成本，還要考慮研發(fā)成本。單一架構(gòu)可以幫助企業(yè)降低風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的可靠性并降低成本[8]。</p><p>　　二.低功耗MCU成為新寵</p><p>　　在過去的一年中，低功耗是半導(dǎo)體行業(yè)熱鬧的話題。低功耗MCU成為新寵，包括Atmel、TI、Microchip、Freescale、ST

22、和Silicon Labs等公司都推出了低功耗的MCU產(chǎn)品，原因就是工業(yè)產(chǎn)品正在走向消費(fèi)化和便攜化的趨勢(shì)。在技術(shù)層面，MCU的低功耗實(shí)現(xiàn)有下面幾個(gè)方法： 超低電壓供電，內(nèi)置了DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器和LDO轉(zhuǎn)換器，如8051F9XX，最低電壓可到0.9 V；超低功耗的休眠模式和關(guān)機(jī)模式，80C51F9XX只有50 nA；采用超低電壓的MCU，Atmel公司上周剛剛發(fā)布的0.7 V TinyAVR （ATtiny43U）甚至可以使用1個(gè)鈕扣電

23、池供電；嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域里創(chuàng)新的動(dòng)態(tài)功耗控制方式（DVFS），即在工作模式下通過編程設(shè)置工作電壓和工作頻率，降低功耗，也開始在MCU中使用，如AT91SAM7L就支持DVS（動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)）；低功耗的實(shí)現(xiàn)技術(shù)和工具是關(guān)鍵，采用先進(jìn)的SoC、IP和EDA技術(shù)可以帶來特別的效果，如STM32 CortexM3 MCU，在72 MHz時(shí)工作電流只有27 mA,待機(jī)電流2 μA。今年2月ARM公司發(fā)布CortexM0，這是一款超低功耗</p&

24、gt;<p>　　三.高集成度一直是MCU發(fā)展的趨勢(shì)。</p><p>　　長(zhǎng)期以來，通用功能的集成化是主要發(fā)展方向，今天更多的則是面向應(yīng)用的集成化。這里主要講下述兩個(gè)方面：</p><p>　　第一，在過去一年中我們看到人機(jī)界面技術(shù)和MCU的結(jié)合越來越多，開始是在中高端的MCU產(chǎn)品上，現(xiàn)在已經(jīng)延伸到中低端MCU上了。基于ARM7TDMI和CortexM3的32位中檔MCU價(jià)

25、格逐漸走低后，為在MCU嵌入式系統(tǒng)中普及先進(jìn)和復(fù)雜的人機(jī)界面技術(shù)奠定了基礎(chǔ)；高速處理器性能、嵌入式OS和GUI軟件讓工業(yè)和中低端消費(fèi)電子產(chǎn)品有了愉悅的用戶體驗(yàn)，增加了產(chǎn)品附加值[9]。</p><p>　　第二，伴隨互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用和智能化裝置的普及，各種無線和有線通信方式與MCU結(jié)合得越發(fā)緊密，CAN、USB和Ethernet已經(jīng)成為32位MCU的基本組成部分以及8/16位MCU的可選配置。無線技術(shù)在工業(yè)和消費(fèi)

26、電子產(chǎn)品的應(yīng)用越來越多，目前無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有ZigBee、無線HART、ISA100、無線局域網(wǎng)(WiFi)、藍(lán)牙(Bluetooth)、ISM（醫(yī)療）、IrDA（家電遙控）和廣域網(wǎng)GPRS通用分組無線業(yè)務(wù)等。還有許多私有和專用無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在使用，如Zensys zwave就主要針對(duì)住宅自動(dòng)化[10]。其中IEEE802.15.4物理層是今天較為主要和實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee在家庭和住宅環(huán)境中作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議優(yōu)勢(shì)明顯，而針對(duì)工業(yè)應(yīng)用的無線標(biāo)準(zhǔn)

27、更是百花齊放[11]。多數(shù)無線收發(fā)器模塊需要和MCU配合使用；集成了MCU和無線收發(fā)模塊的SoC，如TI公司的CC2430，稱為無線單片機(jī)。</p><p>　　汽車作為現(xiàn)代必不可少的交通工具，其電子化程度也越來越高。提高安全性能和綠色環(huán)保這兩大趨勢(shì)也驅(qū)動(dòng)著新一代汽車的發(fā)展，并指引著汽車廠商生產(chǎn)出與消費(fèi)者的意向最相符、具有差異化特性的下一代汽車。汽車安全提高智能化，智能副駕駛系統(tǒng)，信息娛樂系統(tǒng)與3G結(jié)合，互動(dòng)智能

28、電網(wǎng)概念[12]……這些都以嵌入式系統(tǒng)開發(fā)研究為依托，未來越來越多的汽車還將采用基于視覺的主動(dòng)安全系統(tǒng)，包括后視系統(tǒng)、車道偏離告警系統(tǒng)、司機(jī)注意力告警系統(tǒng)、前燈控制系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)和能夠在各種照明條件下檢測(cè)并分辨物體的自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)等[13]。</p><p><b>　　2.4 問題評(píng)述</b></p><p>　　單片機(jī)的應(yīng)用在后PC時(shí)代得到了前所未有的發(fā)展，對(duì)

29、處理器的綜合性能要求也越來越高。目前，單片機(jī)應(yīng)用中提出了兩個(gè)新的問題：</p><p>　　1.如何使8位、16位單片機(jī)控制的產(chǎn)品或設(shè)備能實(shí)現(xiàn)和Internet互連？</p><p>　　目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)尚處于單獨(dú)應(yīng)用階段。若將這些互相獨(dú)立的分散的嵌入式系統(tǒng)再連接到 Internet 上，就可方便地、低廉地將信息傳送到幾乎世界的任何地方[14]。</p><p>

30、;　　2.硅片上最優(yōu)化集成設(shè)計(jì)</p><p>　　隨著單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，集成度的不多擴(kuò)大，其最小化和最優(yōu)化設(shè)計(jì)便顯得愈發(fā)重要。如何在一個(gè)硅片上制作一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)（SYSTME ONA CHIP），將改變并深刻影響傳統(tǒng)的集成電路產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀[15]。</p><p>　　3總結(jié)部分（將全文主題進(jìn)行扼要總結(jié)，提出自己的見解并對(duì)進(jìn)一步的發(fā)展方向做出預(yù)測(cè)）</p><p>　

31、　當(dāng)前單片機(jī)在電子系統(tǒng)中的廣泛使用，使經(jīng)典電子系統(tǒng)迅速過渡到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)。單片機(jī)是器件級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它可以嵌入到任何對(duì)象體系中去，實(shí)現(xiàn)智能化控制；單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改，通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能。隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)智能化、簡(jiǎn)單化的追求，可以預(yù)測(cè)，隨著工業(yè)無線應(yīng)用也走向標(biāo)準(zhǔn)化、節(jié)能化，采用智能化無線單片機(jī)將是未來的趨勢(shì)?；谏鲜觯菏褂脝纹瑱C(jī)的公交報(bào)站系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　

32、?。?）使公交車更趨于智能化，提高了信息使用能力：存貯、監(jiān)控、以及分級(jí)控制的能力。</p><p>　?。?） 可顯著改善控制的可靠性：集成電路和大規(guī)模集成電路的平均無故障時(shí)（MTBF）大大長(zhǎng)于分立元件電子電路。同時(shí)在電路集成過程中采用一些屏蔽措施，可靠性比較高。</p><p>　　（3）能明顯地降低控制器硬件成本。速度更快、功能更新的新一代微處理機(jī)不斷涌現(xiàn)，硬件費(fèi)用會(huì)變得很便宜。體積小

33、、重量輕、耗能少是它們的共同優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　?。?）硬件電路易標(biāo)準(zhǔn)化。單片機(jī)集成度高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，易于實(shí)現(xiàn)模塊化。</p><p>　?。?）可以設(shè)計(jì)適合于公交車的統(tǒng)一硬件電路：其中軟件可以模塊化設(shè)計(jì)，拼裝構(gòu)成適用于各種應(yīng)用對(duì)象的控制算法，以滿足不同的應(yīng)用；軟件模塊可以方便地增加、更改、刪減，或者當(dāng)實(shí)際系統(tǒng)變化時(shí)徹底更新。 </p><p>　

34、?。?）隨著微機(jī)芯片運(yùn)算速度和存貯器容量的不斷提高，性能優(yōu)異但算法復(fù)雜的控制策略有了實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　4參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社,2003</p><p>　　[2]李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北航出版社，2001 </p><p&

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