基于c-51單片機(jī)出租車計價器的研究電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)-wenkub

　

【正文】 周期 ● 128Bytes 的內(nèi)部 RAM 單元 ● 4 個 8位 I/O 口，即 32 位可編程 I/O 口線 ● 2 個 16 位定時器 /計數(shù)器 ● 6 個中斷源 ● 可編程全雙工串行口 ● 低功耗空閑和掉電模式 ● 掉電后中斷可喚醒 ● 看門狗定時器 ● 雙數(shù)據(jù)指針 ● 靈活的 ISP 在線編程功能（字或字節(jié)模式） ● 寬范圍的工作電壓， VCC 的允許變化范圍為了 ～ ● 可設(shè)置為待機(jī)狀態(tài)和掉電狀態(tài) ● 振蕩器及時鐘電路，全靜態(tài)工作方式，時鐘頻率可為 0Hz~24MHz。 單片機(jī)采集并判斷空車燈信號及路程檢測傳感器信號 ,當(dāng)出租車啟動時 ,單片機(jī)檢測到霍爾傳感器的脈沖信號并進(jìn)行里程計算。當(dāng)總計費金額達(dá)到 30 元后 ,每公里將加收 50 %的空駛費 ,遇有特殊情況停車時 ,可設(shè)為不計費 ,以保證乘客權(quán)益。 AT89C51作為一個單片微型計算系統(tǒng)，靈活性高，其強(qiáng)大的控制處理功能和可擴(kuò)展功能為設(shè)計電路提供了很好的選擇。 以單片機(jī)為核心 ,設(shè)計上采用 89S51 單片機(jī)為主控器，以 A44E 霍爾傳感器測距，并采用 AT24C02 實現(xiàn)在系統(tǒng)掉電的時候保存單價和系統(tǒng)時間等信息，輸出采用 7 段數(shù)碼顯示管。 編碼器的單片機(jī)通過一個 I/O 口來檢測磁感應(yīng)傳感 器信號，當(dāng)確定為傳感器產(chǎn)生的信號時，就通過另一個 I/O 口向解碼器的單片機(jī)發(fā)送一組編碼，而解碼器的單片機(jī)則首先判斷當(dāng)前準(zhǔn)備接收的數(shù)據(jù)是編碼器發(fā)送的編碼還是解碼寫入器發(fā)送的解碼。具體要求： 實現(xiàn)當(dāng)前車速的檢測 實現(xiàn)運行里程的檢測 實現(xiàn)出租車費用的計算，時數(shù)據(jù)的顯示等功能。具有良好性能的計價器無論是對廣大出租車司機(jī)朋友還是乘客來說都是很必要的。現(xiàn)今我國生產(chǎn)計價器的企業(yè)有上百家，主要是集中在北京，上海，沈陽和廣州等地。依據(jù)國家有關(guān)法 律、法規(guī)，出租汽車計價器是列入國家首批強(qiáng)制檢定的工作計量器具之一，也是近年來國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門強(qiáng)化管理的六類重點計量器具之一 。 LED demonstration 第 1 章 緒論 前言 近年來，我國出租汽車行業(yè)迅猛發(fā)展，出租汽車已經(jīng)成為我國城市公共交通 的重要組成部分和現(xiàn)代化城市必備的基礎(chǔ)設(shè)施，成為人們工作、生活中不可缺少 的交通工具。結(jié)果表明該計價器具有集計程、計時、計費、存儲等多種計量功能，并且具有打印和顯示等多種功能。 本課題主要研究出租車計價器的硬件設(shè)計。出租汽車服務(wù)行業(yè)和出租汽車計價器緊密相關(guān)，因為出租汽車必須 安裝出租汽車計價器才能投入營運。 出租車行業(yè)在我國是八十年代初興起的一項新興行業(yè)，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，出租汽車已成為城市公共交通的重要組成部分。 設(shè)計的意義 在出租車是城市交通的重要組成部分，行業(yè)健康和發(fā)展也獲得越來越多的關(guān)注。因此，汽車計價器的研究也是十分有一個應(yīng)用價值的。 第 2 章 系統(tǒng)整體設(shè)計 方案論證與比較 方 案一： 采用數(shù)字電路控制，其原理如圖所示。當(dāng)判斷是解碼寫入器發(fā)送的解碼時，解碼器的單片機(jī)接收此解碼，并利用 12C 總線協(xié)議將解碼保存到 EEPROM 中去；當(dāng)判斷是編碼器發(fā)送的編碼時，解碼器的單片機(jī)先接收此編碼，然后讀出自己 EEPROM 中的解碼，將其與接收到的編碼相比較，如果相同則解碼器單片機(jī)通過一個 I/0 口向計價裝置發(fā)出計價脈沖，否則不發(fā)出計價脈沖。利用單片機(jī)豐富的 I/O 端口，金額顯示 單價顯示 電源電路及保護(hù)電路 里程傳感器 移位寄存器電路 磁感應(yīng)傳感器 編碼 器 解碼 器 計價 裝置 解碼寫入器 計價脈沖 及其控制的靈活性，實現(xiàn)基本的里程計價功能和價格調(diào)整、時鐘顯示功能。 通過比較以上三種方案，單片機(jī)方案有較大的活動空間，不但能實現(xiàn)所有要求的功能而且能在很大的程度上擴(kuò)展功能，而且還可以方便的對系統(tǒng)進(jìn)行升級，所以我們采用第三種方案，用 AT89C51 單片機(jī)實現(xiàn)出租車計價的功能。該電路系統(tǒng)能夠模擬實際出租汽車的啟動、停止、暫停、空車等狀態(tài) ,可以顯示計費金額、行駛公里數(shù)、計 費開始時間等參數(shù) ,而且各關(guān)鍵參數(shù)可以進(jìn)行調(diào)整 ,以適應(yīng)在實際應(yīng)用中起步價、每公里價格和計費方式等參數(shù)的變化。當(dāng)無乘客時 ,單片機(jī)調(diào)用實時時間 芯片 8563 程序和 8255 串口顯示驅(qū)動程序 ,用 4 只 LED 進(jìn)行時鐘顯示 。具有全靜態(tài)的工作方式，表明它不一定要求連續(xù)的工作時鐘定時，在等待內(nèi)部事件期間，時鐘頻率可降至 0。 AT89C51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框 圖如圖 31 所示： AT89C51 的管腳結(jié)構(gòu)圖及管腳說明 如圖 32 所示 。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P3口： P3口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。 表 31 AT89C51部分引腳功能表 端口引腳 復(fù)用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（定時器 0 的外部輸入） T1（定時器 1 的外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST：復(fù)位輸入。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 芯片擦除 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信 號組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。具有斷電保護(hù)功能的 RAM 容量大，速度快，但占用線多，成本高， EEPROM 適合數(shù)據(jù)交換量少，對傳送速度要求不高的場合。其系列串行 EEPROM 除具有體積小、功耗低、工作電壓有效范圍寬等特點外，還具有型號多，容量大， I2C 總線協(xié)議，占用 I/O 口線少，芯片擴(kuò)展配置方便靈活，讀 /寫操作相對簡單等優(yōu)點。擦除 /寫入周期壽命一般都可達(dá)到 10 萬次以上。這個系列的芯片有 8腳 DIP（雙列直插）封裝， 8 腳 SOIC（表面貼裝）封裝，一部分型號還有 14 腳SOIC 封裝。寫入串行 EEPROM 的數(shù)據(jù)用 SCL 上升沿同步，輸出數(shù)據(jù)用下降沿同步 ● SDA— 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端，漏極開路結(jié)構(gòu)。 當(dāng)該引腳接地時，可以對整個存儲器進(jìn)行正常讀 /寫操作；當(dāng)其接電源 Vcc時，芯片就具有寫保護(hù)功能，被保護(hù)的區(qū)域因型號而異。 將這 3個引腳配置成不同的編碼值，可選中不同的芯片。 ● TEST— 測試，用于對存儲器的檢測。 ATC24C02 是目前最常用的型號，支持器件地址編碼，統(tǒng)一串行總線最多時可同時連接 1～ 8 片，支持硬件設(shè)置數(shù)據(jù)保護(hù)。為了能夠設(shè)置芯片的工作方式和了解芯片的狀態(tài)，內(nèi)部還有命令寄存器和狀態(tài)寄存器。 CE 接到地址譯碼器上，由整個系統(tǒng)分配給高位地址，以保證任何時刻只有一個芯片可與 CPU 交換信息，不發(fā)生地址沖突。 AD0～ AD7 為地址數(shù)據(jù)總線。與外部設(shè)備連接的引腳有 TMRIN、 TMROUT、 PA0～ PAPB0～ PB7 和 PC0～ PC5。 PB0～ PB7 是 B口的 8位輸入 /輸出線。除進(jìn)行 AD7～ AD0 的地址鎖存控制外，還用于把片選信號 CE 和 IO/M 等信號進(jìn)行鎖存。 ? IO/ M —— I/O 與 RAM 選擇信號。 ? RESET—— 復(fù)位信號。因此 PC 口共具有 4 種工作方式，即：輸入方式 (ALT1),輸出方式 (ALT2),PA 口控制端口方式 (ALT3)以及 PA 和 PB 口控制端口方式 (ALT4)。 聯(lián)絡(luò)信號共有 3 個，其中： ? INTR—— 中斷請求信號（輸出），高電平有效。數(shù)據(jù)輸入操作時， STB 是外設(shè)送來的選通信號；數(shù)據(jù)輸出時， STB 是外設(shè)送來的應(yīng)答信號。 表 33 8155的可編程端口 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 選 擇 0 0 0 命令 /狀態(tài)寄存器 0 0 1 PA 口 0 1 0 PB 口 0 1 1 PC 口 1 0 0 定時器 /計數(shù)器低 8 位 1 0 1 定時器 /計數(shù)器高 8 位 8155 的命令 /狀態(tài)寄存器 8155 有一個命令 /狀態(tài)寄存器，實際上這是兩個不同的寄存器，分別存放命令字和狀態(tài)字。 狀態(tài)字： 狀態(tài)字也是 8 位（但實際只使用 7 位，最高位沒定義）。但是在使用上卻與 MCS51 的定時器 /計數(shù)器有許多不同之處。而 8155 的定時器 /計數(shù)器則只有一種固定的工作方式，即 14 位計數(shù)，通過軟件方法進(jìn)行計數(shù)值加載。 ? MCS51 的定時器 /計數(shù)器，計數(shù)溢出自動置位 TCON 寄存器的計數(shù)溢出標(biāo)志位（ TE），供用戶以查詢或中斷方式使用；但 8155 的定時器 /計數(shù)器，計數(shù)溢出時向芯片外邊輸出一個信號（ TIMER OUT）。 所有 16 個寄存器設(shè)計成可尋址的 8位并行寄存器，但不是所有位都有用。當(dāng)讀定時器時返回當(dāng)前倒計數(shù)的數(shù)值。 8563包含一個片內(nèi)復(fù)位電路，當(dāng)振蕩器停止工作時，復(fù)位電路開始工作，在復(fù)位狀態(tài)下， I2C總線初始化，寄存器 TF、 VL、 TD TD0、 TESTC、 AE 被置邏輯 1，其它的寄存器和地址指針被清 0。一種內(nèi)嵌的長時間起動的電路可使 POR失效，這樣可使設(shè)備測試加速。在普通模式時設(shè)置 TESTC為邏輯 0沒有意義，除非想阻止進(jìn)入 POR 替換模式。其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強(qiáng)。 AO、 Al:內(nèi)部寄存器尋址。 作為兩個 4 位輸入 /輸出線 :PCO~PC PC4~PC7。 0的基本功能 : 兩個 8位口，兩個 4 位口 。 輸入輸出有 16 種不 同的組合。 若只有一個端口工作于方式 1，余下的其它位可以工作在方式 0。 輸出和輸出是鎖存的 。 第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)，是指能維持單片機(jī)運行的最簡單配置的系統(tǒng)。計價器在出租車空車行駛時需要顯示實時時鐘 ,因為它的時鐘是作為白天 / 晚上單價自動轉(zhuǎn)換的一個基準(zhǔn) ,而且計價器的時鐘顯示能為司機(jī)和乘客提供方便 ,所以選擇一個好的時鐘芯片對計價器很重要。 AT89C51 單片機(jī)有一個引腳 RST，它是施密特觸發(fā)器的輸入端，其輸出端接復(fù)位電路的輸入。 CPU 從初始化工作，由狀態(tài)表可知，復(fù)位后：程序寄存器為 0000H 開始執(zhí)行程序，內(nèi)部 RAM 不受復(fù)位影響。其 復(fù)位電路如下表示： 表 41 復(fù)位電路表 復(fù)位電路連接圖如下： PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0P3 0FFH SCON 00H IP XX000000H SBUF 00H IE 0X000000H PCON 不定 TMOD 00H 0XXX0000B 圖 42 復(fù)位電路連接圖 時鐘電路模塊 圖 43 時鐘電路連接圖 時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才能為單片機(jī)的時鐘脈沖信號。在本次設(shè)計中，我們選取晶振頻率為 6MHz,C1 和 C2 的值均為 30uF。 ：地線。由于在 EEPROM 內(nèi)部，SCL 和 SDA 是漏極開路結(jié)構(gòu)的，所以，使用時需要外接上拉電阻。當(dāng)把 WP 接地時，允許芯片執(zhí)行一般讀寫操作；當(dāng)把 WP 接到 VCC 時，則對芯片實施寫保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)重新