基于c-51單片機出租車計價器的研究電子信息科學與技術專業(存儲版)

　　

【正文】 摘 要 本文介紹了出租車計價器系統在實際生產生活中的重要性，介紹一種以單片機 AT89C51 為核心的多功能出租車計價器的設計 ,闡述硬件設計過程中關鍵技術的處理。計價器是 出租汽車的經營者和乘坐出租汽車的消費者之間用于公平貿易結算的工具，因而 計價器計價準確與否，直接關系到經營者和消費者的經濟利益。它關系著交易雙方的利益。電路框圖如 圖 21 所 示： 圖 21 數字電路方案 方案二： 出租車驅動輪轉數與轉軸轉數的傳動比是一定的，磁感應傳感器會產生一個大約 20 ms 的低脈沖，可以通過計算磁感應傳感器產生的低脈沖數來計算出租車跑的里程數及相應的車費。單片機計算總價的公式為：總價 =起步價 +單價 *（總里程 起步里程）。設計的整體電路框圖如 圖 24 所示，整個系統由單片機 A T89C51 控制電路、 A44E 霍爾傳感器電路、 AT24C02 存儲電路、 8563 時鐘電路、票據打印電路、按鍵鍵盤電路、 LED驅動顯示電路及電源電路組成。編程是按字節進行的。在 FLASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FLASH 進行校驗時，P0輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。在給出地址“ 1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。如果微處理器在外部執行狀態 ALE 禁止，置位無效。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。此外， AT89C51 設有穩態邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。串行芯片成本低，線路簡單，工作可靠，占用單片機口線資源少。采用單一電壓 +5V，低功耗工作電流 1mA,備用狀態只有 10uA,端口為三態門 輸出，與 TTL 電平兼容。 SDA 線上數據傳送順序是高位在先，低位在后。但注意，有些型號的地址是無效的。它有兩個 8位口 A、 B和一個 6位口 C，總可以擴展出 22 條接線。當 IO/M =1 時， CPU 是對 I/O 接口操作；當 IO/M =0 時， CPU 是對 RAM 操作。 TMROUT 是計數輸出線。 ? WR —— 寫選通信號。 I/O 口及其工作方式 8155 的 3 個 I/O 口 ，分別以 PA、 PB 和 PC 稱呼，其中 PA 和 PB 都是 8 位通用輸入 /輸出口，主要用于數據的 I/O 傳送，它們都是數據口，因此只有輸入/輸出兩種工作方式。 ? BF—— 緩沖器滿狀態信號（輸出），高電平有效。 命令字： 命令字共 8 位，用于定義端口及定時器 /計數器工作方式。因此確定計數初值的方法是不同的。具體由 M M1 兩位定義： M2 M1= 00 單個方波 M2 M1= 01 連續方波 M2 M1= 10 單個脈沖 M2 M1= 11 連續脈沖 這 4 種輸出形式如圖 34所示： M2M1 開始計數 終止計數 ↓ ↓ 00 單個方波 01 連續方波 10 單個脈沖 11 連續脈沖 圖 34 8155定時器 /計數器的輸出方式 時鐘芯片 8563 8563 的主要特性及管腳結構圖 特性： ?? 復 位電壓標準值 Vlow= ?? A VDD=,Tamb=25 ?? 1024Hz 32Hz 1Hz ?? ?? ?? ?? I2C 總線 (VDD= ) 其從地址讀 0A3H。 CLKOUT 頻率寄存器地址 0DH，決定方波的頻率， CLKOUT可以輸出 ( 缺省值 )， 1024， 32， 1Hz 的方波。 當進入替換模式時，芯片立即停止復位，操作通過 I2C總線進入 EXT__CLK 測試模式。 /CS:片選。 專用聯絡信號線。 每一個端口包含 8 位的數據端口，三條控制線，提供中斷邏輯 。 這些操作方式可以由 CUP輸出到 8255的控制字來選擇。 PCF8563是 PHILIPS公司推出的一款工業級內含 I2C總線接口功能的具有極低功耗的多功能時鐘 /日歷芯片 I2C總線通訊方式不但使外圍電路及其簡潔而且也增加了芯片的可靠性同時每次讀寫數據后內嵌的字地址寄存器會自動產生增量當然作為時鐘芯片 。按鍵手動復有電平方式和脈沖方式兩種。數據存儲部分的作用是在電源斷開時 ,存儲當前設定的單價信息。 WP：寫保護端。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關的場合使用。為了觀察和監視鍵盤輸入的信息，為了了解系統的工作情況以及得到系統完成任務的結果，系統應設有顯示裝置。 控制不同組合的二極管導通，就能顯示各種字符。 在多位 LED 顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位 LED 的段選線并接在一起，在某一刻時，將要顯示的字符段碼同時送到每一個顯示器的各段，但是只讓這一位 LED 顯示。 LED 顯示器的顯示方式 （ 1）靜態方式： LED 顯示器工作在靜態顯示方式下，共陰極或共陽極點連接在一起接地或+5V；每位的段選線（ adp）與一個 8 位并行口相連。顯示時通過位控信號采用掃描的方法逐位的循環點亮各位數碼管。由此可見，共陽極接法的段選碼與共陰極接法 的段選碼是邏輯“非”關系。 2716 的擴展與 6116 的擴展 程序存儲器擴展只讀存儲器芯片。引腳如 圖 410 所 示： 圖 410 6116引腳圖 引腳功能如下： A10A0： 11 位地址線 D7D0：數據輸出 G：地 /W：寫選通信號 存儲器擴展電路圖如 圖 411 所 示： 鍵盤模塊 矩陣式鍵盤接口設計 矩陣式鍵盤適用于按鍵數量較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，名按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號唯一確定，所以分別對行號和列號進行二進制編碼，然后將兩值合成一個字節，高 4位為行號，低 4位為列號將是非常直觀的。 CPU 在忙于各項工作任務時，如何兼顧鍵盤的輸入、取決于鍵盤的工作方式。其間 CPU 不能干任何其他工作，如果 CPU工作量大，這種方 法將不能適應。由于列線通過電阻與 +5V 相連，所以列線的狀態始終為高電平。在行線和列線的交點處有 一個鍵，由于行線和列線分別與鍵的不同端相連，平時鍵處于斷開狀態，所以行線和列線互不相通。 2定時掃描工作方式 定時掃描工作方式是利用單片機內部定時器產生定時中斷， CPU 響應中斷后對鍵盤進行掃描，并在有鍵按下時識別出該鍵并執行相應的功能程序。無論以何種方式編碼，均應以處 理問題方便為原則，而最基本的是鍵所處的物理位置即行號和列號，它是各種編碼之間相互轉換的基礎，編碼相互轉換可通過查表的方法實現。綜合兩步的結果，則可確定按鍵所在的行和列，從而識別出所按的鍵。列線如果此時電平為低，則行線電平為低；列線電平如果為高，則行線電平亦為高。當使用時，它為片選信號 /E，低電平有效；當芯片編程時，它為編程控制信號 P，用于引入編程脈沖。例如： ALE 信號用于外部程序存儲器的地址鎖存控制、 PSEN 信號用于外部程序存儲器的讀選通、 EA 信號用于外部程序存儲器的訪問控制等。數字量與段的對應關系如表 42所示： 表 42 數碼管數字量與段的對應關系表 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 dp g f e d c b a 例如：當加到陽極的數字量為 00111111B=3FH 時，除 dp,g 不發光外，其他6 段均發光，因此顯示一個 0 字符。 （ 2）動態方式 在多位 LED 顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選碼并聯在一起。 硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完 成， CPU 只要送出標準的 BCD 碼即可，硬件接線有一定標準。段選線控制顯示字符的字 型，而位選線控制顯示位的亮、暗。 通常的七段 LED 顯示塊中有 八個發光二極管，故也稱為八段顯示器。通 過計算將脈沖增加體現在金額和里程上。當系統重新上電時 ,自動調用讀存儲器程序 ,將存儲器內的數據信息 ,讀到緩存單元中 ,供主程序使用，保存在 AT24C02 中的數據是不能隨意進行改動的 ,此外出租車 營運過程中的一些營運數據 ,如 :單次出租的營運額和營運里程、一段時間內的營運總額和總路程等 ,也存儲在 AT24C02 中 ,以便出租車公司及司機查詢 ,使出租車司機更方便的管理營運數據 ,出租車行業得到更有效的管理。由于在 EEPROM 內部，SCL 和 SDA 是漏極開路結構的，所以，使用時需要外接上拉電阻。在本次設計中，我們選取晶振頻率為 6MHz,C1 和 C2 的值均為 30uF。 CPU 從初始化工作，由狀態表可知，復位后：程序寄存器為 0000H 開始執行程序，內部 RAM 不受復位影響。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 / 晚上單價自動轉換的一個基準 ,而且計價器的時鐘顯示能為司機和乘客提供方便 ,所以選擇一個好的時鐘芯片對計價器很重要。 輸出和輸出是鎖存的 。 輸入輸出有 16 種不 同的組合。 作為兩個 4 位輸入 /輸出線 :PCO~PC PC4~PC7。其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強。一種內嵌的長時間起動的電路可使 POR失效，這樣可使設備測試加速。當讀定時器時返回當前倒計數的數值。 ? MCS51 的定時器 /計數器，計數溢出自動置位 TCON 寄存器的計數溢出標志位（ TE），供用戶以查詢或中斷方式使用；但 8155 的定時器 /計數器，計數溢出時向芯片外邊輸出一個信號（ TIMER OUT）。但是在使用上卻與 MCS51 的定時器 /計數器有許多不同之處。 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 /計數器低 8 位 1 0 1 定時器 /計數器高 8 位 8155 的命令 /狀態寄存器 8155 有一個命令 /狀態寄存器，實際上這是兩個不同的寄存器，分別存放命令字和狀態字。 聯絡信號共有 3 個，其中： ? INTR—— 中斷請求信號（輸出），高電平有效。 ? RESET—— 復位信號。除進行 AD7～ AD0 的地址鎖存控制外，還用于把片選信號 CE 和 IO/M 等信號進行鎖存。與外部設備連接的引腳有 TMRIN、 TMROUT、 PA0～ PAPB0～ PB7 和 PC0～ PC5。 CE 接到地址譯碼器上，由整個系統分配給高位地址，以保證任何時刻只有一個芯片可與 CPU 交換信息，不發生地址沖突。 ATC24C02 是目前最常用的型號，支持器件地址編碼，統一串行總線最多時可同時連接 1～ 8 片，支持硬件設置數據保護。 將這 3個引腳配置成不同的編碼值，可選中不同的芯片。寫入串行 EEPROM 的數據用 SCL 上升沿同步，輸出數據用下降沿同步 ● SDA— 串行數據輸入 /輸出端，漏極開路結構。擦除 /寫入周期壽命一般都可達到 10 萬次以上。具有斷電保護功能的 RAM 容量大，速度快，但占用線多，成本高， EEPROM 適合數據交換量少，對傳送速度要求不高的場合。 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。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。此時， ALE只有在執行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 表 31 AT89C51部分引腳功能表 端口引腳 復用功能 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（外部數據存儲器寫選通） /RD （外部數據存儲器讀選通） RST：復位輸入。這是由于內部上拉的緣故。當 P1 口的管腳第一次