基于單片機的出租車計價器設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的電信號。作為輸入信號，這就給磁傳感器的快速發展提供了機遇，形成了磁傳感 器的產業。其中最具代表的磁傳感器就是霍爾傳感器，在自動檢測系統中，利用霍爾傳感器測轉數是一種最基本的測量工作。 自從 1971 年微型計算機問世以來，隨著大規模集成電路技術的不斷進步，微型機主要向兩個方向發展：一個向高速度，高性能的高檔微型計算機方向發展。一個向穩定可靠，小而廉價的單片機方向發展。所謂的單片機，就是把中央處理器 CPU、只讀存儲器 ROM、定時 /計數器以及 I/O 接口電路等集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機，可見它的功能非常強大。單片機是本次設計的核心部件，它是信號從采集到輸出的橋梁，而且肩負計算 、定時、信息處理等功能。下面我們就具體介紹一下硬件電路設計的過程。 傳感器及其測量系統 本次設計信號的捕獲采用的是霍爾傳感器，霍爾器件是一種磁傳感器。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中使用。霍爾器件以霍爾效應為其工作基礎。 霍爾器件具有許多優點，它們的結構牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便、功耗小、頻率高 (可達 1MHz)、耐震動、不怕灰塵、油污、水汽及煙霧等畢業設計（論文） 10 的污染或腐蝕。霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高。 取用了各種補償和保護措施的霍爾器件工作溫度范圍寬，可達－ 55℃ ～ 150℃ 。 按照霍爾器件的功能可將它們分為：霍爾線性器件和霍爾開關器件，前者輸出模擬量，后者輸出數字量。 按被檢測對象的性質可將它們的應用分為：直接應用和間接應用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體。通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數、轉速以及工作狀態發生變化的時間等，轉變成電量來進行檢測和控制。 霍爾傳感器的測量原理 霍爾傳感器是利用霍爾效應制成的一種磁敏傳感器。在置于磁場中的導體或半導體通入電流 I，若電流垂直磁場 B，則在與磁場和電流都垂直的方向上會出現一個電勢差 Uh，這種現象稱為霍爾效應。利用霍爾效應制成的元件稱為霍爾元件。因為它具有結構簡單、頻率響應寬、靈敏度高、測量線性范圍大、抗干擾能力強以及體積小、使用壽命長等一系列特點，因此被廣泛應用于測量、自動控制及信息處理等領域。霍爾效應原理圖如圖 所示。 XYZBILU hbd 圖 霍爾效應原 理圖 集成開關型霍爾傳感器 A04E 集成霍爾開關由穩壓器 A、霍爾電勢發生器 (即硅霍爾片 )B、差分放大器 C、畢業設計（論文） 11 施密特觸發器 D 和 OC 門輸出 E 五個基本部分組成，如圖 （ a）所示。 (1)、 (2)、(3)代表集成霍爾開關的三個引出端點。在電源端加電壓 Vcc，經穩壓器穩壓后加在霍爾電勢發生器的兩端，根據霍爾效應原理，當霍爾片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產生霍爾電勢差 VH 輸出，該 VH 信號經放大器放大后送至施密特觸發器整形，使其成為方波輸送到 OC 門輸出。當施加的磁場 達到工作點時，觸發器輸出高電壓 (相對于地電位 )，使三極管導通，此時 OC門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態為開 。當施加的磁場達到釋放點時，觸發器輸出低電壓，三極管截止，使 OC 門輸出高電壓，這種狀態為關 。這樣兩次電壓變換，使霍爾開關完成了一次開關動作。工作點與釋放點的差值一定，此差值稱為磁滯， DABCEVC C( 1 )( 2 )G N DO U T( 3 )( a )0 5 1 01 5 2 03691 2VO/ VB / m T釋 放 點( O F F )工 作 點( O N )( V )( b ) 圖 集成開關型霍爾傳感器 在此差值內， V0 保持不變，因而使開關輸出穩定可靠，這也就是集電成霍爾開關傳感器優良特性之一。傳感器主要特性是它的輸出特性，即 輸入磁感應強度 B 與輸出電壓 V0之間的關系。 A04E 集成霍爾開關是單穩態型，由測量數據作出的輸出特性曲線如圖 (b)所示。測量時 在 2 兩端加 5V 直流電壓 ,在輸出端 3 與 1 之間接一個 2k? 的負載電阻，如圖 所示。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 8 M a y 2 01 1 S he e t o f F i l e : E : \ 2 01 1 \老公貓 \出租車 \ c z c j j q .D D B D r a w n B y:D B 07D B 18D B 29D B 310D B 411D B 512D B 613D B 714E6RS4RW5U21 60 2R11KR21KR31KR41KR51KR61KR71KR81KV C CS2S W P BS3S W P BS4S W P B12Y11 1. 0 59 2 MC13 0PC23 0PR9R e s 21 0KS5S W P BC31 0U FV C CP 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167I N T 113I N T 012P 178T014T115EA16X119X218R E S E T9RD17WR16P S E N29A L E / P30T X D11R X D10P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2728V C C40GND20U18 9s S C 52V C C123P1H e a d e r 3V C CV C C12P2H e a d e r 2V C C霍爾元件液晶顯示 畢業設計（論文） 12 圖 集成霍爾開關接線圖 單片機的原理及應用 單片機原理簡介 單片微型計算機是指集成在一個芯片上的微型計算機，也就是把組成微型計算機的各種功能部件，包括 CPU(CentralProcessingUnit)、隨機存儲器 RAM(RandomAccess Memory)、只讀存儲器 ROM(ReadonlyMemory)、基本輸入 /輸出 (input/output)接口電路。定時器 /計數器等部件都制作在一塊集成芯片上，構成一個完整的微型計算機從而實現微型計算機的基本功能。單片機內部結構示意圖如圖 所示。 單片機實質上是一個芯片。在實際應用中，通常很少將單片機直接和被控對象進行電氣連接，必須外加各種擴展接口電路、外部設備、被控對象等硬件和軟件，才能構成一個單片機應用系統。 圖 單片機內部結構示意圖 (1)中央處理器 中央處理器是單片機最核心的部分，主要完 成運算和控制功能。 (2)內部存儲器 內部存儲器包括內部數據存儲器（內部 RAM）和內部程序存儲器。存儲器是由畢業設計（論文） 13 大量的寄存器所組成，其中每一個寄存器就稱為一個存儲單元。 (3)定時 /計數器 單片機的定時器和計數器是同一結構，只是計數器記錄的是單片機外部發生的事件，由單片機的外部電路提供計數信號；而定時器是由單片機內部提供一個非常穩定的計數信號。 (4)中斷系統 中斷系統在計算機中起著十分重要的作用，是現代計算機系統中廣泛采用的一種實時控制技術，能對突發事件進行及時處理，從而大大提高系統的實時性能。 (5)串行 I/O 接口 串行 I/O 口的數據各位按順序傳輸，其特點是需要一對傳輸線，成本低；但速度慢，效率低，適合靜態顯示。 (6)并行 I/O 接口 并行 I/O 接口的數據所有位同時傳送。其特點是傳輸速度快，效率高；但傳送多少位就需要多少根傳輸線，因此傳送成本高，適合動態顯示 。 單片機的引腳功能介紹 STC89C54 是 STC 公司生產的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 8k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ EPROM）和 256 字節的隨機存取數據存儲器（ RAM），器件采用 STC 公司的高密度、非易失性存 儲技術生產，與標準 MCS51指令系統及 8052 產品引腳兼容，片內置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大， STC89C54 單片機適合于許多較為復雜控制場合應用。 畢業設計（論文） 14 圖 STC89C54引腳圖 STC89C54 提供以下標準功能： 8k字節 Flash 閃速存儲器， 256 字節內部 RAM，32 個 I/O 口線， 3 個 16 位定時 /計數器，一個全雙工串行通信口，片內具有振蕩器及時鐘電路。同時， STC89C54 可降至 0Hz 的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式。空閑方式停止 CPU 的工作，但 允許 RAM，定時 /計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 STC89C54 管腳圖如圖 所示。 STC89C54 的主要管腳功能如下： ～ ： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也是地址 /數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫 “1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時畢業設計（論文） 15 轉換地址（低 8 位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上 拉電阻。 ～ ： P1 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖極可驅動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫 “ 1” ，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 ～ ： P2 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖極可驅動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口 P2 寫 “ 1” ，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 ～ ： P3 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 的輸出緩沖極可驅動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口 P3 寫 “ 1” ，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 ALE：地址鎖存控制信號。在系統擴展時， ALE 用于控制把 P0 口輸出的低 8 位地址鎖存起來，以實現低位地址和數據的隔離。此外，由于 ALE 是以晶振 1／ 6 的固定頻率輸出的正脈沖，因此，可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。 PSEN ：外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部 ROM 時， PSEN 有效 (低電平 )，以實現外部 ROM 單元的讀操作。 EA ：訪問程序存儲控制信號。當 EA 信號為低電平時，對 ROM 的讀操作限定在外部程序存儲器；當 EA 信號為高電平時，對 ROM 的讀操作是從內部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。 RST：復位信號。當輸入的復位信號延續兩個機器周期以上的高電平時即為有效，用以完成單片機的復位初始化操作。 XTALl 和 XTAL2：外接晶體引線端。當使用芯片內部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘 脈沖信號。 VSS：地線。 VCC： +5V 電源。 以上是 MCS51 單片機芯片 40 條引腳的定義及簡單功能說明。 由于工藝及標準化等原因，芯片的引腳數目是有限制的。例如， MCS51 系列把芯片引腳數目限定為 40 條，但單片機為實現其功能所需要的信號數目卻遠遠超過此數，因此就出現了需要與可能的矛盾。如何解決這個矛盾 ? “ 兼職 ” 是唯一可行的辦畢業設計（論文） 16 法，即給一些信號引腳賦以雙重功能。如果把前述的信號定義為引腳第一功能的話，則根據需要再定義的信號就是它的第二功能。下面介紹一些信號引腳的第二功能。 (1) P3 口線的 第二功能。 P3 的 8 條口線都定義有第二功能，如表 所示 表 P3口引腳與第 二 功能 引腳 第二功能 信號名稱 RXD 串行數據接收 TXD 串行數據發送 0INT 外部中斷 0 申請 1INT 外部中斷 1 申請 T0 定時 /計數器 0 的