出租车计价器系统的设计资料Word格式.docx
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可在车轮转轴涂上白色条纹，其余部分涂成黑色，发光管照射转轴。
当转轴转动时，反光与不反光交替出现，所以光电元件间断地接收光的反射信号，输出电脉冲。
再经过放大整形电路，输出标准TTL信号。
输出的脉冲信号被接入到80C51单片机系统中，通过计算接收到的脉冲个数，计算出当前所行驶的路程。
同时，根据不同的收费标准，选择相应的起步价、单价等收费标准进行计算。
1、电感式接近开关
电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。
这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。
这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。
电感式接近开关的工作图如下：
图2.1接近开关工作流程图
2.、光电开关
光电开关主要采用了光电传感器的基本特性设计而成。
（如图2.2）当有光照射时，二极管PN结附近受光子轰击，使被束缚在价带中的电子获得能量，迁跃到导带成为自由电子，同时价带中产生自由空穴，这些电子—空穴对，对多数载流子影响不大，而对少数载流子来说，其数目大大增加，在反向电压的作用下，反向饱和漏电流增大，这时相当于光敏二极管导通，并且光照度愈大，光电流也愈大；
当无光照射时，电路中仅有很小的反向饱和漏电流，二极管截止。
图2.2反射式光电开关
OPTOISO1为光电传感器使用VCC=5V电源（如图2.3），可以安装在出租车车轮处。
当出租车在行进过程中，则车轮就会不断对它遮挡，从而产生一系列脉冲。
由于这些脉冲可能会被干扰，或者电平不稳定，因此就需要增加一个三级管（Q1）对信号进行放大。
而74LS14是作为反相器的功能来使用，可以使OUT口输出的脉冲符合TTL电平，直接可输入到80C51的T0口。
设计中以光电开关作为传感器元件，并且在实现阶段用函数信号发生器模拟光电传感器实现计程脉冲的形成。
图2.3光电脉冲的转换电路
3.霍尔传感器
1．里程计算、计价单元的设计
里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器A44E检测到的信号，送到单片机，经处理
计算,送给显示单元的。
其原理如图2－1所示。
由于A44E属于开关型的霍尔器件，其工作电压范围比较宽（4.5～18V），其输出的
信号符合TTL电平标准，可以直接接到单片机的IO端口上，而且其最高检测频率可达到1MHZ。
A44E集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器（即硅霍耳片）B、差分放大器C、施密
特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成。
在输入端输入电压CCV，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据霍耳效应原
理，当霍耳片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将
会产生霍耳电势差HV输出，该HV信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方
波输送到OC门输出。
当施加的磁场达到“工作点”（即OPB）时，触发器输出高电压（相对于
地电位），使三极管导通，此时OC门输出端输出低电压，通常称这种状态为“开”。
当施加
的磁场达到“释放点”（即rPB）时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC门输出高电压，
这种状态为“关”。
这样两次电压变换，使霍耳开关完成了一次开关动作。
其集成霍耳开关外形及接线如图2－3所示。
图2－3集成霍耳开关外形及接线
我们选择了P3.2口作为信号的输入端，内部采用外部中断0（这样可以减少程序设计的
麻烦），车轮每转一圈（我们设车轮的周长是1米），霍尔开关就检测并输出信号，引起单片
机的中断，对脉计数，当计数达到1000次时，也就是1公里，单片机就控制将金额自动的
加增加，其计算公式：
当前单价×
公里数=金额。
3单片机80C51的简介
3.1主芯片80C51的硬件资源
3.1.1单片机的概念
单片机（microcontroller，又称微控制器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。
这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。
图4-1是80C51单片机的基本结构图
a.80C51单片机的结构特点有以下几点：
●8位CPU；
●片内振荡器及时钟电路；
●32根I/O线；
●外部存储器ROM和RAM，寻址范围各64KB；
●两个16位的定时器/计数器；
●5个中断源，2个中断优先级
●全双工串行口
●布尔处理器
b.定时器/计数器
80C51内部有两个16位可编程定时器/计数器，记为T0和T1。
16位是指它们都是由16个触发器构成，故最大计数模值为2-1。
可编程是指他们的工作方式由指令来设定，或者当计数器来用，或者当定时器来用，并且计数（定时）的范围也可以由指令来设置。
这种控制功能是通过定时器方式控制寄存器TMOD来完成的.
如果需要，定时器在计到规定的定时值时可以向CPU发出中断申请，从而完成某种定时的控制功能。
在计数状态下同样也可以申请中断。
定时器控制寄存器TCON用来负责定时器的启动、停止以及中断管理
在定时工作时，时钟由单片机内部提供，即系统时钟经过12分频后作为定时器的时钟。
技术工作时，时钟脉冲由TO和T1输入。
c.中断系统
80C51的中断系统允许接受五个独立的中断源，即两个外部中断申请，两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。
外部中断申请通过INTO和INT1（即P3.2和P3.3）输入，输入方式可以是电平触发（低电平有效），也可以是边沿触发（下降沿有效）。
两个定时器中断请求是当定时器溢出时向CPU提出的，即当定时器由状态1转为全零时提出的。
第五个中断请求是由串行口发出的，串行口每发送完一个数据或接收完一个数据，就可提出一次中断请求。
3.1.280C51的芯片引脚图
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT80C51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（定时器/计数器0外部输入）
P3.5T1（定时器/计数器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
3.1.3使用I/O口的注意事项
（1）P1,P2,P3口的输出缓冲器可驱动4个LSTTL电路。
对于HCMOS芯片单片机的I/O口，在正常情况下，可任意由TTL或NMOS电路驱动。
HMOS及CMOS性的单片机I/O口有集电极开路或漏极开路的输出来驱动时，不必外加上拉电阻
（2）对于74LS系列，CD4000系列以及一些大规模集成电路芯片（如8155，8253，8279等），都可以和MCS-51系列单片机直接接口。
具体使用时，可以查阅有关器件手册或参考典型电路
（3）对一些线性组件，特别是应用键盘、码盘、LED显示器等输入/输出设备时，应当尽量增加驱动部分的容量，否则，单片机将提供不出足够的驱动电流供给负载使用
3.280C51中断系统
所谓中断，是指当计算机执行正常程序时，系统中出现某些急需处理的异常情况和特殊情求，CPU暂停执行现行程序，转去对随机发生地更紧迫事件进行处理；
处理完毕后，CPU自动返回原来的程序继续执行。
中断允许软件设计不需要关心系统其他部分定时要求，算术程序不需要考虑隔几个指令检查I/O设备是否需要服务。
相反，算术程序编写时好像有无限的时间作算术运算而无其他工作在进行。
若其它事件需要服务时，则通过中断告诉系统。
80C51单片机有5个中断源，有两个中断优先级，每个中断源的优先级可以编程控制。
中断允许受到CPU开中断和中断源开中断的两级控制。
3.2.1中断源
中断源是指任何引起计算机中断的事件，一般一台机器允许有许多个中断源。
80C51系列单片机至少有5个中断源。
增加很少的硬件就可把各种硬件中断源“线或”成为一个外部中断输入，然后再顺序检索一起中断的特定源。
80C51单片机的5个中断源是：
①外部中断请求0，由（P3.2）输入；
②外部中断请求1，由（P3.3）输入；
③片内定时器/计数器0益处中断请求；
④片内定时器/计数器1溢出中断请求；
5片内串行口发送/接收中断请求；
为了了解每个中断源是否产生了中断请求，中断系统应设置许多个中断请
求触发器（标志位）实现记忆。
这些中断源请求标志位分别有特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存
定时器/计数器控制寄存器TCON，它是一个八位的寄存器，各位如表4.1所示：
表4.1定时器/计数器控制寄存器TCON
TF1
TF0
IE1
IT1
IE0
IT0
IT0,IT1：
外部中断0、1触发方式选择位，由软件设置。
1是下降沿触发，0是电平触发。
IE0,IE1：
外部终端0、1请求标志位。
TF0,TF1：
定时器/计数器0、1溢出中断请求标志。
3.2.2中断的控制
中断的控制主要实现中断的开关管理和中断优先级的管理。
这个管理主要通过对特殊功能寄存器IE和IP的编程实现。
（1）中断允许寄存器IE
表4.2中断允许寄存器IE
EA
-
ET2
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
EX0,EX1：
外部终端0，1的中断允许位。
1是中断开，0是中断关
ET0,ET1：
定时器/计数器0、1溢出中断允许位。
1是开中断，0是关中断
ES：
串行口中断允许位。
ET2：
定时器/计数器2溢出中断位
EA：
CPU开/关中断控制位。
（2）中断优先级寄存器IP
表4.3中断优先级寄存器IP
PS
PT1
PX1
PT0
PX0
若系统中多个中断源同时请求中断，则CPU按中断源的优先级别，由高到低分别响应。
80C51单片机有两个中断优先级：
高优先级和低优先级。
每个中断源都可以编程为高优先级。
这可以实现两级中断嵌套。
嵌套的原则：
一个正在执行的中断服务程序可以被高级的中断请求中断，而不能被同级或较低级的中断请求中断。
两级中断通过使用IP寄存器设置，相应的位置1，则优先级高，0则优先级低。
PX0、PX1：
终端0、1中断优先级控制；
PT0、PT1：
定时器/计数器0、1中断优先级控制。
PS：
串行口中断优先级控制。
80C51复位时，IP被清零，5个中断源都在同一个优先级。
这时若其中几个中断源同时产生中断请求，则CPU按照片内硬件优先级链路的顺序相应中断，硬件优先级由高到低的顺序是：
外部终端0，定时器/计数器0，外部中断1，定时器/计数器1串行口中断。
3.2.3中断响应
80C51的CPU在每个机器周期采样中断源的中断请求标志位，如果没有上述阻止条件，则将在下一个机器周期响应被激活的最高级中断请求。
阻止条件如下：
1CPU正在处理同级或更高级的中断；
2现行机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期；
3正在执行的是RETI或者是访问IE或IP的指令；
CPU在中断响应之后完成如下操作：
1硬件清除相应的中断标志位；
2执行一条硬件子程序，保护断点，并转向中断服务程序入口。
3结束中断时执行RETI指令，恢复断点，返回主程序。
80C51的CPU在相应中断请求时，由硬件电路自动形成转向与该中断源对应的中断的服务程序入口地址。
这种方法为硬件向量中断法。
各中断源的中断服务程序入口地址如下：
表4.4中断源的中断服务程序入口地址
编号
中断源
入口地址
外部终端0
0003H
1
定时器/计数器0
000BH
2
外部终端1
0013H
3
定时器/计数器1
001BH
4
串行口中断
0023H
各中断服务程序入口地址仅隔8个字节，编译器在这些地址放入无条件转移指令，跳到服务程序的实际地址。
向量中断包括把先前的程序计数指针推入堆栈，中断服务程序很像其他子程序。
当向量中断发生时，硬件禁止所有中断。
此时表明外部中断或定时器溢出的标志位由硬件清除。
中断服务程序的不同分支取决于中断源。
在重新允许全局CPU中断EA之前，必须仔细清除各种标志。
标志会引起立即地重复中断。
80C51对终端实际上有特殊的返回指令----RETI。
不是RET。
RETI重新允许系统识别其他中断。
因而，没必要在正常使用中断时复位EA，只要在程序初始化时开中断一次就可以了。
3.3单片机定时器/计数器的使用
80C51系列单片机至少有两个16位内部定时器/计数器。
8952有三个定时器/计数器，其中连个基本定时器/计数器是定时器/计数器0和定时器/计数器1。
他们既可以编程为定时器使用，也可以编程为计数器使用。
若是计数内部晶振驱动时钟，则它是定时器；
若是计数80C51的输入引脚的脉冲信号，则它是计数器。
80C51的T/C时加一计数的。
定时器实际上也是工作在技术方式下的，只不过对固定频率的脉冲计数；
由于脉冲周期固定，由计数值可以计算出时间，有定时功能。
当T/C工作在定时器时，对振荡源12分频的脉冲计数，即每个机器周期计数值加一，频率加=fosc/12。
晶振为6MHz，计数频率=500KHz，每2uS计数加一。
当T/C工作在计数器时，计数脉冲来自外部脉冲输入引脚T0或T1。
当T0或T1脚上负跳变需2个机器周期，即24个振荡周期。
所以T0或T1脚输入的计数外部脉冲的最高频率为fosc/12。
当晶振为12MHz时，最高技术频率为500KHz，高于此频率将计数出错。
3.3.1与T/C有关的特殊功能寄存器
（1）计数寄存器TH和TL
T/C是16位的，计数寄存器有TH高8位TL低8位构成。
在特殊功能寄存器中，对应T/C0为TH0和TL0；
对应T/C1为TH1和TL1。
定时器/计数器的初始值通过TH1/TL1和TH0/TL0设置
（2）定时器/计数器控制寄存器TCON
表4.5定时器/计数器控制寄存器TCON
TR1
TR0
TR0、TR1：
定时器/计数器0、1启动控制位。
1是启动，0是停止
TCON复位后清零，T/C需要受到软件控制才能启动计数；
当计数计满时，产生向高位的进位TF,即溢出中断请求标志
T/C的方式控制寄存器TMOD
表4.6T/C的方式控制寄存器TMOD
GATE
C/T
M1
M0
C/T：
计数器或定时器选择位。
1位计数器，0位定时器
GATE：
门控信号。
1时T/C的启动控制受到双重控制，即要求TR0/TR1和INT0/INT1同时为高；
0时T/C的启动仅受TR0/TR1控制。
表4.7M1和M0工作方式选择位
M1M0
方式
功能
00
为13位定时器/计数器，TL存低5位，TH存高8位
01
为16定时器/计数器，TL存低8，TH存高8位
10
常数自动装入的8位定时器/计数器
11
仅适用于T/C0，两个8为定时器/计数器
3.3.2定时器/计数器的初始化
（1）初始化步骤
在使用80C51的定时器/计数器前，应对它进行编程初始化，主要是对TCON和TMOD编程，还需要计算和装载T/C的计数初值。
一般完成以下几个步骤：
●确定T/C的工作方式----编程TMOD寄存器。
●计算T/C中的计数初值，并装载到TH和TL。
●T/C在中断方式工作时，须开CPU中断和源中断----编程IE寄存器。
●启动定时器/计数器----编程TCON中TR1和TR0位
（2）计数初值的计算
在定时器方式下，T/C是对机器周期脉冲计数的，如果fosc=6MHz，一个机器周期为2us，则
方式013位定时器最大时间间隔=（2-1）×
2us=16.384ms；
方式116位定时器最大时间间隔=（2-1）×
2us=131.072ms；
方式28位定时器最大时间间隔=（2-1）×
2us=512us
若使T/C工作在定时器方式1，要求定时1ms，求计数初值。
如设计数初值为x,则有（2-1）×
2us=1000us
x=2-500
因此，TH,TL可置65536-500。
2系统组成及工作原理
2.1控制单元设计
按键名称，O键表示开始计算路程；
F键表示暂停；
E键表示复位。
当程序开始运行后，按下0键则表示开始计算路程，并由数码管显示出来；
按下F键则路程记数器暂停，并显示当前路程，当按下E键则复位。
2.2输出单元设计
通过六个8段LED数码管来显示路程。
前四个分别表示千位、百位、十位、个位，而后两个表示十分位和百分位。
2.3定时器的功能和使用方法
首先选择方式1——为16位的定时器，其初始化具体如下：
s
其中fosc为晶振频率，定时时间
。
3电路方案设计
3.1电路设计方案
使用单片机来完成设计要求。
电路包括显示电路，设置电路，存储电路，复位电路，其工作原理图如图2所示，单片机功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能。
针对计费模式的切换，通过软件编程就可以轻容易的实现。
避免了机械开关带来的不稳定因素，单片机单元框图如图3所示。
单
片
机
图2工作原理框图
图3单片机单元框图
3.2单元电路设计
3.2.1复位电路设计
在单片机的应用系统中，除单片机本身需复位以外，外部扩展的I/O接口电路等也需要复位，因此需要一个系统的同步复位信号：
即单片机复位后，CPU开始工作时，外部的电路一定要复位好，以保证CPU有效的对外部电路进行初始化编程。
51系列单片机的复位端RST是一个施密特触发输入，高电平有效。
复位电路产生的复位信号经施密特电路整形后作为系统复位信号，加到51系列单片机和外部I/O接口电路的复位端.其电路图如图4所示，其中R1=47KΩ,R2=100Ω,C=10uF。
图4复位电路
3.
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