出租车计价器控制系统电路设计教材Word文档下载推荐.docx
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硬件设计说明
单片机是单片微型计算机的简称,单片机以其卓越的性能,得到广泛的应用,已经深入到各个领域。
在这次设计中,我们用到P0口和P2口,P0口为8位三态I/O口,此口为地址总线及数据总线分时复用;
P2口为8位准双向口,与地址总线高八位复用;
P0口和P2口都有一定的驱动能力,P0口的驱动能力较强。
设计中,为了能够让数码管更好的正常显示,我们采用了驱动电路来驱动。
在本次硬件设计中,我们考虑采用芯片74LS245来驱动数码管显示。
设计电路时,考虑到用里程(霍尔)传感器价格昂贵,且不便于试验检测,在设计中采用一个模拟开关来代替。
模拟开关一端接在P3.4口,另一端接地,通过来回高低电平的变化,每按两次,对应的里程数加一。
通过在程序中设置的里程和金额的信息,在加上驱动电路的设计,就可以在数码管上分别显示总金额和总里程。
在显示方面,可以用液晶显示,也可以用数码管进行显示。
由于在这次设计中只需要显示里程和金额信息,我们采用数码管进行显示。
这样既节约了成本,又可以达到显示的目的。
同时为了减少硬件的复杂度,我们采用了动态显示方式,选用了共阴极数码管。
为了焊接方便,我们选用了集成在一起的数码管。
我们还设计了控制按键,能够很好的对出租车计价器控制,如启动/停止按键,清零按键等。
AT89S51单片机简介
AT89S51具有如下特点:
40个引脚,4kBytesFlash片内程序存储器,128bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。
P0口有二个功能:
1、外部扩展存储器时,当做数据/地址总线。
2、不扩展时,可做一般的I/O使用,但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
P1口只做I/O口使用:
其内部有上拉电阻。
P2口有两个功能:
1、扩展外部存储器时,当作地址总线使用。
2、做一般I/O口使用,其内部有上拉电阻。
P3口有两个功能:
除了作为I/O使用外(其内部有上拉电阻),还有一些特殊功能,由特殊寄存器来设置。
图2.1AT89S51引脚图
设计中用到的单片机各管脚(图2.1)功能介绍如下:
VCC:
接+5V电源。
VSS:
接地。
时钟引脚:
XTAL1和XTAL2两端接晶振和30PF的电容,构成时钟电路。
它可以使单片机稳定可靠的运行。
RST:
复位信号输入端,高电平有效。
当在此引脚加两个机器周期的高电平时,就可以完成复位操作。
P1.0:
接启动/停止按键,控制计价。
P1.1:
接功能键。
P1.3:
接清零键。
P0口接数码管段选端,P2口接驱动芯片。
P3.4(T0):
接模拟开关按键,替代了出租车计价器中的霍尔传感器。
P3.1、P3.0口接掉电保护电路。
2.2硬件系统设计
按下计价按键时,显示起步价和起步里程范围,这些在程序中设置;
当等于或超过两公里后,按计算总价的公式为:
总价=起步价+单价*(总里程-起步里程)+1进行计价。
本设计中,起步价为4元,起步里程为2公里,当然这些数据可以在程序中改写,以满足不同时期价格调整的需要。
2.3硬件电路组成
硬件组成主要包括:
驱动电路、显示电路、复位电路、掉电保护电路、时钟电路、按键电路。
2.3.1驱动电路
74LS245是我们常用的芯片,用来驱动led或者其他的设备。
总线驱动器74LS244和74LS245经常用作三态数据缓冲器,74LS244为单向三态数据缓冲器,而74LS245为双向
三态数据缓冲器。
本设计用74LS245作为驱动芯片,双向总线发送器/接收器(3S)。
图2.4驱动芯片管脚图
74LS245主要电器特性的典型值如下:
引出端符号:
AA总线端
BB总线端
/G三态允许端(低电平有效)
DIR方向控制端
功能表:
表2.5功能表
利用74LS245来驱动数码管显示,单片机的P2.0到P2.5分别接A0到A5管脚,进行数据的传送,其中AB/BA接高电平,控制数据从A到B进行传送,B0到B5分别接数码管的位选端,驱动数码管依次显示。
P2.0到P2.5的数据通过A传送到B中的数据送到数码管,以达到显示数据信息的目的。
2.3.2显示电路
多数的应用系统,都要配输入和输出外设,LED显示器和LCD显示器,虽然LCD显示效果比较好,已经成为了一种发展趋势,但为了节约成本,我们选用了LED显示器(图2.6)。
在显示方面,我们选用了动态显示。
静态显示虽然亮度较高,接口编程容易,但是每位的段码线分别与一个8位的锁存器输出相连。
占用的I/O口线比较多,在显示位数较多的情况下,一般都采用动态显示方式。
利用动态显示的方法,由于LED显示器的余辉和人眼的视觉暂留现象,只要每位显示的时间间隔足够短,就仍能感觉到所有的数码管都在显示。
为了简化硬件,通常将所有位的段码线相应段并联在一起,由一个8位I/O口控制,在同一时刻,只让一位选通,如此循环,就可以使各位显示出将要显示的字符。
图2.6LED数码管图2.7集成数码管
LED数码有共阳和共阴两种,把这些LED发光二极管的正极接到一块(一般是拼成一个8字加一个小数点)而作为一个引脚,就叫共阳的,相反的,就叫共阴的,那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。
再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。
在本设计仿真中使用的是6个一组的共阴8段数码管(图2.7)。
找公共共阴和公共共阳的方法:
首先我们找个电源|稳压器(3到5伏)和1个1K(几百欧的也行)的电阻,VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上,组合有很多,但总有一个LED会发光的,找到一个就够了,然后用GND不动,VCC(串电阻)逐个碰剩下的脚,如果有多个LED(一般是8个),那它就是共阴的了。
共阴极数码管,阴极接地,当某个发光二极管的阳极为高电平时,发光二极管点亮,对应的段就显示。
2.3.3复位电路
单片机的复位是由外部的复位电路实现的,复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。
上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。
除了上电复位外还需要按键手动复位(图2.8)。
按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。
其中电平复位是通过RST端经电阻与电源VCC接通而实现的。
单片机的复位速度比外围I/O接口电路快为
能够保证系统可靠的复位,在初始化程序中应安排一定的复位延迟时间。
图2.8复位电路
2.3.4掉电保护电路
掉电保护电路中采用了存储芯片AT24C02。
AT24C02是一个CMOS标准的EEPROM存储器,是AT24CXX系列(AT24C01/02/04/08/16)成员之一,这些EEPROM存储器的特点是功耗小、成本低、电源范围宽,静态电源电流约30uA~110uA,具有标准的I2C总线接口,是应用广泛的小容量存储器之一。
图2.9AT24C02引脚图
上图是AT24C02的引脚图,这个芯片是一个8脚芯片,内部存储器有256字节。
引脚功能介绍如下:
A0(引脚1):
器件地址的A0位,是器件地址的最低位,器件地址排列是A6A5A4A3A2A1A0R/W。
A1(引脚2):
器件地址的A1位。
A2(引脚3):
器件地址的A2位。
GND(引脚4):
地线。
SDA(引脚5):
数据总线引脚。
SCL(引脚6):
时钟总线引脚。
TEST(引脚7):
测试引脚。
Vcc(引脚8):
电源线引脚。
本设计采用掉电存储电路图如下:
图2.10掉电存储电路
2.3.5时钟电路
MCS-51单片机的各功能部件都是以时钟控制信号为基准,内部电路在时钟信号的控制下,严格地按时序执行指令进行工作,单片机本身如同一个复杂的同步时序电路,为了保证其各个部分同步工作,电路要在唯一的时钟信号控制下,严格地按照时序进行工作。
其实只需在时钟引脚连接上外围的定时控制元件,就可以构成一个稳定的自激振荡器。
为更好地保证振荡器稳定可靠地工作,谐振器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。
本设计中使用的振荡电路,由12MHZ晶体振荡器和两个约30PF的电容组成,在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体,电容的大小不会影响振荡频率的高低。
在整个系统中为系统各个部分提供基准频率,以防因其工作频率不稳定而造成相关设备的工作频率不稳定,晶振可以在电路中产生振荡电流,发出时钟信号。
如图2.11所示。
图2.11时钟电路
2.3.6按键电路
按键控制电路中,单片机的P1.0管脚接启动/停止按键,通过软件编程,当按下按键计数器开始工作,开始计价;
当弹起按键时,计数器停止工作,停止计价,启动/停止按键带自锁功能。
按下启动按键,开关处于导通状态,这时给P1.0送低电平信号,这时TR0=1,计数器开始工作,调用计价子程序开始计价。
清零按键接单片机的P1.3管脚,按下清零按键,P1.3为低电平,调用清零子程序,用于将显示数据清零,在程序中给各位赋0代码(0x3f),以达到清零的目的,方便下次计价。
另外为功能键,控制价格调整,这个按键是在没有按下启动/停止按键时有作用,计价过程中无效。
图2.12按键电路
第3章系统软件设计
3.1软件总体设计
51单片机的程序设计语言主要有两种:
一是汇编程序设计;
二是C语言编程设计。
两种程序设计语言都有各自的优点。
用汇编语言编写和高级语言(C语言)比较起来节省空间,这样对于存储空间仅4Kb的芯片来说是极之有利的,51单片机能更高速的运行。
C语言编写的程序,虽然不象汇编那样速度快、但程序简单易行、并且需要较小的存储空间。
C语言作为一种编译型程序设计语言,它兼顾了多种高级语言的特点,并具备汇编语言的功能。
此外,C语言程序还具有完善的模块程序结构,从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。
因此,使用C语言进行程序设计已成为软件开发的主流。
本设计就是采用C语言编写的,由于采用模块化操作,使得程序在修改,执行的时候显得方便易行。
3.2系统程序设计
本设计中,软件设计采用模块化操作,利用各个模块之间的相互联系,在设计中采用主程序调用各个子程序的方法,使程序通俗易懂,我们设计了整体程序流程图。
在main函数编写开始,要进行初始化,包括对系统初始化和对存储器初始化,要对硬件设备进行初始化,并使硬件处于就绪状态。
通过判断是否计费,调价,清零等状态,来分别调用不同的子程序,使程序在设计之前,就有了很强的逻辑关系。
这些对应于硬件就是通过按下各个控制开关,来分别进行不同的动作,最后数码管根据输入的信息,来显示不同的数据信息,这就达到了软件控制硬件,同时输入信息控制输出信息的目的。
整个程序的流程图如下:
图4.1系统程序流程图
第4章系统调试
系统调试包括软件调试和硬件调试。
硬件调试的任务是排除所焊接电路故障。
软件调试是利用开发工具进行在线仿真调试。
调试的一般过程如图4.1所示:
图4.1系统调试流程图
系统调试的一般过程是上电运行后观察其运行状态,数码管是否点亮等。
软件调试先是各个模块、各个子程序分别调试,最后进行系统联机调试。
4.1软件调试
4.1.1编程工具—C51语言
8051单片机的应用程序设计,使用C51语言进行程序设计虽然相对于汇编语言代码效率有所下降,但可以方便地实现程序设计模块化,代码结构清晰、可读性强,易于维护、更新和移植,适合较大规模的单片机程序设计。
近年来,随着C51语言的编译器性能的不断提高,在绝大多数应用环境下,C51程序的执行效率已经非常接近汇编语言,因此,使用C51进行单片机程序设计已经成为单片机程序设计的主流选择之一。
4.1.2程序调试工具—KEIL
本设计的软件都是在KeilμVision7.5上进行编写,编译,调试以及运行操作。
4.1.3单片机仿真软件在线调试—PROTEUS
1.打开Proteus软件。
2.选择file菜单下的opendesign选项,找到所需的元器件,元器件上单击右键选中,再单击左键对其进行命名和赋值,接着在编辑器左边的一栏中,找出并绘制设计所要的各种元器件,按照电路图连接后并保存。
3.将用keil编译产生的hex文件下载到单片机中:
双击51单片机,在对话框中把保存过的hex文件打开,再单击确定。
4.单击左下角运行按钮,进行软件仿真调试,直到出现正确的结果。
下图为软件的仿真窗口图:
4.2系统仿真
下图是通过在KeilC中编译通过,并生成Hex文件,在PROTEUS中仿真通过的整体硬件原理图:
总结
在本次设计中,我们采用AT89S51芯片为核心器件,设计出了简单的出租车计价器,能够实现显示总金额和总里程,按键控制清零,调价。
选题后,我便开始复习单片机方面的知识,也查阅、搜索了很多相关资料,进行总体设计与具体设计,同时也学习仿真软件Protues和编程软件KeiC。
由于以前都采用汇编语言实现编程,对用C语言来实现单片机的编程不太习惯,花费了一些时间来熟悉C语言的编程。
在设计开始,要形成流程图,它可以使设计有一定的逻辑性与严密性,使得设计思路明确。
采用模块化的设计思想很重要,它方便编写、修改与调试,另外加上必要的注释,便于交流与理解。
这次毕业设计完成后,体会颇多,在学与做的过程中,取长补短,不断学习新的知识,吸取经验,达到进步的目的。
通过自身的努力以及相关图书资料的帮助,逐渐熟悉了KEIL、PROTEUS和C语言等软件的使用以及硬件检测过程中的一些小技巧。
本次设计我学习到不少单片机的知识,但由于自己的理论知识水平有限,实践知识和设计经验不足,在设计过程中难免存在一些问题。
恳请各位老师批评指正,以使我在以后的学习和实践中加以改进和提高。
程序源代码
#include<
AT89x51.h>
//#include<
stdio.h>
intrins.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
intxscode[6]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d};
//显示存储区
intzxscode[6]={0x1f,0x2f,0x37,0x3b,0x3d,0x3e};
//共阴显示片选码
intcodetab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
//共阴极数码
inti,j,flag;
ucharsec;
intkk=0;
//路程标志位
intjkk=0;
//费用
intjflag=0;
//费用标志位
intkflag=0;
//路程标志位
intzdflag=0;
//中断标志位
intkilo=0;
//路程
intdj=1;
//路程单价
intdjflag=0;
//路程单价biaozhiwei
sbitkey1=P1^0;
sbitkey2=P1^1;
sbitkey3=P1^2;
sbitkey4=P1^3;
sbitkey5=P3^4;
sbitSDA=P3^0;
//IIC引脚
sbitSCL=P3^1;
voiddelay()
{;
;
}
voiddelay1(xms)//延时程序子程序
{
uinti,j;
for(i=xms;
i>
0;
i--)
for(j=110;
j>
j--);
}
voidstart()//IIC开始位
{SDA=1;
SCL=1;
delay();
SDA=0;
voidstop()//IIC停止位
{
SDA=1;
voidrespons()//IIC应答位
uchari;
SCL=1;
while((SDA==1)&
&
(i<
250))
i++;
SCL=0;
voidinit()
SDA=1;
ucharread_byte()//从EEPROM读到MCU
uchari,j;
for(i=0;
i<
8;
i++)
j<
<
=1;
j|=SDA;
return(j);
}
voidwrite_byte(uchardate)//从MCU写到EEPROM
uchari,temp;
temp=date;
temp=temp<
1;
SDA=CY;
voidwrite_data(ucharaddr,uchardate)//在指定地址addr处写入数据date
start();
write_byte(0xa0);
respons();
write_byte(addr);
write_byte(date);
stop();
ucharread_data(ucharaddr)//在指定地址addr读取数据
uchardate;
write_byte(0xa1);
date=read_byte();
returndate;
voidxianshi()//显示程序子程序
for(flag=0;
flag<
6;
flag++)
{
P0=xscode[flag];
//送显示码
P2=zxscode[flag];
//送片选码
delay1
(2);
P0=0;
voidjijia()//计费子程序
if(kk<
=2)//计价方案
{jkk=4;
//起步价4元
kk=2;
elseif(kk>
2&
kk<
=35)
jkk=4+dj*(kk-2)+1;
35&
900)
jkk=4+2*dj*(kk-2)+1;
kflag=kk/100;
//路程百位
jflag=jkk/100;
//路费百位
xscode[2]=codetab[kflag];
xscode[5]=codetab[jflag];
kflag=kk/10;
//路程十位
jflag=jkk/10;
//路费十位
xscode[1]=codetab[kflag];
xscode[4]=codetab[jflag];
kflag=kk%10;
//路程个位
jflag=jkk%10;
//路费个位
if(kflag==0){kflag=2;
}//不足两公里时,显示两公里
xscode[0]=codetab[kflag];
xscode[3]=codetab[jflag];
voidqingling()
=5;
i++)//显示码清零
{xscode[i]=0x3f;
voidmain()//主程序
{init();
sec=read_data
(2);
if(sec>
100)
sec=0;
TL0=(65536-2)%256;
//计数值设置,记满两次产生中断
TH0=(65536-2)/256;
TMOD=0x06;
EA=1;
ET0=1;
TR0=0;
//关定时器
kilo=0;
qingling();
aa:
if(key1==0)//当键按下去,开始计费
{TR0=1;
//开计数