单片机与嵌入式系统应用出租车计价器设计.docx
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单片机与嵌入式系统应用出租车计价器设计
单片机与嵌入式系统应用课程作业
出租车计价器设计
伍龙军05075机械设计及理论
2006年7月14日
摘要：
本文介绍了利用单片机AT89C52进行出租车计价器的设计的过程，简要介绍了DS1302涓流充电时钟保持芯片的原理与应用，并用Proteus软件仿真。
关键词：
出租车计价器，单片机，DS1302
1引言
随着生活水平的不断提高，越来越多的人在短距离出行时选择乘坐出租车，因此设计一个性能稳定、计费准确、功能强大、使用方便的计价器就成为了人们关心的问题。
本文对出租车计价器进行了初步的设计，现有功能基本能满足当前的需求。
2基本要求
（1）计价功能，在白天与夜间收费标准不同；
（2）时间显示及修改功能。
假设：
轮胎每转一圈为0.5m，价格为：
白天起价1公里5元，单价每公里1.4元；夜间起价1公里6元，单价每公里1.8元。
夜间为22：
00～次日06：
00前。
3硬件电路设计
3.1计价器总体硬件结构
计价器总体组成框图如图1所示。
3.2基本外围电路
基本外围电路包括晶振电路和复位电路。
晶振采用12MHz，方便计时。
由于在Proteus中找不到专用复位芯片，所以采用基本的上电与按钮复位电路。
如附录1中所示。
3.3各部分电路
下面介绍各部分电路的设计。
3.3.1计费电路
在实际应用中，常常使用霍尔传感器测距，轮胎每转一圈即发送一个方波。
为方便模拟，这里加入一个信号发生器代替霍尔传感器，用来产生汽车行驶产生的方波。
而且信号发生器产生的方波信号可以改变频率，就相当于改变了汽车的行驶速度。
再加入示波器后，非常便于观察。
采用单片机的T0计数器计数。
并将其设置为门控方式，当外部中断0的值为1时打开中断。
如电路图中所示，当计价开关闭合后，相当于将“空车”牌按下，从而打开T0计数器中断，从而当方波进入T0后即计数，使金额和里程增加。
当计价开关打开后，外部中断0接口的值变为0，又会引发外部中断0，此时调用清零程序，可将金额、里程等值复位。
3.3.2时钟及金额、里程显示电路
该设计采用两片6位8段LED显示器。
一片显示当前时间，格式为HH:
MM:
SS。
一片显示金额和里程，分别显示三位：
金额显示十元、元和角，里程显示十公里、公里、十分之一公里。
当未计费时不显示金额和里程。
考虑到实际情况，金额和里程均不会达到100，因此采用6位LED显示已足够。
整个显示过程采用轮流显示每一位的方式，由T1计时器计时，每4ms显示一位。
显示内容由P0口输出。
用2片2－4译码器74LS139，可将P2口低4位送出的内容译码为16个地址，这里采用其中的12个，代表12位LED的显示地址。
3.3.3按键电路
这里使用了3个按键，分别为：
设置按键、＋键、－键。
当未计费时即可使用这三个键设置时间。
按一下设置按键为设置小时，两下设置分钟，三下设置秒钟，第四下保存设置。
设置过程中设置指示灯点亮。
若在设置过程中开始计费，则设置不会被保存，且指示灯熄灭。
按键分别接入P2口的高3位，由外部中断1响应。
当按下按键后即触发外部中断1。
由于按键时间相对于单片机响应时间来说非常长，所以此时可根据P2口的高3位判断是哪个按键按下，再在中断程序中做出相应操作。
3.3.4DS1302芯片接口电路
DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM通过简单的串行接口与单片机进行通信。
实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。
DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：
（1）RES复位，
（2）I/O（数据线），（3）SCLK（串行时钟）。
时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。
DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。
DS1302是由DS1202改进而来，增加了以下的特性：
双电源管脚用于主电源和备份电源供应，Vcc1为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器。
它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。
下面将主要的性能指标作一综合：
实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力
◆31×8位暂存数据存储RAM
◆串行I/O口方式使得管脚数量最少
◆宽范围工作电压：
2.0～5.5V
◆工作电流：
2.0V时，小于300nA
◆读/写时钟或RAM数据时，有两种传送方式：
单字节传送和多字节传送（字符组方式）
◆
8脚DIP封装或可选的8脚SOIC封装（根据表面装配）
◆简单3线接口
◆与TTL兼容（Vcc=5V）
◆可选工业级温度范围-40度～+85度
◆与DS1202兼容
◆在DS1202基础上增加的特性：
−对Vcc1有可选的涓流充电能力
−双电源管用于主电源和备份电源供应
−备份电源管脚可由电池或大容量电容输入
−附加的7字节暂存存储器
DS1302的管脚排列及描述如下图及表所示
管脚描述:
X1,X2--32.768KHz晶振管脚
GND--地
RST--复位脚
I/O--数据输入/输出引脚
SCLK--串行时钟
Vcc1,Vcc2--电源供电管脚
该电路通过从DS1302芯片接收数据获取时间。
若时间为夜间（22：
00～次日06：
00前），则点亮夜间指示灯，并改变价格。
4程序设计
4.1总体程序框图
如图所示为总体程序框图
4.2子程序设计
子程序主要包括：
初始化程序INIT、读取时间程序RDTIME、写入时间程序WTTIME。
两个时间程序还需调用：
从DS1302读取数据的子程序RECEIVE、从DS1302发送数据的子程序SEND。
初始化程序INIT主要功能是将各项数据赋初值、开中断。
读取时间程序RDTIME则给控制字赋值，然后调用RECEIVE程序，再将返回的值分别保存到小时、分钟、秒钟。
最后根据小时对单价作出调整。
写入时间程序WTTIME则给控制字赋值，然后调用SEND程序分别将小时、分钟、秒钟保存到DS1302芯片中。
4.3中断程序设计
中断程序在整个程序中占有最重要到地位。
下面分别作介绍。
4.3.1计数器T0的中断程序
计数器T0的中断程序START框图如下。
在该程序中，接收到第一个脉冲后开始计算里程，将金额设置为起价5元。
之后每100个脉冲（50米）对里程做一次加法运算。
当脉冲数达到2000个（1公里）后开始对金额递增。
4.3.2外部中断0的中断程序
当计时开关断开后会触发外部中断0，从而调用中断程序CLEAR。
该程序将各项数据复位。
4.3.3外部中断1的中断程序
当没有计费且按下按键时触发外部中断1。
首先判断按下哪个键。
若按下设置键则改变设置类型。
按一次设置键，则设置小时；按两次则设置分钟；按三次设置秒钟；按四次则调用WTTIME程序将设置好的值写入DS1302芯片中。
若按下＋键，则判断设置类型，根据设置类型分别对小时、分钟、秒钟加一。
若按下－键，则根据设置类型分别对小时、分钟、秒钟减一。
4.3.4定时器T1的中断程序
定时器T1的中断程序即为显示程序。
该程序每4ms显示一位。
若没有处于设置时间状态，则每秒钟读取一次时间；否则不读取时间，只显示当前值，以便于对时间进行设置。
显示程序轮流对12位LED进行显示，并在适当地方加上小数点。
若没有计费，则不显示金额和里程。
流程图见下页。
5总结
该设计实现了计价器的基本功能。
若要进行扩展，可在以下方面进行考虑：
语音功能、打印功能、防作弊功能、IC卡的使用以及其它对系统的保护功能等。
通过这次设计，我对8051系列单片机的内部结构、存储空间有了更深入细致的了解，对汇编程序的编写及中断的应用更加熟练；通过对DS1302芯片、LED显示器和按键的使用，对接口技术对应用有了初步的认识。
希望今后通过努力，使自己对该课程知识及应用能达到熟练掌握直至精通的程度。
附录1：
电路图
附录2：
计价效果图（晚上时间21:
09:
10，公里数为8.4，价格为15.3）
附录3：
时间设置效果图（当前时间：
21:
24:
20，设置时间：
23:
37:
56）
附录4：
源代码
;*************************************
;出租车计价器程序
;05075，伍龙军
;2006.7.9-7.13
;************************************
;各项常量
;**********************************
PRICEEQU1FH;保存单价地址
PULSEEQU1EH;保存脉冲数的地址
TURNEQU1DH;显示轮换记录器，为12时显示小时十位，为11时显示小时个位，依次类推
RDTMEQU1CH;读取时间计数器，0.5秒钟读一次
SUMYUANEQU1BH;保存金额元（BCD码）地址
SUMJFEQU1AH;保存金额角和分（BCD码）地址
DISMEQU19H;保存路程公里数地址
DISFEQU18H;保存路程小数地址
TIMEHEQU17H;保存时间小时地址
TIMEMEQU16H;保存时间分钟地址
TIMESEQU15H;保存时间秒钟地址
BITCNTEQU14H;保存传输位的地址
CMDEQU13H;保存命令字的地址
RCVEQU12H;接收数据缓冲区的地址
SNDEQU11H;发送数据缓冲区的地址
SETTMEQU10H;设置时间
SPRICEEQU09H;保存起价地址
HOUR1EQU0FH;小时十位显示地址
HOUR0EQU0EH;小时个位显示地址
MIN1EQU0DH;分钟十位显示地址
MIN0EQU0CH;分钟个位显示地址
SEC1EQU0BH;秒钟十位显示地址
SEC0EQU0AH;秒钟个位显示地址
TENYEQU09H;金额十元显示地址
ONEYEQU08H;金额元显示地址
TENTHYEQU07H;金额角显示地址
TENMEQU06H;路程十公里显示地址
ONEMEQU05H;路程公里显示地址
TENTHMEQU04H;路程十分之一公里显示地址
DSIOBITP1.0;DS1302的数据传送总线地址
DSCLKBITP1.1;DS1302的时钟控制总线地址
DSRSTBITP1.2;DS1302的复位总线地址
LEDNTBITP1.7;夜晚指示灯
LEDSETBITP1.6;设置时间指示灯
STTMBITP2.5;设置按键口
STADDBITP2.6;时间增加按键口
STDECBITP2.7;时间减少按键口
;*********************************
;程序开始
;********************************
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0003H;外部中断0程序，清零
AJMPCLEAR
ORG000BH;T0中断程序，计价，计里程
AJMPSTART
ORG0013H
AJMPBUTTON;外部中断1程序，响应按键
ORG001BH;T1中断程序，显示
AJMPDISP
MAIN:
ACALLINIT
AJMP$
;**************************************************************************
;子程序
;******************************
;初始化程序
;设置初值，开中断
;******************************
INIT:
MOVSP,#30H;设置堆栈到用户RAM区
MOVDPTR,#TAB
MOVPRICE,#07H
MOVSPRICE,#05H
CLRLEDNT
CLRLEDSET
MOVSETTM,#4
MOVTURN,#12
MOVSUMYUAN,#0ABH;金额为0
MOVSUMJF,#0AAH
MOVDISM,#0ABH;路程为0
MOVDISF,#0AAH
MOVPULSE,#22
ACALLRDTIME;读取时间
MOVRDTM,#250;读取时间计数器初值
MOVTMOD,#00011101B;T1以方式1计时，非门控方式
;T0以方式1计数，门控方式
SETBTR0;T0采用门控方式
SETBIT0;外部中断0为边沿触发方式
SETBIT1;外部中断1为边沿触发方式
CLRP3.2
MOVTH1,#0F0H;4ms产生一次中断
MOVTL1,#060H
MOVTH0,#0FFH;第一个脉冲发生中断赋初值
MOVTL0,#0FFH
SETBEA;开CPU中断
SETBEX0;开外部中断0
SETBEX1;开外部中断1
SETBET0;开T0中断
SETBET1;开T1中断
SETBTR1;T1计时开始
RET
;******************************
;RDTIME读取时间程序
;从DS1302读取时间
;******************************
RDTIME:
MOVCMD,#85H;接收小时控制字#85H
ACALLRECEIVE
MOVTIMEH,RCV
MOVCMD,#83H;接收分钟控制字#83H
ACALLRECEIVE
MOVTIMEM,RCV
MOVCMD,#81H;接收秒钟控制字#81H
ACALLRECEIVE
MOVTIMES,RCV
MOVA,TIMEH;判断时间，
;若在6点之前或22点之后，价格改变
CJNEA,#06H,$+3
JNCSKIP6
MOVPRICE,#09H;6点之前
MOVSPRICE,#06H
SETBLEDNT
AJMPNIGHT
SKIP6:
CJNEA,#22H,$+3
JCDAY
MOVPRICE,#09H;22点之后
MOVSPRICE,#06H
SETBLEDNT
AJMPNIGHT
DAY:
MOVPRICE,#07H;白天
MOVSPRICE,#05H
CLRLEDNT
NIGHT:
RET
;********************************
;WTTIME写入时间程序
;将调整的时间输入DS1302
;*******************************
WTTIME:
MOVCMD,#84H;发送小时控制字#84H
MOVSND,TIMEH
ACALLSEND
MOVCMD,#82H;发送分钟控制字#82H
MOVSND,TIMEM
ACALLSEND
MOVCMD,#80H;发送秒钟控制字#80H
MOVSND,TIMES
ACALLSEND
RET
;********************************
;从DS1302读出数据的程序
;*******************************
RECEIVE:
CLRDSRST;复位引脚为低电平,所有数据传送终止
NOP
CLRDSCLK;清时钟总线
NOP
SETBDSRST;复位引脚为高电平，逻辑控制有效
NOP
MOVA,CMD;准备发送命令字节
MOVBITCNT,#8;命令字节为8位
RB0:
RRCA;将最低位传送给进位位C
MOVDSIO,C;位传送至数据总线
NOP
SETBDSCLK;时钟上升沿，发送数据有效
NOP
CLRDSCLK;清时钟总线
DJNZBITCNT,RB0;位传送未完毕则继续
NOP;准备接收数据
CLRA;清累加器
CLRC;清进位位C
MOVBITCNT,#8;接收位数为8位
RB1:
NOP
MOVC,DSIO;数据总线上的数据传送给C
RRCA;从最低位接收数据
SETBDSCLK;时钟总线置高
NOP
CLRDSCLK;时钟下降沿接收数据有效
DJNZBITCNT,RB1;接收未完成则继续
NOP
CLRDSRST;逻辑操作完毕，清RST
MOVRCV,A;接收到的完整数据字节
;放入接收数据缓冲区
RET
;*******************************
;向DS1302写入数据的程序
;******************************
SEND:
CLRDSRST;复位引脚为低电平,所有数据传送终止
NOP
CLRDSCLK;清时钟总线
NOP
SETBDSRST;复位引脚为高电平，逻辑控制有效
NOP
MOVA,CMD;准备发送命令字节
MOVBITCNT,#8
SB0:
RRCA
MOVDSIO,C
NOP
SETBDSCLK
NOP
CLRDSCLK
DJNZBITCNT,SB0
NOP
MOVA,SND;准备发送数据，过程与上面相同
MOVBITCNT,#8
SB1:
RRCA
MOVDSIO,C
NOP
SETBDSCLK
NOP
CLRDSCLK
DJNZBITCNT,SB1
NOP
CLRDSRST
RET
;************************************************************************
;以下为中断程序
;********************************
;T0的中断程序
;来一个脉冲记一次数
;*******************************
START:
MOVTH0,#0FFH;每100个脉冲（50米）计一次
MOVTL0,#09CH
MOVSETTM,#4
CLRLEDSET
MOVA,PULSE
CJNEA,#22,NEXT;价格初始化
MOVSUMYUAN,SPRICE;起价
MOVSUMJF,#00H
MOVDISM,#00H;路程为0
MOVDISF,#00H
MOVPULSE,#21
AJMPSKIPCT
NEXT:
MOVA,DISF;每100个脉冲增加50米
ADDA,#5
DAA
MOVDISF,A
MOVA,DISM
ADDCA,#0
DAA
MOVDISM,A
DJNZPULSE,SKIPCT;未到1公里（20*100个脉冲）不计费
MOVA,SUMJF;计算角和分
ADDA,PRICE;加7分钱，夜间加9分
DAA;调整为BCD码
MOVSUMJF,A;保存
MOVA,SUMYUAN;计算元
ADDCA,#0;加进位
DAA;调整
MOVSUMYUAN,A;保存
MOVPULSE,#1
SKIPCT:
RETI
;********************************
;外部中断0中断程序
;将金额和路程清零
;********************************
CLEAR:
MOVSETTM,#4
MOVSUMYUAN,#0ABH
MOVSUMJF,#0AAH
MOVDISM,#0ABH
MOVDISF,#0AAH
MOVPULSE,#22
MOVTH0,#0FFH;第一个脉冲发生中断赋初值
MOVTL0,#0FFH
RETI
;*********************************
;外部中断1程序BUTTON
;按键程序，判断是哪一个按键按下，并作出相应设置
;********************************
BUTTON:
MOVA,P2
ANLA,#0E0H;取P2的最高三位
CJNEA,#0C0H,SETAD;第5位为0时为设置键
DJNZSETTM,ST;若按到第4为设置时间成功
CLRLEDSET;设置灯熄灭
ACALLWTTIME;设置时间
MOVSETTM,#4
AJMPSKIPST
ST:
SETBLEDSET;按1次为小时设置，2次为分钟设置，
;3次为秒钟设置
AJMPSKIPST
SETAD:
CJNEA,#0A0H,SETDE;第6位为0时为增加键
MOVA,SETTM
CJNEA,#3,ADDM;为3时设置小时
MOVA,TIMEH
INCA
DAA
CJNEA,#24H,HLT24
MOVA,#0
HLT24:
MOVTIMEH,A
AJMPSKIPST
ADDM:
CJNEA,#2,ADDS;为2时设置分钟
MOVA,TIMEM
INCA
DAA
CJNEA,#60H,MLT60
MOVA,#0
MLT60:
MOVTIMEM,A
AJMPSKIPST
ADDS:
CJNEA,#1,SKIPST;为1时设置秒钟
MOVA,TIMES
INCA
DAA
CJNEA,#60H,SLT60
MOVA,#0
SLT60:
MOVTIMES,A
AJMPSKIPST
SETDE:
MOVA,SETTM;第7位为0时为减少键
CJNEA,#3,DECM
MOVA,#99H
ADDA,TIMEH
DAA
CJNEA,#99H,HGT0
MOVA,#23H
HGT0:
MOVTIMEH,A
AJMPSKIPST
DECM:
CJNEA,#2,DECS
MOVA,#99H
ADDA,TIMEM
DAA
CJNEA,#99H,MGT0
MOVA,#59H
MGT0:
MOVTIMEM,A
AJMPSKIPST
DECS:
CJNEA,#1,SKIPST
MOVA,#99H
ADDA,TIMES
DAA
CJNEA,#99H,SGT0
MOVA,#59H
SGT0:
MOVTIMES,A
SKIPST:
RETI
;********************************
;T1的中断程序
;轮流显示LED每一位
;******
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