基于AT89C51单片机的出租车计价器系统设计综述.docx
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基于AT89C51单片机的出租车计价器系统设计综述
课程设计（综合实验）报告
（2013--2014年度第2学期）
名称：
单片机与嵌入式系统课程设计
题目：
基于51单片机的出租车计价器设计
院系：
控制与计算机工程学院
班级：
测控1101班
学号：
1111160108
学生姓名：
李权
指导教师：
吕跃刚
设计周数：
一周
成绩：
日期：
2014年06月19日
一、课程设计的目的与要求
1．每三人一组，按学号排列分组。
2．每组同学可按题目自行合理分工合作完成，答辩时可分别负责回答其中一部分，如资料查询、总体设计、外围器件研究、传感器研究、电路设计、硬件制版图绘制、软件编程等。
3．每组课设只给出题目，而没有给出具体技术功能要求。
同学可以充分发挥、完善设计。
4．建议每组应有一个同学学习掌握protel99SE制版软件，并负责电路板设计。
5．建议认真查阅资料，多参考别人的成果，但设计的内容要有自己的独立见解。
6．课设报告按学校格式要求书写。
二、设计正文
1.1.1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1是80C51单片机的基本结构图
a.89C51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
89C51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
89C51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。
1.1.289C51的芯片引脚图
如图2所示
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。
图2
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AT89C51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。
1.1.3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
1.289C51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。
89C51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。
1.2.1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。
89C51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。
89C51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1所示：
表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。
1.2.2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。
1是中断开，0是中断关
ET2：
定时器/计数器2溢出中断位
EA：
CPU开/关中断控制位。
1是开中断，0是关中断
（2）中断优先级寄存器IP
表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。
89C51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。
89C51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。
1.2.3中断响应
89C51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。
89C51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中断源的中断服务程序入口地址
编号
中断源
入口地址
0
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。
89C51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。
1.3单片机定时器/计数器的使用
89C51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89C51的输入引脚的脉冲信号，则它是计数器。
89C51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。
1.3.1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6T/C的方式控制寄存器TMOD
GATE
C/T
M1
M0
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7M1和M0工作方式选择位
M1M0
方式
功能
00
0
为13位定时器/计数器，TL存低5位，TH存高8位
01
1
为16定时器/计数器，TL存低8，TH存高8位
10
2
常数自动装入的8位定时器/计数器
11
3
仅适用于T/C0，两个8为定时器/计数器
1.3.2定时器/计数器的初始化
（1）初始化步骤
在使用89C51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、计价器系统设计
2.1硬件设计
2.1.1整体硬件电路图
由上图我们可以看到，本电路控制核心是AT89C51芯片。
该方案我们采用动态显示的方法。
动态显示的优点是，它占用CPU的时间少，每次只把一个数据送到外部接口，虽然我们仿真看到的是全部数码管都亮着，那是因为动态显示的时间比较快，超过我们人眼的辨别能力。
若我们在仿真的时候暂停一下，就可以清楚地看到，时间单元和价格单元分别只显示一位。
静态显示，是每一个数码管不论在什么时候都点亮，占用CPU的时间很多。
按键主要控制系统的初始化、开始工作、数据锁存三项工作。
刚开始上电，则所有的数码管同时显示全0状态，当第一次按下开关，价格从起步价005.0元开始计费，等待是否超过三公里以及计算，时间单元则从00.00.00开始计时，一秒一秒往上加。
P0口作为数据总线口，分别把数据输送到4个74LS273地址锁存器中，而锁存器的工作需要等待脉冲的到来。
脉冲通过写地址有些端口p3.6和端口p2.0-p2.3经过或非门来产生。
只有当把数据送到外部接口时，p3.6口才为低电平，p2.0-p2.3用来控制到底是把数据送往哪一个锁存器。
算法公式是：
费用=起步价+（路程-3）×1.3
路程=速度×时间（速度恒定，60Km/h,也就是1Km/min）
若路程小于等于3，则收起步价5元，否则按费用公式算。
由于速度恒定，所以计算的核心是时间，只要判断时间超出2分钟，则费用公式就开始计算，每多出一公里，费用就加上1.5元，一分钟一公里来计算，因此本设计比较简单。
时间单元由单片机的定时器/计数器来计算，延时1ms时间的初值由程序来设定。
2.1.274LS273和74LS02简介
图2-274LS273管脚图
引脚功能：
74LS273是8位数据/地址锁存器。
74LS273是一种带清除功能的8D触发器，1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作8位地址锁存器。
引脚功能：
74LS02是四二输入或非门。
该芯片有四个或非门公选择，如1A或1B后，经过非门再输出，只有当输入的两个变量同时为0时，输出才为1。
具有缓冲倒相功能。
2.2软件设计
2.2.1模块介绍
该计费器系统的软件设计分为一下几个模块：
（1）主程序模块
在主程序模块中，需要完成对个接口芯片的初始化、出租车起步价和单价、中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。
另外，在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄存器、里程寄存器和价格寄存器，并对它们进行初始化。
然后，主程序将根据各标志寄存器的内容，分别完成启动、清除、计程和计价等不同的操作。
流程图如3-4所示。
当按下轻触开关时，开始对系统初始化，价格和时间都显示0、0，再次按下开关，时间单元开始计时，并计算时间是否超过2分钟，超过2分钟，则从第3分钟开始计费。
价格单元从起步价5.0元开始计费，每多一分钟，价格单元多加1.5元。
（2）显示子程序模块
由于显示是由显示时间子程序DIS1和显示价格子程序DIS组成的，时间由小时、分、秒三个单元组成，共六个数码管。
价格由元和角两个单元组成，最大可以显示999.9元。
2.2.2程序流程图
2.2.3汇编程序
ORG0000H；初始化段地址
LJMPMAIN；长跳转到主函数MAIN处
ORG000BH；TT0开始地址
LJMPTT0；长跳转到TT0处
ORG0030H；主函数开始地址，避开00—30敏感段
MAIN：
MOVSP,#40H；设堆栈底指针，下一个数据将放在41H单元
MOV70H,#60；价格单元的起步价
MOV71H,#00；价格单元的十位和百位
MOV72H,#00；秒单元清零
MOV74H,#00；时单元清零
MOV75H,#00；75H单元清零备用
CLR00H
CLR01H；将00H，01H单元清零
MOV6BH,#0AH；将0AH（既十进制10）放入6B单元
MOVR1,#76H；把76H放到R1中
KKK：
MOV@R1,#00H；将76H单元的内容清零
INCR1
DJNZ6BH,KKK；76H—7FH单元全部清零，备用
LCALLDIS；调用价格显示子程序
LCALLDIS1；调用时间显示子程序
MOVTMOD,#11H；定时器/计数器工作方式设置
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H；这句和上一句设置延时50ms
MOV6EH,#20；将6EH单元设置20，达到1s的延时
G2:
LCALLDIS；长调用价格显示子程序
LCALLDIS1；长调用时间显示子程序
JBP1.0,G2；开关没按下，等待按下，显示初始状态，全部为零
LCALLTIME1；调用TIME1延时子程序
JBP1.0,G2；开关没按下,跳到G2，否则转到下一步
G1:
LCALLDIS
LCALLDIS1
JNBP1.0,G1；开关按下，继续显示价格和时间，并转到中断
SETBEA；开中断
SETBET0；定时器0中断允许,向CPU申请中断
SETBTR0；定时器0工作允许
SETB01H；01H单元置位
LLL:
LCALLCHAI；调用现场保护子程序
LCALLDIS
LCALLJISUAN；调用计算子程序
LCALLDIS1
JBP1.0,G3；开关没按下，则返回
LCALLTIME1
JBP1.0,G3
CPL01H；01H单元此时为零
JNB01H,G5;01H；单元内容为0,跳到G5
SETBET0；定时器0中断允许,向CPU申请中断
G6:
LCALLDIS
LCALLDIS1
JNBP1.0,G6；开关按下，显示所走的时间及费用
LJMPMAIN；重新等待下一个工作状态
G5:
CLRET0
G4:
LCALLDIS
LCALLDIS1
JNBP1.0,G4
G3:
LJMPLLL
TT0:
CLRET0/*定时一秒*/
CLRTR0
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
SETBTR0
SETBET0
DJNZ6EH,JJJ
LCALLADD1
MOV6EH,#20
JJJ:
RETI
DIS:
MOV6DH,#06H/*价格显示子程序*/
MOVR0,#7AH
MOV6CH,#0FEH
HHH:
MOVDPTR,#0FDFFH//数据指针出口地址，低8位给P0口，高8给//位P2口
MOVA,6CH
MOVX@DPTR,A
MOVA,@R0
MOVDPTR,#TAB；查表首地址
MOVCA,@A+DPTR；查表值送A
MOVDPTR,#0FEF
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