出租车计价器的设计Word文档下载推荐.docx

1、按下停止按键，停止计费，LCD液晶显示所走里程和乘客所需付总金额结束此次服务。1.3 论文主要工作概述（1）了解题目的背景；（2）明确系统的方案选择，查阅相关资料明确设计要求；（3）依据设计要求选择合适的控制器；（4）学习相关芯片；（5）设计原理框图；（6）在Proteus制作对应的硬件系统；（7）测试每部分硬件系统的正确性；（8）绘制程序流程图；（9）编译程序并在Keil C中调试；（10）在Proteus环境下进行仿真测试直到成功。2 系统硬件设计2.1 方案选择主控电路的选择方案一：采用数字电路控制。将传感器输出的脉冲信号，经过放大整形作为移位寄存器的脉冲，实现计价，但是考虑到这种电路过

2、于简单，性能不够稳定，而且不能调节单价，电路不够使用。方案二：采用单片机控制。利用单片机丰富的I/O端口，以及控制的灵活性，实现基本的里程计价功能和价格调节。这种设计价格便宜，可扩展的功能强大，人机界面丰富1。2.2 系统框图如图2.1为出租车计价器的整个设计框图，主要由五部分电路组成：主控部分、显示部分、传感器部分、输入部分、其他部分。 图2.1出租车计价器系统框图（1） 主控部分控制器不仅是处理数据的核心部位，而且还是控制各部分如何工作的部件。这一部分我们选用的是AT89S52单片机。（2） 显示部分显示器件是直接接触乘客的器件，这一部分的好坏给乘客的印象最深刻，因此这一部分是提升品质的部

3、分。我们选用的是1602液晶。（3） 传感器部分传感器部分是公平的源头，如果传感器不稳定直接导致计价的不准。这样很容易引起司机与乘客之间的纠纷。因而传感器的设计选择尤为重要。（4） 输入部分输入部分较上面两个部分来说较为简单和次要，输入部分主要是完成计价开始与结束的功能。（5） 其他部分其他部分主要是指器件的连接部分中间环节等。2.3 硬件电路设计本设计硬件组成主要包括：AT89S52单片机、显示电路、复位电路、时钟电路、按键电路、A44E霍尔传感器。2.3.1 AT89S52主要性能参数（1）与MCS-51单片机产品兼容（2）8K字节在系统可编程Flash闪速存储器（3）1000次擦写周期（

4、4）全静态操作：0Hz24MHz（5）三级加密程序存储器（6）32个可编程I/O口线（7）三个16位定时器/计数器（8）八个中断源（9）全双工UART串行通道（10）低功耗空闲和掉电模式（11）掉电后中断可唤醒（12）看门狗定时器（13）双数据指针（14）掉电标识符2.3.2 AT89S52 功能特性概述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于党规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Fla

5、sh，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。（1） AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位 I/O 口线。如图2.2AT89S52引脚图，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计图2.2 AT89S52引脚图数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结单片机一切工作停止，直到下一个中断或

6、硬件复位为止。（2） AT89S52的内部组成AT89S52内部有8个部件组成，即CPU、时钟电路、数据存储器、串行口、并行口（P0P3）、定时计数器和中断系统，它们均由单一总线连接并被集成在一块半导体芯片上，即组成了单片微型计算机，AT89S52就是MCS-51系列单片机中的一种。如图2.3。图2.3 单片机组成框图1CPU中央处理器中央处理器是AT89S52的核心，它的功能是产生控制信号，把数据从存储器或输入口送到CPU，或将CPU数据写入存储器或送到输出端口。还可以对数据进行逻辑和算术的运算。2时钟电路AT89S52内部有一个频率最大为33MHz的时钟电路，它为单片机产生时钟序列，但需要

7、外接石英晶体做振荡器和微调电容调整频率。3内存内部存储器可分做程序存储器和数据存储器，AT89S52内部集成了8K的ROM和256RAM 。4定时/计数器AT89S52有两个16位的定时计数器，每个定时器和计数器都可以设置成定时的方式和计数的方式，但只能用其中的一个功能，以定时或计数结果对计算机进行控制。5并行I/O口MCS-51有四个8位的并行I/O口，P0，P1，P2，P3，以实现数据的并行输入输出。6串行口它有一个全双工的串行口，它可以实现计算机间或单片机同其它外设之间的通信，该串行口功能较强，可以作为全双工异步通讯的收发器，也可以作为同步移位器用。7中断控制系统AT89S52有六个中断

8、源，既外部中断两个，定时计数器中断三个，另外还有一个串行中断，全部的中断分为高和低的两个输出级。（3） AT89S52管脚介绍AT89S52的制作工艺为HMOS，采用40管脚双列直插式DIP封装参见图2.2引脚说明如下：VCC：电源。GND：接地。P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：

9、P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表2.1所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。表2.1引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.

10、5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK （在系统编程用）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在

11、flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表2.2所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。RET：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO

12、默认状态下，复位高电平有效。 ：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE仅在执行 MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个 ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。表2.2P3.0RXD（

13、串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，将不被激活。/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在flash编程期间，也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

14、XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89S52设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。经过计算和考虑，51系列的AT89S52即可满足我们所设计的产品。AT89S52不用像803

15、1一样外接存储器，节约了空间，提高了稳写性能，而且其内部资源正好可以满足存储要求，再高级的单片机一般多是用在比较精密麻烦的电器设计上，我们这里所设计的计价器是一个较为简单的控制系统，使用AT89S52就完全可以达到我们设计的要求，如果使用更高性能的单片机就会造成资源的浪费，所以我们选AT89S52作为我们的主机电路核心器件。2.3.3 霍尔传感器 里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器检测到的脉冲信号，送到单片机产生中断，单片机再根据程序设定，计算出里程。其原理如图2.4所示。图2.4 霍尔传感器计数原理框图霍尔传感器的工作原理霍尔传感器选用A44E集成传感器如图2.5所示。A44E集成霍尔开

16、关由稳压管A、霍尔电势发生器（即硅霍尔片）B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E这五个基本部分组成。在输入端施加输入电压Vcc，经稳压管施加后加在霍尔电势发生器的两端，根据霍尔效应原理，当霍尔处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则在于这两者相垂直的方向上将会产生霍尔电势差HV输出，该HV信号经放大器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。当施加的磁场图2.5 霍尔传感器A44E结构达到工作点时，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，通常这种状态为“开”。当施加的磁场达到释放点时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC门

17、输出高电压，这种状态为“关”2。这样通过两次电压变换，使霍尔开关完成一次开关动作见图2.6。 集成霍尔开关A44E的外形及接线如图2.7，图2.8所示。系统中选择P3.2口作为信号的输入端，采用外部中断0，车轮每转一圈（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，对脉冲计数，当计数达到1000次时，也就是1公里，单片机就控制将金额增加。图2.6 霍尔传感器A44E结构图2.7 外形 图2.8 接线2.3.4 显示电路的设计（1） 1602简介1602上的液晶板上排着若干 57 点阵的字符显示位,每个显示位可显示1个字符，每行 16位，有两行。其控制器内部有808位的RAM

18、缓冲区。模块内部的控制器常用的有11条控制指令，丰富的指令可以完成液晶的时序控制、工作方式设置和数据显示等。（2） 1602引脚说明：VSS为地电源VDD接5V正电源VO为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高。RS为寄存器选择，高电平选择数据寄存器、低电平选择指令寄存器。R/W为读写信号线，高电平进行读操作，低电平进行写操作。当RS和RW共同为低电平时（00）可以写入指令或者显示地址；当RS为低电平RW为高电平时（01）可以读入忙信号；当RS为高电平RW为低电平时（10）可以写入数据。E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。D0-D7为8位双

19、向数据线。1602液晶能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行） 1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如A。（3） 1602液晶指令1602通过D0-D7的8位数据端传输数据和指令。 显示模式设置：

20、（初始化） 0011 1000 0x38 设置162显示，57点阵，8位数据接口； 显示开关及光标设置：（初始化）详见表2.3表2.3指令码功能00001DCBD=1开显示D=0关显示C=1显示光标C=0不显示光标B=1光标闪烁B=0光标不闪烁000001NSN=1当读或写一个字符后地址指针加一，且光标加一N=0当读或写一个字符后地址指针减一，且光标减一S=1当写一个字符，整屏显示左移（N=1）或右移，以得到光标不移动而屏幕移动的效果S=0当写一个字符，整屏显示不移动 数据指针设置：数据首地址为80H，所以数据地址为80H+地址码（0-27H，40-67H） 其他设置：详见表2.4 （4）初始

21、化过程（复位过程） 延时15ms 写指令38H（不检测忙信号）延时15ms （以后每次写指令、读/写数据操作之前均需检测忙信号） 写指令38H：显示模式设置 写指令08H：显示关闭 写指令01H：清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置表2.4地址码01H显示清屏，数据指针=0，所有显示=002H显示回车，数据指针=0 （6）读操作时序图见图2.9图2.9 读操作时序图（7）写操作时序图见图2.10图2.10 写操作时序图2.3.5 复位电路的设计通过某种方式，使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。单片机的复位是由外部的复位电路电路实现的，复位电路通常采用上

22、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。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。当需要外部复位时，按下复位按钮即可达到复位目的。单片机的复位速度比外围I/O接口电路快。为了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时时间。图2.11 上电复位2.3.6 时钟电路的设计MCS-51系列的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

23、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的与单片机芯片靠近。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4，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。图2.12 时钟电路2.3.7 按键电路的设计按键控制电路中，单片机的P2.7管脚接启动/停止按键，通过软件

24、编程，上电时显示祝福词，通过按下启动按键来开始计价，LCD液晶开始显示消费金额和行驶里程；2.3.8 硬件设计说明单片机是单片机微型计算机的简称，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。对单片机的控制，其实就是对I/O口的控制，无论单片机对外界进行何种控制，或接受外部的何种控制，都是通过I/O口进行的。51单片机总共有P0、P1、P2、P3四个8位双向输入输出端口，每个端口都有锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。4个I/O端口都能作输入输出口用，其中P0和P2通常用于对外部存储器的访问。图2.13 按键电路（1）单片机的31引脚/EA接高电平，使用内部ROM。（2）C1,S1和R

25、1是复位电路，形成一阶电路中的RC电路。（3）C2 ,C3和X1（晶振）构成振荡电路，提供时钟信号。（4）P2.7接开始停止按钮。（5）P3.2接霍尔开关输出。在这次设计中，我用到P0口、P2口和P3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口得驱动能力较强。并用霍尔传感器产生脉冲信号8。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/停止按键等。当按下计价按键时，显示行驶里程和应付金额。我们可以方便地设计起步价格，单价，多少次脉冲加一次里程数，等待时间设置，等待时间加钱多少设置等。这是本次设计的优点，只要能看懂汉字就可以更改各项设置。本次设计是依据山西省物价局最新出版的太原市城市客运出租车运价调整标准：当乘客的行驶里程小于三公里时总价等于起步价；行驶里程等于或大于三公里后，总计与行驶里程的关系式为：总价=起步价+单价（总里程起步里程），进行计价。本设计中，起步价为8元，起步里程为3公里，当然这些数据可以在程序中很方便地改写，以满足不同时期价格调整的需要。 3 系统软件设计3.1 编程工具-C51语言AT89S52单片机的应用程序设计，使用C