課程設(shè)計(jì)（論文）基于MCS51單片機(jī)出租車計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)

1、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)專業(yè)方向課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目名稱：基于mcs-51單片機(jī)的 出租車計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)專業(yè) 自動(dòng)化 班級 122班姓名 學(xué)號 201228102 學(xué)校：青島理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 指導(dǎo)教師：史賀男 2014年12月9日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱：微型計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)題目：基于mcs-51單片機(jī)的 出租車計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件要求：出租車計(jì)價(jià)按4公里起步費(fèi)為7元，每公里2元計(jì)費(fèi)，無等待計(jì)費(fèi)功能。要求每1s采樣一次，假設(shè)輪胎周長1米，使用中斷完成，費(fèi)用精度要求1元。顯示部分為led動(dòng)態(tài)顯示設(shè)計(jì)；并有鍵盤設(shè)計(jì)；硬件設(shè)計(jì)：1）最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)：at89c51單片機(jī)為本設(shè)計(jì)的控制器，包括外擴(kuò)rom，ram各32 m

2、（其大小由設(shè)計(jì)者自己設(shè)計(jì)），系統(tǒng)時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等構(gòu)成的最小系統(tǒng)；2）接口電路的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)者擴(kuò)展一個(gè)并行接口8155或8255，鍵盤設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)者根據(jù)需要設(shè)計(jì)鍵盤的數(shù)量，顯示采用led顯示，顯示電路也根據(jù)顯示的內(nèi)容設(shè)計(jì)；3）有開機(jī)顯示狀態(tài)（如顯示000000）；4）在完成基本設(shè)計(jì)功能同時(shí)可以增加功能。軟件設(shè)計(jì)： 1）主程序設(shè)計(jì)（包括初始化芯片，定時(shí)器，中斷以及sp指針等）； 2）各功能子程序設(shè)計(jì)，溫度采集計(jì)算子程序、鍵盤子程序顯示子程序設(shè)計(jì)，定時(shí)，中斷程序等；）其他要求：1、每位同學(xué)獨(dú)立完成本設(shè)計(jì)。2、依據(jù)題目要求，提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。3、設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路原理圖。調(diào)試系統(tǒng)硬件電路、功能程序。編制課程

3、設(shè)計(jì)報(bào)告書并裝訂成冊，報(bào)告書內(nèi)容（按順序）（1）報(bào)告書封面（2）課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的提出、分析（4）系統(tǒng)中典型電路的分析（5）系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖（6）系統(tǒng)電路原理圖（7）源程序（8）課設(shè)字?jǐn)?shù)不少于2000字成績評語摘要 本文是以mcs-51單片機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，通過霍爾傳感器檢測車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，生成計(jì)數(shù)脈沖，由mcs-51單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而計(jì)算出行駛距離，以及隨行駛距離變化而變化的收費(fèi)金額，通過多位數(shù)碼管顯示出來。由于51單片機(jī)內(nèi)部rom容量小，采用2764擴(kuò)展外部rom來存儲(chǔ)程序。本系統(tǒng)最大化地利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，操作方便。關(guān)鍵詞： 計(jì)價(jià)器，mcs-5

4、1, 霍爾傳感器，2764第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)61.1系統(tǒng)概述61.2系統(tǒng)原理分析6第二章 軟件部分62.1主程序的設(shè)計(jì)62.2定時(shí)器中斷程序的設(shè)計(jì)82.3外部中斷0的程序設(shè)計(jì)92.4外部中斷1的程序設(shè)計(jì)102.5數(shù)碼管顯示的程序設(shè)計(jì)10第三章 硬件部分123.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)及鍵盤模塊123.2 數(shù)碼管顯示模塊133.3 霍爾傳感器模塊133.4 外部存儲(chǔ)器模塊14第四章 輔助調(diào)試工具15總結(jié)16參考文獻(xiàn)17附錄一 程序代碼18附錄二 硬件電路圖23附錄三 pcb圖24 第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)概述根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求的性能指標(biāo)，本系統(tǒng)要滿足一定精度的價(jià)格計(jì)算的基本功能，同時(shí)系統(tǒng)還具有動(dòng)

5、態(tài)顯示當(dāng)前的計(jì)費(fèi)值的功能和鍵盤操作的功能。 1.2系統(tǒng)原理分析 本文以mcs-51單片機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過霍爾傳感器對車輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行檢測。車輪軸上有一個(gè)小磁鋼，車輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，磁鋼靠近一次霍爾傳感器，傳感器輸出一個(gè)脈沖。單片機(jī)通過t1計(jì)數(shù)器對該脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并根據(jù)輪胎周長計(jì)算行程，再根據(jù)計(jì)價(jià)規(guī)則算出計(jì)費(fèi)值，通過數(shù)碼管顯示，計(jì)費(fèi)精度達(dá)到1元。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，性能穩(wěn)定，能夠通過單片機(jī)靈活編程進(jìn)行各種功能的設(shè)定和修改。根據(jù)本課題的設(shè)計(jì)目標(biāo)以及硬件的特點(diǎn)，本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖所示。第二章 軟件部分2.1主程序的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路: 主程序主要執(zhí)行定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中斷的初始化，以及對數(shù)碼管進(jìn)行掃描顯示。首先開

6、中斷，包括定時(shí)器0中斷、外部中斷0和1；然后配置外部中斷觸發(fā)模式，以及定時(shí)器初值；最后掃描顯示數(shù)碼管。其中，由于計(jì)數(shù)器每次返回計(jì)數(shù)值不確定，為了準(zhǔn)確地工作，定時(shí)器與計(jì)數(shù)器均工作在方式一模式，外部中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。晶振頻率為12mhz，定時(shí)器0每次重裝值為65536-5000，即每次定時(shí)器中斷計(jì)時(shí)為5000*12/(12mhz)=5ms. 流程圖：程序代碼：ie=0x8f;/開中斷tmod=0x51;th0=(65536-5000)/256;/定時(shí)器初值為60536，即5mstl0=(65536-5000)%256;it0=1;it1=1; / 中斷定時(shí)器初始化while(1)while

7、(z=1) / 未檢測到開始按鍵之前顯示0jg(0); while(z=0) / 開始之后數(shù)碼管顯示當(dāng)前計(jì)費(fèi)值qjg(q);2.2定時(shí)器中斷程序的設(shè)計(jì)t0作為定時(shí)器開中斷，進(jìn)入中斷首先執(zhí)行定時(shí)器初值的重裝，然后判斷計(jì)費(fèi)器是否處于計(jì)費(fèi)狀態(tài)，從而決定是否向th1和tl1取回計(jì)數(shù)值，計(jì)算總行程以及當(dāng)前計(jì)費(fèi)值并存入單片機(jī)。總行程與當(dāng)前計(jì)費(fèi)值分別記為zong和q. 計(jì)算方法根據(jù)設(shè)計(jì)要求得到，起步價(jià)為4km 7元，以后2元/km，要求精度為1元，所以程序?yàn)槊?00m計(jì)費(fèi)1元。流程圖：t0中斷程序否清空計(jì)數(shù)器并返回主函數(shù)計(jì)算總行程與計(jì)費(fèi)金額是是否到采樣時(shí)間是否是否暫停重裝定時(shí)器初值程序代碼：static n

8、um=0;th0=(65536-5000)/256;tl0=(65536-5000)%256;/定時(shí)器初值重裝為60536num+;if(flag=0) /若flag為0，則按下了暫停鍵，此時(shí)每次定時(shí)器時(shí)間到計(jì)數(shù)器清零th1=0;tl1=0;if(num=2)&flag) /若flag為1,且定時(shí)器時(shí)間到采樣時(shí)間，為了更靈敏地顯/示計(jì)費(fèi)，掃描周期設(shè)定為2個(gè)中斷周期num=0;shu=th1*256+tl1;zong=zong+shu; / 定時(shí)器數(shù)值存入zongth1=0;tl1=0; / 計(jì)數(shù)器清零if(zong=4000)q=(zong-4000)/500+7; /若果zong大于起步公里

9、數(shù)（4km）進(jìn)行此步計(jì)算價(jià)格2.3外部中斷0的程序設(shè)計(jì)外部中斷0用于檢測按鍵“開始/暫?！??！伴_始”被按下表示計(jì)價(jià)器從非計(jì)費(fèi)狀態(tài)轉(zhuǎn)為計(jì)費(fèi)狀態(tài)或暫停，此時(shí)計(jì)數(shù)器與定時(shí)器均為開通狀態(tài)。程序代碼：flag=!flag; /按下一次開始，再次按下取反z=0;tr0=1;/定時(shí)器開通tr1=1;/計(jì)數(shù)器開通2.4外部中斷1的程序設(shè)計(jì)外部中斷0用于檢測按鍵“復(fù)位”?！皬?fù)位”被按下表示計(jì)價(jià)器從計(jì)費(fèi)狀態(tài)轉(zhuǎn)為非計(jì)費(fèi)狀態(tài)或保持非計(jì)費(fèi)狀態(tài)，總行程（zong）與計(jì)費(fèi)值(q)回到初值，關(guān)閉定時(shí)器與計(jì)數(shù)器，清空計(jì)數(shù)值。程序代碼：z=1;/非計(jì)費(fèi)狀態(tài)flag=0;q=7;zong=0;tr0=0;/關(guān)閉定時(shí)器tr1=0;/

10、關(guān)閉計(jì)數(shù)器tl1=0;th1=0;2.5數(shù)碼管顯示的程序設(shè)計(jì)此系統(tǒng)采用數(shù)碼管顯示，因此需要計(jì)算每一位的顯示值。這里采用多位數(shù)碼管，每次只能顯示一位，為了讓多位數(shù)碼管看起來都亮，程序必須高速掃描顯示，由于人的視覺暫留效應(yīng)，會(huì)看起來多位數(shù)碼管都亮了。值得注意的是，隨著程序運(yùn)行，同一位的顯示值會(huì)變，這體現(xiàn)在數(shù)碼管段的亮滅上，為了不使顯示不清晰，下次點(diǎn)亮之前必須先關(guān)閉該位，即不顯示。程序代碼：sbit l1=p36;/千位 sbit l2=p34;/百位sbit l3=p31;/ 十位sbit l4=p30;/個(gè)位#define com1 l1=1;l2=0;l3=0;l4=0#define com2

11、 l1=0;l2=1;l3=0;l4=0#define com3 l1=0;l2=0;l3=1;l4=0#define com4 l1=0;l2=0;l3=0;l4=1#define com0 l1=0;l2=0;l3=0;l4=0/單個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮定義p1=taba%10;/最低位（個(gè)位）com4;/點(diǎn)亮個(gè)位delay(10);/延時(shí)com0;/關(guān)閉顯示p1=tab(a/10)%10 ;/十位com3;delay(10);com0;p1=tab(a/100)%10;/百位com2;delay(10); com0;p1=taba/1000;/千位com1;delay(10);com0;void

12、delay(uint b) / 延時(shí)函數(shù)uint x=110;for(x;x0;x-)for(b;b0;b-);第三章 硬件部分3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)及鍵盤模塊 80c51有兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)外中斷，兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)中斷，及一個(gè)串行中斷，并有4個(gè)8位并行輸入口。80c51內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但需要石英晶體和微調(diào)電容外接，本系統(tǒng)中采用12mhz的晶振頻率。由于80c51的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及時(shí)間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來源廣，應(yīng)用也很成熟，故采用來作為控制核心。80c51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 本系統(tǒng)包括晶振電路,復(fù)位電路，擴(kuò)展外部ro

13、m電路，鍵盤電路等，為了不使電路看起來過于混亂，這里采用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的方法代替連線。電路圖如下： 圖13.2 數(shù)碼管顯示模塊用數(shù)碼管顯示價(jià)格低廉且亮度高，很適合用于計(jì)價(jià)器顯示。圖中p1口（網(wǎng)絡(luò)編號b）用于顯示數(shù)碼管，接數(shù)碼管段選端。p3.0、p3.1、p3.4、p3.6（網(wǎng)絡(luò)編號c）接數(shù)碼管位選端。圖23.3 霍爾傳感器模塊霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關(guān)信號采集的有cs3020、cs3040等，這種傳感器是一個(gè)3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（oc）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是cs3020的外形圖，將有字面對準(zhǔn)自己，三根

14、引腳從左向右分別是vcc，地，輸出。圖3使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡單，只要在車輪轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。所以霍爾傳感器測速實(shí)際上是測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個(gè)方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。霍爾傳感器測速電路原理圖如下：圖4在仿真電路中，為了更清晰明了地展示計(jì)價(jià)器的工作，霍爾傳感器采樣的部分用一個(gè)模擬脈沖發(fā)生器代替了（見圖1），接p3.5/t1計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)通道。3.4 外部存儲(chǔ)器

15、模塊本系統(tǒng)擴(kuò)展8k rom, 用了一片2764以及一片地址鎖存器74ls373，其中使用地址線p0.0p0.7及p2.0p2.4，p0.0p0.7復(fù)用為數(shù)據(jù)線。單片機(jī)ea腳接地，程序存儲(chǔ)地址均為外部rom.地址范圍為：0000h1fffh擴(kuò)展原理圖如下:圖5第四章 輔助調(diào)試工具使用proteus輔助調(diào)試，可以直觀地看到程序及硬件電路的實(shí)現(xiàn)效果，設(shè)計(jì)者可以很方便地根據(jù)效果分析系統(tǒng)存在的問題，并找出解決方法，而且可以通過模擬測量儀器對電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。如圖所示：圖6圖7總結(jié)出租車已經(jīng)是城市交通的重要組成部分，從加強(qiáng)行業(yè)管理以及減少司機(jī)與乘客的糾紛出發(fā)，具有良好性能的計(jì)價(jià)器對出租車司機(jī)和乘客來說都是

16、很必要的。所以，我們小組進(jìn)行了出租車計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)。經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，出租車計(jì)費(fèi)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)全部完成，能按預(yù)期的效果進(jìn)行模擬汽車啟動(dòng)，停止，暫停等功能并能夠通過數(shù)碼管顯示車費(fèi)數(shù)目。即使這樣，在設(shè)計(jì)調(diào)試仍然存在一些問題，可能無法做到真正的實(shí)踐使用，還需要一些調(diào)整改正。這一段時(shí)間，經(jīng)過小組成員的努力，我們基本完成了初始設(shè)計(jì)目的，但在這個(gè)過程中我發(fā)現(xiàn)自己存在一些問題，那就是我平時(shí)學(xué)習(xí)積累遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在參與設(shè)計(jì)的過程中，有許多力不能及的地方，都是在上網(wǎng)學(xué)習(xí)后者組員幫助下才能完成。這說明了一點(diǎn)，書本上的東西真要實(shí)踐起來是完全不一樣的，在這方面我有很大的不足，實(shí)踐方面的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 雖然在這次設(shè)計(jì)

17、中我有很多的不足，但正是在這次設(shè)計(jì)中我學(xué)到了很多東西，通過這次設(shè)計(jì)不僅學(xué)會(huì)了如何去查找相關(guān)資料，更重要的是通過查找資料和翻閱書籍學(xué)到了不少知識(shí)，擴(kuò)大了知識(shí)面，提高了知識(shí)水平。經(jīng)過單元設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)鞏固了以前所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，自己真正認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，為以后的學(xué)習(xí)和工作提供了很多有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。通過這次設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了自己的動(dòng)腦能力和動(dòng)手能力，也提高了我思考問題、分析問題、解決問題的能力，更重要的是學(xué)會(huì)用工程化的思想來解決問題。這在以前的學(xué)習(xí)過程中是不曾學(xué)到的。并且這次設(shè)計(jì)還使我認(rèn)識(shí)到完整、嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)分析問題、解決問題的思想是多么的重要，只有擁有了科學(xué)的態(tài)度才能設(shè)計(jì)出有用的產(chǎn)品。參考文獻(xiàn)：單

18、片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第三版） 胡漢才 主編 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版） 清華大學(xué)電子學(xué)教研室組 編 閻石 主編自動(dòng)檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)（第三版） 張毅 張寶芬 曹麗 彭黎輝 編附錄一 程序代碼#includetypedef unsigned int uint;typedef unsigned char uchar;void delay(uint b);/ 延時(shí)函數(shù)聲明void jg(uint a); /價(jià)格數(shù)值拆分及顯示函數(shù) sbit l1=p36;sbit l2=p34;sbit l3=p31;sbit l4=p30;#define com1 l1=1;l2=0;l3=0;l4=0#de

19、fine com2 l1=0;l2=1;l3=0;l4=0#define com3 l1=0;l2=0;l3=1;l4=0#define com4 l1=0;l2=0;l3=0;l4=1#define com0 l1=0;l2=0;l3=0;l4=0/單個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮定義uchar code tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0x0f8,0x80,0x90 ;uchar z=1,flag=0;uint q=7,zong=0,shu=0;void main()ie=0x8f;tmod=0x51;tl0=(65536-5000)%256;th0=(65536-5000)/256;it0=1;it1=1; / 中斷定時(shí)器初始化while(z=1) / 未檢測到開始按鍵之前顯示0jg(0); while(z=0) / 開始之后數(shù)碼管顯示jg(q);void tt0(void) interrupt 1 /定時(shí)器中斷static num=0;th0=(65536-5000)/256;tl0=(65536-5000)%256;num+