基于AT89S51單片機(jī)的出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-2"\h\u136681.方案設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì)控制要求根據(jù)計(jì)程車在使用過程中對(duì)各項(xiàng)功能的需求，本文對(duì)計(jì)程車計(jì)程車進(jìn)行了系統(tǒng)的控制。1)可以對(duì)行車距離進(jìn)行計(jì)量，并對(duì)價(jià)格進(jìn)行計(jì)量。2)能夠以公里作為單位，以小數(shù)字的末尾數(shù)字來顯示距離。3)能夠以“元”為單位，以“元”為末尾的小數(shù)位。4)當(dāng)電源關(guān)閉時(shí)，可以對(duì)當(dāng)前設(shè)置的單位價(jià)格信息進(jìn)行存儲(chǔ)。5)能夠進(jìn)行日間/夜間的定價(jià)轉(zhuǎn)換。6)時(shí)間可以被顯示?？刂品桨高x擇方案一：采用數(shù)字電路控制。其原理框圖如圖1.1所示。采用傳感器件，輸出脈沖信號(hào)，經(jīng)放大整形作為移位寄存器的脈沖，實(shí)現(xiàn)計(jì)價(jià)[6]。圖1.1數(shù)字電路方案但由于該線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性差，價(jià)格不能調(diào)整，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不能隨氣候變化調(diào)整，因而不具有實(shí)用性。整個(gè)電路的規(guī)模很大，使用到的器件很多，這就導(dǎo)致了它的故障率很高，并且很難進(jìn)行調(diào)試。在進(jìn)行模式的切換時(shí)，必須使用到機(jī)械開關(guān)，但是使用時(shí)間長(zhǎng)了，就會(huì)導(dǎo)致接觸不良，從而不容易實(shí)現(xiàn)功能。第二種方法：使用MCU控制。利用單片機(jī)的豐富的I/O接口，以及它的靈活的控制，可以實(shí)現(xiàn)最基本的里程定價(jià)功能，以及價(jià)格調(diào)整、時(shí)鐘顯示等功能。它的示意圖見圖1.2。圖1.2單片機(jī)控制方案從上述兩種方法的對(duì)比中，我們發(fā)現(xiàn)，MCU方法具有更大的可控性，它的性能更好，所需要的硬件很少，再加上相應(yīng)的軟件，就可以輕易地完成所要完成的目標(biāo)，而且它具有很高的靈活性，可以用軟件程序來完成許多額外的功能。因此，本文選擇了后一種方法來解決該問題。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)這樣一個(gè)僅需要很少的器件就可以讓MCU很好地工作的系統(tǒng)叫做微控制器“最小化”或“微控制器”最小化應(yīng)用系統(tǒng)。在51系單片機(jī)中，單片機(jī)最基本的使用系統(tǒng)一般包括：復(fù)位電路、晶體電路、單片機(jī)。A1.AT89S51MCUAT89S51是一種高性能、低功耗的CMOSS位單片機(jī)，片內(nèi)含可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，此器件采用了ATMEL公司的非易失性存儲(chǔ)和高密度技術(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令操作系統(tǒng)及80C51的引腳結(jié)構(gòu)相兼容，在芯片內(nèi)還集成了ISPFlash存儲(chǔ)單元和通用的8位中央處理器，AT89S51單片機(jī)擁有十分強(qiáng)大的功能，它能夠?yàn)樵S多的嵌入式的控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高質(zhì)量、低成本的解決方案[1]。AT89S51具有以下特征：40個(gè)管腳，1個(gè)時(shí)鐘振蕩，1個(gè)WDT,2個(gè)全雙工信口，2個(gè)16位的編程時(shí)序機(jī)，2個(gè)中斷嵌套，2個(gè)中斷序列，32個(gè)輸入端，128個(gè)字節(jié)RAM,4K位的快閃存儲(chǔ)器。它的銷釘表示在圖2.1中。圖2.1AT89S51單片機(jī)引腳圖在本次設(shè)計(jì)中，我們所需要用到的管腳功能如下：VCC：電源。GND：接地。P0接口：一組8位的收集電流的雙向輸入和輸出接口，即地址/數(shù)據(jù)復(fù)用接口。當(dāng)訪問資料儲(chǔ)存或外接程式時(shí)，P0埠會(huì)將資料與低位八比特的位址進(jìn)行時(shí)間上的變換，并使其動(dòng)作內(nèi)拉電阻器動(dòng)作。P1接口：P1介面為8比特之雙路輸/輸介面，其輸出緩存器可同時(shí)對(duì)4部TTL進(jìn)行邏輯切換。在P1界面中，如果將“1”寫入P1界面，則上拉電阻會(huì)使其上升到更高的值，如果將其作為輸入界面，則會(huì)使其下降到更低的值，而將其上升到更高的值，則會(huì)使其上升到更高的值，如果將其作為輸入界面，則會(huì)使其下降到更低的值，而將其上升到上拉阻抗。P2接口：P2接口為8比特的雙向I/O接口，內(nèi)置有一個(gè)提升電阻，P2接口的輸出緩沖區(qū)能同時(shí)控制4臺(tái)TTL邏輯開關(guān)，當(dāng)P2接口中的“1”被輸入到P2接口中時(shí)，提升電阻將使得P2接口保持高水平，當(dāng)P2接口作為一個(gè)輸入接口時(shí)，因?yàn)樘嵘娮璧淖饔?，將外部信?hào)降低，使得P2接口出現(xiàn)提升。這個(gè)P2接口在對(duì)一個(gè)外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（16比特）或一個(gè)外部的程序存儲(chǔ)進(jìn)行存取時(shí)，將輸出高8比特的地址信息。如果對(duì)一個(gè)外部的資料儲(chǔ)存裝置（8比特）進(jìn)行存取，則P2寄存裝置中的資料在該存取過程中會(huì)被保存下來。P3接口：P3介面為8位之二路輸入/輸出介面，內(nèi)置升壓式阻抗，其輸出緩存器可同時(shí)操控四路TTL介面。在P3界面中，如果在界面中寫入“1”，則上拉電阻器將界面中的P3界面提升到最高，而當(dāng)界面作為界面時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生上拉電阻器，使界面中的界面往下運(yùn)動(dòng)，如此便構(gòu)成了上拉電阻器。P3端口除具備普通輸入輸出端口的功能之外，還具備在表2.1中所描述的第二個(gè)功能。表2.1P3口的引腳和功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0(外部中斷0)P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0(定時(shí)器0的外部輸入)P3.5T1（定時(shí)器1的外部輸入）P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)RST：重置端口，激活的高電平.XTAL1：一個(gè)內(nèi)部的反相放大器的輸入，是一個(gè)外部的水晶管腳.XTAL2：反相式放大器的輸出端子，是外部水晶的另一個(gè)端子。2.晶振（CrystalSystem）在MCU中，有一高增益的反向放大器，XTAL1是其輸入端，XTAL2是其輸出端。穿過這兩根管腳，把一個(gè)石英晶體振蕩器和兩個(gè)電容器（通常是30pF的容量）并聯(lián)到芯片的外面。從而形成了一個(gè)自激振蕩器。將振蕩電路中的脈沖進(jìn)行二除法處理，然后將二除法處理成三除法生成ALE信號(hào)，得到的就是機(jī)器循環(huán)信號(hào)。在圖2.2中示出了晶振電路。圖2.2晶振電路在以上3.2中，我選用的是11.0592MHz的晶體，之所以這么做，是為了得到更精確的通信波特率，由于它能夠精準(zhǔn)地分配時(shí)鐘頻率，與UART（通用異步接收器/發(fā)射器）量常見的波特率相關(guān)，特別是較高的波特率，不管有多么特殊的值，這種晶體都是很準(zhǔn)確的，而且還會(huì)被頻繁地使用。晶振片上接地電容被稱作其負(fù)荷電容，其工作模式一般為并聯(lián)諧振，也可視為諧振電容的一種。根據(jù)晶振生產(chǎn)廠商所給的晶振所要求的負(fù)荷能力進(jìn)行選取，即在其所給的負(fù)荷能力下測(cè)定晶振的頻率，以確保其頻率的精度。所以，在我們進(jìn)行一般的設(shè)計(jì)時(shí)，一般都選擇30pF，這兩個(gè)電容器的數(shù)值都是相同的，或者說沒有太大的差異，如果差異太大，就會(huì)造成共振不均衡，進(jìn)而造成停振，或者不起振[2]。3.復(fù)位電路上電重設(shè)（automaticreset）和按鍵重設(shè)（keyreset）是兩種最基本的重設(shè)操作[3]。如在圖3.3中描述的那樣，鍵被重新設(shè)置，即，當(dāng)鍵被按下“重置”時(shí)，切換鍵“重置”被斷開，電流流經(jīng)電阻器R1，從而使RST端子上的復(fù)位高電平發(fā)生，而鍵被重新設(shè)置。上電復(fù)位指的是在接通電源的那一剎那，電容器上的電壓由0到VCC（由于電流是通交流阻直流，因此在上電的那一剎那，電容器與短路相等），接著在RST端產(chǎn)生了一個(gè)高電平，由此完成了單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位。因?yàn)閂CC是穩(wěn)壓，所以電阻器變成了直流，VCC反過來給電容器充上電，使RST導(dǎo)線的高電平下降。由于儀表需要多次重置，因此在每一次重置時(shí)都需要關(guān)閉電源再打開重置，因此采用了按鈕重置的方式。按鍵復(fù)位電路原理：在單片機(jī)啟動(dòng)以后，電源給電容C1充電，RST引腳上的電壓趨于0，因此RST引腳上的電壓為低電平，此時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)是正常工作的，當(dāng)按下開關(guān)按鈕RESET時(shí)，開關(guān)RESET打開，電流就會(huì)流過電阻R1，并且在開關(guān)按下時(shí)，電容C1也會(huì)放出之前充的電量，此時(shí)R2端的電壓不是0，因此RST引腳上就會(huì)有高電平，此時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)復(fù)位。在圖2中可以看到。在3中描述了密鑰重置電路。圖2.3復(fù)位電路在前述2.3中，因?yàn)楸景l(fā)明使用MCU復(fù)位電路，使MCU復(fù)位為高電平，并且高電平需要保持大于10毫秒，所以，在該情況下，將電容C1設(shè)置為10uF，電容R2設(shè)置為10K。R2的功能是對(duì)重置的時(shí)間進(jìn)行控制，R2的電阻愈大，重置的時(shí)間愈久，如果沒有增加一個(gè)電阻，則整個(gè)線路都將保持在重置的狀態(tài)。想象一下，在實(shí)際生活中，當(dāng)你按下開關(guān)RESET時(shí)，因?yàn)殡娙輹?huì)快速放電，開關(guān)有可能會(huì)產(chǎn)生電火花，因此需要串聯(lián)一個(gè)1k的電阻，來保護(hù)觸點(diǎn)壽命[4]。里程計(jì)算、計(jì)價(jià)電路設(shè)計(jì)由裝有在車輪上的傳感器對(duì)出租車的行程進(jìn)行監(jiān)控，并將其發(fā)送到單片機(jī)，進(jìn)而進(jìn)行單價(jià)等信息的運(yùn)算。在分析了傳感器的工作原理后，我們認(rèn)為，磁性傳感器是最好的選擇，經(jīng)過詳細(xì)的對(duì)比，我們認(rèn)為霍爾（A44E）是最適合我們的計(jì)程車儀表。1.一種霍爾換能器霍爾傳感器以其優(yōu)異的抗熱性能、結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、線性和靈敏度高等優(yōu)勢(shì)，被視為一類以霍爾效應(yīng)為基礎(chǔ)的新型磁-電變換器。在列車運(yùn)行控制中，這是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。它對(duì)速度計(jì)提出了盡可能少的檢測(cè)時(shí)間，并具有較高的準(zhǔn)確度和較高的分辨能力?；魻柶骷膬?yōu)點(diǎn)是：防銹、防污、防震動(dòng)、工作頻段達(dá)到1MHz、功率消耗小、易于安裝、壽命長(zhǎng)、重量輕、體積小、構(gòu)造穩(wěn)固。就功能而言，霍爾器件分成霍爾線器件以及霍爾開關(guān)器件，其中，所述霍爾線器件提供了一個(gè)模擬的輸入端，而所述霍爾線器件提供了一個(gè)數(shù)字的輸入端。工作原理：A44E包括5個(gè)主要部件：OC柵極輸出部件E、施密特觸發(fā)部件D、差分放大部件C、霍爾電勢(shì)產(chǎn)生器b和A穩(wěn)壓器。該調(diào)整器利用霍爾效應(yīng)原理，將直流側(cè)的直流側(cè)與直流側(cè)的霍爾電位轉(zhuǎn)換為直流側(cè)，使直流側(cè)的交流側(cè)與交流側(cè)之間產(chǎn)生一個(gè)互相垂直的交流側(cè)，從而使交流側(cè)產(chǎn)生一個(gè)交流側(cè)的電場(chǎng)。經(jīng)過施密特的觸發(fā)器，兩種不同的電位被轉(zhuǎn)換為一種矩形的波形，并被送到OC門上。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到一定值后，該開關(guān)將產(chǎn)生一個(gè)較高的電壓，三極管將被打開，同時(shí)OC開關(guān)將產(chǎn)生較低的電壓，此時(shí)我們通常將該開關(guān)的情況稱為“開”。在電場(chǎng)的作用下，開關(guān)開關(guān)將產(chǎn)生一個(gè)較低的電壓，使三極管被關(guān)閉，這時(shí)OC開關(guān)也將產(chǎn)生一個(gè)較低的電壓，這時(shí)，我們通常叫它“關(guān)”?；魻栭_關(guān)的一次開關(guān)工作需要進(jìn)行兩次這樣的電壓開關(guān)。2.計(jì)算和監(jiān)控行駛距離在車輪上安裝一塊小的磁石，而在車輪的側(cè)面，則安裝一塊霍爾感應(yīng)器A44E，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，那塊小的磁石靠近霍爾感應(yīng)器A44E，就會(huì)被A44E接收，再被A44E接收，再被傳送到一個(gè)微處理器上，再經(jīng)過微處理器的處理，再傳送到監(jiān)視器上，就能計(jì)算出行駛的路程。其原理如圖2.4所示。霍爾傳感器霍爾傳感器89S51單片機(jī)P3.2車輪小磁鐵圖2.4傳感器測(cè)距示意圖檢測(cè)原理：為便于編程計(jì)算，我們使用了外部中斷0，因此，信號(hào)的輸入是P3.2接口，假定輪子的圓周為1米，由于輪子上裝有一個(gè)小磁鐵，因此輪子每次轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾傳感器A44E就會(huì)探測(cè)到一個(gè)信號(hào)，并輸出一個(gè)信號(hào)，由此造成單片機(jī)的干擾，接著對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，干擾一次就是走1米，干擾1000次就是走1公里，再由單片機(jī)的程序控制，自動(dòng)地把這個(gè)數(shù)字提高到1公里?；魻柛袘?yīng)器在小磁體附近時(shí)，會(huì)發(fā)出一個(gè)低電平的訊號(hào)，然后被單片機(jī)切斷，當(dāng)里程計(jì)數(shù)器把里程脈沖到1000次時(shí)，就會(huì)有一個(gè)程序，把目前的總數(shù)累積起來，把微型計(jì)算機(jī)送到里程計(jì)的中斷服務(wù)程序。在本方案中，要對(duì)當(dāng)前行車?yán)锍毯屠塾?jì)里程進(jìn)行累計(jì)運(yùn)算，并將計(jì)算結(jié)果保存到總里程和累計(jì)記錄儀上。數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)目前市面上主要有LED顯示和LCD顯示。LCD是液晶顯示器的簡(jiǎn)稱，有薄膜晶體管、超高頻晶體管、TFD、STN等幾種規(guī)格。TFT（ThinFilmTransistor）是一種薄膜晶體管，每個(gè)液晶象素點(diǎn)都是由集成在像素點(diǎn)后面的薄膜晶體管來驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)高速、高亮度、高對(duì)比度的顯示屏幕信息，是目前最好的LCD彩色顯示裝置，也是目前筆記本電腦和臺(tái)式機(jī)上的主流顯示設(shè)備。與STN相比，TFT具有色彩飽和性好、色彩還原性好、反差大、可見光清晰等優(yōu)點(diǎn)，但存在能耗大、造價(jià)高等問題。發(fā)光二極管是一種發(fā)光二極管，其英文名稱為“亮光照明”。LED的兩大用途是LED屏幕和LED單管，其中LED單管的用途是背光LED和紅外LED。LED顯示屏是將發(fā)光二極管通過排列并結(jié)合在一起形成的一種顯示設(shè)備，它采用了低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，不僅耗電少，可見范圍廣，還具有價(jià)格低廉、亮度高、故障少、使用壽命長(zhǎng)、角度大等優(yōu)點(diǎn)。LED與LCD相比，其最大的不同在于：①LED顯示器較LCD顯示器在亮度、刷新率、觀察角度和能耗上都有明顯的優(yōu)勢(shì)；此外，通過LED技術(shù)，我們也能使顯示器更清晰，更薄，更明亮；②發(fā)光二極管與液晶顯示器相比，節(jié)能效果更好，兩者的能耗比例約為1:10；③發(fā)光二極管的刷新率高于LCD，從而使發(fā)光二極管的圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于LCD；④由于LED的觀看角度可達(dá)到160度，因此，它不僅能顯示各種動(dòng)畫資料，彩色圖片，以及文本與數(shù)字，還能播放錄像帶，DVD,TV,VCD等彩色影像訊號(hào)；⑤LED屏幕上各元件的響應(yīng)速度也遠(yuǎn)高于液晶屏幕，約為液晶屏幕的1000倍，使其不但能在明亮的光線下清晰可見，還能在-40℃以下工作。簡(jiǎn)單來說，LED和LCD是兩種完全不同的顯示方式，LED屏幕采用的是LED屏幕，而LCD屏幕采用的是液體晶體。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)上要有單價(jià)（2位）、路程（2位）、總金額（3位）的顯示輸出，再加上另外擴(kuò)展的時(shí)鐘顯示（包括時(shí)分秒的顯示），如果使用LCD液晶斷碼顯示，在距離頻幕一米之內(nèi)就看不清楚，會(huì)對(duì)出租車司機(jī)和乘客的觀看造成干擾，不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，而且在白天其對(duì)比度也不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，因此使用了6位LED數(shù)碼管的分頻顯示。發(fā)光二極管顯示器是由一臺(tái)單芯片電腦的一種輸出設(shè)備，用發(fā)光二極管來顯示某一地區(qū)。單片機(jī)應(yīng)用系一般采用7段LED數(shù)碼管來做顯示器，由于其耗電低、配置靈活、線路簡(jiǎn)單、安裝方便、耐振動(dòng)、價(jià)格低廉且壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用[5]。在MCU的使用中，顯示器一般有兩種顯示模式，即：動(dòng)態(tài)掃描模式和靜止模式。為了儲(chǔ)存一個(gè)筆畫分割的字符代碼，每一個(gè)監(jiān)視器都要有一個(gè)單獨(dú)的，有鎖定的輸入和輸出介面，也就是一個(gè)靜態(tài)的監(jiān)視器。所以，若單片機(jī)使用靜態(tài)掃描的模式，CPU的代價(jià)較低，編程也較為簡(jiǎn)便，更易于進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，但其不足之處在于，它所需要的接口線較多，硬件電路也較為復(fù)雜，成本也較高。而動(dòng)態(tài)顯示，就是通過單片機(jī)依次輸出每一位數(shù)碼管的段選碼和與之相應(yīng)的位選控制信號(hào)，一位一位地輪流點(diǎn)亮各段數(shù)碼管。所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我將數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)如圖2.6所示。圖3.6數(shù)碼管顯示電路在上面2.6的數(shù)字管顯示電路中，數(shù)字管的A,B,C,D,E,F,G,DP是數(shù)字管的數(shù)據(jù)比特接口，我們把這些比特接口和單片機(jī)的P0,P0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4,P1.5，由于51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)的特殊性，P0端口是開放的（為了節(jié)約能源，我們的許多器件的額定電壓都是3.3V，而單片機(jī)的工作電壓都是5V，如果我們用5V的電壓來驅(qū)動(dòng)器件，會(huì)非常的不方便，因此，我們就打開了集電極，我們可以通過上拉電阻來設(shè)定器件的驅(qū)動(dòng)電壓。）無法正常地輸出邏輯電平，因此要做一個(gè)上拉電阻，用一個(gè)電阻把P0端口的輸出信號(hào)鉗位到高電平，使我們的數(shù)碼管能夠正常地顯示我們的數(shù)字信號(hào)。AT24C02掉電存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)存儲(chǔ)電路主要用于在停電時(shí)，對(duì)當(dāng)前設(shè)定的單價(jià)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，避免停電時(shí)，每次都需要對(duì)基礎(chǔ)信息進(jìn)行重新設(shè)置。在本計(jì)程儀的設(shè)計(jì)中，我使用了AT24C02單片機(jī)。AT24C02是一種具有256個(gè)8比特的2字節(jié)串行CMOSEEPROM，由于采用了CATALYST的先進(jìn)工藝，大大降低了設(shè)備的功率消耗。AT24C02有一個(gè)8字節(jié)的頁(yè)寫緩沖器，該器件是通過IIC總線接口進(jìn)行讀/寫操作的，還有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能[21]。圖2.7中顯示了它的插腳圖。圖2.7AT24C02管腳圖其各引腳的功能如表2.2所示。表2.2AT24C02的管腳功能管腳名稱功能A0、A1、A2器件地址選擇SDA串行數(shù)據(jù)/地址SLC串行時(shí)鐘WP寫保護(hù)VCC+1.8~6.0V工作電壓GND接地根據(jù)AT24C02各引腳的功能，將掉電存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)如圖2.8所示。圖2.8掉電存儲(chǔ)電路如上表2.7所示，由于WP的寫入保護(hù)是針對(duì)高電平的，所以把地址選擇端口A0,A1,A2連接到低電平，而WP也連接到低電平，如果連接到高電平，則無法對(duì)AT24C02進(jìn)行寫入。由于AT24C02需要與MCU相連，因此把SCL、SDA兩個(gè)通訊接口分別與MCU的P3.5、P3.6接口相連。由于SDA和SCL兩者都要求將5.1K的電阻器分別與正向電源（7）連接在一起，所以R7和R8是一個(gè)上拉電阻。按鍵電路的設(shè)計(jì)在由單片機(jī)構(gòu)成的小型系統(tǒng)中，有些功能要求具有人機(jī)交互性，按鍵是最常用的輸入方式。最常用的鍵盤線路大體上可以分為兩種：一種是直接一一對(duì)應(yīng)，另一種是動(dòng)態(tài)掃描矩陣對(duì)應(yīng)。一對(duì)一的直接連接就是一個(gè)按鈕和一個(gè)CPU的輸入口，這樣的電路很簡(jiǎn)單，并且每一個(gè)按鈕都只占據(jù)一個(gè)端口，在按鈕的數(shù)目很少，但是有更多的端口時(shí)，就可以直接用。矩陣式連接是將按鍵以行列矩陣的形式進(jìn)行安排，每行共用一根行線，每列共用一根列線，大大減少了端口的數(shù)目，因此可以滿足按鍵多，端口少的要求。根據(jù)出租車計(jì)價(jià)器應(yīng)具備的三種狀態(tài)，分別是：分屏顯示切換功能的開關(guān)、白天/晚上切換功能的開關(guān)、功能設(shè)定開關(guān)和中途等待開關(guān)。所以，我們使用了一一對(duì)應(yīng)的直接連接按鍵電路，并設(shè)計(jì)了4個(gè)開關(guān)按鍵，設(shè)計(jì)電路如圖2.9所示。圖2.9按鍵電路按鈕的多屏幕顯示。計(jì)程車在行車過程中，顯示屏僅顯示計(jì)程車的總價(jià)及單價(jià)，計(jì)程車抵達(dá)終點(diǎn)站后，按S1按鈕，分屏顯示行程。S2：函數(shù)設(shè)置鍵?？梢园聪逻@個(gè)按鈕來設(shè)置出則汽車計(jì)價(jià)器的功能。S3：晝夜開關(guān)開關(guān)。由于白晝與黑夜的單位價(jià)格是不同的，所以在值夜班的時(shí)候，就可以按這個(gè)按鈕來轉(zhuǎn)換單位價(jià)格。S4：等待啟動(dòng)。在遇到紅燈或交通堵塞時(shí)，請(qǐng)點(diǎn)擊這個(gè)按鈕，然后在中間開始等待付款。R1,R2,R3,R4是一個(gè)10K的上拉電阻，在我們的設(shè)計(jì)中，我們?cè)O(shè)置了一個(gè)上拉電阻，以避免鍵盤不敏感的現(xiàn)象，從而可以提高電路的驅(qū)動(dòng)電流，從而提高鍵盤的靈敏度。時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)1.DS1302簡(jiǎn)介DS1302是由美國(guó)DALLAS公司研制的一種具有高性能、低功耗等特點(diǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘器件，在其內(nèi)部添加了31Byte的內(nèi)存，使其能夠?qū)纹瑱C(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的時(shí)序和數(shù)據(jù)顯示。采用CPU和SPI三線連接方式，可進(jìn)行多位元組的即時(shí)通信和多位元組的隨機(jī)訪問。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以提供時(shí)、分、秒、日、年、月、星期，當(dāng)一個(gè)月的天數(shù)不足31天時(shí)，還可以自動(dòng)的進(jìn)行調(diào)節(jié)，并有閏年補(bǔ)償功能。它的工作電壓是2.5~5.5V，使用了兩種電源，一種是主電源，另一種是備用電源，它可以設(shè)置后備電源的充電方式，也可以增大對(duì)后備電源的充電能力。它的顯示方式（24個(gè)或12個(gè)小時(shí)）是通過對(duì)一個(gè)基準(zhǔn)位的時(shí)鐘操作來決定的。DS1302只需要3個(gè)I/O端子線（SCLK）、I/O數(shù)據(jù)線、RST（ReceiverReceiver）就可以與MCU以同步串聯(lián)的方式進(jìn)行通訊。DS1302在操作條件下的功耗很低，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)及時(shí)鐘信息的存儲(chǔ)時(shí)功耗小于1mW。DS1302在數(shù)據(jù)的采集方面，能夠做到將采集到的數(shù)據(jù)與顯示的時(shí)刻同步采集，這對(duì)采集一些特別重要的點(diǎn)位有著非常重要的幫助，因此，DS1302在我們的測(cè)試系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。DS1302的外部插頭視圖如圖2.10所示。圖2.10DS1302引腳圖DS1302各個(gè)引腳的功能為：VCC1：主電源。vcc2：備用。如果VCC2>0.2V，則通過VCC2將電力供給到DS1302，如果VCC2<0.2V，則通過VCC1將電力供給到DS1302；地球：地球；X1、X2：晶體振動(dòng)管腳，連接在32.768KHz上；串口時(shí)鐘，用于控制信號(hào)的輸入和輸出；I/O：在三個(gè)線路之間進(jìn)行兩路的資料傳輸；RST：為資料傳送而復(fù)位/晶片選取，將RST的輸入驅(qū)動(dòng)設(shè)定在高水準(zhǔn)。RST有兩種控制輸入量，第一種為RSTON邏輯控制，向移位寄存器中輸入命令序列和地址；第二，RST提供一種以一個(gè)或更多字節(jié)為結(jié)尾進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的方法。當(dāng)RST為高水平時(shí)，啟動(dòng)DS1302運(yùn)行的全部數(shù)據(jù)傳送。在發(fā)送過程中，如果RST在較低的電平，則會(huì)中斷此信息的發(fā)送，使其輸入、輸出插頭變?yōu)楦咦琛．?dāng)加電時(shí)，RST應(yīng)保持低于2.5V.只有當(dāng)SCLK在較低的級(jí)別時(shí)，RST才能被設(shè)定為較高級(jí)別。2.電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路一般由晶體振蕩器、晶振控制芯片、和電容組成，所以我們可以將時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)如圖2.11所示。圖2.11時(shí)鐘電路VCC1、VCC2接電源，DS1302的RST、SCLK、I/O接口與單片機(jī)的P3.4、P3.5、P3.6相連接，DS1302的時(shí)鐘電路所使用的晶振是一個(gè)32.768KHz的晶振，除了晶振以外，不需要附加其它的電容或者電阻電路。電源電路的設(shè)計(jì)由于單片機(jī)所需的工作電壓為+5V，而計(jì)價(jià)器的工作環(huán)境不是很好，要求有抗電磁干擾、抗潮濕、抗高低溫、抗振動(dòng)等能力，尤其是在電源上的干擾，例如在出租車啟動(dòng)時(shí)，由于電瓶充電、發(fā)動(dòng)機(jī)打火等操作，會(huì)造成輸入計(jì)價(jià)器的電源不能穩(wěn)定在+5V，因此，出租車提供的電壓為+12V，需要使用帶有濾波功能的電源穩(wěn)壓芯片7805使之得到穩(wěn)定的+5V輸出電壓，從而確保整個(gè)出租車計(jì)價(jià)器系統(tǒng)在額定電壓下正常工作。該設(shè)計(jì)線路如圖2.11所示。圖2.12電源模塊設(shè)計(jì)圖在上述3.12中，因?yàn)榈氖康能囕d電源為+12V，所以P1為+12V的電壓輸出，U1為7805穩(wěn)壓管，可以將+12V的電壓調(diào)整為+5V,C4為0.33uF,C5為0.1uF,C4為具有濾波器功能的匹配電容，C4為去耦（濾除輸入信號(hào)的干擾）,C5為旁路（濾除輸出信號(hào)的高頻噪音）。R1為10K，與D1串聯(lián)，它不僅是繼流的功能，最主要的功能還是起到電路保護(hù)的功能，LED也可以起到上電顯示的功能[10]。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)根據(jù)出租車計(jì)價(jià)器的功能，本次設(shè)計(jì)將系統(tǒng)劃分為主程序模塊、里程中斷程序模塊、定時(shí)中斷程序模塊、中途等待服務(wù)程序模塊、顯示子程序服務(wù)程序模塊、鍵盤服務(wù)程序模塊。主程序模塊本模組的內(nèi)容主要有：出租車啟動(dòng)的價(jià)錢及單價(jià)的初始化、各個(gè)接口芯片的設(shè)置、周期等待的設(shè)計(jì)、中斷向量的設(shè)計(jì)、開中斷的設(shè)計(jì)。此外，還必須將里程寄存器、價(jià)格寄存器和設(shè)置開始/刪除標(biāo)志寄存器設(shè)定和初始化。然后，由主控程式依據(jù)每個(gè)登記冊(cè)的資料，進(jìn)行不同的運(yùn)算，如價(jià)格，距離，清除，起動(dòng)等。主程序圖如圖3.1所示。圖3.1主程序流程圖里程計(jì)數(shù)中斷程序在路程運(yùn)算中斷業(yè)務(wù)程序中，每次車輪旋轉(zhuǎn)一圈（我們假定車輪的周長(zhǎng)是1米），霍爾切換器就會(huì)探測(cè)并發(fā)出一個(gè)訊號(hào)，使單片機(jī)停止工作，這樣就可以統(tǒng)計(jì)一個(gè)脈沖，若計(jì)值為1000，也就是1公里，則由單片機(jī)來控制該數(shù)目的增加，并將該數(shù)目傳送到相應(yīng)的顯示緩沖區(qū)域，再通過一個(gè)顯示子系統(tǒng)來進(jìn)行顯示。在下圖3.2所示的是一種用于計(jì)算里程的中斷業(yè)務(wù)。圖3.2里程計(jì)數(shù)中斷程序流程圖定時(shí)中斷服務(wù)程序在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，每100ms產(chǎn)生一次中斷，產(chǎn)生10次中斷即到1秒，將數(shù)據(jù)送至對(duì)應(yīng)的顯示緩沖單元，并調(diào)用顯示子程序?qū)崟r(shí)顯示[11]。下面的圖3.3中顯示了一個(gè)定時(shí)中斷服務(wù)的流程。圖3.3定時(shí)中斷服務(wù)程序流程圖中途等待服務(wù)程序如果霍爾探測(cè)器A44E在紅燈或交通堵塞等狀況下停止，而沒有探測(cè)到訊號(hào)，而單片機(jī)又不能計(jì)算出脈搏，這時(shí)，就可以按壓S4，激活芯片的定時(shí)器，如果定時(shí)器的時(shí)間是5分鐘，那么就會(huì)在目前的乘坐費(fèi)用上加上一次等待費(fèi)用，過了5分鐘，就會(huì)在一次乘坐費(fèi)用上加上一次等待費(fèi)用。當(dāng)中間的間隔期過去之后，你可以再次點(diǎn)擊S4，然后你就會(huì)回到你想要的價(jià)位。半程等待服務(wù)的過程如下圖3.3所示。圖3.4中途等待服務(wù)程序流程圖顯示服務(wù)子程序由于需要將金額、路程和時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行分屏顯示，因此需要使用里程價(jià)格顯示子程序（DP_DIS）、CP_DIS（金額價(jià)格顯示子程序）、時(shí)間時(shí)間顯示子程序（HMS_DIS）這3種顯示子程序。下面的圖表3.5中展示了一個(gè)業(yè)務(wù)流程。圖3.5顯示服務(wù)子程序流程圖鍵盤服務(wù)程序鍵盤服務(wù)程序被放置在一個(gè)主程序中，它是一個(gè)以詢問的方式出現(xiàn)的，在沒有按下按鈕的時(shí)候，它只會(huì)在主程序中執(zhí)行一個(gè)循環(huán)，如果有按鈕被按下，它就會(huì)進(jìn)入對(duì)應(yīng)按鈕下的一個(gè)子程序，完成之后，它又會(huì)回到主程序中繼續(xù)它的循環(huán)。鍵盤服務(wù)的步驟如圖3.6所示。圖3.6鍵盤服務(wù)程序流程圖系統(tǒng)仿真protues簡(jiǎn)介Protues的ISIS是一款Labcenter出品的一款用于電路模擬的系統(tǒng)，可以用來對(duì)IC和多種電路進(jìn)行模擬，還可以支持單片機(jī)模擬，其部件庫(kù)齊全，操作也很簡(jiǎn)單，對(duì)于我們同學(xué)來說，這是一個(gè)非常實(shí)用的單片機(jī)軟件模擬系統(tǒng)。這個(gè)軟件的特點(diǎn)是：①符合單片機(jī)的仿真需求，并且相對(duì)于其他類似的產(chǎn)品，具有非常明顯的優(yōu)點(diǎn)。②能進(jìn)行仿真，包括：仿真鍵盤、液晶顯示器、SPI調(diào)試器、IC調(diào)試器、RS-232動(dòng)態(tài)仿真、MCU系統(tǒng)仿真、數(shù)字與模擬電路仿真等，還能進(jìn)行仿真，還能進(jìn)行仿真信號(hào)發(fā)生器、示波器、邏輯分析裝置等。③目前支持的單機(jī)型有：68000系列，8051系列，AVR系列，PIC12系列，PIC16系列，PIC18系列，Z80系列，HC11系列等等。④可同時(shí)模擬各種不同的外接裝置與記憶裝置。簡(jiǎn)而言之，Protues是一款將SPICE與MCU結(jié)合起來，具有很強(qiáng)的功能，可以用于模擬51,AVR,PIC等。KeilC51簡(jiǎn)介KeilC51是一款編程軟件，是一款以C為核心的MCU編譯器。一個(gè)KeilC51整合了一個(gè)開發(fā)環(huán)境，它包含了一些主要的特點(diǎn)：為一些簡(jiǎn)單的軟體專案進(jìn)行軟體專案的設(shè)計(jì)。C5Cross-talk-cross-code：能夠從C語言的源碼中生成一個(gè)可以重新設(shè)置的物體模塊。LIB51圖書館：您可以從您的接頭使用的目的模塊中創(chuàng)建一個(gè)圖書館的配置文件。BL51連接器/定位器：建立一個(gè)包括一個(gè)對(duì)象模塊的對(duì)象模塊。A51宏組合器：從89C51宏組合器的源碼中生成并可重新配置的對(duì)象模塊。?？怂箼n案可以直接印刷.Muvision4forwindows：一個(gè)正在成長(zhǎng)中的平臺(tái)，它包括項(xiàng)目管理，程序調(diào)試，源碼編輯等等功能。μVision4支持Keil89C51的全部工具軟件，包括C51宏匯編器、編譯器、鏈接器/定位器、目標(biāo)文件到HEX格式轉(zhuǎn)換器，以及編譯、匯編、鏈接程序等基本操作。也可以在編程結(jié)束后模擬并調(diào)試，這樣就可以清晰地看到各個(gè)參數(shù)。系統(tǒng)仿真原理圖1..在這篇文章中使用到的全部軟件都是在Keiluvision4的基礎(chǔ)上編寫，編譯，調(diào)試以及運(yùn)行。單片機(jī)仿真軟件在線調(diào)試-程序：然后用普羅泰斯的程序。2.從“打開設(shè)計(jì)”中選擇你所需的組件，按一下組件，再按一下組件的名稱與賦值，再在編輯器的左邊，找出你所需要的組件并繪制出來，再按線路將其串聯(lián)，最后將其儲(chǔ)存。3.把keil編輯好的hyle文件下載到單片機(jī)上：雙擊51單片機(jī)，把保存好的hyle文件放進(jìn)窗口，按OK。4.單擊左邊的“Run”鍵，進(jìn)行仿真測(cè)試，直到測(cè)試結(jié)果完全準(zhǔn)確。下圖4.1使用PROTEUS進(jìn)行仿真，并使用Keilc進(jìn)行了仿真，并使用Hex進(jìn)行了仿真。圖4.1系統(tǒng)仿真原理圖因?yàn)樵诜抡鏁r(shí)無法將霍爾傳感器置于車輪上，所以本文采用了單片機(jī)P3.2的界面，來進(jìn)行車輪仿真。根據(jù)霍爾感應(yīng)器在靠近磁場(chǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平，從而引起微處理器的失效，并根據(jù)這一特點(diǎn)，對(duì)微處理器的失效情況進(jìn)行了分析，并提出了一種基于微處理器的微處理器失效檢測(cè)方法。正如上面5.1所示，由左至右，由上至下，由下至上，由下至上，由下至上，分別是：復(fù)位電路、掉電存儲(chǔ)電路、6位7段數(shù)碼管顯示電路、晶振電路、單片機(jī)、與P3.2口相接的矩形波信號(hào)源、時(shí)鐘電路、按鍵電路。仿真結(jié)果假設(shè)車輪的周長(zhǎng)為1米，那么當(dāng)車輪每轉(zhuǎn)一次，單片機(jī)P3.2口則接受一次低電平，造成一次中斷，所以，中斷1000次就是1km。白天的車費(fèi)：3公里以內(nèi)6元，3公里以外2元。晚上費(fèi)用：3km以下7元，3km以上每km2.4元。1.復(fù)位顯示仿真按下復(fù)位開關(guān)RESET，由單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，數(shù)字管就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)初位數(shù)值，見下圖4.2。圖4.2復(fù)位顯示仿真圖在上面4.2的復(fù)位顯示仿真圖中，數(shù)碼管左側(cè)三位是距離，按下復(fù)位鍵后，顯示的結(jié)果為00.0(km)，而數(shù)碼管右側(cè)三位是總金額，按下復(fù)位鍵后，顯示的結(jié)果為00.0（元）。時(shí)鐘仿真的結(jié)果按下分屏顯示鍵S1，即可進(jìn)行時(shí)鐘分屏顯示，仿真的結(jié)果見圖4.3。圖4.3時(shí)鐘顯示仿真圖在上圖5.3時(shí)鐘顯示仿真圖中，數(shù)碼管左側(cè)兩位是小時(shí)數(shù)，數(shù)碼管中間兩位是分鐘數(shù)，數(shù)碼管右側(cè)兩位是秒數(shù)，此時(shí)的時(shí)間為17點(diǎn)18分20秒。3.日間仿真的結(jié)果我們利用對(duì)信號(hào)源的控制，讓信號(hào)源發(fā)出1800個(gè)低電平，那么，單片機(jī)就中斷1800次，相當(dāng)于行駛了1.8km，模擬的結(jié)果如下圖4.4所示。圖4.4白天1.8km仿真結(jié)果圖因?yàn)橛?800次的中斷，所以輪子的周長(zhǎng)是1m，當(dāng)輪子每轉(zhuǎn)動(dòng)一次，單片機(jī)就會(huì)中斷一次，那么它代表著我們已經(jīng)走過了1.8km，根據(jù)白天的定價(jià)，3km之內(nèi)，它的價(jià)格為6.0元，在上面5.4中，數(shù)碼管會(huì)顯示出我們的行程1.8km，而它所展示的金額是06.0元，所以，模擬的結(jié)果與真實(shí)情況是一致的。通過對(duì)信號(hào)源的控制，使得信號(hào)源輸出2600個(gè)低電平，使得單片機(jī)可以中斷2600次，即可以運(yùn)行2.6km。圖4.5白天2.6km仿真結(jié)果圖因?yàn)橛?600次的中斷，車輪的周長(zhǎng)是1m，當(dāng)輪子旋轉(zhuǎn)一次時(shí)，單片機(jī)就會(huì)中斷一次，那么它代表的是行走了2.6km，根據(jù)一天的定價(jià)，3km之內(nèi)，它的價(jià)格為6.0元，在上面5.5中，數(shù)碼管顯示的是2.6km，所以模擬的結(jié)果與真實(shí)情況是一致的。我們使用控制信號(hào)源的方式，使信號(hào)源發(fā)出5800個(gè)低電平，那么，單片機(jī)就會(huì)中斷5800次，也就是行駛了5.8km，仿真結(jié)果如圖4.6所示。圖4.6白天5.8km仿真結(jié)果圖因?yàn)橛?800次的中斷，輪周為1米，輪子每次旋轉(zhuǎn)，單片機(jī)就會(huì)中斷一次，所以這表示我們已經(jīng)行駛了5.8km，根據(jù)白天的定價(jià)，3km以內(nèi)，價(jià)格為每公里2.0元，則總金額為6.0+(5.8-3)*2=11.6元，在上面5.6中，數(shù)碼管顯示5.8km，也就是11.6元，所以模擬結(jié)果與真實(shí)情況一致。我們利用對(duì)信號(hào)源的控制，使信號(hào)源發(fā)射12500個(gè)低電平，那么，單片機(jī)將會(huì)中斷12500次，也就是走了12.5公里。圖5.7白天12.5km仿真結(jié)果圖因?yàn)橛?2500次的中斷，所以輪周為1米，輪周每次旋轉(zhuǎn)，單片機(jī)就會(huì)中斷一次，所以這表示出了12.5km，根據(jù)白天的定價(jià)，3km以內(nèi)，每公里2.0元，則總金額為6.0+(12.5-3)*2=25.0元，在上面5.7中，數(shù)碼管顯示的是12.5km，顯示的是25.0元，所以，模擬的結(jié)果與真實(shí)情況一致。我們可以通過對(duì)信號(hào)源的控制，讓信號(hào)源發(fā)出24000個(gè)低電平，那么，單片機(jī)就可以切斷24000次，也就是走了24km，仿真結(jié)果如圖4.8所示。圖4.8白天24.0km仿真結(jié)果圖因?yàn)橛?4000次的中斷，而輪子的周長(zhǎng)是1米，當(dāng)輪子旋轉(zhuǎn)一次時(shí)，單片機(jī)就會(huì)切斷一次，所以這就表示我們已經(jīng)走了24.0km，根據(jù)白天的定價(jià)，3km以內(nèi)，價(jià)格為每公里2.0元，那么總金額為6.0+(24.0-3)*2=48.0元，在上面5.8中，數(shù)碼管會(huì)顯示出24.0km，而所顯示的金額則是48.0元，所以，模擬的結(jié)果與真實(shí)的情況是一致的。4.夜場(chǎng)仿真在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)信號(hào)源的控制，實(shí)現(xiàn)了2300次的低頻輸出，從而實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的連續(xù)運(yùn)行，即運(yùn)行2.3公里。在圖4.9中顯示了模擬的結(jié)果。圖4.9晚上2.3km仿真結(jié)果圖因?yàn)橛?300次的中斷，所以車輪的周長(zhǎng)是1m，輪子每轉(zhuǎn)動(dòng)一次，單片機(jī)就會(huì)中斷一次，所以它代表著行駛了2.3km。根據(jù)夜間的定價(jià)，3km之內(nèi)，它的價(jià)格為7.0元，在上面5.9中，數(shù)碼管會(huì)顯示出它的行程2.3km，而它所顯示的金額為07.0元，所以模擬的結(jié)果與真實(shí)情況是一致的。我們可以通過對(duì)信號(hào)源的控制，讓信號(hào)源發(fā)出2800個(gè)低電平，從而，單片機(jī)可以中斷2800次，即行駛2.8km，模擬的結(jié)果如圖4.10所示。圖4.10晚上2.8km仿真結(jié)果圖因?yàn)橛?800次的中斷，所以輪子的周長(zhǎng)是1m，輪子每轉(zhuǎn)動(dòng)一次，單片機(jī)就中斷一次，那么它代表著行駛了2.8km。根據(jù)夜間的定價(jià)，3km之內(nèi)，它的價(jià)格為7.0元，在上面5.10中，數(shù)碼管顯示的是行程2.8km，所以，模擬的結(jié)果與真實(shí)情況是一致的。通過對(duì)信號(hào)源的控制，使其產(chǎn)生8500個(gè)Low，從而使MCU能夠中斷8500次，即運(yùn)行8.5km，見圖4.11。圖4.11晚上8.5km仿真結(jié)果圖因?yàn)橛?500次的中斷，所以車輪的周長(zhǎng)為1m，輪子每次旋轉(zhuǎn)，單片機(jī)就會(huì)中斷一次，所以這就意味著我們走了8.5km，根據(jù)夜間的定價(jià)，3km以內(nèi)，價(jià)格為每公里2.4元，則總金額為7.0+(8.5—3)*2.4=20.2元，在上面4.11中，數(shù)碼管顯示了8.5km，并且顯示了20.2元，所以模擬的結(jié)果與真實(shí)的情況一致。我們可以通過對(duì)信號(hào)源的控制，使信號(hào)源發(fā)出10600個(gè)低電平，那么，單片機(jī)就可以切斷10600次，也就是走了10.6km，仿真結(jié)果如圖4.12所示。圖