在哪儀表課程設(shè)計教材

智能儀表課程設(shè)計內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表綜合訓(xùn)練設(shè)計報告題目：計價器設(shè)計（鍵盤掃描模塊）學(xué)生姓名：學(xué)號：專業(yè)：測控技術(shù)與儀器班級：2011-1指導(dǎo)教師：摘要智能儀器儀表技術(shù)是一門集電子技術(shù)、單片機技術(shù)，自動化儀表、自動控制技術(shù)、計算機應(yīng)用等一體的跨學(xué)科的專業(yè)技術(shù)。自20世紀90年代初以來，這項技術(shù)已逐步引入到國內(nèi)工科專業(yè)中的電子信息、通訊、自動化、計算機應(yīng)用等信息類專業(yè)中。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，測控儀器儀表的智能化、總線化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展已在各個相關(guān)行業(yè)呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景，同時也日益成為工程界和科技界人士所關(guān)注的重要問題之一。因此，了解和熟悉智能儀器儀表的特點功能，發(fā)展趨向及其應(yīng)用前景是十分重要和必要的。本設(shè)計的是一個基于單片機STC89C52的出租車自動計費設(shè)計,附有復(fù)位電路,時鐘電路,鍵盤電路等。復(fù)位電路是單片機的初始化操作,除了正常的初始化外,為擺脫困境,通過復(fù)位電路可以重新開始。時鐘電路采用12MHz的晶振,作為系統(tǒng)的時鐘源,具有較高的準確性。本課題主要研究出租車計價器的硬件設(shè)計。論文詳細闡述了該計價器的總體設(shè)計：算法計算模塊、里程檢測模塊、LED顯示模塊、鍵盤模塊等。關(guān)鍵詞；單片機STC89C52；鍵盤；出租車計價器目錄摘要 2第一章概述 31.1出租車計價器概述 31.2單片機的概述 4第二章總體方案設(shè)計 52.1功能要求 52.2工作原理 6第三章硬件設(shè)計與仿真 63.1STC89C52的結(jié)構(gòu)及其引腳功能 63.1.1STC89C52的結(jié)構(gòu) 63.1.2功能特性描述 73.2鍵盤掃描模塊設(shè)計 93.2.1單片機檢測按鍵的原理 93.2.2按鍵開關(guān)的去除抖動功能 93.2.3鍵盤的接口電路 103.2.4按鍵的功能 11第四章軟件設(shè)計 124.1主程序模塊設(shè)計 124.2子程序模塊設(shè)計 134.2.1鍵盤掃描模塊設(shè)計 134.2.2算法模塊設(shè)計 144.2.3顯示模塊設(shè)計 15第五章總結(jié) 16參考文獻 17附錄A：硬件原理圖 18附錄B：源程序 19第一章概述1.1出租車計價器概述出租汽車已經(jīng)成為我國城市公共交通的重要組成部分和現(xiàn)代化城市必備的基礎(chǔ)設(shè)施，成為人們工作、生活中不可缺少的交通工具。出租汽車服務(wù)行業(yè)和出租汽車計價器緊密相關(guān)，因為出租汽車必須安裝出租汽車計價器才能投入營運。出租汽車計價器是一種能根據(jù)乘客乘坐汽車行駛距離和等候時間的多少進行計價，并直接顯示車費值的計量器具。計價器是出租汽車的經(jīng)營者和乘坐出租汽車的消費者之間用于公平貿(mào)易結(jié)算的工具，因而計價器計價準確與否，直接關(guān)系到經(jīng)營者和消費者的經(jīng)濟利益。依據(jù)國家有關(guān)法律、法規(guī)，出租汽車計價器是列入國家首批強制檢定的工作計量器具之一，也是近年來國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門強化管理的六類重點計量器具之一。本次設(shè)計的目的在于現(xiàn)在各大中城市出租車行業(yè)都已普及自動計價器，所以計價器技術(shù)的發(fā)展已成定局。而部分小城市尚未普及，但隨著城市建設(shè)日益加快，象征著城市面貌的出租車行業(yè)也將加速發(fā)展，計價器的普及也是毫無疑問的，所以未來汽車計價器的市場還是十分有潛力的。1.2單片機的概述算機系統(tǒng)已明顯地朝巨型化、單片化、網(wǎng)絡(luò)化三個方向發(fā)展。巨型化發(fā)展的目的在于不斷提高計算機的運算速度和處理能力，以解決復(fù)雜系統(tǒng)計算和高速數(shù)據(jù)處理，比如系統(tǒng)仿真和模擬、實時運算和處理。單片化是把計算機系統(tǒng)盡可能集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，其目的在于計算機微型化和提高系統(tǒng)的可靠性，這種單片計算簡稱單片機。單片機的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)主要是針對自動控制應(yīng)用而設(shè)計的所以單片機又稱微控制器MCU（MicroControllerUnit）。用它可以很容易地將計算機嵌入到各種儀器和現(xiàn)場控制設(shè)備中，因此單片機又叫做嵌入式微控制器（EmbeddedMCU）。單片機自20世紀70年代問世以來，以其鮮明的特點得到迅猛發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于家用電器、智能玩具、智能儀器儀表、工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過30多年的發(fā)展，性能不斷提高，品種不斷豐富，已經(jīng)形成自動控制的一支中堅力量。據(jù)統(tǒng)計，我國的單片機年容量已達1～3億片，且每年以大約16％的速度增長，但相對于國際市場我國的占有率還不到1％。這說明單片機應(yīng)用在我國有著廣闊的前景。對于從事自動控制的技術(shù)人員來講，掌握單片機原理及其應(yīng)用已經(jīng)成為必不可少的學(xué)習(xí)任務(wù)。單片機的應(yīng)用十分廣泛，在工業(yè)控制領(lǐng)域、家電產(chǎn)品、智能化儀器儀表、計算機外部設(shè)備，特別是機電一體化產(chǎn)品中，都有重要的用途。第二章總體方案設(shè)計2.1功能要求利用單片機的軟件編寫功能，實現(xiàn)夠累計顯示總里程數(shù)，設(shè)定和修改每公里單價起價（如6元），并設(shè)定某公里數(shù)（如4公里）以后，開始計價。可以顯示總價錢和總公里數(shù)的切換可以暫停計價或清零，可以調(diào)節(jié)起步價和更改單價。再突然掉電后從新開機可以保存掉電以前的數(shù)據(jù)以保證數(shù)據(jù)完整。2.2工作原理相應(yīng)的脈沖輸出，脈沖送到單片機進行處理，單片機根據(jù)程序設(shè)定通過計算脈沖數(shù)換算出里程，再根據(jù)從EEPROM中讀取的價格等相關(guān)數(shù)據(jù)進行金額的計算，計算好的金額、里程和單價都實時地顯示在LED數(shù)碼管上。獨立鍵盤可以調(diào)節(jié)單價，起步價等相關(guān)數(shù)據(jù)，按下相應(yīng)的按鈕，產(chǎn)生信號交由單片機處理并實時顯示出來，調(diào)節(jié)好的數(shù)據(jù)存儲到EEPROM中，掉電后可以使調(diào)好的數(shù)據(jù)不丟失，下次得電后直接從EEPROM讀到單片機，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2.1。2.1總設(shè)計圖第三章硬件設(shè)計與仿真3.1STC89C52的結(jié)構(gòu)及其引腳功能3.1.1STC89C52的結(jié)構(gòu)STC89C52——低電壓高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)8kbytes的可反復(fù)擦寫的FLASH只讀程序存儲器及256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器及FLASH存儲單元，功能強大之AT89C52單片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制之應(yīng)用場合。STC89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，STC89C52可按照常規(guī)方法進行編程，亦可在線編程。其將通用之微處理器及Flash存儲器結(jié)合，特別是可反復(fù)擦寫的FLASH存儲器可有效降低開發(fā)成本。如圖3.1所示。3.1STC89C52引腳圖3.1.2功能特性描述Vcc：電源電壓。GND：地。P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O接口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。P1口：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O接口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。FLASH編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時P2口送高8位地址數(shù)據(jù)。FLASH編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其他控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S52的一些特殊功能口，如表2.1所示。表3.1STC89C52的一些特殊功能口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。ALE/：當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。對FLASH存儲器編程時，該引腳還用于輸入編程脈沖（）。EA/VPP:外部訪問允許。：程序儲存允許。輸出是外部程序存儲器的度選通信號。XTAL1：振蕩器反相放大及內(nèi)部是鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2鍵盤掃描模塊設(shè)計鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件編碼器實現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號或鍵值得稱為編碼鍵盤，如計算機鍵盤。而靠軟件編程識別的鍵盤稱為非編碼鍵盤，在單片機組成的各種系統(tǒng)中，用較多的是非編碼鍵盤。非編碼鍵盤又分為獨立鍵盤和行列式鍵盤。3.2.1單片機檢測按鍵的原理單片機的I/O口既可以作為輸出也可以作為輸入使用，當(dāng)檢測按鍵時用它的輸入功能，我們把按鍵的一端接地，另一端與單片機的I/O口相連，開始時先給該I/O賦一高電平，然后單片機不斷的檢測該I/O口是否變?yōu)榈碗娖?，?dāng)按鍵閉合時，即相當(dāng)于該I/O口通過按鍵與地相連，變?yōu)榈碗娖?，程序一旦檢測到I/O口變?yōu)榈碗娖秸f明按鍵被按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的指令。如圖3.2.1所示。圖3.2.1按鍵連接圖3.2.2按鍵開關(guān)的去除抖動功能目前,STC89C52單片機應(yīng)用系統(tǒng)上的按鍵常采用機械觸點式按鍵,它在斷開、閉合時輸入電壓波形如圖3.2.2所示.可以看出機械觸點在閉合及斷開瞬間均有抖動過程,時間長短與開關(guān)的機械特性有關(guān),一般為5~10ms。由于抖動，會造成被查詢的開關(guān)狀態(tài)無法準確讀出。例如，一次按鍵產(chǎn)生的正確開關(guān)狀態(tài)，由于鍵的抖動，CPU多次采集到底電平信號，會被誤認為按鍵被多次按下，就會多次進行鍵輸入操作，這是不允許的。為了保證CPU對鍵的一次閉合僅在按鍵穩(wěn)定時作一次鍵輸入處理，必須消除產(chǎn)生的前沿（后沿）抖動影響。通常消除抖動影響的方法有硬件、軟件兩種。當(dāng)按鍵較少時，可采用硬件方法消除抖動。如圖3.1所示。圖3.2.2按鍵過程3.2.3鍵盤的接口電路獨立式鍵盤的接口電路：在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，有時只需要幾個簡單的按鍵向系統(tǒng)輸入信息。這時，可將每個按鍵直接接在一根I/O接口線上，這種連接方式的鍵盤稱為獨立式鍵盤。如圖3.2.3所示。每個獨立按鍵單獨占有一根I/O接口線，每根I/O接口線的工作狀態(tài)不會影響到其他I/O接口線。這種按鍵接口電路配置靈活，硬件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O線，I/O接口線浪費較大。故只在按鍵數(shù)量不多時采用這種按鍵電路。在此電路中，按鍵輸入都采用低電平有效。上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O接口線有確定的高電平。當(dāng)I/O接口內(nèi)部有上拉電阻時，外電路可以不配置上拉電阻。圖3.1.3鍵盤電路3.2.4按鍵的功能（1）S1按鍵的功能S1按鍵是清零按鍵。在出租車不走或上位乘客下車另一位乘客上車的時候，按下S1，可以進行里程和總金額清零。（2）S4按鍵的功能S4按鍵是功能選擇按鍵。在按下S4按鍵之后，可以進行里程，起步價，總金額和單價之間進行選擇，進行單價，起步價的更改液需要用到S4按鍵。（3）S2按鍵的功能S2按鍵是單價和起步價的加價。需要進行單價的更改，先按下S4按鍵進行單價的選擇，在按下S2按鍵進行單價的加價；夜間價格與白天的價格不同，需要進行起步價的更改，所以要先按下S4按鍵，在按S2按鍵進行起步價的加價。（4）S3按鍵的功能S3按鍵是單價和起步價的減價。S3按鍵和S2按鍵同理，也需要先按下S4按鍵進行功能的選擇，在按下S3按鍵進行單價與起步價的減價。第四章軟件設(shè)計本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要可分為主程序模塊、金額計算子程序，顯示子程序、鍵盤掃描子程序五大模塊。在主程序中對各子程序模塊按照相應(yīng)的條件進行調(diào)用即可實現(xiàn)基本的功能要求。下面對各部分模塊作介紹。4.1主程序模塊設(shè)計在主程序模塊中，需要完成對各接口芯片的初始化、出租車起價和單價的初始化、中斷向量的設(shè)計以及開中斷、循環(huán)等待等工作。另外，在主程序模塊中還需要設(shè)置啟動/清除標(biāo)志寄存器、里程寄存器和價格寄存器，并對它們進行初始化。然后，主程序?qū)⒏鶕?jù)各標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，分別完成啟動、清除、計程和計價等不同的操作。當(dāng)按下S1時，就啟動計價，將根據(jù)里程寄存器中的內(nèi)容計算和判斷出行駛里程是否已超過起價公里數(shù)。若已超過，則根據(jù)里程值、每公里的單價數(shù)和起價數(shù)來計算出當(dāng)前的累計價格，并將結(jié)果存于價格寄存器中，然后將時間和當(dāng)前累計價格送顯示電路顯示出來。當(dāng)?shù)竭_目的地的時候，由于霍爾開關(guān)沒有送來脈沖信號，就停止計價，顯示當(dāng)前所應(yīng)該付的金額和對應(yīng)的單價，到下次啟動計價時，系統(tǒng)自動對顯示清零，并重新進行初始化過程。如圖4.1。4.1主程序流程圖4.2子程序模塊設(shè)計4.2.1鍵盤掃描模塊設(shè)計鍵盤掃描子程序不斷對S1，S2，S3，S4四個鍵掃描。當(dāng)S0按下時，進行清零動作；S4按一下顯示起步價，此時按下S2起步價加，按下S3起步價減；S4按兩下顯示里程；S4按三下顯示單價，此時按下S2單價加，按下S3單價減；程序流程圖如圖4.2.1所示。4.2.1鍵盤掃描程序流程圖4.2.2算法模塊設(shè)計里程計算部分：開始，外部中斷零關(guān)閉，脈沖計數(shù)累加，里程計算（licheng=3.14*2*0.3*qs*0.001），開啟外部中斷零，返回。總金額計算部分：開始，先判斷里程是否大于零，如果大于零則licheng=3.14*2*0.3*qs*0.001，如果小于零則總金額等于起步價，返回。程序流程圖如圖4.2.2所示4.2.2算法程序流程圖4.2.3顯示模塊設(shè)計由于是顯示數(shù)據(jù)，所以就要用到4個顯示子程序，分別是：起步價顯示程序、金額單價顯示子程序、路程單價顯示子程序、單價調(diào)節(jié)子程序。如圖4.3.2。4.2.3顯示子程序流程圖第五章總結(jié)經(jīng)過這次出租車計價器的課程設(shè)計,我收益非淺，從中我學(xué)到了很多東西.課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，另外，還學(xué)會了在網(wǎng)絡(luò)上查找有關(guān)本設(shè)計的各硬件的資源，其中包括：STC89C51單片機及其引腳說明，為本次課程設(shè)計提供了一定的資料。通過這次課程設(shè)計，我最大的收獲就是自己的動手能力和獨立解決問題的能力得到了很大的提高，也充分體會到了自己設(shè)計東西的樂趣、學(xué)會查閱資料和對別人的東西融會變通的重要性，也明白了很多知識光靠趴在書本上學(xué)是學(xué)不到其中的精髓的，必須親自去試著實踐，親自去經(jīng)歷才能對它們真正的掌握，凡事都要自己去動下手，去實踐一下，遇到困難，永遠不要沮喪氣餒。在動手的過程中，不僅能增強實踐能力，而且在理論上可以有更深的認識；這次設(shè)計給了我極大的鼓舞和信心，相信在以后的學(xué)習(xí)中可以通過不斷的摸索和實踐來提高其他方面的知識。參考文獻李群芳，肖看.單片機原理接口與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2005朱承高.電工及電子技術(shù)手冊[M].北京：高等教育出版社，1990高峰.單片微型應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計及實用技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2004胡輝，單片機原理及應(yīng)用設(shè)計—21世紀高等院校規(guī)劃教材[M],水利水電出版社，2005.7黑杰克.ProtelSchematic99SE電路設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2001年3月黃宏安.AllegroPCBLayout.高速電路版設(shè)計[M].臺科大圖書股份有限公司.2003年3月李廣弟.單片機基礎(chǔ)[M].第3版.北京航空航天大學(xué)出版社，2007年1月李華.MCS-51系列單片機實用接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,1996王廣雄著.自動控制系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:宇航出版社,1986附錄A：硬件原理圖附錄B：源程序#include<reg52.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitDAT=P1^0;sbitCLK=P1^1;sbitK1=P1^4;//清零sbitK2=P1^5;//+sbitK3=P1^6;//-sbitK4=P1^7;//功能鍵uintqs,licheng_,zongjine_,danjia_,aa;//用來顯floatlicheng,danjia,zongjine,qibu;ucharcodetab[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0xee,0x00};//0-9,-,全滅(共陽字段表)ucharcodetab_[]={0xfd,0x61,0xdb,0xf3,0x67,0xb7,0xbf,0xe1,0xff,0xf7,0xef,0x01};voiddelay(uintt){uinti,j;for(i=0;i<t;i++) 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