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重慶交通大學(xué)計算機與信息學(xué)院 專業(yè)方向課程設(shè)計報告 班 級： 電子信息工程 三班 姓 名： 張春秋 學(xué) 號： 09200309 設(shè)計項目名稱： 出租車計價器 實驗所屬課程： 專業(yè)方向課程設(shè)計 實驗室(中心)： 現(xiàn)代電子實驗中心 指 導(dǎo) 教 師 ： 藍章禮 設(shè)計完成時間： 2012.9.10 至 2012.12.20 一、 設(shè)計的目的 通過課程設(shè)計了解和掌握單片機應(yīng)用技術(shù)；了解和掌握C語言的程序設(shè)計同硬件電路的結(jié)合；熟練運用proteus，keilC等軟件的操作；了解和掌握單片機硬件電路的焊接和調(diào)試；了解和掌握掉電存儲芯片AT24C02、霍爾傳感器A44E、數(shù)碼管、驅(qū)動芯片74LS245等外部接口芯片器件的應(yīng)用。 二、 設(shè)計內(nèi)容簡介 利用AT89S51單片機，設(shè)計簡單的出租車計價器。在出租車計價器的總體設(shè)計中，我主要負責出租車計價器硬件設(shè)計。其中主要的外圍功能電路有：驅(qū)動電路，按鍵控制電路，掉電保護電路，時鐘部分，數(shù)碼管顯示電路等。通過對以上各功能的設(shè)計，制作出的出租車計價器應(yīng)具有以下功能：上電時顯示全為零，通過按下啟動按鍵來開始計價，數(shù)碼管開始顯示起步價和起步金額；按下模擬開關(guān)按鍵來產(chǎn)生一個脈沖信號，模擬行駛的里程；數(shù)碼管開始顯示所走里程和所應(yīng)付的金額，并逐漸增加；按下停止按鍵，停止計價，數(shù)碼管顯示所走總里程和用戶所需付總金額，按下清零按鍵，數(shù)碼管全顯示零，以備下次計價 三、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 采用單片機進行的設(shè)計，相對來說功能強大，用較少的硬件和適當?shù)能浖嗷ヅ浜峡梢院苋菀椎貙崿F(xiàn)設(shè)計要求，且靈活性強，可以通過軟件編程來完成更多的附加功能。設(shè)計采用AT89S51單片機為主控器，以A44E霍爾傳感器測距（按鍵替代），實現(xiàn)對出租車的基本的計價設(shè)計，并采用AT24C02實現(xiàn)在系統(tǒng)掉電的時候保存單價等信息，輸出采用8段數(shù)碼顯示管。利用單片機豐富的I/O端口，及其控制的靈活性，實現(xiàn)基本的計價功能。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下： 按 鍵 控 制 89C51 單 片 機 復(fù)位電路 掉電保護 時鐘電路 顯示模塊 顯示總里程和總金額 四、 硬件設(shè)計 硬件組成主要包括：驅(qū)動電路、顯示電路、復(fù)位電路、掉電保護電路、時鐘電路、按鍵電路。 4.1.1 驅(qū)動電路 74LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動led或者其他的設(shè)備。總線驅(qū)動器74LS244和74LS245經(jīng)常用作三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，74LS244為單向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，而74LS245為雙向 三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器。本設(shè)計用74LS245作為驅(qū)動芯片，雙向總線發(fā)送器/接收器(3S)。 圖2.4驅(qū)動芯片管腳圖 74LS245主要電器特性的典型值如下: 引出端符號: A A總線端 B B總線端 /G 三態(tài)允許端(低電平有效) DIR 方向控制端 功能表： 表 2.5功能表 利用74LS245來驅(qū)動數(shù)碼管顯示，單片機的P2.0到P2.5分別接A0到A5管腳，進行數(shù)據(jù)的傳送，其中AB/BA接高電平，控制數(shù)據(jù)從A到B進行傳送，B0到B5分別接數(shù)碼管的位選端，驅(qū)動數(shù)碼管依次顯示。P2.0到P2.5的數(shù)據(jù)通過A傳送到B中的數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管，以達到顯示數(shù)據(jù)信息的目的。 4.1.2 顯示電路 多數(shù)的應(yīng)用系統(tǒng),都要配輸入和輸出外設(shè),LED顯示器和LCD顯示器,雖然LCD顯示效果比較好,已經(jīng)成為了一種發(fā)展趨勢,但為了節(jié)約成本,我們選用了LED顯示器（圖2.6）。 在顯示方面，我們選用了動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示雖然亮度較高，接口編程容易，但是每位的段碼線分別與一個8位的鎖存器輸出相連。占用的I/O口線比較多，在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動態(tài)顯示方式。利用動態(tài)顯示的方法，由于LED顯示器的余輝和人眼的視覺暫留現(xiàn)象，只要每位顯示的時間間隔足夠短，就仍能感覺到所有的數(shù)碼管都在顯示。為了簡化硬件，通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制，在同一時刻，只讓一位選通，如此循環(huán)，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。 圖2.6 LED數(shù)碼管 圖2.7集成數(shù)碼管 LED數(shù)碼有共陽和共陰兩種，把這些LED發(fā)光二極管的正極接到一塊（一般是拼成一個8字加一個小數(shù)點）而作為一個引腳，就叫共陽的，相反的，就叫共陰的，那么應(yīng)用時這個腳就分別的接VCC和GND。再把多個這樣的8字裝在一起就成了多位的數(shù)碼管了。在本設(shè)計仿真中使用的是6個一組的共陰8段數(shù)碼管（圖2.7）。 找公共共陰和公共共陽的方法：首先我們找個電源|穩(wěn)壓器（3到5伏）和1個1K（幾百歐的也行）的電阻，VCC串接個電阻后和GND接在任意2個腳上，組合有很多，但總有一個LED會發(fā)光的，找到一個就夠了，然后用GND不動，VCC（串電阻）逐個碰剩下的腳，如果有多個LED（一般是8個），那它就是共陰的了。共陰極數(shù)碼管，陰極接地，當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，對應(yīng)的段就顯示。 4.1.3 復(fù)位電路 單片機的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路實現(xiàn)的, 復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。除了上電復(fù)位外還需要按鍵手動復(fù)位（圖2.8）。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實現(xiàn)的。單片機的復(fù)位速度比外圍I/O接口電路快為 能夠保證系統(tǒng)可靠的復(fù)位，在初始化程序中應(yīng)安排一定的復(fù)位延遲時間。 圖2.8復(fù)位電路 4.1.4 掉電保護電路 掉電保護電路中采用了存儲芯片AT24C02。 AT24C02是一個CMOS標準的EEPROM存儲器，是AT24CXX系列（AT24C01/02/04/08/16）成員之一，這些EEPROM存儲器的特點是功耗小、成本低、電源范圍寬，靜態(tài)電源電流約30uA～110uA，具有標準的I2C總線接口，是應(yīng)用廣泛的小容量存儲器之一。 圖2．9 AT24C02引腳圖 上圖是AT24C02的引腳圖，這個芯片是一個8腳芯片，內(nèi)部存儲器有256字節(jié)。 引腳功能介紹如下： A0（引腳1）：器件地址的A0位，是器件地址的最低位，器件地址排列是A6 A5 A4 A3A2 A1 A0 R/W。 A1（引腳2）：器件地址的A1位。 A2（引腳3）：器件地址的A2位。 GND（引腳4）：地線。 SDA（引腳5）：數(shù)據(jù)總線引腳。 SCL（引腳6）：時鐘總線引腳。 TEST（引腳7）：測試引腳。 Vcc（引腳8）：電源線引腳。 本設(shè)計采用掉電存儲電路圖如下： 圖2.10掉電存儲電路 4.1.5 時鐘電路 MCS-51單片機的各功能部件都是以時鐘控制信號為基準，內(nèi)部電路在時鐘信號的控制下，嚴格地按時序執(zhí)行指令進行工作，單片機本身如同一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證其各個部分同步工作，電路要在唯一的時鐘信號控制下，嚴格地按照時序進行工作。其實只需在時鐘引腳連接上外圍的定時控制元件，就可以構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。為更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠近。 本設(shè)計中使用的振蕩電路，由12MHZ晶體振蕩器和兩個約30PF的電容組成，在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體，電容的大小不會影響振蕩頻率的高低。在整個系統(tǒng)中為系統(tǒng)各個部分提供基準頻率，以防因其工作頻率不穩(wěn)定而造成相關(guān)設(shè)備的工作頻率不穩(wěn)定，晶振可以在電路中產(chǎn)生振蕩電流，發(fā)出時鐘信號。如圖2.11所示。 圖2.11時鐘電路 4.1.6 按鍵電路 按鍵控制電路中，單片機的P1.0管腳接啟動/停止按鍵，通過軟件編程，當按下按鍵計數(shù)器開始工作，開始計價；當彈起按鍵時，計數(shù)器停止工作，停止計價，啟動/停止按鍵帶自鎖功能。按下啟動按鍵，開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，這時給P1.0送低電平信號，這時TR0=1,計數(shù)器開始工作，調(diào)用計價子程序開始計價。清零按鍵接單片機的P1.3管腳，按下清零按鍵，P1.3為低電平，調(diào)用清零子程序，用于將顯示數(shù)據(jù)清零，在程序中給各位賦0代碼（0x3f），以達到清零的目的，方便下次計價。另外為功能鍵，控制價格調(diào)整，這個按鍵是在沒有按下啟動/停止按鍵時有作用，計價過程中無效。 圖2.12 按鍵電路 4.2.1硬件電路設(shè)計 按下計價按鍵時，顯示起步價和起步里程范圍，這些在程序中設(shè)置；當?shù)扔诨虺^兩公里后，按計算總價的公式為：總價=起步價+單價*（總里程-起步里程）+1進行計價。本設(shè)計中，起步價為4元，起步里程為2公里，當然這些數(shù)據(jù)可以在程序中改寫，以滿足不同時期價格調(diào)整的需要。下圖是通過在Keil C中編譯通過，并生成Hex文件，在PROTEUS中仿真通過的整體硬件原理圖： 五、 軟件設(shè)計 整個程序的流程圖如下： N N Y 結(jié)果顯示 判斷是否進入調(diào)價模式 判斷是否開始計費 進入調(diào)價模式 調(diào)用計費子程序 判斷是否停止鍵按下 N Y 開顯示 N 初始化 清顯示單價復(fù)位 Y 程序源代碼 #include //#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int int xscode[6]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d};//顯示存儲區(qū) int zxscode[6]={0x1f,0x2f,0x37,0x3b,0x3d,0x3e};//共陰顯示片選碼 int codetab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共陰極數(shù)碼 int i,j,flag; uchar sec; int kk=0;//路程標志位 int jkk=0;//費用 int jflag=0;//費用標志位 int kflag=0;//路程標志位 int zdflag=0;//中斷標志位 int kilo=0;//路程 int dj=1;//路程單價 int djflag=0;//路程單價biaozhiwei sbit key1=P1^0; sbit key2=P1^1; sbit key3=P1^2; sbit key4=P1^3; sbit key5=P3^4; sbit SDA=P3^0; //IIC引腳 sbit SCL=P3^1; void delay() {;;} void delay1 (xms)//延時程序子程序 { uint i,j; for(i=xms;i>0;i--) for(j=110;j>0;j--); } void start() //IIC開始位 { SDA = 1; SCL = 1; delay(); SDA = 0; delay(); } void stop() // IIC停止位 { SDA = 0; delay(); SCL = 1; delay(); SDA = 1; } void respons() //IIC應(yīng)答位 { uchar i; SCL=1; delay(); while((SDA==1)&&(i<250)) i++; SCL=0; delay(); } void init() { SDA=1; delay(); SCL=1; delay(); } uchar read_byte() // 從EEPROM讀到MCU { uchar i,j; for(i=0;i<8;i++) { SCL=1; j<<=1; j|=SDA; SCL=0; } return(j); } void write_byte(uchar date) // 從MCU寫到EEPROM { uchar i,temp; temp=date; for(i=0;i<8;i++) { temp=temp<<1; SCL=0; delay(); SDA=CY; delay(); SCL=1; delay(); } SCL=0; delay(); SDA=1; delay(); } void write_data(uchar addr, uchar date) // 在指定地址addr處寫入數(shù)據(jù)date { start(); write_byte(0xa0); respons(); write_byte(addr); respons(); write_byte(date); respons(); stop(); } uchar read_data(uchar addr) // 在指定地址addr讀取數(shù)據(jù) { uchar date; start(); write_byte(0xa0); respons(); write_byte(addr); respons(); start(); write_byte(0xa1); respons(); date=read_byte(); stop(); return date; } void xianshi()//顯示程序子程序 { for(flag=0;flag<6;flag++) { P0= xscode[flag];//送顯示碼 P2= zxscode[flag];// 送片選碼 delay1(2); P0=0; } } void jijia()//計費子程序 { if(kk<=2)//計價方案 {jkk=4;//起步價4元 kk=2; } else if(kk>2&&kk<=35) { jkk=4+dj*(kk-2)+1; } else if(kk>35&&kk<900) { jkk=4+2*dj*(kk-2)+1; } kflag=kk/100;//路程百位 jflag=jkk/100;//路費百位 xscode[2]=codetab[kflag]; xscode[5]=codetab[jflag]; kflag=kk/10;//路程十位 jflag=jkk/10;//路費十位 xscode[1]=codetab[kflag]; xscode[4]=codetab[jflag]; kflag=kk%10;//路程個位 jflag=jkk%10;//路費個位 if(kflag==0){kflag=2;}//不足兩公里時，顯示兩公里 xscode[0]=codetab[kflag]; xscode[3]=codetab[jflag]; } void qingling() { for(i=0;i<=5;i++)//顯示碼清零 {xscode[i]=0x3f;} } void main()//主程序 { init(); sec=read_data(2); if(sec>100) sec=0; TL0=(65536-2)%256 ;//計數(shù)值設(shè)置，記滿兩次產(chǎn)生中斷 TH0=(65536-2)/256 ; TMOD=0x06; EA=1; ET0=1; TR0=0;//關(guān)定時器 kilo=0; qingling(); aa: if(key1==0)//當鍵按下去，開始計費 {TR0=1;//開計數(shù)器0 kk=kilo; jijia();} if(key1==1)//當鍵松開，停止計費 { TR0=0;//停計數(shù)器1 if(key2==0)//功能調(diào)整鍵 { delay1(10);//延時判斷鍵是否松開 if(key2==1) {xscode[2]=codetab[djflag++];}//當p1.2口的按鍵按下時功能標志位加一 } if(key3==0&&djflag==2)//當功能鍵標志位等1時，改變每公里的價錢 { delay1(10); if(key3==1) {dj++;} xscode[1]= codetab[dj/10] ;//把價錢十位送顯示區(qū)，單價不能超100 xscode[0]=codetab[dj%10]; } if(key4==0)//有鍵按下，清顯示，單價會初始值，單價標志位清零 { qingling(); dj=1; djflag=0; } } xianshi();//調(diào)顯示子程序 goto aa; } void Timer0_Int() interrupt 1 using 2 // 計數(shù)器0中斷服務(wù) { zdflag=zdflag+1;//中斷標志位加一 if(zdflag==2)//當中斷產(chǎn)生二次后，路程加一公里并清中斷標志位 { zdflag=0; kilo=kilo+1; } } 六、 測試及結(jié)論 6.1.1單片機仿真軟件在線調(diào)試—PROTEUS 1.打開Proteus軟件。 2.選擇file菜單下的 open design選項，找到所需的元器件，元器件上單擊右鍵選中，再單擊左鍵對其進行命名和賦值，接著在編輯器左邊的一欄中，找出并繪制設(shè)計所要的各種元器件，按照電路圖連接后并保存。 3.將用keil編譯產(chǎn)生的hex文件下載到單片機中：雙擊51單片機，在對話框中把保存過的hex文件打開，再單擊確定。 4.單擊左下角運行按鈕，進行軟件仿真調(diào)試，直到出現(xiàn)正確的結(jié)果。 下圖為軟件的仿真窗口圖： 圖4.2軟件仿真窗口圖 6.2.1 總結(jié) 在本次設(shè)計中，我們采用AT89S51芯片為核心器件，設(shè)計出了簡單的出租車計價器，能夠?qū)崿F(xiàn)顯示總金額和總里程，按鍵控制清零，調(diào)價。 選題后，我便開始復(fù)習(xí)單片機方面的知識，也查閱、搜索了很多相關(guān)資料，進行總體設(shè)計與具體設(shè)計，同時也學(xué)習(xí)仿真軟件Protues和編程軟件KeiC。由于以前都采用匯編語言實現(xiàn)編程，對用C語言來實現(xiàn)單片機的編程不太習(xí)慣，花費了一些時間來熟悉C語言的編程。在設(shè)計開始，要形成流程圖，它可以使設(shè)計有一定的邏輯性與嚴密性，使得設(shè)計思路明確。采用模塊化的設(shè)計思想很重要，它方便編寫、修改與調(diào)試，另外加上必要的注釋，便于交流與理解。 這次設(shè)計完成后，體會頗多，在學(xué)與做的過程中，取長補短，不斷學(xué)習(xí)新的知識，吸取經(jīng)驗，達到進步的目的。通過自身的努力以及相關(guān)圖書資料的幫助，逐漸熟悉了KEIL、PROTEUS和C語言等軟件的使用以及硬件焊接與檢測過程中的一些小技巧。本次設(shè)計我學(xué)習(xí)到不少單片機的知識，但由于自己的理論知識水平有限，實踐知識和設(shè)計經(jīng)驗不足，在設(shè)計過程中難免存在一些問題。所焊實物尚有許多不足，個別預(yù)期功能還不能很好的實現(xiàn)，主要原因是考慮問題不周全，電路設(shè)計經(jīng)驗少，實際動手能力不足。懇請老師批評指正，以使我在以后的學(xué)習(xí)和實踐中加以改進和提高。