毕业设计基于AT89S51单片机出租车计价器系统设计.docx
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毕业设计基于AT89S51单片机出租车计价器系统设计
基于AT89S51单片机出租车计价器系统设计
0702应用电子
【摘要】出租车计价器是出租车运营收费的专用智能化仪表,随着电子技术的进展,出租车计价器的技术也在不断地进步和提高。
国内出租车计价器已经经历了4个时期的进展。
从传统的全数由机械元件组成的机械式,到半电子式即用电子线路代替部份机械元器件的出租车计价器;再从集成电路式到目前的单片机系统涉及的出租车计价器。
采纳单片机进行的设计,相对来讲功能壮大,用较少的硬件和适当的软件彼此配合能够很容易的实现设计要求,且灵活性强,能够通过软件编程来完成更多的附加功能。
针对计费模式的切换,通过软件编程就能够够轻易而举的实现。
幸免了机械开关带来的不稳固因素。
另外在本方案中那个利用了数码管,能够实现加倍友好的利用界面。
数据信息一目了然,而且即便是成品也能够便的修改利用界面,更可依照不同的公司客户利用不同的局面。
【关键词】出租车计价器单片机操纵
TaximeterAT89S51Microcontrollerbasedsystemdesign
Wushiguang
0702useofelectronic
Abstract:
TaximeterisadedicatedtaxioPeratorschargeintelligentinstrument,WiththedeveloPmentofelectronictechnology,TaximetertechniquesareconstantlyProgressandimProve.DomesticTaximeterhasexPeriencedfourstagesofdeveloPment.Fromthetraditionalall-mechanicalcomPonentsconsistingofmechanical,Tosemi-electronic-useelectroniccircuitinsteadofPartofthemechanicalcomPonentsTaximeter;AndfromIC-styletothecurrentSCMsystemisinvolvedinthetaximeter.Single-chiPforthedesign,RelativelyPowerful,WithlesshardwareandaPProPriatesoftwarecanbeeasilycomPlementeachothertoachievethedesignrequirements,Andflexibility,CanbeProgrammedbysoftwaretoPerformadditionalfunctionality.Switchforthechargingmode,throughthesoftwareProgrammingcanbeeasilyandgiveimPlementation.Avoidtheinstabilitycausedbymechanicalswitches.,youcanachieveamorefriendlyuserinterface.Datainformationataglance,AndeventhefinishedProductcanalsobechangestouserinterface,Canaccordingtodifferentcustomersusingdifferentsituation.
Keywords:
TaximeterSCMControl
第一章绪论
1.1基于AT89S51单片机出租车计价器的简述
以单片机AT89S51为核心设计的出租车计价器是既方便操作、简单易懂,处置数据又比较准确的一款出租车计价器。
该计价器能实现里程计价与显示、数据存储与查询、时钟显示、等功能。
它比市场上的一些计价器利用更方便、功能更齐全,还具有有效避免司机作弊和系统稳固性好的优势。
其中的超速提示功能能够提示司机和乘客,以警告司机不要超速行驶,幸免交通事故的发生。
用4位数码管实时显示里程数,单位为千米,最后一名为小数位;用4位数码管实时显示金额,单位为金额数,单位为元,最后一名为小数位。
按“单程”键,那么出租车的价钱为2元/公里;按“来回”键,那么出租车的价钱为1.5元/千米。
出租车起步千米数为3千米,价钱为8元,大于3千米那么依照以上方式计费。
第二章AT89S51单片机出租车计价器系统的硬件结构
2.1AT89S51单片机操纵出租车计价器系统的组成
本系统是由以下几个部件组成:
单片机AT89S51、键盘操纵部件、里程计算单元、数码管显示单元、脉冲整形电路等。
利用单片机丰硕的I/O端口及其操纵的灵活性,实现大体的里程计价功能和价钱调剂、时钟显示功能,不但能实现所要求的功能而且在专门大程度上扩展功能,能够方便的对系统进行升级。
2.2系统工作原理
当车子启动时,计价开关闭合,由霍尔传感器监测到的脉冲信号,通过处置送到单片机里程寄放器中进行计算,判定出行驶里程是不是已经超过起价千米数,假设已超过,那么依照里程值、每千米的单价数和起价数来计算出当前的累计价钱,并将结果存于价钱寄放器中,再将时刻和当前累计价钱送往显示电路显示出来。
当抵达目的地的时候,由于霍尔传感器没有送来脉冲信号,停止计价,这时计价开关断开,数码管显示电路显示当前所应该支付的金额和对应的里程数,通过人工清零,从头进行初始化进程。
2.3AT89S51的结构及其功能
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能COMS8位单片机,片内含4Kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采纳ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚。
它集Flash程序存储器既可在线编程(ISP)及通用8位微处置器于单片芯片中,ATMEL公司的功能壮大,低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用处合,可灵活应用于各类操纵领域。
要紧性能参数
一、与MCS-51产品指令系统完全兼容
二、4K字节在系统编程(ISP)Flash闪存
3、1000次擦写周期
4、—
五、全静态工作模式:
0HZ—24HZ
7、三级程序加密锁
八、128*8字节内部RAM
九、32可编程I/O线
10、两个16位按时器/计数器
1一、5个中断源
1二、可编程串行通道
13、低功耗的闲置和掉电模式
14、片内振荡器和时钟电路
AT89S51单片机外部引脚散布如图2-1。
图2-1
功能特性概述
AT89S51提供以下标准功能:
4K字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,看门口(WDT),两个数据指针,两个16位按时/计数器,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路,同时,AT89S51可降至0HZ的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。
AT89S51可组成真正的单片机最小应用系统,缩小系统体积,增加系统的靠得住性,降低系统的本钱。
只要程序长度小于4K,四个I/O口全数提供给用户。
可用5V电压编程,而且擦写时刻仅需10毫秒,仅为8751/87C51的擦除时刻的百分之一,与8751/87C51的12V电压擦写相较,不易损坏器件,没有两种电源的要求,改写时不拔下芯片,适合许多嵌入式操纵领域。
工作电压范围宽(2.7V~6V),全静态工作,工作频率宽在0Hz~24MHz之间,比8751/87C51等51系列的6MHz~12MHz更具有灵活性,系统能快能慢。
AT89S51芯片提供三级程序存储器加密,提供了方便灵活而靠得住的硬加密手腕,能完全保证程序或系统不被仿造。
P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。
2.3.3引脚功能说明
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被概念为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它能够被概念为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,现在P0外部必需被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外手下拉为低电平常,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄放器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和操纵信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外手下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口,如表2-1所示。
端口引脚
第二功能
RXD(串行输入口)
TXD(串行输出口)
(外中断0)
(外中断1)
T0(定时/计数器0)
T1(定时/计数器1)
(外部数据存储器写选通)
(外部数据存储读选通)
表2-1
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些操纵信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要维持RST脚两个机械周期的高电平常刻。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存许诺的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平常,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于按时目的。
但是要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
现在,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
若是微处置器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每一个机械周期两次PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的PSEN信号将不显现。
EA/VPP:
当EA维持低电平常,那么在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是不是有内部程序存储器。
注意加密方式1时,EA将内部锁定为RESET,当EA端维持高电平常,其间内部程序存储器,在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
2.3.4振荡器特性
XTAL1和XTAL2别离为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器能够配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡都可采纳。
如采纳外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必需保证脉冲的高低电平要求的宽度。
2.3.5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操纵信号组合,并维持ALE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,该操作必需被执行。
另外,AT89S51设有稳态逻辑,能够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,按时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保留RAM的内容而且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。
2.3.6特殊功能寄放器
特殊功能寄放器于片内的空间散布如表2-2所示。
表2-2
这些地址并无被完全占用,没有占用的地址亦不能够利用,读这些地址将取得一个随意的数值。
而这些地址单元将不能取得预期的结果。
2.3.7中断
AT89S51共有5个中断源:
2个外中断(INT0和INT1),2个按时中断(T0和T1)和一个串行中断。
这些中断如图2-2。
图2-2中断源方框图
这些中断源各自的禁止和使能位参见特殊功能寄放器的IE。
IE也包括总中断操纵位EA,EA清零,将关闭所有电源。
其中IE.6和IE.5没有概念,用户不能访问这些位,它们是保留为以后的AT89产品作扩展用途。
T0和T1的中断标志TF0和TF1,它们是按时器溢出时的S5P2时序周期被置位,该标志保留至下个时序周期。
2.4LED数码管的结构与功能
LED数码管分共阳极与共阴极两种,其工作特点是,当笔段电极接低电平,公共阳极接高电平常,相应笔段能够发光。
共阴极LED数码管那么与之相反,它是将发光二极管的阴极(负极)短接后作为公共阴极。
当驱动信号为高电平、另一端接低电平常,才能发光。
LED数码管等效于多只具有发光性能的PN结。
当PN结导通时,依托少数载流子的注人及随后的复合而辐射发光,其伏安特性与一般二极管相似。
在正向导通之前,正向电流近似于零,笔段不发光。
当电压超过开启电压时,电流就急剧上升,笔段发光。
因此,LED数码管属于电流操纵型器件。
LED数码管(LEDSegmentDisPlays)是由多个发光二极管封在在一路组成“8”字型的器件,引线已在内部连接完成,只需引出它们的各个笔画,公共电极。
LED数码管经常使用段数一样为7段有的另加一个小数点,还有一种是类似于3位“+1”型。
位数有半位,1,2,3,4,5,6,8,10位等,LED数码管依照LED的接法不同分为共阴和共阳两类,了解LED的这些特性,对编程是很重要的,因为不同类型的数码管,除它们的硬件电路有不同外,编程方式也是不同的。
右图共阴和共阳极数码管的内部电路,它们的发光原理是一样的,只是它们的电源极性不同罢了。
颜色有红,绿,蓝,黄等几种。
LED数码管普遍用于仪表,时钟,车站,家电等场合。
LED数码管外观及内部原理图如图2-3所示。
图2-3LED数码管外观及内部原理图
LED数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示出咱们要的数位,因此依照LED数码管的驱动方式的不同,能够分为静态式和动态式两类。
一、静态显示驱动:
静态驱动也称直流驱动。
静态驱动是指每一个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O埠进行驱动,或利用如BCD码二-十进位解码器解码进行驱动。
静态驱动的优势是编程简单,显示亮度高,缺点是占用I/O口多,如驱动5个数码管静态显示那么需要5×8=40根I/O口来驱动,要明白一个89S51单片机可用的I/O口才32个,故实际应历时必需增加解码驱动器进行驱动,增加了硬体电路的复杂性。
二、动态显示驱动:
数码管动态显示介面是单片机中应用最为普遍的一种显示方式之一,动态驱动是将所有数码管的8个显示笔画“a,b,c,d,e,f,g,dP”的同名端连在一路,另外为每一个数码管的公共极COM增加位元选通操纵电路,位元选通由各自独立的I/O线操纵,当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,但究竟是那个数码管会显示出字形,取决于单片机对位元选通COM端电路的操纵,因此咱们只要将需要显示的数码管的选通操纵打开,该位元就显示出字形,没有选通的数码管就可不能亮。
透过度时连番操纵各个LED数码管的COM端,就使各个数码管连番受控显示,这确实是动态驱动。
在连番显示进程中,每位元数码管的点亮时刻为1~2ms,由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余晖效应,尽管事实上列位数码管并非同时点亮,但只要扫描的速度足够快,给人的印象确实是一组稳固的显示资料,可不能有闪烁感,动态显示的成效和静态显示是一样的,能够节省大量的I/O口,而且功耗更低。
2.5DS1302的结构与工作原理
DS1302简介
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实不时钟芯片,附加31字节静态RAM,采纳SPI三线接口与CPU进行同步通信,并可采纳突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。
实不时钟可提供秒、分、时、日、礼拜、月和年,一个月小与31天时能够自动调整,且具有闰年补偿功能。
工作电压宽达2.5~5.5V。
采纳双电源供电(主电源和备用电源),可设置备用电源充电方式,提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。
DS1302的外部引脚分派如图2-4所示及内部结构如图2-5所示。
DS1302用于数据记录,专门是对某些具有特殊意义的数据点的记录上,能实现数据与显现该数据的时刻同时记录,因此普遍应用于测量系统中。
图2-4 DS1302的外部引脚分派
图2 -5 DS1302的内部结构
各引脚的功能为:
Vcc1:
主电源;Vcc2:
备份电源。
当Vcc2>时,由Vcc2向DS1302供电,当Vcc2 SCLK: 串行时钟,输入。 I/O: 三线接口时的双向数据线。 CE: 输入信号,在读、写数据期间,必需为高。 该引脚有两个功能: 第一,CE开始操纵字访问移位寄放器的操纵逻辑;第二,CE提供终止单字节或多字节数据传输的方式。 DS1302有以下几组寄放器: 一、DS1302有关日历、时刻的寄放器共有12个,其中有7个寄放器(读时81h~8Dh,写时80h~8Ch),寄存的数据格式为BCD码形式,如图2-6所示。 图2-6 DS1302有关日历、时刻的寄放器 小时寄放器(85h、84h)的位7用于概念DS1302是运行于12小时模式仍是24小时模式。 当为高时,选择12小时模式。 在12小时模式时,位5是,当为1时,表示PM。 在24小时模式时,位5是第二个10小时位。 秒寄放器(81h、80h)的位7概念为时钟暂停标志(CH)。 当该位置为1时,时钟振荡器停止,DS1302处于低功耗状态;当该位置为0时,时钟开始运行。 操纵寄放器(8Fh、8Eh)的位7是写爱惜位(WP),其它7位均置为0。 在任何的对时钟和RAM的写操作之前,WP位必需为0。 当WP位为1时,写爱惜位避免对任一寄放器的写操作。 二、DS1302有关RAM的地址 DS1302中附加31字节静态RAM的地址如图2-7所示。 图2-7DS1302静态RAM地址 三、DS1302的工作模式寄放器 所谓突发模式是指一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。 突发模式寄放器如图2-8所示。 图2-8突发模式寄放器 四、另外,DS1302还有充电寄放器等。 读写时序说明 DS1302是SPI总线驱动方式。 它不仅要向寄放器写入操纵字,还需要读取相应寄放器的数据。 要想与DS1302通信,第一要先了解DS1302的操纵字。 DS1302的操纵字如图2-9。 图2-9 DS1302操纵字(即地址及命令字节) 操纵字的最高有效位(位7)必需是逻辑1,若是它为0,那么不能把数据写入到DS1302中。 位6: 若是为0,那么表示存取日历时钟数据,为1表示存取RAM数据。 位5至位1(A4~A0): 指示操作单元的地址。 位0(最低有效位): 如为0,表示要进行写操作,为1表示进行读操作。 操纵字老是从最低位开始输出,在操纵字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入从最低位(0位)开始。 一样,在紧跟8位的操纵字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿,读出DS1302的数据,读出的数据也是从最低位到最高位。 数据读写时序如图2-10。 图2-10 数据读写时序 具体操作见驱动程序。 DS1302电路连接原理图 电路原理图如图2-11所示,DS1302与单片机的连接也仅需要3条线: CE引脚、SCLK串行时钟引脚、I/O串行数据引脚,Vcc2为备用电源,外接晶振,为芯片提供计时脉冲。 图2-11DS1302电路连接原理图 2.6A44E霍尔传感器的应用 A44E集成霍尔开关是由霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门(集成电路开路输出门)等五部份电路组成。 在输入端输入电压V1,经稳压器稳压后加在霍尔电势发生器的两头,依照霍尔效应原理,当霍尔片处在磁场中时,在垂直于磁场的方向通以电流,那么与这二者相垂直的方向上将会产生霍尔电势差Vh输出,该Vh信号经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。 当施加的磁场强度达到工作点时,触发器输出高电压,使三极管导通,现在OC门输出端输出低电压,这种状态通常称为“开”。 当施加的磁场强度达到释放点时,触发器输出低电压,三极管截止,使OC门输出高电压,这种状态成为“关”。 如此两次电压变换,使霍尔开关完成了一次开关动作。 A44E集成霍尔开关内部结构与工作波形图如图2-12所示。 图2-12A44E霍尔传感器连接电路 第三章整体电路的设计 3.1模块电路的设计 里程电路的设计 出租车中需要一个能准确取得车轮转动即路程计量信号的装置,以取得标准的脉冲信号送入单片机的按时/计数器T0即P3.4脚,利用单片机的T1计数功能完成一百次的计数后产生一中断来完成路程的测量(设车轮周长为1米,那么霍尔传感器每产生100个脉冲便表示车已经行程,依如实际情形在程序中进行设置).汽车联轴器按圆周距离嵌入磁钢,用霍尔传感器集成芯片A44E检测并输出脉冲,其工作原理图如图3-1所示,霍尔传感器集成芯片A44E有信号转换、电压放大、整形输出等功能,为增加其抗干扰的能力,通过74LS14对信号整形后再通过光耦送入单片机相应引脚,如图3-2所示。 若是想在此电路中为了避免司机作弊,可采纳加密传感器的方式,先对霍尔传感器搜集到计数脉冲加密,使计数脉冲以密文方式传输,最后解密为明文脉冲,传送到计价器计费。 在密码传感器中,加密器向解码器发送的是密码,只有加密器和解码器固有密码相同时,解码器才向计价器发送计数脉冲,计价器才计费,从而提高了计价器计费的靠得住性,非法出租车司机也无法使车费增加,同时司机也不能擅自改换计价器传感器,实现了计价器有国家计量局统一安装、维修和年检的统一治理。 图3-1霍尔传感器外部实物连接图 图3-2霍尔传感器外部连接电路 脉冲整形电路 信号预处置电路如图3-3所示。 它由二级电路组成,第一级是由开关三极管组成的零偏置放大器,采纳开关三极管能够保证放大器具有良好的高频响应,当输入信号为零或负电压时,三极管截止,电路输出高电平;而当输入信号为正电压时,三极管导通,现在输出电压随着输入电压的上升而下降,这使得速度里程表既能够测量任意方波信号的频率,也能够测量正弦波信号的频率。 由于放大器的放大功能降低了对待测信号的幅度要求,因此,系统能对任意大于的正弦波和脉冲信号进行测量。 预处置电路的第二级采纳带施密特触发器的反相器CT74LS14来把放大器生成的单相脉冲转换成与CMOS电平相兼容的方波信号同时将输出信号加到8155的TMPIN口,如图3-3所示。 图3
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