单片机多功能出租车计价器.docx
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单片机多功能出租车计价器
单片机原理与应用课程设计说明书
题目:
多功能出租车计价器
系部:
专业:
班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
2011年06月日
目录
1设计任务与要求1
1.1设计任务1
1.2设计要求1
1.2.1基本要求1
1.2.2发挥部分1
2设计方案2
2.1计价器的单片机控制方案2
2.2AT89S51单片机及其引脚说明3
2.3AT24C02引脚图及其引脚功能4
3硬件电路设计5
3.1AT24C02掉电存储单元的设计5
3.2数据显示单元设计6
3.3定时中断服务程序设计8
3.4里程计数中断服务程序9
3.5中途等待中断服务程序9
3.6显示子程序服务程序9
3.7键盘服务程序9
4主要参数计算与分析10
4.1里程计算10
5软件设计12
5.1系统主程序设计12
5.2部分源程序清单与注释13
6调试过程15
7结论16
8附录17
8.1多功能出租车计价器总体电路图17
8.2制作元件清单18
9参考文献19
1设计任务与要求
1.1设计任务
设计一款基于AT89S51单片机的出租车计价器。
1.2设计要求
1.2.1基本要求
(1)不同情况具有不同的收费标准
●白天●晚上●途中等待(>10min开始收费)
(2)能进行手动修改单价
(3)具有数据的复位功能
(4)IO口分配的简易要求
●距离检测使用霍尔开关A44E●白天/晚上收费标准的转换开关
●数据的清零开关●单价的调整(最好使用+和-按键)
(5)数据输出(采用LCM103)
●单价输出2位
●路程输出2位
●总金额输出3位
(6)按键
●启动计时开关●数据复位(清零)●白天/晚上转换
1.2.2发挥部分
●能够在掉电的情况下存储单价等数据。
●能够显示当前的系统时间。
●语音播报数据信息。
2设计方案
本系统的硬件设计主要包括单片机AT89S51、数据显示部件、A44E霍尔传感器电路、AT24C02掉电存储单元的设计、里程计算及计价单元的设计。
在硬件设计过程中,充分利用各部件的功能,实现多功能的出租车计价器设计。
2.1计价器的单片机控制方案
计价器的单片机控制方案图如图1所示。
它由以下几个部件组成:
单片机AT89S51、总金额及单价显示部件、键盘控制部件,AT24C02掉电存储控制、里程计算单元、串中显示驱动电路等。
利用单片机丰富的IO端口,及其控制的灵活性,实现基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示功能。
不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能,而且还可以方便的对系统进行升级。
具体电路参见“多功能出租车计价器总体电路图”。
图1单片机控制方案图
2.2AT89S51单片机及其引脚说明
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4KB的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用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)也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中,具有高性价比。
AT89S51是一个有40个引脚的芯片,引脚配置如图2所示。
图2AT89S51引脚配置
AT89S51芯片的40个引脚功能表如下表:
VCC
电源电压
P0
8位漏极开路型双向I/O口
GND
接地
P1,P2
带内部上拉电阻的8位双向I/O口
RST
复位输入
P3
带内部上拉电阻的8位双向I/O口
XTAL1
反向振荡放大器的输入
PSEN/
程序储存允许输出
XTAL2
反向振荡放大器的输出
EA/VPP
外部访问允许
2.3AT24C02引脚图及其引脚功能
AT24C02芯片引脚配置如图3所示。
图3AT24C02引脚配置图
AT24C02芯片DIP封装,共有8个引脚,其功能如下表:
A2~A0
地址引脚
VCC
电源端
SDA、SCL
I2C总线接口
GND
接地端
WP
写保护引脚,WP接VSS时,禁止写入高位地址,WP接VDD时,允许写入任何地址;
3硬件电路设计
3.1AT24C02掉电存储单元的设计
掉电存储单元的作用是在电源断开的时候,存储当前设定的单价信息。
AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片,采用两线串行的总线和单片机通讯,电压最低可以到2.5V,额定电流为1mA,静态电流10Ua(5.5V),芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上,而且采用8脚的DIP封装,使用方便。
其电路如图4所示。
图4掉电存储电路原理图
图中R8、R10是上拉电阻,其作用是减少AT24C02的静态功耗,由于AT24C02的数据线和地址线是复用的,采用串口的方式传送数据,所以只用两根线SCL(移位脉冲)和SDA(数据/地址)与单片机传送数据。
每当设定一次单价,系统就自动调用存储程序,将单价信息保存在芯片内;当系统重新上电的时候,自动调用读存储器程序,将存储器内的单价等信息,读到缓存单元中,供主程序使用。
3.2数据显示单元设计
由于设计要求有单价(2位)、路程(2位)、总金额(3位)显示输出,加上我们另外扩展了时钟显示(包含时分秒的显示),采用LCD液晶段码显示,在距离屏幕1米之外就无法看清数据,不能满足要求,而且在白天其对比度也不能够满足要求,因此我们采用6位LED数码管的分屏显示,如图5所示:
图5采用6位LED数码管的分屏显示
数据的分屏的显示是通过按键S1来实现切换的,如图6所示。
图6S1切换显示屏
在出租车不走的时候,按下S1,可以实现数据的分屏显示;车在行走的时候只有总金额和单价显示屏在显示,当到达目的地的时候,客户要求查看总的里程的时候,就可以按下S1切换到里程和单价显示屏,供客户查询。
显示电路的电路原理图如图7所示。
图7显示器原理图
从单片机串口输出的信号先送到左边的移位寄存器(74HC164),由于移位脉冲的作用,使数据向右移,达到显示的目的。
移位寄存器74HC164还兼作数码管的驱动,插头1(header1)接电源,插头2(header2)接数据和脉冲输出端。
电路中的三个整流管D1~D3的作用是降低数码管的工作电压,增加其使用寿命
3.3定时中断服务程序设计
在定时中断服务程序中,每100ms产生一次中断,当产生10次中断的时候,也就到了一秒,送数据到相应的显示缓冲单元,并调用显示子程序实时显示。
其程序流程如图8所示。
图8定时中断服务程序流程图
3.4里程计数中断服务程序
每当霍尔传感器输出一个低电平信号就使单片机中断一次,当里程计数器对里程脉冲计满1000次时,使微机进入里程计数中断服务程序中。
在该程序中,需要完成当前行驶里程数和总额的累加操作,并将结果存入里程和总额寄存器中。
3.5中途等待中断服务程序
当在计数状态下霍尔开关没有输出信号,片内的T1定时器便被启动,每当计时到达10分钟,就对当前金额加上中途等待的单价,以后每十分钟都自动加上中途等待的单价。
当中途等待结束的时候,也就自动切换到正常的计价。
3.6显示子程序服务程序
由于是分屏显示数据,所以就要用到4个显示子程序,分别是:
时分秒显示子程序(HMS_DIS)、金额单价显示子程序(CP_DIS)、路程单价显示子程序(DP_DIS)、单价调节子程序(PA_DIS)。
3.7键盘服务程序
键盘采用查询的方式,放在主程序中,当没有按键按下的时候,单片机循环主程序,一旦有按键按下,便转向相应的子程序处理,处理结束再返回。
4主要参数计算与分析
4.1里程计算
里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器A44E检测到的信号,送到单片机,经处理计算,送给显示单元的。
其原理如图9所示。
图9传感器测距示意图
由于A44E属于开关型的霍尔器件,其工作电压范围比较宽(4.5~18V),其输出的信号符合TTL电平标准,可以直接接到单片机的IO端口上,而且其最高检测频率可达到1MHZ。
A44E集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成。
在输入端输入电压CCV,经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端,根据霍耳效应原理,当霍耳片处在磁场中时,在垂直于磁场的方向通以电流,则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差HV输出,该HV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。
当施加的磁场达到“工作点”(即OPB)时,触发器输出高电压(相对于地电位),使三极管导通,此时OC门输出端输出低电压,通常称这种状态为“开”。
当施加的磁场达到“释放点”(即rPB)时,触发器输出低电压,三极管截止,使OC门输出高电压,这种状态为“关”。
这样两次电压变换,使霍耳开关完成了一次开关动作。
我们选择了P3.2口作为信号的输入端,内部采用外部中断0(这样可以减少程序设计的麻烦),车轮每转一圈(我们设车轮的周长是1米),霍尔开关就检测并输出信号,引起单片机的中断,对脉计数,当计数达到1000次时,也就是1公里,单片机就控制将金额自动的加增加,其计算公式:
当前单价×公里数=金额。
5软件设计
本系统的软件设计主要可分为主程序模块、定时计数中断程序、里程计数中断服务程序、中途等待中断服务程序、显示子程序服务程序、键盘服务程序六大模块。
下面仅对主程序模块做简单描述。
5.1系统主程序设计
在主程序模块中,需要完成对各接口芯片的初始化、出租车起价和单价的初始化、中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。
另外,在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄存器、里程寄存器和价格寄存器,并对它们进行初始化。
然后,主程序将根据各标志寄存器的内容,分别完成启动、清除、计程和计价等不同的操作。
主程序流程图如图10所示。
图10主程序流程图
5.2部分源程序清单与注释
DAY_PRICEEQU6FH
NIGHT_PRICEEQU6EH
MIDWAY_PRICEEQU6DH
START_PRICEEQU6CH
COUNTLEQU6BH
COUNTHEQU6AH
M100EQU69H;外部中断次数
DISTANCEEQU68H;行车距离
MS100EQU67H
SECEQU66H
MINEQU65H
HOUREQU64H
LEDSLEQU63H;时分钞显示缓冲区
LEDSHEQU62H
LEDMLEQU61H
LEDMHEQU60H
LEDHLEQU5FH
LEDHHEQU5EH
LEDDANJIALEQU5DH;总额,单价显示缓冲区
LEDDANJIAHEQU5CH
LINE_EQU5BH
LEDCOUNT1EQU5AH
LEDCOUNT2EQU59H
LEDCOUNT3EQU58H
LEDDANJIA2LEQU57H;路程,单价显示缓冲区
LEDDANJIA2HEQU56H
LINE__EQU55H
LINE___EQU54H
LEDDISTANCELEQU53H
LEDDISTANCEHEQU52H
LEDDAY_PLEQU51H;中途,晚上,白天显示缓冲区
LEDDAY_PHEQU50H
LEDNIG_PLEQU4FH
LEDNIG_PHEQU4EH
LEDW_PLEQU4DH
LEDW_PHEQU4CH
S1BITP1.0
S2BITP1.1
S3BITP1.2
S4BITP1.3
S11EQU4BH
S22EQU4AH
S33EQU49H
S44EQU48H
M1EQU47H
H1EQU46H
M2EQU45H
H2EQU44H
PRICEEQU43H
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0003H
AJMPTO
ORG000BH
AJMPTOTIME
……….
6调试过程
根据系统设计方案,本系统的调试共分为三大部分:
硬件调试,软件调试和软硬件联调。
系统测试过程如下:
首先用QuartusⅡ仿真工具进行时序仿真,功能仿真用于综合前检查设计的逻辑功能是否符合设计要求,仿真过程中可以通过观察检测设计的输入信号,输出信号以及内部信号来分析设计的逻辑功能是否实现。
如果仿真全部通过无误的话,就可以进行引脚锁定,然后下载程序到GW48系统进行硬件仿真。
FPGA的配置芯片为ACEXIKEPIK30TCII4-3,利用在实验箱上连接好的八片LED数码管中的六片,直接观察结果,测试结果表明,系统设计达到了预期的技术指标要求。
7结论
本款出租车计价器比目前市场现在的增加了不少功能,其中包括单价输出、单价调整、路程输出、显示当前的系统时间、语音播报数据信息等功能。
另外,多功能出租车计价器还具有性能可靠、电路简单、成本低、实用性强等特点,加上经过优化的程序,使其有很高的智能化水平。
通过本次课程设计,又使我学到了许多书本上无法学到的知识,也使也深该体会到单片机技术应用领域的广泛,不仅使我对学过的单片机知识有了很多的巩固,同时也对单片机这一门课程产生了更大的兴趣。
当然我也遇到了很多的困难,在程序编写中,由于思路不清晰,开始时遇到了很多的问题,经过静下心来思考,和同学讨论,理清了思路,反而得心应手。
在此次设计中,我知道了凡事要有一颗平常的心,不要想着走捷径,应当一步一个脚印。
当然也练就了我们的耐心,做什么事都应当有耐心。
总之,此次课程使我的能力得到了全方位的提高,使得我的操作能力和专业技能都有了很大的提高。
8附录
8.1多功能出租车计价器总体电路图
8.2制作元件清单
类型
名称
数量
类型
名称
数量
电阻
240Ω或270Ω
4
三极管
9013
4
750Ω
4
8050
4
4.7K
5
8550
4
10K
10
光耦
2
33K
4
蜂鸣器
1
91K
4
直流电机
1
电容
104
3
电机转盘
1
100uF
1
AT24C02
1
螺丝
2
DIP8
1
光电传感器
1
万能板
1
9参考文献
[1]张鑫、华臻、陈书谦.单片机原理及应用[M].电子工业出版社,2005
[2]丁元杰、吴大伟.单片微机实题集与实验指导书[M].机械工业出版社,2004
[3]杨子文.单片机原理及应用西安电子科技大学出版社,2006
[4]王法能.单片机原理及应用科学出版社,2004
[5]陈明义.电工电子技术课程设计指导[M].长沙:
中南大学出版社,2002
[6]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京航天航空大学出版社,2005
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成绩:
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