出租車計價器設計實習報告

1、電子裝置設計實習報告題 目：出租車計價器設計專業(yè)班級：電氣工程及其自動化0906班姓 名：高陽學 號：090301175目 錄第一章 設計要求11.1 基本功能11. 2 性能11.3 擴展功能1第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理12.1 系統(tǒng)的硬件構成及功能22.2 at89s51單片機及其引腳說明2第三章 硬件電路方案設計53.1方案比較與確定53.2 里程計算、計價單元的設計63.3 顯示單元電路設計83.4 鍵盤顯示模塊設計9第四章 系統(tǒng)的軟件設計114.1 系統(tǒng)主程序設計114.2 定時中斷服務程序134.3 顯示服務程序134.4 鍵盤服務程序14第五章 系統(tǒng)調試與測試結果分析155.1

2、 使用的儀器儀表和工具155.2 調試的方法15第六章 結論16第一章 設計要求1.1 基本功能（1）顯示：可以顯示里程、金額、等待時間、速度。（2）計費功能：起步公里數(shù)為3公里，價格為8元；若實際運行大于3公里，按單程價格為2元/公里，往返則價格為1.5元/公里。（3）按鍵功能：單程/往返分別由“單程” 按鍵和“往返” 按鍵設定；按“暫?！?鍵，計價器可暫停計價；按“清除” 鍵，計價器能將記錄數(shù)據(jù)（里程、等待時間與金額等）自動清0；按“查詢”鍵，能自動顯示總等待時間；按“返回”鍵，仍然顯示里程和金額。1.2 性能：公里數(shù)檢測誤差不超過10。1.3 擴展功能停車計費功能：用單片機控制電機轉動，

3、并用光電傳感器檢測轉盤轉動模擬車速，車速與轉盤轉速成正比。車速5公里/小時的時間累積為總等待時間，每5分鐘等待時間相當于里程數(shù)增加1公里。第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理本系統(tǒng)的硬件設計主要包括單片機at89s51、數(shù)據(jù)顯示部件、模擬行駛路程單元、及計價單元的設計。在硬件設計過程中，充分利用各部件的功能，實現(xiàn)多功能的出租車計價器設計。2.1 系統(tǒng)的硬件構成及功能利用單片機豐富的io端口，及其控制的靈活性，實現(xiàn)基本的里程計價功能和價格選擇、時間顯示控制等功能。不但能實現(xiàn)所要求的功能而且能在很大的程度上擴展功能，而且還可以方便的對系統(tǒng)進行升級。如圖2.1 單片機控制方案圖。圖2.1 單片機控制方案圖2

4、.2 at89s51單片機及其引腳說明at89s51是美國atmel公司生產(chǎn)的低功耗，高性能cmos 8位單片機，片內含4kb的可系統(tǒng)編程的flash只讀程序存儲器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集flash程序存儲器既可在線編程（isp）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8位微處理器于單片芯片中，具有高性價比。at89s51是一個有40個引腳的芯片，引腳配置如圖2.2 at89s51引腳配置所示。圖2.2 at89s51引腳配置at89s51芯片的40個引腳功能為：vcc 電源電壓。gnd 接地。rst 復位輸入。當rst變?yōu)楦唠娖讲⒈３?/p>

5、2個機器周期時，將使單片機復位。wdt溢出將使該引腳輸出高電平，設置sfr auxr的disrto位（地址8eh）可打開或關閉該功能。diskrto位缺省為reset輸出高電平打開狀態(tài)。xtal1 反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。xtal2 來自反向振蕩放大器的輸出。p0口 一組8位漏極開路型雙向i/o口。也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能驅動8個ttl邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在flash編程時，p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸

6、出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。p1口 一個帶內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil）。flash編程和程序校驗期間，p1接收低8位地址。p1口部分端口引腳及功能如表2-1 p1口特殊功能所示。表2-1 p1口特殊功能p1口引腳特殊功能p1.5mosi（用于isp編程）p1.6mosi（用于isp編程）p1.7sck（用于isp編程）p2口 一個帶內部上拉電阻的8位雙向i/o口。p1

7、的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil）。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口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口線上的內容在整個訪問期間不改變。flash編程和程序校驗期間，p2亦接收低8位地址。p3口 一個帶內部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對p3口寫“1”時，它們被內部的上拉電阻把拉到高電并可作輸入端口。作輸入端口使用時，被外部拉低的p

8、3口將用上拉電阻輸出電流（iil）。p3口除了作為一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2 p3口特殊功能所示。p3口還接收一些用于flash閃速存儲器編程和程序校驗期間的控制信號。表2-2 p3口特殊功能p3口引腳特殊功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2（外部中斷0）p3.3（外部中斷1）p3.4t0（定時器0外部輸入）p3.5t1（定時器1外部輸入）p3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）psen/ 程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀先通信號，當at89s51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次

9、psen/有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的psen/信號。ea/vpp 外部訪問允許。欲使cpu僅訪問外部程序存儲器，ea端必須保持低電平，需注意的是：如果加密位lb1被編程，復位時內部會鎖存ea端狀態(tài)。flash存儲器編程時，該引腳加上+12v的編程電壓vpp。第三章 硬件電路方案設計3.1方案比較與確定出租車計價系統(tǒng)在模擬車輪轉動方面上可以采用兩種方案：一種是用555芯片產(chǎn)生固定頻率的脈沖模擬。這種方案產(chǎn)生脈沖頻率很高，但是調節(jié)比較麻煩。第二種是采用槽型光耦的通與斷來模擬轉動，使用電機轉盤對光耦的切割來產(chǎn)生脈沖。這種方案產(chǎn)生脈沖頻率不高，但是轉速可以輕松調節(jié)。經(jīng)過

10、仔細考慮和權衡，由于兩種方案均有其優(yōu)點，決定同時使用兩種方案，兩個模擬源可以根據(jù)需要任意使用。在顯示問題上，可以使用7279芯片控制顯示，也可以通過動態(tài)掃描實現(xiàn)顯示功能?？紤]到動態(tài)掃描使用的硬件較少，本著簡捷易行的原則，采用了動態(tài)掃描的方案。3.2 里程計算、計價單元的設計里程計算是通過安裝在車輪上的霍爾傳感器a44e檢測到的信號，在該系統(tǒng)中用兩種脈沖發(fā)生器進行模擬,送到單片機，經(jīng)處理計算,送給顯示單元的。其原理如圖3.1 所示。圖3.1 模擬測距示意圖555電路來產(chǎn)生一個脈沖來模擬霍爾傳感器輸出的里程脈沖，選擇p1.0口作為信號的輸入端，內部采用外部中斷0，555脈沖產(chǎn)生電路輸出一個脈沖信號

11、直接加到io口p1.0上(產(chǎn)生的頻率f=1/t=1.414/(r1+2r2)c1)，由單片機的內部算法對脈沖計數(shù)，通過計算將脈沖增加體現(xiàn)在金額和里程上。具體電路如圖3.2所示。圖3.2 555脈沖產(chǎn)生電路圖光偶電路是以光為媒介傳輸電信號的一種光一電轉換器件，是另一種模擬將出租車行駛時車輪所轉的圈數(shù)轉換成脈沖信號送入數(shù)據(jù)處理電路。h92b4是光偶電路的基本元件，它由發(fā)光源和受光器兩部分組成，發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏三極管。當發(fā)光源與受光器之間存在光線阻擋時，輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖?，恢復光通路又變?yōu)楦唠娖剑瓦@樣形成一個個的高低電平脈沖。選擇p3.4.口作為信號的輸入端，內部采用外部中斷

12、0，光偶電路輸出一個脈沖信號直接加到外部中斷0上，引起單片機的中斷，對脈沖計數(shù)，通過計算將脈沖增加體現(xiàn)在金額和里程上。具體電路如圖3.3所示。圖3.3 h92b4光偶電路3.3 顯示單元電路設計由于設計要求有里程、金額、等待時間、速度顯示輸出，所以采用8位led數(shù)碼管的分屏顯示。顯示電路由8數(shù)據(jù)鎖存器74hc573、譯碼器74ls138、8位led數(shù)碼管組成。74hc573用于連接51單片機和led數(shù)碼管，51單片機的p0.0p0.7分別順序對應數(shù)碼管的ag和dp，當位p0.0為1時，對應a段點亮，以次類推。而51單片機的p2.0p2.2接74ls138的abc輸入口，其8個輸出口分別接到8個

13、數(shù)碼管，這樣就可以進行3-8譯碼控制8個數(shù)碼管的顯示。顯示模塊電路圖見圖3.4各個數(shù)碼管顯示內容示意圖見圖3.5圖3.4顯示單元電路圖3.5 數(shù)碼管顯示內容示意圖(上下復用)3.4 鍵盤顯示模塊設計鍵盤采用4*4矩陣按鍵，接在at89s51的p3口，當有鍵按下時，相對應的接口被置0。矩陣鍵盤又稱為行列式鍵盤，它是用4條i/o線作為行線，4條i/o線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個交叉點上，設置一個按鍵。如圖3.6所示，行線接p3.0p3.3，列線接p3.4p3.7。圖3.6 矩陣鍵盤電路按鍵s1：單程按鍵。按下該鍵，里程隨脈沖數(shù)成正比累加，在里程大于3公里后，金額數(shù)按單程價格為2元/公

14、里進行累加。按鍵s2：往返按鍵。按下該鍵，里程隨脈沖數(shù)成正比累加，在里程大于3公里后，金額數(shù)按單程價格為1.5元/公里進行累加。按鍵s3：暫停按鍵。到達目的地后，按“暫?！?鍵，計價器可暫停計價。按鍵s4：清除按鍵。按“清除” 鍵，計價器能將記錄數(shù)據(jù)（里程、等待時間與價格等）自動清0。按鍵s5：查詢按鍵。按“查詢”鍵，能自動顯示總等待時間。按鍵s6：返回按鍵。按下該鍵，回到顯示里程數(shù)、金額狀態(tài)。第四章 系統(tǒng)的軟件設計本系統(tǒng)的軟件設計主要可分為主程序模塊、定時計數(shù)中斷程序、里程計數(shù)中斷服務程序、中途等待中斷服務程序、顯示子程序服務程序、鍵盤服務程序六大模塊。下面對各部分模塊作介紹。4.1 系統(tǒng)主

15、程序設計在主程序模塊中，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置啟動/清除標志寄存器、里程寄存器和價格寄存器，并對它們進行初始化。然后，主程序將根據(jù)各標志寄存器的內容，分別完成啟動、清除、計程和計價等不同的操作。主程序流程圖如圖4.1 所示。當按下s1時，就啟動計價，將根據(jù)里程寄存器中的內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)來計算出當前的累計價格，并將結果存于價格寄存器中，然后將時間和當前累計價格送顯示電路顯示出來。當?shù)竭_目的地的時候，由于霍爾開關沒有送

16、來脈沖信號，就停止計價，顯示當前所應該付的金額和對應的單價，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。開始初始化鍵盤掃描程序是否有鍵按掃描鍵值返回鍵6？顯示里程、金額單程鍵1？單程函數(shù)調用往返鍵2？往返函數(shù)調用暫停鍵3？清除鍵4？查詢鍵5？t0暫停計時顯示全部清零顯示等待時間、速度圖4.1 程序流程圖4.2 定時中斷服務程序在定時中斷服務程序中，每1/40s 產(chǎn)生一次中斷，當產(chǎn)生40 次中斷的時候，也就到了一秒，送數(shù)據(jù)到相應的顯示緩沖單元，并調用顯示子程序實時顯示。其程序流程如圖4.2 所示。中斷開始中斷初始化是否到40次脈沖計數(shù)測量速度返回圖4.2 定時中斷服務程序4.3

17、顯示服務程序數(shù)碼管在一般情況下顯示里程數(shù),價格兩項數(shù)據(jù)，當按下鍵時則跳轉顯示等待時間和車速兩項數(shù)據(jù)。當按下鍵時則返回顯示里程數(shù),價格兩項數(shù)據(jù)。程序流程圖如圖4.3：開始接收里程數(shù),價格顯示數(shù)據(jù)dispflag是否為真轉為為字型碼輸出顯示接收等待時間車速顯示數(shù)據(jù)短延時返回圖4.3 顯示服務程序4.4 鍵盤服務程序鍵盤采用查詢的方式，放在主程序中，當沒有按鍵按下的時候，單片機循環(huán)主程序，一旦有按鍵按下，便轉向相應的子程序處理，處理結束再返回。如果按鍵s1被按下，則調用第一個子程序：begin_signal標志置1，將s_or_d標志置0;表示單程開始。 如果按鍵s2被按下，則調用第一個子程序：be

18、gin_signal標志置1，將s_or_d標志置1; 表示往返開始。若按鍵s3被按下，則調用第一個子程序：begin_signal標志置0; 表示暫停。如果按鍵s4被按下，則調用第一個子程序：pulse_counter標志置0，將t置0; 表示將顯示數(shù)據(jù)清空。如果按下s5，則調用第一個子程序：dispflag標志置1; 表示進入查詢界面。如果按下s6，則調用第一個子程序：dispflag標志置0; 表示退出查詢界面。第五章 系統(tǒng)調試與測試結果分析根據(jù)系統(tǒng)設計方案，本系統(tǒng)的調試共分為三大部分：硬件調試，軟件調試和軟硬件聯(lián)調。測試包括里程計價測試、掉電存儲測試測試。5.1 使用的儀器儀表和工具

19、數(shù)字萬用表dt9203 電烙鐵單片機仿真器stc_isp 單片機實驗板雙蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源dh1718e-5數(shù)字示波器 tds10025.2 調試的方法根據(jù)系統(tǒng)設計方案，本系統(tǒng)的調試共分為三大部分：硬件調試，軟件調試和軟硬件聯(lián)調。由于在系統(tǒng)設計中采用模塊設計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試。確定方案后的焊接過程很順利，3天后就完成了大部分電路的焊接工作，進行簡單的程序測試后發(fā)現(xiàn)一個問題：由于要用到555芯片產(chǎn)生脈沖，預先設計的電路中沒有提供5v電源給555供電。我們想到外接一個5v的直流電源，發(fā)現(xiàn)這樣會使整個系統(tǒng)顯示累贅而難以操作。后來我們想到與單片機最小系統(tǒng)的vcc和555芯片共用5v電源。于是將555的電源和地接到了最小系統(tǒng)的vcc和地。這樣，只要單片機一上電，555便可以正常工作，操作起來非常方便和快捷。在軟件設計過程中遇到一個嚴重的問題就是系統(tǒng)的時序設計。我們發(fā)現(xiàn)程序的鍵盤掃描程序和中斷程序發(fā)生沖突。導致按鍵功能和顯示功能不能同時出現(xiàn)。后來經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)，中斷子程序設計的不合理，導致發(fā)生了中斷