2835.D出租車計價器設(shè)計報告 電路原理圖與說明

1、電路原理圖與說明 1 電路設(shè)計的分析1.1 電動機的作用及電路連接出租車的實際行駛距離無法實地去測量，因此需要將此問題實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，具體方法為：用電動機模擬汽車車輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，再測出汽車輪胎的外徑，繼而得出周長，就用周長乘以轉(zhuǎn)動圈數(shù)即可得汽車行駛的路程。電動機每轉(zhuǎn)動一圈酒會向外輸出一個脈沖，完成一次信號的采集。如本實驗中電路圖所示，將電動機與8253的clk0相連，就將“電動機轉(zhuǎn)動了一圈”這個信號以脈沖形式傳給了8253。1.2 8253的作用及電路連接 8253在本實驗中工作于方式2和方式3。 8253在方式2時有它自己的工作的特點。對某一計數(shù)通道寫入控制字，選定工作方式2時，out端輸出高電平

2、。如果gate為高電平,則在寫入計數(shù)值后的下一個時鐘脈沖時,將計數(shù)值裝入執(zhí)行部件.此后,計數(shù)器隨著時鐘脈沖的輸入而遞減計數(shù).當(dāng)計數(shù)值減為1時, out端由高電平變?yōu)榈碗娖?待計數(shù)器的值減為0時, out端引腳又回到高電平, 與此同時,還將計數(shù)初值重新裝入計數(shù)器,開始一個新的計數(shù)過程,并由些周而復(fù)始地計數(shù).如果裝入計數(shù)器的初值為n,那么在out引腳上,每隔n個周期就產(chǎn)生一個負(fù)脈沖,其寬度與時鐘脈沖的周期相同,頻率為輸入時鐘脈沖頻率的n分之一.所以,這實際上是一種分頻工作方式. 對于方式2,gate端發(fā)揮著一定的作用.在計數(shù)過程中,當(dāng)gate變?yōu)榈碗娖綍r,將迫使out變?yōu)楦唠娖?并禁止計數(shù);當(dāng)ga

3、te從低電平變?yōu)楦唠娖綍r,也就是gate 端產(chǎn)生上升沿時,則在下一個時鐘脈沖時,又把預(yù)置的計數(shù)初值裝入計數(shù)器,從初值開始遞減計數(shù),并循環(huán)進行. 在操作過程中,任何時候都可由cpu重新寫入新的計數(shù)值,它不會影響當(dāng)前計數(shù)過程的進行.比如說,原來的計數(shù)值n=4,在計數(shù)過程中計數(shù)值回零前,又寫入新的計數(shù)值n=3,8253仍按n=4進行計數(shù).當(dāng)計數(shù)值減為0時,一個計數(shù)周期結(jié)束,8253將按新寫入的計數(shù)值n=3進行計數(shù). 當(dāng)需要產(chǎn)生連續(xù)的負(fù)脈沖序列信號時,可使8253工作于方式2.在本實驗當(dāng)中,就是讓0通道工作在方式2下. 這時,就有了一個新的問題,那就是,當(dāng)在方式2的時候,它的輸出的信號太快,人眼是幾乎

4、不能看得到的.所以,我們在這里就對1通道采用方式3的工作方式. 對于方式3來說,它的工作方式與方式2有著很多相似的地方,然而,又不能等同.因為它們各自有著不同的特點.使用的時候就要加以區(qū)別. 可以從輸出的波形上看出它們的一些不同之處.因為方式3輸出的不是序列負(fù)脈沖,而是對稱的方波或基本對稱的矩形波.當(dāng)然,無論是方式2,還是方式3,都要將gate端置為高電平才可實現(xiàn)它的功能. 8253有一些它的特點。如果寫入計數(shù)器的初值為偶數(shù)，則當(dāng)8253進行計數(shù)時，每輸入一個時鐘脈沖，均使計數(shù)值減2。計數(shù)值減為0時，out輸出引腳由高電平變成低電平，同時自動重新裝入計數(shù)初值，繼續(xù)進行計數(shù)。當(dāng)計數(shù)值減為0時，o

5、ut引腳又回到高電平，同時再一次將計數(shù)初值裝入計數(shù)器，開始下一輪循環(huán)計數(shù)；如果寫入的計數(shù)初值為奇數(shù)，則當(dāng)輸出端out為高電平時，第一個時鐘脈沖使計數(shù)器減1，以后每來一個時鐘脈沖，都使計數(shù)器減2，當(dāng)計數(shù)值減為0時，輸出端out由高電平變成低電平，同時重新裝入計數(shù)初值，繼續(xù)進行計數(shù)。這時第一個時鐘脈沖使計數(shù)器減3，以后每個時鐘脈沖都使計數(shù)器減2，計數(shù)值減為0時，out引腳又回到高電平，并重新裝入計數(shù)初值后，開始下一輪循環(huán)計數(shù)。這兩種情況下，從out端輸出的方波頻率都等于時鐘脈沖的頻率除以計數(shù)初值。但要注意，當(dāng)寫入的計數(shù)初值為偶數(shù)時，輸出完全對稱的方波，寫入計數(shù)初值為奇數(shù)時，其輸出波形的高電平寬度比

6、低電平多一個時鐘周期。 停止計數(shù)的方法：在計數(shù)過程中，若gate變成低電平時，就迫使out變成高電平，并禁止計數(shù)，當(dāng)gate回到高電平時，重新從初值n開始進行計數(shù)。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對計數(shù)的控制。 如果希望改變輸出方波的速率，cpu可在任何時候重新裝入新的計數(shù)初值，在下一個計數(shù)周期就可按新的計數(shù)初值計數(shù)，從而改變方波的速率。 若將頻率為2mhz（周期為0。5微秒）的時鐘直接加到clk1端，則out1端輸出的脈沖周期最大只有0。5微秒*65536=32。768毫秒，有一些時候是達(dá)不到要求的。8353采用級聯(lián)方式。此實驗中使用8253的0通道和1通道以實現(xiàn)級聯(lián)。若輸入為40hz，則計數(shù)值n0=40hz

7、/(1/50ms)=2（0通道時延50ms）。設(shè)1通道時延3s,則1通道計數(shù)值n1=(1/50ms)/(1/3s)=60。8253的控制字分析。其控制字為：00110101b。其意義為：選擇通道0；先讀/寫低字節(jié)，后高字節(jié)；工作與方式2下；采用bcd計數(shù)。在本實驗中，采用了級聯(lián)的方式。當(dāng)指向通道1的端口地址的時候，就要再寫入通道1的控制字。d7和d6位寫入的控制字為：01代表選擇了通道1，如果是用的00，則代表選擇了通道0，10代表選擇了通道2，如果寫入的是11，則代表無效。d5和d4位寫入的控制字代表的意義的是：00代表計數(shù)器鎖存，供cpu讀。寫入01代表只讀/寫計數(shù)器的低字節(jié)，寫入10代表

8、只讀/寫計數(shù)器的高字節(jié)。寫入11代表先讀/寫計數(shù)器的低字節(jié)，然后再讀/寫計數(shù)器的高字節(jié)。d3，d2和d1位的控制字代表的意義是8253的不同的工作方式：寫入000代表工作于方式0，寫入001代表工作于方式1，寫入x10代表工作于方式2，寫入x11代表工作于方式3，寫入100代表工作于方式4，寫入101代表工作于方式5。d0位的控制字的意義是：寫入1代表bcd碼計數(shù)。寫入0代表2進制計數(shù)。通道1的控制字為：01110111b。它代表的意思是：選擇通道1，先讀寫計數(shù)器的低字節(jié)，再讀/寫計數(shù)器的高字節(jié)。通道1工作于方式3，采用的是bcd計數(shù)的方法。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)所需要的功能。完成了級聯(lián)的設(shè)想。825

9、3電路連接為：clk0接電動機，采集有點動機產(chǎn)生的模擬脈沖。0通道輸出out0與1通道clk1相連。out1輸出給8255，并連結(jié)gate0與gate1與高電平相連，保證它工作于方式0。8253的低平cs與300h相連，即8253段地址為300h。用導(dǎo)線將其連接好就可實現(xiàn)其功能。在這個實驗當(dāng)中采用的端口的起始的地址是300h，所以分配：通道0的地址端口為300h，通道1的地址端口為301h，通道2的地址端口為302h，8253的控制端口的地址為303h。2.2.3 8255a的作用及電路連接8255a工作方式0狀態(tài)下，實現(xiàn)基本的輸入輸出功能。方式0稱為基本的輸入輸出方式。它適用于不需要用信號的

10、簡單輸入輸出場合。在這種方式下，a口和b口可以做為8位的端口，c口的高4位和低四位可以做為兩個四位的輸入輸出端口。這四個端口中，任何一個都是可以做輸入端口，也可以做輸出端口，從而構(gòu)成16種不同的輸入輸出組態(tài)。在實際應(yīng)用時，c口的兩半部分也可以合在一起，構(gòu)成一個八位的端口，這樣8255a可以構(gòu)成三個八位的i/o端口，或兩個8位的，兩個4位的i/o端口，以適應(yīng)各種不同的場合。在傳送數(shù)據(jù)時，它的實現(xiàn)過程是這樣的：cpu與這些端口交換數(shù)據(jù)時，可以直接用輸入指令從指定端口讀取數(shù)據(jù)，或用輸出指令將數(shù)據(jù)寫入端口，不需要任何其它用于應(yīng)答的聯(lián)絡(luò)信號。對于方式0，還規(guī)定輸出信號可以被鎖存，輸入不能鎖存，這是使用時

11、要注意的地方。它的控制字也有一定的規(guī)定。其中d7位為1時，代表選擇控制字，其中d6，d5位為00，代表選擇a口工作于方式0。d2=0，代表選擇b口工作于方式0。d4d3和d1d0這四位可以任意取0或1，由此構(gòu)成4個端口的16種不同的組態(tài)。8255a的控制字為：10010000b，代表意思是：d7=1,表示選擇控制字。 d6d5=00，表示a口工作于方式0下。d4表示a口作為輸。d2=0表示b口工作與方式0下。d1=表示b口作為輸出使用。將電路連接完畢，即可實現(xiàn)8255a功能。2.2.4 顯示器的連接當(dāng)信號采集完畢后，無法讓人們看到具體的脈沖，因此必須用顯示器將脈沖顯示出來。整體的顯示過程是：讓

12、霍爾傳感器采集信號，8253計數(shù)，8255將其輸出，輸出給顯示器，由顯示器顯示具體數(shù)字，從而完成整個過程。2.3 電路的主要功能為了完成計價器的計數(shù)功能，此電路必須實現(xiàn)以下所述的各個功能：2.3.1 采集信號的功能本實驗用霍爾傳感器來采集信號?；魻杺鞲衅魇怯梅墙佑|式的工作方式來采集信號的，它采集到的信號是以脈沖的形式表示的。一塊磁鐵被固定在轉(zhuǎn)輪上，隨著轉(zhuǎn)輪一圈圈的轉(zhuǎn)動，當(dāng)這塊磁鐵轉(zhuǎn)動經(jīng)過霍爾傳感器時就將信號傳給了霍爾傳感器。在此，存在一個問題，在實驗室里不可能采集汽車的車輪的轉(zhuǎn)動情況，這需要模擬這一場景。模擬的方法是：我們用步進電動機代替汽車,也就是說用步進電動機的轉(zhuǎn)動來代替汽車的車輪的轉(zhuǎn)動.

13、步進電動機轉(zhuǎn)動一圈就代表汽車的車輪轉(zhuǎn)動了一周.那么這個信號又是怎樣來采集的呢?這時候,我們用到了霍爾傳感器.霍爾傳感器是對磁信號進行采集的一個裝置.問題就轉(zhuǎn)化成了:我們?nèi)绾螌④囕喌霓D(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成電磁的信號傳輸給霍爾傳感器.然后用霍爾傳感器將它采集起來送給8255.解決的方案是:我們在步進電動機的轉(zhuǎn)輪的邊緣上面加上一塊小磁鐵.再用一塊小磁鐵放在和邊緣較近的位置.固定在轉(zhuǎn)輪上的小磁鐵有一個自己的轉(zhuǎn)行的軌道.那么負(fù)責(zé)采集信號的這個小磁鐵所在的位置就在這個軌道的一邊,在固定在轉(zhuǎn)輪上的小磁鐵 的必經(jīng)之地.這個采集的小磁鐵再和霍爾傳感器相連.這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)這個采集的過程.使信號的傳送有了可能2.3.2 計數(shù)功

14、能當(dāng)信號采集過來以后，就需要一個計數(shù)裝置，記錄輪子的轉(zhuǎn)動次數(shù)。這個功能用可編程的計數(shù)器8253來實現(xiàn)。它使用減數(shù)計數(shù)功能，先裝入計數(shù)初值n,當(dāng)減為1時，out端由高電平變成低電平。待計數(shù)器的值減為0時，out端引腳又回到高電平。這樣就輸出了一個高電平。在實驗中，應(yīng)該注意一下8253的一些特性。8253的每個通道工作時，都是對輸入到clk引腳上的脈沖按二進制或十進制（bcd碼）格式進行計數(shù)。計數(shù)采用倒計數(shù)法，先對計數(shù)器預(yù)置一上初值，再初值裝入實際的計數(shù)器。然后開始遞減計數(shù)。即每輸入一個時鐘脈沖，計數(shù)器的值減1，當(dāng)計數(shù)器的值減為0時，便從out端引腳輸出一個脈沖信號。輸出信號的波形主要由工作方式?jīng)Q

15、定，同時，還要受到從外部加到gate引腳上的門控信號控制，它決定是否允許計數(shù)。此時，又有一個問題需要弄清楚。這個問題就是：出租車的車輪在轉(zhuǎn)動的過程當(dāng)中，不是一直都有規(guī)律地在旋轉(zhuǎn)，當(dāng)是以一個固定的頻率進行旋轉(zhuǎn)的時候，我們比較容易計數(shù)，那么當(dāng)車輪不是有規(guī)律的轉(zhuǎn)動時，我們又怎樣來處理這個問題呢？問題的答案是：當(dāng)用8253作外部事件計數(shù)器時，在clk引腳上所加的計數(shù)脈沖是由外部事件產(chǎn)生的，這些脈沖的間隔可以是不相等的。如果要用它作定時器，則clk引腳上應(yīng)輸入精確的時鐘脈沖。這時，8253所能實現(xiàn)的定時時間，決定于計數(shù)脈沖的頻率和計數(shù)器的初值。我們可以能8253輸入的頻率有很多，但是，也并不是說，可以任

16、意的輸入一些頻率。對8253來講，外部輸入到clk 引腳上的時鐘脈沖頻率不能大于2mhz。如果大于2mhz，則必需經(jīng)分頻后才能送到clk 引腳端，這是使用時要注意的地方。 在這個實驗中，就是采用了級聯(lián)的方式才完成了所要實現(xiàn)的功能。我們采用的是用a口和b 口進行級聯(lián)的方式完成了它的功能。2.3.3 輸出功能當(dāng)8253的計數(shù)功能完成了之后，就需要用一個外圍接口芯片來將這個采集的信號輸出出來。8255是一個可編程的外圍接口芯片，它可以將從8253計數(shù)的信號輸出給外圍設(shè)備。 8255的內(nèi)部是什么樣的結(jié)構(gòu)呢？它又是如何通過這些端口來實現(xiàn)它的一些功能的呢？ 以下進行詳細(xì)敘述。 三個數(shù)據(jù)端口a，b 和c，它們相互合作完成8255的工作。8255內(nèi)部包含3個位的輸入輸出端口，通過外部的24根輸入輸出線與外設(shè)交換數(shù)據(jù)或進行通信聯(lián)絡(luò)。端口a 和端口b，都可以作為一個八位的輸入口或一個八位的輸出口用。c 口既可以作為一個八位的輸入口或輸出口用，又可作為兩個四位的輸入輸出口使用。還常常用來配合a口和b