畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的多功能出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的多功能出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)年級(jí)專業(yè)2008級(jí)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)號(hào)姓名指導(dǎo)教師評(píng)閱人某某二○一二年六月中國南京第一章緒論當(dāng)今，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)帶來了科研和生產(chǎn)的許多重大的飛躍，特別是單片微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到生產(chǎn)和生活中的各個(gè)方面，有力的推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展。單片微機(jī)以其體積小，集成度高，價(jià)格便宜，在數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)控制等方面有著無與倫比的強(qiáng)大功能。其性能不斷提高，應(yīng)用范圍愈來愈廣，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域日益占重要地位。出租車計(jì)價(jià)器就是單片微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)典型的應(yīng)用。出租車計(jì)價(jià)器是出租車營運(yùn)收費(fèi)的專用智能化儀表，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出租車計(jì)價(jià)器技術(shù)也在不斷進(jìn)步和提高。國內(nèi)出租車計(jì)價(jià)器已經(jīng)經(jīng)歷了4個(gè)階段的發(fā)展。從傳統(tǒng)的全部由機(jī)械元器件組成的機(jī)械式，到半電子式即用電子線路代替部分機(jī)械元器件的出租車計(jì)價(jià)器；再從集成電路式到目前的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出租車計(jì)價(jià)器。出租車計(jì)價(jià)器計(jì)費(fèi)是否準(zhǔn)確、出租車司機(jī)是否超速才是乘客最關(guān)心的問題，而計(jì)價(jià)器營運(yùn)數(shù)據(jù)的管理是否方便才是出租車司機(jī)最關(guān)注的。因此怎樣設(shè)計(jì)出一種既能有效防止司機(jī)作弊和超速又能方便司機(jī)的計(jì)價(jià)器尤為重要。[[][]肖鵬.[J].自動(dòng)化與儀器表.2000.50-51.單片微機(jī)廣泛的應(yīng)用于各種中小型的控制系統(tǒng)中。本文所闡述的基于單片微機(jī)的出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)，利用了AT89C51單片機(jī)的串行口進(jìn)行通信控制，充分顯示了單片微機(jī)在串行通信中的應(yīng)用。該計(jì)價(jià)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的基本功能如下:1)可以顯示單價(jià)，每次旅程的金額，里程和時(shí)間。2)時(shí)間顯示電路顯示并可以修改校正時(shí)鐘的時(shí)、分、小時(shí)采用二十四小時(shí)制。3)可以顯示起步價(jià)格，郊區(qū)價(jià)格，返程價(jià)格，夜間價(jià)格，低速價(jià)格等。系統(tǒng)在沒有上電復(fù)位時(shí)，通過軟件作滅零處理，顯示單價(jià)和車資的數(shù)碼管處于熄滅狀態(tài)，只有顯示時(shí)間的四個(gè)數(shù)碼管工作；系統(tǒng)在上電復(fù)位以后，立即進(jìn)行自檢，檢測各部分電路是否工作正常，按下鍵后進(jìn)入正常工作狀態(tài)。顯示單價(jià)，時(shí)間和起步價(jià)。在現(xiàn)實(shí)的出租車計(jì)價(jià)器中是通過安裝在驅(qū)動(dòng)輪上的傳感器將車輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)送到計(jì)價(jià)器中單片機(jī)的T0口進(jìn)行計(jì)數(shù)。目前國內(nèi)出租車計(jì)價(jià)器發(fā)展還很不成熟，在很多方面與國外相比都還非常欠缺，要改進(jìn)的地方仍然很多。首先在單片機(jī)系統(tǒng)方面，單片機(jī)最小系統(tǒng)除了正常的工作外，當(dāng)在斷電時(shí)還要通過電池保存許多運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，這就需要有電池提供一定的電流。另外，更為重要的是收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)一般是固化在EPROM或EEPROM中，由于各城市收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不同，且收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常變化，每遇此情況就只有更換EPROM（或重新編寫EEPROM內(nèi)容）。要將所有出租車計(jì)價(jià)器的EPROM全部更換，既增加了工作量，又使得用戶費(fèi)用增加，因此，完全有必要設(shè)計(jì)一種可調(diào)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)價(jià)器?，F(xiàn)在有廠家使用專用編碼器對(duì)計(jì)價(jià)器收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，將調(diào)整后的數(shù)據(jù)保存于RAM或EEPROM中。這樣，使用專用編碼器的缺點(diǎn)有三：一、是使用不方便，因?yàn)橥{(diào)整都是在車上進(jìn)行。二、是由于編碼器使用頻繁，容易出問題。三、是現(xiàn)在大多編碼器在調(diào)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)需要更換編碼器。[[][]JoseVillar,AdolfoOtero,JoseOtero*,LucianoSanchez.Taximeterveri?cationusingimprecisedatafromGPS.EngineeringApplicationsofArti?cialIntelligence[C].SpainOviedoUniversity：ComputerScienceDepartment.2009.因此，可使用EEPROM來保存收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，并在計(jì)價(jià)器內(nèi)設(shè)置二或三個(gè)按鍵來進(jìn)行調(diào)整，如：一個(gè)按鍵變換調(diào)整項(xiàng)目，一或兩個(gè)按鍵變換數(shù)值（注：計(jì)價(jià)器在經(jīng)計(jì)量部門檢定后加上鉛封才能投入使用，因此用戶是不可能調(diào)整此數(shù)據(jù)的）。這樣設(shè)計(jì)成本并沒有增加多少，數(shù)據(jù)方便修改，且不易改變，不受掉電影響。并且許多狀態(tài)數(shù)據(jù)也可保存在EEPROM中，并且掉電時(shí)電池不須對(duì)本部分供電，減小電池耗電，延長電池使用時(shí)間。此外在空車燈裝置這一塊。出租車計(jì)價(jià)器空車燈一方面作為行為人的指示燈，一方面通過微動(dòng)開關(guān)進(jìn)行空、重車轉(zhuǎn)換，由于使用頻繁，在微開關(guān)的結(jié)構(gòu)上需要認(rèn)真考慮，現(xiàn)在很多計(jì)價(jià)器空車燈微動(dòng)開關(guān)在轉(zhuǎn)換狀態(tài)時(shí)都采用磨擦方式，不管是彈簧片磨擦，還是微動(dòng)開關(guān)按鈕磨擦，在使用中很快就磨損了。在本人長期的維修過程中，發(fā)現(xiàn)由此原因而引起的計(jì)價(jià)器不能正常工作的情況非常多。改進(jìn)的方法有三種：一種是在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上對(duì)于微動(dòng)開關(guān)的按鈕可采用按壓式，這樣將會(huì)大大延長其使用壽命；二是可采用光電開關(guān)，通過非接觸式開關(guān)解決此問題，但由于使用環(huán)境灰塵較多，因此光電開關(guān)部份需要密封；第三種方法可采用霍爾元件對(duì)永久磁鐵位置的變化感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號(hào)，這樣，既不存在磨擦，又不受灰塵的影響，將會(huì)大大提高空車燈的使用壽命。最后在傳感器部分也需要做一定的改進(jìn)。現(xiàn)在傳感器一般都是安裝在汽車變速箱上，由于汽車運(yùn)行時(shí)變速箱溫度非常高，這樣就使得傳感器一直工作在高溫狀態(tài)，這樣一方面?zhèn)鞲衅髦械碾娮釉菀讚p壞，另一方面?zhèn)鞲衅餍盘?hào)線接頭也非常容易老化而斷裂，而斷后又不易重新接上，由于以上原因，使得傳感器壽命一般都不長，普遍為半年到一年就需要更換。因?yàn)閭鞲衅鲀r(jià)格較貴，使得用戶反映較大。另有一種傳感器是安裝于里程表儀表盤后的，但由于此處往往位置較小，安裝不易，因此很少采用。在這種情況下，可以考慮將傳感器與里程表軟軸作為一體，將傳感器做在軟軸中間適當(dāng)?shù)奈恢?，這樣設(shè)計(jì)成本并不需提高多少，但可使傳感器壽命得到大大延長。[[][]何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社.1990.第二章方案論證在設(shè)計(jì)出租車計(jì)價(jià)器過程中，我們要考慮到設(shè)計(jì)方案的分類的問題，經(jīng)過調(diào)查，討論和比較選出最佳方案。第一節(jié)方案比較方案一：使用數(shù)字電路和模擬電路來完成設(shè)計(jì)要求。顯示器件有：LED顯示，VFD顯示，分段式數(shù)碼管等等，針對(duì)顯示單元電路這里可以使用分段式數(shù)碼管來顯示，分段式數(shù)碼管分為共陽極和共陰極兩種，對(duì)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)針對(duì)不同的類型采用不同的芯片，共陰極數(shù)碼管通常采用TTL系列的74LS48驅(qū)動(dòng)，而共陽極數(shù)碼管通常采用CMOS系列的CD4543來驅(qū)動(dòng)；僅時(shí)鐘顯示電路框圖和實(shí)際電路就這樣的龐大，整體電路規(guī)模可想而知。而且對(duì)于模式的切換需要用到機(jī)械開關(guān)，機(jī)械開關(guān)時(shí)間久了會(huì)造成接觸不良，功能不易實(shí)現(xiàn)；整體電路的規(guī)模較大，用到的器件多，造成故障率高，難調(diào)試。方案二：使用單片機(jī)來完成設(shè)計(jì)要求。單片機(jī)功能強(qiáng)大，用較少的硬件和適當(dāng)軟件相互配合可以很容易的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，且靈活性強(qiáng)，可以通過軟件編程來完成更多的附加功能。針對(duì)計(jì)費(fèi)模式的切換，通過軟件就可以輕而易舉的實(shí)現(xiàn)。避免了機(jī)械開關(guān)帶來的不穩(wěn)定因素。方案確定：經(jīng)過上面的兩種方案的比較，顯然第二種方案具有更大的優(yōu)越性、靈活性、所以我們采用第二種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。本電路以AT89C51單片機(jī)為中心、附加A44E霍爾傳感器測距，實(shí)現(xiàn)對(duì)出租車計(jì)價(jià)統(tǒng)計(jì)，輸出采用8段數(shù)碼顯示管。設(shè)計(jì)的計(jì)價(jià)器不但能實(shí)現(xiàn)基本的計(jì)價(jià)，而且還能根據(jù)白天、黑夜、中途等待來調(diào)節(jié)單價(jià)，同時(shí)在不計(jì)價(jià)的時(shí)候還能作為時(shí)鐘為司機(jī)同志提供方便。第二節(jié)總體設(shè)計(jì)框圖一、工作原理框圖。圖工作原理框圖二、單片機(jī)單元框圖。圖單片機(jī)單元框圖

第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本次的硬件設(shè)計(jì)模塊主要是針對(duì)著單片機(jī)AT89C51、霍爾傳感器電路A44E、掉電保護(hù)電路AT24C02、里程電路、計(jì)價(jià)單元電路、數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存電路、各項(xiàng)數(shù)據(jù)金額的顯示電路、鍵盤控制電路、語音播報(bào)電路、電源模塊電路、收據(jù)打印電路等電路的設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)過程中，需要仔細(xì)全面考慮到各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)要求，找到最合理的硬件設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)多功能的出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)。由于顯示輸出部分一共有16位顯示，采用的是LCM0825的8位8段液晶顯示模塊，故要進(jìn)行單片機(jī)芯片的I/O口擴(kuò)展。鑒于16位的顯示有8個(gè)段選，16個(gè)位選，擴(kuò)展24位I/O口?？紤]到方便簡潔的原因，此處采用單片機(jī)擴(kuò)展一片8255芯片來實(shí)現(xiàn)I/O口的擴(kuò)展以實(shí)現(xiàn)24位的LED顯示。在時(shí)間顯示上面采用的是日歷時(shí)鐘DS12887芯片。在票據(jù)打印部分電路上采用的是微型打印機(jī)PP40。語音播報(bào)模塊采用的是語音芯片ISD2560來實(shí)現(xiàn)播報(bào)功能。具體出租車計(jì)價(jià)器實(shí)物圖見下圖。圖出租車計(jì)價(jià)器實(shí)物圖第一節(jié)系統(tǒng)的硬件組成及其各自的功能一、出租車計(jì)價(jià)器的功能模塊。出租車計(jì)價(jià)器的各個(gè)功能模塊組合方案圖如下圖模塊組合圖所示。它是由以下幾個(gè)部分組成的：單片機(jī)AT89C51芯片、數(shù)據(jù)金額等的顯示部分、鍵盤操控部分、AT24C02掉電保護(hù)部分、里程計(jì)算輸出單元、串口顯示驅(qū)動(dòng)電路、空閃燈控制電路等等。圖3.2各功能模塊組合圖二、出租車計(jì)價(jià)器的工作過程。單片機(jī)采集并判斷空車燈信號(hào)及路程檢測傳感器信號(hào)，當(dāng)出租車啟動(dòng)時(shí)，單片機(jī)檢測到霍爾傳感器的脈沖信號(hào)并進(jìn)行里程計(jì)算。當(dāng)無乘客時(shí)，單片機(jī)調(diào)用實(shí)時(shí)時(shí)間芯片DS12887程序和MAX7219串口顯示驅(qū)動(dòng)程序，用4只LED進(jìn)行時(shí)鐘顯示；當(dāng)空車燈掰下乘客上車時(shí)：ISD2560語音播報(bào)電路進(jìn)行語音播報(bào)1(歡迎乘客乘坐本出租車…)，通過DS1302獲取時(shí)間信息分辨白天／晚上，然后調(diào)用AT24C02程序獲取白天／晚上的單價(jià)及起始價(jià)，便開始計(jì)價(jià)并顯示單價(jià)、里程、等待時(shí)間和金額等信息；當(dāng)空車燈打上乘客下車時(shí)：進(jìn)行播報(bào)2(謝謝再次乘坐本出租車，請(qǐng)交金額￥…)，并打印好票據(jù)，單片機(jī)將營運(yùn)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)到AT24CO2中，等待出租車再次啟動(dòng)后單次金額與里程等信息清零復(fù)位，就此完成一次計(jì)價(jià)。[[][]楊建朝.出租汽車計(jì)價(jià)器使用、維修與檢定問答[M].北京：中國計(jì)量出版社.2002.第二節(jié)AT89C51單片機(jī)及其引腳的說明一、AT89C51單片機(jī)的發(fā)展介紹。Intel公司于1980年退出了第二代單片機(jī)：MCS-51系列，這是一種高性能的8位單片機(jī)。和MCS-48系列相比，MCS-51系列單片機(jī)無論在片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、輸入/輸出的功能、種類和數(shù)量上，還是在系統(tǒng)的擴(kuò)展功能、指令系統(tǒng)的功能等方面都有很大加強(qiáng)。MCS-51單片機(jī)一般采用HMOS和CHMOS這兩種工藝制造，兩種單片機(jī)完全兼容。CHMOS工藝較先進(jìn)，綜合了HMOS的高速度和CMOS的低功耗特點(diǎn)。AT89C51單片機(jī)是一種低功耗、高性能CMOS8位單片機(jī)，該芯片內(nèi)含有4KB的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲(chǔ)器及通用8位微處理器于單片機(jī)芯片中，既可在線編程（ISP）也可以用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程，具有很高的性價(jià)比。[[][]張鑫，華臻，陳書謙.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社.2005.二、AT89C51單片機(jī)芯片內(nèi)部說明。AT89C51芯片封裝仍為40引腳，芯片內(nèi)部集成有：8位CPU；8KB程序存儲(chǔ)器；256B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；64KB片外程序存儲(chǔ)器；64KB片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；32根輸入/輸出線；1個(gè)全雙工異步串行口；3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)。三、AT89C51芯片各引腳功能介紹。圖AT89C51單片機(jī)引腳圖AT89C51單片機(jī)的40個(gè)引腳的功能為：VCC：電源電壓端。GND：接地端。RST：復(fù)位控制口。當(dāng)RST變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個(gè)機(jī)器周期時(shí)，就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入端及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入端。XTAL2：來自于反向振蕩放大器的輸出端。P0口：一組8位漏極開路型雙向I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)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(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（In）。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。P1口部分端口引腳及功能如表3.1，P1口特殊功能所示。表3.1P1口特殊功能P1口引腳特殊功能MOSI（用于ISP編程）MOSI（用于ISP編程）SCK（用于ISP編程）P2口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口?；竟δ芘cP1口基本相同，只是在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口線上的內(nèi)容在整個(gè)訪問期間不改變，F(xiàn)lash編程和程序校驗(yàn)期間，P2口亦接收低8位地址。P3口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口?；竟δ芘cP1、P2口基本相同，這里就不再作過多的介紹。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3.2，P3口特殊功能所示。P3口還接收一些用于閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)期間的控制信號(hào)。表3.2P3口特殊功能P3口引腳特殊功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）INT0（外部中斷0）INT1（外部中斷1）T0（定時(shí)器0外部輸入）T1（定時(shí)器1外部輸入）WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）PSEN/：程序儲(chǔ)存允許輸出，是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN/有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒有兩次有效的PSEN/信號(hào)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器，EA端必須保持低電平，值得注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA狀態(tài)。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程電壓VPP。[[][]張友德.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與試驗(yàn)[M].第5版.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社.2008.第三節(jié)AT24C02芯片介紹及其功能說明一、AT24C02芯片引腳圖及其介紹。圖AT24C02各個(gè)引腳圖AT24C02是一個(gè)2K位串行CMOSE2PROM，內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié)，CATALYST公司的先進(jìn)CMOS技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。AT24C02有一個(gè)16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過IIC總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能。AT24C02支持I2C，總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議I2C，總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式，通過器件地址輸入端A0、A1和A2可以實(shí)現(xiàn)將最多8個(gè)AT24C02器件連接到總線上。AT24C02的存儲(chǔ)容量為2Kb，內(nèi)容分成32頁，每頁8B，共256B，操作時(shí)有兩種尋址方式：芯片尋址和片內(nèi)子地址尋址。（1）芯片尋址：AT24C02的芯片地址為1010，其地址控制字格式為1010A2A1A0R/W。其中A2，A1，A0可編程地址選擇位。A2，A1，A0引腳接高、低電平后得到確定的三位編碼，與1010形成7位編碼，即為該器件的地址碼。R/W為芯片讀寫控制位，該位為0，表示芯片進(jìn)行寫操作。（2）片內(nèi)子地址尋址：芯片尋址可對(duì)內(nèi)部256B中的任一個(gè)進(jìn)行讀/寫操作，其尋址范圍為00~FF，共256個(gè)尋址單位。二、AT24C02芯片的極限參數(shù)。AT24C02芯片的極限參數(shù)有：1.工作溫度工業(yè)級(jí)-55℃+125℃2.商業(yè)級(jí)0℃+75℃3.貯存溫度-65℃+150℃4.各管腳承受電壓5.Vcc管腳承受電壓6.封裝功率損耗（Ta=25℃）7.焊接溫度（10秒）300℃8.輸出短路電流100mAAT24C02芯片DIP封裝，共有8個(gè)引腳，其中：A2~A0：地址引腳；SDA、SCL：I2C總線接口；WP：寫保護(hù)引腳，WP接VSS時(shí)，禁止寫入高位地址，WP接VDD時(shí)，允許寫入任何地址；VCC：接電源端；GND：接地端。[[][]孫育才，蘇字成.微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M].南京：東南大學(xué)出版社.1990.第四節(jié)掉電存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)一、掉電保護(hù)電路的功能介紹。掉電存儲(chǔ)單元的作用是當(dāng)外界不提供電源時(shí)，或者說當(dāng)外接電源突然間段開始的時(shí)候，存儲(chǔ)當(dāng)前設(shè)定的各種信息，比如單價(jià)里程等等。AT24C02是2KB字節(jié)的電源可擦除存儲(chǔ)芯片，采用兩線串行的總線和單片機(jī)通訊，電壓最低可以到，額定電流為1mA，靜態(tài)電流10uA（），而且采用8腳的DIP封裝，使用方便。二、掉電保護(hù)電路原理圖說明。掉電保護(hù)電路原理圖如圖，掉電存儲(chǔ)單元電路原理圖所示。圖中所示中R3、R4是兩個(gè)上拉電阻，其作用是為了減少AT24C02的靜態(tài)功耗，由于AT24C02的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，采用串口的方式傳送數(shù)據(jù)，所以只用兩根線SCL（移位脈沖）和SDA（數(shù)據(jù)/地址）與單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)。[[][]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].第5版.北京：高等教育出版社.2006.圖掉電存儲(chǔ)電路原理圖每當(dāng)設(shè)定好一次單價(jià)，系統(tǒng)就自動(dòng)調(diào)用存儲(chǔ)程序，將單價(jià)信息保存在芯片內(nèi)：當(dāng)系統(tǒng)重新上電的時(shí)候，自動(dòng)調(diào)用讀存儲(chǔ)器程序，將存儲(chǔ)器內(nèi)的單價(jià)等信息讀到緩存單元中，供主程序使用。第五節(jié)里程計(jì)算以及計(jì)價(jià)模塊的設(shè)計(jì)一、霍爾傳感器的功能介紹?；魻杺鞲衅魇且环N磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用?；魻杺鞲衅骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小。重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)1MHZ），耐振動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動(dòng)、無回跳、位置重復(fù)精度高。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)-55℃~150℃。按照霍爾器件的功能可將它們分為：霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。安被檢測的對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測出受檢測對(duì)象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場，用這個(gè)磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)行檢測和控制。二、A44E集成開關(guān)型霍爾傳感器。A44E集成霍爾開關(guān)由穩(wěn)壓器A、霍爾電勢(shì)發(fā)生器（即硅霍爾片）差分放大器C、施密特觸發(fā)器D和OC門輸出E五個(gè)基本部分組成。在輸入端輸入電壓VCC，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢(shì)發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處在磁場中時(shí)，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會(huì)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差VH輸出，該VH信號(hào)經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到OC門輸出。當(dāng)施加的磁場達(dá)到工作點(diǎn)（即BOP）時(shí)，觸發(fā)器輸出高電壓（相對(duì)于地電位），使三極管導(dǎo)通，此時(shí)OC門輸出端輸出低電壓，三極管截止，使OC門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān)。這樣兩次電壓變換，使霍爾開關(guān)完成了一次開關(guān)動(dòng)作。BOP與BrP的差值一定，此差值BH=BOP-BrP稱為磁滯，在此差值內(nèi)，V0保持不變，因而使開關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍爾開關(guān)傳感器優(yōu)良特性之一。傳感器主要特性是它的輸出特性，即輸入磁感應(yīng)強(qiáng)度B與輸出V0之間的關(guān)系。A44E集成霍爾開關(guān)是單穩(wěn)態(tài)型。傳感器的磁輸入基本有三種情況：單極磁場、雙極磁場和交變磁場。A44E集成霍爾開關(guān)的磁輸入為單極磁場，即施加磁場的方式是改變磁鐵和集成霍爾開關(guān)之間的距離。[[][]黃賢武.傳感器原理與應(yīng)用[M].第2版.成都：電子科技大學(xué)出版社.2004.三、傳感器電路測速原理圖說明。出租車的路程計(jì)算是通過霍爾傳感器A44E實(shí)現(xiàn)的，通常按照習(xí)慣將霍爾元件安裝在變速箱上使其檢測到旋轉(zhuǎn)齒輪的信號(hào)，送到單片機(jī)，經(jīng)過處理和換算，在輸出到顯示屏上，供參考用。其原理圖如圖傳感器測距示意圖所示。圖傳感器測距示意圖四、A44E安裝及與單片機(jī)的接口說明?，F(xiàn)在傳感器一般都是安裝在汽車變速箱上，由于汽車運(yùn)行時(shí)變速箱溫度非常高，這樣就使得傳感器一直工作在高溫狀態(tài)，這樣一方面?zhèn)鞲衅髦械碾娮釉菀讚p壞，另一方面?zhèn)鞲衅餍盘?hào)線接頭也非常容易老化而斷裂，而斷后又不易重新接上，由于以上原因，使得傳感器壽命一般都不長，普遍為半年到一年就需要更換。因?yàn)閭鞲衅鲀r(jià)格較貴，使得用戶反映較大。另有一種傳感器是安裝于里程表儀表盤后的，但由于此處往往位置較小，安裝不易，因此很少采用。在這種情況下，可以考慮將傳感器與里程表軟軸作為一體，將傳感器做在軟軸中間適當(dāng)?shù)奈恢?，這樣設(shè)計(jì)成本并不需提高多少，但可使傳感器壽命得到大大延長。由于A44E屬于開關(guān)型的霍爾器件，其工作電壓范圍比較寬（4.5~18V），其輸出的信號(hào)符合TTL電平標(biāo)準(zhǔn)，可以直接接到單片機(jī)的IO端口上，而且其最高檢測頻率可達(dá)到1MHZ。A44E繼承霍爾開關(guān)由穩(wěn)壓器A、霍爾電勢(shì)發(fā)生器（即硅霍爾片）B、差分放大器C、施密特觸發(fā)器D和OC門輸出E五個(gè)基本組成部分。在輸入端輸入電壓VCC時(shí)，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢(shì)發(fā)生器的兩端根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處在磁場中時(shí)，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會(huì)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差HV輸出，該HV信號(hào)經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到OC門輸出。當(dāng)施加的磁場達(dá)到工作點(diǎn)（即BOP）時(shí)，觸發(fā)器輸出高電壓（相對(duì)于地電位），使三極管導(dǎo)通，此時(shí)OC門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開。當(dāng)施加的磁場達(dá)到釋放點(diǎn)（即BrP）時(shí)，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使OC門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān)。這樣兩次電壓變換，使霍爾開關(guān)完成了一次開關(guān)動(dòng)作。我們選擇了P3.4口作為信號(hào)的輸入端，內(nèi)部采用T0中斷（這樣可以減少程序設(shè)計(jì)的麻煩），車輪每轉(zhuǎn)一周（我們?cè)O(shè)車輪的周長是1米），霍爾開關(guān)就檢測并輸出信號(hào)，引起單片機(jī)的中斷，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到1000次時(shí)，也就是1公里，單片機(jī)就控制將金額自動(dòng)的增加，其計(jì)算公式：當(dāng)前單價(jià)×公里數(shù)=金額。另外在里程顯示上面，每公里就在顯示屏上刷新一次，即在數(shù)據(jù)上反應(yīng)一次。[[][]陳杰，黃鴻.傳感器與檢測技術(shù)[M].北京：高等教育出版社.2002.第六節(jié)數(shù)據(jù)顯示模塊的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)概述。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，數(shù)據(jù)顯示部分有單價(jià)（4位），里程（4位），等待時(shí)間（4位）和總金額（4位）的顯示輸出，再加上我們另外擴(kuò)展了時(shí)鐘顯示（包含時(shí)分秒的顯示），采用LCD液晶斷碼顯示，在距離一米之外就無法看清數(shù)據(jù)，不能滿足要求，而且在白天其對(duì)比度也不能滿足要求，因此我們采用16位LED數(shù)碼管的分屏顯示，如圖采用4位LED數(shù)碼管的分屏顯示所示：里程顯示白天單價(jià)顯示晚間單價(jià)顯示中途等待單價(jià)顯示圖采用16位LED數(shù)碼管的分屏顯示二、LCM0825八位八段液晶顯示模塊（一）特點(diǎn)及公用LCM0825為8位8段液晶顯示模塊，3-4線串行接口，可與任何單片機(jī)、接口IC接口，低功耗特性：顯示狀態(tài)50μA（典型值），省電模式<1μA，工作電壓2.7~，視角對(duì)比度可調(diào)，顯示清晰，穩(wěn)定可靠，使用編程簡單。（二）參數(shù)下表中參數(shù)條件為：T=25℃，VDD=3V/5V下，（）內(nèi)為典型值。[[][]求實(shí)科技.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航[M].北京：人民郵電出版社.2004.表3.3LED液晶模塊參數(shù)表工作電壓工作電流（晶體）<100(50)/<200(110)μA工作電流（RC）<200(120)/<400(200)μA關(guān)顯示電流<60(35)/120(60)μA靜態(tài)電流<5(01)/10(03)μAI/O高電平I/O低電平數(shù)據(jù)讀/寫頻率300kHz/500kHz工作/存貯溫度-20-70℃/-30-80℃極限電壓（三）模塊尺寸：（單位mm）圖3.8LCM0825的模塊尺寸（四）引腳說明表3.4各引腳說明及符號(hào)引腳符號(hào)說明輸入/輸出1/CS模塊片選，內(nèi)部上拉輸入2/RD模塊數(shù)據(jù)讀出控制線，內(nèi)部上拉輸入3/WR模塊數(shù)據(jù)/指令寫入控制線，內(nèi)部上拉輸入4DATA數(shù)據(jù)輸入/輸出，內(nèi)部上拉輸入/輸出5GND負(fù)電源，接地線6VLCDLCD屏工作電壓調(diào)整，可調(diào)整視角對(duì)比度輸入7VDD正電源輸入8/INTWDT/定時(shí)器輸出，集電極開路輸出輸出9BZ壓電陶瓷蜂鳴片驅(qū)動(dòng)+極輸出10/BZ壓電陶瓷蜂鳴片驅(qū)動(dòng)-極輸出三、八段LED顯示器工作原理。八段LED顯示器需要由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)。在八段LED顯示器中，共陽極顯示器，用低電平驅(qū)動(dòng)；共陽極顯示器，用高電平驅(qū)動(dòng)。點(diǎn)亮顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式。（一）靜態(tài)顯示器所謂靜態(tài)顯示器，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)段的發(fā)光二級(jí)管恒定地導(dǎo)通或截止。例如，八段顯示器的a、b、c、d、e、f段導(dǎo)通，g、dp段截止，則顯示0。這種顯示方式的每一位都需要有一個(gè)8位輸出口控制。作為MCS-51串行口方式0輸出的應(yīng)用，我們可以在串行口上擴(kuò)展多片串行輸入并行輸出的移位寄存器74LS164作為靜態(tài)顯示器接口。靜態(tài)顯示器的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電流一定的情況下顯示器的亮度高，控制，控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，僅僅在需要更新顯示內(nèi)容的時(shí)候，CPU才執(zhí)行一次顯示更新子程序，這樣大大節(jié)省了CPU的時(shí)間，提高了CPU的工作效率；缺點(diǎn)是位數(shù)較多時(shí)，所需要的I/O口太多，硬件開銷太大，因此常采用另外一種顯示方式——?jiǎng)討B(tài)顯示方式。（二）動(dòng)態(tài)顯示器所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對(duì)于顯示器的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。雖然在同一時(shí)刻只有一位顯示器在工作（點(diǎn)亮），但利用人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā)光二級(jí)管熄滅時(shí)的余輝效應(yīng)，看到的卻是多個(gè)字符“同時(shí)”顯示。顯示器亮度既與點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需一個(gè)8位I/O口（稱為掃描口或字位口），控制各位LED顯示器所顯示的字形也需要一個(gè)8位口（稱為數(shù)據(jù)口或字形口）。若某些字符的顯示需要小數(shù)點(diǎn)（dp）及需要數(shù)據(jù)的某些位閃爍時(shí)（亮一段時(shí)間，熄一段時(shí)間），則可建立小數(shù)點(diǎn)位置及數(shù)據(jù)閃爍位置標(biāo)志單元，指出小數(shù)點(diǎn)顯示位置或閃爍位置。當(dāng)顯示掃描到相應(yīng)位時(shí)（字位選擇字與小數(shù)點(diǎn)位置字或閃爍位置字重合），在該位字形碼中加入小數(shù)點(diǎn)（點(diǎn)亮dp段）或控制該位閃爍（定時(shí)給該位送字形碼或熄滅碼），完成帶小數(shù)點(diǎn)或閃爍字符顯示。動(dòng)態(tài)顯示器的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件資源，成本較低。但在控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，要保證顯示器正常顯示，CPU必需每隔一段時(shí)間執(zhí)行一次顯示子程序，占用CPU大量時(shí)間，降低了CPU的工作效率，同時(shí)顯示亮度較靜態(tài)顯示器低。比較兩種顯示器顯示方案，本次設(shè)計(jì)選擇動(dòng)態(tài)顯示較為簡便合理?？梢猿浞掷酶鱾€(gè)I/O口的基本功能，并且節(jié)省了計(jì)價(jià)器的制造的成本，更加符合市場需求。[[][]徐淑華，程退安，姚萬生.單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué).2002.四、顯示電路原理圖。顯示電路部分設(shè)計(jì)是采用8255A的PA、PB、PC三個(gè)I/O口來進(jìn)行擴(kuò)展16個(gè)LED顯示器。此處是利用PA口和PB口進(jìn)行位選，即作為掃描口（字位口）經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器接顯示器公共極。再利用多余的PC口作為段數(shù)據(jù)口（字形口），經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器接顯示器的各個(gè)極。顯示電路的電路原理圖如圖3.9顯示器原理圖所示。圖3.9顯示器原理圖[[][]江思敏,姚鵬翼,胡榮等.Protel電路設(shè)計(jì)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社.2002.第七節(jié)打印模塊的設(shè)計(jì)一、微型打印機(jī)簡介打印機(jī)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最常用的硬拷貝輸出設(shè)備，目前市場上的打印機(jī)規(guī)格、種類較多，原則上它們都可以作為單片機(jī)系統(tǒng)的外圍外圍設(shè)備，然而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在體積、功耗、可靠性和價(jià)格方面有比較嚴(yán)格的要求，而對(duì)打印機(jī)的功能要求不高，因此在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用較多的是微型打印機(jī)，例如PP40、TPμP-40A/16A、GP16等智能微型打印機(jī)。智能微型打印機(jī)的內(nèi)部一般都有控制器，它能和主機(jī)之間實(shí)現(xiàn)命令、數(shù)據(jù)、狀態(tài)的傳遞，控制打印機(jī)構(gòu)將信息打印出來。有些計(jì)算器上使用的字輪式打印機(jī)只是一個(gè)打印機(jī)頭，機(jī)械動(dòng)作須由主機(jī)控制，如每行為12個(gè)字符的字輪式VOESA打印機(jī)，由于小巧、價(jià)廉而被選用。打印機(jī)一般通過并行接口和主機(jī)CPU相連，也有少數(shù)打印機(jī)通過串行接口或直接連到系統(tǒng)的總線上。PP40打印機(jī)的工作速度較慢，但其體積小、價(jià)格低、可靠性高、工作時(shí)噪聲小，能描繪出所有可顯示的ASCⅡ字符和精度較高的彩色圖表，它和CPU的通信采用規(guī)范化的Centronics標(biāo)準(zhǔn)，因此，PP40在單片機(jī)中用得較為普遍。[[][]徐泳龍,倪驍驊.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社2007.二、PP40微型打印機(jī)芯片介紹（一）PP40的接口信號(hào)及其引腳圖PP40和主機(jī)的接口信號(hào)如表3.5所示。所有的I/O信號(hào)與TTL電平兼容。[[][]馬家辰.孫玉德.張穎.MCS-51單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué).2002.表3.5PP40的接口信號(hào)針位信號(hào)針位信號(hào)針位信號(hào)針位信號(hào)1STROBE10ACK19GND*28GND*2DATA111BUSY20GND*29GND*3DATA212GND21GND*30GND4DATA313NC22GND*31NC5DATA414GND23GND*32NC6DATA515GND24GND*33GND7DATA616GND25GND*34NC8DATA717GND26GND*35NC9DATA818NC27GND*36NC圖3.10PP40各個(gè)引腳圖DATA1~8：數(shù)據(jù)線。STROBE：選通輸入信號(hào)線，它的上升沿將DATA1~8上的信息打入PP40，并啟動(dòng)PP40機(jī)械裝置開始描述。BUSY：狀態(tài)輸出線。PP40正在處理主機(jī)的命令或數(shù)據(jù)（描繪）時(shí)，BUSY輸出高電平，空閑時(shí)BUSY輸出低電平。BUSY可作為中斷請(qǐng)求線或供CPU查詢。ACK：響應(yīng)輸出線，當(dāng)PP40接收并處理完主機(jī)的命令或數(shù)據(jù)時(shí)，ACK輸出一個(gè)負(fù)脈沖，它也可以作為中斷請(qǐng)求線。[[][]鄒逢興.計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)及應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京：國防科技大學(xué).2001.（二）PP40的操作方式PP40具有文本模式和圖案模式兩種操作方式，初始加電后為文本模式狀態(tài)。PP40處于文本模式狀態(tài)時(shí)，主機(jī)將回車符（0DH）和控制2編碼（12H）寫入PP40，則由文本模式變?yōu)閳D案模式，再將回車（0DH）和控制1編碼（11H）寫入PP40，又回到文本模式。PP40在文本模式時(shí)，能打印所有的ASCⅡ字符。在圖案模式下，能描繪出用戶設(shè)計(jì)的各種彩色圖案。[[][]汪清明.出租車計(jì)價(jià)器稅控打印機(jī)的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息.2001.17（4）.53-55.（三）PP40的接口方法在設(shè)計(jì)一個(gè)打印機(jī)的接口電路時(shí)，既要考慮數(shù)據(jù)、狀態(tài)線的特性（如是否為三態(tài)、負(fù)載等）和答應(yīng)信號(hào)的時(shí)序，還必須考慮信息的有效寬度。若只從時(shí)序上考慮接口方法，忽略了信號(hào)的有效寬度時(shí)間，打印機(jī)將仍然不能正常工作。如圖3.11所示的接口方法，MCS-51的P1口作為數(shù)據(jù)口，作為選通信號(hào)輸出線，作為中斷請(qǐng)求輸入線，輸出到PP40的選通信號(hào)必須由軟件產(chǎn)生，由于選通信號(hào)產(chǎn)生以后經(jīng)28μs，BUSY才上升為高電平，所以外部中斷應(yīng)選用邊沿觸發(fā)方式。[[][]李華.MCS-51系列單片機(jī)使用接口技術(shù)[M].北京：北京航天航空大學(xué).2003.圖3.11PP40和MCS-51直接接口方法第八節(jié)日歷時(shí)鐘芯片的選用一、日歷時(shí)鐘芯片的作用。本次出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)中選用DS12887日歷時(shí)鐘芯片來實(shí)現(xiàn)日期時(shí)間的顯示。日歷時(shí)鐘芯片主要功能是提供時(shí)間和日期的顯示，方便出租車司機(jī)以及乘客需要。此外，日歷時(shí)鐘芯片還主要有助于出租車內(nèi)部判斷白天或者是晚上，借此出租車計(jì)價(jià)器可以更換不同的單價(jià)來顯示。還可以用來計(jì)時(shí)出租車等待的時(shí)間，當(dāng)出租車速度小于一定速度時(shí)，單片機(jī)中斷開始計(jì)時(shí)，中途等待時(shí)間開始顯示增加，單價(jià)會(huì)隨之改變，按照中途等待的單價(jià)來計(jì)費(fèi)。二、日歷時(shí)鐘芯片功能介紹。日歷時(shí)鐘芯片模塊有兩個(gè)功能：一是為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的時(shí)間日歷信息；二是送出一個(gè)周期為125ms的方波作為MCU89C51外部中斷INT0的中斷源，以產(chǎn)生周期性中斷采集數(shù)據(jù)。該模塊主要由DS12887組成，具體的接口電路如圖3.13所示。DS12887是DALLAS公司生產(chǎn)的實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘芯片，其主要功能包括非易失性時(shí)日歷時(shí)鐘、報(bào)警器、百年歷、可編程中斷、方波發(fā)生器和114字節(jié)的非易失靜態(tài)RAM。使用DS12887時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：Vcc正常情況下為5V，當(dāng)Vcc降至?xí)r，所有的輸入被忽略，輸出為高阻狀態(tài)，Vcc降至3V時(shí)，外部電源被關(guān)斷，內(nèi)部鋰電池為實(shí)時(shí)時(shí)鐘和RAM供電，在斷電情況下，時(shí)鐘繼續(xù)運(yùn)行，其中的數(shù)據(jù)可保存十年以上不會(huì)丟失。DS12887有兩種工作時(shí)序，即MOTOROLA和INTEL時(shí)序，由MOT引腳的電平指定，當(dāng)MOT引腳為高電平時(shí)選擇MOTOROLA時(shí)序，當(dāng)MOT引腳為低電平時(shí)選擇INTEL時(shí)序，圖中選為INTEL時(shí)序，這時(shí)芯片的DS引腳接系統(tǒng)的讀信號(hào)/RD，R/W引腳接系統(tǒng)的寫信號(hào)/WR。AS引腳用于分離數(shù)據(jù)地址總線AD7-AD0上的地址和數(shù)據(jù)信息，連接到MCU的ALE引腳。RESET引腳的信號(hào)對(duì)日歷時(shí)鐘和RAM沒有影響，但它影響DS12887的命令和狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，在圖中直接將RESET連至Vcc，這樣可以保證DS12887在進(jìn)入或退出電源失效狀態(tài)時(shí)，其工作狀態(tài)不受RESET引腳的影響。DS12887有一個(gè)可編程輸出方波引腳SQW，從該引腳可以輸出頻率為2Hz-256Hz的方波，在系統(tǒng)中正是利用此引腳輸出周期為125MS的方波，作為MCU外部中斷/INT0的中斷源實(shí)現(xiàn)周期性中斷，每當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，MCU讀一二次輸入口，檢查電表是否轉(zhuǎn)過一圈，在整點(diǎn)時(shí)還要采一次三相電流和電壓。除此之外DS12887內(nèi)部還有128字節(jié)的RAM的單元，其中前10個(gè)字節(jié)用于存放日歷時(shí)鐘信息，字節(jié)0為秒，字節(jié)2為分，字節(jié)4為時(shí)，字節(jié)6為星期，字節(jié)7為日，字節(jié)8為月，字節(jié)9為年，字節(jié)0AH-0DH用作控制和狀態(tài)寄存器，剩下的114字節(jié)為用戶RAM，所有的這128字節(jié)都是掉電非易失性的。[[][]胡大友.新型出租車計(jì)價(jià)器模塊的應(yīng)用[J].國外電子元器件.1995.30-32.在本次設(shè)計(jì)中，日歷時(shí)鐘不僅可以給司機(jī)以及客戶提供準(zhǔn)時(shí)的鐘點(diǎn)服務(wù)，而且還可以利用時(shí)鐘芯片來進(jìn)行定時(shí)中斷的服務(wù)，這樣可以實(shí)現(xiàn)各種功能，比如在出租車等待紅綠燈或者速度低于某一值時(shí)，單片機(jī)就會(huì)進(jìn)行中途等待服務(wù)，利用時(shí)鐘芯片計(jì)時(shí)并輸出到單片機(jī)，再通過等待單價(jià)計(jì)算出那部分的金額，最后顯示到顯示屏上。三、日歷時(shí)鐘芯片的接口及管腳芯片圖。圖2DS12887接口電路DS12887是內(nèi)置鋰電池的日歷時(shí)鐘芯片，并有128字節(jié)帶掉電保護(hù)的RAM，使用十分方便。DS12887的管腳圖如圖所示：AD0-AD7：地址/數(shù)據(jù)，應(yīng)接P0口。MOT：總線類型選擇，與89C51連接時(shí)接地。CS：片選。AS：地址選通，與89C51連接時(shí)接ALE。R/W：讀/寫控制，與89C51連接時(shí)接WD。DS：數(shù)據(jù)選通，與89C51連接時(shí)接RD。RESET：復(fù)位，接+5V。IRQ：中斷請(qǐng)求輸出。圖3DS12887芯片及引腳圖表3.6日歷時(shí)鐘芯片各個(gè)地址功能轉(zhuǎn)換表地址功能十進(jìn)制二進(jìn)制BCD碼00HSeconds0-5900-3B00-5901HSecondsAlarm0-5900-3B00-5902HMinutes0-5900-3B00-5903HMinutesAlarm0-5900-3B00-5904HHours-12-hrMode1-1201-0CAM,81-8CPM01-12AM,81-92PMHours-24-hrMode0-2300-1700-2305HHoursAlarm-12-hr1-1201-0CAM,81-8CPM01-12AM,81-92PMHoursAlarm-24-hr0-2300-1700-2306HDayoftheWeekSunday=11-701-1701-0707HDateoftheMonth1-3101-1F01-3108HMonth1-1201-0C01-1209HYear0-9900-6300-99表3.7寄存器0AHBIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0UIPDV2DV1DV0RS3RS2RS1RS0UIP:更新進(jìn)行標(biāo)志。DV2-DV0：為010時(shí)晶振工作，其他組合停止。RS3-RS0：頻率選擇。表3.8寄存器0BHBIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0SETPIEAIEUIESQWEDM24/12DSESET：為1時(shí)禁止更新。為0時(shí)正常。PIE：為1時(shí)周期中斷允許。AIE：為1時(shí)警報(bào)中斷允許。UIE：為1時(shí)更新結(jié)束中斷允許。SQWE：為1時(shí)方波輸出允許。DM：為0時(shí)時(shí)間為BCD碼，為1時(shí)為二進(jìn)制。24/12：為1時(shí)是24小時(shí)進(jìn)制。為0時(shí)是12小時(shí)進(jìn)制。DSE：置0。表寄存器0CHBIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0IRQFPFAFUF0000IRQF：中斷申請(qǐng)標(biāo)志。PF：周期中斷標(biāo)志。AF：警報(bào)中斷標(biāo)志。UF：更新結(jié)束中斷標(biāo)志。表寄存器0DHBIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0VRT0000000VRT：為0時(shí)表示內(nèi)部鋰電池耗盡。[[][]路而紅.專業(yè)集成電路設(shè)計(jì)與電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化[M].北京：清華大學(xué)出版社.2004.第九節(jié)8D鎖存器74LS373一、8D鎖存器芯片的介紹。74LS373為三態(tài)輸出的8D透明鎖存器，共有54S373和74LS373兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其主要電器特性的典型值如下：表各型號(hào)鎖存器特性的典型值型號(hào)TPDPD54S373/74S3737ns525mW54LS373/74LS37317ns120mW74LS373的輸出端O0~O7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，Q0～Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí)，Q0～Q7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí)，Q隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時(shí)，D被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng)LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV。它的使能端E有效時(shí)，輸出直接跟隨輸入變化，當(dāng)使能端由高變低時(shí)將輸入狀態(tài)鎖存。因此，若選用74LS373作為地址鎖存器，可以直接將單片機(jī)的ALE加到它的使能端。[[][]丁元杰，吳大偉.單片機(jī)微機(jī)實(shí)驗(yàn)集與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004.二、74LS373芯片引腳圖。74LS373芯片引腳圖如圖3.14所示：DO~D7：數(shù)據(jù)輸入端。OE：三態(tài)允許控制端。（低電平有效）LE：鎖存允許端。Q0~Q7：輸出端。圖3.1474LS373引腳圖第十節(jié)8255A芯片及其引腳說明一、8255A芯片介紹及引腳圖。圖3.158255A芯片引腳圖8255A芯片是一個(gè)采用NMOS工藝制造的、40引腳雙列直插式封裝組建的大規(guī)模集成電路，采用單一+5V電源供電。40個(gè)引腳圖中有24個(gè)為與外圍設(shè)備的接口。8255A管腳封裝如圖5所示。二、數(shù)據(jù)總線緩沖器這是一個(gè)三態(tài)雙向緩沖器，其寬度是8位，用作8255的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線與系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)總線相連時(shí)的緩沖部件。緩沖器向數(shù)據(jù)總線送出數(shù)據(jù)，或從數(shù)據(jù)總線接收數(shù)據(jù)都是CPU指令控制下進(jìn)行的。三、讀寫邏輯控制這一部件用來管理所有的數(shù)據(jù)、控制字或狀態(tài)資的傳送。他接收來自CPU的各種控制信號(hào)，并以此為依據(jù)，控制數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)的傳送方向。與CPU相連的各引腳說明如下：1.CS：芯片選擇信號(hào)。來自地址譯碼器，低電平有效。2.RD：芯片讀出信號(hào)。來自系統(tǒng)總線，低電平有效。3.WR：芯片寫入信號(hào)。來自系統(tǒng)總線，低電平有效。4.RESET復(fù)位信號(hào)。當(dāng)它為高電平時(shí)，清除所有內(nèi)部寄存器的內(nèi)容，并將3個(gè)數(shù)據(jù)端口PA,PB,PC置為輸入方式。5.A1，A0：端口地址選擇信號(hào)。用于選擇8255A的3個(gè)數(shù)據(jù)端口和1個(gè)控制口。當(dāng)A1，A0為00、01、10時(shí)，分別選擇數(shù)據(jù)端口PA、PB、PC：當(dāng)A1，A0為11時(shí)，選擇控制口。6.Vcc、GND：電源和地線。四、端口PA、PB與PC8255A有三個(gè)與外圍設(shè)備相連的端口PA，PB，PC。各端口可以獨(dú)立工作，由程序控制位將它設(shè)成各種不同的工作方式。端口A，B一般用做獨(dú)立的輸入或輸出端口，每個(gè)端口包括一個(gè)四位鎖存器，分別與A口，B口配合使用，作為與外設(shè)之間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。[[][]孫涵芳.MCS-51系列單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社.1996.第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為主程序模塊、系統(tǒng)監(jiān)控模塊、定時(shí)計(jì)數(shù)中斷程序、計(jì)量服務(wù)程序、中途等待中斷服務(wù)程序、顯示子程序服務(wù)程序等等幾大模塊。下面對(duì)各部分模塊作介紹。第一節(jié)系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)在主程序模塊中，需要完成對(duì)各接口芯片的初始化、出租車起價(jià)和單價(jià)的初始化、中斷向量的設(shè)計(jì)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(shè)置啟動(dòng)/清除標(biāo)志寄存器、里程寄存器和價(jià)格寄存器，并對(duì)它們進(jìn)行初始化。然后，主程序?qū)⒏鶕?jù)各個(gè)標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，分別完成啟動(dòng)、清除、計(jì)程和計(jì)價(jià)等不同的操作。主程序流程圖如圖所示。當(dāng)按下S1時(shí)，就啟動(dòng)計(jì)價(jià)，將根據(jù)里程寄存器中的內(nèi)容計(jì)算和判斷出行駛里程是否已超過起價(jià)公里數(shù)。若已超過，則根據(jù)里程值、每公里的單價(jià)數(shù)和起價(jià)數(shù)來計(jì)算出當(dāng)前的累計(jì)價(jià)格，并將結(jié)果存于價(jià)格寄存器中，然后將時(shí)間和當(dāng)前累計(jì)價(jià)格送給顯示電路顯示出來。當(dāng)?shù)竭_(dá)目的地的時(shí)候，由于霍爾開關(guān)沒有送來脈沖信號(hào)，就停止計(jì)價(jià)，顯示當(dāng)前所應(yīng)該付的金額和對(duì)應(yīng)的單價(jià)，到下次啟動(dòng)計(jì)價(jià)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)顯示清零，并重新進(jìn)行初始化過程。第二節(jié)系統(tǒng)監(jiān)控程序系統(tǒng)監(jiān)控程序是控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)的程序。它完成人機(jī)會(huì)話和遠(yuǎn)程控制等功能,使系統(tǒng)按我們的意圖或遙控命令來完成指定的作業(yè)。它是單片機(jī)系統(tǒng)程序的框架。一般來說監(jiān)控程序的任務(wù)有：完成系統(tǒng)自檢,初始化,處理鍵盤命令,處理接口命令,處理?xiàng)l件觸發(fā)并完成顯示功能。但習(xí)慣上監(jiān)控程序是指鍵盤解析程序,而其它任務(wù)都分散在某些特定功能模塊中。在本系統(tǒng)我們根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用了鍵碼分析作業(yè)調(diào)度型。因?yàn)樵谶@個(gè)設(shè)計(jì)中我們的按鍵是一鍵多功能型的,對(duì)于一鍵多功能型結(jié)構(gòu),監(jiān)控程序并不能根據(jù)當(dāng)前獲得的一個(gè)鍵碼來決定哪一個(gè)作業(yè)投入運(yùn)行,而必須根據(jù)一個(gè)按鍵操作系列來啟動(dòng)一個(gè)作業(yè)。因此,同一按鍵在不同操作系列中有不同的含義。為此,引入系統(tǒng)狀態(tài)的概念,即將系統(tǒng)運(yùn)行情況分成若干狀態(tài),使得在任何一個(gè)狀態(tài)下每一按鍵只有唯一的定義。在此使用了查詢方式(時(shí)鐘修改)(見圖)和定時(shí)中斷方式(見圖),定時(shí)查詢主要用于掃描功能鍵子程序,時(shí)鐘程序的10ms定時(shí)中斷以及汽車運(yùn)行狀態(tài)的判斷。圖主程序流程圖圖查詢方式流程圖圖定時(shí)中斷服務(wù)流程圖第三節(jié)時(shí)間子程序以及修改時(shí)間程序的設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)涉及多個(gè)功能狀態(tài)，以及從系統(tǒng)的精度，系統(tǒng)對(duì)時(shí)鐘分辨率的最高要求等方面考慮，我們?cè)O(shè)定定時(shí)周期為10毫秒。由于使用16位定時(shí)/記數(shù)器，選用工作方式1，其記數(shù)范圍為1~65536