基于51系列单片机的出租车计价器控制系统设计

基于51系列单片机的出租车计价器控制系统设计内容摘要：

内部的上拉电阻把拉到高电并可作输入端口。 作输入端口使用时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（ IIL）。 P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表 所示。 P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验期间的控制信号。 表 P3 口特殊功能 P3 口引脚 特殊功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） （外部中断 0） （外部中断 1） T0（定时器 0 外部输入） T1（定时器 1 外部输入） （外部数据存储器写选通） （外部数据存储器读选通） 硬件系统设计 说明 ： 按下计价按键时，显示起步价和起步里程范围，这些在程序中设置；当等于或超过两公里 后，按计算总价的公式为：总价 =起步价 +单价 *（总里程 起步里程）+1 进行计价。 本设计中，起步价为 4 元，起步里程为 2 公里，当然这些数据可以在程序中改写，以满足不同时期价格调整的需要。 硬件电路组成 系统硬件设计 8 硬件组成主要包括：驱动电路、显示电路、复位电路、掉电保护电路、时钟电路、按键电路。 其整体电路图 所示 ： 图 计价器整体电路图 驱动电路 74LS245 是我们常用的芯片，用来驱动 led 或者其他的设备。 总线驱动器74LS244和 74LS245经常用作三态数据缓冲器， 74LS244为单 向三态数据缓冲器，而 74LS245 为双向三态数据缓冲器。 本设计用 74LS245 作为驱动芯片，双向总线发送器 /接收器 (3S)，管脚图如图 所示。 图 驱动芯片管脚图 系统硬件设计 9 74LS245 主要电器特性的典型值如下 ： 引出端符号 ： A A 总线端 B B 总线端 G 三态允许端 (低电平有效 ) DIR 方向控制端 功能表 如表 所示 ： 表 功能 表 Enable Direction G Control DIR Operation L L L H H X B data to A bus A data to B bus Isolation 利用 74LS245 来驱动数码管显示，单片机的 到 分别接 A0 到 A5管脚，进行数据的传送，其中 AB/BA 接高电平，控制数据从 A 到 B 进行传送，B0 到 B5 分别接数码管的位选端，驱动数码管依次显示。 到 的数据通过 A 传送到 B 中的数据送到数码管，以达到显示数据信息的目的。 显示电路 多数的应用系统都要配输入和输出 ， 外设 LED 显示器和 LCD 显示器 ， 虽然LCD 显示效果比较好 ， 已经成为了一种发展趋势 ， 但为了节约成本 ， 我们选 用了 LED 显示器（图 ）。 图 集成数码管 在显示方面，我们选用了动态显示。 静态显示虽然亮度较高，接口编程容易，但是每位的段码线分别与一个 8 位的锁存器输出相连。 占用的 I/O 口线比较多，系统硬件设计 10 在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。 利用动态显示的方法，由于 LED 显示器的余辉和人眼的视觉暂留现象，只要每位显示的时间间隔足够短，就仍能感觉到所有的数码管都在显示。 为了简化硬件，通常将所有位的段码线相应段并联在一起，由一个 8 位 I/O 口控制，在同一时刻，只让一位选通，如此循环，就可以使各位显示出将要显示的 字符。 LED 数码有共阳和共阴两种，把这些 LED 发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个 8 字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳的，相反的，就叫共阴的，那么应用时这个脚就分别的接 VCC 和 GND。 再把多个这样的 8 字装在一起就成了多位的数码管了。 在本设计仿真中使用的是 6 个一组的共阴 8 段数码管（图 ）。 图 LED 数码管 找公共共阴和公共共阳的方法：首先我们找个电源稳压器（ 3 到 5 伏）和 1个 1K（几百欧的也行）的电阻， VCC 串接 1 个电阻后和 GND 接在任意 2 个脚上，组合有很多，但总有一个 LED 会发光的， 找到一个就够了，然后用 GND不动， VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个 LED（一般是 8 个），那它就是共阴的了。 共阴极数码管，阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，对应的段就显示。 复位电路 单片机的复位是由外部的复位电路实现的 ， 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。 除了上电复位外还需要按键手动复位（图 ）。 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。 其中电平复位是通过 RST 端经电阻与电源 VCC 接通而实现的。 单片 机的复位速度比外围 I/O 接口电路快 ， 为能够保证系统可靠的复位，在初始化程序中应安排一定的复位延迟时间。 系统硬件设计 11 图 复位电路 掉电保护电路 掉电保护电路中采用了存储芯片 FM24C02。 FM24C02 是一个 CMOS 标准的 EEPROM 存储器，是 FM24CXX 系列（ FM24C01/02/04/08/16）成员之一，这些 EEPROM 存储器的特点是功耗小、成本低、电源范围宽，静态电源电流约 30uA～ 110uA，具有标准的 I2C 总线接口，是应用广泛的小容量存储器之一。 图 FM24C02 引脚图 图 是 FM24C02 的引脚图，这个芯片是一个 8 脚芯片，内部存储器有 256字节。 引脚功能介绍如下： A0（引脚 1）：器件地址的 A0 位，是器件地址的最低位，器件地址排列是A6 A5 A4 A3A2 A1 A0 R/W。 A1（引脚 2）：器件地址的 A1 位。 A2（引脚 3）：器件地址的 A2 位。 GND（引脚 4）：地线。 SDA（引脚 5）：数据总线引脚。 SCL（引脚 6）：时钟总线引脚。 TEST（引脚 7）：测试引脚。 Vcc（引脚 8）：电源线引脚。 系统硬件设计 12 本设计采用掉电存储电路图如 图 ： 图 掉电存储电路 时钟电路 MCS51 单片机的各功能部件都是以时钟控制信号为基准，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序执行指令进行工作，单片机本身如同一个复杂的同步时序电路，为了保证其各个部分同步工作，电路要在唯一的时钟信号控制下，严格地按照时序进行工作。 其实只需在时钟引脚连接上外围的定时控制元件，就可以构成一个稳定的自激振荡器。 为更好地保证振荡器稳定可靠地工作，谐振器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。 本设计中使用的振荡电路，由 12MHZ 晶体振荡器和两个 约 30PF 的电容组成，在 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接晶体，电容的大小不会影响振荡频率的高低。 在整个系统中为系统各个部分提供基准频率，以防因其工作频率不稳定而造成相关设备的工作频率不稳定，晶振可以在电路中产生振荡电流，发出时钟信号。 如图 所示。 图 时钟电路 按键电路 按键控制电路中，单片机的 管脚接启动 /停止按键，通过软件编程，当按下按键计数器开始工作，开始计价；当弹起按键时，计数器停止工作，停止计价，启动 /停止按键带自锁功能。 按下启动按键，开关处于导通状态，这时给 送低电平信号，这时 TR0=1， 计数器开始工作，调用计价子程序开始计价。 清零按键接单片机的 管脚，按下清零按键， 为低电平，调用清零子程序，系统硬件设计 13 用于将显示数据清零，在程序中给各位赋 0 代码（ 0x3f），以达到清零的目的，方便下次计价。 另外为功能键，控制价格调整，这个按键是在没有按下启动 /停止按键时有作用，计价过程中无效 ，按键电路如图 所示。 图 按键电路 系统软件设计 14 4 系统软件设计 软件总体设计 51 单片机的程序设计语言主要有两种：一是汇编程序设计；二是 C 语言 编程设计， 两种程序设计语言都有各自的优点。 用汇编语言编写和高级语言 (C 语言 )比较起来节省空间，这样对于存储空间仅 4Kb 的芯片来说是极之有利的， 51单片机能更高速的运行。 C 语言编写的程序，虽然不象汇编那样速度快、但程序简单易行、并且需要较小的存储空间。 C 语言作为一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。 此外， C 语言程序还具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。 因此，使用 C 语言进行程序设计已成为软件开发的主流。 本设计就是采用 C 语言编写的， 由于采用模块化操作，使得程序在修改，执行的时候显得方便易行。 系统程序设计 本设计中，软件设计采用模块化操作，利用各个模块之间的相互联系，在设计中采用主程序 调用各个子程序的方法，使程序通俗易懂，我们设计了整体程序流程图： 在 main 函数编写开始，要进行初始化，包括对系统初始化和对存储器初始化，要对硬件设备进行初始化，并使硬件处于就绪状态。 通过判断是否计费，调价，清零等状态，来分别调用不同的子程序，使程序在设计之前，就有了很强的逻辑关系。 这些对应于硬件就是通过按下各个控制开关，来分别进行不同的动作 ，最后数码管根据输入的信息，来显示不同的数据信息，这就达到了软件控制硬件，同时输入信息控制输出信息的目的。 整个程序的流程图如 图 所示 ： 系统软件设计 15 图 系统程序流程图 Y Y 判断是否进入调价模式 进入调价模式 判断是否开始计费 调用计费子程序 判断是否停止键按下 结果显示 清显示单价复位 Y N N N 初始化 开始显示 系统调试 16 5 系统调试 系统调试包括软件调试和硬件调试。 硬件调试的任务是排除所焊接电路故障。 软件调试是利用开发工具进行在线仿真调试。 调试的一般过程如图 所示：。