課程設(shè)計（論文）基于MCS51單片機(jī)出租車計價器的設(shè)計

1、微型計算機(jī)技術(shù)專業(yè)方向課程設(shè)計任務(wù)書題目名稱：基于mcs-51單片機(jī)的 出租車計價器的設(shè)計專業(yè) 自動化 班級 122班姓名 學(xué)號 201228102 學(xué)校：青島理工大學(xué)自動化學(xué)院 指導(dǎo)教師：史賀男 2014年12月9日課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱：微型計算機(jī)技術(shù)設(shè)計題目：基于mcs-51單片機(jī)的 出租車計價器的設(shè)計系統(tǒng)硬件要求：出租車計價按4公里起步費為7元，每公里2元計費，無等待計費功能。要求每1s采樣一次，假設(shè)輪胎周長1米，使用中斷完成，費用精度要求1元。顯示部分為led動態(tài)顯示設(shè)計；并有鍵盤設(shè)計；硬件設(shè)計：1）最小系統(tǒng)設(shè)計：at89c51單片機(jī)為本設(shè)計的控制器，包括外擴(kuò)rom，ram各32 m

2、（其大小由設(shè)計者自己設(shè)計），系統(tǒng)時鐘電路、復(fù)位電路等構(gòu)成的最小系統(tǒng)；2）接口電路的設(shè)計：設(shè)計者擴(kuò)展一個并行接口8155或8255，鍵盤設(shè)計由設(shè)計者根據(jù)需要設(shè)計鍵盤的數(shù)量，顯示采用led顯示，顯示電路也根據(jù)顯示的內(nèi)容設(shè)計；3）有開機(jī)顯示狀態(tài)（如顯示000000）；4）在完成基本設(shè)計功能同時可以增加功能。軟件設(shè)計： 1）主程序設(shè)計（包括初始化芯片，定時器，中斷以及sp指針等）； 2）各功能子程序設(shè)計，溫度采集計算子程序、鍵盤子程序顯示子程序設(shè)計，定時，中斷程序等；）其他要求：1、每位同學(xué)獨立完成本設(shè)計。2、依據(jù)題目要求，提出系統(tǒng)設(shè)計方案。3、設(shè)計系統(tǒng)電路原理圖。調(diào)試系統(tǒng)硬件電路、功能程序。編制課程

3、設(shè)計報告書并裝訂成冊，報告書內(nèi)容（按順序）（1）報告書封面（2）課程設(shè)計任務(wù)書（3）系統(tǒng)設(shè)計方案的提出、分析（4）系統(tǒng)中典型電路的分析（5）系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖（6）系統(tǒng)電路原理圖（7）源程序（8）課設(shè)字?jǐn)?shù)不少于2000字成績評語摘要 本文是以mcs-51單片機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，通過霍爾傳感器檢測車輪轉(zhuǎn)動，生成計數(shù)脈沖，由mcs-51單片機(jī)內(nèi)部計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，從而計算出行駛距離，以及隨行駛距離變化而變化的收費金額，通過多位數(shù)碼管顯示出來。由于51單片機(jī)內(nèi)部rom容量小，采用2764擴(kuò)展外部rom來存儲程序。本系統(tǒng)最大化地利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，操作方便。關(guān)鍵詞： 計價器，mcs-5

4、1, 霍爾傳感器，2764第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計61.1系統(tǒng)概述61.2系統(tǒng)原理分析6第二章 軟件部分62.1主程序的設(shè)計62.2定時器中斷程序的設(shè)計82.3外部中斷0的程序設(shè)計92.4外部中斷1的程序設(shè)計102.5數(shù)碼管顯示的程序設(shè)計10第三章 硬件部分123.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)及鍵盤模塊123.2 數(shù)碼管顯示模塊133.3 霍爾傳感器模塊133.4 外部存儲器模塊14第四章 輔助調(diào)試工具15總結(jié)16參考文獻(xiàn)17附錄一 程序代碼18附錄二 硬件電路圖23附錄三 pcb圖24 第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計1.1系統(tǒng)概述根據(jù)課程設(shè)計要求的性能指標(biāo)，本系統(tǒng)要滿足一定精度的價格計算的基本功能，同時系統(tǒng)還具有動

5、態(tài)顯示當(dāng)前的計費值的功能和鍵盤操作的功能。 1.2系統(tǒng)原理分析 本文以mcs-51單片機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過霍爾傳感器對車輪轉(zhuǎn)動進(jìn)行檢測。車輪軸上有一個小磁鋼，車輪每轉(zhuǎn)動一圈，磁鋼靠近一次霍爾傳感器，傳感器輸出一個脈沖。單片機(jī)通過t1計數(shù)器對該脈沖進(jìn)行計數(shù)，并根據(jù)輪胎周長計算行程，再根據(jù)計價規(guī)則算出計費值，通過數(shù)碼管顯示，計費精度達(dá)到1元。本系統(tǒng)設(shè)計簡單，性能穩(wěn)定，能夠通過單片機(jī)靈活編程進(jìn)行各種功能的設(shè)定和修改。根據(jù)本課題的設(shè)計目標(biāo)以及硬件的特點，本系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖所示。第二章 軟件部分2.1主程序的設(shè)計設(shè)計思路: 主程序主要執(zhí)行定時器、計數(shù)器、中斷的初始化，以及對數(shù)碼管進(jìn)行掃描顯示。首先開

6、中斷，包括定時器0中斷、外部中斷0和1；然后配置外部中斷觸發(fā)模式，以及定時器初值；最后掃描顯示數(shù)碼管。其中，由于計數(shù)器每次返回計數(shù)值不確定，為了準(zhǔn)確地工作，定時器與計數(shù)器均工作在方式一模式，外部中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。晶振頻率為12mhz，定時器0每次重裝值為65536-5000，即每次定時器中斷計時為5000*12/(12mhz)=5ms. 流程圖：程序代碼：ie=0x8f;/開中斷tmod=0x51;th0=(65536-5000)/256;/定時器初值為60536，即5mstl0=(65536-5000)%256;it0=1;it1=1; / 中斷定時器初始化while(1)while

7、(z=1) / 未檢測到開始按鍵之前顯示0jg(0); while(z=0) / 開始之后數(shù)碼管顯示當(dāng)前計費值qjg(q);2.2定時器中斷程序的設(shè)計t0作為定時器開中斷，進(jìn)入中斷首先執(zhí)行定時器初值的重裝，然后判斷計費器是否處于計費狀態(tài)，從而決定是否向th1和tl1取回計數(shù)值，計算總行程以及當(dāng)前計費值并存入單片機(jī)?？傂谐膛c當(dāng)前計費值分別記為zong和q. 計算方法根據(jù)設(shè)計要求得到，起步價為4km 7元，以后2元/km，要求精度為1元，所以程序為每500m計費1元。流程圖：t0中斷程序否清空計數(shù)器并返回主函數(shù)計算總行程與計費金額是是否到采樣時間是否是否暫停重裝定時器初值程序代碼：static n

8、um=0;th0=(65536-5000)/256;tl0=(65536-5000)%256;/定時器初值重裝為60536num+;if(flag=0) /若flag為0，則按下了暫停鍵，此時每次定時器時間到計數(shù)器清零th1=0;tl1=0;if(num=2)&flag) /若flag為1,且定時器時間到采樣時間，為了更靈敏地顯/示計費，掃描周期設(shè)定為2個中斷周期num=0;shu=th1*256+tl1;zong=zong+shu; / 定時器數(shù)值存入zongth1=0;tl1=0; / 計數(shù)器清零if(zong=4000)q=(zong-4000)/500+7; /若果zong大于起步公里

9、數(shù)（4km）進(jìn)行此步計算價格2.3外部中斷0的程序設(shè)計外部中斷0用于檢測按鍵“開始/暫?！薄！伴_始”被按下表示計價器從非計費狀態(tài)轉(zhuǎn)為計費狀態(tài)或暫停，此時計數(shù)器與定時器均為開通狀態(tài)。程序代碼：flag=!flag; /按下一次開始，再次按下取反z=0;tr0=1;/定時器開通tr1=1;/計數(shù)器開通2.4外部中斷1的程序設(shè)計外部中斷0用于檢測按鍵“復(fù)位”。“復(fù)位”被按下表示計價器從計費狀態(tài)轉(zhuǎn)為非計費狀態(tài)或保持非計費狀態(tài)，總行程（zong）與計費值(q)回到初值，關(guān)閉定時器與計數(shù)器，清空計數(shù)值。程序代碼：z=1;/非計費狀態(tài)flag=0;q=7;zong=0;tr0=0;/關(guān)閉定時器tr1=0;/

10、關(guān)閉計數(shù)器tl1=0;th1=0;2.5數(shù)碼管顯示的程序設(shè)計此系統(tǒng)采用數(shù)碼管顯示，因此需要計算每一位的顯示值。這里采用多位數(shù)碼管，每次只能顯示一位，為了讓多位數(shù)碼管看起來都亮，程序必須高速掃描顯示，由于人的視覺暫留效應(yīng)，會看起來多位數(shù)碼管都亮了。值得注意的是，隨著程序運行，同一位的顯示值會變，這體現(xiàn)在數(shù)碼管段的亮滅上，為了不使顯示不清晰，下次點亮之前必須先關(guān)閉該位，即不顯示。程序代碼：sbit l1=p36;/千位 sbit l2=p34;/百位sbit l3=p31;/ 十位sbit l4=p30;/個位#define com1 l1=1;l2=0;l3=0;l4=0#define com2

11、 l1=0;l2=1;l3=0;l4=0#define com3 l1=0;l2=0;l3=1;l4=0#define com4 l1=0;l2=0;l3=0;l4=1#define com0 l1=0;l2=0;l3=0;l4=0/單個數(shù)碼管點亮定義p1=taba%10;/最低位（個位）com4;/點亮個位delay(10);/延時com0;/關(guān)閉顯示p1=tab(a/10)%10 ;/十位com3;delay(10);com0;p1=tab(a/100)%10;/百位com2;delay(10); com0;p1=taba/1000;/千位com1;delay(10);com0;void

12、delay(uint b) / 延時函數(shù)uint x=110;for(x;x0;x-)for(b;b0;b-);第三章 硬件部分3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)及鍵盤模塊 80c51有兩個16位定時計數(shù)器，兩個外中斷，兩個定時計數(shù)中斷，及一個串行中斷，并有4個8位并行輸入口。80c51內(nèi)部有時鐘電路，但需要石英晶體和微調(diào)電容外接，本系統(tǒng)中采用12mhz的晶振頻率。由于80c51的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及時間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來源廣，應(yīng)用也很成熟，故采用來作為控制核心。80c51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 本系統(tǒng)包括晶振電路,復(fù)位電路，擴(kuò)展外部ro

13、m電路，鍵盤電路等，為了不使電路看起來過于混亂，這里采用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的方法代替連線。電路圖如下： 圖13.2 數(shù)碼管顯示模塊用數(shù)碼管顯示價格低廉且亮度高，很適合用于計價器顯示。圖中p1口（網(wǎng)絡(luò)編號b）用于顯示數(shù)碼管，接數(shù)碼管段選端。p3.0、p3.1、p3.4、p3.6（網(wǎng)絡(luò)編號c）接數(shù)碼管位選端。圖23.3 霍爾傳感器模塊霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關(guān)信號采集的有cs3020、cs3040等，這種傳感器是一個3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（oc）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是cs3020的外形圖，將有字面對準(zhǔn)自己，三根

14、引腳從左向右分別是vcc，地，輸出。圖3使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡單，只要在車輪轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。所以霍爾傳感器測速實際上是測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動頻率。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛?；魻杺鞲衅鳒y速電路原理圖如下：圖4在仿真電路中，為了更清晰明了地展示計價器的工作，霍爾傳感器采樣的部分用一個模擬脈沖發(fā)生器代替了（見圖1），接p3.5/t1計數(shù)器計數(shù)通道。3.4 外部存儲器

15、模塊本系統(tǒng)擴(kuò)展8k rom, 用了一片2764以及一片地址鎖存器74ls373，其中使用地址線p0.0p0.7及p2.0p2.4，p0.0p0.7復(fù)用為數(shù)據(jù)線。單片機(jī)ea腳接地，程序存儲地址均為外部rom.地址范圍為：0000h1fffh擴(kuò)展原理圖如下:圖5第四章 輔助調(diào)試工具使用proteus輔助調(diào)試，可以直觀地看到程序及硬件電路的實現(xiàn)效果，設(shè)計者可以很方便地根據(jù)效果分析系統(tǒng)存在的問題，并找出解決方法，而且可以通過模擬測量儀器對電路進(jìn)行實時監(jiān)控。如圖所示：圖6圖7總結(jié)出租車已經(jīng)是城市交通的重要組成部分，從加強(qiáng)行業(yè)管理以及減少司機(jī)與乘客的糾紛出發(fā)，具有良好性能的計價器對出租車司機(jī)和乘客來說都是

16、很必要的。所以，我們小組進(jìn)行了出租車計價器的設(shè)計。經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)設(shè)計，出租車計費器系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)全部完成，能按預(yù)期的效果進(jìn)行模擬汽車啟動，停止，暫停等功能并能夠通過數(shù)碼管顯示車費數(shù)目。即使這樣，在設(shè)計調(diào)試仍然存在一些問題，可能無法做到真正的實踐使用，還需要一些調(diào)整改正。這一段時間，經(jīng)過小組成員的努力，我們基本完成了初始設(shè)計目的，但在這個過程中我發(fā)現(xiàn)自己存在一些問題，那就是我平時學(xué)習(xí)積累遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在參與設(shè)計的過程中，有許多力不能及的地方，都是在上網(wǎng)學(xué)習(xí)后者組員幫助下才能完成。這說明了一點，書本上的東西真要實踐起來是完全不一樣的，在這方面我有很大的不足，實踐方面的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 雖然在這次設(shè)計

17、中我有很多的不足，但正是在這次設(shè)計中我學(xué)到了很多東西，通過這次設(shè)計不僅學(xué)會了如何去查找相關(guān)資料，更重要的是通過查找資料和翻閱書籍學(xué)到了不少知識，擴(kuò)大了知識面，提高了知識水平。經(jīng)過單元設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計鞏固了以前所學(xué)的專業(yè)知識，自己真正認(rèn)識到理論聯(lián)系實際的重要性，為以后的學(xué)習(xí)和工作提供了很多有價值的經(jīng)驗。通過這次設(shè)計不僅增強(qiáng)了自己的動腦能力和動手能力，也提高了我思考問題、分析問題、解決問題的能力，更重要的是學(xué)會用工程化的思想來解決問題。這在以前的學(xué)習(xí)過程中是不曾學(xué)到的。并且這次設(shè)計還使我認(rèn)識到完整、嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)分析問題、解決問題的思想是多么的重要，只有擁有了科學(xué)的態(tài)度才能設(shè)計出有用的產(chǎn)品。參考文獻(xiàn)：單

18、片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第三版） 胡漢才 主編 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版） 清華大學(xué)電子學(xué)教研室組 編 閻石 主編自動檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)（第三版） 張毅 張寶芬 曹麗 彭黎輝 編附錄一 程序代碼#includetypedef unsigned int uint;typedef unsigned char uchar;void delay(uint b);/ 延時函數(shù)聲明void jg(uint a); /價格數(shù)值拆分及顯示函數(shù) sbit l1=p36;sbit l2=p34;sbit l3=p31;sbit l4=p30;#define com1 l1=1;l2=0;l3=0;l4=0#de

19、fine com2 l1=0;l2=1;l3=0;l4=0#define com3 l1=0;l2=0;l3=1;l4=0#define com4 l1=0;l2=0;l3=0;l4=1#define com0 l1=0;l2=0;l3=0;l4=0/單個數(shù)碼管點亮定義uchar code tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0x0f8,0x80,0x90 ;uchar z=1,flag=0;uint q=7,zong=0,shu=0;void main()ie=0x8f;tmod=0x51;tl0=(65536-5000)%256;th0=(65536-5000)/256;it0=1;it1=1; / 中斷定時器初始化while(z=1) / 未檢測到開始按鍵之前顯示0jg(0); while(z=0) / 開始之后數(shù)碼管顯示jg(q);void tt0(void) interrupt 1 /定時器中斷static num=0;th0=(65536-5000)/256;tl0=(65536-5000)%256;num+