基于單片機和FPGA的出租車計費系統(tǒng) 單片機和電子技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)論文

1、摘要1第1章緒論2第2章系統(tǒng)設(shè)計32.1 系統(tǒng)組成32.1.1 計費及顯示32.1.2 時鐘及顯示32.1.3 計費開始提示12.2 功能模塊設(shè)計1第3章硬件及軟件實現(xiàn)33.1 傳感器33.1.1 光電傳感器電路設(shè)計3車輪光電開關(guān)檢測電路43.2 單片機43.2.1 8051 單片機功能方塊圖53.2.2 AT89S51單片機簡介73.2.3 AT89S5l與51系列單片機相比具有如下特點83.2.4 89S51的內(nèi)部框圖93.2.5 中斷控制113.2.6 單片機控制程序設(shè)計123.2.7 單片機匯編語言源程序163.3 顯示及按鍵控制系統(tǒng)313.3.1 LED數(shù)碼管313.3.2 數(shù)據(jù)顯示

2、電路的設(shè)計32第4章系統(tǒng)檢測及分析344.1 系統(tǒng)仿真/硬件驗證344.1.1 系統(tǒng)的調(diào)試方法344.1.2 系統(tǒng)的硬件驗證344.2 設(shè)計技巧分析35結(jié)論36附錄A: FPGA芯片引腳37摘 要本系統(tǒng)電源電壓為+16V，速度傳感器具有汽車每運行1提供1000個脈沖信號的特性。顯示器可以采用LED數(shù)碼管。系統(tǒng)采用單片機和FPGA的結(jié)合進行系統(tǒng)的主體設(shè)計,測控FPGA芯片通過采集傳感器脈沖信號WCLK進行里程計算,里程計費,利用外部脈沖信號SCLK產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號,以計算等待時間,等待費用,并產(chǎn)生里程標(biāo)志(LCBZ),等待標(biāo)志(DDBZ),熄燈標(biāo)志(XDBZ)等有關(guān)控制標(biāo)志信號,同時根據(jù)單片機發(fā)

3、出的開始信號（START），時段標(biāo)志（SDBZ），傳輸數(shù)據(jù)選擇（SEL）等控制信號將有關(guān)計算結(jié)果傳送給FPGA芯片。單片機MCU除了完成鍵盤掃描，顯示控制外，還通過P0口與FPGA進行數(shù)據(jù)交換，并向測控FPGA芯片發(fā)出有關(guān)控制信號。本設(shè)計方案利用單片機和FPGA的結(jié)合，發(fā)揮它們各自的長處，分工清晰，實際使用和操作符合大眾邏輯，容易被人接受。而且，單片機豐富的I/O口和FPGA模塊化的設(shè)計為系統(tǒng)功能的擴展提供了空間和便利。關(guān)鍵詞計費系統(tǒng)，單片機，F(xiàn)PGA芯片第1章 緒論出租車是現(xiàn)代人類的重要交通工具，而出租車的計費系統(tǒng)的安全性和先進性是人們普遍關(guān)心的問題，要求計費器性能穩(wěn)定，計費準(zhǔn)確，以及預(yù)防司

4、機作弊行為等等都關(guān)系到乘客的切身利益。因此，設(shè)計出符合人們普遍要求及放心的產(chǎn)品具有重要的意義。同時，設(shè)計該系統(tǒng)所應(yīng)用的知識涉及范圍廣，通過設(shè)計可以牢固掌握所學(xué)理論知識，對電子信息工程專業(yè)的就業(yè)方向有初步認識，將理論與實際有機聯(lián)系起來。應(yīng)該是對以前所學(xué)知識的一次審核吧！本設(shè)計主要介紹了出租車計費系統(tǒng)的設(shè)計思路和過程，并給出了所涉及的相關(guān)知識的詳細介紹。EDA技術(shù)應(yīng)用，單片機的功能及應(yīng)用，傳感器檢測技術(shù)，VHDL編程語言及匯編語言程序，顯示系統(tǒng)設(shè)計及按鍵控制，等等。第一部分為緒論,第二部分為方案論證，第三部分為系統(tǒng)設(shè)計，第四部分是硬件及軟件實現(xiàn)，第五部分系統(tǒng)檢測及分析，第六部分是結(jié)論，第七部分是附

5、錄,第八部分是參考文獻，第九部分是致謝.目前，普遍的出租車計費器僅僅具有時鐘，起步價，里程計費，等待計費及顯示幾個功能。其發(fā)展前景是可觀的，將來的產(chǎn)品除具有這些功能外，另外還可增加如下功能：防作弊功能，IC卡付費：顧客能在制定點購買一定額度的“顧客IC卡”，乘車后可用IC卡付帳，付帳是否成功有相應(yīng)的提示。車主可定期將總營業(yè)額寫入“車主IC卡”中，并據(jù)此IC卡向所屬公司領(lǐng)取報酬。車票資料打?。侯櫩透顿M后可打印發(fā)票，打印內(nèi)容包括車主信息和車費信息等?？纱蛴≤囍骺偁I業(yè)額信息。語音播報：當(dāng)乘客上車時，可自動問候乘客，當(dāng)?shù)竭_目的地，自動播報乘車費用并禮貌再見，表達希望下次乘坐的意思。增加的這些功能將會更

6、好地為乘客服務(wù)。本系統(tǒng)設(shè)計也可應(yīng)用于其他計費系統(tǒng)中，如電腦計費系統(tǒng)等等，其應(yīng)用技術(shù)也有相當(dāng)范圍的應(yīng)用面，如顯示和播報部分也可應(yīng)用于智能飯卡智能電動車機器人等電子相關(guān)產(chǎn)品中?？梢娬莆樟嗽撓到y(tǒng)的設(shè)計和分析可實現(xiàn)對電子專業(yè)知識的具體應(yīng)用，增強理論聯(lián)系實際的能力。除此以外，所涉及的知識面也聯(lián)系到現(xiàn)實生活中很多相關(guān)電子產(chǎn)品，也將對其他電子產(chǎn)品有一定理論基礎(chǔ)。第2章 系統(tǒng)設(shè)計2.1 系統(tǒng)組成其中系統(tǒng)電源電壓為+16V。速度傳感器不需要進行設(shè)計，假設(shè)它具有汽車每運行1提供1000個脈沖信號的特性。顯示器采用LED數(shù)碼管。具體功能要求如下：2.1.1 計費及顯示里程，即汽車行程里程，用四位數(shù)字顯示，顯示方式為

7、“”，單位為，精確到0.1。 單價，即里程單價，用三位數(shù)字顯示，顯示方式為“”，單價為元/，根據(jù)每天不同的時間段有兩種情況：當(dāng)時間段為06：0023：00時單價為1.4元/，其他時間段內(nèi)單價為1.80元/。 等候時間，用四位數(shù)字顯示分鐘和秒，顯示方式為“XX：XX”，等候的定義是：當(dāng)汽車行駛速度小于或等于12/h時為“等候”。在等候時間大于1小時的情況下，可以不顯示等候時間，但必須對等候時間進行統(tǒng)計計算。等候單價，等候單價有兩種情況：在等候時間小于1小時的情況下，等候單價為1元每5分鐘；在等候時間大于1小時的情況下，等候單價為20元每小時。 費用的計算，出租車的起價為5.00元，當(dāng)里程小于2時

8、，按起價計算費用；當(dāng)里程大于2時按下式計算費用：費用=里程*里程單價+等候時間*等候單價。費用的顯示，用五位數(shù)字顯示，顯示方式為“”，單價為元。2.1.2 時鐘及顯示當(dāng)出租車在通常運行狀態(tài)下，應(yīng)能顯示當(dāng)前的時間，在汽車熄火的情況下，時鐘必須正常運行，但是可以不顯示時鐘.2.1.3 計費開始提示當(dāng)出租車載上乘客并起步后，將空車指示牌扳倒時，空車指示牌里的指示燈熄滅，并有語音或燈光提示信號。圖2.2 總體原理框圖2.2 功能模塊設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，將整個測控FPGA系統(tǒng)CZJFXT分為七個模塊，它們分別是：分頻器模塊FPQ，等待判別模塊DDPB，里程計算模塊LCJS，里程計費模塊LCJF，等待

9、計時模塊DDJS，等待計費模塊DDJF，輸出數(shù)據(jù)選擇模塊SCXZ。分頻器模塊FPQ：將外部時鐘信號SCLK（設(shè)計時假設(shè)為1024HZ）經(jīng)過適當(dāng)分頻后，產(chǎn)生1HZ的系統(tǒng)工作用基準(zhǔn)時鐘信號CLK1HZ，供給系統(tǒng)中的有關(guān)模塊計時用。等待判別模塊DDPB：根據(jù)速度傳感器脈沖信號WCLK和分頻器產(chǎn)生的基準(zhǔn)時鐘信號CLK1HZ，計算單位時間里WCLK的脈沖個數(shù)（每產(chǎn)生1000個脈沖信號，即每米產(chǎn)生1個脈沖信號），亦即出租車行駛速度，從而判別出租車是否處于等待狀態(tài)，發(fā)出等待標(biāo)志信號DDBZ。當(dāng)速度大于12/H，即速度大于200M/MIN時，出租車處于運行狀態(tài)，這時等待標(biāo)志DDBZ=0；當(dāng)速度小于等于12/H

10、，即速度小于等于200M/MIN時，出租車處于等待狀態(tài)，這時等待標(biāo)志DDBZ=1。該模塊的VHDL程序設(shè)計可分為三個進程：60S周期性跳變信號產(chǎn)生進程，每分鐘行駛距離計算進程，等待標(biāo)志判別進程。等待標(biāo)志判別進程就是比較每分鐘WCLK脈沖個數(shù)與等待狀態(tài)WCLK脈沖臨界個數(shù)200的大小，從而確定DDBZ的賦值。里程計算模塊LCJS：根據(jù)速度傳感器脈沖信號WCLK和等待標(biāo)志DDBZ，對出租車行駛的里程數(shù)XSLC進行計算，同時發(fā)出里程標(biāo)志信號LCBZ和里程計費標(biāo)志信號JFBZ。如果LCBZ=1，說明行駛距離超過2，里程計費啟動；如果LCBZ=0，說明沒超過2，按起價計費，每行駛1應(yīng)計費1次，并且計費的

11、啟動信號應(yīng)是某一時刻，因此每行駛1，計費標(biāo)志信號JFBZ應(yīng)跳變1次。該模塊的VHDL程序設(shè)計可分為兩個進程：里程計算及標(biāo)志產(chǎn)生進程，產(chǎn)生計費信號進程。產(chǎn)生計費信號進程就是每行駛10百米（即1）JFBZ由低電平0變?yōu)?，經(jīng)過一個系統(tǒng)時鐘周期后JFBZ又回復(fù)到低電平0，里程計費模塊LCJF就是在JFBZ脈沖信號的上升沿到來時進行計費的加法操作。里程計費模塊LCJF：在計費標(biāo)志信號JFBZ，等待標(biāo)志信號DDBZ，里程標(biāo)志信號LCBZ和時段標(biāo)志信號SDBZ等信號的控制下，計算行駛里程超過2以上里程的費用LCFY。該模塊的VHDL程序是通過由多個條件控制的加法進程來完成里程計費的，里程計費的條件是在DD

12、BZ=0，并且在JFBZ的上升沿根據(jù)SDBZ分別進行加法計費操作。當(dāng)SDBZ=1時，表示在06：0023：00時段，其單價SD1為1.4元/；當(dāng)SDBZ=0時，表示其他時段，其單價SD2為1.8元/。如果LCBZ=1，說明行駛距離超過2，里程計費啟動；如果LCBZ=0，說明沒超過2，按起價計費。等待計時模塊DDJS：在等待標(biāo)志信號DDBZ和基準(zhǔn)時鐘信號CLK1HZ的控制下，進行等待時間DDSJ的計算，其中DDSJ的低8位表示等待時間的秒數(shù)，DDSJ的高8位表示等待時間的分鐘數(shù)，同時根據(jù)等待時間的長短發(fā)出一個熄燈標(biāo)志信號XDBZ。當(dāng)?shù)却龝r間小于等于1小時，XDBZ=0，等待時間顯示燈亮；當(dāng)?shù)却龝r

13、間大于1小時，XDBZ=1，等待時間顯示不亮。該模塊的VHDL程序是通過一個多層嵌套的加法進程來完成等待計時的。等待計費模塊DDJF：在等待標(biāo)志信號DDBZ和熄燈標(biāo)志信號XDBZ控制下，進行等待費用DDFY的計費操作。該模塊的VHDL程序包括兩個進程：60S周期性跳變信號產(chǎn)生進程，等待費用計算進程。等待費用計算的條件是在DDBZ=1并且在60S周期性跳變信號T60S的上升沿，根據(jù)XDBZ分別進行加法計費操作。當(dāng)DDBZ=1且XDBZ=0時，按1元/5分鐘，即20分/分鐘計費；當(dāng)DDBZ=0且XDBZ=1時，按20元/小時，即33分/分鐘計費。輸出數(shù)據(jù)選擇模塊SCXZ：根據(jù)單片機發(fā)出的數(shù)據(jù)傳輸選

14、擇控制信號SEL，選擇有關(guān)計算處理結(jié)果傳輸給單片機。第3章 硬件及軟件實現(xiàn)3.1 傳感器傳感器通常是指能感受并能按一定規(guī)律將所感受的被測非電量(包括物理量、化學(xué)量、生物量等)轉(zhuǎn)換成便于處理與傳輸?shù)碾娏?一般為電量,也有少數(shù)為其他物理量,如光信號)的器件或裝置。光電傳感器是把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，光電傳感器的種類極多。它們共同的特點是響應(yīng)速度快，易于實現(xiàn)非接觸測量，非常適于與計算機接口。3.1.1 光電傳感器電路設(shè)計光電傳感器工作時，大致應(yīng)用了三種效應(yīng)：通過光子與物質(zhì)的相互作用能直接得到電信號的量子效應(yīng)；光被物質(zhì)吸收變成熱量后，利用熱電轉(zhuǎn)換得到電信號的熱效應(yīng)；光作為一種電磁波，直接與物質(zhì)相

15、互作用，從而感應(yīng)出電信號的波動相互作用效應(yīng)。反射式光電傳感器是用來檢測黑白線條的，如圖3.1.1(a)所示 由于黑白物體的反射系數(shù)不同，利用反射光可以使光敏三極管實現(xiàn)導(dǎo)通和斷開，調(diào)節(jié)傳感器與被測對象之間的距離，使光敏三極管只能接受到白色物體反射回來的光束。而黑色物體的反射系數(shù)小，所反射回來的光束很弱，光敏三極管無法接受到反射光。 從而實現(xiàn)對黑白線條的檢測。還要在輸出信號處加個控制電路,如圖3.1.1(b)起隔離強信號和方波整形的作用.(a)(b)圖3.1.1 反射式光電傳感器 由于要測出出租車的運行速度，每1千米產(chǎn)生1000個脈沖信號并計算出單位時間里的脈沖個數(shù)，轉(zhuǎn)換成車輪所轉(zhuǎn)的圈數(shù)，即產(chǎn)生脈

16、沖數(shù)的多少。在該設(shè)計中采用在車輪的轉(zhuǎn)盤上安裝一個3條黑白線均勻的圓盤，再用光電開關(guān)來檢測，如下圖4.1.2所示，當(dāng)出租車運動時，車輪轉(zhuǎn)動，光電傳感器利用接收黑白電平時輸出的高低電平，當(dāng)光電傳感器檢測到黑色條紋時，輸出高電平給單片機，相反當(dāng)檢測到白色條紋時輸出低電平，從而把連續(xù)輸出高低電平轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)，也就把電機轉(zhuǎn)動時帶動有黑白線的圓盤黑白條數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)，從而測試出出租車運行速度。圖3.1.2 光電檢測電路用一張貼有黑色膠帶的白紙,讓光電傳感器離紙不到5cm的平面上與膠帶垂直經(jīng)過,看計數(shù)是否與所經(jīng)過的的膠帶數(shù)目相等,若多次測試都是吻合的,則此光電傳感器良好.3.2 單片機單片機既是一個微型的計

17、算機，它具有組成計算機系統(tǒng)的三個要素：CPU、內(nèi)存與I/O。CPU：運算或邏輯上的判斷；內(nèi)存：存放程序與數(shù)據(jù)；I/O：與外界溝通的橋梁。CPU中央處理器Memory內(nèi)存I/O輸入/出設(shè)備圖3.2.1 單片機簡圖3.2.1 8051 單片機功能方塊圖SERIAL PORT4 I/O PROTBUS CONTROLOSC振蕩與時序CPU8051 COREETC（TIMER2）TIMER1TIMER0ON-CHIPRAM128/（256）BytesON-CHIPPROGRAMMEMORY4K/（8K）INTERRUPTCONTROLINT1INT0EXTRNALINTERRUPTS指令分析中斷系統(tǒng)統(tǒng)

18、控制總線串行接口并行接口TXDRXDP0P2P1P3ROMRAMALECOUNTERINPUTS定時/計數(shù)器EXTRNALINTERRUPTSTIMER0TIMER1（TIMER2）SERIAL圖3.2.2 8051 單片機功能方塊圖振蕩及時序單元（OSC）： 8051內(nèi)部有晶體振蕩電路，只要在外部加上石英振蕩晶體，即可產(chǎn)生頻率非常穩(wěn)定的振蕩信號，這個振蕩信號正是8051的心臟，所有8051的時鐘序列都以此振蕩信號為基準(zhǔn)。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（Data Memory）：當(dāng)程序在運行時，有些數(shù)據(jù)是經(jīng)常在變動的，例如LED的顯示狀態(tài)或顯示值等，它會因I/O測量的結(jié)果而變動，這些值就暫時放置在此區(qū)域中，供

19、其他程序進一步讀取，這也代表此區(qū)域是可以隨時讀寫的。8051系列的CPU提供128個字節(jié)可讀寫的數(shù)據(jù)存儲單元，52系列的CPU則提供256個字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲單元，這個數(shù)據(jù)區(qū)域中有一段區(qū)域16個字節(jié)共128位是可以進行位尋址的，MCS51系列的CPU有相當(dāng)強的位處理指令，可以妥善且有效地運用該數(shù)據(jù)存儲器，使用方法將在8051的指令說明中再詳述。內(nèi)部程序存儲器（Program memory）： 這段區(qū)域用于存放我們的應(yīng)用程序，而且這部分一經(jīng)確認后是永遠不做修改的。8051系列的CPU提供內(nèi)部4096個字節(jié)（4KB）的程序存儲器，8052系列的CPU則提供2倍即8192個字節(jié)（8KB）的程序存儲器，而

20、8031和8032則不含此單元。此單元可以使CPU選擇由內(nèi)部的程序區(qū)啟動或由外部的程序區(qū)啟動，內(nèi)部的程序區(qū)啟動具有保護功能，后者成本較為低廉。在8051系統(tǒng)中特地將程序區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)分隔開，兩者最大的差異是后者可以讀取和寫入，簡而言之，PROGRA MMEMORY就是 ROM，DATA MEMORY則是 RAM。定時/計數(shù)器（Timer/Counter）：51系列的CPU有2個定時/計數(shù)器，而52系列CPU則有3個定時/計數(shù)器，每個定時/計數(shù)器又有多種模式可供選擇。串行接口（Serial Port）：8051可通過此接口與外部的計算機等設(shè)備連線交換信息，也可以通過此接口進行I/O的擴充。并行輸入/

21、出端口（Parelled I/O）：不論是8051或8052單片機都有4個輸入/出端口，總共有32個輸入/出，而且每個點都可以單獨定義成輸入或輸出?？刂瓶偩€（Bus Control）：當(dāng)程序的空間超出MSC51系列內(nèi)存程序空間的限制時，會通過本單元的控制線路向外部送出地址線信號和控制信號，同時當(dāng)程序執(zhí)行MOVX DPTR，A指令時，代表對外部數(shù)據(jù)內(nèi)存做寫入的運行，此時也要靠本單元送出必要的控制信號，才能達成外部READ與WRITE的運行請求。8051運算處理單元（Core）： 這是整個單片機的控制處理核心，它讀取程序碼，經(jīng)過計算及處理后，將結(jié)果送到各個寄存器或輸入/輸出端口上，并且接受內(nèi)部和外

22、部的中斷信號，然后執(zhí)行特定的中斷服務(wù)程序。只要加入電源并且石英晶體開始運行后，本單元就一直不停地工作著，通常我們所謂的死機是指本單元跳入一個未知沒有出口的循環(huán)中執(zhí)行，而不是指CPU停止一切的運行，不再執(zhí)行任何程序。累加器（Accumulator）：累加器是眾多寄存器中最重要的一個寄存器，通常以簡寫Acc代表累加器，8051的指令中有許多指令和Acc寄存器有關(guān)，也有多個指令非通過Acc不可，基本上，8051的指令中賦予Acc 累加器的權(quán)限最大。Intel公司建議程序的執(zhí)行盡量以Acc為主。B寄存器（B Register）： B寄存器是一個一般用途的工作寄存器，當(dāng)8051使用乘除指令時，則一定要通

23、過B寄存器來做運算。中斷優(yōu)先順序控制寄存器（IPC,Interrupt Priority Control）：這個寄存器中存放中斷時的優(yōu)先順序表，若對應(yīng)的位設(shè)成1時，代表中斷有較高的中斷優(yōu)先權(quán)。允許中斷控制寄存器（IEC,Interrupt Enable Control）： 此寄存器內(nèi)含系統(tǒng)允許中斷的中斷源設(shè)置值，8051共有5個中斷可供選擇，8052則有6個中斷源，IEC寄存器內(nèi)另有一個位簡稱位，若0時就禁止系統(tǒng)所有的中斷要求。串行輸出入緩沖寄存器（SBUF,Serial Buffer）： 所有待送出或剛進入的串行數(shù)據(jù)值都存放在此寄存器中，8051的串行通信是非常簡單的，只要一設(shè)置完通信協(xié)議后

24、，再執(zhí)行一個MOVSBUF，A指令，就可立即將并行數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)化成串行數(shù)據(jù)送到外部。串行通信控制寄存器 （SCON,Serial ControL或稱UART）：此寄存器主要在設(shè)置串行通信的模式，當(dāng)串行數(shù)據(jù)已經(jīng)送完或數(shù)據(jù)已收妥時，會有對應(yīng)的位被設(shè)置成1，這些位也可以當(dāng)成中斷要求信號，請求CPU執(zhí)行特定的串行中斷服務(wù)程序。定時/計數(shù)控制寄存器（TCON,Timer/Counter Control）： 這個寄存器可以控制定時/計數(shù)器的打開或關(guān)閉，若一經(jīng)打開且計數(shù)到溢位時，TCON上亦有對應(yīng)的位被設(shè)成1，CPU必須針對此位的狀態(tài)，決定是否重新設(shè)置定時/計數(shù)值。堆棧指標(biāo)寄存器（SP,Stack Pointe

25、r）：8051利用SP指引最近一次存入堆棧內(nèi)的地址，每當(dāng)我們在程序中調(diào)用其他子程序時，原程序的返回地址就會自動存入內(nèi)部DATA MEMORY組成的堆棧（Stack）中，而當(dāng)子程序執(zhí)行到RET指令時，CPU會自動由堆棧中取回原先存入的返回地址，繼續(xù)執(zhí)行原程序。每當(dāng)CPU將8位值存入堆棧時，我們稱之為PUSH（推入），這時SP值會增加1，反之堆棧中取回8位值時，則稱之為POP（提回），此時SP值會減少1。 在寫8051單片機的控制程序時，在程序起始狀態(tài)階段一定要設(shè)置SP值，以便程序有足夠的堆?？臻g，也可以利用軟件程序隨時機動調(diào)整的堆棧指標(biāo)SP的值。特殊功能寄存器區(qū)（SFR,Special Func

26、tion Register） 8051單片機內(nèi)部將多個寄存器統(tǒng)稱成SFR，代表其特定的功能，甚至Port0、Port1、Port3也都是屬SFR 的成員之一，在這些SFR 中有部分的寄存器可以進行位尋址，表 4.1是這些SFR 寄存器的整理，其中加（*）記號的寄存器可進行位尋址。表3.1 可進行位尋址的SFR 寄存器SFR 寄存器部分可進行位尋址的寄存器算術(shù)運算寄存器Acc（*）、B（*）、PSW（*）指標(biāo)類寄存器SP、DPL、DPH并行輸入/出端口P0（*）、P1（*）、P2（*）、P3（*）中斷控制寄存器IP（*）、IE（*）定時/計數(shù)寄存器TMOD、TCON（*）、TL0、TH0、TL1

27、、TH1串行通信寄存器SCON（*）、SBUF3.2.2 AT89S51單片機簡介AT89S5l是新型高檔單片機。它的主要特性是：片內(nèi)含有 32 KB的 Flash程序存儲器，擦寫周期為 1000次;片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)含512字節(jié)的RAM；具有可編程32線I/O口（P0，P1，P2和P3口）；具有3個可編程定時器T0，T1和T2；中斷系統(tǒng)是具有8個中斷源、6個中斷矢量、2級中斷優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；具有一個全雙工 UART串行口；低功耗工作方式為空閑模式和掉電模式；具有雙數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1；具有3級程序鎖定位；具有硬件看門狗定時器WDT；AT89S51工作電源為4.05.5V（AT89L

28、V51RC為2.75.5V）；AT89S51最高工作頻率為33MHZ（AT89LV51RC為12MHZ）；具有斷電標(biāo)志POF3.2.3 AT89S5l與51系列單片機相比具有如下特點 程序存儲器由 8 KB增加到32 KB； 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器由256宇節(jié)增加到512字節(jié)； 數(shù)據(jù)指針由1個增加到2個； 增加了看門狗定時器，CPU在執(zhí)行程序過程中，由于瞬時的干擾使程序陷入死循環(huán)狀態(tài)，WDT（Watchdog Timer）是使CPU擺脫這種困境而自動恢復(fù)的一種方法； 退出掉電方式由單純硬件復(fù)位方式增加到硬件復(fù)位和中斷兩種方式； 新增加了斷電標(biāo)志POF3.2.4 89S51的內(nèi)部框圖圖3.2.3 89S

29、51的內(nèi)部框圖引腳排列及功能：AT89S51有3種封裝形式：PDIPPLCC和TQFPPDIP封裝的引腳排列如圖所示。圖3.2.4 單片機電路板口線 P0口8位、漏極開路的雙向 1O口。 當(dāng)使用片外存儲器及外擴 IO口時，P0口作為低字節(jié)地址數(shù)據(jù)復(fù)用線。在編程時，P0口可用于接收指令代碼宇節(jié)；在程序校驗時，P0口可輸出指令字節(jié)（這時需要加外部上拉電阻）。 P0口也可作通用I/O口使用但需加上拉電阻變?yōu)闇?zhǔn)雙向口。當(dāng)作為普通輸入時，應(yīng)將 輸出鎖存器置1 PO口可驅(qū)動8個 TTL負載 P1口8位、準(zhǔn)雙向IO口，具有內(nèi)部上拉電阻。P1口是為用戶準(zhǔn)備的 1O雙向口。在編程和校驗時，可用做輸入低8位地址。

30、用做輸入時，應(yīng)先將輸出鎖存器置1 P1口可驅(qū)動4個TTL負載。引腳替代功能說明T2定時器2的外部事件輸入端；可編脈沖輸出端T2EX定時器 2的捕捉重裝觸發(fā)器輸入端；定時器2的計數(shù)方向控制端 P2口8位、準(zhǔn)雙向 1O口具有內(nèi)部上位電阻 當(dāng)使用片外存儲器或外擴1O口時P2口輸出高8位地址。在編程校驗時P2口可接收高字節(jié)地址和某些控制信號。 P2口也可作普通IO口使用。用做輸入時，應(yīng)先將輸出鎖存器置1 P2口可驅(qū)動4個TTL負載。 P3口8位、準(zhǔn)雙向 1O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P3口可作為普通1O口。用做輸入時，應(yīng)先將輸出鎖存器置 1在編程校驗時P3口接收某些控制信號。它可驅(qū)動4個TTL負載。P3

31、口還提供各種替代功能。表3.3 P3口替代功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）P3.2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器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） 控制信號線 RST復(fù)位輸入信號，高電平有效。在振蕩器穩(wěn)定工作時，在RST腳施加兩個機器周期（即24個晶振周期）以上的高電平，將器件復(fù)位。VPP外部程序存儲器訪問允許信號EA（External Access Enable）。 當(dāng)信號接地時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器，地址為0000HFFFFH；當(dāng)接地時，對ROM的讀操作從內(nèi)部程序

32、存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。 在編程時，該引腳可接編程電壓（AT89C51的VPP為5V或12V；AT89LV51的VPP為12 V）。在編程校驗時，該引腳可接VCC。片外程序存儲器讀選通信號用PSEN(Program Store Enable)，低電平有效 在片外程序存儲器取指令期間，當(dāng)有效時，程序存儲器的內(nèi)容被送至 PO口（數(shù)據(jù)總線）；在訪問外部RAM時，無效。 AIE/低字節(jié)地址鎖存信號 AlE（Address latch Enable）。 在系統(tǒng)擴展時，AlE的下降沿將PO口輸出的低8位地址鎖存在外接的地址鎖存器中，以實現(xiàn)低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。此外，ALE端連續(xù)輸出正脈

33、沖頻率為晶振頻率的16，可用做外部定時脈沖使用。但要注意，每次訪問外RAM時要丟失一個ALE脈沖。 在編程期間該引腳輸入編程脈沖（）。 電源線VCC電源電壓輸入。GND接地。 外部晶振引線 XTAL1片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生線路的輸入端。使用片內(nèi)振蕩器時，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。 XTAL2片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時，外接石英晶體 和微調(diào)電容。 當(dāng)使用外部振蕩器時，引腳XTAL1接收外振蕩器信號，XTAIL2懸空。3.2.5 中斷控制可采用中斷的時機： 當(dāng)計數(shù)值數(shù)完時要做一個特定的動作。 當(dāng)外部信號有一個脈沖信號產(chǎn)生時要做某種特定的運算。 當(dāng)外部某些信號成立時，

34、必須立即處理。 當(dāng)收到通信界面上的一個特定值時，必須立即反應(yīng)。 當(dāng)程序必須處理數(shù)個小程序，且這些程序必須幾乎同時都在執(zhí)行中。 當(dāng)程序必須隨時更新某項數(shù)據(jù)或顯示值。 當(dāng)程序必須自動且隨時去檢查系統(tǒng)中的狀態(tài)值時。上述的情形亦可采用平常的程序，以持續(xù)或經(jīng)常詢問的寫法來應(yīng)付，但是若系統(tǒng)有多個條件要詢問時，寫法就會變得相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。假如改用程序中斷的寫法，則程序的寫法就會變得較單純些，中斷程序通常有以下一個或一個以上的特征，假使我們的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)有這些特征時，在程序規(guī)劃前就要考慮是否采用中斷的寫法。特征1：每隔一個時間間隔就必須做某件特定的事情。特征2：當(dāng)某個條件（不論軟件或硬件線路）成立時，就讓CPU立即

35、處理。特征3：CPU 正以多任務(wù)（Multi-task）的模式，同時處理數(shù)個程序或信號。特征4：某項狀態(tài)可能平時均不成立，可是一成立時，CPU 必須立即停止原先的動作，馬上來處理這個狀態(tài)。3.2.6 單片機控制程序設(shè)計單片機模塊包括單片機AT89S51及其控制的顯示和鍵盤系統(tǒng)，AT89S51對FPGA的數(shù)據(jù)進行計算，計算出用車總費用并送入顯示系統(tǒng)顯示，同時它接收鍵盤信息并處理顯示切換。系統(tǒng)采用6+1顯示，6個數(shù)碼管作常規(guī)顯示，一個數(shù)碼管作狀態(tài)顯示。按鍵共有5個，分別是功能切換鍵，確定鍵，修改鍵，啟動模擬鍵和空車牌壓下模擬鍵。圖3.2.5 主程序流程圖圖 3.2.6 按鍵處理流程圖圖3.2.7

36、顯示子程序流程圖圖3.2.8 里程顯示子程序流程圖圖3.2.9 乘車費用顯示子程序流程圖3.2.7 單片機匯編語言源程序LED8 EQU 7FHLED7 EQU 7EH ；時間顯緩LED6 EQU 7DHLED5 EQU 7CHLED4 EQU 7BHLED3 EQU 7AHLED2 EQU 79HLED1 EQU 78H ；功能 ；選擇 ；修改 ；運行信號（傳感器） ；載客信號-單片機（傳感器） ；載客標(biāo)志 ；送FPGA的載客標(biāo)志INT_R1 EQU 46HINT_R0 EQU 47HINT_R2 EQU 48HKEYNUM EQU 49H ；時段標(biāo)志 ；里程標(biāo)志 ；等待標(biāo)志 ；等待超過1小

37、時標(biāo)志FYDY8 EQU 3FH ；費用顯緩FYDY7 EQU 3EHFYDY6 EQU 3DHFYDY5 EQU 3CHFYDY4 EQU 3BHFYDY3 EQU 3AHFYDY2 EQU 39HFYDY1 EQU 38H；主程序START: JMP MAIN ；轉(zhuǎn)移到主程序 ORG 000BH ；中斷服務(wù)入口地址 LJMP PIT0 ORG 30HMAIN:CLEAR:MOV R0,#00H MOV R1,#128 MOV A,#00HL1: MOV R0,A INC R0 DJNZ R1,L1 MOV P2,#00H MOV SP,#60H ；開辟堆棧區(qū) MOV TMOD,#01H ；

38、定時器0，定時工作方式1，16位 MOV TL0,#0B0H ；初值為4C00H，50MS MOV TH0,#03CH SETB TR0 ；啟動定時器工作 ；中斷總允許 ；允許定時中斷 MOV 30H,#14H ；中斷循環(huán)次數(shù)初值為20次ML2:LCALL KKEYIMLL3:CJNE A,#04H,ML4 SETB RUNBZ SJMP ML2 ；調(diào)用鍵盤掃描程序ML4: CJNE A,#00H,MLL1 LCALL SJJZ LCALL KKEYI CJNE A,#00H,MLL3 LCALL LCDJDISP LCALL KKEYI CJNE A,#00H,MLL3 LJMP ML6 L

39、CALL KKEYIMLLL1:CJNE A,#00H,MLL3 LJMP ML5MLL1:JNB RUNBZ,ML2 CJNE A,#05H,ML2 SETB ZKBZ SETB SZKBZ NOPLCALL DELAY3 CLR SZKBZ ；LCALL QJDISP ；起價顯示ML5:LCALL FYDISP ；費用顯示 LCALL KKEYII JNB 28H.3,ML3 ；有鍵按下轉(zhuǎn)ML3 LJMP ML5 ；沒鍵按下繼續(xù)刷新費用顯示ML3:LJMP MLL3ML6:LCALL LCDISP LCALL KKEYII JNB 28H.3,MLLL1 LJMP ML6DDDISP: ；

40、等待時間顯示子程序 MOV FYDY8,#0DHMOV FYDY7,#12HMOV FYDY6,#12H RET；時間校正子程序SJJZ:MOV R6,#03H MOV 40H,#LED6SJL0:LCALL KKEYI CJNE A,#01H,NEXT3SJL3:LCALL KKEYISJL1:CJNE A,#02H,NEXT3 MOV A,R6 CJNE A,#03H,SL0 MOV R0,40H LCALL DAAD1 MOV A,R2 ；是否到了60S？ XRL A,#24H JNZ SJL4 ；不到，轉(zhuǎn)RET1返回 LCALL CLR0 ；到了60S，則秒顯示緩沖單元清0 LJMP

41、SJL4SL0:CJNE A,#02H,SL1 MOV R0,40H LCALL DAAD1 MOV A,R2 ；是否到了60S？ XRL A,#60H JNZ SJL4 ；不到，轉(zhuǎn)RET1返回 LCALL CLR0 ；到了60S，則秒顯示緩沖單元清0 LJMP SJL4SL1:CJNE A,#01H,SJL4 MOV R0,40H LCALL DAAD1 MOV A,R2 ；是否到了60S？ XRL A,#60H JNZ SJL4 ；不到，轉(zhuǎn)RET1返回 LCALL CLR0 ；到了60S，則秒顯示緩沖單元清0 LJMP SJL4SJL4:LCALL KKEYI CJNE A,#01H,SJ

42、L1 DEC 40H DEC 40H DJNZ R6,SJL3NEXT3:RET；起價顯示參數(shù)子程序 MOV FYDY8,#0FH MOV FYDY7,#12H MOV FYDY6,#12H JB 28H.1,NEXT9 MOV FYDY5,#00H MOV FYDY4,#00H MOV FYDY3,#05H MOV FYDY2,#00H MOV FYDY1,#00HNEXT9:RET；里程單價顯示子程序 MOV FYDY8,#0DH MOV FYDY7,#12H MOV FYDY6,#12H MOV FYDY5,#12H MOV FYDY4,#12H JNB SDBZ,DJL1 MOV FY

43、DY3,#01H MOV FYDY2,#04H MOV FYDY1,#00H LJMP DJL2DJL1:MOV FYDY3,#01H MOV FYDY2,#08H MOV FYDY1,#00HDJL2:RETLCDISP: ANL P2,#0F8H MOV R0,#4FH ；讀入數(shù)據(jù) MOV R3,#02H ；讀3次P0口LCDL0:MOV A,P0 MOV R0,A DEC R0 MOV A,P2 INC A ；指向CPLD下一個數(shù)據(jù)ADRC ADRB ADRA= MOV P2,A DJNZ R3,LCDL0 ANL P2,#0F8HIF 1=5 MOV 4FH,#0AAH MOV 4EH

44、,#00HENDIF MOV 58H,4EH ；另存 MOV 59H,4FH MOV 22H,4DH MOV 21H,4EH MOV 20H,4FH LCALL HEXBCD2 MOV FYDY8,#13H MOV FYDY7,#12H MOV FYDY6,#12H MOV FYDY5,#12H RETFYDISP:ANL P2,#0F8H MOV R0,#4FH ；讀入數(shù)據(jù) MOV R3,#02H ；讀3次P0口FYL1:MOV A,P0 MOV R0,A DEC R0 MOV A,P2 INC A ；指向CPLD下一個數(shù)據(jù)ADRC ADRB ADRA= MOV P2,A DJNZ R3,F

45、YL1 ANL P2,#0F8HIF 1=4 MOV 4FH,#0FFH MOV 4EH,#00HENDIF MOV 58H,4EH ；另存 MOV 59H,4FH MOV 5FH,#0F4H MOV 5EH,#01H LCALL ADDMB MOV 22H,4DH MOV 21H,4EH MOV 20H,4FH MOV 4FH,#00H MOV 4EH,#00H MOV 4DH,#00H LCALL HEXBCD2 MOV FYDY8,#0FH MOV FYDY7,#12H MOV FYDY6,#12H RET；BCD轉(zhuǎn)換及送顯緩HEXBCD2:NOP ；3BYTE HEX TO 4BYTE

46、 BCD HEX（2220H）-BCD（2623H）MUBTD:MOV R0,#23H MOV R7,#04H CLR ALOPP1:MOV R0,A INC R0 DJNZ R7,LOPP1 MOV R7,#18HLOOP4:MOV R1,#20H MOV R6,#03H CLR CLOPP2:MOV A,R1 RLC A MOV R1,A INC R1 DJNZ R6,LOPP2 MOV R5,#04H MOV R0,#23HLOOP3:MOV A,R0 ADDC A,R0 DA A MOV R0,A INC R0 DJNZ R5,LOOP3 DJNZ R7,LOOP4SBCD:MOV R

47、0,#23H; MOV R1,#38H MOV R3,#04HHEX1:MOV A,R0 ANL A,#0FH MOV R1,A INC R1 MOV A,R0 ANL A,#0F0H SWAP A MOV R1,A INC R1 INC R0 DJNZ R3,HEX1NEXT2:RET；時鐘中斷處理子程序PIT0:PUSH PSW ；時鐘中斷服務(wù)開始，保護斷點 PUSH ACC ；選用1組通用寄存器 MOV TL0,#0B6H MOV TH0,#03CH MOV A,30H ；循環(huán)次數(shù)處理 DEC A ；循環(huán)次數(shù)減1 MOV 30H,A ；保存于A中 JNZ RET0 ；不滿20次轉(zhuǎn)RET1返回 MOV 30H,#14H ；滿20次，則重賦循環(huán)次數(shù)初值 MOV R0,#LED2 ；秒的十位緩沖單元 LCALL DAAD1 ；秒加1 MOV A,R2 ；是否到了60S？ XRL A,#60H JNZ RET0 ；不到，轉(zhuǎn)RET1返回 LCALL CLR0 ；到了60S，則秒顯示緩沖單元清0 MOV R0,#LED4 ；分的十位顯示緩沖單元地址 LCALL DAAD1 ；