南昌航空大学《单片机与接口技术》课程设计.doc

南昌航空大学单片机与接口技术课程设计 课程设计说明书 课程设计名称： 单片机原理与接口技术课程设计 课程设计题目： 基于51单片机的出租车计价器 学 院 名 称： 信息工程学院 专业： 电子信息工程 班级： 100415 学号： 10041506 姓名： 张洁琼 同组人： 夏亮晶 评分： 教师： 邓洪峰 2013年 07月 01日 专业 课程设计任务书20122013学年第二学期 分散1周 第17 周 19 周集中题目出租车计价器的设计内容及要求采用信号源产生脉冲模拟出租车计价传感器产生脉冲，根据输入的脉冲个数，计算行驶的路程和该路程内应支付的价钱。运算处理过的数据经过7279显示模块显示输出。要求：（1）里程显示为：*.*公里;（2）能预置起步价及单价。进度安排分散1周： 查资料、方案确定。第17周：电子钟编程及调试。第18周：出租车计价器的软硬件设计、调试。第19周：考试、撰写并上交报告。学生姓名：张洁琼、夏亮晶指导时间： 分散1周，集中指导：2012.6.17-7.5指导地点：中 506室任务下达2013 年 6 月 6 日任务完成2013 年 7 月 5 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师陈黎娟系（部）主任贾杰注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。基于51单片机原理出租车计价器的设计 摘要出租车计价器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要标志，是出租车中最重要的工具。它关系着交易双方的利益。具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。因此，汽车计价器的研究也是十分有一个应用价值的。该系统由AT89S51单片机控制,满足计程、计时、计费、存储等多种计量功能为一体的出租车计价器的实用要求。相比于普通的模拟电路控制，采用单片机进行的设计相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能。针对计费模式的切换，通过软件编程就可以轻易而举的实现。避免了机械开关带来的不稳定因素。本设计以 89S51 单片机为中心，利用信号发生器模拟代替霍尔传感器测距，实现对出租车计价统计，输出采用5461AS液晶显示屏。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据里程或手动来调节单价。通过单片机上的键盘上的按键来执行开始、暂停、复位等功能。步骤如下：首先，程序开始做一些必要的初始化工作，等待键盘输入。然后，启动键K1按下后清零。按下K2，切换路程、等时间。最后，当需要停止是可按相应的键K4对路程计数器进行停止。关键词：89S51单片机 5461AS液晶显示屏 计价器目录前 言5第一章 出租车计价系统的设计要求与设计方案61.1设计要求61.2性能指标61.3方案论证与比较6第二章 出租车计价系统的硬件设计82.1振荡电路82.2复位电路设计8图2-2 AT89C51引脚配置92.3键盘接口电路9图2-3键盘接口电路92.4显示电路92.5路程测量部分102.6单片机各引脚功能说明112.7 5461AS液晶的简介.13第三章 出租车计价系统的软件设计153.1系统主程序153.2系统初始化模块163.3里程计数模块173.4显示模块183.5按键处理模块203.6暂停控制模块213.7辅助处理模块22第四章 设计体会与小结23参考文献24附 录25源程序25硬件电路图3330前 言单片机课程设计是单片机技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。出租车能保证乘客快速，轻松的到达目的地。 这些优点受到人们的欢迎。随着出租车行业的发展，出租车已经是城市交通的重要组成部分，从加强行业管理以及减少司机与乘客的纠纷出发，具有良好性能的计价器对出租车司机和乘客来说都是很必要的。而采用模拟电路和数字电路设计的计价器整体电路的规模较大，用到的器件多，造成故障率高，难调试。而采用单片机进行的设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易地实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能。本设计采用AT89C52单片机，辅以按键，实现对出租车的多功能的计价设计，输出采用1062液晶显示屏。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据里程或手动来调节单价。要将出租车计价系统产品化，应该根据客户不同的需求进行不同的设计，应该在程序中增加一些可以人为改变的参数，以便客户根据不同的需要随时调节单价以及计价方式。因此，研究出租车计价器及扩大其应用，有着非常现实的意义。第一章 出租车计价系统的设计要求与设计方案1.1 设计要求设计一个出租车自动计费器，计费包括起步价、行车里程计费、二部分，用5461AS液晶 显示总金额，运行时间，暂停时间，最大值为99.9元，起步价为5.0元，3Km之内起步价计费，超过3Km，增加2.0元（即1KM增加2.0元），用液晶显示总里程，同时用液晶显示等待时间和运行花费时间。、计费功能费用的计算是按行驶里程收费。设起步价为5.00元。1、当里程3km时，每公里按2.0元计费、显示功能1、显示行驶里程：用四位数字显示，显示方式为“XXXX”,单位为km。计程范围0-99km，精确到1km。2、显示等候时间：用两位数字显示，显示方式为“XX”,单位为min。计时范围0-59min，精确到1min。3、显示总费用：用四位数字显示，显示方式为“XXX.X”,单位为元。计价范围0-999.9元，精确到0.1元。1.2 性能指标1. 数据输出：等待时间输出、路程输出、单双路程总金额输出；2. 按键：启动计时开关、暂停、复位；3. 能根据不同的需要切换白天晚上的起步价。1.3 方案论证与比较方案一：采用数字电子技术，利用555定时芯片构成多谐振荡器，或采用外围的晶振电路作为时钟脉冲信号，采用计数芯片对脉冲尽心脉冲的计数和分频，最后通过译码电路对数据进行译码，将译码所得的数据送给数码管显示，以下是该方案的流程框图：图1-1方案一案二：采用EDA技术，根据层次化设计理论，该设计问题自顶向下可分为分频模块，控制模块 计量模块、译码和动态扫描显示模块。图1-2方案二方案三：采用MCU技术，通过单片机作为主控器，利用1602字符液晶作为显示电路，采用外部晶振作为时钟脉冲，通过按键可以方便调节。本方案有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级，所以我们采用后一种方案。方案图如图1-3所示：图1-3方案三第二章 出租车计价系统的硬件设计2.1振荡电路单片机内部有一个高增益、反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。通过这两个引脚在芯片外并接石英晶体振荡器和两只电容（电容和一般取33pF）。这样就构成一个稳定的自激振荡器。 振荡电路脉冲经过二分频后作为系统的时钟信号，再在二分频的基础上三分频产生ALE信号，此时得到的信号时机器周期信号。振荡电路如图2-1所示：图2-1振荡电路2.2复位电路设计复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是按键复位。按键复位具有上电复位功能外，若要复位，只要按图中的RESET键，电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。上电复位电路要求接通电源后，通过外部电容充电来实现单片机自动复位操作。上电瞬间RESET引脚获得高电平，随着电容的充电，RERST引脚的高电平将逐渐下降。RERST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。按键复位电路图如图2-2所示。图2-2 AT89C51引脚配置2.3键盘接口电路独立式键盘：独立式键盘中，每个按键占用一根I/O口线，每个按键电路相对独立。I/O口通过按键与地相连，I/O口有上拉电阻，无键按下时，引脚端为高电平，有键按下时，引脚电平被拉低。I/O口内部有上拉电阻时，外部可不接上拉电阻。键盘接口电路如图2-3所示：图2-3键盘接口电路2.4显示电路对于现实电路我们可以采用数码管，也可以采用液晶显示，液晶又分字符型和点阵型，我们使用的液晶是字符型液晶，并且带字符库的，不需要查找代码。英文字符就可。液晶电路使用时，如果发现液晶不亮可以调节连接液晶的点位器，改变液晶的亮度。显示电路如图2-4所示：图2-4 数码管封装图及数据线与数码管管脚关系2.5路程测量部分出租车中需要一个能准确获得车轮转动即路量信号的装置,以得到标准的脉冲信号送入单片机的定时/ 计数器T1 即P3. 5 引脚,利用单片机的T1 的计数功能完成100次的计数后产生一中断来完成路程的测量。(设车轮周长为1 m ,则霍尔传感器每产生100 个脉冲便表示车已行程0. 1 km ,根据际情况在程序中进行设置) 。汽车联轴器按圆周间隔嵌入磁钢,用霍传感器集成芯片A44E 测并输出脉冲,其工作原理如图4 所示,霍尔传感器集成芯片A44E 有信号转换、电压放大、等功能,为增加其抗干扰的能力,经过74L S14 对信号整形后再通过光偶送入P3. 5 引脚。图2-5路程测量电路2.6单片机各引脚功能说明AT89S52电路图如图2-6所示： VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行。校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。图2-6 AT89S52P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。 P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.7 5461AS液晶简介5461AS共阴四位数码管主要技术参数如表2-1所示：显示容量：16*2个字符芯片工作电压：4.55.5V工作电流：2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压：5.0V字符尺寸：2.95*4.35（W*H）mm表2-1 5461AS共阴四位数码管主要技术参数接口信号说明如图2-6所示：图2-5 5461AS共阴四位数码管接口信号说明控制器接口说明（HD44780及兼容芯片）1、 基本操作时序a 读状态：输入：Rs=L, Rw=H, E=H 输出：D0D7=状态字b 写指令：输入：Rs=L, Rw=L, D0D7=指令码 输出：无 E=高脉冲C 读数据：输入：Rs=H, Rw=L, E=H 输出：D0D7=数据d 写数据：输入：Rs=H, Rw=L, D0D7=数据 输出：无 E=高脉冲状态字说明如表2-2所示：STA7D7STA6D6STA5 D5STA4 D4STA3 D3STA2 D2STA1 D1STA0 D0表2-2状态字说明（a）STA0-6当前数据地址指针的数值STA7读写操作使能1：禁止 0：允许表2-3 状态字说明（b）注：对控制器进行读写操作之前，都必须进行读写检测，确保STA7为0RAM地址映射图控制器内部带有80*8位的RAM缓冲区，对应关系如下图2-5所示：表2-4 RAM地址映射图LCD16字*2行000102030405060708090A0B0C0D0E0F1027404142434445464748494A4B4C4D4E4F5067显示模式设置如表2-5所示：指令码功能00111000设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口表2-5 显示模式设置显示开关及光标设置如表2-6所示：指令码功能00001DCBD=1 开显示； D=0 关显示C=1 显示光标； C=0 不显示光标B=1 光标闪烁； B=0 光标不显示000001NSN=1 当读或写一个字符后地址指针加一，且光标加一N=0 当读或写一个字后地址指针减一，且光标减一S=1 当写一个字符后，整屏显示左移(N=1)或右移（N=0）,以得到光标不移动而屏幕移动的效果S=0 当写一个字符，整屏显示不移动表2-4 显示开关及光标设置数据控制控制器内部没有一个数据地址指针，用户可通过它们来访问内部的全部80字节RAM。第三章 出租车计价系统的软件设计3.1 系统主程序在主程序模块中，需要完成对各参量和接口的初始化、出租车起价和单价的初始化等工作。然后将总金额、里程和单价送数码管显示出来。程序流程如图所示。3.2 系统初始化模块3.3里程计数模块当汽车运行起来时，就启动计价，根据里程寄存器中的内容计算和判断行驶里程是否已超过起步价公里数。若已超过，则根据里程值、每公里的单价数和起步价数来计算出当前的总金额，并将结果输出在显示屏上。并且，按白天、晚上、单程/往返区分不同的单价。3.4 显示模块负责全系统的显示工作，格式化输出。3.5 按键处理模块负责接收键盘按键并进行相应的处理3.6 暂停控制模块当遇上堵车或者人为按下暂停键要进行的处理3.7 辅助处理模块在其他多个模块中要使用到的辅助性函数第四章 设计体会与小结经过这些天有关于出租车计价器的课程设计，使我对单片机的应用有了更深的了解。在课程设计的过程中，还是碰到了许多的问题。比如，对于数码管动态扫描显示和键盘的延时防抖的综合编程不能较好地解决；对于代码的前后顺序及调用掌握得还不够好；对于一些相关的应用软件没能熟练掌握。通过这几天晚上的苦想和反复调试，以及参考网上的程序，最终还是把问题解决了。通过这次课程设计，我最大的收获就是自己的动手能力和独立解决问题的能力得到了很大的提高，也充分体会到了自己设计东西的乐趣、学会查阅资料和对别人的东西融会变通的重要性，也明白了很多知识光靠趴在书本上学是学不到其中的精髓的，必须亲自去试着实践，亲自去经历才能对它们真正的掌握，凡事都要自己去动下手，去实践一下，遇到困难，永远不要沮丧气馁。在动手的过程中，不仅能增强实践能力，而且在理论上可以有更深的认识；这次设计给了我极大的鼓舞和信心，相信在以后的学习中可以通过不断的摸索和实践来提高其他方面的知识。通过本次课程设计，又使我学到了许多书本上无法学到的知识,也使也深该体会到单片机技术应用领域的广泛，不仅使我对学过的单片机知识有了很多的巩固，同时也对单片机这一门课程产生了更大的兴趣。在本次课程设计过程中，我学会了在网络上查找有关本设计的各硬件的资源，其中包括：AT89S51单片机及其引脚说明、555引脚图及其引脚功能等，为本次课程设计提供了一定的资料。也为以后的进一步学习打下了坚实的基础。参考文献1. 李群芳、张士军、黄建.单片微型计算机与接口技术（第三版）.电子工业出版社，2008.2. 张鑫、华臻、陈书谦单片机原理及应用M电子工业出版社，2005 3. 丁元杰、吴大伟单片微机实题集与实验指导书M机械工业出版社， 20044. 李群芳，肖看.单片机原理接口与应用.北京：清华大学出版社，2005.5. 张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术.北京：国防工业出版社，1999.6. 高峰.单片微型应用系统设计及实用技术.北京：机械工业出版社，2004.附 录 源程序 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar qianwei,baiwei,shiwei,gewei; /显示数据各个位置数字的临时变量 char led_seg_code10=0x3f,0x06,0x05b,0x04f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/段码表 uint tt,distance,cost,danjia,wait;/定义路程、价钱、等待时间及一些全局的变量等； uchar dengdai,second,minute,a,b; /按键的定义，所有按键按下去为低电平sbit key0=P10; /清零sbit key1=P11; /切换路程与等待时间sbit key2=P12; /单程还是往返设置sbit key3=P13; /暂停按钮sbit key4=P36;/晚上单双程键sbit key5=P20; /白天和夜晚键 sbit led1=P14;/ 指示 sbit led2=P15;sbit led3=P16;sbit led4=P17;sbit led5=P21; sbit clk =P37;sbit dula=P31;sbit wela=P32;bit key1_flag;/由于按键会自动复位，这个为标位bit key2_flag;bit key3_flag;bit flag;bit key4_flag;bit key5_flag; /初始化函数void initial_data()distance=0;cost=0;second=0;minute=0;tt=0;key1_flag=1; / 清零key2_flag=0; /单程or往返,接指示灯；key3_fl