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号学禹庆孔43O气电课程设计〈论文）题目课程设计縮文)任务的口冒口孟价计车租出成完者计设储任膚fc计电程町h传测设键流卅出速速路按序车设转转电及程用昭轮轮示PU出曲阪车车显C写谚禾12345指导教师评语及成绩月年成日院＜系）：信息科学与工程学院教研室：电气目录第1章课程设计目的与要求1课程设计目的1课程设计的实验环境1课程设计的预备知识1课程设计要求1第2章课程设计内容2第3章课程设计的考核2课程设计的考核要求2课程性质与学分2第4章由4069反相器构成的出租车计价器开关稳压源3第五章由单片机控制电路及相关程序5单片机设计总体思路5电路功能的单元设计5程序设计10参考文献 第1章课程设计目的与要求课程设计目的“单片机与接口技术”课程设计是在教案及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学知识，设计与制造出具有较复杂功能的小型单片机系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。培养独立思考、独立收集资料、独立设计规定功能的单片机系统的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。b5E2RGbCAP课程设计的实验环境利用windows操作系统及应用软件进行绘图和编程。课程设计的预备知识熟悉单片机与接口技术课程的相关知识及电子线路CAD工具软件。课程设计要求按课程设计指导书提供的课题，根据第二章给出的基本要求及参数独立完成设计，课程设计说明书应包括以下内容：plEanqFDPw1、 对设计课题进行简要阐述，并说明设计任务及具体要求。2、 论述系统设计方案，并画出总体电路结构图及功能分割图。3、 能够较熟练地应用电子线路CAD工具完成单片机系统的硬件设计任务。4、 各功能模块设计说明、设计实现过程及源程序。5、能够较熟练地应用一种编辑软件编写程序，掌握单片机系统软件设计的基本方法6、课程设计报告应内容完整、字迹工整、图表整齐规范、数据详实。7、课程设计总结8、字数4000左右，有系统电气原理图。第2章课程设计内容设计技术参数价总。牯程只里编装你詛加器单鯉图感示51程传显于5流速路少用序转电数采程轮示键PU出车显按C写12345工作量膚塾计电程传测设键流速速路按序转转电及程轮轮示PU出车车显C写12345工作计划天天天天天周二三四五二第第第第第第。。。。。印择计计计序打选设设设程、器道路路编图感通电电汇理传量示键及原速测显按图画牟辂C序车程出写第3章课程设计的考核3.1课程设计的考核要求课程设计采用五级（优、良、中、及格、不及格＞评分制。最后成绩依据课程设计论文及平时成绩决定，其中平时考核成绩占20%。课程性质与学分单片机与接口技术课程设计的课程性质：考查学分：2第四章由4069反相器构成的出租车计价器开关稳压源由4069反相器构成并在国内计价器中较早应用的开关稳压电源原理图,由于缺乏详细技术资料,有些认为4069构成的是自激振荡线路,也有一些认为线路中没有基准,怎么稳压?笔者也查阅过不少资料,没有找到一致或相近线路。为此,对该线路作了较为深入分析，仅供大家参考DXDiTa9E3d基本原理：图4-1为开关稳压电源原理图，图中设开机时调整管T1导通,输入电压Ui通过电感L对电容C1和负载电阻充电，输出电压Uo上升，同时在电感L中贮存磁能。当上升至UH时，比较控制线路使T1截止，由于电感L上的电流不能突变，其两端感应出一反相电势，使二极管D导通，电流通过二极管D及负载电阻保持了连续性。随着电感储能的释放,电流逐渐减小，电容C1开始向负载放电，Uo下降至UL时，比较控制线路又使T1导通，Ui又向电容C1充电，这样周而复始，Uo始终在UH至UL很小的范围内波动,从而达到稳定的目的。当输入电压Ui波动或负载变化引起输出电压Uo变化时，通过调整T1的导通或截止时间的长短(如Uo上升，导通时间下降,Uo下降导通时间上升〉，从而确保输出电压的稳定。RTCrpUDGiTCOMS施密特触发器图4-2为COMS反相器组成的施密特触发器基本原理及工作波形图。设电路输出(OUT〉从“0”一“1”的触发电压为VP,从“1”一“0”时的触发电压为VN,则VP、VN分别为：VP=(RS+Rf>Vth/RfVN=Vc/(Rs(Rf>(Vc/Vth〉/RS式中：Vc为电源电压。Vth为转换电压约为l/2Vc。而Vpn二Vp-Vn=(Rs/Rf>Vc称回差电压，是输入信号幅值必须大于的范围。显然改变Rf及Rs可改变触发电压及回差电压的大小。图4-1中由R5、R6及COMS反相器4069的C、D、E、F四个反相器构成了施密特触发器，其作用是对前级信号进行比较整形,输出“0”、“1”电平。与图4-2相比,图1的施密特触发器多了两个反相器，反相的目的是满足图4-1线路的负反馈需要。取图4-1参数：R6=390kQ、R5=10kQ.Vc=5.1V取Vth=2.55V。可计算出：Vp=2.564VVn=2.438VVpn=0.126V而实测值(4069采用东芝TC4069>:Vp=2.703VVn=2.568VVpn=0.135V两者比较接近。5PCzVD7HxACOMS线性放大器对COMS反相器的输入进行适当的偏置使输入电压在VC/2附近，便可作为高阻抗的线性放大器。图4-3(a>为COMS反相器的放大特性图。从特性图可以看出，输出电压从“1”电平变到“0”电平时，曲线有一急剧的变化点,输入电压约在VC/2附近处，通常把这一电压称为输入转换电压，也即前述的Vth。在这点附近(图中A.B两点之间〉低电平与高电平之间的过渡区域内反相器内部的P、N沟道都处于饱和区，反相器呈线性放大特性。图4-3(b〉为单级COMS反相器(东芝TC4069〉实测特性曲线，输入电压在2.68V至2.74V之间时，其曲线呈线性放大特性，曲线的斜率也即放大倍数为：K1二Uout/Uin=(3.68-1.95〉/(2.68-2.74〉=-27.5而图4-1采用了A、B两级反相器进行放大，目的是为增加放大倍数，以减小线性放大区的输入电压范围，图4-3(c〉为其实测特性曲线，从图中可以看出，输入电压在2.733V〜2.738V之间，特性曲线呈线性放大特性，这一范围比单级放大大为减小，同样计算可得其放大倍数K2=-719.4，为单级放大的26.1倍。图4-1采用两级反相器放大并经后级施密特触发器整形，使得输入电压波动超过2.733V〜2.738V范围时，输出电压即在“0”、“1”电平之间转换。具备了理想比较放大器要求的特性，其比较电压约为2.73V，比较电压阀值为2.738V与2.733V之差，为5mV。因此，这一比较电压也即前述的Vth可理解为电源的基准电压。而电源的输出电压则可用下式表示：Uo二Vth・(Rl+R2〉/R2取图4-1参数，Vth=2.73V，计算可得：U0=5.21V。而实测输出电压：Uo=5.13V,比较接近。综合COMS施密特触发器、COMS线性放大器。图4-1是由两级COMS反相放大器及COMS施密特触发器构成的比较放大器对取样后输出电压的误差信号进行比较放大，控制开关电源的输出电压在很小的范围内波动，从而达到了稳压的目的。jLBHrnAILg其他特征：图4-1中R3是为了防止浪涌电流串入反相器A而设的输入限流电阻°R4、C2构成了RC低通滤波器，同时R4还起到限流作用，可限制开启电源或前级截止时电容产生的浪涌电流串入前级或后级放大器。由R4、C2构成的低通滤波器的截止频率为：fP=1/2nR4C2。取图4-1参数,fP=23.4kHz。图4-1线路的开关频率一般调整为20kHz，因此，R4C2低通滤波器对放大器A输出信号进行滤波的同时，对取样信号也进行了衰减:20kHz信号衰减50%。100kHz为85%。300kHz为95%。开关驱动器由T2、T3构成,、T2与T1构成了达林顿复合管。以改善T1的开关特性（缩短T1的导通上升，截止下降时间〉，T3为复合管的推动级°T2的集成极通过R11接到输出端，目的是开机时，由于输出电压为零，T2的射极电流及T1的基极电流比正常工作时要大。从而加速T1导通，缩短电源的开启响应时间。4069的工作电源电压由稳压管D2提供，其值一般为5.1VOC3为22MF电解电容，其作用是为防止低频尖峰信号对4069的干扰。输出电压可以通过R1或R2加以调整。一般将R1或R2改成电位器以方便调整。输出电压除受R1、R2值的影响外，受影响最大的是4069的Vth值。而Vth受4069型号及D2稳压值的影响。表1列出其它条件不变，不同4069或D2的稳压值对输出电压的影响。表1D2稳压值（V〉515525535输出电压（V>5585715824069型号哈利斯CD4069东芝TC4069国半TC4069输出电压（V〉574558535从表1可以看出，两项影响均较大。因此，更换4069及D2后必须对电源的输出电压及开关频率进行测量，若影响较大，应进行调整。图4-1的开关频率一般要求调整到20kHz，以提高电源效率及增强抗工频干扰的性能。一般可通过改变R6及R4来调整电源的开关频率。调整R6是通过改变施密特触发器回差电压的大小，改变开关管的导通、截止时间，从而改变开关频率。调整R4是通过改变误差放大信号的上升、下降时间，从而改变开关频率，但改变R4将改变滤波截止频率，因此，调整不易过大。负载电流的大小对图4-1的输出电压及开关频率有一定的影响，因此，断开后级线路调试时，应加一定的负载电阻，使电源的输出电流接近实际工作电流。图4-1线路的最大缺点是未加短路或过载保护，因此，调试维修时前级输入电源必须带有短路或过载保护。xHAQX74J0X

图4-1由一片4069构成了开关电源所需的比较放大器,却无需再加基准稳压线路,其设计巧妙。上述所作的分析是在没有找到任何对图4-1介绍资料的情况下所作的，难免有错误之处，尊请专家指正。LDAYtRyKfE+料的情况下所作的，难免有错误之处，尊请专家指正。LDAYtRyKfE+图4-1第五章单片机控制电路及相关程序5-1单片机设计总体思路采用单片机控制利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示功能。其原理如图5－1所示。本电路以89S51单片机为中心、附加A44E霍尔传感器测距，实现对出租车计价统计，采用AT24C02实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息，输出采用8段数码显示管。本电路设计的计价器不但能实现基本的计

价，而且还能根据白天、黑夜、中途等待来调节单价，同时在不计价的时候还能作为时钟为司机同志提供方便。Zzz6ZB2Ltk图5-1单片机控制方案5-2电路功能的单元设计1．里程计算、计价单元的设计里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器A44E检测到的信号，送到单片机，经处理计算,送给显示单元的。其原理如图5－2所示dvzfvkwMI1图5-2传感器测距示意图由于A44E属于开关型的霍尔器件如图5-3，其工作电压范围比较宽〈4.5〜18V），其输出的信号符合TTL电平标准，可以直接接到单片机的10端口上，而且其最高检测频率可达到1Mrqyn14ZNXI

x#iB100{OFF)ix#iB100{OFF)i图5-3集成开关型霍耳传感器原理图A44E集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器（即硅霍耳片〉B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成。在输入端输入电压Vcc,经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差VH输出，该信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。当施加的磁场达到工作点（即BOP〉时，触发器输出高电压（相对于地电位〉，使三极管导通，此时OC门输出端输出低电压，通常称这种状态为开。当施加的磁场达到释放点（即Brp＞时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC门输出高电压，这种状态为关。这样两次电压变换，使霍耳开关完成了一次开关动作。其集成霍耳开关外形及接线如图5－4所示。EmxvxOtOco(a〉(b〉(a〉(b〉图5-4集成霍耳开关外型及接线我们选择了P3.2口作为信号的输入端，内部采用外部中断0＜这样可以减少程序设计的麻烦），车轮每转一圈〈我们设车轮的周长是1M），霍尔开关就检测并输出信号，引起单片机的中断，对脉计数，当计数达到1000次时，也就是1公里，单片机就控制将金额自动的加增加，其计算公式:当前价*公里数二金额。SixE2yXPq52．数据显示单元的设计由于设计要求有单价＜2位）、路程＜2位）、总金额＜3位）显示输出，加上我们另外扩展了时钟显示＜包含时分秒的显示），采用LCD液晶段码显示，在距离屏幕1M之外就无法看清数据，不能满足要求，而且在白天5-5（a〉时钟显示图5-5（c〉路程和单价显示

数据的分屏的显示是通过按键S1来实现切换的，如图5－6所示。图5-6S-1切换显示在出租车不走的时候，按下S1,可以实现数据的分屏显示；车在行走的时候只有总金额和单价显示屏在显示，当到达目的地的时候，客户要求查看总的里程的时候，就可以按下S1切换到里程和单价显示屏，供客户查询。显示电路的电路原理图如图5—7所示。kavU42VRUs从单片机串口输出的信号先送到左边的移位寄存器〈74HC164）,由于移位脉冲的作用，使数据向右移，达到显示的目的。移位寄存器74HC164还兼作数码管的驱动，插头l〈headerl）接电源，插头2〈header2）接数据和脉冲输出端。电路中的三个整流管D1~D3的作用是降低数码管的工作电压，增加其使用寿命。y6v3ALoS89

图5-7图5-7显示器原理图3．AT24C02掉电存储单元的设计掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息。AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10Ua（5.5V〉，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8脚的DIP封装，使用方便。其电路如图5-8所示。M2ub6vSTnP接P"接图5-8掉电存储原理图接P"接图5-8掉电存储原理图2J4i 4U4NCVCCNCNCSCLGNDSDAAT24C02A图中R8、R10是上拉电阻，其作用是减少AT24C02的静态功耗，由于AT24C02的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用

两根线SCL＜移位脉冲）和SDA〈数据/地址）与单片机传送数据。OYujCfmUCw

每当设定一次单价，系统就自动调用存储程序，将单价信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的单价等信息，读到缓存单元中，供主程序使用。eUts8ZQVRd4．按键单元的设计电路共采用了四个按键，SI、S2、S3、S4,其功能分别是：S1分屏显示切换按键，S2功能设定按键，S3+/白天晚上切换按键，S4-/中途等待开关。sQsAEJkW5T5．设计总框图单价显示总金额显示串口显示驱动中欝5．设计总框图单价显示总金额显示串口显示驱动中欝图5-9(a〉总体设计框图6．设计总体电路图fj-in鬥丄吧P35nP3j5埜P3?rogL2jCLkUQ-D®J23d£PLPL^Lplplpl佥QOPLKK1ST映KXD1-■1.6543■1-1CgRL巴氐电plblplfj-in鬥丄吧P35nP3j5埜P3?rogL2jCLkUQ-D®J23d£PLPL^Lplplpl佥QOPLKK1ST映KXD1-■1.6543■1-1CgRL巴氐电plblplEi!■3-Da:S12EAVP®DVCLIU：1HMZVCCN7迂GiDAT¥CZA图5-9(b〉总体电路图5-3程序设计一.方框图设计(1＞主程序在主程序模块中，需要完成对各接口芯片的初始化、出租车起价和单价的初始化、中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。另外，在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄存器、里程寄存器和价格寄存器，并对它们进行初始化。然后，主程序将根据各标志寄存器的内容，分别完成启动、清除、计程和计价等不同的操作。其程序流程如图所示.当按下S1时，就启动计价，将根据里程寄存器中的内容计算和判断出行驶里程是否已超过起价公里数。若已超过，则根据里程值、每公里的单价数和起价数来计算出当前的累计价格，并将结果存于价格寄存器中，然后将时间和当前累计价格送显示电路显示出来。当到达目的地的时候，由于霍尔开关没有送来脉冲信号，就停止计价，显示当前所应该付的金额和对应的单价，到下次启动计价时，系统自动对显示清零，并重新进行初始化过程。GMsIasNXkA(2＞定时中断服务程序在定时中断服务程序中，每100ms产生一次中断，当产生10次中断的时候，也就到了一秒，送数据到相应的显示缓冲单元，并调用显示子程序实时显示。其程序流程如图所示.TIrRGchYzg(3＞里程计数中断服务程序每当霍尔传感器输出一个低电平信号就使单片机中断一次，当里程计数器对里程脉冲计满1000次时，就有程序将当前总额，使微机进入里程计数中断服务程序中。在该程序中，需要完成当前行驶里程数和总额的累加操作，并将结果存入里程和总额寄存器中。其程序流程如图所示7EqZcWLZNX（4＞中途等待中断服务程序当在计数状态下霍尔开关没有输出信号，片内的T1定时器便被启动，每当计时到达10分钟，就对当前金额加上中途等待的单价，以后每十分钟都自动加上中途等待的单价。当中途等待结束的时候，也就自动切换到正常的计价。lzq7IGf02E（5＞显示子程序服务程序由于是分屏显示数据，所以就要用到4个显示子程序，分别是：时分秒显示子程序〈HMS_DIS）、金额单价显示子程序〈CP_DIS）、路程单价显示子程序（DP_DIS〉、单价调节子程序（PA_DIS〉。其程序流程如图所示.zvpgeqjlhk〈6）键盘服务程序键盘采用查询的方式，放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦右按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。其程序流程如图所示.Nrpojac3vl2.程序流程图〈1）主程序流程图如图5－10所示±T显示金颉和单价有虫程白tJ中断口它S1G®h^tiniSi)渥左默匚人单侦直曰天鼻•日劭h■价碍曇垦程丽R口W|4|佇jJt计1T『下口里桎计缎転上单价显示SS程和虽佈中谨涪错羊价图5-10主程序流程图<2）单价时间调整流程图如图5－11所示进入时冋调輕像认先★调莖时）［些入口价卿墜C專认先凋整的天早价进入时冋调輕像认先★调莖时）［些入口价卿墜C專认先凋整的天早价）腹上虽价昭整蛙入:茁周整中逸寺佶述佈ua整图5-11单价时间调整流电路二程序编写计价器源程序NIGHT_PRICEEQU6EHMIDWAY_PRICEEQU6DHSTART_PRICEEQU6CHCOUNTLEQU6BHCOUNTHEQU6AHM100EQU69H。外部中断次数DISTANCEEQU68H。行车距离MS100EQU67HSECEQU66HMINEQU65HHOUREQU64HLEDSLEQU63H。时分钞显示缓冲区LEDSHEQU62HLEDMLEQU61HLEDMHEQU60HLEDHLEQU5FHLEDHHEQU5EHLEDDANJIALEQU5DH。总额，单价显示缓冲区LEDDANJIAHEQU5CHLINE_EQU5BHLEDCOUNT1EQU5AHLEDCOUNT2EQU59HLEDCOUNT3EQU58HLEDDANJIA2LEQU57H。路程，单价显示缓冲区LEDDANJIA2HEQU56HLINE__EQU55HLINE___EQU54HLEDDISTANCELEQU53HLEDDI