【正文】 能適應(yīng)有時會發(fā)生變化的電話費率。如果能向家庭內(nèi)的電表、水表、氣表一樣，能有一款家庭型的電話計費器，將會給人們的生活帶來許多方便。 自 2020 年起，市話清單問題作為電信業(yè) “ 霸王條款 ” 之一被媒體炒得沸沸揚揚，用戶有關(guān)市話清單的投訴也與日俱增。根據(jù)北京郵電大學(xué)的調(diào)查結(jié)果，上海電信市區(qū)用戶每月有關(guān)資費方面的投訴約 70008000 人次，其中 50%涉及到清單的問題；北京網(wǎng)通的固話用戶投訴每月平均約 6000 件，其中關(guān)于話費不明確的投訴占到了 50%， 北京郵電大學(xué) 2020 年曾組織過一次關(guān)于用戶索要市話清單原因的問卷調(diào)查，具結(jié)果表明：欲知自己消費情況占 48%，懷疑計費設(shè)備不準(zhǔn)的占 38%，懷疑公司故意作弊的占 12%，欲知計費規(guī)則的占 2%。一般來說，要求提供清單的主要是一些中低端用戶，這些用戶對話費總額比較在意，對價格敏感，甚至記錄下每次撥打電話的時間和通話時長進(jìn)行計算。 因此能有一款家庭型的電話計費器 ，有利于提高電信用戶的福利，保 障其知情權(quán)的完全行使。有利于電信用戶充分享受其知情權(quán)，做到 “ 明明白白消費 ” 。 減少電信用戶與電信企業(yè)之間的糾紛。 本設(shè)計是 基于單片機的家用固定電話自動計費器的設(shè)計 ，硬件方面需要通過比較選擇合適的芯片，了解所選芯片的各引腳的功能，完成芯片的連接。軟件方面要進(jìn)行初始化設(shè)計，包括設(shè)置命令字對芯片進(jìn)行初始化以及設(shè)定固定電話的計費標(biāo)準(zhǔn)。還要對通話時間的統(tǒng)計，對通話費用的統(tǒng)計，最后要將通話時間以及通話的費用顯示出來。 6 本文共分六章，每章闡述主題如下： 第一章緒 論部分，介紹了本設(shè)計的研究背景、研究目 的和意義、 以及論文的主要工作。 第二章系統(tǒng)分析部分，對系統(tǒng)的需求和可行性進(jìn)行分析，并 簡單介紹系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。 第三章 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)部分 ， 包括硬件的設(shè)計與實現(xiàn)以及軟件的設(shè)計與實現(xiàn) 。 第 四 章為軟硬件調(diào)試部分， 包括軟件的調(diào)試以及硬件的調(diào)試 。 第六章為系統(tǒng)測試部分， 包括測試方法、測試數(shù)據(jù)、測試結(jié)果。 結(jié)論部分，對本設(shè)計進(jìn)行了總結(jié)。 附錄部分，包括硬件設(shè)計圖，關(guān)鍵模塊的源程序。 7 第二章 系統(tǒng)分析 本設(shè)計通過在 STAR ES598PCI 實驗 箱上模擬話費記費器的 功能，通過按鍵設(shè)計撥號功能，按鍵上設(shè)計 09 的數(shù)字鍵﹑開始撥打按鍵和結(jié)束按鍵．以定時器統(tǒng)計撥打的時間 ,而對本地電話﹑長途電話的區(qū)分均通過在軟件內(nèi)設(shè)置，以方便自動識別，以此來計算通話單價．通話結(jié)束后在 LED 上自動顯示通話費用． 技術(shù)可行性 STAR ES598PCI 實驗儀提供了幾乎所有最實用、新穎的接口實驗，具有鍵盤LED 控制器 8279，并配置了 8 位 LED、 4 * 4 鍵盤，而且星研集成環(huán)境軟件 支持C 語言， C 語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點。所以 STAR ES598PCI 實驗箱上模擬話費記費器的功能在技術(shù)上是可行的。 經(jīng)濟可行性 在此設(shè)計中所需的芯片在 STAR ES598PCI 實驗儀中都具備了，無需額外的設(shè)備及開銷，所以在經(jīng)濟上是可行的。 可行性總結(jié) 綜上所述，此系統(tǒng)的開發(fā)在技術(shù)，經(jīng)濟 方面都是可行的， 并且 開發(fā)簡單，維護(hù)、升級容易 。因此系統(tǒng)的開發(fā)是完全可行的。 星研集成環(huán)境軟件， 2020 年它已被認(rèn)定為上海市高新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化項目。 提供 實驗儀與微機同步演示功能 ， 提供一個庫文件，只需編寫最主要的程序，其它調(diào)用庫文件即可 。 它 布局合理 ，清晰明了； 模塊化設(shè)計，可以無限升級 ；兼容性強，可以輕松升級，減少設(shè)備投資；使用方便，易于維護(hù)。 集編輯器、項目管理、啟動編譯、連接、錯誤定位、下載、調(diào)試于一體，多種實驗儀、仿真器、多類型 CPU 仿真全部集成在一個環(huán)境下，操作方法完全一樣。 完全 VC++風(fēng)格。支持 C、 PL/M、宏匯編：同時支持 Keil 公司 C5 Franklin公司 C5 IAR/Archimedes 公司的 C5 Intel C9 Tasking 的 C19 Borland的 Turbo C。 支持 ASM（匯編）、 C、 PLM 語言，多種語言多模塊 混合調(diào)試， 文件長度無限 8 制。 支持 BIN、 HEX、 OMF、 AUBROF 等文件格式?？梢灾苯愚D(zhuǎn)載 ABS、 OMF 文件。 支持所有數(shù)據(jù)類型觀察和修改。 自動收集 變量于變量窗（自動、局部、模塊、全局）。 無須點擊的感應(yīng)式鼠標(biāo)提示功能 。 功能強大的項目管理功能，含有調(diào)試該項目有關(guān)的仿真器或仿真模塊、所有相關(guān)文件、編譯軟件、編譯連接控制項等所有的硬軟件信息，下次打開該項目，無須設(shè)置，即可調(diào)試 支持 USB、并口、串口通信。 提供模擬調(diào)試器。 符合編程語言語法的彩色文本顯示 ,所有窗口的字體、大小、顏色可以隨意設(shè)置。 C 語 言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。用 C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。用C語言進(jìn)行 8051 單片機程序設(shè)計是單片機開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢。 9 第三章 系統(tǒng) 設(shè)計與實現(xiàn) 系統(tǒng)組成 根據(jù)上述分析， 基于單片機的家用固定電話自動計費器的設(shè)計 主要有三部分組成，分別為按鍵輸入模塊、計費主模塊和顯示模塊。圖 31為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 按 鍵輸 入模 塊計 費主 模塊顯 示模 塊按 鍵 信 息通 話 時 間通 話 費 用 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 該計費器系統(tǒng)硬件設(shè)計中采用 Intel 公司的 8051單片機實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，話費的計算。 4 4 鍵盤作為該系統(tǒng)的輸入裝置，用戶即通過鍵盤來實現(xiàn)操作。 LED 顯示器作為系統(tǒng)的輸出器件，顯示通話時間以及通話費用。 （ 1）按鍵輸入模塊 其主要功能是在鍵盤上 按鍵上設(shè)計 09 的數(shù)字鍵﹑開始撥打按鍵和結(jié)束按鍵．通過按鍵撥打所要通話的號碼 （ 2）計費主模塊 計費主模塊是整個系統(tǒng)的核心，該模塊通過鍵盤掃描從按鍵輸入模塊中讀取號碼，判斷為長途還是本地，并通過單片機 定時器 /計數(shù)器進(jìn)行計時，一旦掛機，便停止計時，按照一定的計費方式進(jìn)行話費的計算，計算完畢便將數(shù)據(jù)送往顯示模塊中顯示 （ 3）顯示模塊 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器件主要發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器 (LED)和液晶顯示器 (LCD)。 LED 價格低廉，配置靈活，與單片機接口簡單； LCD 可進(jìn)行字符或圖形顯示，但成本高，與單片機接口也復(fù)雜。因此，采用 LED 來顯示。 顯示模塊是將通過單片機模塊計算出來的時間及話費顯示出來 。 單片機的選擇 單片微型計算機（單片機）自 20 世紀(jì) 70年代出現(xiàn)以來，被廣泛地應(yīng)用與科研、生 產(chǎn)、生活及其他各個領(lǐng)域，尤其是美國 Inter 公司生產(chǎn)的 MCS51 系列單片機，具有優(yōu)異的性能價格比，被廣泛地應(yīng)用在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、民用家電等諸多方面。 10 在我國使用最多的還是 Intel 公司的 MCS—51 系列單片機和美國 Atmel 公司的 89C51 單片機 MCS—51 系列；單片機包括三個基本型 803 805 8751。 8031 內(nèi)部包括一個 8 位 CPU、 128B 的 RAM， 21 個特殊功能寄存器（ SFR）、4 個 8 位并行 I/O 口、 1 個全雙工串行口、 2 個 16 位定時器 /計數(shù)器，但片內(nèi)無程序存儲器，需外擴 EPROM 芯片。比較麻煩，不予采用 。 8751 是在 8031 基礎(chǔ)上，增加了 4KB的 EPROM，它構(gòu)成了一個程序小于 4KB的小系統(tǒng)。用戶可以將程序固化在 EPROM 中，可以反復(fù)修改程序。但其價格相對 8031 較貴。 8031 外擴一片 4KB EPROM 的就相當(dāng)與 8751，它的最大優(yōu)點是價格低。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)的外圍接口電路也可以是大規(guī)模的。也不予采用。 8051 是在 8031 的基礎(chǔ)上，片內(nèi)集成有 4K ROM，作為程序存儲器，是一個程序不超過 4K 字節(jié)的小系統(tǒng)。 ROM 內(nèi)的程序是公司制作芯片時，代為用戶燒制 的，出廠的 8051 都是含有特殊用途的單片機。 8051 適合與應(yīng)用在程序已定，且批量大的單片機產(chǎn)品中， 所以 8051 非常合適。 芯片介紹 （ 1）單片機 8051 8051 單片機是 HMOS 工藝的，它的片內(nèi)程序存儲器 ROM為掩膜型的，在制造芯片是已將應(yīng)用程序固化進(jìn)去，使它具有了某種專用功能。 （ a） 8051 單片機的特點 數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） ：片內(nèi)為 128 個字節(jié)（單元），片外最多可外擴至 64K 字節(jié)； 程序存儲器 (ROM)：片內(nèi)為 4K 字節(jié)，片外最多可外擴至 64K 字節(jié)； 中斷系統(tǒng)：及有 5個中斷源， 2級中斷優(yōu)先 權(quán)； 定時器 /計數(shù)器： 2個 16 位的定時器 /計數(shù)器，具有四種工作方式； 串行口： 1 個全雙工的串行口，具有四種工作方式； 并行口： 4 個 8 位并行 I/O 口，即 P0口、 P1 口、 P2口、 P3 口； 特殊功能寄存器（ SFR）：共有 21個，用于對片內(nèi)各功能模塊進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個特殊功能的 RAM 區(qū)； 位處理器（ CPU）：為 8位的 CPU，且內(nèi)含一個 1 位 CPU(位處理器 )不僅可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可進(jìn)行位變量的處理； 片內(nèi)振蕩器及時鐘電路 ； 具有布爾代數(shù)的運算能力。 (b)8051 引腳及其功能 Vcc（ 40）：正常操作時為電源 +5V。 Vss（ 20）：接地。 P0 口（ 32～ 39）： P0是一個 8位漏極開路型雙向 I/O 口。在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線。 11 P1 口（ 1～ 8）： P1是一個帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 P2 口（ 21～ 28）： P2 是一個帶有內(nèi)部提升電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口。在訪問外部存儲器時，它輸出高 8位地址。 XTAL1（ 19）和 XTAL2（ 18）： 使用內(nèi)部振蕩電路時，用來接石英晶體和電容；使用外部時鐘時，用來輸入時鐘脈沖。 ALE/PROG (30)：地址鎖存信號輸出端。在訪問片外存儲器時， ALE 輸出脈沖的負(fù)跳沿用于 16 為地址的低 8 位的鎖存信號；即使不訪問外部存儲器時， ALE腳也會有 1/6 石英晶體的振蕩頻率， 可以作系統(tǒng)中其他芯片的時鐘源。 RST/VPD（ 9）：當(dāng)振蕩器運行時。在此引腳出現(xiàn)兩個機器同期的高電平（有低到高跳變），將單片機復(fù)位。在 Vcc 掉電期間，此引腳可接上備用電源，由 VPD向內(nèi)部 RAM 提供備用電源，以保持內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)。 EA/VPP (31)：內(nèi)部和外部程序存儲器選擇線。 PSEN(29)：片外程序 存儲器選通信號 輸出端 ， 在從外部程序存儲器讀取指令（或數(shù)據(jù)）期間， PSEN 在每個機器周期內(nèi)兩次有效。 表 31 P3口 每 一位 的 第二功能 通道位 第二功能 注釋 RXD 串行輸入口 TXD 串行輸出口 INT0 外部中斷 0輸入 INT1 外部中斷 1輸入 T0 計數(shù)器 0輸入 T1 計數(shù)器 1輸入 WR 外部數(shù)據(jù) RAM 寫選通信號 RD 外部數(shù)據(jù) RAM 讀選通信號 （ c） 8051 內(nèi)部定時器 /計數(shù)器 8051 內(nèi)部有兩個 16位的 可編程定時器 /計數(shù)器，記為 T/C0 和 T/C1。他們既可以編程為定時器使用，也可以編程為計數(shù)器使用。若是計數(shù)內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘，它是定時器；若是計數(shù) 8051 的輸入管腳的脈沖信號，它是計數(shù)器。并且定時（計數(shù)）范圍也可由指令設(shè)置。這種控制功能是通過定時器方式控制寄存器 TMOD 來完成的。 8051 的 T/C 是加 1計數(shù)的。定時器實際上也是工作在計數(shù)方式下，只不過是對固定頻率的脈沖計數(shù)，由于脈沖周期穩(wěn)定，由計數(shù)值可以計算出時間，有定時功能。當(dāng) T/C 工作在定時器時，計數(shù)輸入信號是內(nèi)部時鐘脈沖，每個機器周期產(chǎn)生一個脈沖使計數(shù)器 增 1，因此 T/C 的的輸入脈沖的周期一樣，為時鐘振蕩頻率的 1/12。當(dāng) T/C 工作在計數(shù)器時，計數(shù)脈沖來自外部脈沖輸入管腳T0()或 T1()，當(dāng) T0或 T1腳上負(fù)跳變時計數(shù)值加 1。識別管腳上的負(fù)跳變需兩個機器周期，即 24 個振蕩周期。所以 T0 或 T1 腳輸入的可計數(shù)外部脈 12 沖的最高頻率為 1/24fosc。 工作方式控制寄存器 TMOD 用于控制兩個定時器 /計數(shù)器 T0， T1 的工作模式以及工作方式。 G A T E C / T M 1 M 0 G A T E C / T M 1