【正文】 論證 3 2 總體方案設(shè)計與論證 設(shè)計方案選擇 1）方案 1 采用中小規(guī)模數(shù)字電路構(gòu)成計價器，由計數(shù)器構(gòu)成主要的測量模塊，由定時器組成主要 的控制電路，通過在 555 振蕩器上接入不同電阻選擇白天、晚上、紅燈或堵車，停車報價。電路框圖如圖 22。設(shè)計采用 AT89S51 單片機(jī)為主控制器， 通過按鍵代替實現(xiàn)霍爾傳感器測距 ，實現(xiàn)對出租車的基本 計價設(shè)計，并采用 AT24C02 實現(xiàn)在系統(tǒng)中掉電的時候保存單價等信息，輸出采用 8 段數(shù)碼管顯示器。 但是考慮到 555 振蕩器價格昂貴， 尚有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。 在設(shè)計中采用一個模擬開關(guān)來代替。模擬開關(guān)一端接在 口，另一端接地，通過來回高低電平的變化，每按兩次，對應(yīng)的里程數(shù)加一。由于在這次設(shè)計中只需要顯示里程和金額信息， 設(shè)計時 采用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 3 系統(tǒng)硬件 設(shè)計 硬件電路說明 在本次設(shè)計中，硬件組成包括： AT89S51，驅(qū)動電路，顯示電路，復(fù)位電路，掉電保護(hù)電路，時鐘電路，按鍵電路 等幾個部分 。從起步價開始，當(dāng)汽車程行駛未滿 2 公里時，均按起步價計算。 在 系統(tǒng) 設(shè)計時，按下計價按鍵時，顯示起步價和起步里程范圍，這些在程序中顯示，當(dāng)?shù)扔诨虺^兩公里后，按計算總價的公式為： 總價 =起步價 +單價 *（總里程 起步里程） +1 硬件電路模塊介紹 AT89S51 單片機(jī)簡介 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(InSystem Programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器， 器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案 . 此外， AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。 【 2】 單片機(jī)各管腳功能介紹： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 PO 口 有兩個功能： 外部擴(kuò)展存儲器時， 當(dāng)作 數(shù)據(jù) /地址總線。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。當(dāng)在此引腳加兩個周期的高電平時，就可以完成復(fù)位操作； ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出電平用于鎖存地址的低 8 位字節(jié) 。然而要注意的是：每當(dāng)用 作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 當(dāng)片選端 /CE 低電平有效時， DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸（接收） ；DIR=“1”，信號由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當(dāng) CE 為高電平時， A、 B 均為高阻態(tài)。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時間，但每個顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動電路，使用的硬件較多；動態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的 CPU 時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 路板空間 ，更重要的是能節(jié)省成本 。靜態(tài)顯示雖然亮度較高，接口編程容易，但是每位的段碼線分別與一個 8 位的鎖存器輸出相連，占用的 I/O口較多，在顯示位數(shù)較多的情況下，一般采用動態(tài)顯示。然后把多個這樣的 8 字裝在一起就成了多位數(shù)碼管了。許多用戶在設(shè)計完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實驗室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了 “死機(jī) ”、 “程序走飛 ”等現(xiàn)象，這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計不可靠引起的。 【 11】 復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。其中電平方式 復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源VCC 接通而實現(xiàn)的。在復(fù)位電路中，按下一個復(fù)位開關(guān)就使在 RST端出現(xiàn)一段時間的高電平，就實現(xiàn)復(fù)位。 【 11】 EPROM 有 并行和串行之分，并行 EEPROM 速度比串行快，容量大。在智能化裝置中，正日益獲得廣泛應(yīng)用。片內(nèi)數(shù)據(jù)保存壽命可達(dá) 410 年以上。 【 10】 掉電保護(hù)電路中采用了存儲芯片 AT24C02。 每當(dāng)設(shè)定一次單價，系統(tǒng)就自動調(diào)用存儲程序，將單價信息保存在芯片內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)重新上電的時候，自動調(diào)用讀存儲器程序，將存儲器內(nèi)的單價 等信息，讀到緩存單元里，供主程序使用。 SDA 線上數(shù)據(jù)傳送順序是高位在先，低位在后。英注意，對AT24C08 芯片，雖然第 7 腳也定義為 WP，但實際不起作用。但注意，有些型號的地址是無效的。 GND— 接地端。 時鐘脈沖電路的主要作用是對外發(fā)出時序控制信號，在 AT89S51 芯片上， XTAL1 和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出 ，其中，當(dāng)與本試驗線路相同時，即使用內(nèi)部時鐘方式時， XTAL1和 XTAL2必須外接石英晶體和微調(diào) 電容，其中電容 C C2 對振蕩頻率起穩(wěn)定的作用，振蕩頻率應(yīng)在 —— 12MHz。 時鐘頻率越高，單片機(jī)控制器的節(jié)拍越快，運(yùn)算速度也越快。按下啟動按鍵，開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，這時給 送低電平信號，這時 TR0=1，計數(shù)器開始工作 ，調(diào)用計價子程序開始計價。 圖 39 按鍵電路設(shè)計 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 4 軟件設(shè)計 19 4 系統(tǒng) 軟件 設(shè)計 8051 單片機(jī)的應(yīng)用程序設(shè)計，使用 C51 語言進(jìn)行程序設(shè)計雖然相對于匯編語言代碼效率有所下降，但可以方便地實現(xiàn)程序設(shè)計模塊化，代碼結(jié)構(gòu)清晰、可讀性強(qiáng)，易于維護(hù)、更新和 移植，適合較大規(guī)模的單片機(jī)程序設(shè)計。這便使得單片機(jī) C51 的程序開發(fā)非常方便。 C51 有 C 語言結(jié)構(gòu)清晰的優(yōu)點(diǎn)，便于學(xué)習(xí)，同時具有匯編語言的硬件操作能力。用匯編語言編寫和高級語言（ C 語言）比較起來節(jié)約空間，這樣對于存儲空間僅 4Kb 的芯片來說是極之有利的， 52 單片機(jī)能高速的運(yùn)行。 【 8】 在本次設(shè)計中就是采用 C 語言編寫的，由于采用模塊化操作，使得程序在修改，執(zhí)行的時候顯得方便易行。 這些對應(yīng)于硬件就是通過按下各個控制開關(guān)，來分別進(jìn)行不同的動作，最后西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 數(shù)碼管根據(jù)輸入的信息，來顯示不同的數(shù)據(jù)信息，就達(dá)到了軟件控制硬件，同時輸入信息控制輸出信息的目的。 2） SDA 的電平狀態(tài)只有在 SCL 處于低電平期間才允許改變，但是在 I2C 總線的起始和結(jié)束時例外。 停止條件當(dāng) SCL 處于高電平期間時， SDA 從低電平向高電平跳變時產(chǎn)生停止條件。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 I2C_SDA=1。 if(I2C_SCK==0)return 0。 short_delay()。 short_delay()。 short_delay()。必須保證同一條 I2C 總線上所有 從機(jī)的地址都是唯一確定的，否則 I2C 總線將不能正常工作。接收器接收數(shù)據(jù)的情況可以通過應(yīng)答位來告知發(fā)送器。 【 12】 圖 44 發(fā)送控制信號 I2C 應(yīng)答程序?qū)崿F(xiàn)： void I2C_Ack(void) { short_delay()。 } 按鍵模塊設(shè)計 如下程序段用來定義按鍵位置寄存器變量，按鍵按下時，對應(yīng)位置寄存器值發(fā)生變化，產(chǎn)生相應(yīng)中斷去調(diào)用對應(yīng)的子程序，如按下 管腳 按鍵，出租車開始計費(fèi)和顯示行駛里程。 sbit Depreciate =P1^2。 //短暫禁止顯示 SetSegCode(SegCode[DispBuf[DispCnt]])。 } else { DispCnt =0。 static unsigned char Cnt =0?？梢孕薷臑槠渌麛?shù)值。 } } Fuse = DistanceFuseIn。 //起步價 8 元 } else if(Distance 35) { Fees =8 + 2*(Distance 2) + 1。先在學(xué)習(xí)機(jī)上搭電路，調(diào)試成功后自制電路板再進(jìn)行調(diào)試。尤其是 C 語言編譯工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方 面達(dá)到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開發(fā)大型項目時是非常理想的工具。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種 虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVision MPLAB 等軟件。 將用 keil 編譯產(chǎn)生的 hex 文件下載到單片機(jī)中，雙擊 51 單片機(jī)，在對話框中把保存過的 hex 文件打開，再單擊確定。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 (c) 圖 52 軟件仿真圖 在仿真圖 c 中，會看到數(shù)碼管顯示公里數(shù)（高三位）和費(fèi)用（低三位）。 在已經(jīng)焊接好的電路板上，要對其各個元器件進(jìn)行檢查。元件在選購時需要多被選元件，元件的型號多，產(chǎn)品質(zhì)量沒有可靠地保證，就避免不了我們買的元器件是損壞的，再加上焊接是在萬能板上焊接的，就有可能發(fā)生虛焊短路等情況發(fā)生。如果不該亮的字段點(diǎn)亮，檢測是否有短路的情況：如果數(shù)碼管不顯示，說明位選段可能沒有焊接好；如果顯示不夠亮，則應(yīng)該檢查驅(qū)動電路。 在本次設(shè)計中，采用 AT89S51 芯片為核心器件，設(shè)計出了簡單的出租車計價器，能夠?qū)崿F(xiàn)總金額和總里程，按鍵控制清零，調(diào)價。 在本次設(shè)計中，含 有掉電保護(hù)功能模塊，具有存儲記錄的里程和金額的信息。 2）現(xiàn)實生活中，白天和晚上的計價標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的，單價標(biāo)準(zhǔn)也不同。而實際生活中也常有紅燈或堵車 同時在計費(fèi)， 所以可以 在電路和程序中加入相關(guān)的模塊來實現(xiàn)此功能 。他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，一絲不茍的作風(fēng)一直是我們學(xué)習(xí)中的榜樣，并將繼續(xù)影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 我們的大學(xué)即將結(jié)束，今天的成績也是與一直以來關(guān)心，教導(dǎo)我的父母老師和同學(xué)們密不可分， 在此祝愿他們身體健康、工作順利、萬事如意。 [12 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 附 錄 39 附 錄 附錄 1. 方案 3 Protues 仿真原理圖設(shè)計 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 40 附錄 2. 方案 3 Protues 仿真結(jié)果 附 錄 41 附錄 3. 硬件設(shè)計 圖 3 原理圖實現(xiàn) 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 42 圖 制作 圖 布線完成 附 錄 43 圖 布線 圖 布線 3D 模擬視圖 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 44 附錄 /* ********************************************************************* * * (c)copyright 2020,xman,AdvanTools(china).C0.,Ltd. * All Rights Reserved * * MASTER INCLUDE FILE **********************************************************************/ //宏定義 ifndef TRUE define TRUE 1 endif //宏定義 ifndef FALSE define FALSE 0 endif //宏定義 define FOSC 11059200L //宏定義 define T1MS (65536FOSC/12/1000) //從 1ms 開始按 1ms 步進(jìn)定時 //函數(shù)包括 include void Time0Init(void)。 //LED 亮滅使能 void SetDispBuf(u