【正文】 時(shí) 鐘 信 號D I S P L A YP 3 . 0 P 3 . 1P 0P 2 . 2 P 2 . 0P 2 . 3P 2 . 7P 2 . 4P 2 . 5P 2 . 6R E S E TP 1 . 0 P 1 . 5M C UX D B ZD D B ZL C B ZS T A R TS D B ZS E LD A T A復(fù) 位F P G A83W C L KS C L K顯 示 切 換確 定修 改啟 動 空 車 牌 圖 總體原理框圖 功能模塊設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，將整個(gè)測控 FPGA 系統(tǒng) CZJFXT 分為七個(gè)模塊，它們分別是：分頻器模塊 FPQ，等待判別模塊 DDPB，里程計(jì)算模塊 LCJS，里程計(jì)費(fèi)模塊 LCJF，等待計(jì)時(shí)模塊 DDJS，等待計(jì)費(fèi)模塊 DDJF，輸出數(shù)據(jù)選擇模塊 SCXZ。該模塊的 VHDL 程序設(shè)計(jì)可分為兩個(gè)進(jìn)程：里程計(jì)算及標(biāo)志 2 產(chǎn)生進(jìn)程，產(chǎn)生計(jì)費(fèi)信號進(jìn)程。該模塊的 VHDL 程序是通過一個(gè)多層嵌套的加法進(jìn)程來完成等待計(jì)時(shí)的。它們共同的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，易于實(shí)現(xiàn)非接觸測量，非常適于與計(jì)算機(jī)接口。 CPU：運(yùn)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。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器（ Timer/Counter）： 51 系列的 CPU有 2 個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，而 52 系列 CPU則有 3 個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器又有多種模式可供選擇。 B寄存器（ B Register）： B寄存器是一個(gè)一般用途的工作寄存器，當(dāng) 8051 使用乘除指令時(shí)，則一定要通過 B 寄存器來做運(yùn)算。 在寫 8051 單片機(jī)的控制程序時(shí)，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棧空間，也可以利用軟件程序隨時(shí)機(jī)動調(diào)整的堆棧指標(biāo) SP 的值。 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。用做輸入時(shí)，應(yīng)先將輸出鎖存器置 1． P2 口可驅(qū)動 4個(gè) TTL負(fù)載。 EA—— ／ VPP—— 外部程序存儲器訪問允許信號 EA（ External Access Enable）。但要注意，每次訪問外 RAM 時(shí)要丟失一個(gè) ALE 脈沖。 當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)，引腳 XTAL1 接收外振蕩器信號， XTAIL2 懸空。 12 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(gè)條件要詢問時(shí)，寫法就會變得相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。按鍵共有 5 個(gè)，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。 單片機(jī)控制程序設(shè)計(jì) 單片機(jī)模塊包括單片機(jī) AT89S51 及其控制的顯示和鍵盤系統(tǒng)， AT89S51 對 FPGA 的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出用車總費(fèi)用并送入顯示系統(tǒng)顯示，同時(shí)它接收鍵盤信息并處理顯示切換。 ⑥ 當(dāng)程序必須隨時(shí)更新某項(xiàng)數(shù)據(jù)或顯示值。 XTAL2—— 片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。 在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)， 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(shí)現(xiàn)低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送 。 表 P3口 替代 功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0——（外部中斷 0） INT1——（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0外部輸入） T1（記時(shí)器 1外部輸入） WR——（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD——（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 11 ② 控制信號線 RST—— 復(fù)位輸入信號，高電平有效。在編程／校驗(yàn)時(shí)． P2 口可接收高字節(jié) 地址和某些控制信號。 當(dāng)使用片外存儲器及外擴(kuò) I／ O 口時(shí)， P0 口作為低字節(jié)地址／數(shù)據(jù)復(fù)用線。 堆棧指標(biāo)寄存器（ SP,Stack Pointer）： 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(shí)，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(shí)， 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。 累加器（ Accumulator）： 累加器是眾多寄存器中最重要的一個(gè)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(gè)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。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(hù)功能，后者成本較為低廉。在該設(shè)計(jì)中采用在車輪的轉(zhuǎn)盤上安裝一個(gè) 3 條黑白線均勻的圓盤，再用光電開關(guān)來檢測，如下圖 所示，當(dāng)出租車運(yùn)動時(shí)，車輪 轉(zhuǎn)動，光電傳感器利用接收黑白電平時(shí)輸出的高低電平，當(dāng)光電傳感器檢測到黑色條紋時(shí)，輸出高電平給單片機(jī)，相反當(dāng)檢測到白色條紋時(shí)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(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)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(yùn)行速度。 3 第 3 章 硬件及軟件實(shí)現(xiàn) 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。 等待計(jì)時(shí)模塊 DDJS：在等待標(biāo)志信號 DDBZ 和基準(zhǔn)時(shí)鐘信號 CLK1HZ的控制下，進(jìn)行等待時(shí)間 DDSJ 的計(jì)算，其中 DDSJ 的低 8位表示等待時(shí)間的秒數(shù)， DDSJ 的高 8位表示等待時(shí)間的分鐘數(shù)，同時(shí)根據(jù)等待時(shí)間的長短發(fā)出一個(gè)熄燈標(biāo)志信號 XDBZ。 里程計(jì)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(jìn)行計(jì)算，同時(shí)發(fā)出里程標(biāo)志信號 LCBZ 和里程計(jì)費(fèi)標(biāo)志信號 JFBZ。 ⑥費(fèi)用的顯示，用五位數(shù)字顯示，顯示方式為“ ”，單價(jià)為元。速度傳感器不需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，假設(shè)它具有汽車每運(yùn)行 1㎞提供 1000 個(gè)脈沖信號的特性。 車票資料打印： 顧客付費(fèi)后可打印發(fā)票，打印內(nèi)容包括車主信息和車費(fèi)信息等。 關(guān)鍵詞 計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，單片機(jī)， FPGA 芯片 2 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(jì)費(fèi)系統(tǒng)的安全性和先進(jìn)性是人們普遍關(guān)心的問題，要求計(jì)費(fèi)器性能穩(wěn)定，計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確，以及預(yù)防司機(jī)作弊行為等等都關(guān)系到乘客的切身利益。顯示器可以采用 LED數(shù)碼管。應(yīng)該是對以前所學(xué)知識的一次審核吧！ 本設(shè)計(jì)主要介紹了出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和過程，并給出了所涉及的相關(guān)知識的詳細(xì)介紹。增加的這些功能將會更好地為乘客服務(wù)。 ②單價(jià)，即里程單價(jià)，用三位數(shù)字顯示，顯示方式為“ ”，單價(jià)為元 /㎞，根據(jù)每天不同的時(shí)間段有兩種情況：當(dāng)時(shí)間段為 06： 00～ 23： 00 時(shí)單價(jià)為 元/㎞，其他時(shí)間段內(nèi)單價(jià)為 元 /㎞。 分頻器模塊 FPQ：將外部時(shí)鐘信號 SCLK（設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)鐘信號 CLK1HZ，供給系統(tǒng)中的有關(guān)模塊計(jì)時(shí)用。產(chǎn)生計(jì)費(fèi)信號進(jìn)程就是每行駛 10 百米（即 1 ㎞） JFBZ 由低電平 0 變?yōu)?1，經(jīng)過一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期后 JFBZ 又回復(fù)到低電平 0，里程計(jì)費(fèi)模塊 LCJF就是在 JFBZ 脈沖信號的上升沿到來時(shí)進(jìn)行計(jì)費(fèi)的加法操作。 等待計(jì)費(fèi)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(jìn)行等待費(fèi)用 DDFY 的計(jì)費(fèi)操作。 光電傳感器電路設(shè)計(jì) 光電傳感器工作時(shí)，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)相互作用，從而感應(yīng)出電信號的波動相互作用效應(yīng)。 圖 單片機(jī)簡圖 CPU中央處理器 Memory 內(nèi)存 I/O 輸入 /出設(shè)備 5 8051 單片機(jī)功能方塊圖 圖 8051 單片機(jī)功能方塊圖 振蕩及時(shí)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(gè)振蕩信號正是 8051 的心臟，所有 8051 的時(shí)鐘序列都以此振蕩信號為基準(zhǔn)。 串行接口（ Serial Port）： 8051 可通過此接口與外部的計(jì)算機(jī)等設(shè)備連線交換信息，也可以通過此接口進(jìn)行 I/O的擴(kuò)充。 中斷優(yōu)先順序控制寄存器（ IPC,Interrupt Priority Control）： 這個(gè)寄存器中存放中斷時(shí)的優(yōu)先順序表，若對應(yīng)的位設(shè)成 1 時(shí)，代表中斷有較高的中斷優(yōu)先權(quán)。 特殊功能寄存器區(qū)（ SFR,Special Function Register） 8051 單片機(jī)內(nèi)部將多個(gè)寄存器統(tǒng)稱成 SFR，代表其特定的功能，甚至 Port0、 PortPort3 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(jìn)行位尋址，表 是這些 SFR 寄存器的整理，其中加（ *）記號的寄存器可進(jìn)行位尋址。當(dāng)作為普通輸入時(shí)，應(yīng)將 輸出鎖存器置 1． PO 口可驅(qū)動 8個(gè) TTL 負(fù)載． P1 口 —— 8位、準(zhǔn)雙向 I／ O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P3 口 —— 8位、準(zhǔn)雙向 1／ O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 當(dāng) EA—— 信號接地時(shí)，對 ROM 的讀操作限定在外部程序存儲器，地址為 0000H～ FFFFH；當(dāng) EA——接地時(shí)，對 ROM的讀操作從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。 在編程期間．該引腳輸入編程脈沖（ PROG———— ）。 中斷控制 可采用中斷的時(shí)機(jī)： ① 當(dāng)計(jì)數(shù)值數(shù)完時(shí)要做一個(gè)特定的動作。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(gè)或一個(gè)以上的特征，假使我們的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)有這些特征時(shí)，在程序規(guī)劃前就要考慮是否采用中斷的寫法。 S P ← 6 0 HP 2 ← 0 0 H定 時(shí) 器 0 , 工 作 方 式 1定 時(shí) 5 0 m s啟 動 定 時(shí) 器 工 作 , 開 中 斷開 始清 內(nèi) 存調(diào) 用 鍵 處 理 圖 主程序流程圖 13 鍵 處 理 開 始置 標(biāo) 志 位 R U N B ZNNYYYYYN NNN N NYYYN NYN YN汽 車 啟 動 沒 有 ?Z K B Z ← 1送 載 客 標(biāo) 志 給 F P G AY調(diào) 用 當(dāng) 前 時(shí) 間 修 改 子 程 序調(diào) 用 里 程 單 價(jià) 顯 示 子 程 序Y調(diào) 用 里 程 顯 示 子 程 序調(diào) 用 費(fèi) 用 顯 示 子 程 序有 鍵 按 下 嗎 ? 是 功 能 鍵 S B 0 ?R U N B Z = 1 ?有 鍵 按 下 嗎 ?是 S B 0 嗎 ?有 鍵 按 下 嗎 ?是 S B 0 嗎 ?有 鍵 按 下 嗎 ?是 S B 0 嗎 ?有 鍵 按 下 嗎 ?有 鍵 按 下 嗎 ? 圖 按鍵處理流程圖 14 NY YNNY顯 示 子 程 序 開 始R 0 ← L E D 8R 1 ← 0 8 HA ← ( R 1 )NA ← ( R 1 )AYNR 0 ← F Y D Y 8A ← ( R 1 )查 表添 加 小 數(shù) 點(diǎn)查 表顯 示 數(shù) 據(jù) 送 串 行 口R 1 ← R 1 1返 回NYYANYYN2 8 H . 0 = 0 ?2 8 H . 6 = 0 ?( R 1 ) = 0 5 H ?( R 1 ) = 0 2 H ?( R 1 ) = 0 3 H ?R 1 = 0 ?2 8 H . 0 = 0 ?2 8 H . 6 = 0 ? 圖 顯示子程序流程圖 15 賦 數(shù) 碼 管 顯 示 參 數(shù)N里 程 顯 示 子 程 序 開 始P 2 . 1 ← 1R 0 ← 4 F HR 3 ← 0 2 H讀 P 0 口 數(shù) 據(jù) 放 4 D ～ 4 F HR 3 ← R 3 1( R 3 ) = 0 ?P 2 ← 0 F 8 H2 2 ～ 2 0 H ← 4 D ～ 4 F HL C A L L H E X B C D 2S E T B 2 8 H . 6返 回Y 圖 里程顯示子程序流程圖 16 賦 數(shù) 碼 管 顯 示