【文章內(nèi)容簡介】 動、加速、減速、停止、復位。其中加速鍵可使出租車的速度由 0 公里上升到 100 公里，減速鍵 使出租車的速度由 100 公里下降到 0公里，而復位鍵則使出租車進入空車狀態(tài)。 您好！ 歡迎乘坐本公司出租汽車， 謝謝！ 2020 年ⅹⅹ月ⅹⅹ日ⅹⅹ時ⅹⅹ分ⅹⅹ秒 有人 起步價： 元 總里程：ⅹⅹⅹ . ⅹⅹ公里 總金額：ⅹⅹⅹ . ⅹⅹ元 7 3 系統(tǒng)硬件電路設計 本出租車計價系統(tǒng)的硬件結構主要由以下幾個部分組成的： 控制單元模塊（ AT89C51單片機系統(tǒng)）、實時 時鐘模塊、 語音播放模塊、液晶顯示驅(qū)動模塊、票據(jù)打印模塊、按鍵掃描模塊等。下面做詳細的介紹。 控制單元及相關擴展電路設計 控制單元模塊：即 AT89C51 單片機系統(tǒng)， 包括系統(tǒng)初始化、脈沖的產(chǎn)生、里程的識別和費率的計算、各功能模塊的的組織和管理等。控制單元模塊在系統(tǒng)中起著重要的作用。 AT89C51 是一種低電壓高性能 CMOS 8 位單片機，可以和 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容，其基本特性如下：有 128 字節(jié)的片內(nèi) RAM， 32 個可編程 I/O 端口，兩個 16位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結構，允許 6 個中斷源，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，其全靜態(tài)邏輯的工作頻率范圍為 0～ 24MHz，并且支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止 CPU 的工 作，但允許 RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位 [7]。 AT89C51 的引腳 制造工藝為 CHMOS 的 MCS— 51系列單片機都采用 40引腳的雙列直插封裝（ DIP）方式，在 40 條引腳中有兩條用于電流的引腳，兩條外接晶體的引腳， 4 條控制或其它電源復用的引腳， 32 條 I/0 口 ，具體見下圖 ： 圖 AT89C51引腳 Pin of AT89C51 AT 89 C 511111098765432 3938373635343332313029282726252423222120191817161514131240P 1 . 0 VccP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7EA / VppP 1 . 7P 1 . 5P 1 . 4P 1 . 3P 1 . 2P 1 . 1T 0 P 3 . 4RET / VpdT 1 P 3 . 5P 1 . 6RXD P 3 . 0P 2 . 7P 2 . 0XT AL 2WR P 3 . 6INT 0 P 3 . 2T XD P 3 . 1PSE NVssINT 1 P 3 . 3RD P 3 . 7XT AL 1P 2 . 6P 2 . 5P 2 . 4P 2 . 3P 2 . 2P 2 . 1AL E / PROG出租車計價系統(tǒng)的設計 8 （ 1）主電 源引腳 Vss 和 Vcc： Vcc 接 +5V 電源 （ 2）外接晶體引腳 XTAL XTAL2 ： XTAL1 為內(nèi)部振蕩電源電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳，當采用外接晶體時，此引腳接地。 XTAL2 為內(nèi)部振動的反相放大器的輸出端，是外接晶體的另一端，當采用外接晶體時，此引腳接振蕩器。 （ 3）控制或其它電源復位引腳 RET/Vpd、 ALE/PORG 和 EA /Vpp。 此外， MCS— 51系列有四個 8位并行 I/O 口共 32 根 I/0 線 ，每個口 均為雙向口，用 P0— P3 表示，每個口都有一個 8 位的鎖存器，復位后，他們的狀態(tài)全為“ 1”。 P0 口，雙向 8 位漏極開路型雙向 I/0 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 P0 口能以吸引電流的方式驅(qū)動八個 LSTTL 負載。 P1 口， 8 位并行輸入 /輸出口，也是一個準雙向口帶有內(nèi)部提升電險，它能驅(qū)動（吸收或輸出電流）四個 LSTTL 負載。 P2 口，是一個帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準雙向 I/0 口，在訪問外部存儲器時它輸出高八位地址， P2 口可以驅(qū)動四個 LSTTL 負載。 P3 口， 是一個帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位雙向 I/0 口，能驅(qū)動四個 LSTTL 負載，此外 P3 口還用于第二功能，詳見下表 引腳功能。 表 AT89C51 的 P3 口引腳功能表 Menu of P3 mouth of AT89C51 振蕩器電路 （ 1）外部晶振的選用： AT89C51 的內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 ATAL2。這兩端口引腳 第二功能 （串行輸入口） （串行輸出口 — ） （外部中斷 0 輸入線） （外部叫斷 1 輸入線） （定時器 0 外部輸入） （定時器 1 外部輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出） （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選 通信號輸出） 9 個引腳跨接石英晶體振蕩器（簡稱晶振）和微調(diào)電容，就構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器?？扇?C1=C2=30PF，具體的接法如下圖 所示： 圖 外部晶振電路 External crystal circuit AT89C51 的工作頻率范圍在 0～ 24MHz。在此選用的是 12MHz 的晶振，振蕩周期為1us，機器周期為 1us，所以這個晶振可以滿足這個系統(tǒng)的要求。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機的運行速度也就越快。但反過來運行速度快對存儲器的速度要求越高，對印制電路板（也稱印刷電路板）的工藝要求也高，即要求鮮見的寄生電容要小。為了提高溫度穩(wěn)定性，應采用溫度穩(wěn)定性能好的電容 [8]。 （ 2）振蕩器電路原理 圖 振蕩器工作原理 Principle of oscillator BUSY 狀態(tài)時鐘 時鐘發(fā)生器 P2 P1 fosc Rf 400 歐 振蕩器 XTAL2 XTAL1 C2 C1 amp。 Q 247。 2 Q 247。 3 機器周期 247。 6 ALE 出租車計價系統(tǒng)的設計 10 單片機內(nèi)含振蕩 器電路，但晶體振蕩器和電容在片外，由引腳 XTAL1 和 XTAL2連接到片內(nèi)。 XTAL1 為振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生電路的輸入端， XTAL2 為反相放大器的輸出端。振蕩器電路工作原理如圖 所示。 片內(nèi)時鐘發(fā)生器實質(zhì)上是個 2分頻的觸發(fā)器，其輸入來自振蕩器 （ fosc） ，輸出為 2 相時鐘信號，即狀態(tài)時鐘信號，其頻率為 fosc/2；狀態(tài)時鐘 3 分頻后為 ALE 信號，其頻率為 fosc/6；狀態(tài)時鐘 6 分頻后為機器周期信號，其頻率為 fosc/12。 振蕩器的工作可以由特殊功能寄存器 PCON 中的 PD 為控制。當 PD=1 時，振蕩器停止工 作，系統(tǒng)進入低功耗工作狀態(tài)。 里程計算與計價單元的設計 里程計算是通過安裝在車輪上的霍爾傳感器 A44E 檢測到的信號，送到單片機，經(jīng)處理計算，送給液晶顯示單元的 [9]。其原理如圖 所示。 圖 傳感器測算里程原理圖 Schematic of sensors calculating mileage 由于 A44E 屬于開關型的霍爾器件，其工作電壓范圍比較寬（ ～ 18V），其輸出的信號符合 TTL 電平標準，可以 直接接到單片機的 I/O端口上，而且其最高檢測頻率可達到 1MHz。 當車燈為重車狀態(tài)時（低電平），計價器開始工作。傳感器的輸出信號經(jīng) 5021光電耦合器后，再經(jīng)電容濾波及 74HC14 芯片整形，送單片機的 口（ INT0）作為信號的輸入端。采用外部中斷 0，車輪每轉(zhuǎn)一圈（設車輪的周長是 ），霍爾開關檢測并輸出一個脈沖信號，引起單片機的中斷，對脈沖計數(shù)。當計數(shù)達到 1000 次時，也就是 1571m，單片機將金額增加，其計算公式：當前單價公里數(shù) =金額。不 傳 感 器 小 磁 鐵 車輪 耦合 濾波 整形 AT89C51 單片機 11 同車型的車輪直徑可能不一樣，通過軟件設置車型，對不同車 輪直徑的車進行調(diào)整。其集成霍爾開關外形及接線如圖 所示。 圖 集成霍爾開關外形及接線圖 Integrated Hall switch appearance and wiring diagram 擴展存儲器的設計 MCS— 51 系列單片機由于其芯片結構引腳等原因，單片機內(nèi) ROM、 RAM等功能部件的數(shù)量在使用時往往感到不夠，因此需要在片外進行擴展，以滿足實際系統(tǒng)的需要?，F(xiàn)在大容量的 EPROM 存儲器發(fā)展很快，價格也日趨便宜，采用大容量 8KB以上存貯器比采用小容量的更為適宜。其典型產(chǎn)品有： 271 273?? 27512 等，由于這次設計采用的是 AT89C51 里邊帶有一塊 8k 的 EPROM，所以不需再擴展 EPROM，而考慮到這次設計所要完成的功能，需擴展一片 2817A 芯片作為儲存之用。 [10] （ 1） 2817A 存儲芯片簡介 2817A 存儲芯片的容量規(guī)格是： 2K8 。芯片外形是 28 條引腳雙列直插式。單一5V工作電源支持讀出和寫入操作。讀出時間不超過 250 納秒 ，寫入時間 10毫秒。 圖 2817A引腳 Pin of 2817A 出租車計價系統(tǒng)的設計 12 A10～ A0： 11 條地址線 D7～ D0： 8條數(shù)據(jù)線 CE：片選輸入控制線，低有效。 OE：讀出控制，低有效。 WE：寫入（編程）控制，低有效。 RDY／ BUSY ：編程狀態(tài)指示。高電平表示可以寫入 ， 低電平表示需要等待。 下表為 2817A 的工作方式： 表 2817A的工作方式 Methods of work of 2817A CE OE WE BUSY A10～ A0 D7～ D0 功能說明 1 Ⅹ Ⅹ 高阻 高阻 高阻 靜態(tài)隔離 0 0 1 高阻 輸入地址 輸出數(shù)據(jù) 讀出數(shù)據(jù) 0 1 0 0 輸入地址 輸入數(shù)據(jù) 編程寫入 （ 2） AT89C51 外擴 2817A 的設計 圖 2817A與 AT89C51接口電路圖 Interface circuit of 2817A and AT89C51 13 2817A 與 AT89C51 單片機的硬件連接圖如圖 所示。在圖 中， 2817A 既可作為外部的數(shù)據(jù)存儲器，又可作為程序存儲器。 AT89C51 通過 查詢 2817A 的RDY/BUSY 引腳狀態(tài)來完成對 2817A 的寫操作。 2817A 的片選信號由 提供，在系統(tǒng)中有其他 ROM 和 RAM 存儲器時，需統(tǒng)一考慮編址問題。 連線說明： ①地址線。圖 中， 2817A 的 11條地址線（ A0～ A10，容量為 2K 8 位， 211=2 1024=2K）中的低 8 位 A0～ A7 通過鎖存器 74LS373 與 P0 口連接，高 3 位 A8～ A10直接與 P2 口的 ～ 連接。 ②數(shù)據(jù)線。 2817A 的 8 位數(shù)據(jù)線直接與單片機的 P0口相連。 ③控制線。單片機與 2817A 的控制線連接采用了將外部數(shù)據(jù)存 儲器空間和程序存儲器空間合并的方法，使得 2817A 既可以作為程序存儲器使用，又可以作為數(shù)據(jù)存儲器使用。單片機中用于控制存儲器的管腳有以下三個： PSEN —— 控制程序存儲器的讀操作，執(zhí)行指令的取指階段和執(zhí)行 MOVX A,@A+DPTR 指令時有效； RD —— 控制數(shù)據(jù)存儲器的讀操作，執(zhí)行 MOVX @DPTR,A 和 MOVX @Ri,A 時有效； WR —— 控制數(shù)據(jù)存儲器的 寫操作，執(zhí)行 MOVX A,@DPTR 和 MOVX A,@Ri 時有效。 ④ CE ：直接接地。由于系統(tǒng)中只擴展了一個程序存儲器芯片，因此片選端直接接地，表示 2817A 一直被選中。 ⑤ OE ： AT89C51 的程序存儲器讀選通信號和數(shù)據(jù)存儲器讀信號經(jīng)過“與”操作后，與 2817A 的讀允許信號相連。這樣，只要其中一個有效，就可以對 2817A 進行讀操作。也就是說，對 2817A 既可以看作程序存儲器取指令，也可以看作數(shù)據(jù)存儲器讀出數(shù)據(jù)。 ⑥ WE ：與 AT89C51 的數(shù)據(jù)存儲器寫信號相連，只要執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲器寫操作指令，就可以往 2817A 中寫入數(shù)據(jù)。