【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 路 單片機(jī)最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)于 AT89C51單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路、復(fù)位電路等。 它們 是 AT89C51工作所需的最簡(jiǎn)外圍電路。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖 24所示 。 圖 24 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 A44E 霍爾傳感器 A44E 霍爾傳感器簡(jiǎn)介 A44E霍爾傳感器 是一種磁傳感器?？梢詸z測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。以 霍爾 效應(yīng)為其工作基礎(chǔ)。它結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高，耐震動(dòng)不怕一些污染和腐蝕，而且精度高工作溫度范圍寬。這種霍爾元件大量用于直流無刷電機(jī)和測(cè)磁儀表。 A44E集成霍爾開關(guān)由穩(wěn)壓器Ａ，霍爾電勢(shì)發(fā)生器（即硅霍爾片） B，差分放大器 C，施密特觸發(fā)器 D和 OC門輸出 E五個(gè)基本部分組成。 （ a） 1—VCC 2—GND （ b） 3—OUT 圖 25 集成霍爾開關(guān)外形及引線 6 在輸入端 輸入電壓 VCC，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢(shì)發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處在磁場(chǎng)中時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會(huì)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差 VH輸出，該 VH信號(hào)經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成 為方波輸送到 OC門輸出。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到工作點(diǎn)（即 Bop）時(shí)，觸發(fā)器輸出高電壓（相對(duì)于地電位），使三極管導(dǎo)通，此時(shí) OC門輸出端輸出低電壓，三極管截止，使 OC門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān)。這樣兩次電壓變換，使霍爾開關(guān)完成了一次開關(guān)動(dòng)作。 集成開關(guān)型霍爾傳感器原理 如 圖 26所示 。 圖 26 集成開關(guān)霍爾傳感器原理 里程計(jì)算、計(jì)價(jià)單元設(shè)計(jì) 里程計(jì)算是通過安裝在車輪上的霍爾傳感器 A44E 檢測(cè)到的信號(hào)，送到單片機(jī)，經(jīng)處理計(jì)算，送給顯示單元的，其原理如圖 27 所示。 圖 27 傳感器測(cè)距示意圖 由于 A44E 屬于開關(guān)型的霍爾傳感器件，其工作電壓范圍比較寬 （ ～ 18V），其 輸出的信號(hào)符合 TTL 電平標(biāo)準(zhǔn)，可以直接接到單片機(jī) 的 I/O 端口上，而且其最高檢測(cè)頻率可達(dá)到 1MHZ。 我們選擇了 口作為信號(hào)的輸入端，內(nèi)部采用外部中斷 0（這樣可以減少程序設(shè)計(jì)的麻煩），車輪每轉(zhuǎn)一圈，霍爾開關(guān)就檢測(cè)并輸出信號(hào)，引起單片機(jī)的中斷，對(duì)脈 沖 計(jì)數(shù)， 7 當(dāng) 計(jì)數(shù) 達(dá)到 1000 次時(shí)，也就是 1 公里，單片機(jī)就控制將金額自動(dòng)的增加，其計(jì)算公 式 :當(dāng)前單價(jià) 公里數(shù) =金額。 由于在仿真過程中不能直接用霍爾傳感器，所以仿真時(shí)使用了 系統(tǒng)中 的 頻率來 模擬 霍爾 傳感器脈沖。 仿真時(shí)共用了四個(gè)不同頻率的脈沖模擬傳感器脈沖。 液晶顯示簡(jiǎn)介 LM016L是一款較常用的液晶。通常有 16條引腳線，其中有 8位數(shù)據(jù)總線 D0D7，和 RS、R/W、 EN三個(gè)控制端口， 還有兩個(gè)腳為背光源正負(fù)極， 工作電壓為 5V。 液晶顯示原理： 液晶顯示的原理是利用液晶的物理性質(zhì)，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就可顯示出圖形。液晶顯示具有厚度薄，使用于大規(guī)模集成電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，目前已被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，例如便攜式電腦，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)， PDA移動(dòng)通信工具等。 引腳如下： 第 1腳： VSS為地 第 2腳： VDD接 5V正電源 第 3腳： V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K的電位器調(diào)整對(duì)比度 ,或直接通過一個(gè)電阻到地 . 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 5腳： RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS和 RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平 RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS為高電平 RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6腳： E端為使能端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15～ 16腳： 背光源正負(fù)極 。 時(shí)鐘芯片 DS1302 DS1302 的簡(jiǎn)介 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)～ 。采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 內(nèi)部有一個(gè) 318 的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄 存器。 DS1302 的 管腳如圖 28 所示 。 8 圖 28 DS1302 管腳 引腳介紹： VCC1—— 后背電源 VCC2—— 主電源 X1， X2—— 振蕩源 RST—— 復(fù)位 /片選線 DS1302 的 電路 在 DS1302 電路（如圖 29） 中， VCC2 是主電源， VCC1 是后備電源。當(dāng)主電源關(guān)閉時(shí)，后背電源 同樣能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。 DS1302 由 VCC1 或 VCC2 中的電壓較大的一個(gè)供電。 RST 的輸入有兩種功能：首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng) RST 為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì) DS1302 進(jìn)行操作。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，就會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在 VCC≥ 之前， RST 必須保持低電平。只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將 RST 置為高電平。 圖 29 DS1302 電路 DS1302 的控制字節(jié) DS1302 的控制字節(jié)的最高有效位 (位 7)必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302 中，位 6 如果為 0， 則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 RAM 數(shù)據(jù) 。位 5至位 1 指示操作單元的地址 。最低有效位 (位 0)如為 0 表示要進(jìn)行寫操作，為 1 表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 1 RAN/CK A4 A3 A2 A1 A0 RAN/K 圖 210 DS1302 的控制字節(jié) 9 3 軟件平臺(tái) Proteus ISIS 仿真軟件簡(jiǎn)介 Proteus ISIS 是一種操作簡(jiǎn)便而又功能強(qiáng)大的原理圖編輯工具，它運(yùn)行于 Windows 操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)有： (1)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī) 仿真和 SPICE 電路仿真的結(jié)合 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)仿真、 RS232 動(dòng)態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真等功能 。 (2)支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真 目前支持的單片機(jī)類型有 68000 系列、 8051 系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片。 (3)提供軟件調(diào)試功能 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(shí)可以觀察各個(gè)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 。 (4)具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能 目前支持的單片機(jī)類型有： 68000 系列、 8051 系列、 AVR 系列、 PIC12 系 列等。 Proteus ISIS 的仿真步驟 Proteus 仿真時(shí)，單片機(jī)需要加載程序，加載程序?yàn)?.HEX 文件。在 Proteus ISIS 中，選中 AT89C51 并單擊鼠標(biāo)左鍵，對(duì) AT89C51 進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置單片機(jī)時(shí)鐘頻率為 12MHz，按照正確的文件路徑加載 .HEX 文件 ， 對(duì)單片機(jī)設(shè)置完畢后就可以開始仿真了。 Proteus ISIS仿真界面如 圖 31 所示。 圖 31 Proteus ISIS 仿真界面 10 運(yùn)行 Proteus 程序后，進(jìn)入軟件的主界面。通過左側(cè)工具欄中的 P(從庫中選擇元件命令 )命令，在 Pick Devices 左側(cè)窗口中選擇所需元件的關(guān)鍵字，然后放置元件并調(diào)整方向和位置以及參數(shù)設(shè)置。元件的選取界面如圖 32 所示 。 圖 32 元件選取界面 Keil uVision2 調(diào)試軟件 Keil uVision2 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容 單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng) C 語言 的語法來開發(fā)， 提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具， 與 匯編 相比， C 語言在功能 性 、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有 明顯的優(yōu)勢(shì) 。 Keil uVision2 的使用流程 如圖 33 所示 。 圖 33 Keil的基本使用流程 11 Keil uVision 軟件的調(diào)試界面如圖 34 所示 。 圖 34 Keil uVision2 程序調(diào)試界面 本設(shè)計(jì)利用 軟件 Keil uVision2， 在新建 Keil 項(xiàng)目時(shí)選擇 AT89C51 單片機(jī)作為 CPU，將源程序?qū)?， 在 “Options For Target”對(duì)話窗口中 ， 選中 “Output”選項(xiàng)中的 “Create HEX File”， 在 編譯鏈接后就可以生成 .HEX 文件 。 此文件的選取界面如圖 35 所示 。 圖 35 可執(zhí)行的 .HEX 文件的選取界面 12 4 軟 硬 件設(shè)計(jì) 電路的總體設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)方案 如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)用的是傳統(tǒng)的數(shù)字電路或者模擬電路的話，那么可用的顯示器就只能是 LED 顯示， VFD 顯 示，分段式數(shù)碼管等這些傳統(tǒng)的顯示器，這樣的話，僅顯示電路框圖和實(shí)際電路就已經(jīng)非常得復(fù)雜，整體電路更是非常的麻煩。此外，當(dāng)進(jìn)行計(jì)費(fèi)模式切換時(shí)所 用的按鍵是機(jī)械按鍵，而機(jī)械按鍵用久了很容易老化，會(huì)造成接觸不良，容易導(dǎo)致功能不易實(shí)現(xiàn)。與此相比，單片機(jī)的功能就強(qiáng)大很多，只需用較少的硬件和少量的軟件就可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的設(shè)計(jì)要求，還可以添加更多的其他功能，靈活性很強(qiáng)，計(jì)費(fèi)模式切換通過軟件就可輕易實(shí)現(xiàn)，避免了因機(jī)械開關(guān)的老化而造成的潛在危險(xiǎn)。 因此本電路以 AT89C51 單片機(jī)為中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)出租車路程的統(tǒng)計(jì)，輸出采用液晶顯示器 LM016L。 計(jì)價(jià)器總體設(shè)計(jì)圖 圖 41 計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)原理框圖 單 片 機(jī) 顯示電路 設(shè)置電路 時(shí)鐘電路 復(fù)位設(shè)置 獨(dú)立按鍵 輸入脈沖 13 圖 42 計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)原理圖 原理圖功能分析： 本設(shè)計(jì)一共采用了四個(gè)頻率開關(guān)，每個(gè)開關(guān)對(duì)應(yīng)的頻率分別為 5Hz,50Hz,150Hz，211Hz，這些頻率是采用 系統(tǒng)中 的頻率來 模擬的 霍爾 傳感器脈沖。 當(dāng)選擇低于 10Hz 的頻率的時(shí)候，所表示的是出租車停止行駛，此時(shí)采用的 是 計(jì) 時(shí) 收費(fèi)模式，即 100s 按照 1km收費(fèi)， 1km收費(fèi) 元，起步價(jià)為 6 元（含 3km）。 當(dāng)選擇 50Hz， 150Hz， 211Hz 時(shí)，表示出租車分別行駛在中速，高速，超高速的行駛狀態(tài)下，這是計(jì)價(jià)器的收費(fèi)為計(jì)價(jià)收 費(fèi)，起步價(jià)為 6 元（含 3km），行駛 1km收費(fèi) 元。 時(shí)間顯示部分是用 DS1302 為時(shí)間基準(zhǔn)計(jì)時(shí)的， N 鍵和 P 鍵是調(diào)整時(shí)間的導(dǎo)航鍵， N鍵是順序， P 鍵是倒序， + 鍵和 鍵是調(diào)節(jié)時(shí)間和日期的， E/C 鍵是選擇時(shí)間顯示還是計(jì)費(fèi)顯示的按鍵。 Pause 鍵是暫停計(jì)費(fèi)的按鍵，當(dāng)出租車正在行駛的過程中，也就是說計(jì)價(jià)器正在計(jì)價(jià)的時(shí)候，按下該按鍵，計(jì)費(fèi)就會(huì)停止。 4. 2 計(jì)價(jià)器系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 4. 主程序模塊 在主程序模塊設(shè)計(jì)中，要設(shè)置啟動(dòng) /清除標(biāo)志寄存器、里程寄存器，然后對(duì)它們進(jìn)行初始化，這時(shí)，主程序就會(huì)根據(jù)需要完 成啟動(dòng)、清除、計(jì)程等各種操作。初次之外還要對(duì)各接口芯片初始化，對(duì)中斷向量的設(shè)計(jì)，開中斷和循環(huán)等待的工作。 14 4. 定時(shí)中斷服務(wù)程序 在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，每 1ms 就會(huì)產(chǎn)生一次中斷，當(dāng)產(chǎn)生 1000 次中斷的時(shí)候，也就是一秒，然后把數(shù)據(jù)送到相應(yīng)的顯示緩沖單元，并調(diào)用顯示子程序即可顯示。 4. 液晶驅(qū)動(dòng)程序 主程序的實(shí)現(xiàn)是用 LCD 驅(qū) 動(dòng)，系統(tǒng)初始化時(shí)涉及的硬件、鍵盤的控制，根據(jù)按鍵來啟動(dòng)或者停止里程的測(cè)量，然后調(diào)用用戶界面程序定時(shí)更新日期和時(shí)間的顯示，及時(shí)的更新價(jià)格、里程、費(fèi)用等一些信息顯示，文本、圖形 顯示等功能。 4. 計(jì)價(jià)管理程序 計(jì)價(jià)管理程序主要 作用 是對(duì) 脈沖的計(jì)量 并 轉(zhuǎn)換為公里數(shù)， 計(jì)算出所需費(fèi)用，同時(shí)， 測(cè)出 出租車的行駛速度，統(tǒng)計(jì)低速行駛的時(shí)間 和費(fèi)用，并把檢測(cè)到的結(jié)果傳送給液晶顯示器，及時(shí)的