【文章內(nèi)容簡介】 形，余下一個 DP 構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)，稱為 8 段 LED。8 段 LED 數(shù)碼管可以顯示 0～9 等 10 個數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)，使用非常廣泛。如圖 7 所示。10圖 7 8 段數(shù)碼管 這類數(shù)碼管可以分為共陽極和共陰極兩種，共陽極就是把所有 LED 的陽極連接到共同接點(diǎn)，而每個 LED 的陰極分別為 a、b、 c、d、e、f、g、dp；共陰極則是把所有 LED 的陰極連接到共同接點(diǎn)，而每個 LED 的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g、dp。如圖 8 和圖 9 所示。圖 8 8 段共陽數(shù)碼管 圖 9 8 段共陰數(shù)碼管通過控制這個公共端，可使該位對應(yīng)的 LED 亮或暗。當(dāng)共陰極端接地或共陽極接高電平，該位顯示器有效，反之無效。本設(shè)計(jì)采用共陰 LED 數(shù)碼管。數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式，本設(shè)計(jì)采用動態(tài)顯示。相比較而言，動態(tài)顯示方式具有低功耗、接口少等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中使用的兩個四位一體數(shù)碼管接 P0 口作為段選，接 P2 口作為位選?？哲嚂r顯示當(dāng)前時間，開始計(jì)價時前四位顯示里程，后四位顯示金額。當(dāng)查詢等待時間時顯示為等待時間。如圖 10 所示。圖 10 數(shù)碼管顯示電路 車速檢測電路本次設(shè)計(jì)選取了霍爾傳感器來進(jìn)行里程檢測。11霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用。霍爾器件以霍爾效應(yīng)為工作基礎(chǔ)?；魻柶骷哂性S多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(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，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕?；魻柶骷譃榛魻栐突魻柤呻娐穬纱箢悾罢呤且粋€簡單的霍爾片，使用時常常需要將獲得的霍爾電壓進(jìn)行放大。后者將霍爾片和它的信號處理電路集成在同一個芯片上。本次設(shè)計(jì)選取了霍爾集成電路來測量里程。里程測量是通過將霍爾傳感器的集成電路安裝在車輪上方的鐵板上，將磁鐵安裝在車輪上，旋轉(zhuǎn)的車輪將磁鐵對準(zhǔn)集成電路時，霍爾傳感器會輸出一個脈沖信號，送到單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)的計(jì)算處理，將行駛的里程送到顯示單元并顯示出來?；魻杺鞲衅骼锍虣z測示意圖如圖 11 所示。圖 11 里程檢測示意圖U18 霍爾傳感器 IC（Integrated Circuit，集成電路）是一種利用霍爾效應(yīng)做成的半導(dǎo)體集成電路器件，它被設(shè)計(jì)在交變磁場中運(yùn)行，特別是能在低電源電壓工作，長時間運(yùn)行溫度范圍高達(dá) 125℃。這種霍爾可用作各種類型的傳感器（速度傳感器、位移傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等等） ，接觸開關(guān)以及相類似的應(yīng)用場合。其工作電壓比較寬（～20V） ，可運(yùn)行在較大的溫度范圍內(nèi)（20℃～125℃）, 其輸出的信號符合 TTL（T ransistorTransistor Logic， 晶 體 管 晶 體 管 邏 輯 ）電平標(biāo)準(zhǔn)，可以直接接到單片機(jī)的 IO 口上，而且其最高檢測頻率可達(dá)到 1MHZ。U18 霍爾傳感器 IC 的外形圖及其工作特性如圖 12(a),(b)所示。其中 BOP 為工作點(diǎn)“開”的磁感應(yīng)強(qiáng)度，BRP 為釋放點(diǎn)“關(guān)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過動作點(diǎn) BOP 時，傳感器輸出低電平，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度降到動作點(diǎn) BOP 以下時，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點(diǎn) BRP 時，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖?。BOP 與 BRP 之間的滯后使開關(guān)動作更為可靠。U18 集成霍耳開關(guān)由穩(wěn)壓器 A、霍耳電勢發(fā)生器(即硅霍耳片)B、差分放大器C、施密特觸發(fā)器 D 和 OC 門輸出 E 五個基本部分組成。在輸入端輸入電壓 VCC，12經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍爾電勢差 VH 輸出，該 VH 信號經(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)施加的磁場達(dá)到工作點(diǎn)（即 Bop）時，觸發(fā)器輸出高電壓（相對于地的電位） ，使三極管導(dǎo)通，此時 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)動作。(a) U18 的外形圖及引腳 (b) U18 的工作特性圖圖 12 U18 霍爾傳感器 IC 的外形及引腳圖及其工作特性圖U18 霍爾傳感器 IC 有 3 個外接端子，2 個是電源的正負(fù)極端子，最后一個是脈沖信號輸出，只要將此信號輸出端接到單片機(jī)的 IO 口端子上便可以實(shí)現(xiàn)距離檢測。其中，單片機(jī)的 （INT0）引腳作為信號的輸入端接收來自傳感器輸出的信號，采用外部中斷 0 進(jìn)行計(jì)數(shù)。車輪每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器就產(chǎn)生一個脈沖信號，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處在磁場中時，霍爾傳感器的輸出端輸出低電平。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動一圈時小磁鐵提供一個磁場，則霍爾傳感器輸出一次低電平完成一次數(shù)據(jù)采集，從而產(chǎn)生信號?；魻杺鞲衅鳈z測并輸出信號到單片機(jī)的 INT0 計(jì)算脈沖輸入端，引起單片機(jī)的中斷，對脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到特定的次數(shù)時，里程就會增加，單片機(jī)對里程進(jìn)行計(jì)算后，通過接口電路將計(jì)算好的結(jié)果傳送到數(shù)碼管并顯示出來。 存儲電路存儲電路的作用是儲存上一次的里程、金額和等待時間。本設(shè)計(jì)采用 Atmel 公司的 AT24C1024 可擦除存儲芯片，采用兩線串行的總線和單片機(jī)通訊，芯片內(nèi)的信息可以在斷電的情況下保存 40 年以上，而且采用 8 腳的 DIP 封裝，使用方便。13存儲電路如圖 13 所示。圖中 RR4 是上拉電阻，其作用是減少 AT24C1024 的靜態(tài)功耗。由于 AT24C1024 的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，采用串口的方式傳送數(shù)據(jù)，所以只用兩根線 SCL（時鐘脈沖）和 SDA（數(shù)據(jù)/ 地址）與單片機(jī) 和 口連接，進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)。圖 13 存儲電路 時鐘顯示電路本設(shè)計(jì)采用基于 DS1302 的時鐘電路，空車時顯示當(dāng)前時間。DS1302 是美國DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時時鐘電路，DS1302 的引腳排列,其中 VCC1 為后備電源，VCC2 為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運(yùn)行。X1 和 X2 是振蕩源，外接晶振。RST 是復(fù)位/片選線，通過把 RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)， SCLK 為時鐘輸入端。 如圖 14 所示。141圖 14 時鐘顯示電路4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)主程序、數(shù)據(jù)處理子程序、等待時間計(jì)時子程序和鍵盤掃描子程序四個模塊，下面對每一塊進(jìn)行介紹。 系統(tǒng)主程序本設(shè)計(jì)中采用了主 程序調(diào)用各個子程序的方法。在 main 函數(shù)編寫 開始，要進(jìn)行初始化，包括對系統(tǒng)初始化和對 硬件設(shè)備進(jìn)行初始化，并使硬件處于就緒狀態(tài)。 在主程序模塊中，需要完成對各接口芯片的初 始化、出租車起價和單價的初始化、中斷向量 的設(shè)計(jì)以及開中斷、循環(huán)等待等工作。系統(tǒng)主 程序流程圖如圖 15 所示。初 始 化開 始數(shù) 據(jù) 處 理鍵 盤 掃 描結(jié) 束等 待 計(jì) 時15圖 15 系統(tǒng)主程序流程圖 數(shù)據(jù)處理子程序每當(dāng)霍爾傳感器輸出一個低電平信號就使單片機(jī)中斷一次，在計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序，里程和金額都相應(yīng)變化，當(dāng)然等待時間也換算成里程（當(dāng)速度小于 5km/h 時，每 5 分鐘相當(dāng)于 1 公 里） 。計(jì)算程序根據(jù)里程數(shù)分別進(jìn)入不同 的計(jì)算公式。如果里程大于 3 公里，則執(zhí) 行公式：金額=（里程3） *單價+8；否則，執(zhí)行公式：總金額=起 步價。數(shù)據(jù)處理子程序流程圖如圖 16 所示。 計(jì) 算 里 程開 始里 程 3公 里金 額 =8元 金 額 =單 價 *（ 里 程 3） +8顯 示 金 額結(jié) 束否是16圖 16 數(shù)據(jù)處理子程序流程圖 等待時間計(jì)時子程序當(dāng)出租車的速度 5km/h 時等待時間開始計(jì)時，并換算成里程，進(jìn)行計(jì)算后顯示等待時間和金額。當(dāng)停止鍵按下時停止計(jì)時和計(jì)費(fèi)并顯示金額，當(dāng)有查詢鍵按下時顯示等待時間，當(dāng)有清除鍵按下時存儲本次金額。等待時間計(jì)時子程序如圖 17 所示。17圖 17 等待時間計(jì)時子程序 鍵盤掃描子程序鍵盤采用查詢的方式，放在主程序中，當(dāng)沒有按鍵按下的時候，單片機(jī)循環(huán)主程序，一旦右按鍵按下，便轉(zhuǎn)向相應(yīng)的子程序處理，處理結(jié)束再返回。鍵盤掃描子程序流程圖如圖 18 所示。開 始停 止 鍵 按下 ？Sped5公里 /小 時 ？開 始 計(jì) 時 ， 并顯 示 停 止 計(jì) 時 ， 開 始計(jì) 路 程停 止 計(jì) 時 ， 計(jì) 費(fèi) ，顯 示 金 額查 詢 鍵 按 下 ？存 儲 本 次 金 額清 除 鍵 按 下 ？顯 示 等 待 時 間結(jié) 束 是否是否否 是是 否18圖 18 鍵盤掃描子程序開 始功 能 鍵 按下 ？單 雙 程 設(shè) 置切 換 鍵 按下 ？切 換 單 雙 程確 認(rèn) 鍵 按下 ？空 車 指 示 滅 ， 開 始計(jì) 價 計(jì) 時 ， 顯 示 里程 ， 金 額停 止 鍵 按下 ？結(jié) 算 金 額 顯 示顯 示 時 間 查 詢 鍵 按下 ？顯 示 等 待 時 間與 里 程 清 除 鍵 按下 ？存 儲 金 額查 詢 鍵 按下 ？顯 示 上 次 金 額結(jié) 束否是否是 是否 是 否是是否否 否是195 系統(tǒng)運(yùn)行的 Proteus 仿真與測試設(shè)計(jì)仿真中采用輔助軟件 Keil uVision3 對程序進(jìn)行編譯，從而生成 Proteus中單片機(jī)能夠讀取并載入的“.hex”文件。 “.hex”文件生成界面如圖 19 所示。圖 19 “.hex”文件生成界面在 Proteus 軟件中畫出仿真電路，另外為了將注意力集中在單片機(jī)對系統(tǒng)的控制上，將車速檢測電路有傳感器輸出的信號簡化為用一個脈沖信號源替代，通過改變脈沖頻率模擬車速變化。把 Keil uVision3 編譯后生成的“.hex”導(dǎo)入到單片機(jī)中，進(jìn)行仿真。下面對系統(tǒng)的幾種主要狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)行測試。 空車狀態(tài)空車狀態(tài)時，空車指示燈亮，數(shù)碼管顯示當(dāng)前時間。空車狀態(tài)仿真電路及其顯示如圖 20 所示。20圖 20 空車狀態(tài)仿真電路 單雙程模式切換按下功能鍵，進(jìn)入單雙程選擇模式。如圖 21 和圖 22 所示。數(shù)碼管顯示單價，數(shù)字前帶負(fù)號表示當(dāng)前單價。圖 21 單程模式仿真電路21圖 22 雙程模式仿真電路模式選定后按確認(rèn)鍵進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，空車指示燈滅，該模式對應(yīng)的指示燈亮（雙程亮，單程不亮） 。數(shù)碼管前四位顯示里程，后四位顯示金額。以雙程模式運(yùn)行狀態(tài)為例，如圖 23 所示。圖 23 雙程模式運(yùn)行狀態(tài)仿真電路22 等待模式當(dāng)車速小于 5km/h，系統(tǒng)進(jìn)入等待模式，等待指示燈亮，數(shù)碼管顯示等待時間。如圖 24 所示。圖 24 等待模式仿真電路 查詢模式當(dāng)?shù)竭_(dá)終點(diǎn)后，按下停止鍵，系統(tǒng)停止運(yùn)行，此時按查詢鍵可查詢總等待時間、再按下該鍵回到顯示里程和金額狀態(tài)，查詢指示燈亮。如圖 25 所示。圖 25 查詢狀態(tài)仿真電路23交易完成之后，按下清除鍵，系統(tǒng)回到空車狀態(tài)，空車指示燈亮，數(shù)碼管顯示當(dāng)前時間。 仿真時由于軟件本身存在延時等現(xiàn)象，所以顯示結(jié)果可能存在誤差，但并不影響該系統(tǒng)的功能。仿真結(jié)果表示該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的全部功能要求。246 結(jié)束語在本次設(shè)計(jì)中，我采用了 AT89S52 芯片為核心器件，結(jié)合復(fù)位電路、晶振電路、獨(dú)立鍵盤電路、指示燈電路、數(shù)碼管顯示電路、車速檢測電路、存儲電路、時鐘顯示電路等外部電路，設(shè)計(jì)出了一個簡易計(jì)程車?yán)锍瘫硐到y(tǒng)。利用 C 語言編程，編譯后寫入單片機(jī)中，通過仿真和調(diào)試之后，系統(tǒng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)顯示當(dāng)前時間、等待時間、金額和里程，按鍵控制，空車指示等多種功能。雖然還存在一些誤差，但還是達(dá)到了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。成功設(shè)計(jì)出了一個多功能的簡易計(jì)程車?yán)锍瘫硐到y(tǒng)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我的體會頗多。選題后，我便開始復(fù)習(xí)電子信息專業(yè)各方面的知識，也查閱了很多相關(guān)資料，同時也學(xué)習(xí)仿真軟件 Proteus 和編程軟件 Keil uVision3。的使用。由于我以前大都采用匯編語言來編程，而對這次用 C 語言來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的編程還不太熟練，所以也花費(fèi)了一些時間來熟悉 C 語言的編程。復(fù)習(xí)了一段時間的理論知識后，我便開始著手設(shè)計(jì)方案，通過比較，最終確定了利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)里程表的計(jì)程計(jì)費(fèi)。方案確定后，我便分模塊設(shè)計(jì)了系統(tǒng)原理圖；軟件方面，繪制了流程圖，并利用 C 語言編寫了全部程序。軟硬件均設(shè)計(jì)完成之后，我通過 Proteus 軟件對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。通過幾個月的努力，我最終完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。本次設(shè)計(jì)我學(xué)習(xí)到了不少知識，但由于自己的理論知識水平有限，實(shí)踐知識和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，在設(shè)計(jì)過程中難免存在一些問題，尚有許多不足，個別功能還不能很好的實(shí)現(xiàn)，實(shí)物制作并沒有完成。下一步的工作，是對計(jì)程車計(jì)價器的功能和實(shí)用性方面進(jìn)一步完善，并完成實(shí)物的制作，真正做成有實(shí)用價值的應(yīng)用儀器。懇請各位老師批評指正，以使我在以后的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中加以改進(jìn)和提高。25參考文獻(xiàn)[1] Proteus 的電路設(shè)計(jì)與仿真[J].,第 19 期.Dai circuit design and simulation [J]. Modern electronic ,. (in Chinese) [2] [J]., 第 286 期. Liu WenXiu .Microcontroller Application System Simulation [J]. Modern electro