【文章內(nèi)容簡介】 WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 P0口有 二 個功能： 外部擴(kuò)展存儲器時，當(dāng)做數(shù)據(jù) /地址總線 。 不擴(kuò)展時，可做一般的 I/O 使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應(yīng)在外部接上 拉電阻。 P1口只做 I/O 口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。 P2口有兩個功能： 畢業(yè)設(shè)計 第 頁 4 擴(kuò)展外部存儲器時，當(dāng)作地址總線使用 。 做一般 I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻 。 P3 口有兩個功能：除了作為 I/O 使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置 。 圖 AT89S51 引腳 圖 圖 AT89S51 封裝圖 設(shè)計中用到的單片機(jī)各管腳 (圖 )功能介紹如下： VCC:接 +5V 電源。 VSS:接地。 時鐘引腳： XTAL1 和 XTAL2 兩端接晶振和 30PF 的電容，構(gòu)成時鐘電路。 它可以使單片機(jī)穩(wěn) 定可靠的運行。 RST:復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)在此引腳加兩個機(jī)器周期的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。 :接啟動 /停止按鍵，控制計價。 :接功能鍵。 :接清零鍵。 P0口接數(shù)碼管段選端， P2口接驅(qū)動芯片。 (T0):接模擬開關(guān)按鍵， 替代了出租車計價器中的霍爾傳感器。 、 口接掉電保護(hù)電路。 硬件 電路設(shè)計 按下計價按鍵時，顯示起步價和起步里程范圍，這些在程序中設(shè)置；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 進(jìn)行計價。 本設(shè)計中 ，起步價為 4元，起步里程為 2公里， 當(dāng)然這些數(shù)據(jù)可以在程序中改寫，以滿足不同時期價格調(diào)整的需要。下圖是通過在 Keil C 中編譯通過，并生成 Hex 文件，在 PROTEUS畢業(yè)設(shè)計 第 頁 5 中仿 真通過的整體硬件原理圖： 圖 硬件原理圖 硬件組成 硬件 組成 主要包括：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。 驅(qū)動電路 74LS245 是我們常用的芯片，用來驅(qū)動 led 或者其他的設(shè)備 。 總線驅(qū)動器 74LS244 和74LS245 經(jīng)常用作三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器， 74LS244 為單向 三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，而 74LS245 為雙向 三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器。 本設(shè)計用 74LS245 作為驅(qū)動芯片，雙向總線發(fā)送器 /接收器 (3S)。 圖 驅(qū)動芯片管腳圖 畢業(yè)設(shè)計 第 頁 6 74LS245 主要電器特性的典型值如下 : 引出端符號 : A A 總線端 B B 總線端 /G 三態(tài)允許端 (低電平有效 ) DIR 方向控制端 功能表： 表 功能表 利用 74LS245 來驅(qū)動數(shù)碼管顯示，單片機(jī)的 到 分別接 A0到 A5管腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，其中 AB/BA接高電平，控制數(shù)據(jù)從 A 到 B 進(jìn)行傳送， B0 到 B5 分別接數(shù)碼管的位選端，驅(qū)動數(shù)碼管依次顯示。 到 的數(shù)據(jù)通過 A 傳送到 B 中的數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管，以達(dá)到顯示 數(shù)據(jù)信息 的目的 。 顯示電路 多數(shù)的應(yīng)用系統(tǒng) ,都要配輸入和輸出外設(shè) ,LED顯示器和 LCD顯示器 ,雖然 LCD顯示效果比較好 ,已經(jīng)成為了一種發(fā)展趨勢 ,但為了節(jié)約成本 ,我們選用了 LED 顯示器 （ 圖 ） 。 在顯示方面，我們選用了動態(tài)顯示。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 口線比較 多，在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動態(tài)顯示方式。利用動態(tài)顯示的方法，由于 LED 顯示器的余輝和人眼的視覺暫留現(xiàn)象，只要每位顯示 的時間間隔足夠短，就 仍能感覺 到 所有的數(shù)碼管都在顯示。 為了簡化硬件，通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由一個 8 位 I/O 口控制，在同一時刻，只讓一位選通，如此循環(huán)，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。 畢業(yè)設(shè)計 第 頁 7 圖 LED 數(shù)碼 管 圖 集成數(shù)碼管 LED 數(shù)碼有共陽和共陰兩種，把這些 LED 發(fā)光二極管的正極接到一塊（一般是拼成一個 8 字加一個小數(shù)點）而作為一個引腳，就叫共陽的，相反的，就叫共陰的，那么應(yīng)用時這個腳就分別的接 VCC 和 GND。再把多個這樣的 8 字裝在一起就成了多位的數(shù)碼管了。 在本設(shè)計仿真中使用的是 6個一組的共陰 8 段數(shù)碼管（ 圖 ） 。 找公共共陰和公共共陽 的方法： 首先我們找個 電源 |穩(wěn)壓器 （ 3到 5伏）和 1個 1K（幾百歐的也行）的 電阻 ， VCC 串接個電阻后和 GND 接在任意 2 個腳上，組合有很多，但總有一個 LED 會發(fā)光的 ， 找到一個就夠了 ， 然后用 GND 不動， VCC（串電阻）逐個碰剩下的腳，如果有多個 LED（一般是 8 個），那 它就是共陰的了。 共陰極數(shù)碼管，陰極接 地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，對應(yīng)的段就 顯示。 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路實現(xiàn)的 , 復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。上電 自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。除了上電復(fù)位外 還需要按鍵手動復(fù)位 （圖 ） 。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。 其中電平復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 VCC 接通而實現(xiàn)的。 單片機(jī)的復(fù)位速度比外圍 I/O 接口電路快 為 能夠 保證系統(tǒng)可靠 的 復(fù)位，在初始化程序中應(yīng)安排一定的復(fù)位延遲時 間。 圖 復(fù)位 電路 畢業(yè)設(shè)計 第 頁 8 掉電保護(hù)電路 掉電保護(hù)電路中采用了存儲芯片 AT24C02。 AT24C02 是一個 CMOS 標(biāo)準(zhǔn)的 EEPROM 存儲器，是 AT24CXX 系列（ AT24C01/02/04/08/16）成員之一，這些 EEPROM 存儲器的特點是功耗小、成本低、電源范圍寬，靜態(tài)電源電流約30uA～ 110uA，具有標(biāo)準(zhǔn)的 I2C總線接口，是應(yīng)用廣泛的小容量存儲器之一。 圖 2． 9 AT24C02 引腳圖 上圖是 AT24C02 的引腳圖，這個芯片是一個 8 腳芯片，內(nèi)部存儲器有 256 字節(jié)。 引腳功能介紹如下： A0（引腳 1）：器件地址的 A0 位，是器件地址的最低位，器件地址排列是 A6 A5 A4 A3A2 A1 A0 R/W。 A1（引腳 2）：器件地址的 A1 位。 A2（引腳 3）：器件地址的 A2 位。 GND（引腳 4）：地線。 SDA（引腳 5）：數(shù)據(jù)總線引腳。 SCL（引腳 6）： 時鐘總線引腳。 TEST（引腳 7）：測試引腳。 Vcc（引腳 8）：電源線引腳。 本設(shè)計采用掉電存儲電路圖如下： 圖 畢業(yè)設(shè)計 第 頁 9 時鐘電路 MCS51單片機(jī)的各功能部件都是以時鐘控制信號為基準(zhǔn)，內(nèi)部電路在時鐘信號的控制下，嚴(yán)格地按時序執(zhí)行指令進(jìn)行工作，單片機(jī)本身如同一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證其各個部分同步工作，電路要在唯一的時鐘信號控制下，嚴(yán)格地按照時序進(jìn)行工作。其實只需在時鐘引腳連接上外圍的定時控制元件，就可以構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 為更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，諧振器 和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。 本設(shè)計中使用的振蕩電路，由 12MHZ 晶體振蕩器和兩個約 30PF 的電容組成，在 XTAL1和 XTAL2 兩端跨接晶體，電容的大小不會影響振蕩頻率的高低。在整個系統(tǒng)中為系統(tǒng)各個部分提供基準(zhǔn)頻率，以防因其工作頻率不穩(wěn)定而造成相關(guān)設(shè)備的工作頻率不穩(wěn)定，晶振可以在電路中產(chǎn)生振蕩電流，發(fā)出時鐘信號。 如圖 所示。 圖 時鐘電路 按鍵電路 按鍵控制電路中，單片機(jī)的 管腳接啟動 /停止按鍵，通過軟件編程， 當(dāng)按下按鍵計數(shù)器開始工作，開始計價；當(dāng)彈起按鍵時，計數(shù) 器停止工作，停止計價，啟動 /停止按鍵帶自鎖功能。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。清零按鍵接單片機(jī)的 管腳，按下清零按鍵， 為低電平，調(diào)用清零子程序，用于將顯示數(shù)據(jù)清零，在程序中給各位賦 0代碼（ 0x3f），以達(dá)到清零的目的，方便下次計價。 另外為功能鍵，控制價格調(diào)整，這個按鍵是在沒有按下啟動 /停止按鍵時有作用，計價過程中無效。 圖 按鍵電路 畢業(yè)設(shè)計 第 頁 10 第 3 章 系統(tǒng) 軟件設(shè)計 軟件總體設(shè)計 51單片機(jī)的程序設(shè)計 語言主要有兩種：一是匯編程序設(shè)計；二是 C語言編程設(shè)計。兩種程序設(shè)計語言都有各自的優(yōu)點。用匯編語言編寫和高級語言 (C 語言 )比較起來節(jié)省空間，這樣對于存儲空間僅 4Kb的芯片來說是極之有利的， 51 單片機(jī)能更高速的運行。 C語言編寫的程序，雖然不象匯編那樣速度快、但程序簡單易行、并且需要較小的存儲空間。 C 語言作為一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。此外， C 語言程序還具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計方法提供了有力的保障。因此，使用 C 語言進(jìn)行程序設(shè)計已成為軟 件開發(fā)的 主流。 本設(shè)計就是采用 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。 系統(tǒng)程序 設(shè)計 本設(shè)計中，軟件設(shè)計采用模塊化操作，利用各個模塊之間的相互聯(lián)系，在設(shè)計中采用主程序調(diào)用各個子程序的方法，使程序通俗易懂，我們設(shè)計了整體程序流程圖。 在 main 函數(shù)編寫開始，要進(jìn)行初始化，包括對系統(tǒng)初始化和對存儲器初始化，要對硬件設(shè)備進(jìn)行初始化，并使硬件處于就緒狀態(tài)。 通過判斷是否計費，調(diào)價，清零等狀態(tài)，來分別調(diào)用不同的子程序，使程序在設(shè)計之前，就有了很強(qiáng)的邏輯關(guān)系。 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，最后數(shù)碼管根據(jù)輸入的信息，來顯示不同的數(shù)據(jù)信息，這就達(dá)到了軟件控制硬件，同時輸入信息控制輸出信息的目的。 畢業(yè)設(shè)計 第 頁 11 整個程序的流程圖如下： 圖 系統(tǒng)程序流程圖 N N Y 結(jié)果顯示 判斷是否進(jìn)入調(diào)價模式 判斷是否 開始計費 進(jìn)入調(diào)價模式 調(diào)用計費子程序 判斷是否停止鍵按下 N Y 開顯示 N 初始化 清顯示單價復(fù)位 Y 畢業(yè)設(shè)計 第 頁 12 第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng) 調(diào)試包括軟件調(diào)試和硬件調(diào)試。硬件調(diào)試的任務(wù)是排除所焊接電路故障。 軟件調(diào)試是利用 開發(fā)工具進(jìn)行在線仿真調(diào)試。 調(diào)試的一般過程如圖 所示： 圖 系統(tǒng)調(diào)試流程圖 系統(tǒng)調(diào)試的一般過程是上電運行后觀察其運行狀態(tài)，數(shù) 碼管是否點亮等。 軟件調(diào)試先是各個模塊、各個子程序分別調(diào)試，最后進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試 。 軟件調(diào)試 編程工具 — C51 語言 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。近年來，隨著 C51 語言的編譯器性能的不斷提高，在絕大多數(shù)應(yīng)用環(huán)境下， C51 程序的執(zhí)行效率已經(jīng)非常接近匯編語言，因此，使用 C51 進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計已經(jīng)成為單片機(jī)程序設(shè)計的主流選擇 之一。 程序調(diào)試工具 — KEIL 本 設(shè)計的軟件都是在 Keil μ Vision 上進(jìn)行編寫，編譯，調(diào)試以及運行操作。 畢業(yè)設(shè)計 第 頁 13 單片機(jī)