【文章內(nèi)容簡介】 初始狀態(tài)開始工作。 對于復位電路，本設計采用上電復位電路，由于 89C51 是高電平復位，因此通過在RESET 端接一個電阻到地，并接一個電容到電源的方式完成上電復位，上電時電源給電容充電，電容導通，因此 RESET 腳就相當于連接到 +5V 電源，開始復位，當電容充電完成后，電容斷開， RESET 腳被下拉電阻鉗位在低電平，則退出復位狀態(tài) [12]。 復位電路設計 圖 ，如圖 32 所示 。 第 9 頁 共 38 頁 圖 32 復位電路設計 圖 傳感 模塊 本 設計中，當 車輪轉動一周時，霍爾傳感器將有一個脈沖的低電平，單片機外部中斷 檢查到傳遞給單片機進行轉速計算 。 傳感器檢測圖 ， 如圖 33 所示 。 圖 33 傳感器檢測示意圖 電路中的霍爾傳感器到單片機的電路設計 圖 ， 如圖 34 霍爾 傳感器接線電路 所示 。 第 10 頁 共 38 頁 圖 34 霍爾 傳感器接 線 電路 電路中所使用的霍爾傳感器為 A44E， 可以檢測磁場及其變化 ， 可在各種與磁場有關的場合中使用 。 霍爾器件以霍爾效應為其工作基礎 。 霍爾器件具有許多優(yōu)點 ， 它們的結構牢固 ， 體積小 ， 重量輕 ， 壽命長 ， 安裝方 便 ， 功耗小 ， 頻率高 (可達 1MHZ)， 耐震動 ， 不怕灰塵 ， 油污 ， 水汽及鹽霧等的污染或腐 [13]。 霍爾線性器件的精度高 ， 線性度好 ； 霍爾開關器件無觸點 ， 無磨損 ， 輸出波形清晰 ， 無抖動 ， 無回跳 ， 位置重復精度高 。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬 ， 可達 55℃ ～ 150℃ ， 非常適合測速使用。 數(shù)據(jù)存儲 模塊 本次設計利用的 Atmel 公司的 AT24C02 作為掉電存儲 器 。 AT24C02 是一個 2K 位串行 CMOS EEPROM， 內(nèi) 部含有 256 個 8 位字節(jié) ， 該器件 通過 IIC 總線接口進行操作 [14]。 可擦除存儲 電路設計圖 ， 如圖 35 所示 ， 圖中 R R3 為 10K 歐姆的上拉電阻，寫保護 (WP)接地，增加抗干擾性能。 第 11 頁 共 38 頁 圖 35 可擦除存儲器 電路設計 圖 顯示模塊 本設計中采用四位一體共陰的數(shù)碼管，數(shù)碼管的位選信號即每個數(shù)碼管的公共端，通過同相電平驅動芯片 74LS07 驅動。由于是共陰的數(shù)碼管，因此當 輸出為高電平時，數(shù)碼管位選位被關閉，當 輸出為低電平時，數(shù)碼管位選位被打開 [15]。數(shù)碼管顯示電路圖 ,如圖 36 所示。 第 12 頁 共 38 頁 圖 36 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機 中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a, b, c, d, e, f, g, dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮 [16]。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示， 這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低 [17]。 第 13 頁 共 38 頁 輸入 模塊 本設計中需要用到七個按鍵，通過行列掃描才驅動鍵盤，由于單片機的內(nèi)部上拉，按鍵沒按下時，處于穩(wěn)定的高電平，當有按鍵按下時，單片機可掃描檢查到低電平。 而不會引起按鍵的誤操作，提高按鍵電路的抗干擾能力 [18]。 鍵盤電路圖， 如圖 37 所示。 圖 37 鍵盤電路 電源模塊 電源電路設計，如圖 38 所示 。 220 V 市電經(jīng) 220 V／ 9 V 變壓器降壓后得到的 9V交流電壓， 變壓器輸出的 9V 電壓經(jīng) 四 個二極管組成 的 橋式整流并電容 濾波 ，再 經(jīng)三端穩(wěn)壓器 7805 得到 +5 V 的電壓 [19]。以作為系統(tǒng)本身的工作電源。 穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成 [20]。 圖 38 電源 電路 設計 第 14 頁 共 38 頁 第 4 章 系統(tǒng) 軟件設計 根據(jù) 硬件各模塊的設計 ， 結合硬件電路實現(xiàn)預計 的 各種功能 再來進行 軟件 部分的設計。 通過軟硬件的結合 ， 達到 分時、分段 計費 的要求。 軟件設計思路 根據(jù)出租車計價裝置的設計功能要求，系統(tǒng)程序必須完成以下任務：弄臺掃描，按鍵掃描處理，時鐘信號產(chǎn)生。 51 單片機實現(xiàn)多任務運行的方法就是分時復用，在程序設計的時候要 相應的分配好各 自 的 CPU 時間 [21]。對通過分析可以看出，動態(tài)掃描、按鍵掃描對時鐘任務可用單片機定時器實現(xiàn)。該程序子程序包括定時子程序，按鍵掃描 顯示子 程序 ，顯示 子 程序。軟件 程序 結構圖 ， 如圖 41 所示。 圖 41 軟件 程序結構圖 程序模塊 主程序 系統(tǒng)在上電復位后，先對 定時器 0和 定時器 1進行設置和賦值，再進行系統(tǒng)各參數(shù)初始化設置，開啟用于顯示模塊的 定時器 0，再進行按鍵掃描，通過鍵處理函數(shù)對各模塊主程序 定時子程序 按鍵掃描子程序 顯示子程序 第 15 頁 共 38 頁 進行控制。在硬件沒有任何觸發(fā)信號時，主 程序進行反復循環(huán)執(zhí)行，并時刻檢測觸發(fā)端口是否有觸發(fā)信號 [22]。 系統(tǒng)初始化完成后 ,啟動時鐘系統(tǒng)隨后進入正常工作狀態(tài)。 系統(tǒng)主程序 流程 圖 ， 如圖 42所示 。 圖 42 系統(tǒng)主程序流程圖 定時子程序 時間子函數(shù)部分主要用于產(chǎn)生時鐘信號，實現(xiàn)對等待計時部分電路的等待計時。該部分主要采用單片機定時器 0 來實現(xiàn) ， 編程時需要對定時器進行各項設置并對計數(shù)器輸入初始值，每次對單片機進行復位時都要重復以上步驟 [23]。在該程序中定時器 0， 工作于方式 1， 16 位 定時方式。 定時 子 程序流程 圖 ， 如圖 43 所示。 開 始 初始化 按鍵掃描 里程輸入 計費處理 結束收費 開始計費 是 啟動計價器 第 16 頁 共 38 頁 圖 43 定時子程序流程圖 按鍵掃描子程序 在本設計中采用了按鍵來切換各種不同狀態(tài)，而系統(tǒng)需要時刻查詢按鍵信息，因此需要采用按鍵掃描來實時查詢按鍵情況，在該程序中單獨編寫了按鍵掃描子程序，在有按鍵信息時進行程序調(diào)用和跳轉，該按鍵掃描子程序中還嵌套了按鍵掃描程序以處理在有客情況下的狀態(tài)切換 [24]。 按鍵掃描子程序流程圖 ， 如圖 44 所示。 開 始 重設定時器初值 數(shù)據(jù)送顯示緩沖單元 位 選 返 回 保護現(xiàn)場 調(diào)用顯示子程序 第 17 頁 共 38 頁 圖 44 按鍵掃描子程序流程圖 顯示子程序 程序利用定時器每 1ms 產(chǎn)生一次中斷，相應變量置位，點亮一個數(shù)碼管，顯示一位數(shù)據(jù)，利用主函數(shù)內(nèi)的循環(huán)，實現(xiàn)動態(tài)掃描顯示，同時根據(jù)數(shù)碼管余輝和人眼暫留現(xiàn)象，即可實現(xiàn)顯示 [25]。 顯示子程序流程圖，如圖 45 所示。 是 否 開 始 等待按鍵 執(zhí)行按鍵功能 結 束 按鍵掃描 消抖延時 有鍵按下？ 第 18 頁 共 38 頁 圖 45 顯示子程序流程圖 主程序設計 //主程序 // void main(void) { timer0_init()。 否 否 否 否 是 是 是 是 開 始 LED 初始化 LED 寫命令 LED 判忙 =0？ 寫完成？ 設置字符位置 寫數(shù)據(jù) 判 忙 =0？ 寫完成？ 結 束 第 19 頁 共 38 頁 IT0 = 1。 EX0 = 1。 if(Read24c02_OneByte(0xff) != 0x55) { Write24c02_OneByte(0x00, 1)。 Write24c02_OneByte(0x01, 2)。 Write24c02_OneByte(0x02, 3)。 Write24c02_OneByte(0x03, 4)。 Write24c02_OneByte(0xff, 0x55)。 } else { price0 = Read24c02_OneByte(0x00)。 price1 = Read24c02_OneByte(0x01)。 price2 = Read24c02_OneByte(0x02)。 price3 = Read24c02_OneByte(0x03)。 } EA = 1。 while(1) { ******************************* 定時子程序 ******************************* 按鍵掃描 子 程序 ******************************* 顯示 子 程序 ******************************* } } 第 20 頁 共 38 頁 第 5 章 出租車計價裝置的調(diào)試 完成系統(tǒng)的硬件軟件設計后， 需要 通過調(diào)試 ，并進行 數(shù)據(jù)測試 ，由測得的數(shù)據(jù) 來驗證上述的設計方案是否達到課題要求的功能及指標 。 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試主要是針對 霍爾計數(shù)， 可擦除存儲器 AT24C02電路， LED驅動，按鍵電路等 等進行檢測 。這一部分硬件調(diào)試主要分成兩大塊：上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試 [26]。 上電前的調(diào)試 在上電前，必須確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。 通過萬用表的檢測 ,沒有發(fā)現(xiàn)短路和斷路的地方，電路基本正常 [27]。 上電后的調(diào)試 在確保硬件電路正常，無異常情況 (斷路或短路 )方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗電路是否接錯，同時還要檢驗原理是否正確 [28]。 霍爾開關檢測部分 觀察測量霍爾信號，用小磁鐵的來回晃動檢查霍爾器件的信號腳的高低電平變化，確定霍爾的好壞，觀察波形是否為標準的方波 [29]。 第 21 頁 共 38 頁 軟硬件聯(lián)調(diào) 里程計價測試 由于試驗條件有限，我們采小磁鐵車輪 ， 每靠近一次，代表走了 一公里，系統(tǒng)自動將當前的單價加到總金額上。 （ 1）當時間設定在早 晨 7 點點 到當日夜晚 23 點 時，里程數(shù)是以 1 公里計算的，假設 單價 在 0～ 3 公里 為 1 元 ， 4~9 公里以上為 2 元 ， 9~20 公里為 3 元 , 21 公里以上為 4元 。 ① 當里程數(shù)行到 3 公里時 ， 數(shù)碼管顯示單 價為 1 元 /km，里程為 3，總價為 3 元； ② 當里程數(shù)行到 4~9 公里時，數(shù)碼管顯示單價為 2 元 /km，總價 為 13+（ X3） 2元； ③ 當里程數(shù)行到 10~20 公里時，數(shù)碼管顯示單價為 3 元 /km，總價為 13 +（ 93）2 +（ X 9） 3 元 ； ④ 當里程數(shù)行到 20 公里以上時，數(shù)碼管顯示單價為 34 元 /km，總價為 13+（ 93）2 +（ 209） 3 +（ X20） 4 元 [30]。 白天價格測試 表， 表 51 所示 ， 測 試條件是：設定白天 0km~3km 是 1 元 ， 4km~9km是 2 元 1， 10km~20km 是 3 元，超 過 20km 后是 4 元。 表 51 白天 價格 測試 表 1km 3km 4km 9km 10km 20km 21km 單價 理論 元 元 元 元 3． 0 元 元 元 實際 元 元 元 元 元 元 元 總金額 理論 元 元 元 元 元 元 元 實際 元 元 元 元 元 元 元 （ 2）當時間設定在 夜晚 23 點 到 早 晨 6 點 日 時， 基 價上浮 20%，為 元。 第 22 頁 共 38 頁 夜間 價格測試表 ， 表 52 所示 ， 測試條件 是 ：設定夜間 0km~3km 是 元 ， 4km~9km是 2 元， 10km~20km 是 3 元，超過 20km 后是 4 元。