【正文】 步價格的里程。此外，在主程序模塊之中還需要對里程寄存器和價格寄存器、設置啟動 /清除標志寄存器進行設置和初始化。 VI1VO3GND2U17 8 0 5C40 .3 3 u FC50 .1 u FR11 0 kD1L E D+ 5 V12P1Hea d e r湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 19 第四章 軟件設計 根據(jù)出租車計價器的功能，在這次設計中，將系統(tǒng)分為六大模塊，分別為：主程序模塊、里程中斷程序模塊、定時中斷程序模塊、中途等待服務程序模塊、顯示子程序 服務程序模塊、鍵盤服務程序模塊。 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 18 圖 電源模塊設計圖 在上圖 中，因為出租車上的車載電源為 +12V，所 以 P1 為 +12V 電壓輸出， U1為 7805 穩(wěn)壓管，將 +12V 的電壓穩(wěn)壓到 +5V,C4 為 ， C5 為 ,它們是匹配電容，起濾波作用，具體表現(xiàn)為 C4為去耦（濾除輸入信號的干擾）， C5為旁路（濾除輸出信號的高頻噪聲）。 電源電路的設計 考慮到單片機所需要的工作電壓是 +5V 電壓，而由于計價器的工作條件不是很好，它需要有抗電磁干擾、抗潮濕、抗高低溫、抗振動等能力，尤其是在電源方面的干擾，例如在出租車啟動的時候，由于電瓶充電、發(fā)動機打火等操作會造成輸入計價器的電源不能穩(wěn)定在 +5V，所以出租車提供的電壓是 +12V 電壓，因此需要采用具有濾波功能的電源穩(wěn)壓芯片 7805 使之得到穩(wěn)定的 +5V 輸出電壓，以此來保證整個出租車計價器系統(tǒng)能夠在額定電壓下正常工作。 RS T5S CL K7I /O6X12X23V CC 18V CC 21U1DS 1 3 0 2湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 17 電路設計 時鐘電路一般由晶體振蕩器、晶振控制芯片、和電容組成，所以我們可以將時鐘電路設計如圖 所示。 之前 ,RST 必須保持低電平。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。 RST 有兩種功能 控制輸入 ， 第一 ， RST 接通邏輯 控制 ，允許 命令序列 /地址 送入移位寄存器； 第二 ， RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。 VCC2:備份電源。 DS1302 的外部引腳 圖 如圖 。 DS1302 工作時功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時，功耗小于 1mW。 它所顯示的時間格式（ 24 小時或者 12小時）是通過 AM/PM 的標準位來進行時鐘操作決定的 。實時時鐘可 以 提供 時、分 、 秒、 日、 年、月、星期 ， 如果有 一個月 的天數(shù) 小于 31天 的時候，還 可以自動 的進行 調整， 而 且 還 具有閏年補償功能S1S2S3S4R11 0 kR21 0 kR31 0 kR41 0 kG ND+ 5 V湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 16 [23]。 時鐘電路的設計 DS1302 簡介 DS1302 是 一種實時時鐘芯片，由 美國 DALLAS 公司推出的 ，具有 高性能、低功耗的特點 ， 它 附加 31 Byte 靜態(tài) RAM， 這種芯片能夠給單片機系統(tǒng)提供精確的時間與日期顯示 。當遇上紅燈、堵車等情況時，按下此鍵，開始中途等待計費。因為白天和晚上的單價信息有所不同，等到夜班時，可以按下此鍵對單價信息進行切換?？梢园创随I對出則車計價器進行功能設定。出租車在行駛的時候，顯示屏只顯示總金額和單價信息，當出租車到達終點時，可以按下 S1 鍵，進行分屏顯示，顯示出路程信息。 根據(jù)出租車計價器應該需要有分屏顯示切換功能的開關、白天 /晚上切換功能的開關、功能設定開關和中途等待開關，所以我們使用一對一的直接連接按鍵電路，設計 4個開關按鍵，設計電路如圖 所示。 一對一的直接連接就是一個按鍵直接對應一個 CPU 的輸入口，這樣的電路簡單直接，一個按鍵獨占一個端口，在按鍵的數(shù)量較少、端口數(shù)量富裕時可以直接 使用。 按鍵電路的設計 單片機組成的小系統(tǒng)中，有的需要人機交互的功能，按鍵是最常見的輸入方式。因為 AT24C02 要與單片機相連接，所以我們將 AT24C02 的 SCL 和 SDA 兩個通信接口接到單片機的 和 口。 表 AT24C02 的管腳功能 管腳名稱 功能 A0、 A A2 器件地址選擇 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址 SLC 串行時鐘 WP 寫保護 VCC +~ 工作電壓 GND 接地 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 14 根據(jù) AT24C02 各引腳的功能，將掉電存儲電路設計如圖 所示。其引腳圖如圖 。 AT24C02 是一個 2 字節(jié)串行 CMOS EEPROM， 內(nèi)部含有 256 個 8位字節(jié)， CATALYST公司的先進 CMOS技術實質上減少了器件的功耗。 AT24C02 掉電存儲電路設計 存儲電路的作用是在電源斷開的時候，存儲當前設定的單價信息，這樣就不用斷電的時候每次都要重新進行基本信息的設置。 圖 數(shù)碼管顯示電路 在上圖 數(shù)碼管顯示電路中，數(shù)碼管的 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 DP 為數(shù)碼管的數(shù)據(jù)位接口，我們將它們與單片機的 P0 口相連接，數(shù)碼管的 6 為數(shù)碼管的位選接口，我們將它們與單片機的 、 、 、 、 、 相連接，因為 51 單片機的特殊結構， P0 口為集電極開路（集電極開路的原因：因為處于節(jié)能的的考慮，我們有很多的元件的額定電壓是 的，而單片機的電壓是 5V 的，這樣我們直接用單片機的 5V 電壓去驅動元件的話，會變得很不方便，所以集電極開路，我們設置一個上拉電阻，就可以在上拉電阻中設置元件的驅動電壓。 LED 數(shù)碼顯示器可以分為共陰極和共陽極兩種結構，共陰極結構就是將所有的發(fā)光二極管的陰極接在一起，共陽極結構則相反為將所有的發(fā)光二極管的陽極接在一起，在出租車計價器設計中，我采用的是共陽極動態(tài)顯示方式，其結構如下圖 所示。這樣單片機只需要把需要顯示的字形代碼直接發(fā)送到接口電路就可以了，等到需要顯示新的數(shù)據(jù)的時后，然后再繼續(xù)發(fā)送新的字形碼，所以單片機使用靜態(tài)掃描的方法的話， CPU 的開銷較小、編程也比較簡單，更便于監(jiān)視和控制，缺點是占用的接口線多 ，硬件電路也比較復雜，成本也相對要高。 在單片機的應用系統(tǒng)中，動態(tài)掃描顯示和靜態(tài)顯示是顯示器常用的兩種顯示方法。 LED 顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的單片機輸出設備。簡而言之， LED 與 LCD 是兩種不同類型的顯示技術， LED 顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的，LCD 顯示屏則是由液態(tài)晶體組成的。而且利用 LED 技術，我們還可以制作出比 LCD 更加清晰、更薄并且更亮的顯示器； ②LED 比 LCD 更加的節(jié)約能源，它們的功耗比為 1:10 左右； ③LED 比 LCD 有著更高的刷新速率，這樣就使得 LED 在視頻方面有著比 LCD 更好的性能的表現(xiàn)； ④因為 LED有著寬達 160176。把發(fā)光二極管通過排列和組成構成的顯示器件就是 LED 顯示屏，它采用的是低電壓掃描霍爾傳感器 89S51 單片機 車輪 小磁鐵 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 11 驅動， LED 顯示 屏不僅耗電少、可視距離遠而且成本也低、亮度也高、故障也少，同時它還具有使用壽命長和視角大的特點。 LED 由發(fā)光二極管組成，它的英文全稱為 Light Emitting Diode。 TFT（ Thin Film Transistor）是指薄膜晶體管，每個液晶像素點都是由集成在像素點后面的薄膜晶體管來驅動，從而可以做到高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息，是目前最好的 LCD 彩色顯示設備之一，是現(xiàn)在筆記本電腦和臺式機上的主流顯示設備。 數(shù)碼管顯示電路設計 目前市面上主要有 LED 顯示和 LCD 顯示。 每當霍爾傳感器 靠近小磁鐵產(chǎn)生的磁場時，就會 輸出一個低電平信號就單片機中斷一次，當里程計數(shù)器對里程脈沖計滿 1000 次 時，就有程序將當前總額累加，使微機進入里程計數(shù)中斷服務程序中 [18]。其原理圖如圖 。霍爾開關一次開關動作的完成需要進行兩次這樣的電壓變換。當磁場的場強達到工作點的時候，觸發(fā)器會輸出一個高電壓使三極管導通，這時候 OC 門的輸出端就會輸出低電壓，我們將這種狀態(tài)通常稱為“開”。穩(wěn)壓器將輸入電壓穩(wěn)壓后再加在霍爾電勢發(fā)生器上，按照霍爾效應的原理，在有垂直于磁場方向的電流流過放在磁場中的霍爾片的時候，在與磁場和電流方向互相垂直的方向上會產(chǎn)生一個電勢差 [16]。直接應用，顧名思義，就是直接將檢測對象的磁特性和磁場檢測出來。 按被檢測的對象的性質可以將霍爾器件的應用分為間接應用和直接應用 [15]。 輸出量為模擬量的霍爾線性器件的優(yōu)點為線性度好和高精度；輸出量為數(shù)字量的霍爾開關器件的優(yōu)點是位置重復的精度高、沒有抖動和回跳、沒有觸點、沒有磨損、輸出的波形清晰可見。 霍爾器件的優(yōu)點為：耐腐蝕和污染、耐震動、頻率高達 1MHz、所需功耗小、容易安裝、長壽命、輕質量、體積小和結構牢固 [12]。它在機車控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位。通過對傳感器的工作方式研究發(fā)現(xiàn)，應該選用磁敏傳感器，而仔細對比發(fā)現(xiàn)，磁敏傳感器中的霍爾傳感器（ A44E）是比較符合我們出租車計價器的要求的?？紤]在實際生活中，在按下開關 RESET 的時候，考慮到電容會迅速放電，開關可能會產(chǎn)生電火花，所 以需串聯(lián)一個 1k 的電阻，保護觸點壽命。 圖 復位電路 在上圖 ，因為我們設計的是單片機復位電路，而單片機是高電平復位，而高電平至少要持續(xù) 10ms 才有效，所以我們根據(jù)這個時間來設置電容值 C1為 10uF，電阻值R2 為 10k。 按鍵復位電路原理：啟動單片機之后，電源給電容 C1 充電，電阻 R2 兩端的電壓接近于 0，所以這時候 RST 引腳上是低電平，單片機系統(tǒng)此時正常工作，當開關按鍵 RESET按下的時候，開關 RESET 導通，電流就會通過電阻 R1，而且在開關按下的時候電容 C1也會釋放先前充的電量，此時 R2 端的電壓不再是 0，所以在 RST 引腳會產(chǎn)生高電平，這時候單片機系統(tǒng)就會自動復位 [10]。在此之后，由于 VCC電壓不變，電阻就發(fā)揮它阻直流的作用了， VCC 就對電容充電，這時候 RST 引腳上的高電平就會慢慢的降下去 [9]。按鍵復位就是通過按下下圖 中的 RESET 鍵，然后開關按鍵 RESET 導通，電流通過電阻 R1 在 RST 端產(chǎn)生一個復位高電平，然后就復位了。所以，我們在做平常的設計中，一般取 30pF 左右，兩個電容的取值都是相同的，或者說相差不大，如果相差太大，容易造成諧振的不 平衡，容易造成停振或者干脆不起振 。晶振片兩端與地之間相接的電容叫晶振的負載電容，一般單片機的晶振工作于并聯(lián)諧振狀態(tài)，也可以理解為諧振電容的一部分。晶振電路如圖 。這樣就構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器 [6]。 晶振電路 在 單片機內(nèi)部有一個高增益、反相放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，其輸出端為引腳 XTAL2[5]。 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 7 XTAL1：內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。 P3 口除了具有一般的 I/O 口的功能外，還具有第二功能，如表 。 P3 口 ： P3 口是一個內(nèi)部帶有上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 的輸出緩沖級能夠驅動 4個 TTL邏輯門電路。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器（ 16位）或者是外部程序存儲器的時候， P2 口就會輸出高 8位的地址數(shù) 據(jù)。對 P1 端口寫“ 1”時，就可以通過內(nèi)部的上拉電阻來把端口拉到高電平，此時當作輸入口時，由于存在內(nèi)部上拉電阻的原因，導致外部信號將某個引腳拉低，就會輸出一個上拉電阻輸出電流。當訪問數(shù)據(jù)存儲器或者是外部程序的時候， P0口就分時轉換數(shù)據(jù)和低八位地址總線復用，同時激活內(nèi)部的上拉電阻。 GND：接地。其引腳圖如圖 所示。 AT89S51 單片機 AT89S51 是一個高性能、低功耗的 CMOSS 位單片機，片內(nèi)含可以反復擦寫的 Flash只讀程序存儲器，這個器件采用了 ATMEL 公司的非易失性存儲和高密度技術制造，兼容了標準的 MCS51 指令操作系統(tǒng)及 80C51 的引腳結構，芯片內(nèi)還集成了 ISP Flash 存儲單元和通用的 8位中央處理器， AT89S51 單片機功能極其強大，能夠給許多的嵌入式的控制應用系統(tǒng)提供高質量性價比的解決方案 [2]。 鍵盤控制 啟動 /清除開關 AT24C04掉電存儲 89S51 單片機 鎖存器 里程傳感器 單價顯示示 總金額顯示 串口顯示驅動電路 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 5 第三章 硬件設計 單片機最小系統(tǒng)