【正文】 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。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)采用模塊化程序設(shè)計方法提供了有力的 保障。用匯編語言編寫和高級語言（ C 語言）比較起來節(jié)約空間，這樣對于存儲空間僅 4Kb 的芯片來說是極之有利的， 52 單片機(jī)能高速的運(yùn)行。二是 C 語言編程設(shè)計。 C51 有 C 語言結(jié)構(gòu)清晰的優(yōu)點(diǎn)，便于學(xué)習(xí)，同時具有匯編語言的硬件操作能力。單片機(jī) C51 語言是由 C 語言發(fā)展繼承而來的。這便使得單片機(jī) C51 的程序開發(fā)非常方便。 【 6】 C51 語言是目前最流行的單片機(jī)程序設(shè)計語言。 圖 39 按鍵電路設(shè)計 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 4 軟件設(shè)計 19 4 系統(tǒng) 軟件 設(shè)計 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(shí)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。 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，以達(dá)到輕靈的目的，方便下次計價。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。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。 時鐘頻率越高，單片機(jī)控制器的節(jié)拍越快，運(yùn)算速度也越快。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。 時鐘脈沖電路的主要作用是對外發(fā)出時序控制信號，在 AT89S51 芯片上， XTAL1 和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出 ，其中，當(dāng)與本試驗線路相同時，即使用內(nèi)部時鐘方式時， XTAL1和 XTAL2必須外接石英晶體和微調(diào) 電容，其中電容 C C2 對振蕩頻率起穩(wěn)定的作用，振蕩頻率應(yīng)在 —— 12MHz。 ATC24C02 是目前最常用的型號，支持器件地址編碼，統(tǒng)一串行總線最多時可同時連接 1～ 8 片，支持硬件設(shè)置數(shù)據(jù)保護(hù)。 GND— 接地端。 TEST— 測試，用于對存儲器的檢測。但注意，有些型號的地址是無效的。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 將這 3 個引腳配置成不同的編碼值，可選中不同的芯片。英注意，對AT24C08 芯片，雖然第 7 腳也定義為 WP，但實(shí)際不起作用。 當(dāng)該引腳接地時，可以對整個存儲器進(jìn)行正常讀 /寫操作；當(dāng)其接電源 Vcc時，芯片就具有寫保護(hù)功能，被保護(hù)的區(qū)域因型號而異。 SDA 線上數(shù)據(jù)傳送順序是高位在先，低位在后。寫入串行 EEPROM的數(shù)據(jù)用 SCL 上升沿同步，輸出數(shù)據(jù)用下降沿同步 2） SDA— 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端，漏極開路結(jié)構(gòu)。 每當(dāng)設(shè)定一次單價，系統(tǒng)就自動調(diào)用存儲程序，將單價信息保存在芯片內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)重新上電的時候，自動調(diào)用讀存儲器程序，將存儲器內(nèi)的單價 等信息，讀到緩存單元里，供主程序使用。 AT24C02 系列串行 EEPROM 引腳、容量及結(jié)構(gòu) 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 15 目前我國應(yīng)用最多的封裝形式是 8 腳封裝 ,如圖 36 所示： 圖 37 AT24C02 型號和引腳 圖中 R1， R2 是上拉電阻，其作用時 減少 AT24C02 的靜態(tài)功耗。 【 10】 掉電保護(hù)電路中采用了存儲芯片 AT24C02。一般商業(yè)品工作溫度為 0～ +70℃，工業(yè)品為 40～ +85℃。片內(nèi)數(shù)據(jù)保存壽命可達(dá) 410 年以上。自定時寫周期包括自動擦除時間不 超過 10ms，典型時間為 5ms。在智能化裝置中，正日益獲得廣泛應(yīng)用。 AT24CX 系列串行 EEPROM 是目前單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用較多的 EEPROM芯片。 【 11】 EPROM 有 并行和串行之分，并行 EEPROM 速度比串行快，容量大。斷電數(shù)據(jù)保護(hù)方法可選用具有斷電保護(hù)功能的 RAM 和電可擦存儲器EEPROM。在復(fù)位電路中，按下一個復(fù)位開關(guān)就使在 RST端出現(xiàn)一段時間的高電平，就實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 AT89S51 的復(fù)位端高電平有效。其中電平方式 復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源VCC 接通而實(shí)現(xiàn)的。除了上電復(fù)位外還需要按鍵手動復(fù)位。 【 11】 復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。系統(tǒng)開始運(yùn)行和重新啟動靠復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)，這種工作方式為復(fù) 位方式。許多用戶在設(shè)計完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實(shí)驗室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了 “死機(jī) ”、 “程序走飛 ”等現(xiàn)象，這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計不可靠引起的。在本次設(shè)計仿真中使用的是 6 個一組的共陰 8 段數(shù)碼管，如下圖所示： 圖 35 共陰極 8 段數(shù)碼管示意圖 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位是 由 外部的復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的， 無論用戶使用哪種類型的單片機(jī)，總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計。然后把多個這樣的 8 字裝在一起就成了多位數(shù)碼管了。下一時刻又送下一位 LED要顯示字符的段碼，并只讓下一位 LED顯示 …… .如此輪流，使每位顯示該為的字符，這樣不斷的循環(huán)送出響應(yīng)的段選碼﹑位選碼，就可以獲得視覺穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。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口較多，在顯示位數(shù)較多的情況下，一般采用動態(tài)顯示。軟件譯碼是用軟件來完成硬件的功能，硬件簡單，接線靈活，顯示段碼完全由軟件來處理，是目前常用的顯示驅(qū)動方式。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時間，但每個顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動電路，使用的硬件較多；動態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的 CPU 時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 路板空間 ，更重要的是能節(jié)省成本 。靜態(tài)顯示就是顯 示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再管，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時再傳送一次新數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU時間。 當(dāng)片選端 /CE 低電平有效時， DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸（接收） ；DIR=“1”，信號由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當(dāng) CE 為高電平時， A、 B 均為高阻態(tài)。 74LS245 還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 /EA/VPP ：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。然而要注意的是：每當(dāng)用 作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。當(dāng)在此引腳加兩個周期的高電平時，就可以完成復(fù)位操作； ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出電平用于鎖存地址的低 8 位字節(jié) 。 【 3】 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 圖 31 AT89S51引腳圖 VCC:接 +5V電源； GND：接地； ：接啟動 /停止按鍵，控制計價； ：按功能鍵； ：按清零鍵； P0 口接數(shù)碼管選段， 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傳感器； 、 口接掉電保護(hù)電路。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高 八位地址信號和控制信號。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 PO 口 有兩個功能： 外部擴(kuò)展存儲器時， 當(dāng)作 數(shù)據(jù) /地址總線。 P0 能夠用于外部程 序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 【 2】 單片機(jī)各管腳功能介紹： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP和 PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 在 系統(tǒng) 設(shè)計時，按下計價按鍵時，顯示起步價和起步里程范圍，這些在程序中顯示，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 硬件電路模塊介紹 AT89S51 單片機(jī)簡介 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(InSystem Programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器， 器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案 . 此外， AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。同時，白 天和夜晚價格不同， 根據(jù)判斷時間 可以進(jìn)行切換。從起步價開始，當(dāng)汽車程行駛未滿 2 公里時，均按起步價計算。在這次設(shè)計中，我們 采用 AT89S51 單片機(jī)，其中用到的 I/O 口為 P0 口和 P2 口，P0 口為 8 位三態(tài) I/O 口，此口為地址總線及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用； P2 口為 8 位準(zhǔn)雙向口，與 地址總線高八位復(fù)用； P0 口和 P2 口都有一定的驅(qū)動能力， P0 口的驅(qū)動能力較強(qiáng) 。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 3 系統(tǒng)硬件 設(shè)計 硬件電路說明 在本次設(shè)計中，硬件組成包括： AT89S51，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 等幾個部分 。同時為了減少硬件的復(fù)雜度， 本論文 采用了動態(tài)顯示方式，選用了共陰極數(shù)碼管。由于在這次設(shè)計中只需要顯示里程和金額信息， 設(shè)計時 采用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 設(shè)計中，為了能夠讓數(shù)碼管更好的正常顯示， 本設(shè)計中采用了驅(qū)動電路來驅(qū)動，在本次硬件設(shè)計中， 考慮采用芯片 74LS245 來驅(qū)動數(shù)碼管顯示。模擬開關(guān)一端接在 口，另一端接地，通過來回高低電平的變化，每按兩次，對應(yīng)的里程數(shù)加一。 綜上所述，采用方案 3 較好。 在設(shè)計中采用一個模擬開關(guān)來代替。但此方法通常使干擾信號也能產(chǎn)生計數(shù)脈沖，分立元件過于復(fù)雜，電路穩(wěn)定性不好。 但是考慮到 555 振蕩器價格昂貴， 尚有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。 系統(tǒng)框圖 23 如下： 8 9 S 5 1單 片 機(jī)復(fù) 位 電 路掉 電 保 護(hù)時 鐘 電 路按 鍵 控 制顯 示 模 塊顯 示 總 里 程 和 總 金 額 圖 24 方案 四 方案設(shè)計與論證 方案 1 系統(tǒng)電路較復(fù)雜，不能程控和擴(kuò)展 ,難以實(shí)現(xiàn)白天晚上不同價位和單價調(diào)整，尚有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。設(shè)計采用 AT89S51 單片機(jī)為主控制器， 通過按鍵代替實(shí)現(xiàn)霍爾傳感器測距 ，實(shí)現(xiàn)對出租車的基本 計價設(shè)計，并采用 AT24C02 實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)中掉電的時候保存單價等信息，輸出采用 8 段數(shù)碼管顯示器。 編碼器的單片機(jī)通過一個 I/O口來檢測磁感應(yīng)傳感信號，當(dāng)確定為傳感器產(chǎn)生信號時，就通過里一個 I/O口向解碼器的單片機(jī)發(fā)送一組編碼，則解碼器的單片機(jī)首先判斷當(dāng)前準(zhǔn)備接收的數(shù)據(jù)時編碼器發(fā)送的編碼還是解碼器寫入器的發(fā)送的解碼，當(dāng)判斷解碼器寫入的解碼時，解碼器的單片機(jī)接收此解碼，并用西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 12C 總線協(xié)議將解碼保存到 EEPROM 中；當(dāng)判斷是編碼器發(fā)送來的編碼時，解碼器的單片機(jī)接收此編碼，然后讀 出自己 EEPROM 中的解碼，語氣接收到的解碼相比較，若相同解碼器單片機(jī)通過 I/O口向計價裝置發(fā)出計價脈沖，否則不發(fā)出計價脈沖。電路框圖如圖 22。 開 關(guān) 選 擇 5 5 5 振 蕩 器 計 數(shù) 器 模 塊 控 制 顯 示 電 路語 音 播 報 圖 21 方案一 2）方案 2 用 555 振蕩器模擬車輪轉(zhuǎn)數(shù)，用 89S52 實(shí)現(xiàn)外圍計數(shù)功能，控制單片機(jī) P1口的相關(guān)開關(guān)實(shí)現(xiàn)白天，晚上，紅燈 ，停車報價之間的切換， P0 口作并行輸出。 2 總體方案設(shè)計與論證 3 2 總體方案設(shè)計與論證 設(shè)計方案選擇 1）方案 1 采用中小規(guī)模數(shù)字電路構(gòu)成計價器，由計數(shù)器構(gòu)成主要的測量模塊，由定時器組成主要 的控制電路，通過在 555 振蕩器上接入不同電阻選擇白天、晚上、紅燈或堵車，停車報價。 然后 對系統(tǒng)進(jìn)行 軟件仿真，硬件 測試和結(jié)果分析 ，并且達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。 在本設(shè)計中，采用 AT89S51 單片機(jī)為主控器，并采用 AT24C02 實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)掉電的時候保存單價等信息，輸出采用 8 段數(shù)碼管顯示。在 這里主要介紹單片機(jī)方