【正文】 I / O、 C口作聯(lián)絡線。用 MOVX 訪問。芯片復位后，控制寄存器清 0，各端口被置為輸入方式。讀 /寫控制邏輯用于實現(xiàn) 8155的硬件管理，其內(nèi)容包括：芯片的選擇，口的尋址以及規(guī)定各端口和單片機之間的數(shù)據(jù)傳送方向等。數(shù)據(jù)總線緩沖器為 8位雙向三態(tài)緩沖器，可直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，與 I/O操作有關的數(shù)據(jù)、控制字和狀態(tài)信息都是通過該緩沖器進行傳送的。 8155 的結構和引腳圖 8155的結構和引腳圖如圖 ， 8155有 40個引腳，采用雙列直插封裝 (1) 地址 /數(shù)據(jù)線 AD0～ AD7（ 8條 ） (2) I/O口總線（ 22條）： PA0～ PA PB0～ PB PC0～ PC5 (3) 控制總線（ 8條） ALE —— 地址鎖存（輸入） IO / /M—— IO口 /RAM選擇， 0：選內(nèi) RAM； 1：選內(nèi) IO口 /CE —— 片選線 南 京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 19 /RD、 /WR —— 讀、寫控制 TIMERIN —— 定時器輸入（輸入定時器所需時鐘） TIMEROUT —— 定時器輸出（輸出所產(chǎn)生的方波脈沖） 圖 8155結構和引腳圖 8155 總線接口電路 總線接口電路用于實現(xiàn) 8155和單片機芯片的信號連接。本次設計中的 I/O擴展電路主要由可編程并行接口芯片 8155構成。 A44E 與單片機的硬件電路連接如圖 所示?？紤]到設計時的限制，暫時用手動的方式將磁鐵不斷接近原理霍爾來模擬車輪的轉(zhuǎn)動，手動輸出的脈沖第 三 章 系統(tǒng) 硬 件設計 18 作為單片機 80C51 的計數(shù)器中斷信號 ,從 P3. 3口輸入。車輪每轉(zhuǎn)一周 ,磁鐵經(jīng)過 A44E 一次。安裝時一定要讓磁鐵的 S 級對準 A44E的反應傳感區(qū)。判定磁鐵極性方法是 :把磁鐵的兩個極分別靠近 A44E 的正面 ,當其 OU T 引腳電平由高變低時即為正確的安裝位置。因此 ,輸出應接負載電阻 ,其數(shù)值值取決于負載電流的大小 ,不得超負載使用。引腳 1 是電源 V cc ,引腳 2 是地 GND ,引腳 3 是輸出 OU T。 南 京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 17 圖 A44E霍爾傳感器的輸出特性 霍爾傳感器 A44E 芯片的引腳及用于輸出脈沖的電路圖如圖 。這樣兩次電壓變換 ,使霍耳開關完成了一次開關動作。我們稱 BOP 為工作點 , BRP 為釋放點 ,BOP BRP = BH 稱為回差。之后 , B 再增加 ,仍保持導通態(tài)。當施加的磁場達到釋放點 (即 BRP )時 ,觸發(fā)器輸出低電壓 ,三極管截止 ,使 OC 門輸出高電壓 ,這種狀態(tài)為關。在輸入端輸入電壓 V cc ,經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍耳電勢發(fā)生器的兩端 ,根據(jù)霍耳效應原理 ,當霍耳片處在磁場中時 ,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)生霍耳電勢差 V H 輸出 ,該 V H 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。 A44E 霍爾開關集成電路應用霍爾效應原理 ,采用半導體集成技術制造的磁敏電路 ,它是由電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、史密特觸發(fā)器 ,溫度補償電路和集電極開路的輸出級組成的磁敏傳感電路 ,其輸入為磁感應強度 ,輸出是一個數(shù)字電壓信號。下面對 A44E霍爾 傳感器進行介紹。 InSb 和 GaAs 霍爾元件輸出特性見圖、圖 . 這些霍爾元件大量用于直流無刷電機和測磁儀表。將各個電極焊上引線，并將片子用塑料封裝起來，就形成了一個完整的霍爾元件（又稱霍爾片）。這時，片子兩側(cè)建立起一個穩(wěn)定的電壓，這就是霍爾電壓。 圖 霍爾效應 南 京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 15 這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，是因為通電半導體片中的載流子在磁場產(chǎn)生的洛侖 茲力的作用下，分別向片子橫向兩側(cè)偏轉(zhuǎn)和積聚，因而形成一個電場，稱作霍爾電場。 霍爾在 1879 年發(fā)現(xiàn)的。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量 例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)變成電量來進行檢測和控制。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。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 5℃～ 150℃。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 等的污染或腐蝕。用它們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。 應用霍爾傳感器通過測量磁場強度，來得到穩(wěn)定的脈沖方波信號，實現(xiàn) 出租車 轉(zhuǎn)速的測量。 在實際系統(tǒng)中，總是把加電復位電路和手動復位電路結合在一起，形成一個既能加電復位，又能手動復位的公用復位電路。在調(diào)試或運行程序時，若遇到死機、死循環(huán)或程序跑飛等情況，手動復位是擺脫這種尷尬局面的最常用的方法。 （ 2） 手動復位 手動復位也應通過專用的復位電路實現(xiàn)。它是系統(tǒng)的原始復位方式，發(fā)生在開機加電時，是系統(tǒng)自動完成的。復位操作比較簡單，只有兩種復位方式，即加電復位和手動復位。經(jīng)復位操作后，單片機系統(tǒng)才能開始正常工作。石英晶體為一感性元件，與電容構成振蕩回路，為片內(nèi)放大器提供正反饋和振蕩所需的相移條件，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，從而為單片機提供時鐘電路。 1. 振蕩電路 80C51 芯片中的高增益反相放大器，其輸入端為引腳 XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。 通過中斷優(yōu)先級控制寄存器可把 80C51 的全部中斷分為高、低兩個優(yōu)先級，對應位為 0表示低優(yōu)先級，為 1 表示高優(yōu)先級。 （ 3） 中斷優(yōu)先級控制寄存器 IP 各中斷的優(yōu)先級通過中斷優(yōu)先級控制寄存器 IP 設定。在中斷響應完成后轉(zhuǎn)向中斷服務時，再由硬件自動清 0。 IE0 和 IE1 是外部中斷請求標志位。當計數(shù)器產(chǎn)生計數(shù)溢出時，相應的溢出標志位由硬件置 1，并自動產(chǎn)生定時中斷請求。雖然該寄存器名稱為定時器控制寄存器，但多數(shù)位都是為中斷控制而設置的。 表 寄存器 IE 位地址 AFH AEH ADH ACH ABH AAH A9H A8H 位符號 EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 南 京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 11 其中 EA是中斷允許總控制位； EX0 和 EX1 是外部中斷允許控制位； ET0 和 ET1 是定時器中斷允許控制位； ES 是串行中斷允許控制位。中斷允許寄存器地址為 A8H，位地址為AFHA8H。 2. 中斷控制 具體到 80C51，中斷控制的內(nèi)容共有 4項：中斷允許控制、中斷請求標志、中斷優(yōu)先控制和外中斷觸發(fā)方式控制。當計數(shù)器溢出時，表明定時時間到或計數(shù)時間滿，這時內(nèi)部電路就產(chǎn)生中斷請求。 定時中斷是為滿足定時或計數(shù)的需要而設置的。在兩個相鄰機器周期所進行的兩次采樣中，若前一次為高，后一次為低，即為中斷請求信號。只要單片機在中斷請求引入端（ INT0 或INT1）上采樣到有效的低電平信號，即為中斷請求。兩種信號方式可通過有關控制位進行定義。它們的中斷請求信號分別由引腳 INT0()和INT1()引入。 單片機的中斷系統(tǒng) 1. 單片機的中斷源 80C51 的中斷系統(tǒng)具有 6個中斷源，即 2 個外部中斷、 2 個定時中斷和 2個串行中斷。 6． RST 復位端 用于單片機的復位操作， 2 個機器周期以上持續(xù)高電平有效。 4． EA 訪問程序存儲器控制信號 EA 可用于外部程序存儲器擴展，確定對 ROM 的讀操作是針對哪個存儲器的，當 EA 為高電平時，針對的是外部程序存儲器，當 EA 為低電 平時對 ROM 的讀操作針對的是內(nèi)部和外部程序存儲器，并且從內(nèi)部程序存儲器開始讀。 2． ALE 地址鎖存控制信號 在系統(tǒng)擴展時， ALE 用于控制把 P0 口輸出的低八位地址鎖存起來，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)和地址的分時傳送，另外其正脈沖輸出頻率為晶振頻率的 1/6，所以可以作為外部時鐘或則外部定時脈沖使用。 80C51 的引腳復用主要集中在 P3 口線。 P2 口地址為 A0H，位地址為 A0H~A7H，既可以作為通用 I/O口進行數(shù)據(jù)輸入/輸出，又可以作為單片機系統(tǒng)的高位地址線使用。 1． I/O 口 80C51 單片機中共有 4 類 8 位 I/O 口，分別為 P0、 P P P3口 . P0 口地址為 80H，位地址為 80H~87H，可以作為通用 I/O 口進行數(shù)據(jù)輸入 /輸出，又可以作為單片機系統(tǒng)的地址 /數(shù)據(jù)線使用。它共有 5 個中段源，即外中斷 2個，定時 /計數(shù)中斷 2 個，串行中斷 1個。 5. 并行 I/O 口 80C51 共有 4 個 8 位并行 I/O 口（ P0、 P P P3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入 /輸出 . 6. 串行口 80C51 單片機有一個全雙工串行口，以實現(xiàn)單片機和其他數(shù)據(jù)設備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。 80C51 共有 4KB 掩膜 ROM，用于存放程序和原始數(shù)據(jù)，因此稱之為程序存儲器，簡稱“內(nèi)部 ROM”。因此，通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器是指前 128 個單元，簡稱“內(nèi)部 RAM”。 2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器包括 RAM 和 RAM 地址寄存器，用于存放可讀 /寫的數(shù)據(jù)。首先從程序存儲器中讀出指令，送指令寄存器保存；然后送指令譯碼器進行譯碼，譯碼結果送定時控制電路，由定時控制邏輯產(chǎn)生各種定時信號和控制信號；再送到系統(tǒng)的各個部件去控制相應的操作。圖 中的程序計數(shù)器（ PC）、 PC 加 1寄存器、指令寄存器、指令譯碼器、定時控制電路以及振蕩電路等均屬于控制電路。操作結果的狀態(tài)由程序狀態(tài)字（ PSW）保存。圖 中的算術邏輯單元 ALU(Arithmetic Logic Unit)、累加器（ ACC）、 B寄存器、程序狀態(tài)字和兩個暫存寄存器等都屬于運算器電路。中央處理器包括運算器和控制器兩部分電路。下面結合80C51 的具體結構做說明。 圖 系統(tǒng)設計總框圖 主控單元電路 80C51 單片機的內(nèi)部邏輯結構 80C51 是 8位單片機中一個最基本、最典型的芯片型號，其邏輯結構如圖 所示。 南 京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 5 第三章 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)設計框圖 系統(tǒng)設計的大體框圖如圖 所示 整個系統(tǒng)以 80C51 單片機為主控制器。 再次按下按鍵后系統(tǒng)重新正常行駛計費。 設計中還另外增加了等待時間加費的功能，利用單片機定時器 1來定時，每定時 1秒則顯示等待時間加 1。規(guī)定行駛里程在 3km以內(nèi)時起步價為 10 元，當超過 3km時車價按 3 元 /公里來計算。 采用型號為 A44E 的霍爾傳感器創(chuàng)造出脈沖波，將霍爾傳感器的輸出端與單片機的定時 /計 數(shù) 中斷 0端口相連，把定時 /計數(shù)中斷 0的工作方式設置為計數(shù)方式，這樣單片機就可以接收霍爾傳感器輸出的脈沖并計數(shù)。怎樣獲取到車輪的即使轉(zhuǎn)速是最關鍵的問題，一般的出租車在車輪上都會附有一塊磁鐵，在靠近車輪附近的車軸上附上一塊霍爾傳感器，當車輪轉(zhuǎn)動時，車輪上的磁鐵就會不斷地靠近和遠離霍爾傳感器，這時霍爾傳感器受磁場感應產(chǎn)生脈沖，當車輪轉(zhuǎn)動一圈時霍爾便產(chǎn)生一個脈沖送入主控制器，主控制器對接收到的脈沖進行計數(shù)， 由于車輪的周長已知，便可根據(jù)脈沖個數(shù)以及車輪周長算出一定時間內(nèi)行駛里程數(shù)。一般的出租車計費標準中的起步價，每公里價格都是默認地在程序中預先設定好并存儲到主控制器中，而這種主控制器具備了掉電儲存功能，即使突然掉電數(shù)據(jù)依然存 在。與已有的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有超速提醒等更強的功能。 “基于單片機的多功能出租車計價器的設計“中介紹了一種以單片機 AT89S52 為核心的多功能出租車計價器的設計，闡述軟硬件設計 過程中關鍵技術的處理。 “出租車計價器加密 傳感器的設計”上描述了為了對出租車計價進行有效的管理，在分析現(xiàn)有出租車計價傳感器漏洞的基礎上，采用 PIC12C508A和 PIC12CE518A 單片機提出了出租車計價加密傳感器的加密模型和系統(tǒng)結構模型，完成了密碼傳感器系統(tǒng)中加密器和解密器軟硬件系統(tǒng)設計。具有區(qū)域識別功能出租車計價器車載定位模塊采用通信技術、電子技術和計算機技術，應用大規(guī)模集成電路設計，性能穩(wěn)定，可靠性高。實行出租車區(qū)域計價制度需要出租車的計價器具有區(qū)域識別功能。 現(xiàn)今對出租車計費系統(tǒng)的有關研究 近幾年，有關出租車計費系統(tǒng)的設計有不少國內(nèi)人士都做了相關的研究和討論。尤其是近幾年，單片機以面向?qū)ο蟮膶崟r控制及信息家電為己任，不斷增強控制能力和信息處理能力，降低成本、減小體積，改善開發(fā)環(huán)境，從而迅速取代經(jīng)典電子系統(tǒng)，改造傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)，嵌入到各產(chǎn)品或設備之中。目前生產(chǎn)單片機的產(chǎn)商主要有 Intel 公司、 Motoroala公司、 Philips 公司、 ATMEL 公司、 Microchip 公司、 AMD 公司、 Zilog 公司、 WinBond公司，產(chǎn)品型號種類眾多，性能各具特