【正文】 高和難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理的難題。仿真結(jié)果表明該計(jì)價(jià)器具有集計(jì)程、計(jì)時(shí)、計(jì)費(fèi)、存儲(chǔ)、查看、統(tǒng)計(jì)等多種計(jì)量功能，并且具有超速提 醒、防止司機(jī)作弊、語(yǔ)音、打印和顯示等多種功能。西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 2 出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) 出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)原理概述 出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的運(yùn)作過程是由一個(gè)微控制器進(jìn)行控制，軟硬件結(jié)合最后直觀地將數(shù)據(jù)顯示給乘客看到。在出租車啟動(dòng)運(yùn)行過程中，系統(tǒng)將出租車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度送入到主控制器中，主控制器的運(yùn)算模塊根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)時(shí)間 的行程，再結(jié)合起步價(jià)及每公里價(jià)格就可以計(jì)算出目前的車費(fèi)，而這些數(shù)據(jù)會(huì)由主控制器的顯示模塊送入到顯示屏上。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 出 租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 本設(shè)計(jì)以 80C51 單片機(jī)為核心微控制器，控制實(shí)現(xiàn)行駛里程的計(jì)算；行駛車價(jià)的計(jì)算；遇紅燈或賭車時(shí)計(jì)等待時(shí)間，超過一定的等待時(shí)間則增加車價(jià)；能夠?qū)ζ鸩絻r(jià)進(jìn)行設(shè)定；顯示數(shù)據(jù)至顯示屏。為了方便從數(shù)碼顯示管上看出里程的變化，這里假設(shè)計(jì)一個(gè)脈沖代表車子行駛了 20m，計(jì)滿 5個(gè)脈沖時(shí)行駛了 100m，由于顯示里 程數(shù)時(shí)安排最低位顯示百米數(shù)，則當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿 5個(gè)數(shù)時(shí)數(shù)碼管顯示加 1。在顯示車價(jià)時(shí)， 3km 以內(nèi)都顯示為起步價(jià)，當(dāng)超過3km 時(shí)每行駛 公里車價(jià)顯示加 元。當(dāng)按下按鍵 2時(shí)，系統(tǒng)切換到等待時(shí)間加費(fèi)功能，等待時(shí)間顯示按秒數(shù)增加，當(dāng)?shù)却^ 60 秒時(shí)車價(jià)增加 元同時(shí)等待時(shí)間清0重新計(jì)時(shí)。 為了使設(shè)計(jì)更加 人性化，在系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)了起步價(jià)可人工設(shè)置的功能，通過按鍵可對(duì)該系統(tǒng)的起步價(jià)進(jìn)行設(shè)置。電源電路為 80C51 單片機(jī)及其他電路模塊提供 5V 的電壓；程序下載模塊可將需要的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)中，執(zhí)行不同的功能；脈沖形成電路采用了 A44E 霍爾傳感器形成所需脈沖供單片機(jī)計(jì)數(shù)；在實(shí)際應(yīng)用中， 80C51 單片機(jī)的 I/O 口有時(shí)不夠使用，這時(shí)就需要 I/O 擴(kuò)展電路將單片機(jī)的 I/O 口進(jìn)行擴(kuò)展，滿足各種功能的實(shí)現(xiàn)；在實(shí)現(xiàn)出租車 計(jì)費(fèi)系統(tǒng)時(shí)，顯示電路是必不可少的，由于顯示的需要，本設(shè)計(jì)中我采用了 8 位數(shù)碼管。 圖 單片機(jī)內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 單片機(jī)仍保持著經(jīng)典計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，由 5 大基本部分所組成。 西安航空職業(yè) 技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 CPU 中央處理器簡(jiǎn)稱 CPU（ Central Processing Unit），是單片機(jī)的核心，用于完成運(yùn)算和控制操作。 (1)運(yùn)算電路 運(yùn)算電路是單片機(jī)的運(yùn)算部件，用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算。 運(yùn)算電路以 ALU 為核心，基本的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算均在其中進(jìn)行，包括加、減、乘、除、增量、減量、十進(jìn)制調(diào)整、比較等算術(shù)運(yùn)算，“與”、“或 ”、“異或”等邏輯運(yùn)算，左、右移位和半字節(jié)交換等操作。 (2)控制電路 控制電路是單片機(jī)的指揮控制部件，保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作。 單片機(jī)執(zhí)行程序就是在控制電路的控制下進(jìn)行的。這就是執(zhí)行一條指令的全過程，而執(zhí)行程序就是不斷重復(fù)這一過程。實(shí)際上 80C51 芯片中共有 256 個(gè) RAM 單元，但其中后 128 個(gè)單元為專用寄存器，能作為普通 RAM 存儲(chǔ)器供用戶使用的只是前 128 個(gè)單元。 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器包括 ROM 和程序地址寄存器等。 /計(jì)數(shù)器 由于控制應(yīng)用的需要， 80C51 共有兩個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，用定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 表示，用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制。 80C51 單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足控制應(yīng)用的需要。 單片機(jī)的引腳 單片機(jī)的引腳圖及實(shí)物圖如圖 所示 圖 單片機(jī)引腳圖和實(shí)物圖 西安航空職業(yè) 技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 在本設(shè)計(jì)中，我采用了 80C51 單片機(jī)，共有 40 個(gè)引腳，下面對(duì)各個(gè)引腳進(jìn)行介紹。 P1 口地址為 90H，位地址為 90H~97H， P1 口只能作為通用數(shù)據(jù) I/O 口使用。 P3 口地址為 B0H，位地址為 B0H~B7H，可以作為通用 I/O 口使用，但是其重要作用是它的第二功能。 用于串行數(shù)據(jù)的接收， 用于串行數(shù)據(jù)的發(fā)送， 和 分別作為外部中斷 0及外部中斷 1 的申請(qǐng)端， 和 分別用作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 及定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1的計(jì)數(shù) 輸入端， 作為外部 RAM 寫選通， 作為外部 RAM 讀選通。 和 XTAL2 XTAL1 和 XTAL2 為時(shí)鐘信號(hào)的輸入引腳，當(dāng)需要使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，外接石英晶振和微調(diào)電容；當(dāng)需要外部時(shí)鐘時(shí)則接外部時(shí)鐘信號(hào)。 外部程序儲(chǔ)存器讀選通信號(hào) PSEN 為讀外部 ROM 時(shí)的使能端，高電平有效。 \VSS 電源和接地端 VCC 為電源輸入端，接 +5V直流電源， VSS 接地。中斷源及其對(duì)應(yīng)的中斷向量如表 所示 表 80C51的中斷 中斷名稱 中斷向量 外部中斷 0 0003H 定時(shí)器中斷 0 000BH 外部中斷 1 0013H 定時(shí)器中斷 1 001BH 串行發(fā)送中斷 0023H 串行接收中斷 0023H 在 80C51 的中斷系統(tǒng)中，外部中斷是由外部原因引起的，共有兩個(gè)中斷源，即外部中斷 0 和外部中斷 1。外部中斷請(qǐng)求有兩種信號(hào)方式：電平方式和脈沖方式。 電平方式的中斷請(qǐng)求是低電平有效。 脈沖方式的中斷請(qǐng)求則是脈沖的下降沿有效。為此，脈沖方式的中斷請(qǐng)求信號(hào)的高、低電平狀態(tài)都應(yīng)至少維持一個(gè)機(jī)器周期，才能確保負(fù)脈沖的跳變能被采樣到。在單片機(jī)芯片內(nèi)部有 2個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 和 T1，所以定時(shí)器中斷也有 2 個(gè)：定時(shí)器 1 中斷和定時(shí)器 0 中斷。由于這種中斷請(qǐng)求是在芯片內(nèi)部發(fā)生的，因此，在芯片上沒有對(duì)應(yīng)的中斷請(qǐng)求引入端。 (1)中斷允許控制寄存器 IE 該寄存器用于控制是否允許使用中斷。寄存器位定義及位地址如表 所示。 (2)定時(shí)器控制寄存器 TCON 寄存器地址為 88H，位地址為 8FH88H。位定義及位地址如表 所示 表 寄存器 TCON 位地址 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H 位符號(hào) TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 TF0 和 TF1 是定時(shí)器（ T0和 T1）計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位。此外，這兩位也可以作為狀態(tài)位供查詢使用。當(dāng) CPU 采樣到 INT0(或 INT1)端出現(xiàn)中斷請(qǐng)求 信號(hào)時(shí)，對(duì)應(yīng)位由硬件置 1，即保存外部中斷請(qǐng)求。 IT0 和 IT1 是外部中斷觸發(fā)方式控制位。該寄存器地址為 B8H,位地址為 BFHB8H，其位定義及位地址如表 所示 表 寄存器 IP 位地址 BFH BEH BDH BCH BBH BAH B9H B8H 位符號(hào) PS PT1 PX1 PT0 PX0 PX0 是外部中 斷 0 優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT0 是定時(shí)器 0中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PX1 是外部中斷 1 優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT1 是定時(shí)器 1中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PS 是串行中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)的最小系統(tǒng)由單片機(jī)，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路共同組成。通過這兩個(gè)引腳在芯片外并接石英晶體振蕩器和兩只電容器。 80C51 的時(shí)鐘振蕩電路如圖 所示 西安航空職業(yè) 技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 圖 單片機(jī)振蕩電路 復(fù)位是單片機(jī)的硬件初始化操作。 80C51 有復(fù)位信號(hào)引腳 RST，用于從外界引入復(fù)位信號(hào)。 (1)加電復(fù)位 加電復(fù)位是指通過專用的復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。加電復(fù)位是基本的、任何單片機(jī)系統(tǒng)都具有的功能。在單片機(jī)系統(tǒng)中，手動(dòng)復(fù)位是必須具有的功能。這時(shí)，手動(dòng)復(fù)位所完成的是一次重新啟動(dòng)操作。 在本次設(shè)計(jì)中加給 80C51 單片機(jī)的復(fù)位電路如圖 所示 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖 所示 圖 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 西安航空職業(yè) 技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 脈沖形成電路 霍爾傳感器介紹 脈沖形成電路即采用霍爾裝置組合形成的電路。 霍爾器件是一種磁傳感器。霍爾器件以霍爾效應(yīng)為其工作基礎(chǔ)?；魻柧€性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動(dòng)、無回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá) μm 級(jí)）。按照霍爾器件的功能可將它們分為 :霍 爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。按被檢測(cè)的對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為 :直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。 霍爾效應(yīng) 如圖 ，在一塊通電的半導(dǎo)體薄片上，加上和片子表面垂直的磁場(chǎng) B，在薄片的橫向兩側(cè)會(huì) 出現(xiàn)一個(gè)電壓，如圖 VH，這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，是由科學(xué)家愛德文 VH 稱為霍爾電壓?；魻栯妶?chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)力和洛侖茲力相反，它阻礙載流子繼續(xù)堆積，直到霍爾電場(chǎng)力和洛侖茲力相等。在片子上作四個(gè)電極，其中 C C2 間通以工作電流 I， C C2 稱為電流電極，C C4 間取出霍爾電壓 VH， C C4 稱為敏感電極。 霍爾元件可用多種半導(dǎo)體材料制作，如 Ge、 Si、 InSb、 GaAs、 InAs、 InAsP 以及多層半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)量子阱材料等等。 圖 InSb霍爾元件的輸出特性 西安航空職業(yè) 技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 圖 GaAs霍爾元件的輸出特性 A44E霍爾傳感器 在出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用型號(hào)為 A44E的霍爾傳感器模擬車輪轉(zhuǎn)動(dòng)向單片機(jī)輸出計(jì)數(shù)脈沖繼而由單片機(jī)轉(zhuǎn)換為里程數(shù)。 A44E 芯片屬于開關(guān)型的霍爾器件 ,其工作電壓范圍比較寬 (4. 5～ 18 V) ,其輸出的信號(hào)符合 TTL 電平標(biāo)準(zhǔn) ,可以直接接到單片機(jī)的 I/ O 端口上 ,而且其最高檢測(cè)頻率 可達(dá)到 1 MHz 。 霍爾開關(guān)電路的輸出特性見圖 所示。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到工作點(diǎn) (即 BOP) 時(shí) ,觸發(fā)器輸出高電壓 (相對(duì)于地電位 ) ,使三極管導(dǎo)通 ,此時(shí) OC 門輸出端輸出低電壓 ,通常稱這種狀態(tài)為開。在外磁場(chǎng)的作用下 ,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過導(dǎo)通閾值BOP時(shí) ,霍爾電路輸出管導(dǎo)通 ,輸出低電平。若外西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 加磁場(chǎng)的 B 值降低到 B RP時(shí) ,輸出管截止 ,輸出高電平。回差的存在使開關(guān)電路的抗干擾能力增強(qiáng)。一般規(guī)定 ,當(dāng)外加磁場(chǎng)的南極 ( S 極 ) 接近霍爾電路外殼上打有標(biāo)志的一面時(shí) ,作用到霍爾電路上的磁場(chǎng)方向?yàn)檎?,北極接近標(biāo)志面時(shí)為負(fù)?；魻杺鞲衅魇且粋€(gè) 3 端器件 ,外形與三極管相似 ,只要接上電源、地 ,即可工作 ,輸出通常是集電極開路 (OC) 門輸出 ,工 作電壓范圍寬 ,使用非常方便?；魻柶骷?