基于MCS-51单片机的计数器及出租车计费器设计.doc

单 片 机 课 程 设 计 课程名称： 单片机课程设计 设计题目： 基于外部脉冲自动计数的出租车计费器设计 专 业： 测控技术与仪器 学生姓名: 湖南工业大学电气与信息工程学院一、设计任务：1.1外部脉冲自动计数，自动显示。1.1.1设计一个255计数器：0255计数，计满后自动清0，重新计数（在数码管中显示）。1.1.2设计一个50000计数器：050000计数，计满后自动清0，重新计数（在数码管中显示）。1.2 设计一个出租车计费系统： 起步价为5元（2km以内），2km后，0.8元/0.5km;要求每500m刷新计费一次，在6位数码管中，前3位显示数码管显示里程数,后3位数码管显示价钱（角，元，十元，百元）二、设计思路及源程序：2.1、0-255计数器设计：设计思路： 十进制数0-255可用8位二进制数来表示，定时器/计数器的四种工作方式均可实现0-255的计数功能(工作方式3只有定时器0可以实现)。在此为了设计方便，我采用定时器/计数器t1工作方式2(可自动重装初值)，外部脉冲由at89s51的p3.5管脚引入，每来一个外部脉冲，计数器t1计数加一。由此，只需对tl1的计数值进行相应的二进制-十进制转换，通过算法进行运算可得到百位，十位，各位，并存入相应变量中（对c51语言而言）。选通相应数码管，再将各位数字的相应显示编码输入即可在数码管上显示计数结果。源程序：/*程序功能描述：计数器接受外部脉冲实现自动计数，计数范围0-255 计满数后自动清零，再重新循环计数 。 说明:主要硬件设备：6位共阳极数码管，晶振频率：12mhz*/#includereg51.h /c51头文件unsigned char code led_num10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /数码管显示数字的十六进制代码unsigned char code led_bit6=0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd; /位选代码,注意语句后的分号不能丢/*函数名称：延时子程序*/void delay(unsigned int dat) unsigned int k,j; /定义局部无符号整形变量 for(k=0;kdat;k+) for(j=0;j2000;j+); /空循环，延时语句 /*函数名称：计数器初始设置函数*/void init_timer1(void) tmod=0x60; /设置为计数器模式，工作方式2，自动重装初值 th1=0x00; /计数器初值设为0 tl1=0x00; tr1=1; /开启计数器/*函数名称：主函数 说明:先将计数器1的tl1中数据百位、十位、个位分离，并存于数组led中，再将对应数字的编码送入数码器显示出来*/void main(void) unsigned char i,j; unsigned char led3; /用来存放要显示数字的百、十和个位上的数字 init_timer1(); /计数器初始化 while(1) led0=tl1%10; /取个位数字存于字符数组 led1=tl1%100/10; /取十位数字 led2=tl1/100; /取百位数字 for(j=0;j10;j+) /在显示上消耗时间，使三个数码管显示不中断. for(i=0; i 3; i+) p2=led_biti; /把ledi表示的位置的位选通 p0=led_numledi; /把相应位置的数显式出来 delay(1); /延时 proteus仿真效果图图2.1、255计数器仿真效果图2.2、0-50000计数器设计： 设计思路：0-50000计数器设计方法与0-255计数器设计方法有很多地方相似，主要在一些地方作了一些技术处理。由于十进制数0-50000用8位二进制已不能表示出来，在此只能选择定时器/计数器工作方式1。在用16位计数器处理0-50000计数时，我们既可用单纯的定时器/计数器模式，也可采用定时器/计数器中断模式。中断模式的优越之处在于它可在计数溢出时打断主程序的执行，通过在中断服务程序中编写显示清零程序，可以很精确的实现0-50000的计数。而用定时器/计数器模式时有可能在计数满50000时显示不能及时清零，造成这种现象的原因主要是外部脉冲频率太大，程序来不及对每个脉冲进行处理。因此非中断模式要受到外部脉冲的限制，考虑到现实中有些情况下脉冲频率也可能会很大，故本程序及下面的出租车计费器均采用中断模式，把计数清零语句放到中断服务程序中，以保证能精确实现0-50000的计数。 源程序： /*程序功能：此程序为计数器1接受外部脉冲实现0-50000自动计数，计数快慢由外部脉冲的大小决定说明：主要硬件设备：6位共阳极数码管。*/#includereg51.h /头文件unsigned char code led_num10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /数码管显示数字的十六进制代码unsigned char code led_bit6=0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd; /位选代码/*函数名称：延时子程序函数*/void delay(unsigned int dat)unsigned int k,j;for(k=0;kdat;k+)for(j=0;j=0x51) /第50001个脉冲来临时将计数器清零th1=0x00; tl1=0x00;temp=th1; temp=temp8; /将th1中数字左移8位再赋给temp temp=temp|tl1; /将th1和tl1中数据合到一个整形变量temp中led0=temp%10; /存取个位数字led1=temp%100/10; /存取十位数字led2=temp%1000/100; /存取百位数字led3=temp%10000/1000; /存取千位数字led4=temp/10000; /存取万位数字 for(j=0;j10;j+) /在显示上消耗时间，使三个数码管显示不中断for(i=0; i 5; i+) p2=led_biti; /把ledi表示的位置的位选通 p0=led_numledi; /把相应位置的数显式出来 delay(1); /延时一个微小时 proteus仿真效果图图2.2、50000计数器仿真效果图2.3、出租车计费设计：设计思路：出租车计费器的设计可在0-50000计数器的基础上扩充改写而成。出租车上安装有一个霍尔传感器，车子轮胎每转动一圈，霍尔传感器便产生一个脉冲。因此计数脉冲跟轮胎有直接的对应关系，考虑到车轮是按一定的规格生产的，在此我们将车程(汽车行驶距离)与车轮的直径及计数脉冲数联系起来。因此车程可用计数脉冲的个数表示出来，因而车程的显示可转化为计数器显示问题。而车程与收费之间的数学关系在设计要求中已明确。我采用6位数码管来显示车程和收费。其中前三个数码管显示车程，后三个数码管显示收费。特别指出最好用中断处理计数脉冲数的临界值，否则很容易不能达到预期目标。/*程序功能：此为一个出租车计费器，计数器接受外部脉冲自动计数，在两千米 以内收费5元，之后每 500m刷新一次计费，每500米收费0.8元。数码管前三位显示里程数，显示精确到0.1km; 数码管后三位显示价钱，从低位到高位一次表示角，元，十元。 说明：车子的轮胎直径用宏定义，方便根据不同车型修改参数，用软件仿真时为了更快看到结果，可将车的轮胎直径参数设的小一点。*/#includereg51.h /c51头文件#define pi 3.14159 /宏定义圆周率为3.14159#define dia 1.0 /宏定义出租车轮胎的直径为1.0米unsigned char code led_num10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /数码管显示数字的十六进制代码unsigned char code led_bit6=0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd; /位选代码/*函数名称:延时子程序*/void delay(unsigned int dat) /延时大小由形参的大小决定 unsigned int k,j; for(k=0;kdat;k+) for(j=0;j=0xed) /第9709个脉冲来临时将计数器清零 th1=0x00;tl1=0x00;money=0; /计费清零 temp=th1; temp=temp0)&(way=2.0) money=5.0; /两千米之内收费5元 else cnt=2*(way-2); /将超出2km部分转化为0.5km的整数倍并存于cnt中 money=cnt*0.8+5; /算出应收的费用并存于money中 wap=money*10; /将收费数据转化为整形，最低位表示角，其次为元，十元 tab=way*10; /将路程数据转化为整形，最低位表示百米,其次表示千米，万米 led0=wap%10; /角位上的数字存led0 led1=wap%100/10; /得出元位上的数字 led2=wap/100; /得出十元位上的数字 led3=tab%10; /得出百米上的数字 led4=tab%100/10; /得出千米上的数字 led5=tab/100; /得出万米上的数字 for(j=0;j10;j+) /在显示上消耗时间，使三个数码管显示不中断 for(i=0; i 6; i+) p2=led_biti; /把ledi表示的位置的位选通 if(i=1)|(i=4) p0=led_numledi&0x7f; /把相应位置的数显式出来，带小数点 else p0=led_numledi; /把相应位置的数显式出来，不带小数点 delay(1); /延时一个微小时间 proteus仿真效果图注：高三位数码管显示车程，最低位表示百米；低三位数码管显示收费，最低位表示角图1.2、出租车计费仿真效果图三、单片机最小系统硬件资源介绍： 89s51单片机； 6位共阳极数码管； 段码驱动器74hc573，位选译码器74hc138； 4路独立式按键； 外部晶振电路； isp下载接口（in system program,在系统编程）； dc+5v电源试配器（选配）； isp下载线（选配）。单片机最小系统实训板硬件资源分布见图1元件布局图和图2电路原理图：其中p1为外部电源输入座（dc+5v），s8为电源最小系统的电源开关，e1和c3为电源滤波，去耦电容。d1为系统电源指示灯。j2为isp下载接口，s7系统复位按键。cry1，c1，c2为外部时针电路。ic1为89s51（dip-40），左上角为第一脚。pre1，pre2。为上拉排阻（阻值4.7k10k）。j5，j9，j6，j10分别对应单片机的p0，p1，p2，p3口。便于二次开发。6路共阳极数码管动态显示电路，p0口通过74hc573（起驱动和隔离作用，让电流通过74ch573流入公共地），来控制数码管的8路段码，p20-p22通过74hc138译码器（使用其中的6路）控制数码管的公共端（中间还有三极管做驱动器）。这样设计的理由：为了保证该单片机最小系统的二次开发的资源充足和合理性。如果单只做一个动态显示电路，可以省去74hc573，和74hc138。图3.1 元件布局图图3.2 单片机最小系统原理图四、课程设计总结这次单片机课程设计历时两周，是一次把理论融于实践的教学行动。基于我们基础还比较薄弱，这次课程设计老师给我们布置了三个设计课题，分别是0-255计数器，0-50000计数器以及出租车计费器。这三个课题都是定时器/计数器接收外部脉冲实现计数，程序设计层层相扣，由浅入深。255计数器设计是这次课程设计最简单的一道程序题，它也是后续程序设计的基础。由于255计数器数据显示范围是0-255，所以由定时器t1的tli寄存器就可完全实现计数。定时器有四种工作方式，它们都可以满足255计数要求（工作方式3只能用定时器t0）,为了设计方便，老师建议使用定时器t1工作方式2（计数器自动重装初值）。老师又说不使用中断也可完全实现编程要求，而且告诉了我们数模转换的方法，并帮我们理清了设计思路，这样我们编程基本上不存在什么难点。 50000计数器设计比255计数器设计要难一点，也是这次课程设计比较关键的一环。50000计数器只能使用定时器工作方式1（16位计数器），这里需要处理16位数字，用汇编语言编程，在这里将是一个难点，用教科书中双字节除法运算程序显然程序冗长晦涩，不适合这种课程设计。在这里我们先把th1和tl1中的数据分别用数模转换按位先分离，再采用满十向高位进一的办法解决。在这次设计中我采用c51语言编程，定义一个双字节整形变量，很简单解决了装下th1和tl1中总共两个字节数据并实现数模转换的问题。由于16位计数器最大计数范围为0-65535，所以在设计50000计数器的时候要注意计数满50000显示清零。 出租车计费器可在计数50000的程序上修改而成。在这里我们要明白车子轮胎每转一圈，霍尔传感器发送一次脉冲，计数器接受脉冲计数加一。由此我们可得出车程与轮胎直径及计数器计数值三者之间的关系，从而由计数器计数转换为车程，并将车程用数码管显示出来。另一个问题是找出计费与车程的关系，这在题目中已经给出。最后还要注意当计费显示达到最大值时要将数码管显示清零。由上可以知道已将出租车计费器转换为计数问题，从而使问题得到圆满解决。 编程思路虽然理清了，但在编程过程中的一些细节问题还是要引起足够的重视