毕业论文单片机出租车计价器的研究

1、论文题目：基于C-51单片机出租车计价器的研究系 部专 业班 级学生姓名学 号指导教师2011年 5月 13 日目 录第1章 绪 论11.1 前言11.2 设计的意义11.3 系统设计的要求1第2章系统整体设计22.1 方案论证与比较22.1 系统总体设计要求3第3章相关芯片介绍53.1 控制核心芯片AT89C515 主要特性53.1.2 AT89C51的管脚结构图及管脚说明53.1.3 AT89C51的振荡器特性8 芯片擦除83.2掉电存储芯片AT24C029概述93.2.2 AT24C02介绍93.3并行接口芯片815510概述10芯片8155基本结构及工作方式113.3.3 8155的命

2、令/状态寄存器133.3.4 8155的定时器/计数器133.4时钟芯片8563143.4.1 8563的主要特性及管脚结构图143.4.2 8563的基本原理153.5可编程并行接口8255163.5.18255的内部结构及管脚功能16第4章系统硬件设计184.1 最小系统18晶振系统18复位电路194.2 时钟电路模块204.3掉电存储模块214.4里程检测模块224.5 LED显示模块22 LED显示器介绍22 LED显示器原理23 LED显示器的显示方式244.6 存储区扩展模块26 引言264.6.2 2716的扩展与6116的扩展264.7 键盘模块27 矩阵式键盘接口设计274.

3、7.2 键盘具体连接图294.8 打印模块30 打印机概况30 打印机接口31结论/展望32致谢33参考文献34附录. 35摘 要本文介绍了出租车计价器系统在实际生产生活中的重要性，介绍一种以单片机AT89C51 为核心的多功能出租车计价器的设计,阐述硬件设计过程中关键技术的处理。结果表明该计价器具有集计程、计时、计费、存储等多种计量功能，并且具有打印和显示等多种功能。本课题主要研究出租车计价器的硬件设计。论文详细阐述了该计价器的总体设计：时钟电路模块、掉电存储模块、里程检测模块、LED显示模块、键盘模块、打印模块等。关键词：AT89C51；掉电存储；LED显示ABSTRACTIn this

4、paper, the importance of taximeter in our life is introduced.The designs of a new type of taximeter based on single chip microcomputer AT89C51 are presented.How to solve key problems in the process of designing hardware system is also discussed.The results have proved that the system is satisfied wi

5、th the practical requirement s of distance, time and fare counting, storing, and the print, display function. In the thesis, hardware design of the taximeter is mainly focused on. The thesis elaborates the overall design of taximeter.The clock electric circuit mold piece, electricity saving mold pie

6、ce, mileage examination mold piece and LED demonstration mold piece, keyboard mold piece, print mold piece etc.Key Words：AT89C51:Electricity saving mold piece; LED demonstration第1章 绪论 前言近年来，我国出租汽车行业迅猛发展，出租汽车已经成为我国城市公共交通的重要组成部分和现代化城市必备的基础设施，成为人们工作、生活中不可缺少的交通工具。出租汽车服务行业和出租汽车计价器紧密相关，因为出租汽车必须安装出租汽车计价器才能

7、投入营运。出租汽车计价器是一种能根据乘客乘坐汽车行驶距离和等候时间的多少进行计价，并直接显示车费值的计量器具。计价器是出租汽车的经营者和乘坐出租汽车的消费者之间用于公平贸易结算的工具，因而计价器计价准确与否，直接关系到经营者和消费者的经济利益。依据国家有关法律、法规，出租汽车计价器是列入国家首批强制检定的工作计量器具之一，也是近年来国家质量技术监督部门强化管理的六类重点计量器具之一。出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项新兴行业，随着我国国民经济的高速发展，出租汽车已成为城市公共交通的重要组成部分。多年来国内普遍使用的计价器只具备单一的计量功能。目前全世界的计价器中有90%为台湾所生产。现今我

8、国生产计价器的企业有上百家，主要是集中在北京，上海，沈阳和广州等地。1.2 设计的意义在出租车是城市交通的重要组成部分，行业健康和发展也获得越来越多的关注。汽车计价器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要标志，是出租车中最重要的工具。它关系着交易双方的利益。具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。因此，汽车计价器的研究也是十分有一个应用价值的。1.3 系统设计的要求本设计采用AT89C51单片机为主控器，以A44E霍尔传感器测距，实现对出租车的多功能的计价设计，并采用掉电存储单元AT24C02来实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息，输出采用

9、6段数码显示管。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据白天，黑夜，中途等待来调节单价，但同时在不计价的时候还能作为时钟为司机同志提供方便。具体要求： 实现当前车速的检测 实现运行里程的检测 实现出租车费用的计算，时数据的显示等功能。第2章系统整体设计2.1 方案论证与比较方案一：采用数字电路控制，其原理如图所示。采用传感器件，输出脉冲信号，经过放大整形作为移位寄存器的脉冲，实现计价，但是考虑到这种电路过于简单，性能不够稳定，而且不能调节单价，也不能根据天气调节计费保准，电路不够实用。电路框图如图2-1所示：金额显示单价显示电源电路及保护电路里程传感器移位寄存器电路图2-1 数字电

10、路方案方案二： 出租车驱动轮转数与转轴转数的传动比是一定的，磁感应传感器会产生一个大约20 ms的低脉冲，可以通过计算磁感应传感器产生的低脉冲数来计算出租车跑的里程数及相应的车费。编码器的单片机通过一个I/O口来检测磁感应传感器信号，当确定为传感器产生的信号时，就通过另一个I/O口向解码器的单片机发送一组编码，而解码器的单片机则首先判断当前准备接收的数据是编码器发送的编码还是解码写入器发送的解码。当判断是解码写入器发送的解码时，解码器的单片机接收此解码，并利用12C总线协议将解码保存到EEPROM中去；当判断是编码器发送的编码时，解码器的单片机先接收此编码，然后读出自己EEPROM中的解码，将

11、其与接收到的编码相比较，如果相同则解码器单片机通过一个I/0口向计价装置发出计价脉冲，否则不发出计价脉冲。解决了以往计价器计价不准确、使用寿命短等缺点，但此方法通常使干扰信号也能产生计数脉冲，分立元件过于复杂，电路稳定性不好。方案框图如图2-2所示:计价脉冲解码器编码器磁感应传感器 计价装置解码写入器图2-2编码器方案方案三：采用单片机控制。以单片机为核心,设计上采用89S51单片机为主控器，以A44E霍尔传感器测距，并采用AT24C02实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息，输出采用7段数码显示管。利用单片机丰富的I/O端口，及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能和价格调整、时钟显示

12、功能。原理结构如图2-3所示： AT89C51单片机 数据存储及时钟模块 里程采集模块 显示模块 存储区扩展模块 键盘模块打印模块图2-3单片机控制方案本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据白天，黑夜，中途等待来调节单价，但同时在不计价的时候还能作为时钟为司机同志提供方便。单片机计算总价的公式为：总价=起步价+单价*（总里程-起步里程）。AT89C51作为一个单片微型计算系统，灵活性高，其强大的控制处理功能和可扩展功能为设计电路提供了很好的选择。 通过比较以上三种方案，单片机方案有较大的活动空间，不但能实现所有要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级

13、，所以我们采用第三种方案，用AT89C51单片机实现出租车计价的功能。2.2 系统总体设计要求所设计的出租车计价系统,要求可以设置起步价，(如5 公里内10 元) ,5 公里后开始按每公里增加费用,每公里的单价为1. 6 元。在出租车运营过程中,当遇到堵车等情况而导致出租车处于等待状态,则每等到五分钟(时速低于每小时5 公里) 费用加1 元。当总计费金额达到30 元后,每公里将加收50 %的空驶费,遇有特殊情况停车时,可设为不计费,以保证乘客权益。该电路系统能够模拟实际出租汽车的启动、停止、暂停、空车等状态,可以显示计费金额、行驶公里数、计费开始时间等参数,而且各关键参数可以进行调整,以适应在

14、实际应用中起步价、每公里价格和计费方式等参数的变化。本课题研究的主要内容是设计出租车计价器的硬件电路。设计的整体电路框图如图2-4所示，整个系统由单片机A T89C51 控制电路、A44E 霍尔传感器电路、AT24C02 存储电路、8563时钟电路、票据打印电路、按键键盘电路、LED驱动显示电路及电源电路组成。单片机采集并判断空车灯信号及路程检测传感器信号,当出租车启动时,单片机检测到霍尔传感器的脉冲信号并进行里程计算。当无乘客时,单片机调用实时时间芯片8563 程序和8255串口显示驱动程序,用4只LED进行时钟显示;当空车灯掰下乘客上车时，通过8563 获取时间信息分辨白天/ 晚上,然后调

15、用AT24C02 程序获取白天/ 晚上的单价及起始价,便开始计价并显示时间、里程和金额等信息;当空车灯打上乘客下车时，打印好票据,单片机将营运数据信息存储到AT24C02 中,等待出租车再次启动后单次金额与里程等信息清零复位, 就此完成一次计价。 AT89C51单片机 数据存储及时钟模块 里程采集模块 显示模块 存储区扩展模块 键盘模块打印模块图2-4硬件电路框图第3章相关芯片介绍3.1 控制核心芯片AT89C51 主要特性 与MCS-51系列单片机产品兼容 4K字节在系统可编程Flash存储器（片内具有4K字节闪速存储器） 1000次擦写周期 128Bytes的内部RAM单元 4个8位I/O

16、口，即32位可编程I/O口线 2个16位定时器/计数器 6个中断源 可编程全双工串行口 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 灵活的ISP在线编程功能（字或字节模式） 可设置为待机状态和掉电状态 振荡器及时钟电路，全静态工作方式，时钟频率可为0Hz24MHz。具有全静态的工作方式，表明它不一定要求连续的工作时钟定时，在等待内部事件期间，时钟频率可降至0。 AT89C51芯片在出厂时，闪存处于可擦除状态，各地址单元内容为FFH，可随时进行编程。编程是按字节进行的。编程电压VPP有高压12V的，也有低压5V的。AT89C51的内部结构框图如图3-1所示：3.1.2 AT

17、89C51的管脚结构图及管脚说明如图3-2所示。VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。   P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的

18、缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P0.0P0.7 P2驱动P0驱动RAM地址寄存器RAMP0锁存器FPEROMP2锁存器动程序地址寄存器ACCB寄存器缓冲堆栈指针TMP1TMP2PC增加1中断、串行口和定时器ALUPCPSWPSENDPTR定时控制指令寄存器P3锁存器P1锁存器OSCP1驱动P1驱动 + 图3-1 AT89C51的内部结构框图图3-2 AT89C51管脚结构图  P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时

19、，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。    P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作

20、为AT89C51的一些特殊功能口，如表3-1所示： P3口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。表3-1 AT89C51部分引脚功能表 端口引脚 复用功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断0） /INT1（外部中断1） T0（定时器0的外部输入） P3.5 T1（定时

21、器1的外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD （外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚

22、被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。   /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。  /EA/VPP：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。    XTAL1：反向振荡放

23、大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.1.3 AT89C51的振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，A

24、T89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.2掉电存储芯片AT24C02 概述单片机实现的仪器仪表，家用电器，工业监控等系统中，对某些状态参数，不仅要求能够在线修改，而且断电能保持，以备上电后恢复系统的状态。断电数据保护方法可选用具有断电保护功能的RAM和电可擦存储器EEPROM。具有断电保护功能的RAM容量大，速度快，但占用线多，成本高，EEPROM适合数据交换量少，对传送速

25、度要求不高的场合。EPROM有并行和串行之分，并行EEPROM速度比串行快，容量大。串行芯片成本低，线路简单，工作可靠，占用单片机口线资源少。 AT24CX系列串行EEPROM是目前单片机应用系统中使用较多的EEPROM芯片。其系列串行EEPROM除具有体积小、功耗低、工作电压有效范围宽等特点外，还具有型号多，容量大，I2C总线协议，占用I/O口线少，芯片扩展配置方便灵活，读/写操作相对简单等优点。在智能化装置中，正日益获得广泛应用。 AT24CX系列EEPROM为串行的用电擦除的可编程CMOS只读存储器。自定时写周期包括自动擦除时间不超过10ms，典型时间为5ms。擦除/写入周期寿命一般都可

26、达到10万次以上。片内数据保存寿命可达410年以上。采用单一电压+5V，低功耗工作电流1mA,备用状态只有10uA,端口为三态门输出，与TTL电平兼容。一般商业品工作温度为0+70，工业品为-40+85。这个系列的芯片有8脚DIP（双列直插）封装，8脚SOIC（表面贴装）封装，一部分型号还有14脚SOIC封装。目前，我国采用的AT24CX系列串行芯片EEPROM主要是由ATMEL，MICROCHIP，XICOR，NATIONAL等几家公司提供。下面以ATMEL公司的产品进行说明。3.2.2 AT24C02介绍AT24C02系列串行EEPROM引脚、容量及结构目前我国应用最多的封装形式是8脚封装

27、,如图3-3所示：图3-3 AT24C02型号和引脚AT24C02的EEPROM的引脚说明如下：SCL串行时钟端，用于对输入和输出数据的同步。写入串行EEPROM的数据用SCL上升沿同步，输出数据用下降沿同步SDA串行数据输入/输出端，漏极开路结构。左右的上拉电阻。SDA线上数据传送顺序是高位在先，低位在后。WP写保护，用于硬件数据保护功能。当该引脚接地时，可以对整个存储器进行正常读/写操作；当其接电源Vcc时，芯片就具有写保护功能，被保护的区域因型号而异。被保护部分的读操作不受影响，实际上这时被保护的区域就可以作为串行只读存储器。英注意，对AT24C08芯片，虽然第7脚也定义为WP，但实际不

28、起作用。A0，A1，A2片选或以页面选择地址输入，用于EEPROM器件地址编码。将这3个引脚配置成不同的编码值，可选中不同的芯片。在同一串行总线上最多可扩充8片同一容量或不同容量的芯片。但注意，有些型号的地址是无效的。例如，AT24C16所对应的3个引脚均无效，因此使用AT24C16时只能寻址1片，同样，使用AT24C04时刻寻址4片；使用AT24C08可寻址2片。TEST测试，用于对存储器的检测。Vcc电源电压+5V。GND接地端。NC未连接。ATC24C02是目前最常用的型号，支持器件地址编码，统一串行总线最多时可同时连接18片，支持硬件设置数据保护。3.3并行接口芯片81553.3.1

29、概述 8155是一个有40引脚的塑封芯片，功能较强，广泛地应用在计算机电路中。它有两个8位口A、B和一个6位口C，总可以扩展出22条接线。它含一个可预置的计数器，计数范围从2到16383，可用于延时、计数或分频，它内部有256字节的RAM，可以补充CPU内部的不足。为了能够设置芯片的工作方式和了解芯片的状态，内部还有命令寄存器和状态寄存器。8155共有40个脚。其中，与CPU相连的引脚有、IO/、AD0AD7、ALE、和RESET。是片选信号，当=0时，芯片才能与CPU交换信息。接到地址译码器上，由整个系统分配给高位地址，以保证任何时刻只有一个芯片可与CPU交换信息，不发生地址冲突。IO/是接

30、口或内部 RAM寄存器的选择线。当IO/=1时，CPU是对I/O接口操作；当IO/=0时，CPU是对RAM操作。它一般接到CPU的地址线A8上。AD0AD7为地址数据总线。ALE是地址锁存信号输入线。、分别是读、写控制线。RESET是复位线.当RESET=1时，8155被复位。与外部设备连接的引脚有TMRIN、TMROUT、PA0PA7、PB0PB7和PC0PC5。TMRIN是计数输入线，接到待测的脉冲源。TMROUT是计数输出线。PA0PA7是A口的8位输入/输出线。PB0PB7是B口的8位输入/输出线。PC0PC5是C口的6位输入/输出线。3.3.2芯片8155基本结构及工作方式

31、8155芯片为40引脚双列直插封装，单一的+5V电源，其引脚排列如图3-4所示：图3-4 8155引脚排列图在与单片机接口的方向，8155提供如下信号：l AD7AD0地址数据复用线。l ALE地址锁存信号。除进行AD7AD0的地址锁存控制外，还用于把片选信号CE和IO/M等信号进行锁存。l 读选通信号。l 写选通信号。l 片选信号。l IO/I/O与RAM选择信号。8155内部的I/O口与RAM是分开编址的，因此要使用控制信号进行区分。IO/=0,对RAM进行读写；IO/=1，对I/O口进行读写。该信号是一个特殊信号，对它的使用要格外注意。l RESET复位信号。8155以600ns的正脉冲

32、进行复位，复位后A、B、C口均置为输入方式。I/O口及其工作方式 8155的3个I/O口，分别以PA、PB和PC称呼，其中PA和PB都是8位通用输入/输出口，主要用于数据的I/O传送，它们都是数据口，因此只有输入/输出两种工作方式。而PC口则为6位口，它既可以作为数据口用于数据的I/O传送，也可以作为控制口，用于传送控制信号和状态信号，对PA和PB的I/O操作进行控制。因此PC口共具有4种工作方式，即：输入方式(ALT1),输出方式(ALT2),PA口控制端口方式(ALT3)以及PA和PB口控制端口方式(ALT4)。 当以无条件方式进行数据输入/输出传送时，由于不需要任何联络信号，因此这时PA

33、、PB及PC都可以进行数据的输入/输出操作。 当PA或PB以中断方式进行数据传送时，所需要的联络信号由PC提供，其中PC2PC0是为PA提供，PC5PC3是为PB提供。各联络信号的定义如表3-2所示。 联络信号共有3个，其中：l INTR中断请求信号（输出），高电平有效。送给MCS51单片机的外中断请求。l BF缓冲器满状态信号（输出），高电平有效。选通信号（输入），低电平有效。数据输入操作时，是外设送来的选通信号；数据输出时，是外设送来的应答信号。表3-2 PC口线联络信号定义 方式口位作PA控制端口作PA和PB控制端口PC0AINTRAINTRPC1ABFABFPC2PC3 输出BINTR

34、PC4输出BBFPC5输出RAM单元及I/O口编址 8155共有256个RAM单元，加上6个可编址的端口，这6个端口是：命令/状态寄存器、PA口、PB口、PC口、定时器/记数器低8位以及定时器/计数器高8位。为此8155引入了8位地址AD2AD0,无论是RAM还是可编址口都使用这8位地址进行编址。对它们只需使用AD2AD0即可实现编址，如表3-3所示。表3-3 8155的可编程端口AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0选 择 ×××××000命令/状态寄存器×××××001 PA口&#

35、215;××××010 PB口×××××011 PC口×××××100 定时器/计数器低8位×××××101 定时器/计数器高8位3.3.3 8155的命令/状态寄存器8155有一个命令/状态寄存器，实际上这是两个不同的寄存器，分别存放命令字和状态字。但由于对命令寄存器只需进行写操作，而对状态寄存器只需进行读操作，因此把它们编为同一地址，合在一起称之为命令/状态寄存器。命令字：命令字共8位，用于定义端口及定

36、时器/计数器工作方式。对命令寄存器只能写不能读。状态字：状态字也是8位（但实际只使用7位，最高位没定义）。用于寄存器各端口及定时器/计数器的工作状态。 8155的定时器/计数器定时器/计数器的记数结构：8155的定时器/计数器是一个14位的减法计数器，由两个8位寄存器构成，以其中的低14位组成计数器，剩下的两个高位（M2,M1）用于定义计数器输出的信号形式。8155定时器/计数器的记数结构如表3-3所示：表3-3 8155定时器/计数器的记数结构D7 D6D5D4D3D2D1D0 M2 M1 T13 T12 T11 T10 T9 T8D7D6D5D4 D3 D2 D1 D0 T7 T6 T5

37、T4 T3 T2 T1 T0定时器/计数器的使用：8155的定时器/计数器与MCS-51单片机芯片内部的定时器/计数器在功能上是完全相同的，即同样具有定时和计数两种功能。但是在使用上却与MCS-51的定时器/计数器有许多不同之处。具体表现在：l 8155的定时器/计数器是减法计数，而MCS-51的定时器/计数器却是加法计数。因此确定计数初值的方法是不同的。l MCS-51的定时器/计数器有多种工作方式。而8155的定时器/计数器则只有一种固定的工作方式，即14位计数，通过软件方法进行计数值加载。l MCS-51的定时器/计数器有两种计数脉冲。当定时工作时，由于芯片内部按机器周期提供固定频率的计

38、数脉冲；当计数工作时，从芯片外部引入计数脉冲。但8155的定时器/计数器，不论是定时工作还是计数工作，都由外部提供计数脉冲，其信号引脚就是TIMER IN。l MCS-51的定时器/计数器，计数溢出自动置位TCON寄存器的计数溢出标志位（TE），供用户以查询或中断方式使用；但8155的定时器/计数器，计数溢出时向芯片外边输出一个信号（TIMER OUT）。而且这一信号还有脉冲和方波两种形式，供用户进行选择。具体由M2、M1两位定义：M2 M1= 00 单个方波M2 M1= 01连续方波 M2 M1= 10单个脉冲M2 M1= 11连续脉冲 这4种输出形式如图3-4所示：M2M1 开始计数 终止

39、计数00 单个方波 01 连续方波 10 单个脉冲 11 连续脉冲 图3-4 8155定时器/计数器的输出方式3.4时钟芯片8563 8563的主要特性及管脚结构图特性：􀁺􀀃􀁺􀀃0.25 A VDD=3.0V,Tamb=25􀁺􀀃 3.可编程时钟输出频率为32.768KHz 1024Hz 32Hz 1Hz􀁺􀀃􀁺􀀃􀁺􀀃􀁺􀀃 7.400kHz I2C

40、总线(VDD=1.8 5.5V) 其从地址读0A3H;写0A2HPCF8563 的管脚排列及描述如图3-5所示：图3-5 8563引脚图功能如表3-4所示：表3-4 8563管脚功能表3.4.28563的基本原理8563有16个8位寄存器：一个可自动增量的地址寄存器，一个内置32.768KHz 的振荡器（带有一个内部集成的电容），一个分频器（用于给实时时钟RTC提供源时钟），一个可编程时钟输出，一个定时器，一个报警器，一个掉电检测器和一个400KHzI2C总线接口。所有16个寄存器设计成可寻址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用。前两个寄存器（内存地址00H，01H） 用于控制寄存器和状态寄存

41、器，内存地址02H-08H 用于时钟计数器（秒年计数器），地址09H-0CH用于报警寄存器（定义报警条件）地址0DH控制CLKOUT管脚的输出频率，地址0EH和0FH分别用于定时器控制寄存器和定时器寄存器：秒、分钟、小时、日、月、年、分钟报警、小时报警、日报警寄存器，编码格式为BCD ，星期和星期报警寄存器不以BCD 格式编码。当一个RTC寄存器被读时，所有计数器的内容被锁存，因此，在传送条件下，可以禁止对时钟/日历芯片的错读。 8563时钟芯片在本设计中具有以下功能： 1. 定时器功能8位的倒计数器地址（0FH ）由定时器控制寄存器地址0EH控制，定时器控制寄存器用于设定定时器的频率（409

42、6，64，1 或1/60Hz ）以及设定定时器有效或无效定时器从软件设置的8 位二进制数倒计数每次倒计数结束定时器设置标志位TF，定时器标志位TF只可以用软件清除，TF用于产生一个中断（/INT ）每个倒计数周期产生一个脉冲作为中断信号TI/TP 控制中断产生的条件。当读定时器时返回当前倒计数的数值。 2.CLKOUT 输出 管脚CLKOUT可以输出可编程的方波。CLKOUT 频率寄存器地址0DH，决定方波的频率，CLKOUT可以输出32.768KHz( 缺省值)，1024，32，1Hz 的方波。CLKOUT为开漏输出管脚，上电时输出有效，无效时输出为高阻抗。8563包含一个片内复位电路，当振

43、荡器停止工作时，复位电路开始工作，在复位状态下，I2C总线初始化，寄存器TF、VL、TD1、TD0、TESTC、AE 被置逻辑1，其它的寄存器和地址指针被清0。8563内嵌掉电检测器，当VDD低于Vlow时,位VL（Voltage Low,秒寄存器的位7）被置1，用于指明可能产生不准确的时钟/日历信息，VL标志位只可以用软件清除，当VDD慢速降低（例如以电池供电）达到Vlow时，标志位VL被设置，这时可能会产生中断。8563有16个寄存器，其中00H-01H为控制方式寄存器、09H-0CH为报警功能寄存器、0DH为时钟输出寄存器、0EH和0FH为定时器功能寄存器、02H-08H为秒-年时间寄存

44、器。6.电源复位（POR）替换模式POR 的持续时间直接与振荡器的起动时间有关。一种内嵌的长时间起动的电路可使POR失效，这样可使设备测试加速。这种模式的设定要求I2C总线管脚SDA和SCL的信号波形如下图所示，图中所有的时间值为所需的最小值。当进入替换模式时，芯片立即停止复位，操作通过I2C总线进入EXT_CLK 测试模式。设置位TESTC逻辑可消除替换模式，再次进入替换模式只有在设置TESTC为逻辑1后进行。在普通模式时设置TESTC为逻辑0没有意义，除非想阻止进入POR 替换模式。3.5可编程并行接口8255为了连接键盘、显示器等并行输入输出的外围设备，采用可编程并行接口8255来实现A

45、T89C51单片机并行接口扩展。3.5.18255的内部结构及管脚功能 8255是Intel公司生产的一种通用的可编程的并行接口电路。它有三个八位并行I/O口。其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。内部结构图如图3-6所示:一、8255的引脚功能:(1)CPU与8255交换数据引脚DOD7:接数据总线。/CS:片选。/RD、/WR:读、写线。AO、Al:内部寄存器寻址。(2)与I/O设备交换数据引脚APOPA:7A口的8位输入/输出线。PBOPB:7B口的8位输入/输出线。PCOPC7:作为8位输入/输出线;作为两个4位输入/输出线:PCOPC3、PC4PC7;可对每一位实现按位“置位”

46、或“复位”控制:作为8255的状态口;专用联络信号线。图3-6 8255内部结构图二、8255操作方式8255有3种工作方式可选择，即方式0、方式1、方式2。1.方式0的基本功能:两个8位口，两个4位口;任一端口可以作为输入输出;输出是锁存的;输入是不锁存;输入输出有16种不同的组合。2.方式1的基本功能:用作一个或两个选通端口;每一个端口包含8位的数据端口，三条控制线，提供中断逻辑;任一端口都可作为输入或输出;若只有一个端口工作于方式1，余下的其它位可以工作在方式0;若两个端口都工作于方式1，端口C还留下两位，这两位可以用作输入输出，也具有置位/复位功能。3.方式2的主要功能:方式2只用于端

47、口A;一个8位的双向总线端口A和一个5位控制端口C;输出和输出是锁存的;5位控制端口是控制A口的。这些操作方式可以由CUP输出到8255的控制字来选择。在8255芯片工作前，首先向8255的控制寄存器中输入控制字。第4章 系统硬件设计4.1 最小系统单片机最小系统，是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉、结构简单，常用来构成简单的控制系统。4.1.1晶振系统本设计采用PCF8563作为芯片。它在系统中的作用是设定，例如：可以设定时、分、秒。计价器在出租车空车行驶时需要显示实时时钟,因为它的时钟是作为白天/ 晚上单价自动转换的一个基准,而且计价器的时钟显示能为司机和乘客提供方便

48、,所以选择一个好的时钟芯片对计价器很重要。时钟可提供秒、分、时，通过设置8563的控制/状态寄存器选择，时钟方式经过初始校准后即可工作使用。PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工业级内含I2C总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片I2C总线通讯方式不但使外围电路及其简洁而且也增加了芯片的可靠性同时每次读写数据后内嵌的字地址寄存器会自动产生增量当然作为时钟芯片。PCF8563是一款性价比极高的时钟芯片它已被广泛用于电表水表气表电话传真机便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域 电路连接图如图4-1所示：图4-1 8563晶振电路复位电路单片机在启动运行时都需要进行复位操作，以

49、便使CPU和系统中的其它部件都处于某一确定的初始状态，并从这个状态开始工作。AT89C51单片机有一个引脚RST，它是施密特触发器的输入端，其输出端接复位电路的输入。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期（即二个机器周期）以上，若使用频率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4s才能完成复位操作。复位之后，使ALE、PSEN、P0、P1、P2口的输出均为高电平（即为输入状态），复位后，内部寄存器的状态如表3、1所示。RST变为低电平后，便又退出复位状态。CPU从初始化工作，由状态表可知，复位后：程序寄存器为0000H开始执行程序，内部RAM不受复位影响。复位有电复位和按键

50、手动复位两种。按键手动复有电平方式和脉冲方式两种。本次设计中，为方便人的操作，采用按键手动复位的按键电平复位。其复位电路如下表示：表4-1复位电路表PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P30FFHSCON00HIPXX000000HSBUF00HIE0X000000HPCON不定TMOD00H0XXX0000B 复位电路连接图如下：图4-2 复位电路连接图4.2 时钟电路模块图4-3 时钟电路连接图时钟电路产生的振荡12MHz。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行也就快，但反过来运行速

51、度快对存储器的速度要求就高，对印刷电路板的工艺要求也高（线间寄生电容要小）。在本次设计中，我们选取晶振频率为6MHz,C1和C2的值均为30uF。利用I2C总线原理接线，采用掉电保护单元AT24C02。数据存储部分的作用是在电源断开时,存储当前设定的单价信息。电路连接情况如图4-4所示：图4-4掉电存储电路连接图AT24C02的引脚功能和意义如下：1. VCC：+5V电源。2. GND：地线。3. SCL：串行时钟输入端。在时钟上升沿把数据写入EEPROM；在时钟为下降沿时把数据从EEPROM中读出来。4. SDA：串行数据I/O端，用于输入和输出串行数据。由于在EEPROM内部，SCL和SD

52、A是漏极开路结构的，所以，使用时需要外接上拉电阻。5. A0，A1，A2：是芯片引脚。WP：写保护端。通过此引脚可提供硬件数据保护。当把WP接地时，允许芯片执行一般读写操作；当把WP接到VCC时，则对芯片实施写保护。WP接地是因为WP为写保护引脚，由于AT24C02不具有写保护功能，所经该引脚接地。的上拉电阻,其作用是减少A T24C02 的静态功耗,AT24C02 采用I2C 总线与AT89C51相连,AT89C51的P1.2作为它的串行时钟线,P1.1 作为它的串行数据线。当通过按键设定一次数据完毕后(如:昼夜单价、等候时间、起租里程、起租金额等) ,系统就自动调用存储程序,将数据信息保存

53、在芯片内;当系统重新上电时,自动调用读存储器程序,将存储器内的数据信息,读到缓存单元中,供主程序使用，保存在AT24C02中的数据是不能随意进行改动的,此外出租车营运过程中的一些营运数据,如:单次出租的营运额和营运里程、一段时间内的营运总额和总路程等,也存储在AT24C02中,以便出租车公司及司机查询,使出租车司机更方便的管理营运数据,出租车行业得到更有效的管理。霍尔传感器是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘

54、、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。本设计采用霍尔传感器A44E,用它来检测车轮信号，送到单片机中，经处理计算后，送给显示单元，原理图如图4-5所示：霍尔传感器单片机小磁铁车轮图4-5 传感器测距示意图根据在霍尔电势发生器的两端加上电压VCC后，根据物理学中的霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，霍尔传感器A44E的输出端输出低电平。当车轮转动一圈时小磁铁提供一个磁场，则霍尔传感器A44E输出一次低电平完成一次数据采集。我们选择了P3.2 口作为信号的输入端，内部采用外部中断0，车轮每转一圈，霍尔开关就检测并输出信号，引起单片机的中断，对脉冲计数。通过计算将脉冲增加体现在金额和里程上。电路图如下所

55、示：4.5 LED显示模块 LED显示器介绍在单片机应用系统中，为了控制系统的工作状态，以及向系统中输入数据和信息，系统应设有按键或键盘。为了观察和监视键盘输入的信息，为了了解系统的工作情况以及得到系统完成任务的结果，系统应设有显示装置。单片机最常用的显示装置是LED显示器。 如图4-7所示：七段LED显示块图4-6 里程检测电路连接图图4-7 LED管脚配置图 LED显示器原理LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。这种显示块有共阴极和共阳极两种，如上图所示，共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地，如图中所示，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接，当