基于單片機(jī)的出租車計(jì)價(jià)器硬件設(shè)計(jì)

PAGECHANGZHOUINSTITUTEOFTECHNOLOGY科研實(shí)踐題目：基于單片機(jī)的出租車計(jì)價(jià)器二級(jí)學(xué)院（直屬學(xué)部）：延陵學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：10電Y3學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師姓名：范力旻職稱：副教授2013年12月30日至2014年1月10日目錄第1章緒論 11.1課題的背景 11.2課題目的及意義 1第2章總體設(shè)計(jì) 22.1系統(tǒng)的分析與原理 22.2硬件方案設(shè)計(jì) 22.3芯片簡(jiǎn)介 4第3章最小系統(tǒng) 63.1復(fù)位電路 63.2晶振電路 73.3電源電路 8第4章輸入部分設(shè)計(jì) 104.1按鍵電路 104.2信息存儲(chǔ)電路 11第5章輸出部分設(shè)計(jì) 13第6章硬件仿真 186.1protus軟件介紹與使用 186.2keil軟件介紹與使用 186.2protus軟件仿真 18第7章實(shí)物制作與調(diào)試 217.1電路板焊接 217.2硬件調(diào)試及排故障 22第8章總結(jié) 23第9章附錄 241.參考文獻(xiàn) 242.元器件清單 242.系統(tǒng)原理圖 253.程序清單 254.實(shí)物圖 34PAGE35第1章緒論1.1課題的背景汽車計(jì)價(jià)器是乘客與司機(jī)雙方的交易準(zhǔn)則，它是出租車行業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志，是出租車中最重要的工具。它關(guān)系著交易雙方的利益。具有良好性能的計(jì)價(jià)器無(wú)論是對(duì)廣大出租車司機(jī)朋友還是乘客來(lái)說(shuō)都是很必要的。因此，汽車計(jì)價(jià)器的研究也是十分有一個(gè)應(yīng)用價(jià)值的。現(xiàn)在各大中城市出租車行業(yè)都已普及自動(dòng)計(jì)價(jià)器，所以計(jì)價(jià)器技術(shù)的發(fā)展已成定局。而部分小城市尚未普及，但隨著城市建設(shè)日益加快，象征著城市面貌的出租車行業(yè)也將加速發(fā)展，計(jì)價(jià)器的普及也是毫無(wú)疑問(wèn)的，所以未來(lái)汽車計(jì)價(jià)器的市場(chǎng)還是十分有潛力的。

1.2課題目的及意義我國(guó)在70年代開(kāi)始出現(xiàn)出租車，但那時(shí)的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)大都是國(guó)外進(jìn)口不但不夠準(zhǔn)確，價(jià)格還十分昂貴。隨著改革開(kāi)放日益深入，出租車行業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭已十分突出，國(guó)內(nèi)各機(jī)械廠家紛紛推出國(guó)產(chǎn)計(jì)價(jià)器。出租車計(jì)價(jià)器的功能從剛開(kāi)始的只顯示路程（需要司機(jī)自己定價(jià)，計(jì)算后四舍五入），到能夠自主計(jì)費(fèi)，以及現(xiàn)在的能夠打一發(fā)票和語(yǔ)音提示、按時(shí)間自主變動(dòng)單價(jià)等功能。隨著城市旅游業(yè)的發(fā)展，出租車行業(yè)已成為城市的窗口，象征著一個(gè)城市的文明程度。隨著出租車行業(yè)的發(fā)展，出租車已經(jīng)是城市交通的重要組成部分，從加強(qiáng)行業(yè)管理以及減少司機(jī)與乘客的糾紛出發(fā)，具有良好性能的計(jì)價(jià)器對(duì)出租車司機(jī)和乘客來(lái)說(shuō)都是很必要的。出租車計(jì)價(jià)器是根據(jù)客戶用車情況來(lái)自動(dòng)顯示車費(fèi)的數(shù)字儀表，根據(jù)用車起步價(jià)、行車?yán)锍逃?jì)費(fèi)求得客戶用車的總費(fèi)用，并通過(guò)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的里程及金額。模擬出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)：進(jìn)行里程顯示，預(yù)設(shè)起步價(jià)和起步公里數(shù)；行程按全程收費(fèi)，有復(fù)位功能和啟動(dòng)功能，啟動(dòng)后，開(kāi)始計(jì)價(jià)。我們采用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以用較少的硬件和適當(dāng)?shù)能浖嗷ヅ浜蟻?lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，且靈活性強(qiáng)，可以通過(guò)軟件編程來(lái)完成更多的附加功能,應(yīng)用前景廣闊。第2章總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的分析與原理設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是利用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)出租車計(jì)價(jià)器的功能，相對(duì)來(lái)說(shuō)功能強(qiáng)大，用較少的硬件和適當(dāng)?shù)能浖嗷ヅ浜峡梢院苋菀椎貙?shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，且靈活性強(qiáng)，可以通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)出租車計(jì)價(jià)器的功能。這次電路設(shè)計(jì)的計(jì)價(jià)器能實(shí)現(xiàn)基本的計(jì)價(jià)功能，AT89C51作為一個(gè)單片微型計(jì)算系統(tǒng)，靈活性高，其強(qiáng)大的控制處理功能和可擴(kuò)展功能設(shè)計(jì)電路提供了很好的選擇。設(shè)計(jì)一個(gè)出租車自動(dòng)計(jì)費(fèi)器，計(jì)費(fèi)包括起步價(jià)、行車?yán)锍逃?jì)費(fèi)、計(jì)費(fèi)三部分，用數(shù)碼顯示管顯示總金額，運(yùn)行時(shí)間。用數(shù)碼管顯示行駛里程和總金額。并有清零，復(fù)位,掉電保護(hù)等功能。上電時(shí)顯示全為零，通過(guò)出租車帶鎖開(kāi)關(guān)按下之后，來(lái)開(kāi)始計(jì)價(jià)，數(shù)碼管開(kāi)始顯示起步價(jià)和起步金額上電后顯示最初的起步價(jià)。按下停止按鍵，停止計(jì)價(jià)，數(shù)碼管顯示所走總里程和用戶所需付總金額，單片機(jī)斷電后，數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)不丟失。同時(shí)具有運(yùn)行，暫停，停止等狀態(tài)，可以顯示運(yùn)行的時(shí)間，同時(shí)可以顯示暫停的時(shí)間，具有累加功能，暫停和運(yùn)行時(shí)間在暫停和運(yùn)行前一次的狀態(tài)上計(jì)時(shí)。出租車停止后能夠顯示行駛的總費(fèi)用。最大值不能超過(guò)100元，起步價(jià)為4.0元，2Km之內(nèi)起步價(jià)計(jì)費(fèi)，不足兩公里時(shí)，顯示兩公里。用數(shù)碼顯示管顯示總里程，同時(shí)顯示價(jià)錢。2.2硬件方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)為主控器，以A44E霍爾傳感器測(cè)距（按鍵替代），實(shí)現(xiàn)對(duì)出租車的基本的計(jì)價(jià)設(shè)計(jì)，并采用AT24C02實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)掉電的時(shí)候保存單價(jià)等信息，輸出采用8段數(shù)碼顯示管。利用單片機(jī)豐富的I/O端口，及其控制的靈活性，實(shí)現(xiàn)基本的計(jì)價(jià)功能。設(shè)計(jì)中,為了能夠讓數(shù)碼管更好的正常顯示，我們還采用了驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)。在出租車計(jì)價(jià)器的硬件設(shè)計(jì)中，我們考慮采用芯片74LS245來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。設(shè)計(jì)電路時(shí)，考慮到用里程（霍爾）傳感器價(jià)格昂貴，且不便于試驗(yàn)檢測(cè)，在設(shè)計(jì)中采用一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)來(lái)代替。模擬開(kāi)關(guān)一端接在P3.4口，另一端接地，通過(guò)來(lái)回高低電平的變化，每按兩次，對(duì)應(yīng)的里程數(shù)加一。通過(guò)在程序中設(shè)置的里程和金額的信息，在加上驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，就可以在數(shù)碼管上分別顯示總金額和總里程。在顯示方面，可以用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。由于在這次設(shè)計(jì)中只需要顯示里程和金額信息，我們采用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。這樣既節(jié)約了成本，又可以達(dá)到顯示的目的。同時(shí)為了減少硬件的復(fù)雜度，我們采用了動(dòng)態(tài)顯示方式，選用了共陰極數(shù)碼管。為了焊接方便，我們選用了集成在一起的數(shù)碼管。我們還設(shè)計(jì)了控制按鍵，能夠很好的對(duì)出租車計(jì)價(jià)器控制,如啟動(dòng)/停止按鍵，清零按鍵等。這次出租車計(jì)價(jià)器的系統(tǒng)由時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，信息存儲(chǔ)電路，按鍵控制與顯示等模塊組成在一起。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：89C5189C51單片機(jī)按鍵控制時(shí)鐘電路復(fù)位電路信息存儲(chǔ)電路顯示路程與價(jià)錢圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3芯片簡(jiǎn)介AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k

字節(jié)Flash

閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。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。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：各個(gè)管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)圖2.2AT89C51引腳圖圖2.3AT89C51封裝設(shè)計(jì)中用到的單片機(jī)各管腳(圖2.1)功能介紹如下：VCC:接+9V電源。VSS:接地。時(shí)鐘引腳：XTAL1和XTAL2兩端接晶振和30PF的電容，構(gòu)成時(shí)鐘電路。它可以使單片機(jī)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。RST:復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)在此引腳加兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。P1.0:接啟動(dòng)/停止按鍵，控制計(jì)價(jià)。P1.1:接功能鍵。P1.2:接調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)鍵。P1.3:接清零鍵。P0口接數(shù)碼管段選端。P2口接驅(qū)動(dòng)芯片。P3.4(T0):接模擬開(kāi)關(guān)按鍵，替代了出租車計(jì)價(jià)器中的霍爾傳感器。P3.1、P3.0口接掉電保護(hù)電路。第3章最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，它包括：信息顯示電路、顯示電路、復(fù)位電路、晶振電路。3.1復(fù)位電路復(fù)位電路有兩種方式：手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位兩種方式。這次選擇是手動(dòng)復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位使CPU和系統(tǒng)中的其他功能都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)復(fù)位的條件：?jiǎn)纹瑱C(jī)的第9腳RST為硬件復(fù)位端,只要將該端持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。我們所設(shè)計(jì)出租車計(jì)價(jià)器的時(shí)鐘頻率是12MHz，那么每個(gè)機(jī)器周期就是1us，(T=12*1/12MHZ=1us)，則就是需要2us,T=（12*1/12MHZ）*2=2us，的時(shí)間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。復(fù)位計(jì)算時(shí)間：T=RC,R=200Ω，C=10μF所以復(fù)位電路所需要的時(shí)間是T=200Ω×10μF=2us由以上計(jì)算可以得出，滿足復(fù)位條件,所以此電路可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能圖3.1復(fù)位電路3.2晶振電路MCS-51單片機(jī)的各功能部件都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作，單片機(jī)本身如同一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證其各個(gè)部分同步工作，電路要在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格地按照時(shí)序進(jìn)行工作。為更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，晶振器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。單片機(jī)的時(shí)鐘來(lái)源通常有兩種方式：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在我們這次出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)中選用的是內(nèi)部振蕩方式。在AT89C51的單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸出和輸入端。這次出租車計(jì)價(jià)器中使用的振蕩電路，由12MHZ晶體振蕩器和兩個(gè)約30PF的電容組成的。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體和2個(gè)30PF的電容組成就構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。XTAL1是反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入，XTAL2是來(lái)自反向振蕩器的輸出，電容C1和電容C2起到穩(wěn)定振蕩頻率，快速啟振的作用。在整個(gè)系統(tǒng)中為系統(tǒng)各個(gè)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(shí)鐘信號(hào)。圖3.4晶振電路3.3電源電路電源裝置是電路的能量提供者,該設(shè)計(jì)中所制作的電源為單相小功率電源，將9V的直流電源經(jīng)穩(wěn)壓管轉(zhuǎn)換成所需要的5V直流電源。電源部分通過(guò)穩(wěn)壓電路而穩(wěn)壓電路是由7805芯片，1個(gè)470uF的極性電容組成，并且配套使用的。我們所設(shè)計(jì)的出租車計(jì)價(jià)器，由一塊9V的電池塊穩(wěn)壓到5V，輸出電容和輸入電容都不需要很大容量，有470μF就可以了，主要起抑制自激振蕩的作用。電源部分通過(guò)穩(wěn)壓電路由7805芯片，1個(gè)470uF的極性電容組成的。1.7805芯片概述7805是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，它的使用方便，用很簡(jiǎn)單的電路即可以輸入一個(gè)直流穩(wěn)壓電源,它的輸出電壓為5v。下圖為其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖：其中1接整流器輸出的+電壓，2為公共地(也就是負(fù)極)，3就是我們需要的正5V輸出電壓了。2.基本參數(shù)：輸出電壓：4.75-5.25V；靜態(tài)電流：4.2-8mA；輸出噪音電壓：40uV；紋波抑制比：78dB；輸出電阻：17mΩ；輸出電壓溫度系數(shù)-1.1mV/°C；基本特征：輸出電流可達(dá)1.5A；不需外接補(bǔ)償元件；內(nèi)含限流保護(hù)電流，防止負(fù)載短路燒毀元件；內(nèi)含結(jié)溫過(guò)熱保護(hù)電路，防止結(jié)溫過(guò)熱燒毀器件；內(nèi)含功耗限制電路，防止燒毀輸出驅(qū)動(dòng)器晶體管。下圖是7805與單片機(jī)相連的電源模塊圖3.5電源電路降壓電路中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：1、輸入輸出壓差不能太大，太大則轉(zhuǎn)換效率急速降低，而且容易擊穿損壞；2、輸出電流不能太大，1.5A

是其極限值。大電流的輸出，散熱片的尺寸要足夠大，否則會(huì)導(dǎo)致高溫保護(hù)或熱擊穿；3、輸入輸出壓差也不能太小第4章輸入部分設(shè)計(jì)4.1按鍵電路在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，如果需要按鍵個(gè)數(shù)較少或功能要求較為簡(jiǎn)單時(shí)，就可以采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。所以在這次出租車計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)中，我們采用了獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。在輸入控制電路中，獨(dú)立式按鍵是直接利用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其他I/O口線的狀態(tài)。單片機(jī)的P1.0管腳接啟動(dòng)/停止按鍵，控制計(jì)價(jià)，P1.1管腳接功能鍵，P1.2管腳接接調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)鍵，P1.3管腳接接清零鍵。當(dāng)K1彈起時(shí)，按下K2鍵，選擇功能。數(shù)碼管的倒數(shù)第三位顯示1時(shí)為調(diào)節(jié)單價(jià)模式。為0時(shí)測(cè)不能調(diào)節(jié)，而當(dāng)為1時(shí)測(cè)能調(diào)節(jié)。通過(guò)這個(gè)K3按鍵可以調(diào)節(jié)單價(jià)，里程計(jì)費(fèi)單價(jià)。K4為清零按鍵，價(jià)格清零則數(shù)碼管全顯示零，P1.3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（0x3f），以達(dá)到清零的目的，方便下次計(jì)價(jià)。功能鍵是控制系統(tǒng)功能的按鍵，由于電壓和電流都比較小所以選擇普通的按鈕開(kāi)關(guān)，下表是功能鍵及對(duì)應(yīng)的功能見(jiàn)表4-1：表4-1功能鍵及對(duì)應(yīng)功能序號(hào)功能K1開(kāi)始/停止K2功能選擇K3調(diào)節(jié)單價(jià)K4清零4.2信息存儲(chǔ)電路信息存儲(chǔ)電路中采用了存儲(chǔ)芯片AT24C02。AT24C02是一個(gè)CMOS標(biāo)準(zhǔn)的EEPROM存儲(chǔ)器，這些EEPROM存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是功耗小、電源范圍寬，靜態(tài)電源電流約30uA～110uA，具有標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線接口，是應(yīng)用廣泛的小容量存儲(chǔ)器之。24C02是一個(gè)2K位串行CMOSE2PROM，使用方便。AT24C02是一個(gè)在突然掉電的情況下存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的芯片，即掉電存儲(chǔ)芯片。當(dāng)電壓到達(dá)最低的時(shí)候可以到2.5V，但是額定電流為1mA，靜態(tài)電流10uA(5.5V)。下圖是AT24C02的引腳圖，這個(gè)芯片是一個(gè)8腳芯片，內(nèi)部存儲(chǔ)器有256字節(jié)。

圖3.2AT24C02引腳圖引腳功能介紹如下：SCL串行時(shí)鐘：24C02串行時(shí)鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘，這是一個(gè)輸入管腳。SDA串行數(shù)據(jù)/地址：24C02雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。SDA是一個(gè)開(kāi)漏輸出管腳可與其它開(kāi)漏輸出或集電極開(kāi)路輸出進(jìn)行線或（wire-OR）。A0、A1、A2器件地址輸入端：這些輸入腳用于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)時(shí)設(shè)置器件地址，當(dāng)這些腳懸空時(shí)默認(rèn)值為0。當(dāng)使用24WC02時(shí)最大可級(jí)聯(lián)8個(gè)器件，24WC02被總線尋址這三個(gè)地址輸入腳。A0、A1、A2可懸空或連接到Vss。WP寫保護(hù)：如果WP管腳連接到Vcc所有的內(nèi)容都被寫保護(hù)，只能讀。當(dāng)WP管腳連接到Vss或懸空，允許器件進(jìn)行正常的讀/寫操作。起始信號(hào)：時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從高到低的跳變作為I2C總線的起始信號(hào)。停止信號(hào)：時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從低到高的跳變作為I2C總線的停止信號(hào)。本次設(shè)計(jì)中24C02起存儲(chǔ)作用，將出租車計(jì)價(jià)器的里程總價(jià)錢存儲(chǔ)在24C02中，當(dāng)?shù)綦姇r(shí)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，可以讀取24C02中的里程數(shù)完成里程的累積和總的價(jià)錢。單片機(jī)的P3.0接到24C02的時(shí)鐘輸入管腳SCL端，P3.1接到24C02的雙向串行數(shù)據(jù)/地址SDA端。本設(shè)計(jì)采用信息存儲(chǔ)電路圖如下：圖3.3信息存儲(chǔ)電路第5章輸出部分設(shè)計(jì)多數(shù)的應(yīng)用系統(tǒng),都要配輸入和輸出外設(shè),LED顯示器和LCD顯示器,雖然LCD顯示效果比較好,已經(jīng)成為了一種發(fā)展趨勢(shì),但為了節(jié)約成本,我們選用了LED顯示器（圖5.1）按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。圖5.1LED數(shù)碼管在這次出租車設(shè)計(jì)的顯示方面，我們選用了動(dòng)態(tài)顯示。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(gè)8位的鎖存器輸出相連。占用的I/O口線比較多，在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動(dòng)態(tài)顯示方式。利用動(dòng)態(tài)顯示的方法，由于LED顯示器的余輝和人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，只要每位顯示的時(shí)間間隔足夠短，就仍能感覺(jué)到所有的數(shù)碼管都在顯示。為了簡(jiǎn)化硬件，通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，在同一時(shí)刻，只讓一位選通，如此循環(huán)，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。本次課程設(shè)計(jì)的顯示電路采用數(shù)碼管顯示，是一種外加電壓從而流過(guò)電流并發(fā)出可見(jiàn)光的器件。數(shù)碼管有單個(gè)數(shù)碼管和八段數(shù)碼管之分，也有共陰和共陽(yáng)兩種。我們采用的是6個(gè)一組的共陰8段數(shù)碼管。我們所設(shè)計(jì)使用的數(shù)碼管使用的共陰端，并且是高電平有效時(shí)，開(kāi)始顯示。LED顯示模塊如圖5.2所示，利用單片機(jī)的P0端口的P0.0-P0.7連接到數(shù)碼管，數(shù)碼數(shù)碼管上顯示，價(jià)錢與路程。圖5.2數(shù)碼管模塊一般數(shù)據(jù)管是每段用一個(gè)電阻，一共需要8個(gè)電阻。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的P0口是開(kāi)漏的，不管它的驅(qū)動(dòng)能力多大，相當(dāng)于它是沒(méi)有電源的，需要外部的電路提供，絕大多數(shù)情況下P0口是必需加上拉電阻的。P0口接上拉電阻歐姆，其作用是為了限流作用。數(shù)碼管的型號(hào)是：型號(hào)BT5161AH它的電壓大約2V。其流過(guò)的數(shù)碼管的電流為：（5V-2V）/510=5.88mA5v-2v/510=5.在其數(shù)碼管所允許的范圍5mA-10mA內(nèi)。其電阻兩端的電壓為3V左右。圖5.3數(shù)碼管顯示我們?cè)谟蒙侠娮璧氖褂玫呐抛?，因?yàn)槭褂门抛璞扔萌舾芍还潭娮韪奖恪Ｋ^排阻就是若干個(gè)參數(shù)完全相同的電阻，它們的一個(gè)引腳都連到一起，作為公共引腳。其余引腳正常引出。圖5.4數(shù)碼管顯示在出租車計(jì)價(jià)器的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示時(shí)工作電流大約20mA，單片機(jī)絕對(duì)最大I/O口電流是15mA，數(shù)碼管的電流超過(guò)單片機(jī)所能承受的電流，所以不能點(diǎn)亮數(shù)碼管里面的LED，并且LED的電流一般要20毫安才能達(dá)到正常亮度，而且數(shù)碼管一般時(shí)候都是幾個(gè)LED同時(shí)點(diǎn)亮，所以不能直接點(diǎn)亮。所以我們?cè)诔鲎廛囉?jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)中，為了能夠讓數(shù)碼管更好的正常顯示，我們采用了芯片74LS245來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。因?yàn)?4LS245的電流可達(dá)50mA左右，所以我們加入了74LS245的芯片。如下圖的所示。圖5.5數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路1.74LS245的概述74LS245是我們常用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng)led或者其他的設(shè)備。總線驅(qū)動(dòng)器74LS245經(jīng)常用作三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，74LS244為單向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，而74LS245為雙向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器。本設(shè)計(jì)用74LS245作為驅(qū)動(dòng)芯片，雙向總線發(fā)送器/接收器(3S)，是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。圖5.374LS245芯片管腳圖利用74LS245來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，從單片機(jī)的P2.0到P2.5分別接A0到A5管腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，其中AB/BA接高電平，控制數(shù)據(jù)從A到B進(jìn)行傳送，B0到B5分別接數(shù)碼管的位選端，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管依次顯示。P2.0到P2.5的數(shù)據(jù)通過(guò)A傳送到B中的數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管，以達(dá)到顯示數(shù)據(jù)信息的目的。下圖是74LS245與單片機(jī)相連的示意圖圖5.474LS245示意圖第6章硬件仿真6.1protus軟件介紹與使用Proteus軟件是LabcenterElectronics公司的一款電路設(shè)計(jì)與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來(lái)完成PCB的設(shè)計(jì)，而ISIS模塊用來(lái)完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢(shì)就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如按鍵、LED、數(shù)碼管等等。通過(guò)Proteus仿真軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個(gè)功能齊全、實(shí)用方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室6.2keil軟件介紹與使用KeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。6.2protus軟件仿真繪制出租車的軟件仿真圖步驟分一下四步：

（1）查找所需要的元器件；

（2）根據(jù)電路圖進(jìn)行連線；

（3）加載所寫完的C程序生成的.HEX文件即可以仿真。

通過(guò)以上步驟，來(lái)實(shí)現(xiàn)出租車設(shè)計(jì)的仿真實(shí)現(xiàn)，仿真如下圖所示：仿真開(kāi)始時(shí)的仿真如圖6.1：圖仿真6.1計(jì)價(jià)器開(kāi)始圖各個(gè)界面的顯示單價(jià)調(diào)節(jié)時(shí)界面圖單價(jià)6.2調(diào)節(jié)顯示里程的增加與價(jià)錢界面圖6.3里程與價(jià)錢清零界面圖6.4清零仿真第7章實(shí)物制作與調(diào)試7.1電路板焊接手工焊接是傳統(tǒng)的的焊接方法，雖然批量電子產(chǎn)品生產(chǎn)已較少采用手工焊接了，但在電子產(chǎn)品的維修、調(diào)試中不可避免地還會(huì)用到手工焊接。焊接質(zhì)量的好壞直接影響到維修效果。手工焊接是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的技能，在了解一般方法后,要多練；多實(shí)踐,才能有較好的焊接質(zhì)量。一、手工焊接一般分四步驟進(jìn)行①準(zhǔn)備焊接:清潔被焊元件處的積塵及油污,再將被焊元器件周圍的元器件左右掰一掰,讓電烙鐵頭可以觸到被焊元器件的焊錫處,以免烙鐵頭伸向焊接處時(shí)燙壞其他元器件。焊接新的元器件時(shí),應(yīng)對(duì)元器件的引線鍍錫。②加熱焊接:將沾有少許焊錫和松香的電烙鐵頭接觸被焊元器件約幾秒鐘。若是要拆下印刷板上的元器件,則待烙鐵頭加熱后,用手或鑷子輕輕拉動(dòng)元器件,看是否可以取下。③清理焊接面:若所焊部位焊錫過(guò)多,可將烙鐵頭上的焊錫甩掉，用光烙錫頭沾些焊錫出來(lái)。若焊點(diǎn)焊錫過(guò)少、不圓滑時(shí),可以用電烙鐵頭"蘸"些焊錫對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊。④檢查焊點(diǎn):看焊點(diǎn)是否圓潤(rùn)、光亮、牢固,是否有與周圍元器件連焊的現(xiàn)象。手工焊接對(duì)焊點(diǎn)的要求是：①電連接性能良好；②有一定的機(jī)械強(qiáng)度；③光滑圓潤(rùn)。二、易損元器件的焊接易損元器件是指在安裝焊接過(guò)程中,受熱或接觸電烙鐵時(shí)容易造成損壞的元器件,例如,有機(jī)鑄塑元器件、MOS集成電路等。易損元器件在焊接前要認(rèn)真作好表面清潔、鍍錫等準(zhǔn)備工作,焊接時(shí)切忌長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)燙焊,烙鐵頭及烙鐵溫度要選擇適當(dāng),確保一次焊接成功。此外,要少用焊劑,防止焊劑侵入元器件的電接觸點(diǎn)(例如繼電器的觸點(diǎn))。焊接MOS集成電路最好使用儲(chǔ)能式電烙鐵,以防止由于電烙鐵的微弱漏電而損壞集成電路。由于集成電路引線間距很小,要選擇合適的烙鐵頭及溫度,防止引線間連錫。焊接集成電路最好先焊接地端、輸出端、電源端,再焊輸入端。對(duì)于那些對(duì)溫度特別敏感的元器件,可以用鑷子夾上蘸有元水乙醇(酒精)的棉球保護(hù)元器件根部,使熱量盡量少傳到元器件上。焊接過(guò)程要遵循以下原則：焊接原則是先焊接小的元件，再焊接大的。焊接過(guò)程要掌握烙鐵的溫度，以免溫度過(guò)高損壞元器件。焊接過(guò)程中要特別注意的幾點(diǎn)：（1）在焊接多引腳元件時(shí)最好焊接一個(gè)底座，這樣可以避免器件燒壞。（2）51單片機(jī)引腳較多，它與外圍電路連接時(shí)，要特別注意，以免連焊、虛焊。（3）有極性的電解電容，要注意其極性。（4）焊接前先弄清各芯片引腳排列方式。7.2硬件調(diào)試及排故障按照原理圖將電路板焊接完畢，還要對(duì)電路板做認(rèn)真的檢查。確保相互之間改連接的引腳電氣上一定相連。不該連接的引腳之間完全斷開(kāi)。設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)硬件的檢測(cè)和對(duì)軟件的測(cè)試都不能忽略，因?yàn)樵谙到y(tǒng)的仿真過(guò)程中。各元件都是理想的，而在設(shè)計(jì)實(shí)際電路時(shí)，就需要多方面考慮。要先對(duì)元件進(jìn)行檢測(cè)，然后進(jìn)行調(diào)試。在已經(jīng)焊接好的電路板上,要對(duì)其各個(gè)元器件進(jìn)行檢查。一般情況下，集成電路不會(huì)出現(xiàn)故障。在本設(shè)計(jì)中采用了先焊接插槽的方法，這可以避免一些元件在焊接的過(guò)程中被燒壞。另外在焊接數(shù)碼管時(shí)，要先排線，再焊接以免線路混亂。元件在選購(gòu)時(shí)需要多備選元件，元件的型號(hào)較多，產(chǎn)品質(zhì)量沒(méi)有可靠保證，就避免不了我們買的元器件是損壞的，再加上焊接是在萬(wàn)能板上焊接的。就有可能發(fā)生虛焊，短路等情況的發(fā)生。所以，在焊接好每個(gè)元件后都要進(jìn)行檢測(cè)，以保證焊接無(wú)誤。焊接好電路板，把相應(yīng)的芯片插到對(duì)應(yīng)的插槽中，再檢一次，看芯片是否與插槽接觸良好。驅(qū)動(dòng)部分是檢查74LS245與數(shù)碼管和單片機(jī)接觸的各個(gè)引腳，看是否焊接良好，另外要讓芯片和插座有良好的接觸。顯示部分檢測(cè)的目的是看數(shù)碼管是否能夠正常顯示。如果不該亮的字段點(diǎn)亮，檢測(cè)是因否有短路的情況；如果數(shù)碼管不顯示，說(shuō)明位選端可能沒(méi)有焊好；如果顯示不夠亮，則應(yīng)該檢查驅(qū)動(dòng)電路。第8章總結(jié)本次設(shè)計(jì)中，我們采用AT89C51芯片為核心器件，設(shè)計(jì)出了簡(jiǎn)單的出租車計(jì)價(jià)器，能夠?qū)崿F(xiàn)顯示總金額和總里程，按鍵控制清零，調(diào)價(jià)。選題后，我便開(kāi)始復(fù)習(xí)單片機(jī)方面的知識(shí)，也查閱、搜索了很多相關(guān)資料，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)與具體設(shè)計(jì)，同時(shí)也學(xué)習(xí)仿真軟件Protues和編程軟件KeiC。由于以前都采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)編程，對(duì)用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的編程不太習(xí)慣，花費(fèi)了一些時(shí)間來(lái)熟悉C語(yǔ)言的編程。在設(shè)計(jì)開(kāi)始，要形成流程圖，它可以使設(shè)計(jì)有一定的邏輯性與嚴(yán)密性，使得設(shè)計(jì)思路明確。采用模塊化的設(shè)計(jì)思想很重要，它方便編寫、修改與調(diào)試，另外加上必要的注釋，便于交流與理解。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成后，體會(huì)頗多，在學(xué)與做的過(guò)程中，取長(zhǎng)補(bǔ)短，不斷學(xué)習(xí)新的知識(shí)，吸取經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到進(jìn)步的目的。通過(guò)自身的努力以及相關(guān)圖書資料的幫助，逐漸熟悉了KEIL、PROTEUS和C語(yǔ)言等軟件的使用以及硬件焊接與檢測(cè)過(guò)程中的一些小技巧。本次設(shè)計(jì)我學(xué)習(xí)到不少單片機(jī)的知識(shí)，但由于自己的理論知識(shí)水平有限，實(shí)踐知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免存在一些問(wèn)題。所焊實(shí)物尚有許多不足，個(gè)別預(yù)期功能還不能很好的實(shí)現(xiàn)，主要原因是考慮問(wèn)題不周全，電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)少，實(shí)際動(dòng)手能力不足。懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正，以使我在以后的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中加以改進(jìn)和提高。第9章附錄1.參考文獻(xiàn)[1]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第二版）.清華大學(xué)出版社,2003[2]胡泉、謝芳.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)出版社,2009[3]戴佳.51單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講.電子工業(yè)出版社,2007[4]張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用.高等教育出版社,2004[5]馬忠梅.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)（第三版）.北京航空航天大學(xué)出社,2004[6]潘永雄.新編單片機(jī)原理與應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社,2003[7]肖玲妮、袁增貴.Protel99SE印刷電路板設(shè)計(jì)教程.清華大學(xué)出版社,2003[8]戴梅萼史嘉權(quán).微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用.清華大學(xué)出版社,2003[9]陳明熒.8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材.北京:清華大學(xué)出版社,2004[10]王衛(wèi)平.電子工藝技術(shù)基礎(chǔ).電子工業(yè)出版社,2004[11]單片機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng).2.元器件清單序號(hào)文字標(biāo)號(hào)名稱數(shù)量規(guī)格型號(hào)備注1R9電阻器11K2R10電阻器12003R2、R3電阻器210K4C1、C2電容230pf無(wú)極性5C3電容110uf有極性6U1單片機(jī)1AT89C517U3單片片1AT24C028U2單片片174LS2459LED顯示器1GN-5461AH9SW1-SW8按鈕5TD-03B10START等按鈕1TD-03B12X1晶振1UM-514RP1排阻1控制電源157805穩(wěn)壓管12.系統(tǒng)原理圖圖9.1系統(tǒng)原理圖3.程序清單#include<AT89x51.h>#include<stdio.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintintxscode[6]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d};//顯示存儲(chǔ)區(qū)intzxscode[6]={0x1f,0x2f,0x37,0x3b,0x3d,0x3e};//共陰顯示片選碼intcodetab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};inti,j,flag;ucharsec;intkk=0;//路程標(biāo)志位intjkk=0;//費(fèi)用intjflag=0;//費(fèi)用標(biāo)志位intkflag=0;//路程標(biāo)志位intzdflag=0;//中斷標(biāo)志位intkilo=0;//路程intdj=1;//路程單價(jià) intdjflag=0;//路程單價(jià)biaozhiweisbitkey1=P1^0;sbitkey2=P1^1;sbitkey3=P1^2;sbitkey4=P1^3;sbitkey5=P3^4;sbitSDA=P3^1;//IIC引腳sbitSCL=P3^0;voiddelay(){;;}voiddelay1(xms)//延時(shí)程序子程序{uinti,j;for(i=xms;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);}voidstart()//IIC開(kāi)始位{SDA=1;SCL=1;DelaySDA=0;delay();voidstop()//IIC停止位{SDA=0;delay();SCL=1;delay();SDA=1;}voidrespons()//IIC應(yīng)答位{uchari;SCL=1;delay();while((SDA==1)&&(i<250))i++;SCL=0;delay();}voidinit(){SDA=1;delay();SCL=1;delay();}ucharread_byte()//從EEPROM讀到MCU{uchari,j;for(i=0;i<8;i++){SCL=1;j<<=1;j|=SDA;SCL=0;}return(j);}voidwrite_byte(uchardate)//從MCU寫到EEPROM{uchari,temp;temp=date;for(i=0;i<8;i++){temp=temp<<1;SCL=0;delay();SDA=CY;delay();SCL=1;delay();}SCL=0;delay();SDA=1;delay();}voidwrite_data(ucharaddr,uchardate)//在指定地址addr處寫入數(shù)據(jù)date{start();write_byte(0xa0);respons();write_byte(addr);respons();write_byte(date);respons();stop();}ucharread_data(ucharaddr)//在指定地址addr讀取數(shù)據(jù){uchardate;start();write_byte(0xa0);respons();write_byte(addr);respons();start();write_byte(0xa1);respons();date=read_byte();stop();returndate;}voidxianshi(