基于MCS51單片機的計數(shù)器及出租車計費器設(shè)計

1、 單 片 機 課 程 設(shè) 計 課程名稱： 單片機課程設(shè)計 設(shè)計題目： 基于外部脈沖自動計數(shù)的出租車計費器設(shè)計 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 學(xué)生姓名: 湖南工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院一、設(shè)計任務(wù)：1.1外部脈沖自動計數(shù)，自動顯示。1.1.1設(shè)計一個255計數(shù)器：0255計數(shù)，計滿后自動清0，重新計數(shù)（在數(shù)碼管中顯示）。1.1.2設(shè)計一個50000計數(shù)器：050000計數(shù)，計滿后自動清0，重新計數(shù)（在數(shù)碼管中顯示）。1.2 設(shè)計一個出租車計費系統(tǒng)： 起步價為5元（2km以內(nèi)），2km后，0.8元/0.5km;要求每500m刷新計費一次，在6位數(shù)碼管中，前3位顯示數(shù)碼管顯示里程數(shù),后3位數(shù)碼管顯示價錢

2、（角，元，十元，百元）二、設(shè)計思路及源程序：2.1、0-255計數(shù)器設(shè)計：設(shè)計思路： 十進(jìn)制數(shù)0-255可用8位二進(jìn)制數(shù)來表示，定時器/計數(shù)器的四種工作方式均可實現(xiàn)0-255的計數(shù)功能(工作方式3只有定時器0可以實現(xiàn))。在此為了設(shè)計方便，我采用定時器/計數(shù)器t1工作方式2(可自動重裝初值)，外部脈沖由at89s51的p3.5管腳引入，每來一個外部脈沖，計數(shù)器t1計數(shù)加一。由此，只需對tl1的計數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的二進(jìn)制-十進(jìn)制轉(zhuǎn)換，通過算法進(jìn)行運算可得到百位，十位，各位，并存入相應(yīng)變量中（對c51語言而言）。選通相應(yīng)數(shù)碼管，再將各位數(shù)字的相應(yīng)顯示編碼輸入即可在數(shù)碼管上顯示計數(shù)結(jié)果。源程序：/*程序功

3、能描述：計數(shù)器接受外部脈沖實現(xiàn)自動計數(shù)，計數(shù)范圍0-255 計滿數(shù)后自動清零，再重新循環(huán)計數(shù) 。 說明:主要硬件設(shè)備：6位共陽極數(shù)碼管，晶振頻率：12mhz*/#include"reg51.h" /c51頭文件unsigned char code led_num10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /數(shù)碼管顯示數(shù)字的十六進(jìn)制代碼unsigned char code led_bit6=0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd; /位選代碼,注意語句后的分號不能丟/*函數(shù)名稱：延時子程序*/

4、void delay(unsigned int dat) unsigned int k,j; /定義局部無符號整形變量 for(k=0;k<dat;k+) for(j=0;j<2000;j+); /空循環(huán)，延時語句 /*函數(shù)名稱：計數(shù)器初始設(shè)置函數(shù)*/void init_timer1(void) tmod=0x60; /設(shè)置為計數(shù)器模式，工作方式2，自動重裝初值 th1=0x00; /計數(shù)器初值設(shè)為0 tl1=0x00; tr1=1; /開啟計數(shù)器/*函數(shù)名稱：主函數(shù) 說明:先將計數(shù)器1的tl1中數(shù)據(jù)百位、十位、個位分離，并存于數(shù)組led中，再將對應(yīng)數(shù)字的編碼送入數(shù)碼器顯示出來*/

5、void main(void) unsigned char i,j; unsigned char led3; /用來存放要顯示數(shù)字的百、十和個位上的數(shù)字 init_timer1(); /計數(shù)器初始化 while(1) led0=tl1%10; /取個位數(shù)字存于字符數(shù)組 led1=tl1%100/10; /取十位數(shù)字 led2=tl1/100; /取百位數(shù)字 for(j=0;j<10;j+) /在顯示上消耗時間，使三個數(shù)碼管顯示不中斷. for(i=0; i < 3; i+) p2=led_biti; /把ledi表示的位置的位選通 p0=led_numledi; /把相應(yīng)位置的數(shù)顯

6、式出來 delay(1); /延時 proteus仿真效果圖圖2.1、255計數(shù)器仿真效果圖2.2、0-50000計數(shù)器設(shè)計： 設(shè)計思路：0-50000計數(shù)器設(shè)計方法與0-255計數(shù)器設(shè)計方法有很多地方相似，主要在一些地方作了一些技術(shù)處理。由于十進(jìn)制數(shù)0-50000用8位二進(jìn)制已不能表示出來，在此只能選擇定時器/計數(shù)器工作方式1。在用16位計數(shù)器處理0-50000計數(shù)時，我們既可用單純的定時器/計數(shù)器模式，也可采用定時器/計數(shù)器中斷模式。中斷模式的優(yōu)越之處在于它可在計數(shù)溢出時打斷主程序的執(zhí)行，通過在中斷服務(wù)程序中編寫顯示清零程序，可以很精確的實現(xiàn)0-50000的計數(shù)。而用定時器/計數(shù)器模式時有

7、可能在計數(shù)滿50000時顯示不能及時清零，造成這種現(xiàn)象的原因主要是外部脈沖頻率太大，程序來不及對每個脈沖進(jìn)行處理。因此非中斷模式要受到外部脈沖的限制，考慮到現(xiàn)實中有些情況下脈沖頻率也可能會很大，故本程序及下面的出租車計費器均采用中斷模式，把計數(shù)清零語句放到中斷服務(wù)程序中，以保證能精確實現(xiàn)0-50000的計數(shù)。 源程序： /*程序功能：此程序為計數(shù)器1接受外部脈沖實現(xiàn)0-50000自動計數(shù)，計數(shù)快慢由外部脈沖的大小決定說明：主要硬件設(shè)備：6位共陽極數(shù)碼管。*/#include"reg51.h" /頭文件unsigned char code led_num10=0xc0,0xf

8、9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /數(shù)碼管顯示數(shù)字的十六進(jìn)制代碼unsigned char code led_bit6=0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd; /位選代碼/*函數(shù)名稱：延時子程序函數(shù)*/void delay(unsigned int dat)unsigned int k,j;for(k=0;k<dat;k+)for(j=0;j<2000;j+); /空循環(huán)，延時語句/*函數(shù)名稱：定時器1初始設(shè)置函數(shù)*/void init_timer1(void)tmod=0x50; /設(shè)置為計數(shù)器模式，工作方

9、式1th1=0x00; /計數(shù)器初值設(shè)為0tl1=0x00;tr1=1; /開啟計數(shù)器/*函數(shù)名稱：主函數(shù)說明:當(dāng)?shù)?0001個脈沖來臨時將計數(shù)器清零*/void main(void) unsigned char i,j; /定義控制循環(huán)的變量unsigned int temp; /定義一個整型變量用來存儲兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)unsigned char led5; /用來存放要顯示數(shù)字的萬、千、百、十和個位init_timer1(); /計數(shù)器初始化while(1) if(th1=0xc3)&&(tl1>=0x51) /第50001個脈沖來臨時將計數(shù)器清零th1=0x00; t

10、l1=0x00;temp=th1; temp=temp<<8; /將th1中數(shù)字左移8位再賦給temp temp=temp|tl1; /將th1和tl1中數(shù)據(jù)合到一個整形變量temp中l(wèi)ed0=temp%10; /存取個位數(shù)字led1=temp%100/10; /存取十位數(shù)字led2=temp%1000/100; /存取百位數(shù)字led3=temp%10000/1000; /存取千位數(shù)字led4=temp/10000; /存取萬位數(shù)字 for(j=0;j<10;j+) /在顯示上消耗時間，使三個數(shù)碼管顯示不中斷for(i=0; i < 5; i+) p2=led_biti

11、; /把ledi表示的位置的位選通 p0=led_numledi; /把相應(yīng)位置的數(shù)顯式出來 delay(1); /延時一個微小時 proteus仿真效果圖圖2.2、50000計數(shù)器仿真效果圖2.3、出租車計費設(shè)計：設(shè)計思路：出租車計費器的設(shè)計可在0-50000計數(shù)器的基礎(chǔ)上擴充改寫而成。出租車上安裝有一個霍爾傳感器，車子輪胎每轉(zhuǎn)動一圈，霍爾傳感器便產(chǎn)生一個脈沖。因此計數(shù)脈沖跟輪胎有直接的對應(yīng)關(guān)系，考慮到車輪是按一定的規(guī)格生產(chǎn)的，在此我們將車程(汽車行駛距離)與車輪的直徑及計數(shù)脈沖數(shù)聯(lián)系起來。因此車程可用計數(shù)脈沖的個數(shù)表示出來，因而車程的顯示可轉(zhuǎn)化為計數(shù)器顯示問題。而車程與收費之間的數(shù)學(xué)關(guān)系在

12、設(shè)計要求中已明確。我采用6位數(shù)碼管來顯示車程和收費。其中前三個數(shù)碼管顯示車程，后三個數(shù)碼管顯示收費。特別指出最好用中斷處理計數(shù)脈沖數(shù)的臨界值，否則很容易不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。/*程序功能：此為一個出租車計費器，計數(shù)器接受外部脈沖自動計數(shù)，在兩千米 以內(nèi)收費5元，之后每 500m刷新一次計費，每500米收費0.8元。數(shù)碼管前三位顯示里程數(shù)，顯示精確到0.1km; 數(shù)碼管后三位顯示價錢，從低位到高位一次表示角，元，十元。 說明：車子的輪胎直徑用宏定義，方便根據(jù)不同車型修改參數(shù)，用軟件仿真時為了更快看到結(jié)果，可將車的輪胎直徑參數(shù)設(shè)的小一點。*/#include"reg51.h" /c

13、51頭文件#define pi 3.14159 /宏定義圓周率為3.14159#define dia 1.0 /宏定義出租車輪胎的直徑為1.0米unsigned char code led_num10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /數(shù)碼管顯示數(shù)字的十六進(jìn)制代碼unsigned char code led_bit6=0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd; /位選代碼/*函數(shù)名稱:延時子程序*/void delay(unsigned int dat) /延時大小由形參的大小決定 unsigned int

14、 k,j; for(k=0;k<dat;k+) for(j=0;j<2000;j+); /空循環(huán)，耗時語句 /*函數(shù)名稱:定時器1初始化設(shè)置函數(shù)*/void init_timer1(void) tmod=0x50; /設(shè)置為計數(shù)器模式，工作方式1 th1=0x00; /計數(shù)器初值設(shè)為0 tl1=0x00; tr1=1; /開啟計數(shù)器/*函數(shù)名稱：主函數(shù) 說明：因為用三位數(shù)碼管表示角，元，十元，在所要求中最大顯示數(shù)據(jù)為99.4元，對應(yīng)計數(shù)器接收到9708個脈沖計費達(dá)到最大值，故在設(shè)計程序時，當(dāng)?shù)?709個脈沖來臨時要將計數(shù)器清零，并且計費也要清零 . */void main(void

15、) unsigned char i,j; /定義循環(huán)控制變量unsigned char cnt=0;unsigned int temp=0; unsigned int tab=0,wap=0; double way = 0,money = 0; /定義浮點型數(shù)據(jù)，way表示路程，money表示收費 unsigned char led6; /用來存放要顯示數(shù)字的各位數(shù)字 init_timer1(); /計數(shù)器初始化 while(1) if(th1=0x25)&&(tl1>=0xed) /第9709個脈沖來臨時將計數(shù)器清零 th1=0x00;tl1=0x00;money=0;

16、 /計費清零 temp=th1; temp=temp<<8; /將th1中數(shù)字左移8位再賦給temp temp=temp|tl1; /將th1和tl1中數(shù)據(jù)合到一個整形變量temp中way=temp*pi*dia/1000.0; /車子行駛的路程存入浮點型變量way中 if(way>0)&&(way<=2.0) money=5.0; /兩千米之內(nèi)收費5元 else cnt=2*(way-2); /將超出2km部分轉(zhuǎn)化為0.5km的整數(shù)倍并存于cnt中 money=cnt*0.8+5; /算出應(yīng)收的費用并存于money中 wap=money*10; /將收

17、費數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為整形，最低位表示角，其次為元，十元 tab=way*10; /將路程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為整形，最低位表示百米,其次表示千米，萬米 led0=wap%10; /角位上的數(shù)字存led0 led1=wap%100/10; /得出元位上的數(shù)字 led2=wap/100; /得出十元位上的數(shù)字 led3=tab%10; /得出百米上的數(shù)字 led4=tab%100/10; /得出千米上的數(shù)字 led5=tab/100; /得出萬米上的數(shù)字 for(j=0;j<10;j+) /在顯示上消耗時間，使三個數(shù)碼管顯示不中斷 for(i=0; i < 6; i+) p2=led_biti; /把le

18、di表示的位置的位選通 if(i=1)|(i=4) p0=led_numledi&0x7f; /把相應(yīng)位置的數(shù)顯式出來，帶小數(shù)點 else p0=led_numledi; /把相應(yīng)位置的數(shù)顯式出來，不帶小數(shù)點 delay(1); /延時一個微小時間 proteus仿真效果圖注：高三位數(shù)碼管顯示車程，最低位表示百米；低三位數(shù)碼管顯示收費，最低位表示角圖1.2、出租車計費仿真效果圖三、單片機最小系統(tǒng)硬件資源介紹： 89s51單片機； 6位共陽極數(shù)碼管； 段碼驅(qū)動器74hc573，位選譯碼器74hc138； 4路獨立式按鍵； 外部晶振電路； isp下載接口（in system program

19、,在系統(tǒng)編程）； dc+5v電源試配器（選配）； isp下載線（選配）。單片機最小系統(tǒng)實訓(xùn)板硬件資源分布見圖1元件布局圖和圖2電路原理圖：其中p1為外部電源輸入座（dc+5v），s8為電源最小系統(tǒng)的電源開關(guān)，e1和c3為電源濾波，去耦電容。d1為系統(tǒng)電源指示燈。j2為isp下載接口，s7系統(tǒng)復(fù)位按鍵。cry1，c1，c2為外部時針電路。ic1為89s51（dip-40），左上角為第一腳。pre1，pre2。為上拉排阻（阻值4.7k10k）。j5，j9，j6，j10分別對應(yīng)單片機的p0，p1，p2，p3口。便于二次開發(fā)。6路共陽極數(shù)碼管動態(tài)顯示電路，p0口通過74hc573（起驅(qū)動和隔離作用，讓

20、電流通過74ch573流入公共地），來控制數(shù)碼管的8路段碼，p20-p22通過74hc138譯碼器（使用其中的6路）控制數(shù)碼管的公共端（中間還有三極管做驅(qū)動器）。這樣設(shè)計的理由：為了保證該單片機最小系統(tǒng)的二次開發(fā)的資源充足和合理性。如果單只做一個動態(tài)顯示電路，可以省去74hc573，和74hc138。圖3.1 元件布局圖圖3.2 單片機最小系統(tǒng)原理圖四、課程設(shè)計總結(jié)這次單片機課程設(shè)計歷時兩周，是一次把理論融于實踐的教學(xué)行動?；谖覀兓A(chǔ)還比較薄弱，這次課程設(shè)計老師給我們布置了三個設(shè)計課題，分別是0-255計數(shù)器，0-50000計數(shù)器以及出租車計費器。這三個課題都是定時器/計數(shù)器接收外部脈沖實現(xiàn)

21、計數(shù)，程序設(shè)計層層相扣，由淺入深。255計數(shù)器設(shè)計是這次課程設(shè)計最簡單的一道程序題，它也是后續(xù)程序設(shè)計的基礎(chǔ)。由于255計數(shù)器數(shù)據(jù)顯示范圍是0-255，所以由定時器t1的tli寄存器就可完全實現(xiàn)計數(shù)。定時器有四種工作方式，它們都可以滿足255計數(shù)要求（工作方式3只能用定時器t0）,為了設(shè)計方便，老師建議使用定時器t1工作方式2（計數(shù)器自動重裝初值）。老師又說不使用中斷也可完全實現(xiàn)編程要求，而且告訴了我們數(shù)模轉(zhuǎn)換的方法，并幫我們理清了設(shè)計思路，這樣我們編程基本上不存在什么難點。 50000計數(shù)器設(shè)計比255計數(shù)器設(shè)計要難一點，也是這次課程設(shè)計比較關(guān)鍵的一環(huán)。50000計數(shù)器只能使用定時器工作方式1（16位計數(shù)器），這里需要處理16位數(shù)字，用匯編語言編程，在這里將是一個難點，用教科書中雙字節(jié)除法運算程序顯然程序冗長晦澀，不適合這種課程設(shè)計。在這