2835.D出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)報(bào)告 電路原理圖與說(shuō)明

1、電路原理圖與說(shuō)明 1 電路設(shè)計(jì)的分析1.1 電動(dòng)機(jī)的作用及電路連接出租車的實(shí)際行駛距離無(wú)法實(shí)地去測(cè)量，因此需要將此問(wèn)題實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，具體方法為：用電動(dòng)機(jī)模擬汽車車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，再測(cè)出汽車輪胎的外徑，繼而得出周長(zhǎng)，就用周長(zhǎng)乘以轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)即可得汽車行駛的路程。電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈酒會(huì)向外輸出一個(gè)脈沖，完成一次信號(hào)的采集。如本實(shí)驗(yàn)中電路圖所示，將電動(dòng)機(jī)與8253的clk0相連，就將“電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)了一圈”這個(gè)信號(hào)以脈沖形式傳給了8253。1.2 8253的作用及電路連接 8253在本實(shí)驗(yàn)中工作于方式2和方式3。 8253在方式2時(shí)有它自己的工作的特點(diǎn)。對(duì)某一計(jì)數(shù)通道寫入控制字，選定工作方式2時(shí)，out端輸出高電平

2、。如果gate為高電平,則在寫入計(jì)數(shù)值后的下一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí),將計(jì)數(shù)值裝入執(zhí)行部件.此后,計(jì)數(shù)器隨著時(shí)鐘脈沖的輸入而遞減計(jì)數(shù).當(dāng)計(jì)數(shù)值減為1時(shí), out端由高電平變?yōu)榈碗娖?待計(jì)數(shù)器的值減為0時(shí), out端引腳又回到高電平, 與此同時(shí),還將計(jì)數(shù)初值重新裝入計(jì)數(shù)器,開(kāi)始一個(gè)新的計(jì)數(shù)過(guò)程,并由些周而復(fù)始地計(jì)數(shù).如果裝入計(jì)數(shù)器的初值為n,那么在out引腳上,每隔n個(gè)周期就產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖,其寬度與時(shí)鐘脈沖的周期相同,頻率為輸入時(shí)鐘脈沖頻率的n分之一.所以,這實(shí)際上是一種分頻工作方式. 對(duì)于方式2,gate端發(fā)揮著一定的作用.在計(jì)數(shù)過(guò)程中,當(dāng)gate變?yōu)榈碗娖綍r(shí),將迫使out變?yōu)楦唠娖?并禁止計(jì)數(shù);當(dāng)ga

3、te從低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí),也就是gate 端產(chǎn)生上升沿時(shí),則在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí),又把預(yù)置的計(jì)數(shù)初值裝入計(jì)數(shù)器,從初值開(kāi)始遞減計(jì)數(shù),并循環(huán)進(jìn)行. 在操作過(guò)程中,任何時(shí)候都可由cpu重新寫入新的計(jì)數(shù)值,它不會(huì)影響當(dāng)前計(jì)數(shù)過(guò)程的進(jìn)行.比如說(shuō),原來(lái)的計(jì)數(shù)值n=4,在計(jì)數(shù)過(guò)程中計(jì)數(shù)值回零前,又寫入新的計(jì)數(shù)值n=3,8253仍按n=4進(jìn)行計(jì)數(shù).當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0時(shí),一個(gè)計(jì)數(shù)周期結(jié)束,8253將按新寫入的計(jì)數(shù)值n=3進(jìn)行計(jì)數(shù). 當(dāng)需要產(chǎn)生連續(xù)的負(fù)脈沖序列信號(hào)時(shí),可使8253工作于方式2.在本實(shí)驗(yàn)當(dāng)中,就是讓0通道工作在方式2下. 這時(shí),就有了一個(gè)新的問(wèn)題,那就是,當(dāng)在方式2的時(shí)候,它的輸出的信號(hào)太快,人眼是幾乎

4、不能看得到的.所以,我們?cè)谶@里就對(duì)1通道采用方式3的工作方式. 對(duì)于方式3來(lái)說(shuō),它的工作方式與方式2有著很多相似的地方,然而,又不能等同.因?yàn)樗鼈兏髯杂兄煌奶攸c(diǎn).使用的時(shí)候就要加以區(qū)別. 可以從輸出的波形上看出它們的一些不同之處.因?yàn)榉绞?輸出的不是序列負(fù)脈沖,而是對(duì)稱的方波或基本對(duì)稱的矩形波.當(dāng)然,無(wú)論是方式2,還是方式3,都要將gate端置為高電平才可實(shí)現(xiàn)它的功能. 8253有一些它的特點(diǎn)。如果寫入計(jì)數(shù)器的初值為偶數(shù)，則當(dāng)8253進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，均使計(jì)數(shù)值減2。計(jì)數(shù)值減為0時(shí)，out輸出引腳由高電平變成低電平，同時(shí)自動(dòng)重新裝入計(jì)數(shù)初值，繼續(xù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0時(shí)，o

5、ut引腳又回到高電平，同時(shí)再一次將計(jì)數(shù)初值裝入計(jì)數(shù)器，開(kāi)始下一輪循環(huán)計(jì)數(shù)；如果寫入的計(jì)數(shù)初值為奇數(shù)，則當(dāng)輸出端out為高電平時(shí)，第一個(gè)時(shí)鐘脈沖使計(jì)數(shù)器減1，以后每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，都使計(jì)數(shù)器減2，當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0時(shí)，輸出端out由高電平變成低電平，同時(shí)重新裝入計(jì)數(shù)初值，繼續(xù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。這時(shí)第一個(gè)時(shí)鐘脈沖使計(jì)數(shù)器減3，以后每個(gè)時(shí)鐘脈沖都使計(jì)數(shù)器減2，計(jì)數(shù)值減為0時(shí)，out引腳又回到高電平，并重新裝入計(jì)數(shù)初值后，開(kāi)始下一輪循環(huán)計(jì)數(shù)。這兩種情況下，從out端輸出的方波頻率都等于時(shí)鐘脈沖的頻率除以計(jì)數(shù)初值。但要注意，當(dāng)寫入的計(jì)數(shù)初值為偶數(shù)時(shí)，輸出完全對(duì)稱的方波，寫入計(jì)數(shù)初值為奇數(shù)時(shí)，其輸出波形的高電平寬度比

6、低電平多一個(gè)時(shí)鐘周期。 停止計(jì)數(shù)的方法：在計(jì)數(shù)過(guò)程中，若gate變成低電平時(shí)，就迫使out變成高電平，并禁止計(jì)數(shù)，當(dāng)gate回到高電平時(shí)，重新從初值n開(kāi)始進(jìn)行計(jì)數(shù)。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)計(jì)數(shù)的控制。 如果希望改變輸出方波的速率，cpu可在任何時(shí)候重新裝入新的計(jì)數(shù)初值，在下一個(gè)計(jì)數(shù)周期就可按新的計(jì)數(shù)初值計(jì)數(shù)，從而改變方波的速率。 若將頻率為2mhz（周期為0。5微秒）的時(shí)鐘直接加到clk1端，則out1端輸出的脈沖周期最大只有0。5微秒*65536=32。768毫秒，有一些時(shí)候是達(dá)不到要求的。8353采用級(jí)聯(lián)方式。此實(shí)驗(yàn)中使用8253的0通道和1通道以實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)。若輸入為40hz，則計(jì)數(shù)值n0=40hz

7、/(1/50ms)=2（0通道時(shí)延50ms）。設(shè)1通道時(shí)延3s,則1通道計(jì)數(shù)值n1=(1/50ms)/(1/3s)=60。8253的控制字分析。其控制字為：00110101b。其意義為：選擇通道0；先讀/寫低字節(jié)，后高字節(jié)；工作與方式2下；采用bcd計(jì)數(shù)。在本實(shí)驗(yàn)中，采用了級(jí)聯(lián)的方式。當(dāng)指向通道1的端口地址的時(shí)候，就要再寫入通道1的控制字。d7和d6位寫入的控制字為：01代表選擇了通道1，如果是用的00，則代表選擇了通道0，10代表選擇了通道2，如果寫入的是11，則代表無(wú)效。d5和d4位寫入的控制字代表的意義的是：00代表計(jì)數(shù)器鎖存，供cpu讀。寫入01代表只讀/寫計(jì)數(shù)器的低字節(jié)，寫入10代表

8、只讀/寫計(jì)數(shù)器的高字節(jié)。寫入11代表先讀/寫計(jì)數(shù)器的低字節(jié)，然后再讀/寫計(jì)數(shù)器的高字節(jié)。d3，d2和d1位的控制字代表的意義是8253的不同的工作方式：寫入000代表工作于方式0，寫入001代表工作于方式1，寫入x10代表工作于方式2，寫入x11代表工作于方式3，寫入100代表工作于方式4，寫入101代表工作于方式5。d0位的控制字的意義是：寫入1代表bcd碼計(jì)數(shù)。寫入0代表2進(jìn)制計(jì)數(shù)。通道1的控制字為：01110111b。它代表的意思是：選擇通道1，先讀寫計(jì)數(shù)器的低字節(jié)，再讀/寫計(jì)數(shù)器的高字節(jié)。通道1工作于方式3，采用的是bcd計(jì)數(shù)的方法。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)所需要的功能。完成了級(jí)聯(lián)的設(shè)想。825

9、3電路連接為：clk0接電動(dòng)機(jī)，采集有點(diǎn)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的模擬脈沖。0通道輸出out0與1通道clk1相連。out1輸出給8255，并連結(jié)gate0與gate1與高電平相連，保證它工作于方式0。8253的低平cs與300h相連，即8253段地址為300h。用導(dǎo)線將其連接好就可實(shí)現(xiàn)其功能。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中采用的端口的起始的地址是300h，所以分配：通道0的地址端口為300h，通道1的地址端口為301h，通道2的地址端口為302h，8253的控制端口的地址為303h。2.2.3 8255a的作用及電路連接8255a工作方式0狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)基本的輸入輸出功能。方式0稱為基本的輸入輸出方式。它適用于不需要用信號(hào)的

10、簡(jiǎn)單輸入輸出場(chǎng)合。在這種方式下，a口和b口可以做為8位的端口，c口的高4位和低四位可以做為兩個(gè)四位的輸入輸出端口。這四個(gè)端口中，任何一個(gè)都是可以做輸入端口，也可以做輸出端口，從而構(gòu)成16種不同的輸入輸出組態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，c口的兩半部分也可以合在一起，構(gòu)成一個(gè)八位的端口，這樣8255a可以構(gòu)成三個(gè)八位的i/o端口，或兩個(gè)8位的，兩個(gè)4位的i/o端口，以適應(yīng)各種不同的場(chǎng)合。在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，它的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是這樣的：cpu與這些端口交換數(shù)據(jù)時(shí)，可以直接用輸入指令從指定端口讀取數(shù)據(jù)，或用輸出指令將數(shù)據(jù)寫入端口，不需要任何其它用于應(yīng)答的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。對(duì)于方式0，還規(guī)定輸出信號(hào)可以被鎖存，輸入不能鎖存，這是使用時(shí)

11、要注意的地方。它的控制字也有一定的規(guī)定。其中d7位為1時(shí)，代表選擇控制字，其中d6，d5位為00，代表選擇a口工作于方式0。d2=0，代表選擇b口工作于方式0。d4d3和d1d0這四位可以任意取0或1，由此構(gòu)成4個(gè)端口的16種不同的組態(tài)。8255a的控制字為：10010000b，代表意思是：d7=1,表示選擇控制字。 d6d5=00，表示a口工作于方式0下。d4表示a口作為輸。d2=0表示b口工作與方式0下。d1=表示b口作為輸出使用。將電路連接完畢，即可實(shí)現(xiàn)8255a功能。2.2.4 顯示器的連接當(dāng)信號(hào)采集完畢后，無(wú)法讓人們看到具體的脈沖，因此必須用顯示器將脈沖顯示出來(lái)。整體的顯示過(guò)程是：讓

12、霍爾傳感器采集信號(hào)，8253計(jì)數(shù)，8255將其輸出，輸出給顯示器，由顯示器顯示具體數(shù)字，從而完成整個(gè)過(guò)程。2.3 電路的主要功能為了完成計(jì)價(jià)器的計(jì)數(shù)功能，此電路必須實(shí)現(xiàn)以下所述的各個(gè)功能：2.3.1 采集信號(hào)的功能本實(shí)驗(yàn)用霍爾傳感器來(lái)采集信號(hào)?；魻杺鞲衅魇怯梅墙佑|式的工作方式來(lái)采集信號(hào)的，它采集到的信號(hào)是以脈沖的形式表示的。一塊磁鐵被固定在轉(zhuǎn)輪上，隨著轉(zhuǎn)輪一圈圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)這塊磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)霍爾傳感器時(shí)就將信號(hào)傳給了霍爾傳感器。在此，存在一個(gè)問(wèn)題，在實(shí)驗(yàn)室里不可能采集汽車的車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，這需要模擬這一場(chǎng)景。模擬的方法是：我們用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)代替汽車,也就是說(shuō)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)代替汽車的車輪的轉(zhuǎn)動(dòng).

13、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈就代表汽車的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)了一周.那么這個(gè)信號(hào)又是怎樣來(lái)采集的呢?這時(shí)候,我們用到了霍爾傳感器.霍爾傳感器是對(duì)磁信號(hào)進(jìn)行采集的一個(gè)裝置.問(wèn)題就轉(zhuǎn)化成了:我們?nèi)绾螌④囕喌霓D(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成電磁的信號(hào)傳輸給霍爾傳感器.然后用霍爾傳感器將它采集起來(lái)送給8255.解決的方案是:我們?cè)诓竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)輪的邊緣上面加上一塊小磁鐵.再用一塊小磁鐵放在和邊緣較近的位置.固定在轉(zhuǎn)輪上的小磁鐵有一個(gè)自己的轉(zhuǎn)行的軌道.那么負(fù)責(zé)采集信號(hào)的這個(gè)小磁鐵所在的位置就在這個(gè)軌道的一邊,在固定在轉(zhuǎn)輪上的小磁鐵 的必經(jīng)之地.這個(gè)采集的小磁鐵再和霍爾傳感器相連.這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)采集的過(guò)程.使信號(hào)的傳送有了可能2.3.2 計(jì)數(shù)功

14、能當(dāng)信號(hào)采集過(guò)來(lái)以后，就需要一個(gè)計(jì)數(shù)裝置，記錄輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)。這個(gè)功能用可編程的計(jì)數(shù)器8253來(lái)實(shí)現(xiàn)。它使用減數(shù)計(jì)數(shù)功能，先裝入計(jì)數(shù)初值n,當(dāng)減為1時(shí)，out端由高電平變成低電平。待計(jì)數(shù)器的值減為0時(shí)，out端引腳又回到高電平。這樣就輸出了一個(gè)高電平。在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該注意一下8253的一些特性。8253的每個(gè)通道工作時(shí)，都是對(duì)輸入到clk引腳上的脈沖按二進(jìn)制或十進(jìn)制（bcd碼）格式進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)采用倒計(jì)數(shù)法，先對(duì)計(jì)數(shù)器預(yù)置一上初值，再初值裝入實(shí)際的計(jì)數(shù)器。然后開(kāi)始遞減計(jì)數(shù)。即每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)器的值減1，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值減為0時(shí)，便從out端引腳輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。輸出信號(hào)的波形主要由工作方式?jīng)Q

15、定，同時(shí)，還要受到從外部加到gate引腳上的門控信號(hào)控制，它決定是否允許計(jì)數(shù)。此時(shí)，又有一個(gè)問(wèn)題需要弄清楚。這個(gè)問(wèn)題就是：出租車的車輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中，不是一直都有規(guī)律地在旋轉(zhuǎn)，當(dāng)是以一個(gè)固定的頻率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，我們比較容易計(jì)數(shù)，那么當(dāng)車輪不是有規(guī)律的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，我們又怎樣來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題呢？問(wèn)題的答案是：當(dāng)用8253作外部事件計(jì)數(shù)器時(shí)，在clk引腳上所加的計(jì)數(shù)脈沖是由外部事件產(chǎn)生的，這些脈沖的間隔可以是不相等的。如果要用它作定時(shí)器，則clk引腳上應(yīng)輸入精確的時(shí)鐘脈沖。這時(shí)，8253所能實(shí)現(xiàn)的定時(shí)時(shí)間，決定于計(jì)數(shù)脈沖的頻率和計(jì)數(shù)器的初值。我們可以能8253輸入的頻率有很多，但是，也并不是說(shuō)，可以任

16、意的輸入一些頻率。對(duì)8253來(lái)講，外部輸入到clk 引腳上的時(shí)鐘脈沖頻率不能大于2mhz。如果大于2mhz，則必需經(jīng)分頻后才能送到clk 引腳端，這是使用時(shí)要注意的地方。 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，就是采用了級(jí)聯(lián)的方式才完成了所要實(shí)現(xiàn)的功能。我們采用的是用a口和b 口進(jìn)行級(jí)聯(lián)的方式完成了它的功能。2.3.3 輸出功能當(dāng)8253的計(jì)數(shù)功能完成了之后，就需要用一個(gè)外圍接口芯片來(lái)將這個(gè)采集的信號(hào)輸出出來(lái)。8255是一個(gè)可編程的外圍接口芯片，它可以將從8253計(jì)數(shù)的信號(hào)輸出給外圍設(shè)備。 8255的內(nèi)部是什么樣的結(jié)構(gòu)呢？它又是如何通過(guò)這些端口來(lái)實(shí)現(xiàn)它的一些功能的呢？ 以下進(jìn)行詳細(xì)敘述。 三個(gè)數(shù)據(jù)端口a，b 和c，它們相互合作完成8255的工作。8255內(nèi)部包含3個(gè)位的輸入輸出端口，通過(guò)外部的24根輸入輸出線與外設(shè)交換數(shù)據(jù)或進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。端口a 和端口b，都可以作為一個(gè)八位的輸入口或一個(gè)八位的輸出口用。c 口既可以作為一個(gè)八位的輸入口或輸出口用，又可作為兩個(gè)四位的輸入輸出口使用。還常常用來(lái)配合a口和b