單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用出租車計價器設(shè)計

1、單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用課程作業(yè)出租車計價器設(shè)計 伍龍軍 05075 機(jī)械設(shè)計及理論2006年7月14日摘要：本文介紹了利用單片機(jī)AT89C52進(jìn)行出租車計價器的設(shè)計的過程，簡要介紹了DS1302涓流充電時鐘保持芯片的原理與應(yīng)用，并用Proteus軟件仿真。關(guān)鍵詞：出租車計價器，單片機(jī)，DS13021 引言隨著生活水平的不斷提高，越來越多的人在短距離出行時選擇乘坐出租車，因此設(shè)計一個性能穩(wěn)定、計費準(zhǔn)確、功能強(qiáng)大、使用方便的計價器就成為了人們關(guān)心的問題。本文對出租車計價器進(jìn)行了初步的設(shè)計，現(xiàn)有功能基本能滿足當(dāng)前的需求。2 基本要求 （1）計價功能，在白天與夜間收費標(biāo)準(zhǔn)不同；（2）時間顯示及修改功能

2、。假設(shè)：輪胎每轉(zhuǎn)一圈為0.5m，價格為：白天起價1公里5元，單價每公里1.4元；夜間起價1公里6元，單價每公里1.8元。夜間為22：00次日06：00前。3 硬件電路設(shè)計3.1計價器總體硬件結(jié)構(gòu)計價器總體組成框圖如圖1所示。3.2基本外圍電路基本外圍電路包括晶振電路和復(fù)位電路。晶振采用12MHz，方便計時。由于在Proteus中找不到專用復(fù)位芯片，所以采用基本的上電與按鈕復(fù)位電路。如附錄1中所示。3.3各部分電路下面介紹各部分電路的設(shè)計。計費電路在實際應(yīng)用中，常常使用霍爾傳感器測距，輪胎每轉(zhuǎn)一圈即發(fā)送一個方波。為方便模擬，這里加入一個信號發(fā)生器代替霍爾傳感器，用來產(chǎn)生汽車行駛產(chǎn)生的方波。而且信

3、號發(fā)生器產(chǎn)生的方波信號可以改變頻率，就相當(dāng)于改變了汽車的行駛速度。再加入示波器后，非常便于觀察。采用單片機(jī)的T0計數(shù)器計數(shù)。并將其設(shè)置為門控方式，當(dāng)外部中斷0的值為1時打開中斷。如電路圖中所示，當(dāng)計價開關(guān)閉合后，相當(dāng)于將“空車”牌按下，從而打開T0計數(shù)器中斷，從而當(dāng)方波進(jìn)入T0后即計數(shù)，使金額和里程增加。當(dāng)計價開關(guān)打開后，外部中斷0接口的值變?yōu)?，又會引發(fā)外部中斷0，此時調(diào)用清零程序，可將金額、里程等值復(fù)位。時鐘及金額、里程顯示電路該設(shè)計采用兩片6位8段LED顯示器。一片顯示當(dāng)前時間，格式為HH:MM:SS。一片顯示金額和里程，分別顯示三位：金額顯示十元、元和角，里程顯示十公里、公里、十分之一

4、公里。當(dāng)未計費時不顯示金額和里程。考慮到實際情況，金額和里程均不會達(dá)到100，因此采用6位LED顯示已足夠。整個顯示過程采用輪流顯示每一位的方式，由T1計時器計時，每4ms顯示一位。顯示內(nèi)容由P0口輸出。用2片24譯碼器74LS139，可將P2口低4位送出的內(nèi)容譯碼為16個地址，這里采用其中的12個，代表12位LED的顯示地址。按鍵電路這里使用了3個按鍵，分別為：設(shè)置按鍵、鍵、鍵。當(dāng)未計費時即可使用這三個鍵設(shè)置時間。按一下設(shè)置按鍵為設(shè)置小時，兩下設(shè)置分鐘，三下設(shè)置秒鐘，第四下保存設(shè)置。設(shè)置過程中設(shè)置指示燈點亮。若在設(shè)置過程中開始計費，則設(shè)置不會被保存，且指示燈熄滅。按鍵分別接入P2口的高3位，

5、由外部中斷1響應(yīng)。當(dāng)按下按鍵后即觸發(fā)外部中斷1。由于按鍵時間相對于單片機(jī)響應(yīng)時間來說非常長，所以此時可根據(jù)P2口的高3位判斷是哪個按鍵按下，再在中斷程序中做出相應(yīng)操作。 DS1302芯片接口電路DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、日期、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24或12小時格式。DS1302與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個口線：（1）RES復(fù)位，（2）I/O（數(shù)據(jù)線），（

6、3）SCLK（串行時鐘）。時鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達(dá)31個字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW。DS1302是由DS1202改進(jìn)而來，增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)，Vcc1為可編程涓流充電電源，附加七個字節(jié)存儲器。它廣泛應(yīng)用于電話、傳真、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。下面將主要的性能指標(biāo)作一綜合：實時時鐘具有能計算2100 年之前的秒、分、時、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年調(diào)整的能力u 318位暫存數(shù)據(jù)存儲RAMu 串行I/O 口方式使得管腳數(shù)量最少u 寬范圍工作電壓：2.05.5Vu

7、工作電流：2.0V時，小于300nAu 讀/寫時鐘或RAM數(shù)據(jù)時，有兩種傳送方式：單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送（字符組方式）u 8腳DIP封裝或可選的8腳SOIC封裝（根據(jù)表面裝配）u 簡單3 線接口u 與TTL 兼容（Vcc=5V）u 可選工業(yè)級溫度范圍-40 度+85度u 與DS1202 兼容u 在DS1202 基礎(chǔ)上增加的特性： 對Vcc1有可選的涓流充電能力 雙電源管用于主電源和備份電源供應(yīng) 備份電源管腳可由電池或大容量電容輸入 附加的7 字節(jié)暫存存儲器DS1302 的管腳排列及描述如下圖及表所示管腳描述:X1,X2 -32.768KHz 晶振管腳GND -地RST -復(fù)位腳I/O -數(shù)據(jù)輸

8、入/輸出引腳SCLK -串行時鐘Vcc1,Vcc2 -電源供電管腳該電路通過從DS1302芯片接收數(shù)據(jù)獲取時間。若時間為夜間（22：00次日06：00前），則點亮夜間指示燈，并改變價格。4 程序設(shè)計4.1總體程序框圖如圖所示為總體程序框圖4.2子程序設(shè)計子程序主要包括：初始化程序INIT、讀取時間程序RDTIME、寫入時間程序WTTIME。兩個時間程序還需調(diào)用：從DS1302讀取數(shù)據(jù)的子程序RECEIVE、從DS1302發(fā)送數(shù)據(jù)的子程序SEND。初始化程序INIT主要功能是將各項數(shù)據(jù)賦初值、開中斷。讀取時間程序RDTIME則給控制字賦值，然后調(diào)用RECEIVE程序，再將返回的值分別保存到小時、

9、分鐘、秒鐘。最后根據(jù)小時對單價作出調(diào)整。寫入時間程序WTTIME則給控制字賦值，然后調(diào)用SEND程序分別將小時、分鐘、秒鐘保存到DS1302芯片中。4.3中斷程序設(shè)計中斷程序在整個程序中占有最重要到地位。下面分別作介紹。 計數(shù)器T0的中斷程序計數(shù)器T0的中斷程序START框圖如下。在該程序中，接收到第一個脈沖后開始計算里程，將金額設(shè)置為起價5元。之后每100個脈沖（50米）對里程做一次加法運算。當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到2000個（1公里）后開始對金額遞增。外部中斷0的中斷程序當(dāng)計時開關(guān)斷開后會觸發(fā)外部中斷0，從而調(diào)用中斷程序CLEAR。該程序?qū)⒏黜棓?shù)據(jù)復(fù)位。外部中斷1的中斷程序當(dāng)沒有計費且按下按鍵時觸發(fā)外

10、部中斷1。首先判斷按下哪個鍵。若按下設(shè)置鍵則改變設(shè)置類型。按一次設(shè)置鍵，則設(shè)置小時；按兩次則設(shè)置分鐘；按三次設(shè)置秒鐘；按四次則調(diào)用WTTIME程序?qū)⒃O(shè)置好的值寫入DS1302芯片中。若按下鍵，則判斷設(shè)置類型，根據(jù)設(shè)置類型分別對小時、分鐘、秒鐘加一。若按下鍵，則根據(jù)設(shè)置類型分別對小時、分鐘、秒鐘減一。定時器T1的中斷程序定時器T1的中斷程序即為顯示程序。該程序每4ms顯示一位。若沒有處于設(shè)置時間狀態(tài)，則每秒鐘讀取一次時間；否則不讀取時間，只顯示當(dāng)前值，以便于對時間進(jìn)行設(shè)置。顯示程序輪流對12位LED進(jìn)行顯示，并在適當(dāng)?shù)胤郊由闲?shù)點。若沒有計費，則不顯示金額和里程。流程圖見下頁。5總結(jié)該設(shè)計實現(xiàn)了

11、計價器的基本功能。若要進(jìn)行擴(kuò)展，可在以下方面進(jìn)行考慮：語音功能、打印功能、防作弊功能、IC卡的使用以及其它對系統(tǒng)的保護(hù)功能等。通過這次設(shè)計，我對8051系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲空間有了更深入細(xì)致的了解，對匯編程序的編寫及中斷的應(yīng)用更加熟練；通過對DS1302芯片、LED顯示器和按鍵的使用，對接口技術(shù)對應(yīng)用有了初步的認(rèn)識。希望今后通過努力，使自己對該課程知識及應(yīng)用能達(dá)到熟練掌握直至精通的程度。附錄1：電路圖附錄2：計價效果圖（晚上時間21:09:10，公里數(shù)為8.4，價格為15.3）附錄3：時間設(shè)置效果圖（當(dāng)前時間：21:24:20，設(shè)置時間：23:37:56）附錄4：源代碼;*;出租車計價器

12、程序;05075，伍龍軍;*;各項常量;*PRICE EQU 1FH ;保存單價地址PULSE EQU 1EH ;保存脈沖數(shù)的地址TURN EQU 1DH ;顯示輪換記錄器，為12時顯示小時十位，為11時顯示小時個位，依次類推RDTM EQU 1CH ;讀取時間計數(shù)器，0.5秒鐘讀一次SUMYUAN EQU 1BH ;保存金額元（BCD碼）地址SUMJF EQU 1AH ;保存金額角和分（BCD碼）地址DISM EQU 19H ;保存路程公里數(shù)地址DISF EQU 18H ;保存路程小數(shù)地址TIMEH EQU 17H ;保存時間小時地址TIMEM EQU 16H ;保存時間分鐘地址TIMES

13、EQU 15H ;保存時間秒鐘地址BITCNT EQU 14H ;保存?zhèn)鬏斘坏牡刂稢MD EQU 13H ;保存命令字的地址RCV EQU 12H ;接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址SND EQU 11H ;發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址SETTM EQU 10H ;設(shè)置時間SPRICE EQU 09H ;保存起價地址HOUR1 EQU 0FH ;小時十位顯示地址HOUR0 EQU 0EH ;小時個位顯示地址MIN1 EQU 0DH ;分鐘十位顯示地址MIN0 EQU 0CH ;分鐘個位顯示地址SEC1 EQU 0BH ;秒鐘十位顯示地址SEC0 EQU 0AH ;秒鐘個位顯示地址TENY EQU 09H ;金額十

14、元顯示地址ONEY EQU 08H ;金額元顯示地址TENTHY EQU 07H ;金額角顯示地址TENM EQU 06H ;路程十公里顯示地址ONEM EQU 05H ;路程公里顯示地址TENTHM EQU 04H ;路程十分之一公里顯示地址DSIO BIT P1.0 ;DS1302的數(shù)據(jù)傳送總線地址DSCLK BIT P1.1 ;DS1302的時鐘控制總線地址DSRST BIT P1.2 ;DS1302的復(fù)位總線地址LEDNT BIT P1.7 ;夜晚指示燈LEDSET BIT P1.6 ;設(shè)置時間指示燈STTM BIT P2.5 ;設(shè)置按鍵口STADD BIT P2.6 ;時間增加按鍵口

15、STDEC BIT P2.7 ;時間減少按鍵口;*;程序開始;* ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H ;外部中斷0程序，清零 AJMP CLEAR ORG 000BH ;T0中斷程序，計價，計里程 AJMP START ORG 0013H AJMP BUTTON ;外部中斷1程序，響應(yīng)按鍵 ORG 001BH ;T1中斷程序，顯示 AJMP DISPMAIN: ACALL INIT AJMP $;*;子程序;*;初始化程序;設(shè)置初值，開中斷;*INIT: MOV SP,#30H ;設(shè)置堆棧到用戶RAM區(qū) MOV DPTR,#TAB MOV PRICE,#07H MOV

16、SPRICE,#05H CLR LEDNT CLR LEDSET MOV SETTM,#4 MOV TURN,#12 MOV SUMYUAN,#0ABH ;金額為0 MOV SUMJF,#0AAH MOV DISM,#0ABH ;路程為0 MOV DISF,#0AAH MOV PULSE,#22 ACALL RDTIME ;讀取時間 MOV RDTM,#250 ;讀取時間計數(shù)器初值 MOV TMOD,#00011101B ;T1以方式1計時，非門控方式 ;T0以方式1計數(shù)，門控方式 SETB TR0 ;T0采用門控方式 SETB IT0 ;外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式 SETB IT1 ;外部中斷

17、1為邊沿觸發(fā)方式 CLR P3.2 MOV TH1,#0F0H ;4ms產(chǎn)生一次中斷 MOV TL1,#060H MOV TH0,#0FFH ;第一個脈沖發(fā)生中斷賦初值 MOV TL0,#0FFH SETB EA ;開CPU中斷 SETB EX0 ;開外部中斷0 SETB EX1 ;開外部中斷1 SETB ET0 ;開T0中斷 SETB ET1 ;開T1中斷 SETB TR1 ;T1計時開始 RET;*;RDTIME讀取時間程序;從DS1302讀取時間;*RDTIME: MOV CMD,#85H ;接收小時控制字#85H ACALL RECEIVE MOV TIMEH,RCV MOV CMD,

18、#83H ;接收分鐘控制字#83H ACALL RECEIVE MOV TIMEM,RCV MOV CMD,#81H ;接收秒鐘控制字#81H ACALL RECEIVE MOV TIMES,RCV MOV A,TIMEH ;判斷時間， ;若在6點之前或22點之后，價格改變 CJNE A,#06H,$+3 JNC SKIP6 MOV PRICE,#09H ;6點之前 MOV SPRICE,#06H SETB LEDNT AJMP NIGHTSKIP6: CJNE A,#22H,$+3 JC DAY MOV PRICE,#09H ;22點之后 MOV SPRICE,#06H SETB LEDNT

19、 AJMP NIGHTDAY: MOV PRICE,#07H ;白天 MOV SPRICE,#05H CLR LEDNTNIGHT: RET;*;WTTIME寫入時間程序;將調(diào)整的時間輸入DS1302;*WTTIME: MOV CMD,#84H ;發(fā)送小時控制字#84H MOV SND,TIMEH ACALL SEND MOV CMD,#82H ;發(fā)送分鐘控制字#82H MOV SND,TIMEM ACALL SEND MOV CMD,#80H ;發(fā)送秒鐘控制字#80H MOV SND,TIMES ACALL SEND RET;*;從DS1302讀出數(shù)據(jù)的程序;*RECEIVE: CLR DS

20、RST ;復(fù)位引腳為低電平,所有數(shù)據(jù)傳送終止 NOP CLR DSCLK ;清時鐘總線 NOP SETB DSRST ;復(fù)位引腳為高電平，邏輯控制有效 NOP MOV A,CMD ;準(zhǔn)備發(fā)送命令字節(jié) MOV BITCNT,#8 ;命令字節(jié)為8位RB0: RRC A ;將最低位傳送給進(jìn)位位C MOV DSIO,C ;位傳送至數(shù)據(jù)總線 NOP SETB DSCLK ;時鐘上升沿，發(fā)送數(shù)據(jù)有效 NOP CLR DSCLK ;清時鐘總線 DJNZ BITCNT,RB0 ;位傳送未完畢則繼續(xù) NOP ;準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù) CLR A ;清累加器 CLR C ;清進(jìn)位位C MOV BITCNT,#8 ;接收位數(shù)

21、為8位RB1: NOP MOV C,DSIO ;數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳送給C RRC A ;從最低位接收數(shù)據(jù) SETB DSCLK ;時鐘總線置高 NOP CLR DSCLK ;時鐘下降沿接收數(shù)據(jù)有效 DJNZ BITCNT,RB1 ;接收未完成則繼續(xù) NOP CLR DSRST ;邏輯操作完畢，清RST MOV RCV,A ;接收到的完整數(shù)據(jù)字節(jié) ;放入接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū) RET;*;向DS1302寫入數(shù)據(jù)的程序;*SEND: CLR DSRST ;復(fù)位引腳為低電平,所有數(shù)據(jù)傳送終止 NOP CLR DSCLK ;清時鐘總線 NOP SETB DSRST ;復(fù)位引腳為高電平，邏輯控制有效 NOP M

22、OV A,CMD ;準(zhǔn)備發(fā)送命令字節(jié) MOV BITCNT,#8SB0: RRC A MOV DSIO,C NOP SETB DSCLK NOP CLR DSCLK DJNZ BITCNT,SB0 NOP MOV A,SND ;準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，過程與上面相同 MOV BITCNT,#8SB1: RRC A MOV DSIO,C NOP SETB DSCLK NOP CLR DSCLK DJNZ BITCNT,SB1 NOP CLR DSRST RET;*;以下為中斷程序;*;T0的中斷程序;來一個脈沖記一次數(shù);*START: MOV TH0,#0FFH ;每100個脈沖（50米）計一次 MOV

23、TL0,#09CH MOV SETTM,#4 CLR LEDSET MOV A,PULSE CJNE A,#22,NEXT ;價格初始化 MOV SUMYUAN,SPRICE ;起價 MOV SUMJF,#00H MOV DISM,#00H ;路程為0 MOV DISF,#00H MOV PULSE,#21 AJMP SKIPCTNEXT: MOV A,DISF ;每100個脈沖增加50米 ADD A,#5 DA A MOV DISF,A MOV A,DISM ADDC A,#0 DA A MOV DISM,A DJNZ PULSE,SKIPCT ;未到1公里（20*100個脈沖）不計費 MO

24、V A,SUMJF ;計算角和分 ADD A,PRICE ;加7分錢，夜間加9分 DA A ;調(diào)整為BCD碼 MOV SUMJF,A ;保存 MOV A,SUMYUAN ;計算元 ADDC A,#0 ;加進(jìn)位 DA A ;調(diào)整 MOV SUMYUAN,A ;保存 MOV PULSE,#1SKIPCT: RETI;*;外部中斷0中斷程序;將金額和路程清零;*CLEAR: MOV SETTM,#4 MOV SUMYUAN,#0ABH MOV SUMJF,#0AAH MOV DISM,#0ABH MOV DISF,#0AAH MOV PULSE,#22 MOV TH0,#0FFH ;第一個脈沖發(fā)生中

25、斷賦初值 MOV TL0,#0FFH RETI;*;外部中斷1程序BUTTON;按鍵程序，判斷是哪一個按鍵按下，并作出相應(yīng)設(shè)置;*BUTTON: MOV A,P2 ANL A,#0E0H ;取P2的最高三位 CJNE A,#0C0H,SETAD ;第5位為0時為設(shè)置鍵 DJNZ SETTM,ST ;若按到第4為設(shè)置時間成功 CLR LEDSET ;設(shè)置燈熄滅 ACALL WTTIME ;設(shè)置時間 MOV SETTM,#4 AJMP SKIPSTST: SETB LEDSET ;按1次為小時設(shè)置，2次為分鐘設(shè)置， ;3次為秒鐘設(shè)置 AJMP SKIPSTSETAD: CJNE A,#0A0H,S

26、ETDE ;第6位為0時為增加鍵 MOV A,SETTM CJNE A,#3,ADDM ;為3時設(shè)置小時 MOV A,TIMEH INC A DA A CJNE A,#24H,HLT24 MOV A,#0HLT24: MOV TIMEH,A AJMP SKIPSTADDM: CJNE A,#2,ADDS ;為2時設(shè)置分鐘 MOV A,TIMEM INC A DA A CJNE A,#60H,MLT60 MOV A,#0MLT60: MOV TIMEM,A AJMP SKIPSTADDS: CJNE A,#1,SKIPST ;為1時設(shè)置秒鐘 MOV A,TIMES INC A DA A CJNE

27、 A,#60H,SLT60 MOV A,#0SLT60: MOV TIMES,A AJMP SKIPSTSETDE: MOV A,SETTM ;第7位為0時為減少鍵 CJNE A,#3,DECM MOV A,#99H ADD A,TIMEH DA A CJNE A,#99H,HGT0 MOV A,#23HHGT0: MOV TIMEH,A AJMP SKIPSTDECM: CJNE A,#2,DECS MOV A,#99H ADD A,TIMEM DA A CJNE A,#99H,MGT0 MOV A,#59HMGT0: MOV TIMEM,A AJMP SKIPSTDECS: CJNE A,

28、#1,SKIPST MOV A,#99H ADD A,TIMES DA A CJNE A,#99H,SGT0 MOV A,#59HSGT0: MOV TIMES,ASKIPST: RETI;*;T1的中斷程序;輪流顯示LED每一位;*DISP: MOV TH1,#0F0H ;恢復(fù)初值 MOV TL1,#060H MOV A,SETTM CJNE A,#4,HR1 DJNZ RDTM,HR1 ACALL RDTIME MOV RDTM,#250 ;1秒鐘讀取一次時間HR1: MOV A,TURN CJNE A,#12,HR0 MOV A,TIMEH ;顯示小時十位 MOV B,#10H DIV

29、AB MOVC A,A+DPTR MOV P0,A ANL P2,#0F0H MOV A,#HOUR1 ORL P2,A DEC TURN AJMP SKIPT1HR0: CJNE A,#11,MN1 MOV A,TIMEH ;顯示小時個位 ANL A,#0FH MOVC A,A+DPTR ADD A,#80H ;加小數(shù)點 MOV P0,A ANL P2,#0F0H MOV A,#HOUR0 ORL P2,A DEC TURN AJMP SKIPT1MN1: CJNE A,#10,MN0 MOV A,TIMEM ;顯示分鐘十位 MOV B,#10H DIV AB MOVC A,A+DPTR M

30、OV P0,A ANL P2,#0F0H MOV A,#MIN1 ORL P2,A DEC TURN AJMP SKIPT1MN0: CJNE A,#9,SC1 MOV A,TIMEM ;顯示分鐘個位 ANL A,#0FH MOVC A,A+DPTR ADD A,#80H MOV P0,A ANL P2,#0F0H MOV A,#MIN0 ORL P2,A DEC TURN AJMP SKIPT1SC1: CJNE A,#8,SC0 MOV A,TIMES ;顯示秒鐘十位 MOV B,#10H DIV AB MOVC A,A+DPTR MOV P0,A ANL P2,#0F0H MOV A,#SEC1 ORL P2,A DEC TURN AJMP SKIPT1SC0: CJNE A,#7,STEN MOV A,TI