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1、存档资料 成绩： 华东交通大学课 程 设 计 报 告 书所属课程名称 单片机原理与应用 题 目 单片机应用系统设计 院 系 电子与信息工程 专业班级 计算机科学与技术 学号 学生姓名 指导教师 2010 年 月 日 华东交通大学课程设计报告华东交通大学理工学院课 程 设 计（ 论 文 ）任 务 书专 业 计算机科学与技术 级 姓名 一、课程设计（论文）题目 出租计费系统设计 二、课程设计（论文）工作：自 2010 年 月 日起至 2010 年 月 日止。三、课程设计（论文）的内容要求：内容：掌握单片机应用系统设计步骤，查找资料加以说明。 要求：软硬件设计，画程序流程图和硬件电路图。 设计方法与
2、步骤：总体设计，硬件设计，可靠性设计，保密性设计，软件设计。 学生签名：_2010 年 月 日序号项 目等级优秀良好中等及格不及格1课程设计态度评价2出勤情况评价3任务难度评价4工作量饱满评价5任务难度评价6设计中创新性评价7论文书写规范化评价8综合应用能力评价综合评定等级课程设计（论文）评阅意见评阅人 职称 2010 年 月 日 目录第1章 课程设计任务书. .2第2章 系统方案比较与选择. .5第3章 电路的系统设计 .12第4章 程序设计.18第5章 测试分析与计算.22第6章 课程设计心得.24第7章 参考文献.25第2章 系统方案比较与选择2.1方案论证与比较方案一：采用数字电路控制
3、，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标准，电路不够实用。电路框图如图1-1所示。图1-1 数字电路方案方案二：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
4、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E2PROM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E2PROM中的解码，将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。方案图2-2所示。 图2-2 方案框图方案三：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FJ2E-D10NK霍尔传感器
5、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8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、时钟显示功能。原理结构如图2-3所示。图2-3 原理结构框图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）。89S51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
6、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，所以我们采用89S51单片机实现出租车计价的功能。2.2主要元器件的介绍（1）MCS51 系列AT89S51 AT89S51的是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4K bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，高密度、非易失性储存生产，兼容标志8051指令系统及引脚。低价位的它可以提供许多高性价比的应用场合，可灵活控制。芯片管脚图如图2-4所示：图2-4 89S51 芯片管脚图主要性能参数：与MCS51产品指令系统完全兼容4K字节在系统编程（ISP）Flash闪速储存器100
7、0次擦写周期4.05.5V的工作电压范围全静态工作模式：0HZ33HZ三级程序加密锁128*8字节内部RAM32个可编程I/O口线2个16位定时/计数器6个中断源全双工串行UART通道低功耗空闲和掉电模式中断可从空闲模式唤醒模式看门狗（WDT）及双数据指针掉电标识和快速编程特性灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）功能特性概述：4K字节Flash闪速储存器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗，两个数据指针，两个16位计时器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通讯口，片内振荡器及时钟电路。同时AT89S51可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式，空闲方式停
8、止工作并紧张其它所有部分工作直到下一个硬件复位。（2）FJ2E-D10NK霍尔传感器 它是一种磁传感器。可以检测磁场及其变化，可在各种磁场有关的场合中使用。以会儿效应为其工作基础。它结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动不怕一些污染和腐蚀，而且精度高工作温度范围宽。这种霍尔元件大量用于直流无刷电机和测磁仪表。FJ2E-D10NK集成霍尔开关由稳压器，霍尔电势发生器（即硅霍尔片）B，差分放大器C，施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成。（1）、（2）、（3）代表集成霍尔开关的三个引出端点。外形及接线如图2-6所示。 (a)外形图 (b)接线图 图2-6霍尔传感器
9、外形及接线在输入端 输入电压Vcc，经稳压器稳压后加在霍尔电势发生器的两端，根据霍尔效应原理，当霍尔片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍尔电势差VH输出，该VH信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。当施加的磁场达到工作点（即Bop）时，触发器输出高电压（相对于地电位），使三极管导通，此时OC门输出端输出低电压，三极管截止，使OC门输出高电压，这种状态为关。这样两次电压变换，使霍尔开关完成了一次开关动作。集成开关型霍尔传感器原理如图2-7所示。图2-7 集成开关霍尔传感器原理 （3）数码管数码管时一种半导体发光器件，其基本
10、单元时发光二极管。 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。驱动时将所有数码管的8个显示笔划为“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管 的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，通过单片机对位选通COM端电路的控制来觉
11、得数码管显示的字形。 数码管也74LS164的连接电路图见附录二，其管脚图见2-8所示。 图 2-8 管脚图 第3章 电路的系统设计3.1 设计总框图总框图的设计包括键盘控制模块，启动/清除开关模块，掉电储存单元模块 ，里程传感器，单片机控制模块部分，显示模块，锁存器和显示驱动电路。输入部分通过89S51控制输出的显示数字。其结构框图如3-1所示。图3-1 结构总框图3.2 里程计算、计价单元的设计里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器FJ2E-D10NK检测到的信号，送到单片机，经处理计算，送给显示单元的，其原理如图3-2所示。图3-2传感器测距示意图由于FJ2E-D10NK属于开关型的霍尔
12、传感器件，其工作电压范围比较宽（4.5V18V），其输出的信号符合TTL电平标准，可以直接接到单片机的I/O端口上，而且其最高检测频率可达到1MHZ。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（这样可以减少程序设计的麻烦），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，对脉计数，当技术达到1000次时，也就是1公里，单片机就控制将金额自动的增加，其计算公式:当前单价公里数=金额。3.3 数据显示单元的设计用单片机驱动LED数码管按显示方式分，有静态显示和动态（扫描）显示 ，由于设计要求有单价（2位），路程（2位），总金额（3位）显示输出，加上我们另外扩展了时钟显示（包
13、含时分秒的显示），而且在白天其对比度也不能够满足要求，因此我们采用了6位LED数码管道分屏显示，如图3-3（A、B、C、D）所示。120046图3-3（A）时钟显示 （显示为12点00分46秒）12046图3-3（B）总金额和单价显示（显示为总金额12.0元，每公里4.6元）1246图3-3（C）路程和单价显示（图中显示总路程12公里，当前单价4.6元）12784.6图3-3（D）单价调整显示（图中显示为右起白天单价4.6元、晚上7.8/中途等待1.2元）数据的分屏的显示是通过按键S1实现切换的。切换显示如图2-4所示。3-4 切换显示屏在出租车不走的时候，按下S1,可以实现数据的分屏显示；车载行走的时候只有总金额和单价显示屏在显示，当到达目的的的时候，客户要求查看总的里程的时候，就可以按下S1切换到里程和
