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1、 单片机与嵌入式系统应用课程作业 出租车计价器设计 伍龙军 05075 机械设计及理论 2010年7月4日 摘要：本文介绍了利用单片机AT89C52进行出租车计价器的设计的过程，简要介绍了DS1302涓流充电时钟保持芯片的原理与应用，并用Proteus软件仿真。 关键词：出租车计价器，单片机，DS1302 1 引言 随着生活水平的不断提高，越来越多的人在短距离出行时选择乘坐出租车，因此设计一个性能稳定、计费准确、功能强大、使用方便的计价器就成为了人们关心的问题。本文对出租车计价器进行了初步的设计，现有功能基本能满足当前的需求。
2、 2 基本要求 （1）计价功能，在白天与夜间收费标准不同； （2）时间显示及修改功能。 假设：轮胎每转一圈为0.5m，价格为：白天起价1公里5元，单价每公里1.4元；夜间起价1公里6元，单价每公里1.8元。夜间为22：00～次日06：00前。 3 硬件电路设计 3.1计价器总体硬件结构 计价器总体组成框图如图1所示。 3.2基本外围电路 基本外围电路包括晶振电路和复位电路。晶振采用12MHz，方便计时。由于在Proteus中找不到专用复位芯片，所以采用基本的上电与按钮复位电路。如附录1中所示。 3.3各部分电路 下面介绍各部分电路的设计。 3.
3、3.1计费电路 在实际应用中，常常使用霍尔传感器测距，轮胎每转一圈即发送一个方波。为方便模拟，这里加入一个信号发生器代替霍尔传感器，用来产生汽车行驶产生的方波。而且信号发生器产生的方波信号可以改变频率，就相当于改变了汽车的行驶速度。再加入示波器后，非常便于观察。 采用单片机的T0计数器计数。并将其设置为门控方式，当外部中断0的值为1时打开中断。如电路图中所示，当计价开关闭合后，相当于将“空车”牌按下，从而打开T0计数器中断，从而当方波进入T0后即计数，使金额和里程增加。当计价开关打开后，外部中断0接口的值变为0，又会引发外部中断0，此时调用清零程序，可将金额、里程等值复位。 3.3.
4、2时钟及金额、里程显示电路 该设计采用两片6位8段LED显示器。一片显示当前时间，格式为HH:MM:SS。一片显示金额和里程，分别显示三位：金额显示十元、元和角，里程显示十公里、公里、十分之一公里。当未计费时不显示金额和里程。考虑到实际情况，金额和里程均不会达到100，因此采用6位LED显示已足够。 整个显示过程采用轮流显示每一位的方式，由T1计时器计时，每4ms显示一位。显示内容由P0口输出。用2片2－4译码器74LS139，可将P2口低4位送出的内容译码为16个地址，这里采用其中的12个，代表12位LED的显示地址。 3.3.3按键电路 这里使用了3个按键，分别为：设置按键
5、＋键、－键。当未计费时即可使用这三个键设置时间。按一下设置按键为设置小时，两下设置分钟，三下设置秒钟，第四下保存设置。设置过程中设置指示灯点亮。若在设置过程中开始计费，则设置不会被保存，且指示灯熄灭。 按键分别接入P2口的高3位，由外部中断1响应。当按下按键后即触发外部中断1。由于按键时间相对于单片机响应时间来说非常长，所以此时可根据P2口的高3位判断是哪个按键按下，再在中断程序中做出相应操作。 3.3.4 DS1302芯片接口电路 DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电
6、路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24或12小时格式。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：（1）RES复位，（2）I/O（数据线），（3）SCLK（串行时钟）。时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。 DS1302是由DS1202改进而来，增加了以下的特性：双电源管脚用于主电源和备份电源供应，Vcc1为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器。它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电
7、池供电的仪器仪表等产品领域。下面将主要的性能指标作一综合： 实时时钟具有能计算2100 年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力 u 31×8位暂存数据存储RAM u 串行I/O 口方式使得管脚数量最少 u 宽范围工作电压：2.0～5.5V u 工作电流：2.0V时，小于300nA u 读/写时钟或RAM数据时，有两种传送方式：单字节传送和多字节传送（字符组方式） u 8脚DIP封装或可选的8脚SOIC封装（根据表面装配） u 简单3 线接口 u 与TTL 兼容（Vcc=5V） u 可选工业级温度范围-40 度～+85度 u 与DS1202 兼
8、容 u 在DS1202 基础上增加的特性： − 对Vcc1有可选的涓流充电能力 − 双电源管用于主电源和备份电源供应 − 备份电源管脚可由电池或大容量电容输入 − 附加的7 字节暂存存储器 DS1302 的管脚排列及描述如下图及表所示 管脚描述: X1,X2 --32.768KHz 晶振管脚 GND --地 RST --复位脚 I/O --数据输入/输出引脚 SCLK --串行时钟 Vcc1,Vcc2 --电源供电管脚 该电路通过从DS1302芯片接收数据获取时间。若时间为夜间（22：00～次日06：00前），则点亮夜间指示灯，并改变
9、价格。 4 程序设计 4.1总体程序框图 如图所示为总体程序框图 4.2子程序设计 子程序主要包括：初始化程序INIT、读取时间程序RDTIME、写入时间程序WTTIME。两个时间程序还需调用：从DS1302读取数据的子程序RECEIVE、从DS1302发送数据的子程序SEND。 初始化程序INIT主要功能是将各项数据赋初值、开中断。 读取时间程序RDTIME则给控制字赋值，然后调用RECEIVE程序，再将返回的值分别保存到小时、分钟、秒钟。最后根据小时对单价作出调整。 写入时间程序WTTIME则给控制字赋值，然后调用SEND程序分别将小时、分钟、秒钟保存到DS1302
10、芯片中。 4.3中断程序设计 中断程序在整个程序中占有最重要到地位。下面分别作介绍。 4.3.1 计数器T0的中断程序 计数器T0的中断程序START框图如下。 在该程序中，接收到第一个脉冲后开始计算里程，将金额设置为起价5元。之后每100个脉冲（50米）对里程做一次加法运算。当脉冲数达到2000个（1公里）后开始对金额递增。 4.3.2外部中断0的中断程序 当计时开关断开后会触发外部中断0，从而调用中断程序CLEAR。该程序将各项数据复位。 4.3.3外部中断1的中断程序 当没有计费且按下按键时触发外部中断1。首先判断按下哪个键。 若按下设置键
11、则改变设置类型。按一次设置键，则设置小时；按两次则设置分钟；按三次设置秒钟；按四次则调用WTTIME程序将设置好的值写入DS1302芯片中。 若按下＋键，则判断设置类型，根据设置类型分别对小时、分钟、秒钟加一。 若按下－键，则根据设置类型分别对小时、分钟、秒钟减一。 4.3.4定时器T1的中断程序 定时器T1的中断程序即为显示程序。该程序每4ms显示一位。若没有处于设置时间状态，则每秒钟读取一次时间；否则不读取时间，只显示当前值，以便于对时间进行设置。 显示程序轮流对12位LED进行显示，并在适当地方加上小数点。若没有计费，则不显示金额和里程。流程图见下页。 5总结
12、该设计实现了计价器的基本功能。若要进行扩展，可在以下方面进行考虑：语音功能、打印功能、防作弊功能、IC卡的使用以及其它对系统的保护功能等。 通过这次设计，我对8051系列单片机的内部结构、存储空间有了更深入细致的了解，对汇编程序的编写及中断的应用更加熟练；通过对DS1302芯片、LED显示器和按键的使用，对接口技术对应用有了初步的认识。希望今后通过努力，使自己对该课程知识及应用能达到熟练掌握直至精通的程度。 附录1：电路图 附录2：计价效果图（晚上时间21:09:10，公里数为8.4，价格为15.3） 附录3：时间设置效果图（当前时间：21:24
13、20，设置时间：23:37:56） 附录4：源代码 ;************************************* ;出租车计价器程序 ;05075，伍龙军 ;2006.7.9-7.13 ;************************************ ;各项常量 ;********************************** PRICE EQU 1FH ;保存单价地址 PULSE EQU 1EH ;保存脉冲数的地址 T
14、URN EQU 1DH ;显示轮换记录器，为12时显示小时十位，为11时显示小时个位，依次类推 RDTM EQU 1CH ;读取时间计数器，0.5秒钟读一次 SUMYUAN EQU 1BH ;保存金额元（BCD码）地址 SUMJF EQU 1AH ;保存金额角和分（BCD码）地址 DISM EQU 19H ;保存路程公里数地址
15、 DISF EQU 18H ;保存路程小数地址 TIMEH EQU 17H ;保存时间小时地址 TIMEM EQU 16H ;保存时间分钟地址 TIMES EQU 15H ;保存时间秒钟地址 BITCNT EQU 14H ;保存传输位的地址 CMD EQU 13H ;保存命
16、令字的地址 RCV EQU 12H ;接收数据缓冲区的地址 SND EQU 11H ;发送数据缓冲区的地址 SETTM EQU 10H ;设置时间 SPRICE EQU 09H ;保存起价地址 HOUR1 EQU 0FH ;小时十位显示地址 HOUR0 EQU 0EH
17、小时个位显示地址 MIN1 EQU 0DH ;分钟十位显示地址 MIN0 EQU 0CH ;分钟个位显示地址 SEC1 EQU 0BH ;秒钟十位显示地址 SEC0 EQU 0AH ;秒钟个位显示地址 TENY EQU 09H ;金额十元显示地址 ONEY EQU 08H
18、 ;金额元显示地址 TENTHY EQU 07H ;金额角显示地址 TENM EQU 06H ;路程十公里显示地址 ONEM EQU 05H ;路程公里显示地址 TENTHM EQU 04H ;路程十分之一公里显示地址 DSIO BIT P1.0 ;DS1302的数据传送总线地址 DSCLK BIT P1
19、1 ;DS1302的时钟控制总线地址 DSRST BIT P1.2 ;DS1302的复位总线地址 LEDNT BIT P1.7 ;夜晚指示灯 LEDSET BIT P1.6 ;设置时间指示灯 STTM BIT P2.5 ;设置按键口 STADD BIT P2.6 ;时间增加按键口 STDEC
20、BIT P2.7 ;时间减少按键口 ;********************************* ;程序开始 ;******************************** ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H ;外部中断0程序，清零 AJMP CLEAR ORG 000BH ;T0中断程序，计价，计里程
21、 AJMP START ORG 0013H AJMP BUTTON ;外部中断1程序，响应按键 ORG 001BH ;T1中断程序，显示 AJMP DISP MAIN: ACALL INIT AJMP $ ;************************************************************************** ;子程序 ;*
22、 ;初始化程序 ;设置初值，开中断 ;****************************** INIT: MOV SP,#30H ;设置堆栈到用户RAM区 MOV DPTR,#TAB MOV PRICE,#07H MOV SPRICE,#05H CLR LEDNT CLR LEDSET MOV SETTM,#4
23、 MOV TURN,#12 MOV SUMYUAN,#0ABH ;金额为0 MOV SUMJF,#0AAH MOV DISM,#0ABH ;路程为0 MOV DISF,#0AAH MOV PULSE,#22 ACALL RDTIME ;读取时间 MOV RDTM,#250 ;读取时间计数器初值
24、 MOV TMOD,#00011101B ;T1以方式1计时，非门控方式 ;T0以方式1计数，门控方式 SETB TR0 ;T0采用门控方式 SETB IT0 ;外部中断0为边沿触发方式 SETB IT1 ;外部中断1为边沿触发方式 CLR P3.2
25、MOV TH1,#0F0H ;4ms产生一次中断 MOV TL1,#060H MOV TH0,#0FFH ;第一个脉冲发生中断赋初值 MOV TL0,#0FFH SETB EA ;开CPU中断 SETB EX0 ;开外部中断0 SETB EX1 ;开外部中断1
26、 SETB ET0 ;开T0中断 SETB ET1 ;开T1中断 SETB TR1 ;T1计时开始 RET ;****************************** ;RDTIME读取时间程序 ;从DS1302读取时间 ;****************************** RDTIME: MOV CMD,#85H ;接收小时
27、控制字#85H ACALL RECEIVE MOV TIMEH,RCV MOV CMD,#83H ;接收分钟控制字#83H ACALL RECEIVE MOV TIMEM,RCV MOV CMD,#81H ;接收秒钟控制字#81H ACALL RECEIVE MOV TIMES,RCV MOV A,TIMEH
28、 ;判断时间， ;若在6点之前或22点之后，价格改变 CJNE A,#06H,$+3 JNC SKIP6 MOV PRICE,#09H ;6点之前 MOV SPRICE,#06H SETB LEDNT AJMP NIGHT SKIP6: CJNE A,#22H,$+3 JC DAY
29、 MOV PRICE,#09H ;22点之后 MOV SPRICE,#06H SETB LEDNT AJMP NIGHT DAY: MOV PRICE,#07H ;白天 MOV SPRICE,#05H CLR LEDNT NIGHT: RET ;******************************** ;WTTIME写入时间程序 ;将调整的时间输入DS1302
30、 ;******************************* WTTIME: MOV CMD,#84H ;发送小时控制字#84H MOV SND,TIMEH ACALL SEND MOV CMD,#82H ;发送分钟控制字#82H MOV SND,TIMEM ACALL SEND MOV CMD,#80H ;发送秒钟控制字#80H
31、 MOV SND,TIMES ACALL SEND RET ;******************************** ;从DS1302读出数据的程序 ;******************************* RECEIVE: CLR DSRST ;复位引脚为低电平,所有数据传送终止 NOP CLR DSCLK ;清时钟总线 NOP SE
32、TB DSRST ;复位引脚为高电平，逻辑控制有效 NOP MOV A,CMD ;准备发送命令字节 MOV BITCNT,#8 ;命令字节为8位 RB0: RRC A ;将最低位传送给进位位C MOV DSIO,C ;位传送至数据总线 NOP SETB DSCL
33、K ;时钟上升沿，发送数据有效 NOP CLR DSCLK ;清时钟总线 DJNZ BITCNT,RB0 ;位传送未完毕则继续 NOP ;准备接收数据 CLR A ;清累加器 CLR C ;清进位位C
34、MOV BITCNT,#8 ;接收位数为8位 RB1: NOP MOV C,DSIO ;数据总线上的数据传送给C RRC A ;从最低位接收数据 SETB DSCLK ;时钟总线置高 NOP CLR DSCLK ;时钟下降沿接收数据有效 DJNZ BITCNT,
35、RB1 ;接收未完成则继续 NOP CLR DSRST ;逻辑操作完毕，清RST MOV RCV,A ;接收到的完整数据字节 ;放入接收数据缓冲区 RET ;******************************* ;向DS1302写入数据的程序 ;****************************** S
36、END: CLR DSRST ;复位引脚为低电平,所有数据传送终止 NOP CLR DSCLK ;清时钟总线 NOP SETB DSRST ;复位引脚为高电平，逻辑控制有效 NOP MOV A,CMD ;准备发送命令字节 MOV BITCNT,#8 SB0: RRC A
37、 MOV DSIO,C NOP SETB DSCLK NOP CLR DSCLK DJNZ BITCNT,SB0 NOP MOV A,SND ;准备发送数据，过程与上面相同 MOV BITCNT,#8 SB1: RRC A MOV DSIO,C NOP SETB DSCLK
38、 NOP CLR DSCLK DJNZ BITCNT,SB1 NOP CLR DSRST RET ;************************************************************************ ;以下为中断程序 ;******************************** ;T0的中断程序 ;来一个脉冲记一次数 ;******************************* START:
39、MOV TH0,#0FFH ;每100个脉冲（50米）计一次 MOV TL0,#09CH MOV SETTM,#4 CLR LEDSET MOV A,PULSE CJNE A,#22,NEXT ;价格初始化 MOV SUMYUAN,SPRICE ;起价 MOV SUMJF,#00H MOV DISM,#00H
40、 ;路程为0 MOV DISF,#00H MOV PULSE,#21 AJMP SKIPCT NEXT: MOV A,DISF ;每100个脉冲增加50米 ADD A,#5 DA A MOV DISF,A MOV A,DISM ADDC A,#0 DA A MOV DI
41、SM,A DJNZ PULSE,SKIPCT ;未到1公里（20*100个脉冲）不计费 MOV A,SUMJF ;计算角和分 ADD A,PRICE ;加7分钱，夜间加9分 DA A ;调整为BCD码 MOV SUMJF,A ;保存 MOV A,SUMYUAN
42、 ;计算元 ADDC A,#0 ;加进位 DA A ;调整 MOV SUMYUAN,A ;保存 MOV PULSE,#1 SKIPCT: RETI ;******************************** ;外部中断0中断程序 ;将金额和路程清零 ;******************************** CLEAR: MOV SET
43、TM,#4 MOV SUMYUAN,#0ABH MOV SUMJF,#0AAH MOV DISM,#0ABH MOV DISF,#0AAH MOV PULSE,#22 MOV TH0,#0FFH ;第一个脉冲发生中断赋初值 MOV TL0,#0FFH RETI ;********************************* ;外部中断1程序BUTTON
44、按键程序，判断是哪一个按键按下，并作出相应设置 ;******************************** BUTTON: MOV A,P2 ANL A,#0E0H ;取P2的最高三位 CJNE A,#0C0H,SETAD ;第5位为0时为设置键 DJNZ SETTM,ST ;若按到第4为设置时间成功 CLR LEDSET ;设置灯熄灭 AC
45、ALL WTTIME ;设置时间 MOV SETTM,#4 AJMP SKIPST ST: SETB LEDSET ;按1次为小时设置，2次为分钟设置， ;3次为秒钟设置 AJMP SKIPST SETAD: CJNE A,#0A0H,SETDE ;第6位为0时为增加键 MOV A,SETTM
46、 CJNE A,#3,ADDM ;为3时设置小时 MOV A,TIMEH INC A DA A CJNE A,#24H,HLT24 MOV A,#0 HLT24: MOV TIMEH,A AJMP SKIPST ADDM: CJNE A,#2,ADDS ;为2时设置分钟 MOV A,TIMEM INC
47、 A DA A CJNE A,#60H,MLT60 MOV A,#0 MLT60: MOV TIMEM,A AJMP SKIPST ADDS: CJNE A,#1,SKIPST ;为1时设置秒钟 MOV A,TIMES INC A DA A CJNE A,#60H,SLT60 MOV A,#0 SLT60:
48、MOV TIMES,A AJMP SKIPST SETDE: MOV A,SETTM ;第7位为0时为减少键 CJNE A,#3,DECM MOV A,#99H ADD A,TIMEH DA A CJNE A,#99H,HGT0 MOV A,#23H HGT0: MOV TIMEH,A AJMP SKIPST DECM: C
49、JNE A,#2,DECS MOV A,#99H ADD A,TIMEM DA A CJNE A,#99H,MGT0 MOV A,#59H MGT0: MOV TIMEM,A AJMP SKIPST DECS: CJNE A,#1,SKIPST MOV A,#99H ADD A,TIMES DA A CJNE
50、 A,#99H,SGT0 MOV A,#59H SGT0: MOV TIMES,A SKIPST: RETI ;******************************** ;T1的中断程序 ;轮流显示LED每一位 ;********************************* DISP: MOV TH1,#0F0H ;恢复初值 MOV TL1,#060H MOV A,SETTM CJNE A,#4,HR1
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