出租车计价器系统设计方案Word格式.docx
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本系统可分4个模块构成:
主控电路、掉电保护模块、信号采集模块和显示模块。
2.1主控电路选择
方案一使用数字电路和模拟电路来完成设计要求。
显示器件有:
LED显示,VFD显示,分段式数码管等等,针对显示单元电路这里可以使用分段式数码管显示,分段式数码管分为共阳极和共阴极两种,对数码管的驱动针对不同的类型采用不同的芯片,共阴极数码管通常采用TTL系列的74LS48驱动,而共阳极数码管通常采用CMOS系列的CD4543来驱动;
仅时钟显示电路框图和实际电路就非常复杂,整体电路将更加烦琐。
而且对于模式的切换需要用到机械开关,机械开关时间久了会造成接触不良,功能不易实现;
整体电路的规模较大,用到的器件多,造成故障率高,难调试。
方案二使用单片机来完成设计要求。
单片机功能强大,用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求,且灵活性强,可以通过软件编程来完成更多的附加功能。
针对计费模式的切换,通过软件编程就可以容易的实现。
避免了机械开关带来的不稳定因素。
确定方案经过上面的两种方案的比较,显然第二种方案具有更大的优越性、灵活性,所以我们采用第二种设计方案进行设计。
2.2显示电路选择
方案一:
采用液晶显示器(LCD)显示。
液晶屏显示功能强大,可显示各种字体的数字、汉字、图像,还可以自定义显示内容,显示内容较丰富;
方便操作者读取信息及一些扩展功能的实现。
占用系统IO口较少,有效地节约系统资源,使整个系统更加人性化。
方案二:
采用LED数码管显示。
数码管具有编程简单,夜间显示效果好,但只能显示有限的符号和数码字,而且显示内容有限。
能完成题目中的基本要求,如果还要增加具体功能的提示,则比较难实现。
确定方案经过上面的两种方案的比较,第一种方案具有更大的优越性、灵活性,所以我们采用第一种设计方案进行设计。
第三章
计价器系统电路功能单元设计
本系统的功能实现具体可分一下几个单元实现,总体电路图参见附录1
3.1电源模块设计
由于出租车提供的电源是12V的直流电源,所以我们要设计一个DC-DC转换模块给系统电路提供一个5V电源,开关电源控制芯片采用MC34063,MC34063是一单片双极型线性集成电路,专用于直流-直流变换器控制部分。
它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器,输出电压V0=1.25(1+RB/RA),RB、RA为反馈电阻。
本电路中外接打印机驱动电流为3A所以要对MC34063进行扩流,除外接元器件外再加上BU508A-NPN型大功率三极管构成降压式变换器输出5V-3A,为防止电源反接在输入端添加一个保护二极管。
电路如图3-1所示。
图3-1电源电路
3.2里程、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A44E检测到的信号,送到单片机,经过单片机处理计算,输送给显示单元。
其基本思路原理如图3-2所示。
图3-2出租车计价器传感器测距示意图
由于A44E属于开关型的霍尔器件,其工作电压范围比较宽(4.5~18V),其输出的信号符合TTL电平标准,可以直接接到单片机的IO端口上,而且其最高检测频率可达到1MHZ。
图3-3集成开关型霍耳传感器原理图
A44E集成霍耳开关(图3-3)由稳压器A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)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。
在输入端输入电压CCV,经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端,根据霍耳效应原理,当霍耳片处在磁场中时,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耳电势差HV输出,该HV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OPB)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,通常称这种状态为开。
当施加的磁场达到释放点(即rPB)时,触发器输出低电压,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,使霍耳开关完成了一次开关动作。
其集成霍耳开关外形及接线如图3-4所示。
图3-4集成霍耳开关接线
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(我们设车轮的周长是1米),霍尔开关就检测并输出信号,引起单片机的中断,对脉计数,当计数达到1000次时,也就是1公里,单片机就控制将金额自动的加增加,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图
3.4按键及数据显示单元的设计
根据要求我们设计了一个包括时间调整、车轮长度调整的功能键,还有单价上调和下调,复位,计价,液晶背光灯亮度控制等按键。
按下对应按键时调用对应的程序执行功能,其中复位按键还包含一个空车指示灯进行辅助显示。
显示部分要求显示单价、里程、总金额和另外扩展的时钟显示等各种信息,采用LCD显示很容易满足要求。
第四章主要元器件选择及介绍
4.1单片机选择
89C51和89S51内核相同,但89S51针对89C51的明显的几个升级如下:
1.程序存储器写入方式:
二者的写入程序的方式不同,89C51只支持并行写入,同时需要VPP烧写高压。
89S51则支持ISP在线可编程写入技术。
串行写入、速度更快、稳定性更好,烧写电压也仅仅需要4~5V即可。
2.电源范围:
89S51电源范围宽达4~5.5V,而89C51系列在低于4.8V和高于5.3V的时候则无法正常工作。
3.工作频率:
目前89S11的性能远高于89C51,89S51系列支持最高高达33MHZ的工作频率,而89C51工作频率范围最高只支持到24M。
4.市场价格:
由于89C51已经全面停产,所以在市场方面,库存的89C51的批发价格要比89S51贵。
5.兼容型:
89S51向下兼容89C51,就是说用89S51可以替代89C51使用,同样的程序,运行结果相同。
6.加密功能:
89S51系列全新的加密算法,这使得对于89S51的解密变为不可能,程序的保密性大大加强,这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。
7.抗干扰性:
内部集成看门狗计时器,不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。
4.2MCS-51系列单片机内部结构及功能部件
4.2.1MCS-51系列单片机的内部结构框图
分析图4-1,并按其功能部件划分可以看出,MCS-51系列单片机是由8大部分组成的。
图4-2为按功能划分的MCS-51系列单片机内部结构简化框图。
这8大部分是:
·
一个8位中央处理机CPU。
128个字节的片内数据存储器RAM。
·
4KB的片内程序只读存储器ROM或EPROM。
18个特殊功能寄存器SFR。
4个8位并行输入输出I/O接口:
P0口、P1口、P2口、P3口(共32线),用于并行输入或输出数据。
1个串行I/O接口。
2个16位定时器/计数器。
1个具有5个中断源,可编程为2个优先级的中断系统。
它可以接收外部中断申请,定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。
图4-1MCS-51系列单片机内部结构框图
图4-2MCS-51系列单片机内部结构简化框图
4.2.2单片机外部引脚说明
MCS-51系列单片机芯片均为40个引脚,HMOS工艺制造的芯片采用双列直插(DIP)方式封装,其引脚示意及功能分类如图4.3所示。
CMOS工艺制造的低功耗芯片也有采用方型封装的,但为44个引脚,其中4个引脚是不使用的。
图4-3MCS—51系列单片机引脚及总线结构
(a)管脚图;
(b)引脚功能分类
(1)主电源引脚Vcc和Vss
VCC(40脚):
接+5V电源正端;
VSS(20脚):
接+5V电源地端。
(2)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1(19脚):
接外部石英晶体的一端。
在单片机内部,它是一个反相放大器的输入端,这个放大器构成了片内振荡器。
当采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚接地;
对于CHMOS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端。
XTAL2(18脚):
接外部晶体的另一端。
在单片机内部,接至片内振荡器的反相放大器的输出端。
当采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端;
对于CHMOS芯片,该引脚悬空不接。
(3)控制信号或与其它电源复用引脚。
控制信号或与其它电源复用引脚有:
RST/VPD、
、
和
等4种形式。
A、RST/VPD(9脚):
RST即为RESET,VPD为备用电源,所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。
B、
(30脚):
当访问外部存储器时,ALE(允许地址锁存信号)以每机器周期两次的信号输出,用于锁存出现在P0口的低8位地址。
C、
(29脚):
片外程序存储器读选通信号输出端,低电平有效。
D、
/Vpp(31脚):
EA为访问外部程序存储器控制信号,低电平有效。
(4)输入/输出(I/O):
引脚P0口、P1口、P2口及P3口
A、P0口(39脚~32脚):
P0.0~P0.7统称为P0口。
P0口是一个三态双向口,可作为地址/数据分时复用口,也可作为通用I/O接口。
B、P1口(1脚~8脚):
P1.0~P1.7统称为P1口,可作为准双向I/O接口使用。
C、P2口(21脚~28脚):
P2.0~P2.7统称为P2口,一般可作为准双向I/O接口。
它具有通用I/O接口或高8位地址总线输出两种功能.
D、P3口(10脚~17脚):
P3.0~P3.7统称为P3口。
P3口除了可作为通用准双向I/O接口外,每1根线还具有第2功能。
(见图4.4)
图4-4P3口第2功能表
4.2.3并行输入/输出接口
对于四个并行输入/输出接口前面已经简单介绍过了。
本设计中主要用到了P1口现在着重介绍,一下P1口。
P1口为准双向口其1位的内部结构如图4-5所示。
它在结构上与P0口的区别在于输出驱动部分,其输出驱动部分由场效应管V1与内部上拉电阻组成。
当其某位输出高电平时,可以提供拉电流负载,不必象P0口那样需要外接电阻。
从功能上来看P1只有一种功能(对MCS-51子系列),即通用输入输出I/O接口,具有输入、输出、端口操作3种工作方式,每1位口线能独立地用作输入或输出线。
图4-5P1口的结构原理图
4.31602字符液晶显示简介
工业字符型液晶,能够同时显示16x02即32个字符。
(16列2行)
注:
为了表示的方便,后文皆以1表示高电平,0表示低电平
管脚功能及引脚说明
1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD,多出来的2条线是背光电源线
VCC(15脚)和地线GND(16脚),其控制原理与14脚的LCD完全一样,其中:
引脚
符号
功能说明
1
VSS
一般接地
2
VDD
接电源(+5V)
3
V0
液晶显示器对比度调整端,
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