1、 基于AT80C51單片機的出租車計費系統設計【摘要】隨著出租車行業的發展，出租車行業已經是城市交通的重要組成部分，對出租車的開發變得尤為重要。本文闡述了以單片機為基礎的出租車計費系統的設計，該系統采用80C51單片機為核心控制器，利用A44E霍爾傳感器測車輛行駛距離，輸出車輛行駛距離和車費到數碼顯示管。文章中還介紹了霍爾傳感器的工作原理,霍爾傳感器以霍爾效應為其工作基礎,當霍爾傳感器在變化的磁場中時就會產生脈沖波,單片機接收脈沖波從而計算出車輛的行駛距離,然后算出總車費。顯示電路中運用了8位數碼顯示管，其中4位用來顯示距離，4位用來顯示總車費。該系統不但能實現出租車基本的測距和計價，還能計算

2、中途等待時間來調節車價，同時在空車狀態下可對起步價進行設置。文章中不僅詳細地介紹了電路各個模塊的硬件結構，還對軟件設計進行了詳細說明。關鍵詞：出租車，80C51，霍爾傳感器Abstract:As the taxi development, urban taxi industry is an important component of the traffic, developing the taxi becomes more and more important.In this paper, it shows the design of microcontroller-based taxi b

3、illing system, the system uses 80C51 microcontroller core, uses A44E Hall sensor measuring vehicle distance and make the vehicle and the fare output to the digital display tube. The article also describes the working principle of the Hall sensor, Hall sensor bases its work on the Hall effect, when t

4、he Hall sensor is in a changing magnetic filed it can generate the pluse which is received by microcontroller to calculate the vehicle distance, and then calculate the total fare. The show circuit uses the 8-bit digital display tubes, of which 4 used to show distance,4 to display the total fare. The

5、 system can not only achieve the basic taxi distance and fare, but also can calculate the intermediate wait time to adjust the prices, when the taxi is empty the starting can be set.The article not only describes the hardware structure of each module in the circuit in detail,but also describe the so

6、ftware design in detail.Key words: Taxi 80C51 Hall sensor3目 錄1 緒論31.1單片機應用的發展及現狀31.1.1單片機概述31.1.2單片機的應用31.2現今對出租車計費系統的有關研究42 出租車計費系統設計目標52.1 出租車計費系統原理概述52.2 出租車計費系統實現的功能63系統硬件設計73.1 系統設計框圖73.2.1 80C51單片機的內部邏輯結構83.2.2單片機的引腳103.2.3 單片機的中斷系統123.2.4單片機最小系統143.3.1 霍爾傳感器介紹173.3.2霍爾效應173.4 I/O擴展電路213.4.1 8

7、155的結構和引腳圖223.4.3 8155的工作方式與基本操作233.4.4 8155的地址編碼243.4.5 單片機I/O擴展電路243.5.1 74HC244芯片介紹253.5.2 LED顯示器介紹263.5.3 數碼管顯示原理273.5.4 顯示電路284 系統軟件設計304.1 出租車計費系統軟件總體設計思想304.2 軟件設計各個模塊介紹324.2.1 里程、車費計算及顯示模塊324.2.2 等待時間計時加費模塊334.2.3 設置起步價模塊345 總結35致謝36參考文獻371 緒論1.1單片機應用的發展及現狀1.1.1單片機概述自從1946年美國賓夕法尼亞大學研制了世界上第一臺

8、電子計算機以來，計算機的發展經歷了4個時代（電子管時代、晶體管時代、集成電路時代、大規模及超大規模集成電路時代），現代的計算機都是大規模集成電路計算機，他們具有功能強、結構緊湊、系統可靠等特點，其發展趨勢是巨型化、微型化、網絡化及智能化。微型化是計算機發展的重要方向，把計算機的運算器、控制器、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口4個組成部分集成在一個硅片內，于是就出現了以下一個大規模集成電路為主組成的微型計算機單片微型計算機，簡稱為單片機，由于單片機的重要領域為智能化電子產品，一般需要嵌入儀器設備內，故又稱嵌入式微控制器。目前生產單片機的產商主要有Intel公司、Motoroala公司、Phili

9、ps公司、ATMEL公司、Microchip公司、AMD公司、Zilog公司、WinBond公司，產品型號種類眾多，性能各具特色 。1.1.2單片機的應用近幾十年來，單片機因其具有體積小、重量輕、耗能省、可靠性高和通用靈活等優點，可廣泛地嵌入到諸如玩具、家用電器、機器人、儀器儀表、汽車電子系統、工業控制單元、辦公自動化設備、金融電子系統、艦船、個人信息終端及通信產品中，成為現代電子系統中最重要的智能化工具。尤其是近幾年，單片機以面向對象的實時控制及信息家電為己任，不斷增強控制能力和信息處理能力，降低成本、減小體積，改善開發環境，從而迅速取代經典電子系統，改造傳統電氣控制系統，嵌入到各產品或設備

10、之中。目前，以單片機和嵌入系統為核心的新型電子技術和信息控制技術已經形成了一個欣欣向榮的市場，因此單片機應用技術具有極其廣泛的工程應用價值和市場前景。1.2現今對出租車計費系統的有關研究近幾年，有關出租車計費系統的設計有不少國內人士都做了相關的研究和討論。1.秦浩華發表的“具有區域識別功能出租車計價器車載定位模塊的研制”學位論文中根據交通需求理論，對出租車實行不同區域不同計價標準，即將城市中心地區價格上浮，在遠離城市的中心地區價格下浮，通過經濟杠桿的作用來調節人們的出行方式，達到抑制 出租車在城市中心地區的數量的目的，從而解決交通擁擠的狀況。實行出租車區域計價制度需要出租車的計價器具有區域識別

11、功能。在確定總體設計方案的基礎上，該文采用GPS技術研制具有區域識別功能出租車計價器中的關鍵部件定位模塊，編制了相應的運行軟件，并進行了調試和試運行試驗；對區域識別算法進行了深入研究，提出了區域識別的算法改進弧長法，并運用MATLAB軟件進行了算法驗證；為了保證通信的可靠性和工作的穩定性，從軟、硬件兩個方面采取了抗干擾措施。具有區域識別功能出租車計價器車載定位模塊采用通信技術、電子技術和計算機技術，應用大規模集成電路設計，性能穩定，可靠性高。經試驗表明所研制的定位模塊能夠為出租車計價器根據不同的區域提供不同的計價標準，并且運行可靠，具有廣泛的應用前景和使用價值。2.期刊論文“出租車計價器加密傳

12、感器的設計”上描述了為了對出租車計價進行有效的管理，在分析現有出租車計價傳感器漏洞的基礎上，采用PIC12C508A和PIC12CE518A單片機提出了出租車計價加密傳感器的加密模型和系統結構模型，完成了密碼傳感器系統中加密器和解密器軟硬件系統設計。加密后的密碼傳感器提高了出租車計價器計費的標準性和安全性，解決了現有出租車計價器可靠性不高和難以實現統一管理的難題。3.陳偉宏在期刊論文“基于單片機的多功能出租車計價器的設計“中介紹了一種以單片機AT89S52為核心的多功能出租車計價器的設計，闡述軟硬件設計過程中關鍵技術的處理。仿真結果表明該計價器具有集計程、計時、計費、存儲、查看、統計等多種計量

13、功能，并且具有超速提醒、防止司機作弊、語音、打印和顯示等多種功能。與已有的系統相比，該系統具有超速提醒等更強的功能。西安航空職業技術學院 畢業設計論文2 出租車計費系統設計目標2.1 出租車計費系統原理概述出租車計費系統的運作過程是由一個微控制器進行控制，軟硬件結合最后直觀地將數據顯示給乘客看到。一般的出租車計費標準中的起步價，每公里價格都是默認地在程序中預先設定好并存儲到主控制器中，而這種主控制器具備了掉電儲存功能，即使突然掉電數據依然存在。在出租車啟動運行過程中，系統將出租車車輪轉動的速度送入到主控制器中，主控制器的運算模塊根據車輪轉速轉化為對應時間的行程，再結合起步價及每公里價格就可以計

14、算出目前的車費，而這些數據會由主控制器的顯示模塊送入到顯示屏上。怎樣獲取到車輪的即使轉速是最關鍵的問題，一般的出租車在車輪上都會附有一塊磁鐵，在靠近車輪附近的車軸上附上一塊霍爾傳感器，當車輪轉動時，車輪上的磁鐵就會不斷地靠近和遠離霍爾傳感器，這時霍爾傳感器受磁場感應產生脈沖，當車輪轉動一圈時霍爾便產生一個脈沖送入主控制器，主控制器對接收到的脈沖進行計數，由于車輪的周長已知，便可根據脈沖個數以及車輪周長算出一定時間內行駛里程數。2.2 出租車計費系統實現的功能本設計以80C51單片機為核心微控制器，控制實現行駛里程的計算；行駛車價的計算；遇紅燈或賭車時計等待時間，超過一定的等待時間則增加車價；能

15、夠對起步價進行設定；顯示數據至顯示屏。采用型號為A44E的霍爾傳感器創造出脈沖波，將霍爾傳感器的輸出端與單片機的定時/計數中斷0端口相連，把定時/計數中斷0的工作方式設置為計數方式，這樣單片機就可以接收霍爾傳感器輸出的脈沖并計數。為了方便從數碼顯示管上看出里程的變化，這里假設計一個脈沖代表車子行駛了20m，計滿5個脈沖時行駛了100m，由于顯示里程數時安排最低位顯示百米數，則當計數器計滿5個數時數碼管顯示加1。規定行駛里程在3km以內時起步價為10元，當超過3km時車價按3元/公里來計算。在顯示車價時，3km以內都顯示為起步價，當超過3km時每行駛0.5公里車價顯示加1.5元。設計中還另外增加

16、了等待時間加費的功能，利用單片機定時器1來定時，每定時1秒則顯示等待時間加1。當按下按鍵2時，系統切換到等待時間加費功能，等待時間顯示按秒數增加，當等待超過60秒時車價增加0.5元同時等待時間清0重新計時。再次按下按鍵后系統重新正常行駛計費。為了使設計更加人性化，在系統中還設計了起步價可人工設置的功能，通過按鍵可對該系統的起步價進行設置。5西安航空職業技術學院 畢業設計論文3系統硬件設計3.1 系統設計框圖系統設計的大體框圖如圖3.1所示整個系統以80C51單片機為主控制器。電源電路為80C51單片機及其他電路模塊提供5V的電壓；程序下載模塊可將需要的程序寫入單片機中，執行不同的功能；脈沖形成

17、電路采用了A44E霍爾傳感器形成所需脈沖供單片機計數；在實際應用中，80C51單片機的I/O口有時不夠使用，這時就需要I/O擴展電路將單片機的I/O口進行擴展，滿足各種功能的實現；在實現出租車計費系統時，顯示電路是必不可少的，由于顯示的需要，本設計中我采用了8位數碼管。 I/O擴展 80C51單片機 電源電路 程序下載電路 顯示電路 脈沖形成電路圖3.1 系統設計總框圖3.2 主控單元電路3.2.1 80C51單片機的內部邏輯結構80C51是8位單片機中一個最基本、最典型的芯片型號，其邏輯結構如圖3.2所示。圖3.2 單片機內部邏輯結構 單片機仍保持著經典計算機的體系結構，由5大基本部分所組成

18、。下面結合80C51的具體結構做說明。1.中央處理器CPU中央處理器簡稱CPU（Central Processing Unit），是單片機的核心，用于完成運算和控制操作。中央處理器包括運算器和控制器兩部分電路。(1)運算電路運算電路是單片機的運算部件，用于實現算術和邏輯運算。圖3.2中的算術邏輯單元ALU(Arithmetic Logic Unit)、累加器（ACC）、B寄存器、程序狀態字和兩個暫存寄存器等都屬于運算器電路。運算電路以ALU為核心，基本的算術運算和邏輯運算均在其中進行，包括加、減、乘、除、增量、減量、十進制調整、比較等算術運算，“與”、“或”、“異或”等邏輯運算，左、右移位和半

19、字節交換等操作。操作結果的狀態由程序狀態字（PSW）保存。(2)控制電路控制電路是單片機的指揮控制部件，保證單片機各部分能自動而協調地工作。圖3.2中的程序計數器（PC）、PC加1寄存器、指令寄存器、指令譯碼器、定時控制電路以及振蕩電路等均屬于控制電路。單片機執行程序就是在控制電路的控制下進行的。首先從程序存儲器中讀出指令，送指令寄存器保存；然后送指令譯碼器進行譯碼，譯碼結果送定時控制電路，由定時控制邏輯產生各種定時信號和控制信號；再送到系統的各個部件去控制相應的操作。這就是執行一條指令的全過程，而執行程序就是不斷重復這一過程。2.內部數據存儲器內部數據存儲器包括RAM和RAM地址寄存器，用于

20、存放可讀/寫的數據。實際上80C51芯片中共有256個RAM單元，但其中后128個單元為專用寄存器，能作為普通RAM存儲器供用戶使用的只是前128個單元。因此，通常所說的內部數據存儲器是指前128個單元，簡稱“內部RAM”。3.內部程序存儲器內部程序存儲器包括ROM和程序地址寄存器等。80C51共有4KB掩膜ROM，用于存放程序和原始數據，因此稱之為程序存儲器，簡稱“內部ROM”。4.定時器/計數器由于控制應用的需要，80C51共有兩個16位的定時器/計數器，用定時器/計數器0和定時器/計數器1表示，用于實現定時或計數功能，并以其定時或計數結果對單片機進行控制。(1)并行I/O口80C51共有

21、4個8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3），以實現數據的并行輸入/輸出.(2)串行口 80C51單片機有一個全雙工串行口，以實現單片機和其他數據設備之間的串行數據傳送。5.中斷控制電路 80C51單片機的中斷功能較強，以滿足控制應用的需要。它共有5個中段源，即外中斷2個，定時/計數中斷2個，串行中斷1個。3.2.2單片機的引腳單片機的引腳圖及實物圖如圖3.3所示 圖3.3 單片機引腳圖和實物圖在本設計中，我采用了80C51單片機，共有40個引腳，下面對各個引腳進行介紹。1.I/O口80C51單片機中共有4類8位I/O口，分別為P0、P1、P2、P3口.P0口地址為80H，位地址為80H87

22、H，可以作為通用I/O口進行數據輸入/輸出，又可以作為單片機系統的地址/數據線使用。P1口地址為90H，位地址為90H97H，P1口只能作為通用數據I/O口使用。P2口地址為A0H，位地址為A0HA7H，既可以作為通用I/O口進行數據輸入/輸出，又可以作為單片機系統的高位地址線使用。P3口地址為B0H，位地址為B0HB7H，可以作為通用I/O口使用，但是其重要作用是它的第二功能。80C51的引腳復用主要集中在P3口線。P3.0用于串行數據的接收，P3.1用于串行數據的發送，P3.2和P3.3分別作為外部中斷0及外部中斷1的申請端，P3.4和P3.5分別用作定時器/計數器0及定時器/計數器1的計

23、數輸入端，P3.6作為外部RAM寫選通，P3.7作為外部RAM讀選通。2.ALE 地址鎖存控制信號在系統擴展時，ALE用于控制把P0口輸出的低八位地址鎖存起來，用于實現數據和地址的分時傳送，另外其正脈沖輸出頻率為晶振頻率的1/6，所以可以作為外部時鐘或則外部定時脈沖使用。3.XTAL1和XTAL2XTAL1和XTAL2為時鐘信號的輸入引腳，當需要使用芯片內部時鐘時，外接石英晶振和微調電容；當需要外部時鐘時則接外部時鐘信號。4.EA 訪問程序存儲器控制信號EA可用于外部程序存儲器擴展，確定對ROM的讀操作是針對哪個存儲器的，當EA為高電平時，針對的是外部程序存儲器，當EA為低電平時對ROM的讀操

24、作針對的是內部和外部程序存儲器，并且從內部程序存儲器開始讀。5.PSEN 外部程序儲存器讀選通信號PSEN為讀外部ROM時的使能端，高電平有效。6.RST 復位端用于單片機的復位操作，2個機器周期以上持續高電平有效。7.VCCVSS 電源和接地端VCC為電源輸入端，接+5V直流電源，VSS接地。3.2.3 單片機的中斷系統1. 單片機的中斷源80C51的中斷系統具有6個中斷源，即2個外部中斷、2個定時中斷和2個串行中斷。中斷源及其對應的中斷向量如表3.1所示 表3.1 80C51的中斷中斷名稱中斷向量外部中斷00003H定時器中斷0000BH外部中斷10013H定時器中斷1001BH串行發送中

25、斷0023H串行接收中斷0023H在80C51的中斷系統中，外部中斷是由外部原因引起的，共有兩個中斷源，即外部中斷0和外部中斷1。它們的中斷請求信號分別由引腳INT0(P3.2)和INT1(P3.3)引入。外部中斷請求有兩種信號方式：電平方式和脈沖方式。兩種信號方式可通過有關控制位進行定義。電平方式的中斷請求是低電平有效。只要單片機在中斷請求引入端（INT0或INT1）上采樣到有效的低電平信號，即為中斷請求。脈沖方式的中斷請求則是脈沖的下降沿有效。在兩個相鄰機器周期所進行的兩次采樣中，若前一次為高，后一次為低，即為中斷請求信號。為此，脈沖方式的中斷請求信號的高、低電平狀態都應至少維持一個機器周

26、期，才能確保負脈沖的跳變能被采樣到。定時中斷是為滿足定時或計數的需要而設置的。在單片機芯片內部有2個定時器/計數器T0和T1，所以定時器中斷也有2個：定時器1中斷和定時器0中斷。當計數器溢出時，表明定時時間到或計數時間滿，這時內部電路就產生中斷請求。由于這種中斷請求是在芯片內部發生的，因此，在芯片上沒有對應的中斷請求引入端。2. 中斷控制具體到80C51，中斷控制的內容共有4項：中斷允許控制、中斷請求標志、中斷優先控制和外中斷觸發方式控制。(1)中斷允許控制寄存器IE該寄存器用于控制是否允許使用中斷。中斷允許寄存器地址為A8H，位地址為AFH-A8H。寄存器位定義及位地址如表3.2所示。 表3

27、.2 寄存器IE位地址AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H位符號EA-ESET1EX1ET0EX0其中EA是中斷允許總控制位；EX0和EX1是外部中斷允許控制位；ET0和ET1是定時器中斷允許控制位；ES是串行中斷允許控制位。(2)定時器控制寄存器TCON寄存器地址為88H，位地址為8FH-88H。雖然該寄存器名稱為定時器控制寄存器，但多數位都是為中斷控制而設置的。位定義及位地址如表3.3所示 表3.3 寄存器TCON位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H位符號TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF0和TF1是定時器（T0和T1）計數溢出標志位。當計數

28、器產生計數溢出時，相應的溢出標志位由硬件置1，并自動產生定時中斷請求。此外，這兩位也可以作為狀態位供查詢使用。IE0和IE1是外部中斷請求標志位。當CPU采樣到INT0(或INT1)端出現中斷請求信號時，對應位由硬件置1，即保存外部中斷請求。在中斷響應完成后轉向中斷服務時，再由硬件自動清0。IT0和IT1是外部中斷觸發方式控制位。(3)中斷優先級控制寄存器IP各中斷的優先級通過中斷優先級控制寄存器IP設定。該寄存器地址為B8H,位地址為BFH-B8H，其位定義及位地址如表3.4所示 表3.4 寄存器IP位地址BFHBEHBDHBCHBBHBAHB9HB8H位符號-PSPT1PX1PT0PX0P

29、X0是外部中斷0優先級設定位；PT0是定時器0中斷優先級設定位；PX1是外部中斷1優先級設定位；PT1是定時器1中斷優先級設定位；PS是串行中斷優先級設定位。通過中斷優先級控制寄存器可把80C51的全部中斷分為高、低兩個優先級，對應位為0表示低優先級，為1表示高優先級。3.2.4單片機最小系統單片機的最小系統由單片機，時鐘電路，復位電路共同組成。1.振蕩電路80C51芯片中的高增益反相放大器，其輸入端為引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。通過這兩個引腳在芯片外并接石英晶體振蕩器和兩只電容器。石英晶體為一感性元件，與電容構成振蕩回路，為片內放大器提供正反饋和振蕩所需的相移條件，從而構成一個穩

30、定的自激振蕩器，從而為單片機提供時鐘電路。80C51的時鐘振蕩電路如圖3.4所示 圖3.4 單片機振蕩電路2.復位電路復位是單片機的硬件初始化操作。經復位操作后，單片機系統才能開始正常工作。80C51有復位信號引腳RST，用于從外界引入復位信號。復位操作比較簡單，只有兩種復位方式，即加電復位和手動復位。(1)加電復位加電復位是指通過專用的復位電路產生復位信號。它是系統的原始復位方式，發生在開機加電時，是系統自動完成的。加電復位是基本的、任何單片機系統都具有的功能。(2)手動復位手動復位也應通過專用的復位電路實現。在單片機系統中，手動復位是必須具有的功能。在調試或運行程序時，若遇到死機、死循環或

31、程序跑飛等情況，手動復位是擺脫這種尷尬局面的最常用的方法。這時，手動復位所完成的是一次重新啟動操作。在實際系統中，總是把加電復位電路和手動復位電路結合在一起，形成一個既能加電復位，又能手動復位的公用復位電路。在本次設計中加給80C51單片機的復位電路如圖3.5所示 圖3.5 單片機復位電路3.單片機的最小系統單片機的最小系統如圖3.6所示 圖3.6 單片機的最小系統 3.3 脈沖形成電路3.3.1 霍爾傳感器介紹脈沖形成電路即采用霍爾裝置組合形成的電路。應用霍爾傳感器通過測量磁場強度，來得到穩定的脈沖方波信號，實現出租車轉速的測量。霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與

32、磁場有關的場合中使用。霍爾器件以霍爾效應為其工作基礎。霍爾器件具有許多優點，它們的結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高（可達m 級）。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達-5150。按照霍爾器件的功能可將它們分為:霍爾線性器件和霍爾開關器件。前者輸出模擬量，后者輸出數字量。按被檢測的對象的性質可將它們的應用分為:直接應用和間接應用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是

33、檢測受檢對象上人為設置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數、轉速以及工作狀態發生變化的時間等，轉變成電量來進行檢測和控制。3.3.2霍爾效應如圖 3.7所示，在一塊通電的半導體薄片上，加上和片子表面垂直的磁場B，在薄片的橫向兩側會出現一個電壓，如圖3.7中的VH，這種現象就是霍爾效應，是由科學家愛德文霍爾在1879 年發現的。VH 稱為霍爾電壓。 圖3.7 霍爾效應這種現象的產生，是因為通電半導體片中的載流子在磁場產生的洛侖茲力的作用下，分別向片子橫向兩側偏轉和積聚，因而形成一個電場，稱

34、作霍爾電場。霍爾電場產生的電場力和洛侖茲力相反，它阻礙載流子繼續堆積，直到霍爾電場力和洛侖茲力相等。這時，片子兩側建立起一個穩定的電壓，這就是霍爾電壓。在片子上作四個電極，其中C1、C2 間通以工作電流I，C1、C2 稱為電流電極，C3、C4 間取出霍爾電壓VH，C3、C4 稱為敏感電極。將各個電極焊上引線，并將片子用塑料封裝起來，就形成了一個完整的霍爾元件（又稱霍爾片）。3.3.3霍爾元件霍爾元件可用多種半導體材料制作，如 Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP 以及多層半導體異質結構量子阱材料等等。InSb 和GaAs 霍爾元件輸出特性見圖3.8、圖3.9. 這些霍爾元件大量

35、用于直流無刷電機和測磁儀表。 圖3.8 InSb霍爾元件的輸出特性 圖3.9 GaAs霍爾元件的輸出特性3.3.4 A44E霍爾傳感器在出租車計費系統的設計中采用型號為A44E的霍爾傳感器模擬車輪轉動向單片機輸出計數脈沖繼而由單片機轉換為里程數。下面對A44E霍爾傳感器進行介紹。A44E 芯片屬于開關型的霍爾器件,其工作電壓范圍比較寬(4. 518 V) ,其輸出的信號符合TTL 電平標準,可以直接接到單片機的I/ O 端口上,而且其最高檢測頻率可達到1 MHz 。A44E 霍爾開關集成電路應用霍爾效應原理,采用半導體集成技術制造的磁敏電路,它是由電壓調整器、霍爾電壓發生器、差分放大器、史密特

36、觸發器,溫度補償電路和集電極開路的輸出級組成的磁敏傳感電路,其輸入為磁感應強度,輸出是一個數字電壓信號。霍爾開關電路的輸出特性見圖3.10 所示。在輸入端輸入電壓V cc ,經穩壓器穩壓后加在霍耳電勢發生器的兩端,根據霍耳效應原理,當霍耳片處在磁場中時,在垂直于磁場的方向通以電流,則與這二者相垂直的方向上將會產生霍耳電勢差V H 輸出,該V H 信號經放大器放大后送至施密特觸發器整形,使其成為方波輸送到OC 門輸出。當施加的磁場達到工作點(即BOP) 時,觸發器輸出高電壓(相對于地電位) ,使三極管導通,此時OC 門輸出端輸出低電壓,通常稱這種狀態為開。當施加的磁場達到釋放點(即BRP )時,

37、觸發器輸出低電壓,三極管截止,使OC 門輸出高電壓,這種狀態為關。在外磁場的作用下,當磁感應強度超過導通閾值BOP時,霍爾電路輸出管導通,輸出低電平。之后, B 再增加,仍保持導通態。若外加磁場的B 值降低到B RP時,輸出管截止,輸出高電平。我們稱BOP 為工作點, BRP 為釋放點,BOP - BRP = BH 稱為回差。回差的存在使開關電路的抗干擾能力增強。這樣兩次電壓變換,使霍耳開關完成了一次開關動作。一般規定,當外加磁場的南極( S 極) 接近霍爾電路外殼上打有標志的一面時,作用到霍爾電路上的磁場方向為正,北極接近標志面時為負。 圖3.10 A44E霍爾傳感器的輸出特性霍爾傳感器A4

38、4E 芯片的引腳及用于輸出脈沖的電路圖如圖3.11所示。霍爾傳感器是一個3 端器件,外形與三極管相似,只要接上電源、地,即可工作,輸出通常是集電極開路(OC) 門輸出,工作電壓范圍寬,使用非常方便。引腳1 是電源V cc ,引腳2 是地GND ,引腳3 是輸出OU T。霍爾器件的工作電壓不得超過規定的V cc ,大部分霍爾開關均為OC 輸出。因此,輸出應接負載電阻,其數值值取決于負載電流的大小,不得超負載使用。 圖3.11 脈沖形成電路A44E 的磁輸入為單極磁場,即施加磁場的方式是改變磁鐵和A44E 之間的距離。判定磁鐵極性方法是:把磁鐵的兩個極分別靠近A44E 的正面,當其OU T 引腳電

39、平由高變低時即為正確的安裝位置。經過實驗得知,A44E 只對磁鐵的S 級有響應而對N級沒有絲毫響應。安裝時一定要讓磁鐵的S 級對準A44E的反應傳感區。霍爾傳感器A44E 在測速系統中的主要作用是車輪轉速采集。車輪每轉一周,磁鐵經過A44E 一次。A44E 的第3 腳就輸出一個脈沖信號。考慮到設計時的限制，暫時用手動的方式將磁鐵不斷接近原理霍爾來模擬車輪的轉動，手動輸出的脈沖作為單片機80C51 的計數器中斷信號,從P3. 3口輸入。單片機測量脈沖信號的個數，根據脈沖信號的個數計算出里程。A44E 與單片機的硬件電路連接如圖3.12所示。圖3.12 A44E霍爾傳感器與單片機的連接電路3.4

40、I/O擴展電路在實際運用單片機I/O控制外圍電路時，受外部復雜因素影響必須使用相應的I/O擴展電路將單片機I/O口與外圍設備很好地連接起來，讓單片機更好地控制外圍設備的運作。本次設計中的I/O擴展電路主要由可編程并行接口芯片8155構成。下面對8155接口芯片進行介紹。3.4.1 8155的結構和引腳圖8155的結構和引腳圖如圖3.13所示，8155有40個引腳，采用雙列直插封裝(1) 地址/數據線AD0AD7（8條）(2) I/O口總線（22條）：PA0PA7、PB0PB7、 PC0PC5(3) 控制總線（8條）ALE 地址鎖存（輸入）IO / /M IO口/RAM選擇， 0：選內RAM；

41、1：選內IO口/CE 片選線/RD、/WR 讀、寫控制TIMERIN 定時器輸入（輸入定時器所需時鐘）TIMEROUT 定時器輸出（輸出所產生的方波脈沖） 圖3.13 8155結構和引腳圖3.4.2 8155總線接口電路總線接口電路用于實現8155和單片機芯片的信號連接。其中包括：數據總線緩沖器。數據總線緩沖器為8位雙向三態緩沖器，可直接與系統數據總線相連，與I/O操作有關的數據、控制字和狀態信息都是通過該緩沖器進行傳送的。讀/寫控制邏輯。讀/寫控制邏輯用于實現8155的硬件管理，其內容包括：芯片的選擇，口的尋址以及規定各端口和單片機之間的數據傳送方向等。相關的控制信號有：CS 片選信號RD

42、讀信號WR 寫信號RESET 復位信號。芯片復位后，控制寄存器清0，各端口被置為輸入方式。3.4.3 8155的工作方式與基本操作作單片機片外256B數據存儲器當IO / /M = 0，與其它數據存儲器統一編址。用MOVX訪問。作擴展I / O口使用當IO / /M = 1，PA口、PB口、PC口，可通過編程決定如何使用。(1）命令寄存器（命令控制字） I / O口工作方式I / O口工作方式有四種：A口、B口作為基本I / O口，C口輸入；A口、B口作為基本I / O口，C口輸出；A口作為選通I / O、B口作為基本I / O、C口作聯絡線；A口、B口作為選通I / O、C口作聯絡線。(2）

43、狀態標志寄存器 PA口、PB口狀態標志。狀態標志寄存器：BF 緩沖器滿標志；INTR 端口中斷請求標志；INTE 端口中斷允許標志；TIMER 定時器中斷請求。3.4.4 8155的地址編碼在單片機應用系統中，8155是按外部數據存儲器統一編址的，為16位地址，其高8位由片選線 提供， CE0，選中該片。 當 CE0，IO/M 0時，選中8155片內RAM，這時8155只能作片外RAM使用，其RAM的低8位編址為00HFFH；當 CE0，IO/M 1時，選中8155的I/O口，其端口地址的低8位由AD7AD0確定，如表3.5所示。這時，A、B、C口的口地址低8位分別為01H、02H、03H（設

44、地址無關位為0）。 表3.5 8155芯片的I/O口地址AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0選擇I/O口001A口010B口011C口3.4.5 單片機I/O擴展電路單片機與8155的連接電路圖如圖3.14所示 圖3.14 I/O擴展電路3.5 顯示電路在該設計中，我采用了8位數碼管來顯示所需數據。在單片機控制顯示電路時，如果直接將8155端與數碼管各段碼端相連會由于負載過多而不能顯示，所以在設計中我加入了74HC244芯片增加顯示的驅動能力和負載能力。3.5.1 74HC244芯片介紹運用于數碼管顯示電路時,74HC244用來增加I/O口的帶負載能力，驅動多位數碼管的顯示。74H

45、C244芯片的管腳圖如圖3.15所示 圖3.15 74HC244芯片管腳74HC244芯片內部共有兩個四位三態緩沖器，使用時可分別以1G和2G作為它們的選通工作信號。當1G和2G都為低電平時，輸出端Y和輸入端A,B端的狀態相同；當1G和2G都為高電平時，輸出呈高阻態。74HC244的管腳狀態如表3.6所示表3.6 74HC244管腳狀態選通端輸入端輸出端GAY0110001X高阻 3.5.2 LED顯示器介紹發光二極管是能將電信號轉換為光信號的電致發光器件。由條形發光二極管組成“8”字形的LED顯示器，也稱數碼管。通過數碼管中發光二極管的亮暗組合，可以顯示多種數字、字母以及其他符號。數碼管有7

46、段數碼管和8段數碼管之分。7端數碼管由7個發光二極管組成，而8段數碼管則是在7段發光二極管的基礎上再加一個圓點型發光二極管，用于顯示小數點。8段數碼管中發光二極管的排列狀態如圖3.16所示 圖3.16 8段數碼管引腳圖在使用數碼管過程中，為了給發光二極管加驅動電壓，它們應有一個公共引腳，公共引腳共有如下兩種連接方法： 1 共陰極接法共陰極接法是把數碼管中個段的發光二極管的陰極連在一起構成陰極公共引腳。如圖3.17所示，使用時陰極公共引腳接地，這樣陽極引腳上加高電平的發光二極管就導通點亮，而加低電平的則不點亮。 圖3.17 數碼管共陰極接法2 共陽極接法共陽極接法是把數碼管中個段的發光二極管的陽

47、極連在一起構成陽極公共引腳，如圖3.18所示。使用時陽極公共引腳接5V電壓。這樣陰極引腳上加低電平的發光二極管即可導通點亮，而加高電平的則不點亮。 圖3.18 數碼管共陽極接法3.5.3 數碼管顯示原理1 段碼因為數碼管是由各段發光二極管組成，需要顯示出哪個數據，只要將相應段的二極管點亮。點亮數碼管時涉及到段碼的概念。段碼就是為數碼管顯示提供的各段狀態組合，即字形代碼。7段數碼管的段碼為7位，8段數碼管的段碼為8位，用一個字節即可表示。在段碼字節中代碼位與各段發光二極管的對應關系如表3.7所示。表3.7 數碼管代碼位與各段二極管對應關系段碼D7D6D5D4D3D2D1D0段名abcdefgdp

48、在本次設計中，我采用的是8段共陰極數碼管，需要點亮哪段數碼管就將該段二極管對應的代碼位置1.8段共陰極數碼管中顯示十進制數的段碼值如表3.8所示。表3.8 十進制數段碼表數字段碼00xfc10x6020xda30xf240x6650xb660xbe70xe080xfe90xf62 數碼管動態顯示并排使用的多位數碼管稱為LED顯示器。這里我采用的顯示方式為動態顯示方式，全部數碼管共用一套段碼驅動電路，各位數碼管的同段引腳短接后再接到對應段碼的驅動線上。顯示時通過位控信號采用掃描的方法逐位地循環點亮各位數碼管。動態顯示雖然在任一時刻只有一位數碼管被點亮，但是由于人眼具有的視覺殘留效應，看起來與全部

49、數碼管持續點亮的效果完全一樣。LED顯示器動態顯示需要為各位提供段碼以及相應的位控制。把LED顯示器段碼表預先存放在存儲器中，使用時通過查表就可以得到段碼。段碼輸出后送到公共段碼線上，也可以稱為段控信號。而通過并行口輸出的相互獨立的位碼則是起選通的作用，也稱位控或掃描信號，用于選擇顯示位。3.5.4 顯示電路 在實際的設計中，我采用8155的PA口作為8位數碼管的位選信號，PB口得8位作為8位數碼管共同的段碼控制信號，但如果直接將8155的PB口與數碼管段選信號相連，會出現驅動不起來的現象，所以應加74HC244三態緩沖器提高電路的帶負載能力。在進行位選時，如果直接將PA口的位信號接入到數碼管

50、的端口，此時位信號的電壓不足以點亮數碼管，所以需要在其中加入NPN型三極管。顯示電路如圖3.19所示 圖3.19 顯示電路334 系統軟件設計4.1 出租車計費系統軟件總體設計思想 實際的出租車計費系統都具有計算行駛里程，計算車費；打印車費；顯示是否空車等功能，這些功能的實現都是結合硬件，由軟件控制實現。考慮到實際的硬件條件限制，省略了車價打印功能，同時為了操作更人性化，除了一般的計費該系統還能對起步價進行人工調節；增加了當遇到紅燈、堵塞等情況時切換到等待時間計時加費的功能。 在具體的軟件設計中，我設計計價系統的起步價為10.0元，當行駛里程超過3KM時按3元/公里計算。初始狀態當空車時，系統

51、的空車指示燈亮表明此時為空車狀態，8位數碼管都顯示0。當有乘客上車時，按下按鍵1，此時空車燈滅同時啟動計數器0，顯示起步價為10.0元，這時計數器等待脈沖輸入，當輸入滿5個脈沖時表示車輛行駛了100m，這時計數器計滿則執行一次定時器/計數器中斷0，顯示里程數的暫存變量gongli加1，每次執行該中斷時需判斷gongli是否超過30（30代表里程數為3KM）。設計中我設定當里程超過3KM時，車價按3元/公里計算，所以當gongli超過30時，若gongli每增加5次（增加5表明多行駛500m=半公里）就讓顯示車費暫存變量sum_price加1.5元。如果在行駛過程中遇到紅燈或者堵車，就按下按鍵2

52、切換到等待計時加費功能，當按鍵2被按下時定時器/計數器中斷0關閉，而定時器/計數器中斷1被啟動計時，設計當等待計時計滿60s時車費增加0.5元，等待結束后按下按鍵2重新啟動正常計費，當到達目的地后，按下按鍵1空車指示燈亮，系統停止計費。同時在空車狀態下，按下按鍵3時，黃燈指示燈亮，表明可以對起步價進行設置，此狀態下如果按下按鍵1起步價加1，按下按鍵2起步價減1，設置完畢后按下按鍵3，黃燈指示燈滅，系統之后就以剛剛設置的車價為起步價開始計費。 整個系統的軟件設計中共使用到4個中斷源：外部中斷0、外部中斷1、定時器/計數器中斷0、定時器/計數器中斷1。其中外部中斷0用來啟動系統開始計費；外部中斷1用來在計費狀態時啟動等待時間計時加費；