基于AT89C51单片机的出租车计价器系统设计文档格式.docx
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2.3单片机定时器/计数器的使用8
2.3.1与T/C有关的特殊功能寄存器9
2.3.2定时器/计数器的初始化9
3计价器系统设计11
3.1硬件设计11
3.1.1整体硬件电路图11
3.1.274LS273和74LS02简介12
3.2软件设计13
3.2.1模块介绍13
3.2.2程序流程图14
结束语25
参考文献25
1前言
1.1我国出租车的发展
20世纪20-30年代是我国城市出租汽车行业的大发展时期。
20年代初，北京自用及营运汽车有1231辆，出租汽车行达51家.据统计，上海市于2933-1934年间，有出租汽车行达91家，营业站153处，营运汽车达1151辆。
20年代末，哈尔滨由于外国侨民剧增,使得出租汽车增多，在500辆。
1934年，河南出现了最早的出租汽车。
开封有了首家私人出租车户，经营5辆小客车。
1935年，河南长途汽车营业部购进3辆福特牌小客车，也在市区经营出租业务。
当时，因出租车很时髦，用户多是豪绅富商，他们走官场，讲阔气，不惜高价租用，所以，出租车的营业状况较好。
抗日战争爆发后，国土的沦陷，战争的纷扰，出租汽车发展受到冲击，数量急剧减少。
至1942年，北京出租汽车行减少到48家，营运汽车约446辆，以后逐渐萎缩，至1946年，仅剩出租汽车303辆。
上海在此期间，出租汽车行仅存30家，至1948年，出租汽车行仅有51家，车数减少到705辆。
中华人民共和国成立初期，出租汽车主要由两种成分组成。
一种为私有制的出租汽车，这种成分由于服务对象发生变化，客流量下降，加上车辆难以更新，营运车辆日趋减少，到1956年前，北京市出租一汽车行仅剩30家。
另一种成分为公有制事业单位，主要是为了满足接待外宾来访和重要会议需要，由各省市人民政府组建成的汽车公司和汽车队。
50年代末至60年代初，国家旅游主管部门为适应旅游事业发展的需要，先后在各地组建了旅游汽车队。
“文革”时期，乘出租车被称为“四旧”，受到批判，车辆大量停驶，出租汽车行业处于奄奄一息状态。
当时，北京市仅有出租汽车200多辆。
其他城市出租汽车也为数不多。
1978年12月，党的十一届三中全会召开以后，国家实行了改革开放政策，城市经济日益繁荣，对外经济文化交流日益频繁，人民生活有了很大的改善和提高，出租汽车不再是北京、上海、天津及广州、哈尔滨等大城市的专利，全国很多中小城市在1980年以后也出现了出租汽车，且连续出现几次高速发展浪潮。
国家为解决群众“乘车难”问题，满足不同层次乘客出行的需要，对出租汽车行实行国营、集体、个人一起上，各行各业均可参与经营出租汽车的政策，为出租汽车行业的发展带来了契机，80年代后期至90年代，形成了快速发展的态势。
根据市场发展的需要，国家有关部委相继颁布了出租汽车行业的管理规定，各地政府也根据本地实际制定了不少出租汽车管理办法，使出租汽车行业逐步走上了规范化、正规化的法制管理轨道。
1.2现阶段出租车计价器的要求
随着出租车行业的发展，对出租车计费器的要求也越来越高，用户不仅要求计费器性能稳定，计费准确，有防作弊功能；
同时还要求其具有车票资料打印、IC卡付费、语音报话、和电脑串行通信等功能。
通常，设计出租车计费器面临以下三方面的问题：
（1）不同国家和地区的计费方式存在差异。
有些地区有夜间收费及郊区收费等，而有些地区则无夜间收费和郊区收费；
即使同一地区，不同车型的出租车，其计费方式也有差别；
另一方面，出租车还面临几年一次的调价或调整计费方式等问题。
因此，所设计的计费器不仅要能满足不同国家和地区的要求，而且计费方式的调整也应当很方便。
（2）由于个别地区对计费器有特殊要求，有时必须修改软件；
另外，计费器还面临软件的升级；
因而，所设计的计费器应能很方便地重新编程。
（3）计费器必须要有防作弊功能，能有效防止司机作弊；
同时要防止计费器在营运过程中死机。
为此，设计出一款好的计费器，解决了上述问题是非常必要的。
该计费器内设置了多达64个选项，几乎涵盖了大多数国家和地区的出租车计费方式，因此，使用时无需更改计费器的硬件，而只需更改相应的选项资料，便可适用于不同的国家和地区，且计费资料的传送可由电脑通过RS-232串口或专用的手持式资料传输器来完成，非常方便；
由于采用了具有单片机AT58C51，因此，编程时无需将单片机从电路板上取下，就可以直接对单片机进行编程；
另外，该设计还采用单、双信号防作弊技术和看门狗电路，较好地解决了计费器的作弊现象及死机问题。
目前，该计费器已在许多大中城市得到了广泛的应用。
2单片机89C51的简介
2.1主芯片89C51的硬件资源
2.1.1单片机的概念
单片机（microcontroller，又称微控制器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。
这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。
图4-1是80C51单片机的基本结构图
a.89C51单片机的结构特点有以下几点：
●8位CPU；
●片内振荡器及时钟电路；
●32根I/O线；
●外部存储器ROM和RAM，寻址范围各64KB；
●两个16位的定时器/计数器；
●5个中断源，2个中断优先级
●全双工串行口
●布尔处理器
b.定时器/计数器
89C51内部有两个16位可编程定时器/计数器，记为T0和T1。
16位是指它们都是由16个触发器构成，故最大计数模值为2-1。
可编程是指他们的工作方式由指令来设定，或者当计数器来用，或者当定时器来用，并且计数（定时）的范围也可以由指令来设置。
这种控制功能是通过定时器方式控制寄存器TMOD来完成的.
如果需要，定时器在计到规定的定时值时可以向CPU发出中断申请，从而完成某种定时的控制功能。
在计数状态下同样也可以申请中断。
定时器控制寄存器TCON用来负责定时器的启动、停止以及中断管理
在定时工作时，时钟由单片机内部提供，即系统时钟经过12分频后作为定时器的时钟。
技术工作时，时钟脉冲由TO和T1输入。
c.中断系统
89C51的中断系统允许接受五个独立的中断源，即两个外部中断申请，两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。
外部中断申请通过INTO和INT1（即P3.2和P3.3）输入，输入方式可以是电平触发（低电平有效），也可以是边沿触发（下降沿有效）。
两个定时器中断请求是当定时器溢出时向CPU提出的，即当定时器由状态1转为全零时提出的。
第五个中断请求是由串行口发出的，串行口每发送完一个数据或接收完一个数据，就可提出一次中断请求。
2.1.289C51的芯片引脚图
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（定时器/计数器0外部输入）
P3.5T1（定时器/计数器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
2.1.3使用I/O口的注意事项
（1）P1,P2,P3口的输出缓冲器可驱动4个LSTTL电路。
对于HCMOS芯片单片机的I/O口，在正常情况下，可任意由TTL或NMOS电路驱动。
HMOS及CMOS性的单片机I/O口有集电极开路或漏极开路的输出来驱动时，不必外加上拉电阻
（2）对于74LS系列，CD4000系列以及一些大规模集成电路芯片（如8155，8253，8279等），都可以和MCS-51系列单片机直接接口。
具体使用时，可以查阅有关器件手册或参考典型电路
（3）对一些线性组件，特别是应用键盘、码盘、LED显示器等输入/输出设备时，应当尽量增加驱动部分的容量，否则，单片机将提供不出足够的驱动电流供给负载使用
2.289C51中断系统
所谓中断，是指当计算机执行正常程序时，系统中出现某些急需处理的异常情况和特殊情求，CPU暂停执行现行程序，转去对随机发生地更紧迫事件进行处理；
处理完毕后，CPU自动返回原来的程序继续执行。
中断允许软件设计不需要关心系统其他部分定时要求，算术程序不需要考虑隔几个指令检查I/O设备是否需要服务。
相反，算术程序编写时好像有无限的时间作算术运算而无其他工作在进行。
若其它事件需要服务时，则通过中断告诉系统。
89C51单片机有5个中断源，有两个中断优先级，每个中断源的优先级可以编程控制。
中断允许受到CPU开中断和中断源开中断的两级控制。
2.2.1中断源
中断源是指任何引起计算机中断的事件，一般一台机器允许有许多个中断源。
89C51系列单片机至少有5个中断源。
增加很少的硬件就可把各种硬件中断源“线或”成为一个外部中断输入，然后再顺序检索一起中断的特定源。
89C51单片机的5个中断源是：
①外部中断请求0，由（P3.2）输入；
②外部中断请求1，由（P3.3）输入；
③片内定时器/计数器0益处中断请求；
④片内定时器/计数器1溢出中断请求；
5片内串行口发送/接收中断请求；
为了了解每个中断源是否产生了中断请求，中断系统应设置许多个中断请
求触发器（标志位）实现记忆。
这些中断源请求标志位分别有特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存
定时器/计数器控制寄存器TCON，它是一个八位的寄存器，各位如表4.1所示：
表4.1定时器/计数器控制寄存器TCON
TF1
TF0
IE1
IT1
IE0
IT0
IT0,IT1：
外部中断0、1触发方式选择位，由软件设置。
1是下降沿触发，0是电平触发。
IE0,IE1：
外部终端0、1请求标志位。
TF0,TF1：
定时器/计数器0、1溢出中断请求标志。
2.2.2中断的控制
中断的控制主要实现中断的开关管理和中断优先级的管理。
这个管理主要通过对特殊功能寄存器IE和IP的编程实现。
（1）中断允许寄存器IE
表4.2中断允许寄存器IE
EA
-
ET2
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
EX0,EX1：
外部终端0，1的中断允许位。
1是中断开，0是中断关
ET0,ET1：
定时器/计数器0、1溢出中断允许位。
1是开中断，0是关中断
ES：
串行口中断允许位。
ET2：
定时器/计数器2溢出中断位
EA：
CPU开/关中断控制位。
（2）中断优先级寄存器IP
表4.3中断优先级寄存器IP
PS
PT1
PX1
PT0
PX0
若系统中多个中断源同时请求中断，则CPU按中断源的优先级别，由高到低分别响应。
89C51单片机有两个中断优先级：
高优先级和低优先级。
每个中断源都可以编程为高优先级。
这可以实现两级中断嵌套。
嵌套的原则：
一个正在执行的中断服务程序可以被高级的中断请求中断，而不能被同级或较低级的中断请求中断。
两级中断通过使用IP寄存器设置，相应的位置1，则优先级高，0则优先级低。
PX0、PX1：
终端0、1中断优先级控制；
PT0、PT1：
定时器/计数器0、1中断优先级控制。
PS：
串行口中断优先级控制。
89C51复位时，IP被清零，5个中断源都在同一个优先级。
这时若其中几个中断源同时产生中断请求，则CPU按照片内硬件优先级链路的顺序相应中断，硬件优先级由高到低的顺序是：
外部终端0，定时器/计数器0，外部中断1，定时器/计数器1串行口中断。
2.2.3中断响应
89C51的CPU在每个机器周期采样中断源的中断请求标志位，如果没有上述阻止条件，则将在下一个机器周期响应被激活的最高级中断请求。
阻止条件如下：
1CPU正在处理同级或更高级的中断；
2现行机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期；
3正在执行的是RETI或者是访问IE或IP的指令；
CPU在中断响应之后完成如下操作：
1硬件清除相应的中断标志位；
2执行一条硬件子程序，保护断点，并转向中断服务程序入口。
3结束中断时执行RETI指令，恢复断点，返回主程序。
89C51的CPU在相应中断请求时，由硬件电路自动形成转向与该中断源对应的中断的服务程序入口地址。
这种方法为硬件向量中断法。
各中断源的中断服务程序入口地址如下：
表4.4中断源的中断服务程序入口地址
编号
中断源
入口地址
外部终端0
0003H
1
定时器/计数器0
000BH
2
外部终端1
0013H
3
定时器/计数器1
001BH
4
串行口中断
0023H
各中断服务程序入口地址仅隔8个字节，编译器在这些地址放入无条件转移指令，跳到服务程序的实际地址。
向量中断包括把先前的程序计数指针推入堆栈，中断服务程序很像其他子程序。
当向量中断发生时，硬件禁止所有中断。
此时表明外部中断或定时器溢出的标志位由硬件清除。
中断服务程序的不同分支取决于中断源。
在重新允许全局CPU中断EA之前，必须仔细清除各种标志。
标志会引起立即地重复中断。
89C51对终端实际上有特殊的返回指令----RETI。
不是RET。
RETI重新允许系统识别其他中断。
因而，没必要在正常使用中断时复位EA，只要在程序初始化时开中断一次就可以了。
2.3单片机定时器/计数器的使用
89C51系列单片机至少有两个16位内部定时器/计数器。
8952有三个定时器/计数器，其中连个基本定时器/计数器是定时器/计数器0和定时器/计数器1。
他们既可以编程为定时器使用，也可以编程为计数器使用。
若是计数内部晶振驱动时钟，则它是定时器；
若是计数89C51的输入引脚的脉冲信号，则它是计数器。
89C51的T/C时加一计数的。
定时器实际上也是工作在技术方式下的，只不过对固定频率的脉冲计数；
由于脉冲周期固定，由计数值可以计算出时间，有定时功能。
当T/C工作在定时器时，对振荡源12分频的脉冲计数，即每个机器周期计数值加一，频率加=fosc/12。
晶振为6MHz，计数频率=500KHz，每2uS计数加一。
当T/C工作在计数器时，计数脉冲来自外部脉冲输入引脚T0或T1。
当T0或T1脚上负跳变需2个机器周期，即24个振荡周期。
所以T0或T1脚输入的计数外部脉冲的最高频率为fosc/12。
当晶振为12MHz时，最高技术频率为500KHz，高于此频率将计数出错。
2.3.1与T/C有关的特殊功能寄存器
（1）计数寄存器TH和TL
T/C是16位的，计数寄存器有TH高8位TL低8位构成。
在特殊功能寄存器中，对应T/C0为TH0
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