出租车计价器设计与制作

设计并制作一台出租车计价器。调试时采用10Hz方波信号模拟，每个方波代表10m。基本要求：
    （1）不同情况具有不同的收费标准
     白天 1元/公里    晚上  2元/ 公里   途中等待（30s）1元/30s
    （2）数据输出（6位LED数码管显示）
     单价输出2位      路途输出2位      总金额输出2位
    （3）按键（3个）
     启动计价开关      数据复位（清零）  白天/晚上转换

3.4.1模块1：系统设计
 （1）分析任务要求，写出系统整体设计思路
     通过分析，需要实现四个主要的功能模块，分别为脉冲计数模块、定时器计时模块、按键的处理以及数码管动态扫描等功能。
     定时器计时模块主要完成途中等待（即没有脉冲来时）30秒的计时。在启动键按下后，定时器就不停的计时，只要有脉冲来就将计时的值清除为零。如果没有脉冲来，当计时超过30秒时，相应的总金额要按照收费标准计价。
     中断的管理：尽管中断有嵌套以及优先级的功能，但是由于定时器已经使用一个了中断资源，脉冲检测不宜再采用中断方式，而是采用查询方式。由于需要不停的要清除30秒的计时，因此，脉冲的计数不采用定时器的计数方式。
     启动键触发定时器开始工作，而定时器的运行可以作为脉冲计数的标志，只要定时器计时在运行，每来一个中断都应该计数。
     主程序完成键盘的扫描和按键的处理，查询脉冲产生的中断，并完成脉冲的计数。每个脉冲代表10米，则当计数到100时表示1千米的距离，相应的总金额要按照收费标准计价
 （2）选择单片机型号和所需外围器件型号，设计单片机硬件电路原理图
采用MCS51系列单片机At89S51作为主控制器，外围电路器件包括数码管驱动、独立式键盘、复位电路等。硬件电路原理图如图3-9所示。

图3-11 出租车计价器的硬件电路原理图

数码管驱动采用2个四联共阴极数码管显示，由于单片机驱动能力有限，采用74HC244作为数码管的驱动。在74HC244的7段码输出线上串联100欧姆电阻起限流作用。
独立式按键使用上提拉电路连接，在没有键按下时，输出高电平。P0口用于输出7段LED共阴极显示代码，P2口用于输出低电平有效的位选码。0～9的7段LED共阴极显示代码：3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH。
    （3）分析软件任务要求，写出程序设计思路，分配单片机内部资源，画出程序流程图
软件的任务要求包括定时器的设置、按键的扫描、按键的功能处理、脉冲的计数、路途等待超30秒的计时以及总金额的计算等。
程序设计的思路：使用中断方式对定时器的溢出进行计数实现30秒的计时。主程序采用查询外部中断标志实现脉冲的计数，由于每个脉冲代表10m,因此，当脉冲计数超过100时，计价器按照收费标准计价。主程序在初始化变量和定时器参数设置之后，进入一个循环结构，循环扫描键盘、查询脉冲的中断、数码管的动态扫描等功能，当脉冲的中断标志被查询到，若路途等待时间未超30秒时，要及时将路途等待时间的值清除为零。主程序的流程图如图3-12所示。

图3-12 出租车计价器的主程序流程图  [p]
     中断服务程序主要实现计时功能，当启动键按下之后，定时器开始工作，用一个变量对定时器溢出中断的次数进行计数，达到计时功能，该变量在每次脉冲到来时被清零（在主程序中清零），当脉冲长时间没有来，则当该变量计数超过30秒时，总金额按照途中等待计费标准进行计价。中断程序的流程图如图3-13所示。

图3-13 出租车计价器的中断服务程序流程图

（4）设计系统软件调试方案、硬件调试方案及软硬件联合调试方案
     软件调试方案：伟福软件中，在“文件新建文件”中，新建C语言源程序文件，编写相应的程序。在“文件新建项目”的菜单中，新建项目并将C语言源程序文件包括在项目文件中。
 在 “项目编译”菜单中将C源文件编译，检查语法错误及逻辑错误。在编译成功后，产生以 “*.hex”和“*.bin” 后缀的目标文件。
硬件调试方案：在设计平台中，将单片机的P1.0-P1.2分别与3个独立式键盘通过插线连接起来，将P3.2与脉冲信号源连接起来。
在伟福中将程序文件编译成目标文件后，将下载线安装在实验平台上，运行“MCU下载程序”，选择相应的flash 数据文件，点击“编程”按钮，将程序文件下载到单片机的Flash中。
然后，上电重新启动单片机，检查所编写的程序是否达到题目的要求，是否全面完整地完成试题的内容。

3.4.2 程序设计
/*晶振：11.0592M  T1-250微秒溢出中断一次；P3.2(int0)-中断100次，查询IE0置位，
  P1^0为启动键；P1^1为清除键；P1^2为白天/晚上的切换键
变量的定义:
  key_val:      返回按键的值 255-无键
  T1_cnt:       定时器溢出数计数
  cnt_30:       30秒钟的计时
  cnt_distance: 计算路程
  cnt_cost:     总金额
  state_val:    状态:0-白天 1 夜晚
  cost_val[3]:  收费标准：白天单价cost_val[0]=1元/公里；晚上单价cost_val[1]=2元/公里；
等待单价cost_val[2]=1元/30s
  led_seg_code：数码管7段码   */
//-------------------
#include "reg51.h"
unsigned char data cnt_30,cnt_distance,cnt_cost;
unsigned int  data T1_cnt,D_cnt;
unsigned char data key_val,key_val_old;
unsigned char data state_val;
char code cost_val[3]={1,2,1};
char code led_seg_code[10]={0x3f,0x06,0x05b,0x04f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
//led_seg_code[0-9]代表0-9
//-------延时-----------------
void delay(unsigned int i)//延时
{ while(--i);  }
//-------初始化变量------------------
void init_variant() //初始化一些变量的内容
{unsigned char i;
 cnt_30=0;       //30秒的计时
 D_cnt=0;        //脉冲的个数
 cnt_distance=0; //距离的计数
 cnt_cost=0;     //保存总价格
}
//-------扫描键盘-----------------
unsigned char scan_key()
{  unsigned char i,k;
   i=P1;
   if (i==0xff)
   { k=255; }    //无键按下
   else          //有键按下
   { delay(10); //延时去抖动
     if(i!=P1)
     {k=255;}
     else
     { switch (i)
       { case 0xfe: k=0; break; //P1.0按下，启动键
         case 0xfd: k=1; break; //P1.1按下，清除键
         case 0xfb: k=2; break; //P1.2按下，切换键 [p]
       }
      }
   }
   return k;
}
//-------数码管动态扫描-------------
void led_show()
{unsigned char i,k;
 //-----显示单价----
 k=cost_val[state_val];
 i=k%10;       //暂存个位
 P0=led_seg_code[i];
 P2=0xbf;
 delay(10);
 i=k%100/10;
 P0=led_seg_code[i];
 P2=0x7f;
 delay(10);
 //-----显示距离------
 k=cnt_distance;
 i=k%10;       //暂存个位
 P0=led_seg_code[i];
 P2=0xf7;
 delay(10);
 i=k%100/10;
 P0=led_seg_code[i];
 P2=0xef;
 delay(10);
 //-----显示总价格-----------
 k=cnt_cost;
 i=k%10;       //暂存个位
 P0=led_seg_code[i];
 P2=0xfe;
 delay(10);
 i=k%100/10;
 P0=led_seg_code[i];
 P2=0xfd;
 delay(10);
}
//-------计时----------------
void  timer1() interrupt 3     //T1中断
{ T1_cnt++;
  if(T1_cnt>3999)      //如果计数>3999, 计时1s
  {  T1_cnt=0;
     if(cnt_30<30)     //没有超过30秒，继续计时
     {cnt_30++;}
     else              //超过30秒，途中等待计价
     {cnt_30=0;
      cnt_cost=cnt_cost+cost_val[2];}
  }
}
//---------主程序----------------
main()
{//初始化各变量
 T1_cnt=0;
 state_val=0;
 key_val_old=255;
 init_variant();
 //初始化51的寄存器
 TMOD=0x20; //用T1计时 8位自动装载定时模式，不用T0
 TH1=0x19;  //250微秒溢出一次;   250=(256-x)*12/11.0592 -> x= 230.4
 TL1=0x19;
 EA=1;      //开中断
 ET1=1;    
 TR1=0;     //定时器T0
 TCON=0x01; //Int0中断取边沿触发模式
 while(1)
 { key_val=scan_key();  // 255;//
   if (key_val!=key_val_old)
   { key_val_old=key_val;
     if (key_val!=255)
     { switch (key_val)
       { case 0: //启动键
                TR1=1;          //启动计时，TR1=1为启动了的标志
         break;
         case 1: //清除键
                init_variant(); //清除变量
         TR1=0;          //关闭定时器
         break;
         case 2: //白天/黑夜的切换
                if(state_val==0)
                {state_val=1;}
                else
                {state_val=0;}
                break;
        }
     }
   }
   if(IE0==1&& TR1==1) //每来1个脉冲，中断一次
   { IE0=0;
     cnt_30=0;         //30秒的计时清零
     if(D_cnt<100)    
     {D_cnt++;}
     else              //计数100次，每次10米，表示一公里
     {D_cnt=0;
      cnt_distance=cnt_distance+1;
      cnt_cost=cnt_cost+cost_val[state_val];
     }
   }
   led_show();
 }
}
//-----出租车计价器程序结束------------