2835.D出租车计价器设计报告 电路原理图与说明.doc

电路原理图与说明 1 电路设计的分析1.1 电动机的作用及电路连接出租车的实际行驶距离无法实地去测量，因此需要将此问题实现转化，具体方法为：用电动机模拟汽车车轮的转动圈数，再测出汽车轮胎的外径，继而得出周长，就用周长乘以转动圈数即可得汽车行驶的路程。电动机每转动一圈酒会向外输出一个脉冲，完成一次信号的采集。如本实验中电路图所示，将电动机与8253的CLK0相连，就将“电动机转动了一圈”这个信号以脉冲形式传给了8253。1.2 8253的作用及电路连接 8253在本实验中工作于方式2和方式3。 8253在方式2时有它自己的工作的特点。对某一计数通道写入控制字，选定工作方式2时，OUT端输出高电平。如果GATE为高电平,则在写入计数值后的下一个时钟脉冲时,将计数值装入执行部件.此后,计数器随着时钟脉冲的输入而递减计数.当计数值减为1时, OUT端由高电平变为低电平,待计数器的值减为0时, OUT端引脚又回到高电平, 与此同时,还将计数初值重新装入计数器,开始一个新的计数过程,并由些周而复始地计数.如果装入计数器的初值为n,那么在OUT引脚上,每隔n个周期就产生一个负脉冲,其宽度与时钟脉冲的周期相同,频率为输入时钟脉冲频率的n分之一.所以,这实际上是一种分频工作方式. 对于方式2,GATE端发挥着一定的作用.在计数过程中,当GATE变为低电平时,将迫使OUT变为高电平,并禁止计数;当GATE从低电平变为高电平时,也就是GATE 端产生上升沿时,则在下一个时钟脉冲时,又把预置的计数初值装入计数器,从初值开始递减计数,并循环进行. 在操作过程中,任何时候都可由CPU重新写入新的计数值,它不会影响当前计数过程的进行.比如说,原来的计数值N=4,在计数过程中计数值回零前,又写入新的计数值N=3,8253仍按N=4进行计数.当计数值减为0时,一个计数周期结束,8253将按新写入的计数值N=3进行计数. 当需要产生连续的负脉冲序列信号时,可使8253工作于方式2.在本实验当中,就是让0通道工作在方式2下. 这时,就有了一个新的问题,那就是,当在方式2的时候,它的输出的信号太快,人眼是几乎不能看得到的.所以,我们在这里就对1通道采用方式3的工作方式. 对于方式3来说,它的工作方式与方式2有着很多相似的地方,然而,又不能等同.因为它们各自有着不同的特点.使用的时候就要加以区别. 可以从输出的波形上看出它们的一些不同之处.因为方式3输出的不是序列负脉冲,而是对称的方波或基本对称的矩形波.当然,无论是方式2,还是方式3,都要将GATE端置为高电平才可实现它的功能. 8253有一些它的特点。如果写入计数器的初值为偶数，则当8253进行计数时，每输入一个时钟脉冲，均使计数值减2。计数值减为0时，OUT输出引脚由高电平变成低电平，同时自动重新装入计数初值，继续进行计数。当计数值减为0时，OUT引脚又回到高电平，同时再一次将计数初值装入计数器，开始下一轮循环计数；如果写入的计数初值为奇数，则当输出端OUT为高电平时，第一个时钟脉冲使计数器减1，以后每来一个时钟脉冲，都使计数器减2，当计数值减为0时，输出端OUT由高电平变成低电平，同时重新装入计数初值，继续进行计数。这时第一个时钟脉冲使计数器减3，以后每个时钟脉冲都使计数器减2，计数值减为0时，OUT引脚又回到高电平，并重新装入计数初值后，开始下一轮循环计数。这两种情况下，从OUT端输出的方波频率都等于时钟脉冲的频率除以计数初值。但要注意，当写入的计数初值为偶数时，输出完全对称的方波，写入计数初值为奇数时，其输出波形的高电平宽度比低电平多一个时钟周期。 停止计数的方法：在计数过程中，若GATE变成低电平时，就迫使OUT变成高电平，并禁止计数，当GATE回到高电平时，重新从初值N开始进行计数。这样就能够实现对计数的控制。 如果希望改变输出方波的速率，CPU可在任何时候重新装入新的计数初值，在下一个计数周期就可按新的计数初值计数，从而改变方波的速率。 若将频率为2MHZ（周期为0。5微秒）的时钟直接加到CLK1端，则OUT1端输出的脉冲周期最大只有0。5微秒*65536=32。768毫秒，有一些时候是达不到要求的。8353采用级联方式。此实验中使用8253的0通道和1通道以实现级联。若输入为40Hz，则计数值n0=40Hz/(1/50ms)=2（0通道时延50ms）。设1通道时延3s,则1通道计数值n1=(1/50ms)/(1/3s)=60。8253的控制字分析。其控制字为：00110101B。其意义为：选择通道0；先读/写低字节，后高字节；工作与方式2下；采用BCD计数。在本实验中，采用了级联的方式。当指向通道1的端口地址的时候，就要再写入通道1的控制字。D7和D6位写入的控制字为：01代表选择了通道1，如果是用的00，则代表选择了通道0，10代表选择了通道2，如果写入的是11，则代表无效。D5和D4位写入的控制字代表的意义的是：00代表计数器锁存，供CPU读。写入01代表只读/写计数器的低字节，写入10代表只读/写计数器的高字节。写入11代表先读/写计数器的低字节，然后再读/写计数器的高字节。D3，D2和D1位的控制字代表的意义是8253的不同的工作方式：写入000代表工作于方式0，写入001代表工作于方式1，写入X10代表工作于方式2，写入X11代表工作于方式3，写入100代表工作于方式4，写入101代表工作于方式5。D0位的控制字的意义是：写入1代表BCD码计数。写入0代表2进制计数。通道1的控制字为：01110111B。它代表的意思是：选择通道1，先读写计数器的低字节，再读/写计数器的高字节。通道1工作于方式3，采用的是BCD计数的方法。这样就能够实现所需要的功能。完成了级联的设想。8253电路连接为：CLK0接电动机，采集有点动机产生的模拟脉冲。0通道输出OUT0与1通道CLK1相连。OUT1输出给8255，并连结GATE0与GATE1与高电平相连，保证它工作于方式0。8253的低平CS与300H相连，即8253段地址为300H。用导线将其连接好就可实现其功能。在这个实验当中采用的端口的起始的地址是300H，所以分配：通道0的地址端口为300H，通道1的地址端口为301H，通道2的地址端口为302H，8253的控制端口的地址为303H。2.2.3 8255A的作用及电路连接8255A工作方式0状态下，实现基本的输入输出功能。方式0称为基本的输入输出方式。它适用于不需要用信号的简单输入输出场合。在这种方式下，A口和B口可以做为8位的端口，C口的高4位和低四位可以做为两个四位的输入输出端口。这四个端口中，任何一个都是可以做输入端口，也可以做输出端口，从而构成16种不同的输入输出组态。在实际应用时，C口的两半部分也可以合在一起，构成一个八位的端口，这样8255A可以构成三个八位的I/O端口，或两个8位的，两个4位的I/O端口，以适应各种不同的场合。在传送数据时，它的实现过程是这样的：CPU与这些端口交换数据时，可以直接用输入指令从指定端口读取数据，或用输出指令将数据写入端口，不需要任何其它用于应答的联络信号。对于方式0，还规定输出信号可以被锁存，输入不能锁存，这是使用时要注意的地方。它的控制字也有一定的规定。其中D7位为1时，代表选择控制字，其中D6，D5位为00，代表选择A口工作于方式0。D2=0，代表选择B口工作于方式0。D4D3和D1D0这四位可以任意取0或1，由此构成4个端口的16种不同的组态。8255A的控制字为：10010000B，代表意思是：D7=1,表示选择控制字。 D6D5=00，表示A口工作于方式0下。D4表示A口作为输。D2=0表示B口工作与方式0下。D1=表示B口作为输出使用。将电路连接完毕，即可实现8255A功能。2.2.4 显示器的连接当信号采集完毕后，无法让人们看到具体的脉冲，因此必须用显示器将脉冲显示出来。整体的显示过程是：让霍尔传感器采集信号，8253计数，8255将其输出，输出给显示器，由显示器显示具体数字，从而完成整个过程。2.3 电路的主要功能为了完成计价器的计数功能，此电路必须实现以下所述的各个功能：2.3.1 采集信号的功能本实验用霍尔传感器来采集信号。霍尔传感器是用非接触式的工作方式来采集信号的，它采集到的信号是以脉冲的形式表示的。一块磁铁被固定在转轮上，随着转轮一圈圈的转动，当这块磁铁转动经过霍尔传感器时就将信号传给了霍尔传感器。在此，存在一个问题，在实验室里不可能采集汽车的车轮的转动情况，这需要模拟这一场景。模拟的方法是：我们用步进电动机代替汽车,也就是说用步进电动机的转动来代替汽车的车轮的转动.步进电动机转动一圈就代表汽车的车轮转动了一周.那么这个信号又是怎样来采集的呢?这时候,我们用到了霍尔传感器.霍尔传感器是对磁信号进行采集的一个装置.问题就转化成了:我们如何将车轮的转动转化成电磁的信号传输给霍尔传感器.然后用霍尔传感器将它采集起来送给8255.解决的方案是:我们在步进电动机的转轮的边缘上面加上一块小磁铁.再用一块小磁铁放在和边缘较近的位置.固定在转轮上的小磁铁有一个自己的转行的轨道.那么负责采集信号的这个小磁铁所在的位置就在这个轨道的一边,在固定在转轮上的小磁铁 的必经之地.这个采集的小磁铁再和霍尔传感器相连.这样就能够实现这个采集的过程.使信号的传送有了可能2.3.2 计数功能当信号采集过来以后，就需要一个计数装置，记录轮子的转动次数。这个功能用可编程的计数器8253来实现。它使用减数计数功能，先装入计数初值n,当减为1时，OUT端由高电平变成低电平。待计数器的值减为0时，OUT端引脚又回到高电平。这样就输出了一个高电平。在实验中，应该注意一下8253的一些特性。8253的每个通道工作时，都是对输入到CLK引脚上的脉冲按二进制或十进制（BCD码）格式进行计数。计数采用倒计数法，先对计数器预置一上初值，再初值装入实际的计数器。然后开始递减计数。即每输入一个时钟脉冲，计数器的值减1，当计数器的值减为0时，便从OUT端引脚输出一个脉冲信号。输出信号的波形主要由工作方式决定，同时，还要受到从外部加到GATE引脚上的门控信号控制，它决定是否允许计数。此时，又有一个问题需要弄清楚。这个问题就是：出租车的车轮在转动的过程当中，不是一直都有规律地在旋转，当是以一个固定的频率进行旋转的时候，我们比较容易计数，那么当车轮不是有规律的转动时，我们又怎样来处理这个问题呢？问题的答案是：当用8253作外部事件计数器时，在CLK引脚上所加的计数脉冲是由外部事件产生的，这些脉冲的间隔可以是不相等的。如果要用它作定时器，则CLK引脚上应输入精确的时钟脉冲。这时，8253所能实现的定时时间，决定于计数脉冲的频率和计数器的初值。我们可以能8253输入的频率有很多，但是，也并不是说，可以任意的输入一些频率。对8253来讲，外部输入到CLK 引脚上的时钟脉冲频率不能大于2MHz。如果大于2MHz，则必需经分频后才能送到CLK 引脚端，这是使用时要注意的地方。 在这个实验中，就是采用了级联的方式才完成了所要实现的功能。我们采用的是用A口和B 口进行级联的方式完成了它的功能。2.3.3 输出功能当8253的计数功能完成了之后，就需要用一个外围接口芯片来将这个采集的信号输出出来。8255是一个可编程的外围接口芯片，它可以将从8253计数的信号输出给外围设备。 8255的内部是什么样的结构呢？它又是如何通过这些端口来实现它的一些功能的呢？ 以下进行详细叙述。 三个数据端口A，B 和C，它们相互合作完成8255的工作。8255内部包含3个位的输入输出端口，通过外部的24根输入输出线与外设交换数据或进行通信联络。端口A 和端口B，都可以作为一个八位的输入口或一个八位的输出口用。C 口既可以作为一个八位的输入口或输出口用，又可作为两个四位的输入输出口使用。还常常用来配合A口和B 口工作。分别用来产生A 口和B 口的输出控制信号和输入A 口和B 口的端口状态信号。 在信号的锁存方面，它们各自有各自的特点。不能够相同对待。 端口A 在输入输出时，数据都能锁存。而端口B 和端口C 只有在输出时，数据才能够进行锁存。 与3个端口相连的24根输入输出引线分别是PA7PA0，PB7PB0，和PC7PC0，这些线都与外部设备相连，具体作用与端口的工作方式有关。2.3.4 显示功能输出的信号不能直接被人们观察到，此时要借助显示器来显示里程和费用。通过现实具体数字，人们就能很容易看到所走的路程和所计的费用。