机电一体化毕业设计（论文）-出租车计价系统的设计.doc

西南科技大学网络教育西南科技大学网络教育 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题题目名称：目名称： 出租出租车计车计价系价系统设计统设计 年年 级级： ： 08 秋秋 层层次：次： 本科本科 专专科科 学生学号：学生学号： 88160250548 指指导导教教师师： ： 学生姓名：学生姓名： 技技术职术职称：称： 讲师讲师 学生学生专业专业： ：机机电电一体化技一体化技术术 学学习习中心名称：中心名称： 武武汉汉学学习习中心中心 西南科技大学网西南科技大学网络络教育学院制教育学院制 毕业设计（论文） 任 务 书 题目名称 出租车计价系统设计 题目性质 真实题目 虚拟题目 学生学号 88160250548 指导教师 学生姓名 专业名称机电一体化技术 技术职称 讲 师 学生层次 高起专 学习中心名称 武汉学习中心 2010 年 5 月 26 日 毕业设计（论文）内容与要求： 1. 本课题是出租车计价系统设计，随着经济的发展，带动汽车行业快速发展， 出租车日益普遍，了解在出租车上应用的计费系统，对我们日常生活也有帮助。而使 用单片机实现该系统，是深化单片机应用的良好途径。而单片机 pic16f877a 和一些外 围原件组成，具有操作简单，显示明了，功能强大的特点。整个系统只有两个按键， 一个“启动/停止” ，一个“复位” 。 2万年历由时钟芯片 pcf8563 实时提供时钟信号，再由单片机调用显示。 3本系统涉及到的理论知识有： pic 单片机知识、lcd 液晶显示器的工作原理和 使用方法、可擦、写的语音芯片的工作原理及应用、实时时钟芯片的工作原理及应用、 出租车计费系统的原理和实现方法、 proteus 仿真原理及实际应用。 4本方案充分发挥人性化的特点，利用 isd1420 的语音功能，配合 tg12864 液晶 模组，模拟实现带语音提示的出租车计价系统。比较真实地模拟出租车的空车、载客、 到站及对各状况的费率的计算、统计、显示和语音播报等功能。 毕业设计领导小组负责人： （签字） 2010 年 月 日 毕业设计（论文） 成绩考核表 总成绩 过程评分评阅成绩答辩成绩 百分制等级制 1、指导教师评语 建议成绩 指导教师签字： 2010 年 月 日 2、论文评阅教师评语 建议成绩 评阅教师签字： 2010 年 月 日 3、毕业答辩专家组评语 建议成绩 答辩组长签字： 年 月 日 4、毕业设计领导小组推优评语 组长签字： 年 月 日 摘 要 万年历由时钟芯片 pcf8563 实时提供时钟信号，再由单片机调用显示，语音播报 由语音芯片 isd1420 提供语音信息，语音信息放在不同的地址里，由单片机从这些地 址中调用合适的语音进行播放。 本方案充分发挥人性化的特点，利用 isd1420 的语音功能，配合 tg12864 液晶模 组，模拟实现带语音提示的出租车计价系统。比较真实地模拟出租车的空车、载客、 到站及对各状况的费率的计算、统计、显示和语音播报等功能。 本系统涉及到的理论知识有： pic 单片机知识、lcd 液晶显示器的工作原理和使 用方法、可擦、写的语音芯片的工作原理及应用、实时时钟芯片的工作原理及应用、 出租车计费系统的原理和实现方法、 proteus 仿真原理及实际应用。 关键词关键词 时钟芯片 pcf8563 语音芯片 isd1420 tg12864 液晶模 abstract the perpetual calendar is offered the clock signal in real time by the chip pcf8563 of the clock, and then transferred by the one-chip computer and revealed the pronunciation is reported and offered pronunciation information by chip isd1420 of the pronunciation, pronunciation information is put in different addresses, the one-chip computer transfers the pronunciation suitable to broadcast from these addresses.this scheme gives full play to the humanized characteristic, utilize the pronunciation function of isd1420, cooperate with liquid crystal mould group tg12864, system that simulation realizes the taxi with voice prompt valuates. imitate the vacant of the taxi, carries passenger, gets to the station and such functions as calculation, statistics, revealing and pronunciation of the rate to every state report more truly.the theory knowledge that this system involves is as follows, pic one-chip computer knowledge, operation principle and operation method of lcd liquid crystal display, can wipe, operation principle and application of the pronunciation chip written, operation principle and the principles and implementation methods, proteus artificial principles and practical application of application, taxi charge system of the chip of the real-time clock. keywords chip pcf8563 of the clock chip isd1420 tg12864 liquid crystal mould lcd liquid crystal display of the pronunciation 目 录 引 言1 第一章 系统总体介绍.2 1.1 里程计量功能 .2 1.2 费用计算功能（参照北京市出租车收费标准） .2 1.3 语音播放功能 .3 1.4 中文菜单显示功能 .3 1.5 实时时钟功能 .4 1.6 本系统设置 4 个按键，各个按键的功能如下： .5 1.7 电路设计原理图 .5 第二章 硬件设计.7 2.1 主程序/cpu 模块 7 2.2 语音播放模块 .9 2.3 液晶显示驱动模块10 2.4 脉冲发生器模块13 2.5 时钟模块 14 2.6 按键扫描模块: .17 第三章 系统程序设计18 3.1 系统主程序流程框图（含程序） （如图 3.1）18 3.2 里程和费率计算程序流程图（图 3.2）.22 3.3 键盘处理程序流程图（图 3.3）.23 结 论.25 致 谢.26 参考文献.27 1 引 言 随着经济的发展，带动汽车行业快速发展，出租车日益普遍，了解在出租车上应 用的计费系统，对我们日常生活也有帮助。而使用单片机实现该系统，是深化单片机 应用的良好途径。而单片机 pic16f877a 和一些外围原件组成，具有操作简单，显示明 了，功能强大的特点。整个系统只有两个按键，一个“启动/停止” ，一个“复位” 。 使用 tg12864e 液晶模组作为显示器，可以显示数字、字母、中文、图片等，使系 统信息一目了然；除了里程统计和费用计算以外，还具有万年历和语音播报功能。 该系统稍加改进，可以成为一套真正的实用的计费系统。 2 第一章 系统总体介绍 此出租车计费系统以单片机为系统核心，利用 pic16f877 单片机配合 tg12864 液 晶模组及 isd1420 语音模块等，实现基本的出租车计价器功能。 本系统是由 pic 单片机、液晶显示模块、计数脉冲发生器、系统实时时钟及语 音等模块组成。系统框图如图 1.1 所示: 图 1.1 系统框图 1.1 里程计量功能 a) 单片机对传感器输出脉冲进行计数，并将脉冲数换算成公里数； b) 每一个脉冲代表轮胎旋转一周，设轮胎的直径为 520mm，轮胎的周长为：（即 每转一圈的距离）520x3.14159=1634mm=1.634m； c) 每公里的脉冲数:pulseperkm=1000m/1.634m=612（个脉冲） 。 1.2 费用计算功能（参照北京市出租车收费标准） 费用计算包括三部分：起步费、行使费和燃油附加费： 起步费用（startprice） 当行驶里程（runmilege）在 2.3km(含 2.3km)以内按起步价（startprice）7 元计 费。即行使费用（runprice）为： runprice = startprice + 1 = 8（元） 行使费用（runprice） 行使费用分短途与长途两种情况： 3 当行驶里程（runmilege）超出 2.3km 时并且小于 35km 时，按 2.6 元/km 收费， 这时行驶费用为： runprice=startprice+2.6(runmilege-startmilege)+1 其中：startprice 为起步价=7 元 startmilege 为起步里程=2.3km runmilege 为行使里程（总行使里程） runprice 为行使费用（总行使金额） 当行使里程超过 35km 后，要加空驶费，即每公里升至 3.50 元, 这时行驶费用 为： runprice=startprice+3.5(runmilege-startmilege)+1 c) 燃油附加费-每车次加收一元。 1.3 语音播放功能 当初次按下“startstop”键，出租车开始启动，系统播放“您好！欢迎乘坐 本公司出租汽车，谢谢！”播送完毕，计费器开始计费。 按下“speedup”键，出租车加速行使，最高速为 100km。 按下“speeddown”键，出租车减速行使，最低速为 0km。 在行使状态下，按下“startstop”键，表示出租车到站，结束行使。这时候， 系统播放“您好！行使里程 xxx 公里，应付 xxx 元，请检查您的随身物品，欢迎再次 乘坐,再见！”的提示音。 按下“reset”键，进入空车状态。 1.4 中文菜单显示功能 在空车状态下（启动前） ，lcd 屏幕上显示如图 1.2 所示的中文信息： 图 1.2 lcd 屏幕显示图 4 在空车状态下，按下“startstop”键，系统播放“您好！欢迎乘坐本公司出 租汽车，谢谢！”的提示音，同时在 lcd 屏幕上显示如图 1.3 所示的中文信息： 图 1.3 系统播放图 播完提示音后，进入行使状态，lcd 屏幕显示如图 1.4 所示信息： 图 1.4 播完提示图 在行使状态，按下“speedup”键，里程的公里数增加的速度会不断的变快，金 额数值也在作相应的变化。按下“speeddown”键，里程显示的公里数增加的速度会不 断的变慢。 在行使状态，按下“startstop”键，表示出租车到站，结束行程。这时屏幕 显示如图 1.5 所示信息： 图 1.5 行程显示图 同时，系统播放“您好！行使里程 xxx.xx 公里，应付 xxx.xx 元，请检查您的随 身物品，欢迎再次乘坐，再见！”的提示音。 1.5 实时时钟功能 本系统采用两种方法实现日历时钟： (1)用实时时钟芯片fc8563 作为时钟电路，产生年月 日时分秒等信 号，供系统调用。 5 (2)用单片机中断的方法产生年月日时分秒等信号。 (3)两种方法由同学自行选择。 1.6 本系统设置 4 个按键，各个按键的功能如下： (1)“startstop”键开始进入行使/结束行使（到站） 。 (2)“speedup”键行使加速按键。按下次按键，可使出租车的速度由 0km 上升 到 100km。 (3)“speeddown”键-行使减速按键。按下次按键，可使出租车的速度由 100k 下 降到 0km。 (4)“reset”键-进入空车状态。 1.7 电路设计原理图 电路设计原理图，如图 1.6 所示： 6 图 1.6 电路设计原理图 7 第二章 硬件设计 2.1 主程序/cpu 模块 主程序/cpu 电路图（如图所示图 2.1）及说明 该模块主要包括系统初始化、pwm 计数脉冲的产生、里程的识别和费率的计算及各 功能模块的的组织和管理等。主程序模块在系统中起着重要的作用。 图 2.1 cpu 模块图 pic16f877 主要性能: 具有高性能 risc cpu。 具有 25 条单字指令。 除程序分支指令为两个周期外，其余均为单周期指令。 运行速度：dc-20mhz 时钟输入 dc-200ns 指令周期 8k*14 个 flash 程序存储器 368*8 个数据存储器（ram）字节 8 256*8eeprom 数据存储器字节 引脚输出和 pic16c73b/74b/76/77 兼容 中断能力（达到 14 个中断源） 8 级深度的硬件堆栈 直接，间接和相对寻址方式 上电复位（por） 上电定时器（pwrt）和振荡启动定时器（ost） 监视定时器（wdt） ，它带有片内可靠运行的 rc 振荡器 可编程的全码保护 低功耗睡眠方式 可选择的振荡器 低功耗、高速 cmos flash/eeprom 工艺 全静态设计 要线串行编程（icsp） 单独 5v 的内部电路串行编程（icsp）能力，处理机读/写访问程序存储器 运行电压范围 2.0v 到 5.5v 高吸入/拉出电流 25ma 商用，工业用温度范围 低功耗： 在 5v，4mhz 时典型值小于 2ma 在 3v，32khz 时典型值小于 20ua 典型的稳态电流值小于 1ua 外围特征： timer0:带有预分频器的 8 位定时/计数器 timer1:带有预分频的 16 位定时器/计数器，在使用外部晶体振荡时钟时，在 sleep 期间仍能工作。 timer2:带有 8 位分频寄存器，预分频器和后分频器的 8 位定时器/计数器 2 个捕捉器，比较器，pwm 模块 其中：捕捉器是 16 位，最大分辩率为 12.5ns 比较器是 16 位，最大分辩率方 200ns 9 pwm 最大分辩率为是 10 位 10 位多通道模/数转换器 带有 spi(主模式)和 i2c（主/从）模式的 ssp 带有 9 位地址探测的通用同步异步接收/发送器（usart/sci） 带有 rd，wr 和 cs 控制（只 40/44 引脚）8 位字宽的并行从端口 带有降压复位的降压检测电路 2.2 语音播放模块 语音播放模块电路图（如图所示图 2.2）及说明: 语音播放模块播放提示音，行驶里程、费用等。 isd1420 系列单片录放时间 8 至 20 秒，音质好。芯片采用 cmos 技术，内含震荡器、 话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及 eeprom 阵 列。最小的录放系统仅需麦克风、喇叭、两个按钮、电源及少数电阻电容。在录放操 作结束后，芯片自动进入低功耗节电模式、功耗仅 0.5ua。isd1420 系列有唯一的录音 控制和边缘/电平触发两种放音控制。不分段时外围线路最简，也可按最小段长为单位 任意组合分段，芯片提供若干操作模式，大大提高了控制的灵活性。芯片采用多电平 直接模拟量存储专利技术，每个采样直接存储在片内单个 eeprom 单元中，因此能够非 常真实、自然地再现语音、音乐、音调各效果，避免了一般固体录音电路因量化和压 缩造成的量化噪声和“金属声” 。采样频率从 5.3，6.4 到 8.0khz，对音质仅有轻微影 响。片内信息可保存 100 年（无需后备电源） ，eeprom 单片可反复录音十万次。 10 图2.2 语音播放模块电路图 2.3 液晶显示驱动模块 液晶显示驱动模块电路图（如图所示图 2.3）及说明： 图2.3 液晶显示驱动模块电路图 tg12864e 是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器/列驱动器及 12864 全点阵液晶 显示器组成。可完成图形显示,也可以 84 个（1616 点阵）汉字。 主要技术参数和性能： 电源：vdd：+2.7 +5v; 模块内自带-10v 负压，用于 lcd 的驱动电压。 11 显示内容：128（列）64（行）点 全屏幕点阵 七种指令 与 cpu 接口采用 8 位数据总线并行输入输出和 8 条控制线 占空比 1/64 工作温度：-10+60，储存温度：-20+70，可选择宽温：-20 +70 外形尺寸图（所示图 2.4，2.5）: 图2.4外形尺寸图 12 图 2.5 led 显示原理图 模块主要硬件构成说明（如图 2.6）所示: 图2.6 硬件图 模块的外部接口（如图 2.7）所示: 图2.7 模块的外部接口图 tg12864el 串口接线方式（如图 2.8）所示： 13 图2.8 tg12864el 串口接线图 2.4 脉冲发生器模块 脉冲性发生器模块电路图及说明：(如下图 2.9 所示) 图2.9 脉冲性发生器模块电路图 ne555 定时器具有定时精度高、工作速度快、可靠性好、电源电压范围宽（3- 18v） 、输出电流大（可高达 200ma）等优点，可组成各种波形的脉冲振荡电路、定时延 时电路、是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能中规模集成电路。 只需在外部配接适当的阻容元件，便可组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡 器等多种应用电路，在这个电路中是多谐振荡器，它电路简单、性能稳定，波形标准。 14 该模块完成传感器脉冲计量，然后转换为公里数，并根据规则计算对应的费用。 同时，监测行驶速度，统计低速时间，计算低速等待费用，提供液晶显示更新函数， 以便主函数可以控制更新用户界面以及行驶里程、费用等信息的显示。该模块包括 pwm 管理程序、里程计量程序、时间管理程序、费用管理程序、用户界面控制程序等部分。 2.5 时钟模块 时钟模块电路图（如图 2.10 所示）及说明: 图2.10 时钟模块电路图 pcf8563 是低功耗的 cmos 实时时钟日历芯片，它提供一个可编程时钟输出， 一个 中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过 i2c 总线接口串行传递。最大总 线速度为 400kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。 特性： * 低工作电流：典型值为 0.25a（vdd=3.0v，tamb=25时） 。 * 世纪标志 * 大工作电压范围：1.05.5 * 低休眠电流；典型值为 0.25a(vdd=3.0v,tamb=25) * 400khz 的 i2c 总线接口（vdd=1.85.5v 时） 。 * 可编程时钟输出频率为：32.768khz，1024hz，32hz，1hz。 * 报警和定时器。 15 * 掉电检测器。 * 内部集成的振荡器电容。 * 片内电源复位功能。 * i2c 总线从地址：读，0a3h；写，0a2h。 * 开漏中断引脚（如图 2.11）： 图2.11 开漏中断引脚图 管脚配置（图2.12所示） 图2.12管脚配置图 功能描述: pcf8563 有16 个位寄存器：一个可自动增量的地址寄存器，一个内置 32.768khz 的 振荡器（带有一个内部集成的电容） ，一个分频器（用于给实时时钟 rtc 提供源时 钟） ，一个可编程时钟输出，一个定时器，一个报警器，一个掉电检测器和一个 400khz i2c 总线接口。 所有 16 个寄存器设计成可寻址的 8 位并行寄存器，但不是所有位都有用。前两 个寄存器（内存地址 00h，01h）用于控制寄存器和状态寄存器，内存地址 02h08h 16 用于时钟计数器（秒年计数器） ，地址 09h0ch 用于报警寄存器（定义报警条件） ， 地址 0dh 控制 clkout 管脚的输出频率，地址 0eh 和 0fh 分别用于定时器控制寄存器 和定时器寄存器。秒、分钟、小时、日、月、年、分钟报警、小时报警、日报警寄存 器，编码格式为 bcd，星期和星期报警寄存器不以 bcd 格式编码。当一个 rtc 寄存器 被读时，所有计数器的内容被锁存，因此，在传送条件下， 可以禁止对时钟日历芯 片的错读。 pcf8563 硬件时钟描写模块: 最大总线速度为 400kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动 产生增量。 *400khz 的 i2c 总线接口（vdd=1.85.5v 时） *可编程时钟输出频率为：32.768khz，1024hz，32hz，1hz。 *报警和定时器。 *开漏中断引脚。 *i2c 总线从地址：读 0a3h；写 0a2h。 地址 寄存器名称 00h 控制/状态寄存器 01h 控制/状态寄存器 0dh clkout 频率寄存器 0eh 定时器控制寄存器 0fh 定时器倒计数数值寄存器 地址 寄存器名称 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 02h 秒 vl 0059bcd 码格式数 03h 分钟 - 0059bcd 码格式数 04h 小时 - - 0059bcd 码格式数 05h 日 - - 0131bcd 码格式数 06h 星期 - - - - - 06 07h 月/世纪 c - - 0112 bcd 码格式数 08h 年 0099 bcd 码格式数 09h 分钟报警 ae 0059 bcd 码格式数 0ah 小时报警 ae - 0023 bcd 码格式数 17 0bh 日报警 ae - 0131 bcd 码格式数 0ch 星期报警 ae - - - - 06 操作举例 *进入 extclk 测试模式；设置控制状态寄存器的位（test=1） 。 *设置控制状态寄存器的位（stop=1） 。 *清除控制状态寄存器的位（stop=0） 。 *设置时间寄存器（秒、分钟、小时、日、星期、月世纪和年）为期望值。 *提供 32 个时钟脉冲给 clkout。 *读时间寄存器观察第一次变化。 *提供 64 个时钟脉冲给 clkout。 *读时间寄存器观察第二次变化；需要读时间寄存器的附加增量时，重复步骤 7 和 8。 2.6 按键扫描模块: 按键扫描模块电路图（图 2.13）所示及说明: 图 2.13 扫描模块电路图 整个系统只有两个按键，一个“启动/停止” ，一个“复位” ；本模块功能:扫描按 键功能，返回扫描结果。 18 第三章 系统程序设计 本系统程序由 c 语言编写，编译软件是 mplab ide 和一个外挂的 pic 的 c 语言编 译软件 picc 。 3.1 系统主程序流程框图（含程序）（如图 3.1） 图 3.1 主程序流程框图 /* 19 / 主程序开始 /* void main() initial(); init(); lcm_init(); initi2c(); count = 0; runmilege=0; flag = 0; play_fg1 = 0; play_fg2 = 0; /* /转换为图形方式 /* write_inst(0x34); write_inst(0x36); clear_picture_fast(); display_picture1();/显示一幅个性化图片 delay(100); /* /转换为文本方式 /* write_inst(0x30); write_inst(0x0c); write_inst(0x01); write_inst(0x06); 20 /* /显示一幅个人信息 /* disp_log1(); delay(200); write_inst(0x01); /* /主程序循环开始 /* while(1) if(mode=0)/模式 0: 显示空车状态 inte = 0; count = 0; kongche(); else if(mode=1) /模式 1: if(!flag)/标志位为“0“时 inte = 0;/禁止中断产生 write_inst(0x01); yingke(); /显示欢迎界面 play(17,50); /播放“您好” play(18,5); /播放“欢迎” play(25,100);/播放“乘坐本公司出租汽车” delay(200); flag = 1; 21 write_inst(0x01); else/标志位为“1“时 inte = 1;/允许产生中断 price();/里程和费率计算 zaike();/进入载客界面 else if(mode=2) /模式 2: inte = 0;/禁止中断产生 if(!play_fg1)/标志位为“0“时 daozhan();/进入到站界面 play(21,60); /播放“车已到站” delay(50); playsound_km(runmil);/播放“行使里程“ delay(50); playsound_mn(pricet);/播放“应付金额“ play_fg1 = 1;/置标志位为“1“ write_inst(0x01); jieshu();/进入结束界面 if(!play_fg2)/标志位为“0“时 play(24,100);/播放“请检查您的随身物品” play(18,5); /播放“欢迎” play(20,5); /播放“再次” play(25,100);/播放“乘坐本公司出租汽车” 22 play(19,5); /播放“再见” play_fg2 = 1;/置标志位为“1“ scankey();/键盘扫描模块 3.2 里程和费率计算程序流程图（图 3.2） 图 3.2 里程和费率计算程序流程图 /* /费率计算函数 /* void price() if(runmilege2300) totalprice=1112+(runmilege-35000)*0.35; price=(ulong)totalprice; 3.3 键盘处理程序流程图（图 3.3） 图 3.3 程序流程图 键盘扫描子程序模块 /* 24 void scankey() if(k2() bell(); if(mode=0x00) mode = 0x01; write_inst(0x01); else if(mode=0x01) flag = 0; mode = 0x02; write_inst(0x01); if(k4() bell(); if(mode=0x02) flag = 0; play_fg1 = 0; play_fg2 = 0; mode = 0x00; write_inst(0x01); count = 0; 25 结 论 通过这次毕业设计,我觉得自己学到了很多东西,特别是在即将毕业走向社会的时 候,增加了