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毕业设计
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DZ224多功能出租车计价器,毕业设计
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2 第二章 总体 方案 选择 2.1 方案一： 基于 CPLD FPGA 的出租车计费器 2.1.1 系统组成 基于 CPLD FPGA 的出租车计费器的组成如图 2-1 所示。各部分主要功能如下： (1)A计数器对车轮传感器送来的脉冲信号进行计数 (每转一圈送一个脉冲 )。不同车型的车轮直径可能不一样，通过 “ 设置 1” 对车型做出选择，以实现对不同车轮直径的车进行调整。 (2)B 计数器对百米脉冲进行累加，并输出实际公里数的 BCD 码给译码动态扫描模块。每计满 500 送出一个脉冲给 C 计数器。 “ 设 置 2” 实现起步公里数预制。(3)C 计数器实现步长可变 (即单价可调 )的累加计数，每 500 米计费一次。 “ 设置 3”用来完成超价加费、起步价预制等。 (4)译码动态扫描将路程与费用的数值译码后用动态扫描的方式驱动数码管。 (5)数码管显示将公里数和计费金额均用四位 LED 数码管显示 (三位整数， 1 位小数 )。 2.2.2 功能模块设计 出租车计费器由车型调整模块、计程模块、计费模块、译码动态及扫描等模块组成，整个系统采用模块化设计，首先用 VHDL 编写功能模块，然后用顶层原理图将各功能模块连接起来 。各模块的软件部分都是用 C 语言完成。 2.2.3 系统综合 图 2-1 基于 CPLD/FPGA 的出租车计费器组成框图 nts 3 （ 1） 模块联调 各个功能子模块设计完成后，利用 MAXPLUS 的图形编辑器 (Graphic Editor)将各功能子模块 ( sym)进行连接。由于 MILE 模块中存在毛刺，故不能直接与后级相连，通过对输出脉冲信号加门电路延时，再与原始信号相 “ 与 ” 的方法即可消除毛刺。 芯片管脚定义可以直接用 编辑 pin 文件或在 Floor Plan Editor 下进行。完成管脚定义后选择器件 (EPM7128SIC84 15)，编译后生成 sof、 pof 及报告文件 rpt。查看报告文件可得到器件管脚的利用情况及器件内部资源的使用情况。通过更换适当的器件使其资源配置达到最优。选择器件的一般原则是系统所使用的资源不要超过器件资源的 80，若超过 90，系统功耗将增大，工作不稳定。从本次设计器件部分报告中得知：输入、输出管脚各用 16 只，芯片资源利用率仅为 51，具有 较大的扩展空间。 （ 2） 硬件设计说明 本次设计的出 租车计费器计数脉冲 CP 来自车轮转速传感器 (干簧管 )，脉冲经器件内部整形后送计数器；动态扫描脉冲由外围电路给出；系统使用整流、滤波、降压后的出租车电源供电；由于 CPLD FPGA 的驱动能力有限，为了增强数码管的亮度，提高系统的可靠性，设计中在 LED 驱动和位驱动上分别增加了电流驱动器件 ULN2803和 2SCl015。 现场实验表明：该计费器实现了按预制参数自动计费 (最大计费金额为 999 9 元 )、自动计程 (最大计程公里数为 999 9 公里 )等功能；能够实现起步价、每公里收费、车型及加费里程的参数预制 (如：起步价 5 00 元； 3 公里后， 1 20 元公里；计费超过 15 00 元，每公里加收 50的车费等 )，且预置参数可调范围大。由于采用了CPLD FPGA 大规模可编程逻辑器件，整机功耗小、抗干扰能力强、系统稳定、工作可靠、升级方便。另外，根据实际需要，系统可方便地增加以下功能： 通过芯片内部编程增加时钟功能 (器件内部资源足够 )，既可为司机和乘客提供方便，又能为夜间行车自动调整收费标准提供参考； 用 CPLD FPGA 的输出引线控制语音芯片，可向乘客发出问候语、提醒乘客告诉司机所要到达的地点、报出应收缴的费用等。 2.2 方案 二 ： 基于 MC68HC705 单片机的多功能出租车计价器 2.2.1 硬件配置及性能特点 计价器的系统硬件框图如图 2-2 所示。系统选用 MO TOROLA 公司的一种低能耗高性能nts 4 的 8位单片机 MC68HC705C8 作为中央 CPU 单元。该单片机片内带有 8 k 字节 EROM 及304 字节 RAM , 它采用统一编址方式 , 即所有 I/O 寄存器、数据存储器、程序存储器都处于同一地址空间 , 因而其指令系统简单 , 便于编程 ; I/O 口可根据需要设定为输入或输出 , 因而是真正的双向 I/O 并行口 ; 其特有的 SP I (串行外围接口 ) 功能可用来扩展各种 I/O; 此外 , 其独有的输入捕捉功能端记录外部发生事件非常方便。 (1) 计量功能 传感器输出信号接在单片机的 TCA P 端 (输入捕捉端 ) , 输入捕捉寄存器 ( ICR ) 记录 TCA P 端的脉冲次数 , 再通过程序折合成行车里程及车资。由于传感器采用机械接触方式控制电路的通断以及光电耦合器件 , 因而可避免干扰信号的影响。 (2) 显示功能 采用 14 个 L ED 数码管进行显示。由于使用一般的 L ED 驱动器将造成布线困难及占用太多电路板体积 , 本设计选用 MO TOROLA 公司的新型 L ED 驱动器 MC14489。该驱动器可直接驱动 5 位 L ED, 且其与单片机的连接为串行通信。该设计使用了 3 片MC14489, 通过级联而成。其中第一片的同步时钟端 CL K、数据输入端 D I、允许端 EN 分别接单片机的 SCK、 MO S I、 PB6, 第二、三片的 CL K、 EN 端分别接单片机的 SCK、PB6, 第一片的串行数据输出端 DO 接第二片的 D I, 第二片的 DO 接第三片的DI,MC14489 的并行输出端 a h 接 L ED 的 a g、 dp 以输出显示数据 ,BAN K1 BAN K5 接各位 L ED 的共阴极端 ,以输出位选信号。时间显示数据来自日历时钟芯片 M SM 5832, 它通过 MO TOROLA 公司的串入并出芯片 MC74HC595 与单片机连接。 M SM 5832的 HOLD、 WR、 RD、 CS、 A 3 A 0 分别与 MC74HC595 的 8 位并行输出端 Q 0 Q 7 相连 ,MC74HC595 的移位脉冲端 SCL K、并行接收时钟端 RCL K、串行输入端 S IN 分别接单片机的 SCK、 PB5、 MO S I,M SM 5832 的数据输出口 D0 D3 接 CPU 的 PA 4 PA 7。 (3) 打印功能 打印功能主要打印发票 , 内容包括车牌号、单价、起租价、过桥次数、行车里程、车资及日期等数据。打印机选用 EPSON 公司的 MODE2150 型打印机 , 该打印机有 7 根控制线 , 单向数据传送线 DB0 DB3 接单片机的 PC0 PC3, 数据选通信号 STB 接 PB0,忙线 BU SY 接 PB1, 应答信号 ACK 接 PD7。当单片机通过 PB0 给出打印命令后 , 打印机便根据 PC0 PC3 给出的信息打印出相应的数据。 (4) 防作弊功能 为防止不法分子的作弊行为 , 需将一些初始值 , 如昼夜单价、起租价、起租里程、待时时间等参数固定。为此 , 本设计选用 A TM EL 公司的 E2PROM 93C46 来固化这些参数。 93C46 可提供 128 字节的存储容量 , 且能重复使用 1 万次 , 存储在上面的数据可设置保密位 , 因而能起到防作弊功能。 93C46 的 CS、 SK、 D I、 DO 分别接单片机 PA 0 PA 3。此外 , 还通过单片机的 PB2、 PB3、 PB4 外接按钮开关 , 分别作为起 停按钮、复位按钮与过桥按钮。 nts 5 2.2.2系统软件设计 该系统软件采用汇编语言编写 , 系 统程序固化在单片机内部的 EEPROM 存储器中 , 程序包括主程序和若干子程序。主程序的功能是开机后负责管理和调用子程序 , 主程序框图如图 2-3所示。子程序共有 4 个 , 分别是键盘扫描子程序、计量子程序、读日历时钟子程序及显示子程序。键盘扫描子程序判断出租车营运状态 , 是否需过桥加价及是否复位 ; 读日历时钟子程序为系统提供需要显示的时间数据 , 并根据时间数据实现昼夜单价及起租价自动转换 ; 计量子程序根据传感器输入脉冲次数 , 将其转换为行车里程及车资 ; 显示子程序根据当前的时间、车资、里程及单价进行实时显示。 此出租车计价器具有计量功能、显示功能、打印功能、防作弊等多种功能。经运行证明 : 整机性能稳定、功耗小于 3. 8W、计程与计时误差均在 + 0. 5% 1. 0% 之间 , 并且系统体积小、成本低 , 能够很好地满足市场对出租车计价器的要求。 图 2-2 硬件框图 nts 6 2.3方案三： 基于 AT89C51单片机的多功能出租车计价器 2.3.1 硬件 设计 计价器的系统硬件框图如图 2-4所示。系统选用高性能的 8位单片机 AT89C51 作为中央 CPU 单元。该单片机片内带有 4 KB的快速擦写存储器 及 128字节 RAM , 软 件上与MCS-51系列完全兼容，编制的汇编语言程序可运行与这良种系列的单片机。 (1) 计量功能 传感器输出信号接在单片机的 P3.5端 (定时器 1： 外部事件计数输入 ) , 记录 脉冲次数 , 再通过程序折合成行车里程及车资。由于传感器采用加密形式 , 因而可避免干扰信号的影响。 A T 89 C 51 DS1302 打印机 TPP-40A AT93C46 开关按钮 加密 传感器 MAX 7219 LED 图 2-3 主程序框图 图 2-4 基于 89C51 的出租车计价器系统框图 nts 7 (2) 显示功能 计价器可显示时间、单价、起租价、总价及行车里程。采用 16个 LED 数码管进行显示。由于使用一般的 L ED 驱动器将造成布线困难及占用太多电路板体积 , 本设计选用 美 国 MAXIM公司的串行接口 8位 L ED 驱动器 MAX7219。 且其与单片机的连接为串行通信。该设计使用了 2片 MAX7219, 通过级联而成 ，不另外占用单片机口线。 (3) 打印功能 打印功能主要打印发票 , 内容包括车牌号、单价、起租价、 行车里程、车资及日期等数据。打印机选用 TP P-40A 型打印机。 (4) 防作弊功能 为防止不法分子的作弊行为 , 需将一些初始值 , 如昼夜单价、起租价、起租里程、待时时间等参数固定。为此 , 本设计选用 A TM EL 公司的 E2PROM 93C46 来固化这些参数。 93C46 可提供 128 字节的存储容量 , 且能重复使用 1 万次 , 存储在上面的数据可设置保密位 , 因而能起到防作弊功能。 2.3.2 系统软件设计 该系统软件采用汇编语言编写 , 系统程序固化在单片机内部的 EROM 存储器中 , 程序包括主程序和若干子程序。主程序的功能是开机后负责管理和调用子程序。子程序共有 4 个 , 分别是 计量子程序、读日历时钟子程序，打印子程序及显示子程序 。 读日历时钟子程序为系统提供需要显示的时间数据 ; 计量子程序根据传感器输入脉冲次数 , 将其转换为行车里程及车资 ; 显示子程序根据当前的时间、车资 、里程及单价进行实时显示。 此出租车计价器具有计量功能、显示功能、打印功能、防作弊等多种功能。 准确测量汽车移动的距离 , 误差 1 %。累计测量低速及等待时间 ,误差 1 %。自动判别速度高低 ,在低于设定速度时 ,能累计低速时间 ,测量误差 0. 5km/ h。可准确指示当前时刻。 它设计美观大方、安全可靠、功能齐全、操作简便、显示数字、尺寸大、观察清晰、
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