出租车计价器系统设计方案.doc

出租车计价器系统设计方案第一章 出租车计价器系统功能描述1.1 计价器整体功能描述结构设计出租车计价器方案并进行仿真，完成白天晚上转换计价，显示路程、单价、总金额。1.2 各部分电路功能描述1 不同情况具有不同的收费标准。a) 白天b) 晚上2 具有数据的复位功能3 IO 口分配的简易要求a) 距离检测使用霍尔开关A44Eb) 白天/晚上收费标准的转换开关c) 数据清零开关4 数据输出5 按键a) 启动计时开关b) 数据复位（清零）c) 白天/晚上转换第二章 方案论证本系统可分4个模块构成：主控电路、掉电保护模块、信号采集模块和显示模块。2.1主控电路选择方案一 使用数字电路和模拟电路来完成设计要求。显示器件有：LED显示，VFD显示，分段式数码管等等，针对显示单元电路这里可以使用分段式数码管显示，分段式数码管分为共阳极和共阴极两种，对数码管的驱动针对不同的类型采用不同的芯片，共阴极数码管通常采用TTL系列的74LS48驱动，而共阳极数码管通常采用CMOS系列的CD4543来驱动；仅时钟显示电路框图和实际电路就非常复杂，整体电路将更加烦琐。而且对于模式的切换需要用到机械开关，机械开关时间久了会造成接触不良，功能不易实现；整体电路的规模较大，用到的器件多，造成故障率高，难调试。方案二 使用单片机来完成设计要求。单片机功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能。针对计费模式的切换，通过软件编程就可以容易的实现。避免了机械开关带来的不稳定因素。确定方案 经过上面的两种方案的比较，显然第二种方案具有更大的优越性、灵活性，所以我们采用第二种设计方案进行设计。2.2显示电路选择方案一 ：采用液晶显示器（LCD）显示。液晶屏显示功能强大，可显示各种字体的数字、汉字、图像，还可以自定义显示内容，显示内容较丰富；方便操作者读取信息及一些扩展功能的实现。占用系统IO口较少，有效地节约系统资源，使整个系统更加人性化。方案二 ：采用LED数码管显示。数码管具有编程简单，夜间显示效果好，但只能显示有限的符号和数码字，而且显示内容有限。能完成题目中的基本要求，如果还要增加具体功能的提示，则比较难实现。确定方案 经过上面的两种方案的比较，第一种方案具有更大的优越性、灵活性，所以我们采用第一种设计方案进行设计。第三章 计价器系统电路功能单元设计本系统的功能实现具体可分一下几个单元实现，总体电路图参见附录13.1电源模块设计 由于出租车提供的电源是12V的直流电源，所以我们要设计一个DC-DC转换模块给系统电路提供一个5V电源，开关电源控制芯片采用MC34063，MC34063是一单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器，输出电压V0= 1.25 (1 + RB/RA)，RB、RA为反馈电阻。本电路中外接打印机驱动电流为3A所以要对MC34063进行扩流，除外接元器件外再加上BU508A-NPN型大功率三极管构成降压式变换器输出5V-3A，为防止电源反接在输入端添加一个保护二极管。电路如图3-1所示。图3-1 电源电路3.2 里程、计价单元的设计里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器A44E检测到的信号，送到单片机，经过单片机处理计算，输送给显示单元。其基本思路原理如图3-2所示。霍尔传感器车轮小磁铁单片机图3-2出租车计价器传感器测距示意图由于A44E 属于开关型的霍尔器件，其工作电压范围比较宽（4.518V），其输出的信号符合TTL 电平标准，可以直接接到单片机的IO 端口上，而且其最高检测频率可达到1MHZ。图3-3 集成开关型霍耳传感器原理图A44E 集成霍耳开关（图3-3）由稳压器A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)B、差分放大器C、施密特触发器D 和OC 门输出E 五个基本部分组成。在输入端输入电压CC V ，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差H V 输出，该H V 信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC 门输出。当施加的磁场达到工作点(即OP B )时，触发器输出高电压(相对于地电位)，使三极管导通，此时OC 门输出端输出低电压，通常称这种状态为开。当施加的磁场达到释放点(即rP B )时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC 门输出高电压，这种状态为关。这样两次电压变换，使霍耳开关完成了一次开关动作。其集成霍耳开关外形及接线如图3-4所示。图3-4 集成霍耳开关接线我们选择了P3.2 口作为信号的输入端，内部采用外部中断0（这样可以减少程序设计的麻烦），车轮每转一圈（我们设车轮的周长是1 米），霍尔开关就检测并输出信号，引起单片机的中断，对脉计数，当计数达到1000 次时，也就是1 公里，单片机就控制将金额自动的加增加，其计算公式：当前单价 公里数=金额。3.3 数据显示单元的设计图3.4按键及数据显示单元的设计 根据要求我们设计了一个包括时间调整、车轮长度调整的功能键，还有单价上调和下调，复位，计价，液晶背光灯亮度控制等按键。按下对应按键时调用对应的程序执行功能，其中复位按键还包含一个空车指示灯进行辅助显示。显示部分要求显示单价、里程、总金额和另外扩展的时钟显示等各种信息，采用LCD显示很容易满足要求。 第四章 主要元器件选择及介绍4.1 单片机选择89C51和89S51内核相同，但89S51针对89C51的明显的几个升级如下： 1.程序存储器写入方式：二者的写入程序的方式不同，89C51只支持并行写入，同时需要VPP烧写高压。89S51则支持ISP在线可编程写入技术。串行写入、速度更快、稳定性更好，烧写电压也仅仅需要45V即可。 2.电源范围：89S51电源范围宽达45.5V，而89C51系列在低于4.8V和高于5.3V的时候则无法正常工作。 3.工作频率：目前89S11的性能远高于89C51，89S51系列支持最高高达33MHZ的工作频率，而89C51工作频率范围最高只支持到24M。 4.市场价格：由于89C51已经全面停产，所以在市场方面，库存的89C51的批发价格要比89S51贵。 5.兼容型：89S51向下兼容89C51，就是说用89S51可以替代89C51使用，同样的程序，运行结果相同。 6.加密功能：89S51系列全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 7.抗干扰性：内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。 4.2 MCS-51系列单片机内部结构及功能部件4.2.1 MCS-51系列单片机的内部结构框图分析图4-1， 并按其功能部件划分可以看出， MCS-51系列单片机是由8大部分组成的。图4-2为按功能划分的MCS-51系列单片机内部结构简化框图。 这8大部分是： 一个8位中央处理机CPU。 128个字节的片内数据存储器RAM。4 KB的片内程序只读存储器ROM或EPROM。 18个特殊功能寄存器SFR。 4个8位并行输入输出I/O接口：P0口、 P1口、 P2口、 P3口（共32线）， 用于并行输入或输出数据。 1个串行I/O接口。 2个16位定时器/计数器。 1个具有5个中断源， 可编程为2个优先级的中断系统。 它可以接收外部中断申请， 定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。 图4-1 MCS-51系列单片机内部结构框图图4-2 MCS-51系列单片机内部结构简化框图4.2.2单片机外部引脚说明 MCS-51系列单片机芯片均为40个引脚， HMOS工艺制造的芯片采用双列直插（DIP）方式封装， 其引脚示意及功能分类如图4.3所示。 CMOS工艺制造的低功耗芯片也有采用方型封装的， 但为44个引脚， 其中4个引脚是不使用的。 图4-3 MCS51系列单片机引脚及总线结构(a) 管脚图； (b) 引脚功能分类（1）主电源引脚Vcc和Vss VCC（40脚）：接+5 V电源正端； VSS（20脚）：接+5 V电源地端。（2）外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。 在单片机内部， 它是一个反相放大器的输入端， 这个放大器构成了片内振荡器。 当采用外部时钟时， 对于HMOS单片机， 该引脚接地； 对于CHMOS单片机， 该引脚作为外部振荡信号的输入端。 XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端。 在单片机内部， 接至片内振荡器的反相放大器的输出端。 当采用外部时钟时， 对于HMOS单片机， 该引脚作为外部振荡信号的输入端； 对于CHMOS芯片， 该引脚悬空不接。 （3）控制信号或与其它电源复用引脚。控制信号或与其它电源复用引脚有：RST/VPD 、和等4种形式。 A、RST/VPD（9脚）：RST即为RESET， VPD为备用电源， 所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。 B、 (30脚)：当访问外部存储器时， ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出， 用于锁存出现在P0口的低8位地址。 C、（29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端， 低电平有效。 D、/Vpp（31脚）：EA为访问外部程序存储器控制信号，低电平有效。( 4 ) 输入/输出（I/O）：引脚P0口、 P1口、 P2口及P3口A、 P0口（39脚32脚）：P0.0P0.7统称为P0口。P0口是一个三态双向口， 可作为地址/数据分时复用口， 也可作为通用I/O接口。 B、 P1口（1脚8脚）：P1.0P1.7统称为P1口， 可作为准双向I/O接口使用。 C、 P2口（21脚28脚）：P2.0P2.7统称为P2口， 一般可作为准双向I/O接口。它具有通用I/O接口或高8位地址总线输出两种功能.D、 P3口（10脚17脚）：P3.0P3.7统称为P3口。P3口除了可作为通用准双向I/O接口外， 每1根线还具有第2功能。(见图4.4) 图4-4 P3口第2功能表4.2.3并行输入/输出接口 对于四个并行输入/输出接口前面已经简单介绍过了。本设计中主要用到了P1口现在着重介绍，一下P1口。 P1口为准双向口 其1位的内部结构如图4-5所示。 它在结构上与P0口的区别在于输出驱动部分， 其输出驱动部分由场效应管V1与内部上拉电阻组成。 当其某位输出高电平时， 可以提供拉电流负载， 不必象P0口那样需要外接电阻。 从功能上来看P1只有一种功能（对MCS-51子系列）， 即通用输入输出I/O接口， 具有输入、输出、 端口操作3种工作方式， 每1位口线能独立地用作输入或输出线。 图4-5 P1口的结构原理图4.3 1602字符液晶显示简介工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行）注：为了表示的方便 ，后文皆以1表示高电平，0表示低电平管脚功能及引脚说明1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，其中：引脚符号功能说明1VSS一般接地2VDD接电源（+5V）3V0液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。4RSRS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。5R/WR/W为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。6EE(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）8DB1底4位三态、 双向数据总线 1位9DB2底4位三态、 双向数据总线 2位10DB3底4位三态、 双向数据总线 3位11DB4高4位三态、 双向数据总线 4位12DB5高4位三态、 双向数据总线 5位13DB6高4位三态、 双向数据总线 6位14DB7高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flang）15BLA背光电源正极16BLK背光 电源负极寄存器选择控制表RSR/W操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01都busy flag（DB7），以及读取位址计数器（DB0DB6）值10写入数据寄存器（显示各字型等）11从数据寄存器读取数据注：关于E=H脉冲开始时初始化E为0，然后置E为1，再清0.busy flag 1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如A。 以下是1602的16进制ASCII码表：读的时候，先读上面那列，再读左边那行，如：感叹号！的ASCII为0x21，字母B的ASCII为0x42（前面加0x表示十六进制）。 显示地址1234567891011121314151600H01H02H03H04H05H06H07H08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH40H41H42H43H44H45H46H47H48H49H4AH4BH4CH4DH4EH4FH指令集1602通过D0D7的8位数据端传输数据和指令。显示模式设置： (初始化)0011 0000 0x38 设置162显示，57点阵，8位数据接口；显示开关及光标设置： (初始化)0000 1DCB D显示(1有效)、C光标显示(1有效)、B光标闪烁(1有效)0000 01NS N=1(读或写一个字符后地址指针加1 &光标加1)，N=0(读或写一个字符后地址指针减1 &光标减1)，S=1 且 N=1 (当写入一个字符后，整屏显示左移)s=0 当写入一个字符后，整屏显示不移动数据指针设置：数据首地址为80H，所以数据地址为80H+地址码(0-27H，40-67H)其他设置：01H(显示清屏，数据指针=0，所有显示=0)；02H(显示回车，数据指针=0)。通常推荐的初始化过程：延时15ms写指令38H延时5ms写指令38H延时5ms写指令38H延时5ms（以上都不检测忙信号）（以下都要检测忙信号）写指令38H写指令08H 关闭显示写指令01H 显示清屏写指令06H 光标移动设置写指令0cH 显示开及光标设置第五章 程序设计本系统的软件设计主要可分为主程序模块、定时计数中断程序、里程计数中断服务程序、中途等待中断服务程序、显示子程序服务程序、键盘服务程序六大模块。下面对各部分模块作介绍。 5.1 系统主程序设计在主程序模块中，需要完成对各接口芯片的初始化、出租车起价和单价的初始化、中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。另外，在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄存器、里程寄存器和价格寄存器，并对它们进行初始化。然后，主程序将根据各标志寄存器的内容，分别完成启动、清除、计程和计价等不同的操作。当按下S1时，就启动计价，将根据里程寄存器中的内容计算和判断出行驶里程是否已超过起价公里数。若已超过，则根据里程值、每公里的单价数和起价数来计算出当前的累计价格，并将结果存于价格寄存器中，然后将时间和当前累计价格送显示电路显示出来。当到达目的地的时候，由于霍尔开关没有送来脉冲信号，就停止计价，显示当前所应该付的金额和对应的单价，到下次启动计价时，系统自动对显示清零，并重新进行初始化过程。5.2 定时中断服务程序假设中断计数一次代表车轮转动10圈，每当霍尔传感器输出一个低电平信号就使单片机中断一次，计数值加一，程序根据计数值和车轮周长计算出里程数，然后程序又根据里程数和单价计算出总价。最后将结果送LCD显示。5.3 里程计数中断服务程序每当霍尔传感器输出一个低电平信号就使单片机中断一次，当里程计数器对里程脉冲计数满1000 次时，使微机进入里程计数中断服务程序中。在该程序中，需要完成当前行驶里程数和总额的累加操作，并将结果存入里程和总额寄存器中。5.4 中途等待中断服务程序当在计数状态下霍尔开关没有输出信号，片内的T1 定时器便被启动，每当计时到达10分钟，就对当前金额加上中途等待的单价，以后每十分钟都自动加上中途等待的单价。当中途等待结束的时候，也就自动切换到正常的计价。5.5 显示子程序服务程序由于显示部分采用液晶显示，所以只要将液晶进行初始化，在需要显示时调用显示函数对相应的字符及数据在液晶屏的具体位置进行显示。5.6 键盘服务程序键盘采用查询的方式，放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦有按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。5.7 程序流程图图5-1 主程序流程图图5-2 里程计数中断服务流程图第六章 设计总结及致谢6.1 设计总结由于使用的是单片机作为核心的控制元件，以及灵敏的霍尔开关型器件，是本出租车计价器具电路简单、成本低的特点，加上经过优化的程序，使其有很高的智能化水平。但是在我们设计和调试的过程中，也发现了一些问题，譬如计价的金额位数有限，实际的里程可能会很远，会超出我们的显示范围。计价器的设计还不够人性化，比如加上语音的提示功能，可能会更有生命力。6.2 致谢本设计是对我们所学知识的用在实践中一种考验与拓展，并培养我们的独立思考、设计和创新能力、解决遇到问题的能力和团队合作能力，以及我们在走向工作岗位后能更好的发挥学以致用。在碰到困难时不急不燥，在自主解决的前提下，结合团队力量，解决问题并有所创新。在老师的亲切关怀和悉心指导下，我们的设计从无到有，再到基本完成。老师在设计思路上给予我们精心的指导和启迪，他引导我们积极思考，独立解决问题，令我们茅塞顿开，受益匪浅。在设计中学会了一些疑难问题的探讨和工作中的协调性，汲取知识的方式和途径。为今后的工作奠定了坚实的基础。在设计的整个过程中，使我学习到很多宝贵的知识。参考文献1张俊谟.单片机中级教程原理与用应M.北京寒天出版社.2006.62余锡存 曹国华.单片机原理及接口技术M.陕西:西安电子科技大学出版社2000.73雷丽文 等.微机原理与接口技术M.北京：电子工业出版社. 1997.24张毅坤.单片微型计算机原理及应用M.西安电子科技大学出版社. 1998.10附 件附录1附录2#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int day_cost(void); night_cost(void);uint day_price,night_price;uchar code table1=Dayprice:2 wait=30:+1;uchar code table2=Nightprice:3 wait=30:+1;uchar code table3=Cost:0000 Dis : 0000 ;uchar code table4= 00:00:00 ;uchar num,distance,count1,wait;uchar shi,fen,miao,s5num,count2;uint M500,date,waitcost;sbit lcden=P30;sbit rs=P31;sbit s1=P22;sbit s2=P23;sbit s3=P24;sbit s5=P25;sbit s6=P26;sbit s7=P27;sbit s8=P20;sbit s4=P32;void delay(uint z);void write_com(uchar com) rs=0;lcden=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uchar date) rs=1;lcden=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init()waitcost=0; day_price=2;night_price=3;wait=0;count1=0;count2=0;M500=0;date=0000;distance=0000; EA=1;EX0=1;TCON=0x05;TMOD=0x10;TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256; ET1=1; TR1=1;lcden=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80); write_com(0x80+0x40) ;for(num=0;num0;x-)for(y=110;y0;y-);/=选择黑白天=/选择黑夜 the_night(void) write_com(0x01); 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