29 出租车计价器设计

1、业大学单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目： 出租车计价器设计院（系）： 专业班级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 起止时间:本科生课程设计（论文） 本科生课程设计（论文） 课程设计（论文）报告的内容及其文本格式1、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版，单面打印，并装订成册 2、页边距：上 2.5cm，下2.5cm，左3cm,右2.5cm，页眉1.5cm,页脚1.75cm，左侧装订;3、字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字，小四号字、宋体;4、行距：20磅行距;5、页码：底部居中，五号、黑体;6、对图题和图中文字要求:图题是5号黑体，在

2、图的下方居中图中文字是5号宋体，参照图2.17、对表题和表中文字要求:5号黑体，在表的上方居中表中文字是5号宋体，参照表2.1院（系）：电气工程学院课程设计（论文）任务及评语教研室：电气教研室课程设计（论文）题目学生姓名出租车计价器设计专业班级该计价器根据不同情况具有不同的收费标准。有白天/晚上收费标准的转换开关，数据的清零开关，能够在掉电的情况下存储单价等数据，能够显示当前的系统时间。设计任务：CPU最小系统设计（包括 CPU选择，晶振电路，复位电路）测距传感器选择及接口电路设计显示及开关启动电路设计程序流程图设计及程序清单编写技术参数：1.白天：1.2元/公里，晚上2元/公里2 .工作电源

3、12V设计要求：1、分析系统功能，选择合适的单片机及传感器，里程检测电路设计等；2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。第1天查阅收集资料第2天总体设计方案的确定第3-4天CPU最小系统设计第5天测距传感器选择及接口电路设计第6天显示及开关启动电路设计第7天程序流程图设计第8天软件编写与调试第9天设计说明书完成第10天答辩平时:总成绩:论文质量:答辩:指导教师签字：_年 月注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20%以百分制计算本文介绍了出租车计价器系统在实

4、际生产生活中的重要性，介绍一种以单片 机AT89C51为核心的多功能出租车计价器的设计，阐述硬件设计过程中关键技术 的处理。结果表明该计价器具有集计程、计时、计费、存储等多种计量功能。本课题主要研究出租车计价器的硬件设计。论文详细阐述了该计价器的总体 设计：数据存储器扩展模块、复位电路模块、时钟电路模块、里程检测模块、LED显示模块、键盘模块等。关键词：AT89C51 LED显示；霍尔传感器；A/D转换器本科生课程设计（论文）20 V本科生课程设计（论文）20 VI第1章绪论1.1概况1.2本文研究内容第2章CPU最小系统设计2.122系统总体设计方案CPU的选择2.32.42.52.6数据存

5、储器扩展 复位电路设计. 时钟电路设计.CPU最小系统图.第3章 系统输入输出接口电路设计113.13.23.33.4传感器的选择信号采集电路设计AT24C02掉电存储单元设计.LED显示电路设计11121314第4章程序软件设计174.1软件实现功能综述4.2流程图设计4.2.1主程序流程图设计4.2.2计算流程图设计.17171718第5章系统设计与分析195.1系统原理图.5.2系统原理综述5.3软件调试1920第6章课程设计总结21参考文献22&啜Z V我哮本科生课程设计(论文) &啜Z V我哮本科生课程设计(论文) #第1章绪论1.1概况出租汽车已经成为我国城市公共交通的重要组成部分

6、和现代化城市必备的基 础设施，成为人们工作、生活中不可缺少的交通工具。出租汽车服务行业和出租 汽车计价器紧密相关，因为出租汽车必须安装出租汽车计价器才能投入营运。出 租汽车计价器是一种能根据乘客乘坐汽车行驶距离和等候时间的多少进行计价， 并直接显示车费值的计量器具。计价器是出租汽车的经营者和乘坐出租汽车的消 费者之间用于公平贸易结算的工具，因而计价器计价准确与否，直接关系到经营 者和消费者的经济利益。依据国家有关法律、法规，出租汽车计价器是列入国家 首批强制检定的工作计量器具之一，也是近年来国家质量技术监督部门强化管理 的六类重点计量器具之一。出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项新兴行业，随

7、着我国国民经济的 高速发展，出租汽车已成为城市公共交通的重要组成部分。多年来国内普遍使用 的计价器只具备单一的计量功能。目前全世界的计价器中有90%为台湾所生产。现今我国生产计价器的企业有上百家，主要是集中在北京，上海，沈阳和广州等 地。出租车计价器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要标 志，是出租车中最重要的工具。它关系着交易双方的利益，具有良好性能的计价 器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。因此，汽车计价器 的研究也是十分有应用价值的。1.2本文研究内容a:基本要求(1)不同情况具有不同的收费标准。白天 晚上 途中等待(10min开始收费)(2)能进行手动

8、修改单价。&啜Z V我哮本科生课程设计（论文） #&啜Z V我哮本科生课程设计（论文） (3)具有数据的复位功能。(4)10 口分配的简易要求。距离检测使用霍尔开关A44E 白天/晚上收费标准的转换开关 数据的清零开关单价的调整（最好使用+和-按键）(5)数据输出（采用LCM103 ）。单价输出 2位 路程输出 2位 总金额输出3位（6）按键。启动计时开关 数据复位（清零） 白天/晚上转换b:设计任务:CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）测距传感器选择及接口电路设计显示及开关启动电路设计程序流程图设计及程序清单编写本科生课程设计（论文） 本科生课程设计（论文） 第2章CPU

9、最小系统设计2.1系统总体设计方案本文的硬件设计主要包括单片机 AT89C51A44E霍尔传感器电路、AT24C02掉 电存储单元的、里程与计价单元电路、数据存储电路、数据显示电路、按键电路、 语音播报电路、电源电路等电路的设计。在硬件设计过程中，充分利用各部件的 功能，实现多功能的出租车计价器设计。键盘控制部件，AT24C02掉计价器的单片机控制方案图如图 2-1单片机控制方案图所示。它由以下几个 部件组成：单片机AT89S51总金额及单价显示部件、 电存储控制、里程计算单元、串中显示驱动电路等。图2-1单片机控制方案图2.2 CPU的选择此次设计采用Intel公司的AT89C51单片机芯片

10、，其主要特性如下：与MCS-51系列单片机产品兼容4K字节在系统可编程Flash存储器（片内具有4K字节闪速存储器）1000次擦写周期128Bytes的内部RAM单元个8位I/O 口，即32位可编程I/O 口线个16位定时器/计数器个中断源可编程全双工串行口低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒看门狗定时器双数据指针灵活的ISP在线编程功能（字或字节模式）宽范围的工作电压，VCC的允许变化范围为了 2.76.0V可设置为待机状态和掉电状态振荡器及时钟电路，全静态工作方式，时钟频率可为0Hz24MH。具有全静态的工作方式，表明它不一定要求连续的工作时钟定时，在等待内部事件期间，时 钟频率可降至0。

11、AT89C51芯片在出厂时，闪存处于可擦除状态，各地址单元内容为 FFH可 随时进行编程。编程是按字节进行的。编程电压 VPP有高压12V的，也有低压5V 的。AT89C51的内部结构框图如图2-2所示:T3HM1 1P 3PI JFL 5Pl 6H 7ASTRXDTO T7mrtl 1 iiNTwj a ifTn/KjTOW 4.Tiffl.SmissinV-/ATTOC5IvccPO WADO T* IPO l/ADl hrnpo-a/Atw IgniiWJl/ADJ 夏IpO 刪 AIM图2-2单片机引脚图AT89C51芯片的40个引脚功能为:本科生课程设计（论文） 本科生课程设计（论文

12、） &纟Z加、專本科生课程设计（论文） 电源电压。接地。复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，将使单VCC （40 脚）GND（20 脚）RST（ 9 脚）片机复位。XTAL1（ 11脚）反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2（ 18脚）来自反向振荡放大器的输出。P0 口 （ 3932脚） 一组8位漏极开路型双向I/O 口，即地址/数据总线复 用口。作为输出口用时，每位能驱动 8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为 高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地 址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在Flash编程

13、时， P0 口接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口 （ 18脚）带内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P1的输出缓冲级可驱 动4个TTL逻辑门电路。对端口写“T,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平， 此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信 号拉低时会输出一个电流。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2 口 （21-28脚） 带内部上拉电阻的8位双向I/O 口。基本功能与P1 口 基本相同，只是在访问8位地址的外部数据存储器时，P2 口线上的内容在整个访 问期间不改变，Flash编程和程序校验期间，P2亦接收低

14、8位地址。P3 口 （ 10-17脚） 带内部上拉电阻的8位双向I/O 口。基本功能与P1、P2 口基本相同，不再累述。P3口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的 第二功能，P3 口特殊功能如表1所示。表1 P3 口特殊功能P3 口引脚特殊功能P 3.0RXD（串行输入口）P 3.1TXD（串行输出口）P 3.2INTO （外部中断0）P 3.3iirn （外部中断1）P 3.4T0 （定时器0外部输入）P 3.5T1 （定时器1外部输入）P 3.6wn （外部数据存储器写选通）P 3.7丽（外部数据存储器读选通）PSEN/ （29脚）程序储存允许输出，是外部程序存储器的读先通信号

15、，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN信号。EA端必EA端状EA/VPP（ 31脚）夕卜部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器， 须保持低电平，需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存 态。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压VPPALE端ALE/PROG/ （30脚）地址锁存允许信号。当 89C51上电正常工作后， 不断向外输出正脉冲信号，此信号频率为振荡器频率的1/6。通过用示波器查看ALE端是否有脉冲输出，可以确认89C51芯片的好坏。ALE信号可以用

16、作对外输出 的时钟或定时信号。需注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动8个LSTTL门电路。2.3数据存储器扩展AT89C51通过P0和P2 口可为扩展存储器提供16位地址，使扩展存储器的寻 址范围达64KB此外，还有一些引脚信号也是提供存储器扩展使用的。 例如：ALE 信号用于外部程序存储器的地址锁存控制、P SEN言号用于外部程序存储器的读选 通、EA信号用于外部程序存储器的访问控制等。数据存储器6116的扩展6116是静态RAM的典型芯片，存储容量2KB,该芯片为CMO工艺，因此具有 功耗低的特点。弓I脚如图所示：23亠亠1?21IsACDCAlDIA

17、?D；A3D3A4D4A5D5ASD6A?ASA9AIOW6116G E910111514图2-3 6116芯片引脚图引脚功能如下:A10-A0: 11位地址线D7-D0数据输出G:地/W:写选通信号2.4复位电路设计AT89C51单片机有一个引单片机在启动运行时都需要进行复位操作，以便使 CPU和系统中的其它部件 都处于某一确定的初始状态，并从这个状态开始工作。脚RST它是施密特触发器的输入端，其输出端接复位电路的输入。复位之后，使 ALE PSEN P0 P1、P2 口的输出均为高电平（即 复位后，内部寄存器的状态如表 2所示。RST变为低电平后，便又CPU从初始化工作，由状态表可知，复位

18、后：程序寄存器为 0000H 内部RAM不受复位影响。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期（即二个机器 周期）以上，若使用频率为6MHZ勺晶振，则复位信号持续时间应超过 4卩s才能 完成复位操作。 为输入状态）， 退出复位状态。 开始执行程序，复位有电复位和按键手动复位两种。按键手动复有电平方式和脉冲方式两种。 本次设计中，为方便人的操作，采用按键手动复位的按键电平复位。表2单片机复位后各寄存器的状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P30FFHSCON00HIPXX0000

19、00HSBUF00HIE0X000000HP CON不定TMOD00H0XXX0000B复位电路连接图如下:E1C1昨IHR2I IOK?10?ao?】3?14?4?15?i?16?C6?1TINTI?20INTO?21T1P23TO?4亠 4 一貢V?26P27XIX2RESETKXDTXD更ALE?WK?SS3312B10 1119363S32A Qli1421 hA 丄亠26sscii图2-3复位电路I I392.5时钟电路设计时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才能为单片机的时钟 脉冲信号。一般电容C2和C3取30uF左右。晶体振荡频率范围是1.2MHz 12MHz 晶体振

20、荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行也就快，但反过来运行速 度快对存储器的速度要求就高，对印刷电路板的工艺要求也高（线间寄生电容要 小）。在本次设计中，我们选取晶振频率为 12MHz,C2和C3的值均为33uF。本科生课程设计（论文） 本科生课程设计（论文） 图2-4时钟电路2.6 CPU最小系统图单片机最小系统，是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系 统成本低廉、结构简单，常用来构成简单的控制系统。111KIC：55c7TaI I10fiF|a CS|3hFPJ?10PW?11?01?12P吧刃3旳?14?licmINTOpn:prX 4T1?23TO?24?*耳VP?饷 ?U

21、XI忠JtSTKKD IXDKD 丽EALE? ?EEN1314聲Vfi 計1212225272S1 11011ir-4图2-5 CPU最小系统电路图TY第3章 系统输入输出接口电路设计3.1传感器的选择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，经处理计算，送给显示单元的。其原理如图 3-1传感器测距示意图所示。图3-1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10端口上，而且其最高检 测频率可达到1MHZA44E集成霍耳开关由稳压器A霍耳电势发生器（即硅霍耳片）B

22、、差分放大器 C施密特触发器D和0C门输出E五个基本部分组成。在输入端输入电压VC时，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 0C门输出。当施加的磁场达到工作 点（即B0P时，触发器输出高电压（相对于地电位），使三极管导通，此时0（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BrP）时，触发器输出低电压，三极管截止，使 0C1输出高电压，这种状态为关。这样两次电压 变换，使霍

23、耳开关完成了一次开关动作。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，对脉冲计数，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增加，其计算公式：当前单价X公里数 : 金额（和上面有出入）。3.2信号采集电路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，经处理计算，送给显示单元。在霍尔电势发生器的两端加上电压 VCC后，根据霍尔效应原理，当霍尔 片处在磁场中时，霍尔传感器的输出端输出低电平。当车轮转动一

24、圈时小磁铁提 供一个磁场，则霍尔传感器输出一次低电平完成一次数据采集。此次设计选择了 P3.3 口作为信号的输入端，内部采用外部中断 0，车轮每转一圈（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，对脉冲计数。通过计 算将脉冲增加体现金额和里程上。信号采集电路如图3-3：图3-3模拟量检测电路3.3 AT24C02掉电存储单元设计a： AT24C02芯片及其引脚功能AT24C01是AtemI公司的1KB的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和 单片机通讯，电压最低可以到 2.5V，额定电流为1mA静态电流10uA（5.5V），芯 片内的资料可以在断电的情况下保存 40年以

25、上，而且采用8脚的DIP封装，使 用方便。AT24C02芯片引脚配置如图A0A1A2GND3-4所示：1 1827361 45图3-4 AT24C02芯片引脚VCCSCLSDAAT24C02芯片引脚功能如下:AT24C02芯片DIP封装，共有8个引脚，其中: b： AT24C02掉电存储单元A2A0地址引脚;SDA SCLI2C总线接口;WP写保护引脚，WP接VSS时，禁止写入高位地址， WP接 VDD时, 允许写入任何地址；VCC电源端GND接地端图中R5 R6是上拉电阻，其作用是减少AT24C02的静态功耗，由于AT24C02的 数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根

26、线 SCL（移位 脉冲）和SDA（数据/地址）与单片机传送数据。每当设定一次单价，系统就自动调用存储程序，将单价信息保存在芯片内； 当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的单价等信息读到 缓存单元中，供主程序使用。AT24C02掉电存储单元电路图如3-5所示：图3-5 AT24C02掉电存储单元电路3.4 LED显示电路设计a： LED显示模块在单片机应用系统中，为了控制系统的工作状态，以及向系统中输入数据和 信息，系统应设有按键或键盘。为了观察和监视键盘输入的信息，为了了解系统 的工作情况以及得到系统完成任务的结果，系统应设有显示装置。单片机最常用 的显示装置是LED显示器。

27、由于设计要求有单价（2位）、路程（2位）、总金额（3位）显示输出，加 上我们另外扩展了时钟显示（包含时分秒的显示），采用LCD液晶段码显示，在 距离屏幕1米之外就无法看清数据，不能满足要求，而且在白天其对比度也不能 够满足要求，因此我们采用 6位LED数码管的分屏显示。时钟显示（图中显示为 12点00分46秒）路程和单价显示（图中显示为总路程12公里，当前单价4.6元）图3-5采用6位LED数码管的分屏显示在应用过程中，可以通过键盘电路对 6位LED数码管进行设置。图3-6 LED数码显示电路b：键盘电路当单价等信息需要进行修改时，就要用到键盘进行修改。由于调节信息不多, 故采用4个独立键盘即

28、可，分别实现清零、切换、增大、减小和功能等作用。电 路如图11所示。&啜Z V我哮本科生课程设计（论文） 本科生课程设计（论文） 清零PLOPUS3 什增大/切换孑PL2PUS4减小S5图3-7键盘电路第4章程序软件设计4.1软件实现功能综述当汽车运行起来时，就启动计价，根据里程寄存器中的内容计算和判断行驶 里程是否已超过起步价公里数。若已超过，则根据里程值、每公里的单价数和起 步价来计算出当前的总金额，并将结果存于总金额寄存器中；中途等待时，无脉 冲输入，不产生中断，当时间超过等待设定值时，开始进行计时，并把等待价格 加到总金额里，然后将总金额、里程和单价送数码管显示出来。4.2流程图设计4

29、.2.1主程序流程图设计在主程序中，需要完成对各参量和接口的初始化、出租车起步价和单价的初始化以及中断、计算、循环等工作。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。1阪曲pT夜恳卒侪IN图4-1主程序流程图4.2.2计算流程图设计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蛮1000次时，进入里程计数中断服务程序中，里程变量加一。主函 数中总金额也相应地变化。图4-2计算程序流程图本科生课程设计（论文） 本科生课程设计（论文

30、） 5.1系统原理图第5章系统设计与分析p；lc巫2kKT：NT；X：况二越ij卓- 191ITfl 1，-r_V!7P：4A：LP=2耐f：4P：jr：dIJ J 4 - J * C L - - - J 4 -Ji*TCDri&-5诗9I4-w苏f翘d笔%T疋HLSM1L5Ck斗匸乂曰图5-1系统原理图。耳更00&啜Z V我哮本科生课程设计（论文） &啜Z V我哮本科生课程设计（论文） 5.2系统原理综述本文的硬件设计主要包括单片机 AT89C51A44E霍尔传感器电路、AT24C02掉 电存储单元的、里程与计价单元电路、数据存储电路、数据显示电路、按键电路、 语音播报电路、电源电路等电路的

31、设计。在硬件设计过程中，充分利用各部件的 功能，实现多功能的出租车计价器设计。主要是通过传感器对采集车轴转数， 通过主机模块进行计算，从而得出里程、 金额等信息。当汽车运行起来时，就启动计价，根据里程寄存器中的内容计算和 判断行驶里程是否已超过起步价公里数。若已超过，则根据里程值、每公里的单 价数和起步价来计算出当前的总金额，并将结果存于总金额寄存器中；中途等待 时，无脉冲输入，不产生中断，当时间超过等待设定值时，开始进行计时，并把 等待价格加到总金额里，然后将总金额、里程和单价送数码管显示出来5.3软件调试根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和 软硬件联调。由于在系统