基于單片機的出租車計價器設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計論文.doc

基于單片機的出租車計價器設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（設(shè)計）畢業(yè)設(shè)計（設(shè)計） 題目：基于單片機的出租車計價器設(shè)計題目：基于單片機的出租車計價器設(shè)計 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） ，是我個人在指導(dǎo)教師的 指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和 致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不 包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的 說明并表示了謝意。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文） 的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本； 學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱 覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在 不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名： 日 期： 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所 取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任 何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢 獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的 法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意 學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文 被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或 部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手 段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名：日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 注 意 事 項 1.設(shè)計（論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（300 字左右） 、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論） 、正文、結(jié)論 7）參考文獻 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） 2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單 等） ，文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 1.2 萬字。 3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件） 。 4.文字、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字， 不準(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙 應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫， 不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 a4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 5.裝訂順序 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 基于單片機的出租車計價器設(shè)計基于單片機的出租車計價器設(shè)計 摘摘 要要 隨著國內(nèi)城市現(xiàn)代化的發(fā)展，出租車行業(yè)突飛猛進，出租車計價器的市場需求量 也大大增加。出租車計價器是乘客與司機雙方的交易準(zhǔn)則，是出租車行業(yè)發(fā)展的重要 標(biāo)志，關(guān)系著乘客和出租車司機雙方的利益。具有良好性能的計價器無論是對廣大出 租車司機朋友還是乘客來說都是很必要的。 傳統(tǒng)機械式和半機械式出租車計價器主要依靠傳感器接收的脈沖進行計數(shù)，依靠齒 輪比進行計價，不可避免的造成計價器易損耗，精度低，不易調(diào)整價格，容易作弊等 問題。從加強出租車行業(yè)管理及服務(wù)質(zhì)量并且節(jié)約成本出發(fā)，考慮到單片機已經(jīng)再各 個領(lǐng)域成熟的應(yīng)用了幾十年，其技術(shù)可靠，參考資料豐富，價格低廉，因此本文選取 了 at89s52 這一單片機做為計價器的核心。運用霍爾傳感器檢測車輪轉(zhuǎn)數(shù)，讀取掉電 存儲單元里面的價格信息，經(jīng)單片機處理之后顯示到 led 數(shù)碼管上。用單片機進行的 設(shè)計，相對來說功能強大，用較少的硬件和適當(dāng)?shù)能浖嗷ヅ浜虾苋菀讓崿F(xiàn)設(shè)計要求， 且靈活性強，可以通過軟件編程來完成更多的附加功能。通過軟件就可以輕易的實現(xiàn) 計費模式的切換。本設(shè)計采用 led 數(shù)碼管提供了友好易讀的界面，數(shù)據(jù)信息一目了然， 極大的方便了司機朋友的使用。 關(guān)鍵詞:出租車計價器；at89s52；單價調(diào)節(jié)； 軟硬件設(shè)計 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 a design of taximeter based on single chip design abstract with the development of modern domestic cities, the taxi industry by leaps and bounds，and the rental car mileage fare meters market demand is also greatly increasing. taximeter is both passengers and drivers of the transaction criteria, a taxi is the most important tools. it relates to the interests of both transactions. has a good performance regardless of the meter is a vast number of taxi drivers or passengers are very necessary. traditional mechanical and semi-mechanical taximeter rely mainly on the sensor to receive the pulse count, relying on the pricing of gear ratio, the inevitable result of the meter easy to wear and tear, low precision, easy to adjust the price, easy to cheat and other issues.in order to strengthen the rental car trade management and the grade of service，and saves the cost to embark，the single-chip circuitry to at89s52 as the center, an additional hall sensor a44e ranging, to realize taximeter statistics, using at24c02 realize when the system power- down unit prices and save information such as system time. mcu used for the design, a relatively powerful, with less hardware and appropriate software can easily coordinate with each other to achieve the design requirements, flexibility and strong, can be programmed by software to complete more of the additional function. pricing model for the switch, software programming and can easily cite the achievement. also in this programme that the use of a 8 digital display tube, can be more friendly to use interface. this design uses led digital tube to provide a friendly and easy to read interface and data information at a glance, which greatly facilitates the use of the driver friends。 key words: rental car mileage fare meter；at89s52 ；unit price adjustment；software and hardware design 目錄 1 緒論1 1.1 課題背景1 1.2 本文研究目的.2 1.3 本文主要內(nèi)容2 2 總體方案設(shè)計3 2.1 方案論證與比較3 2.2 單片機系統(tǒng)總體設(shè)計4 2.3 芯片簡介5 2.3.1 at89s52.5 2.3.4 ds13026 2.3.5 a44e .7 2.3.6 at24c02.8 2.3.7 74ls13810 3 硬件電路設(shè)計11 3.1 cpu 模塊.11 3.2 路程測量部分.12 3.3 數(shù)據(jù)顯示部分.13 3.5 時鐘部分.14 3.6 掉電存儲電路.14 3.7 按鍵部分電路.15 3.8 章節(jié)總結(jié).16 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計17 4.1 主程序設(shè)計.17 4.2 里程計數(shù)中斷服務(wù)程序.18 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 4.3 仿真結(jié)果.19 4.3.1 仿真軟件 proteus19 4.3.2 proteus 界面介紹.20 4.3.3 proteus 仿真結(jié)果.20 5總 結(jié)22 參考文獻23 致謝25 附錄 a 系統(tǒng)總原理圖26 附錄 b 各部分程序.27 附件 附件 1 開題報告（文獻綜述） 附件 2 譯文及原文影印件 第 1 頁 共 40 頁 1 緒論 1.1 課題背景 出租車行業(yè)在我國是八十年代初興起的一項新興行業(yè)，隨著出租車行業(yè)的 迅速發(fā)展，出租車已經(jīng)成為了城市交通不可分割的部分，出租車計價器是乘客 與司機之間的一把秤，它關(guān)系著交易雙方的利益，是出租車中最具標(biāo)志性的工 具。一個性能良好的計價器無論是對廣大出租車司機朋友還是乘客來說都是非 常重要的1。 出租汽車計價器是一種專用的計量儀器，它安裝在出租汽車上，能連續(xù)累 加計算，并指示出行程中任一時刻乘客應(yīng)付費用的總數(shù)，其金額值是計程和計 時時間的函數(shù)。出租車計價器在最初使用時具備的主要功能是根據(jù)行駛里程計 價，要求精度高，可靠性好。要將出租車計價系統(tǒng)產(chǎn)品化，應(yīng)該根據(jù)客戶不同 的需求進行不同的設(shè)計，在程序中增加一些可以人為改變但又不是可以在運行 中隨意改變的參數(shù)，以便客戶根據(jù)不同的需要隨時調(diào)節(jié)單價以及計價方式。 多年來國內(nèi)普遍使用的車租車計價器計量功能少，操作不便，而且目前世 界上 90%的計價器產(chǎn)自臺灣?，F(xiàn)今國內(nèi)生產(chǎn)計價器的企業(yè)僅有數(shù)百家，主要是 集中在珠江三角和江蘇等地。這些企業(yè)也大都是一些中小型的企業(yè)，研發(fā)水平 有限，技術(shù)水平不高，國際競爭力也不強2。 我國最早的計價器幾乎都采用機械齒輪構(gòu)成，只能完成簡單的測量功能， 從某種程度上說，早期的計價器就只是個特殊的里程表。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 產(chǎn)生了采用了手搖計算機與機械結(jié)構(gòu)相結(jié)合的新一代的計價器。它在計程的同 時還可完成計價的工作。大規(guī)模集成電路的發(fā)展帶來了第三代計價器，也就是 現(xiàn)在常見的功能也在不斷完善的全電子化的計價器。 現(xiàn)在各大中城市出租車行業(yè)都必備出租車計價器，甚至于沒有正規(guī)的出租 車計價器的出租車幾乎不再有人相信是真的，所以計價器市場的發(fā)展已成為了 不可阻擋的趨勢3。而部分小城市出租車行業(yè)尚不發(fā)達，但隨著城鎮(zhèn)城市化進 程的日益加快，象征著城市面貌的出租車行業(yè)也將加速發(fā)展，計價器市場的不 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 2 頁 共 40 頁 斷擴張也是毫無疑問的，所以未來出租車計價器的市場潛力還是巨大的。 1.2 本文研究目的 目前的出租車計價器種類繁多，采用的方案也各不相同。從傳統(tǒng)簡單的邏 輯電路方案到高性能的 fpga 方案，極大地豐富了計價器市場。但是各個方案 又都有其難以避免的缺點，例如邏輯電路，由于主要依靠傳感器接收的脈沖進 行計數(shù)，依靠齒輪比進行計價，不可避免的造成計價器易損耗，精度低，不易 調(diào)整價格，容易作弊等問題4。 因此本文擬采用一個簡單易行，且價格低廉的方案來取代當(dāng)前的出租車計 價器?？紤]到單片機已經(jīng)再各個領(lǐng)域成熟的應(yīng)用了幾十年，其技術(shù)可靠，參考 資料豐富，價格低廉，因此本文選取了 at89s52 這一單片機做為計價器的核心。 運用霍爾傳感器檢測車輪轉(zhuǎn)數(shù)，讀取掉電存儲單元里面的價格信息，經(jīng)單片機 處理之后顯示到 led 顯示屏上。相信這種計價器能夠成功的取代當(dāng)前的出租車 計價器給乘客和出租車司機帶來方便和實惠。 1.3 本文主要內(nèi)容 本文第一章主要介紹了出租車計價器的一些相關(guān)信息，簡要的敘述了本設(shè) 計存在的意義。第二章對當(dāng)前的各種方案進行了比較論證，最后選取其中綜合 性能最好的方案，并且對這一方案里面所采用的各種芯片進行了簡要的減少和 說明。第三章則詳細(xì)的敘述了各個芯片的硬件電路，各部分的功能構(gòu)成，以及 周邊電路的設(shè)計。第四章則介紹了各個軟件模塊的設(shè)計方案，軟件流程。也簡 單介紹了本文模擬用的軟件 proteus 和 proteus 的仿真的結(jié)果。 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 3 頁 共 40 頁 2 總體方案設(shè)計 2.1 方案論證與比較 出租車計價器是出租車營運收費的專用計量儀表，隨著電子技術(shù)的發(fā)展也 給出租車計價器的發(fā)展帶來了春天，日漸豐富的功能，完善的周邊電路，更加 人性化的操作也讓出租車計價器技術(shù)日新月異，國內(nèi)出租車計價器的發(fā)展從傳 統(tǒng)的齒輪傳動組成的機械式到用手搖式計算機代替部分機械元器件的半電子化 出租車計價器5。出租車計價器的發(fā)展從未有過停止，各種新的解決方案也層 出不窮。面對眾多可選擇的方案，出租車計價器計費是否能夠公平公正準(zhǔn)確的 計費、是否能夠讓乘客信任是才是廣大客戶最關(guān)心的問題，而計價器營運數(shù)據(jù) 是否方便管理，是否能夠?qū)崿F(xiàn)燃油附加費、稅收的方便管理才是出租車司機最 關(guān)注的6。在查閱了大量的資料和文獻之后，本文最終篩選出了以下的兩種較 為簡單易行又常見的方案： 方案一：采用單片機技術(shù)。單片機有著豐富的 i/ o 端口，可實現(xiàn)基本的里 程計價功能和價格調(diào)節(jié)、時鐘顯示功能。其原理如圖 2.1 所示。 at89s52 單片機 按鍵 at24c02掉電存儲單元 里程測量單元 顯示驅(qū)動單元 單價顯示總價顯示 圖 2.1 單片機控制方案 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 4 頁 共 40 頁 方案二：采用 eda 技術(shù)，根據(jù)層次化設(shè)計理論，該設(shè)計問題自頂向下可分 為分頻模塊，控制模塊、計量模塊、譯碼和動態(tài)掃描顯示模塊，其系統(tǒng)框圖如 圖 2.2 所示： 時鐘信號 等待信號 公里脈沖 計費/復(fù)位 分頻器 控制器 顯示 譯碼 計費 計時 計程 圖 2.2 fpga 控制方案 通過比較以上兩種方案，fpga 設(shè)計雖然也能滿足要求，但是考慮到成本 和擴展性上不如單片機，而且維修不方便，在中小規(guī)模生產(chǎn)的情況下沒有明顯 的性價比。而相比來說單片機有較大的活動空間，利用單片機豐富的 io 端口， 及其控制的靈活性，不但能實現(xiàn)基本的里程計價功能和價格調(diào)節(jié)、時鐘顯示功 能，而且能在很大的程度上擴展功能，還可以方便的對系統(tǒng)進行升級。為此采 用了單片機進行設(shè)計，相對來說功能強大，用較少的硬件和適當(dāng)?shù)能浖嗷ヅ?合可以很容易的實現(xiàn)設(shè)計要求。 2.2 單片機系統(tǒng)總體設(shè)計 本次設(shè)計我們利用單片機 at89s52 芯片作為設(shè)計的核心，利用霍爾傳感器 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 5 頁 共 40 頁 測距，實現(xiàn)對出租車計價統(tǒng)計，采用 at24c02 實現(xiàn)在系統(tǒng)掉電的時候保存單 價和系統(tǒng)時間等信息，顯示采用 8 位 led 數(shù)碼管，分屏顯示單價、路程、總金 額以及時間. 當(dāng)出租車啟動時，單片機檢測到霍爾傳感器的脈沖信號并進行里程計算。 當(dāng)無乘客時，單片機調(diào)用芯片 ds1302 程序和 74ls138 串口顯示驅(qū)動程序，用 led 進行時鐘顯示。當(dāng)空車燈掰下乘客上車時：通過 ds1302 獲取時間信息分 辨白天/晚上，然后調(diào)用 at24c02 程序獲取白天、晚上的單價及起始價，便開 始計價并顯示時間、里程和金額等信息。當(dāng)空車燈打上乘客下車時，等待出租 車再次啟動后單次金額與里程等信息清零復(fù)位，就此完成一次計價。總體框圖 如 2.3： at89s52 單片機 空車檢測 單價顯示總價顯示 鍵盤控制 at24c02掉電存儲單元 里程測量單元 ds1302時鐘電路 顯示驅(qū)動 圖 2.3 總體設(shè)計框圖 2.3 芯片簡介 根據(jù)任務(wù)書的功能要求和現(xiàn)在所具備的條件，本設(shè)計擬采用 5 個芯片， 分別為： at89s52、at24c02、74ls138、ds1302、霍爾傳感器 a44e。 2.3.1 at89s52 本文所選用的 at89s52 是一種低功耗、高性能 cmos 8 位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程 flash 存儲器。使用 atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制 造，與工業(yè) 80c51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 flash 允許程序存儲器在系 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 6 頁 共 40 頁 統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 cpu 和在系統(tǒng)可 編程 flash，使得 at89s52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的 解決方案7。at89s52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié) flash，256 字節(jié) ram，32 位 i/o 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器/計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，at89s52 可降至 0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許 ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式 下，ram 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機一切工作停止，直到下一個中 斷或硬件復(fù)位為止8。at89s52 引腳圖如圖 2.4： 圖 2.4 單片機引腳圖 2.3.4 ds1302 設(shè)計考慮到計價器的實用性，擬在沒有乘客的情況想顯示實時時鐘，也是 作為各個時段單價自動轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)。采用一個可靠的計時芯片是必不可少的。 ds1302 一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，工作性能穩(wěn)定可靠，采用 spi 三 線接口與 cpu 進行通信；并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和 ram 數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與 31 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 7 頁 共 40 頁 天可以自動調(diào)整，并且具有閏年補償功能。通過設(shè) ds1302 的控制/狀態(tài)寄存器 選擇日歷，時鐘方式經(jīng)過初始校準(zhǔn)后即可工作使用；工作電壓寬達 2.55.5v。 可采用多電源供電9。如圖 2.5 為 ds1302 的引腳功能圖。 圖 2.5 ds1302 引腳功能圖 由于采用了備用電池供電，所以在汽車電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘 的正常運行。ds1302 由 vcc1 或 vcc2 中電壓較高的一端供電。x1 和 x2 是外 接 32.768khz 晶振的振蕩源。rst 是復(fù)位/片選線，通過把 rst 輸入置高電平 來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。rst 有兩種輸入功能：第一，rst 接通控制邏輯，允 許將地址/命令序列輸入到移位寄存器中；第二，rst 提供了停止單字節(jié)和多字 節(jié)數(shù)據(jù)的發(fā)送方法。當(dāng) rst 被置為高電平時，初始化所有的數(shù)據(jù)傳送，允許操 作 ds1302。在傳送過程中如果 rst 置為低電平，數(shù)據(jù)傳送則會被立即停止， 芯片的 i/o 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在 vcc2.5v 之前，rst 必須保持低 電平。只有在 sclk 為低電平時，才能將 rst 置為高電平。i/o 為串行數(shù)據(jù)輸 入輸出端(雙向)，sclk 則是輸入端10。 2.3.5 a44e a44e 屬于開關(guān)型的霍爾器件，其工作電壓范圍比較寬（4.518v） ，其輸 出的信號符合 ttl 電平標(biāo)準(zhǔn)，可以直接接到單片機的 io 端口上，而且其最高 測頻率可達到 1mhz。集成開關(guān)型霍爾傳感器原理如圖 2.6 所示。 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 8 頁 共 40 頁 a bd c e out vcc gnd v0/v 12 0 101520 釋放點 （off） 工作點 （on） bm/t 圖 2.6 集成開關(guān)型霍耳傳感器原理圖 a44e 集成霍耳開關(guān)由穩(wěn)壓器 a、霍耳電勢發(fā)生器(即硅霍耳片)b、差分放 大器 c、施密特觸發(fā)器 d 和 oc 門輸出 e 五個基本部分組成11。在輸入端輸 入電壓 vcc ，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍耳電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍耳效應(yīng)原 理，當(dāng)霍耳片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂 直的方向上將會產(chǎn)生霍耳電勢差 h v 輸出，該 h v 信號經(jīng)放大器放大后送至 施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到 oc 門輸出。當(dāng)施加的磁場達到工作 點.(即 op b )時，觸發(fā)器輸出高電壓(相對于地電位)使三極管導(dǎo)通，此時 oc 門 輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為“開”。當(dāng)施加的磁場達到釋放點(即 rpb )時， 觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使 oc 門輸出高電壓，這種狀態(tài)為“關(guān)”。這 樣兩次電壓變換，使霍耳開關(guān)完成了一次開關(guān)動作12。 2.3.6 at24c02 掉電存儲單元的作用是在電源斷開的時候，存儲當(dāng)前設(shè)定的單價信息。 at24c02 是 atmel 公司的 2kb 字節(jié)的電可擦除存儲芯片，采用兩線串行的總 線和單片機通訊，電壓最低可以到 2.5v，額定電流為 1ma，芯片內(nèi)的資料可以 在斷電的情況下保存 40 年以上，而且采用 8 腳的 dip 封裝，使用方便。 其引腳功能： 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 9 頁 共 40 頁 串行時鐘信號引腳(scl)：在 scl 輸入時鐘信號的上升沿將數(shù)據(jù)送入 eeprom 器件,并在時鐘的下降沿將數(shù)據(jù)讀出。 串行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳(sda)：sda 引腳可實現(xiàn)雙向串行數(shù)據(jù)傳輸。該引 腳為開漏輸出，可與其它多個開漏輸出器件或開集電極器件線或連接。 器件/頁地址腳(a2,a1,a0)：a2、a1 和 a0 引腳為 24c01 與 24c02 的硬件 連接的器件地址輸入引腳。24c01 在一個總線上最多可尋址八個 1k 器件， 24c02 在一個總線上最多可尋址八個 2k 器件，a2、a1 和 a0 內(nèi)部必須連接。 24c04 僅使用 a2、a1 作為硬件連接的器件地址輸入引腳，在一個總線上 最多可尋址四個 4k 器件。a0 引腳內(nèi)部未連接。其電路如圖 2.7 所示。 圖 2.7 at24c02 引腳圖 由于 at24c02 的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，采用串口的方式傳送數(shù)據(jù)，所 以只用兩根線 scl（移位脈沖）和 sda（數(shù)據(jù)/地址）與單片機傳送數(shù)據(jù)。每 當(dāng)設(shè)定一次單價，系統(tǒng)就自動調(diào)用存儲程序，將單價信息保存在芯片內(nèi)；當(dāng)系 統(tǒng)重新上電的時候，自動調(diào)用讀存儲器程序，將存儲器內(nèi)的單價等信息，讀到 緩存單元中，供主程序使用13。 at24c02 的存儲容量為 2kb，內(nèi)容分成 32 頁，每頁 8b，共 256b，操作時 有兩種尋址方式：芯片尋址和片內(nèi)子地址尋址。 （1）芯片尋址：at24c02 的芯片地址為 1010，其地址控制字格式為 1010a2a1a0r/w。其中 a2，a1，a0 可編程地址選擇位。a2，a1，a0 引腳 接高、低電平后得到確定的三位編碼，與 1010 形成 7 位編碼，即為該器件的地 址碼。r/w 為芯片讀寫控制位，該位為 0，表示芯片進行寫操作。 （2）片內(nèi)子地址尋址：芯片尋址可對內(nèi)部 256b 中的任一個進行讀/寫操 作，其尋址范圍為 00ff，共 256 個尋址單位。 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 10 頁 共 40 頁 2.3.7 74ls138 74ls138 芯片是常用的 3-8 線譯碼器，ls 是 ttl 的 ，他的 coms 版本叫 74hc138。常用在單片機和數(shù)字電路的譯碼電路中。其封裝如圖 2.9： 圖 2.9 74ls138 引腳圖 74ls138 有 3 個附加控制端 s1, s2和 s3。當(dāng) s1 =1，s2 + s3=0 時，gs 輸出 為高電平，譯碼器處于工作狀態(tài)。否則譯碼器被禁止，所有的輸出端被鎖存在 高電平，如表 2.1： 表表 2.1 74ls138 真值表真值表 三八譯碼器真值表 輸入端輸出端 a0a1a2y0y1y2y3y4y5y6y7 00010000000 00101000000 01000100000 01100010000 10000001000 10100000100 11000000010 11100000001 這三個控制端也被稱為“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多片連接起 來以擴展譯碼器的功能。 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 11 頁 共 40 頁 3 硬件電路設(shè)計 3.1 cpu 模塊 該模塊主要包括系統(tǒng)初始化、里程的識別和費率的計算及各種功能模塊的 的組織和管理等。主程序模塊在系統(tǒng)中起著重要的作用。鑒于單片機的端口特 性不同，擬將 p0 口、p2 口作為數(shù)據(jù)輸出口，接到數(shù)碼管；p1 用作存儲器數(shù)據(jù) 讀寫端口； p3 口作為控制和霍爾傳感器信號輸入端口。最小系統(tǒng)如圖 3.1： 圖 3.1 at89s5 最小系統(tǒng)模塊 由于單片機采用經(jīng)過整流濾波之后的汽車用 12v 電源，外接的 12m 晶振 來為單片機提供時鐘源。由于計價器的工作環(huán)境比較差，它要求有抗振動、抗 高低溫、抗潮濕、抗電磁干擾等能力，特別是電源方面的干擾，如出租車啟動 時，發(fā)動機打火、電瓶充電等造成輸入計價器的+12v 電源不穩(wěn)定。因此采用 +12v 電瓶電源經(jīng)過濾波和電源穩(wěn)壓管理芯片 7805 后得到+ 5 v 的穩(wěn)定電壓輸出， 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 12 頁 共 40 頁 保證整個系統(tǒng)能夠正常工作，電路如圖 3.2 所示。 圖 3.2 電源電路 3.2 路程測量部分 里程測量是通過安裝在車輪上的霍爾傳感器 a44e 檢測到的信號，由單片 機處理之后顯示到 led 上的。其原理如圖 3.3 所示。 車輪 磁鐵 霍爾傳感器 單片機at89s52p3.3口 圖 3.3 a44e 傳感器工作原理圖 在霍爾電勢發(fā)生器的兩端加上電壓 vcc 后，根據(jù)霍耳效應(yīng)原理，當(dāng)霍耳片 處在磁場中時，霍爾傳感器的輸出端輸出低電平。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動一圈時小磁鐵提 供一個磁場，則霍爾傳感器輸出一次低電平完成一次數(shù)據(jù)采集。車輪每轉(zhuǎn)一圈， 霍爾開關(guān)就檢測并輸出信號，引起單片機的中斷，對脈計數(shù)。通過計算將脈沖 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 13 頁 共 40 頁 增加體現(xiàn)在金額和里程上。出租車中從霍爾傳感器中得到標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號送入 單片機的 p3.3 引腳，利用單片機的 t1 的計數(shù)功能完成 1000 次的計數(shù)后產(chǎn)生一 中斷來完成路程的測量14。 費用計算功能：費用計算包括兩部分：起步費、行使費。 （1） 起步費用白天 6 元晚上 7 元； （2） 行使費用 1.6/公里； 設(shè)車輪周長為 1m，則霍爾傳感器每產(chǎn)生 1000 個脈沖便表示車已行程 1km。我們選擇了 p3.3 口作為信號的輸入端，內(nèi)部采用外部中斷 1，車輪每轉(zhuǎn) 一圈（我們設(shè)車輪的周長是 1 米） ，霍爾開關(guān)就檢測并輸出信號，引起單片機的 中斷，對脈計數(shù)，當(dāng)計數(shù)達到 1000 次時，也就是 1 公里，單片機就控制將金額 自動的增加，其計算公式：當(dāng)前單價公里數(shù)=金額。 3.3 數(shù)據(jù)顯示部分 設(shè)計要求有單價（2 位） 、總金額（4 位）顯示輸出，時鐘顯示（包含時分 秒的顯示） ，若是采用 lcd 液晶顯示，則在光線較強時不能看清數(shù)據(jù)，也就不 能滿足要求?？紤]到共陰數(shù)碼管較為常見，因此我們采用 8 位 led 數(shù)碼管來顯 示。單片機的 p0 口不能輸出高電平，因此需在 p0 口接 8 個上拉電阻，以滿足 數(shù)碼管的工作條件。數(shù)碼管顯示電路如圖 3.4： 圖 3.4 顯示原理圖 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 14 頁 共 40 頁 3.5 時鐘部分 ds1302 控制字節(jié)的最高有效位（位 7）必須是邏輯 1，如果它為 0，則不 能把數(shù)據(jù)寫入 ds1302 中，位 6 如果為 0，則表示存取時鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 ram 數(shù)據(jù)；位 5 至位 1 指示操作單元的地址；最低有效位（位 0）如為 0 表示 要進行寫操作，為 1 表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 在控制指令字輸入后的下一個 sclk 時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入 ds1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開始。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下 一個 sclk 脈沖的下降沿讀出 ds1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0 位到高位 7。采用雙電源供電，在斷電的情況下由干電池組供電，可維持芯片的正常工作 15。電路如圖 3.5 所示。 圖 3.5 時鐘芯片電路圖 3.6 掉電存儲電路 at24c02 采用的是 i2c 總線式串行器件。串行器件不僅占有很少的系統(tǒng)資 源和 i/o 線，而且體積也大大縮小。在 i2c 總線上傳送信息是的時鐘同步信號 是有掛接在 scl 時鐘線上的所有器件的邏輯與完成的。scl 線上有高電平到低 電平的跳變將影響到這些器件，一旦某個器件的時鐘信號下跳為低電平，將使 scl 線一直保持低電平。 在數(shù)據(jù)傳送過程中，必須確認(rèn)數(shù)據(jù)傳送的開始和結(jié)束。當(dāng)時鐘線 scl 為高 電平時，數(shù)據(jù)線 sda 由高電平跳變?yōu)榈碗娖蕉x為“開始”信號，起始狀態(tài)應(yīng)處 于任何其他命令之前16；當(dāng) scl 線處于高電平時，sda 線發(fā)生低電平到高電 平的跳變?yōu)椤敖Y(jié)束”信號。器件將處于備用方式（standbymode).開始和結(jié)束信 號都是由主器件產(chǎn)生。在開始信號以后，總線即被認(rèn)為處于忙狀態(tài)；在結(jié)束信 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 15 頁 共 40 頁 號以后的一段時間內(nèi)，總線被認(rèn)為是空閑的。 i2c 總線的數(shù)據(jù)傳送格式是：在 i2c 總線開始信號后，送出的第一個字節(jié) 數(shù)據(jù)是用來選擇從器件地址的，其中前 7 位為地址碼，第 8 位為方向位(r/w)讀 寫控制。方向位為“0”表示發(fā)送，即主器件把信息寫到所選擇的從器件；方向位 為“1”表示主器件將從從器件讀信息。開始信號后，系統(tǒng)中的各個器件將自己的 地址和主器件送到總線上的地址進行比較，如果與主器件發(fā)送到總線上的地址 一致，則該器件即為被主器件尋址的器件，其接收信息還是發(fā)送信息則由第 8 位(r/w)確定17。 在 i2c 總線上每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限，但每一個字節(jié)必須為 8 位，而 且每個傳送的字節(jié)后面必須跟一個應(yīng)答位（ack）,ack 信號在第 9 個時鐘周 期時出現(xiàn)。每次都是先傳最高位，通常從器件在接收到每個字節(jié)后都會作出響 應(yīng)，即釋放 scl 線返回高電平，準(zhǔn)備接收下一個數(shù)據(jù)字節(jié)，主器件可繼續(xù)傳送。 如果從器件正在處理一個實時事件而不能接收數(shù)據(jù)時， （例如正在處理一個內(nèi)部 中斷，在這個中斷處理完之前就不能接收 i2c 總線上的數(shù)據(jù)字節(jié)）可以使時鐘 scl 線保持低電平，從器件必須使 sda 保持高電平，此時主器件產(chǎn)生 1 個結(jié)束 信號，使傳送異常結(jié)束，迫使主器件處于等待狀態(tài)。當(dāng)從器件處理完畢時將釋 放 scl 線，主器件繼續(xù)傳送18。at24c02 連接如圖 3.6： 圖 3.6 掉電存儲單元 3.7 按鍵部分電路 按鍵部分采用一個撥動式按鍵和四個按鈕式按鍵組成，按鍵一端連接單片 機，另一端接地。當(dāng)某一按鍵被按下時，對應(yīng)的端口電平就被拉低。因此只需 檢測單片機個端口的電壓是否為低電平，就能判斷是哪個按鍵被按下。按鍵電 路如圖 3.7 所示： 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 16 頁 共 40 頁 圖 3.7 按鍵控制單元 3.8 章節(jié)總結(jié) 本章主要介紹出租車計價器的硬件電路設(shè)計，各個部分的電路已經(jīng)列出。 眾所周知單片機的靈活性極大，因此硬件電路設(shè)計出來之后仍然可以根據(jù)具體 需求更改軟件部分的設(shè)計以實現(xiàn)新的功能。軟件設(shè)計在單片系統(tǒng)的設(shè)計中占了 很大的比重，本論文的軟件設(shè)計將在下一章中詳細(xì)介紹。 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 17 頁 共 40 頁 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 主程序設(shè)計 在主程序模塊中，需要完成對各接口芯片的初始化、出租車起價和單價的 初始化、中斷向量的設(shè)計以及開中斷、循環(huán)等待等工作。另外，在主程序模塊 中還需要設(shè)置啟動/ 清除標(biāo)志寄存器、里程寄存器和價格寄存器，并對它們進 行初始化。然后，主程序?qū)⒏鶕?jù)各標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，分別完成啟動、清除、 計程和計價等不同的操作。當(dāng)空車信號燈打下時，表示有乘客上車，并啟動計 價，將根據(jù)里程寄存器中的內(nèi)容計算和判斷出行駛里程是否已超過起價公里數(shù)。 若已超過，則根據(jù)里程值、每公里的單價和起價來計算出當(dāng)前的累計價格，并 將結(jié)果存于價格寄存器中，然后將當(dāng)前時間和累計價格送到 led 顯示電路顯 示出來。當(dāng)?shù)竭_目的地的時候，由于霍爾開關(guān)沒有送來脈沖信號，就停止計價， 顯示當(dāng)前所應(yīng)該付的金額和對應(yīng)的單價，到下次啟動計價時，系統(tǒng)自動對顯示 清零，并重新進行初始化過程。司機把空車燈打上，就停止計價，顯示當(dāng)前所 應(yīng)該付的金額和對應(yīng)的單價，等乘客下車后，啟動出租車，計價器檢測到傳感 器的脈沖信號，系統(tǒng)自動對顯示清零，并重新進行初始化過程，完成 1 次計價。 程序流程圖如 4.1： 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 18 頁 共 40 頁 芯片初始化 是白天么？ 白天價格夜晚價格 是否有乘客 起步價內(nèi)？ 顯示價格 讀取時鐘 是否下車 y y n 讀取價格 y n n 圖 4.1 主程序流程圖 4.2 里程計數(shù)中斷服務(wù)程序 每當(dāng)霍爾傳感器輸出一個低電平信號就使單片機中斷一次，里程計數(shù)器 t1 對里程脈沖計滿 1000 次時，就完成當(dāng)前行駛里程數(shù)的累加操作，并將結(jié)果存入 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 19 頁 共 40 頁 里程寄存器中。其程序流程如圖 4.2 所示。 里程中斷入口 計數(shù)值 1000? s0是否按下 返回 啟動t1計數(shù) y y n n 里程數(shù)加一 圖 4.2 里程計數(shù)流程圖 4.3 仿真結(jié)果 比較了幾種常見的電子集成仿真軟件之后，本文選定了 proteus 這一種常見 的，便于仿真的軟件來模擬設(shè)計結(jié)果。 4.3.1 仿真軟件 proteus proteus 軟件是來自英國 labcenter electronics 公司的 eda 工具軟件，它組 合了高級原理布圖、混合模式 spice 仿真,pcb 設(shè)計以及自動布線來實現(xiàn)一個 完整的電子設(shè)計系統(tǒng)19。此系統(tǒng)受益于 15 年來的持續(xù)開發(fā),被電子世界在 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 20 頁 共 40 頁 其對 pcb 設(shè)計系統(tǒng)的比較文章中評為最好產(chǎn)品“the route to pcb cad”。 proteus 產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的 vsm 技術(shù),用戶可以對基于微控制器的 設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實時采用諸如 led/lcd、鍵盤、rs232 終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進行交互仿真。 4.3.2 proteus 界面介紹 proteus isis 的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的 windows 界面，包括：標(biāo)題欄、主菜 單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按 鈕、仿真進程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口8。如圖 4.4： 圖 4.3 proteus 窗口界面圖 4.3.3 proteus 仿真結(jié)果 仿真結(jié)果基本符合設(shè)計的目標(biāo)：在空車的情況下，數(shù)碼管顯示為當(dāng)前的時 間。在按下空車燈的時候，數(shù)碼管顯示為當(dāng)前的金額和單價。仿真效果如圖 4.5： 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 21 頁 共 40 頁 圖 4.4 仿真結(jié)果圖 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 22 頁 共 40 頁 5總 結(jié) 由于使用的是 at89s52 單片機作為核心的控制元件，靈敏的霍爾開關(guān)型器 件 a44e 霍爾傳感器，使本出租車計價器具有功能強、性能可靠、電路簡單、 成本低實用性強等特點。加上經(jīng)過優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。但 是在我們設(shè)計和調(diào)試的過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，譬如計價的金額位數(shù)有限， 實際的里程可能會很遠(yuǎn)，會超出我們的顯示范圍。雖然 at89s52 單片機抗干擾 能力不如 plc，但是 plc 價格較貴，不符合以經(jīng)濟為主的設(shè)計原則，雖然有上 述種種的不足。但是用單片機運行效果仍然令人滿意，同時也證明了本方案的 正確性。 本款出租車計價器的設(shè)計還不夠人性化，比如本次設(shè)計按鍵方面還可以運 用 8279 芯片控制，使其具有更高的控制運行功能。8279 是專用鍵盤、顯示控 制芯片，能對顯示器進行自動掃描；能識別鍵盤上鍵的符號；可充分提高 cpu 的工作效率。 另外還可以加上語音的提示功能和自動打印票據(jù)功能等，這樣以單片為核 心設(shè)計的出租車計價器會更加有生命力，以符合當(dāng)代社會的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。 總的來說，本系統(tǒng)工藝設(shè)計比較合理，控制方案選擇恰當(dāng)，硬件設(shè)計、 軟件設(shè)計都基本符合要求。 基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 23 頁 共 40 頁 參考文獻 1. 吳承琦，孫培生. 出租汽車計價器發(fā)展歷程回顧、感悟及展望r.北京.中 國計量2008 年 03 期 2. 孫培生等編著.出租汽車計價器m.北京中國計量出版社 3. n flaherty.the 8-bit mcu is dead, long live 8-bit mcu.electronics world,2005,111: 18-30 4. 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基于單片機的出租車計價器設(shè)計 第 27 頁 共 40 頁 附錄 b 各部分程序 顯示部分子函數(shù)： #include #include sbit ls138a = p22; sbit ls138b = p23; sbit ls138c = p24; unsigned char ledval=1,2,10,2,6,10,3,5; void delay(unsigned int i) char j; for(i; i 0; i-) for(j = 200;