出租車計(jì)價(jià)器控制電路的設(shè)計(jì)

數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)課題名稱出租車計(jì)價(jià)器控制電路的設(shè)計(jì)所在院系機(jī)電學(xué)院班級(jí)07自動(dòng)化（2）班學(xué)號(hào)7姓名龔濤指導(dǎo)老師張玲時(shí)間-12-27景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院

數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)任務(wù)書班級(jí)：07自動(dòng)化（2）班姓名：龔濤指導(dǎo)老師：張玲設(shè)計(jì)題目：出租車計(jì)價(jià)器控制電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行里程顯示，里程顯示是三位數(shù)。能預(yù)置起步價(jià)。行車能按里程收費(fèi)。等待準(zhǔn)時(shí)間收費(fèi)按復(fù)位鍵清零。按下計(jì)價(jià)鍵后，汽車運(yùn)行收費(fèi)，侯時(shí)關(guān)斷。設(shè)計(jì)要求調(diào)研、查找并收集資料?？傮w設(shè)計(jì)，畫出框圖。單元電路設(shè)計(jì):。繪制電器原理圖。列寫元器件明細(xì)表。撰寫設(shè)計(jì)闡明書（字?jǐn)?shù)約2500字左右）。參考資料目錄參考資料康華光主編電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社閻石主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社陳坤等編著電子設(shè)計(jì)技術(shù)電子科技大學(xué)出版社王炳勛主編電工實(shí)習(xí)教程機(jī)械工業(yè)出版社教研室主任簽字：年月日

目錄0.前言 41.設(shè)計(jì)規(guī)定及原理 41.1

設(shè)計(jì)規(guī)定 41.2

基本原理 42.各單元設(shè)計(jì)闡明 52.1

單片機(jī)最小系統(tǒng)單元 52.2

A44E霍爾傳感器檢測(cè)單元 62.3

AT24C01存儲(chǔ)單元 72.4

鍵盤調(diào)節(jié)單元 82.5

顯示單元 93程序設(shè)計(jì) 93.1

系統(tǒng)主程序 93.2

中斷程序 103.2.1

里程計(jì)數(shù)中斷程序 103.2.2

半途等待中斷程序 103.3

計(jì)算程序 103.4

顯示程序 103.5

鍵盤程序 104.0總電路圖 115.0原器件清單 126.0參考文獻(xiàn) 12

0.前言

隨著出租車行業(yè)的發(fā)展，出租車已經(jīng)是都市交通的重要構(gòu)成部分，從加強(qiáng)行業(yè)管理以及減少司機(jī)與乘客的糾紛出發(fā)，含有良好性能的計(jì)價(jià)器對(duì)出租車司機(jī)和乘客來說都是很必要的。而采用模擬電路和數(shù)字電路設(shè)計(jì)的計(jì)價(jià)器整體電路的規(guī)模較大，用到的器件多，造成故障率高，難調(diào)試。而采用單片機(jī)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，相對(duì)來說功效強(qiáng)大，用較少的硬件和適宜的軟件互相配合能夠很容易地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)定，且靈活性強(qiáng)，能夠通過軟件編程來完畢更多的附加功效。本設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)為主控器，以A44E霍爾傳感器測(cè)距，實(shí)現(xiàn)對(duì)出租車的多功效的計(jì)價(jià)設(shè)計(jì)，并采用AT24C01實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)掉電的時(shí)候保存單價(jià)等信息，輸出采用8段數(shù)碼顯示管。本電路設(shè)計(jì)的計(jì)價(jià)器不僅能實(shí)現(xiàn)基本的計(jì)價(jià)，并且還能根據(jù)白天，黑夜和半途等待來調(diào)節(jié)單價(jià)。1.設(shè)計(jì)規(guī)定及原理1.1

設(shè)計(jì)規(guī)定出租車計(jì)價(jià)器根據(jù)乘客乘坐汽車行駛距離和等待時(shí)間的多少進(jìn)行計(jì)價(jià),并在行程中同時(shí)顯示車費(fèi)值。從起步價(jià)開始，當(dāng)汽車程行駛未滿2公里時(shí)，均按起步價(jià)計(jì)算。過2公里后,實(shí)現(xiàn)每1公里單價(jià)收費(fèi)，中間遇暫停時(shí)，計(jì)程數(shù)不再增加，開始計(jì)時(shí)收費(fèi)，測(cè)距收費(fèi)和測(cè)時(shí)收費(fèi)的和便構(gòu)成了一位乘客的車費(fèi)。同時(shí)，白天和夜晚價(jià)格不同，能夠進(jìn)行切換。白天單價(jià)、夜晚單價(jià)、等待單價(jià)和起步價(jià)格都可通過獨(dú)立鍵盤進(jìn)行調(diào)節(jié)。（默認(rèn)起步價(jià)為5元/2公里，里程單價(jià)白天為2元/公里，夜晚為3元/公里，等待計(jì)時(shí)單價(jià)為1元/2

1.2

基本原理計(jì)數(shù)器系統(tǒng)重要由五部分構(gòu)成：A44E霍爾傳感器、AT89S52單片機(jī)、獨(dú)立鍵盤、EEPROMAT24C01和顯示數(shù)碼管?；魻杺鞲衅靼惭b在車輪上，重要檢測(cè)汽車行進(jìn)的公里數(shù)，并產(chǎn)生一系列對(duì)應(yīng)的脈沖輸出，脈沖送到單片機(jī)進(jìn)行解決，單片機(jī)根據(jù)程序設(shè)定通過計(jì)算脈沖數(shù)換算出行駛公里數(shù)，再根據(jù)從EEPROM中讀取的價(jià)格等有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行金額的計(jì)算，計(jì)算好的金額、里程和單價(jià)都實(shí)時(shí)地顯示在數(shù)碼管上。獨(dú)立鍵盤能夠調(diào)節(jié)價(jià)格等有關(guān)數(shù)據(jù)，按下對(duì)應(yīng)的按鈕，產(chǎn)生信號(hào)交由單片機(jī)解決并實(shí)時(shí)顯示出來，調(diào)節(jié)好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到EEPROM中，掉電后能夠使調(diào)好的數(shù)據(jù)不丟失，下次得電后直接從EEPROM讀到單片機(jī)，總體框圖如圖1。圖1總體框圖

2.各單元設(shè)計(jì)闡明

2.1

單片機(jī)最小系統(tǒng)單元

主控機(jī)系統(tǒng)采用了Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)，它含有256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，內(nèi)置8K的電可擦除FLASHROM，可重復(fù)編程，大小滿足主控機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因此不必再擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。復(fù)位電路和晶振電路是AT89S52工作所需的最簡外圍電路。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖2所示。

圖2單片機(jī)最小系統(tǒng)圖

AT89S52的復(fù)位端是一種史密特觸發(fā)輸入，高電平有效。RST端若由低電平上升到高電平并持續(xù)2個(gè)周期，系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)一次復(fù)位操作。在復(fù)位電路中，按一下復(fù)位開關(guān)就使在RST端出現(xiàn)一段時(shí)間的高電平，外接11.0592M晶振和兩個(gè)30pF電容構(gòu)成系統(tǒng)的內(nèi)部時(shí)鐘電路。

2.2

A44E霍爾傳感器檢測(cè)單元

A44E屬于開關(guān)型的霍爾器件，其工作電壓范疇比較寬（4.5～18V），其輸出的信號(hào)符合TTL電平原則，能夠直接接到單片機(jī)的IO端口上，并且其最高檢測(cè)頻率可達(dá)成1MHZ。A44E集成霍耳開關(guān)由穩(wěn)壓器A、霍耳電勢(shì)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(gè)基本部分構(gòu)成。

在輸入端輸入電壓Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢(shì)發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處在磁場(chǎng)中時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)的方向通以電流，則與這兩者相垂直的方向上將會(huì)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差VH輸出，該VH信號(hào)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(chǎng)達(dá)成工作點(diǎn)（即Bop）時(shí)，觸發(fā)器輸出高電壓（相對(duì)于地電位），使三極管導(dǎo)通，此時(shí)OC門輸出端輸出低電壓，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，使霍爾開關(guān)完畢了一次開關(guān)動(dòng)作。A44E霍爾傳感器原理如圖3所示。圖3

A44E霍爾傳感器原理

里程計(jì)算是通過安裝在車輪上的霍爾傳感器檢測(cè)到的脈沖信號(hào)，送到單片機(jī)產(chǎn)生中斷，單片機(jī)再根據(jù)程序設(shè)定，計(jì)算出里程。其原理如圖4所示。

圖4傳感器測(cè)距示意圖

本系統(tǒng)選擇了將A44E的脈沖輸出口接到P3.3口外部中斷1作為信號(hào)的輸入端（這樣能夠減少程序設(shè)計(jì)的麻煩），車輪每轉(zhuǎn)一圈（設(shè)車輪的周長是1米），霍爾開關(guān)就檢測(cè)并輸出信號(hào)，引發(fā)單片機(jī)的中斷，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)成1000次時(shí)，即1公里，單片機(jī)就控制將金額自動(dòng)增加，如圖5。

圖5

A44E霍爾元件接線圖2.3

AT24C01存儲(chǔ)單元

存儲(chǔ)單元的作用是在電源斷開的時(shí)候，存儲(chǔ)現(xiàn)在設(shè)定的單價(jià)信息。AT24C01是Ateml公司的1KB的電可擦除存儲(chǔ)芯片，采用兩線串行的總線和單片機(jī)通訊，電壓最低能夠到2.5V，額定電流為1mA，靜態(tài)電流10uA(5.5V)，芯片內(nèi)的資料能夠在斷電的狀況下保存40年以上，并且采用8腳的DIP封裝，使用方便。AT24C02芯片引腳配備如圖6所示。

存儲(chǔ)單元電路連接如圖7所示。

圖7

存儲(chǔ)單元電路原理圖

圖中R4、R5是上拉電阻，其作用是減少AT24C01的靜態(tài)功耗。由于AT24C01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)，因此只用兩根線SCL（時(shí)鐘脈沖）和SDA（數(shù)據(jù)/地址）與單片機(jī)P2.2和P2.3口連接，進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)。

每當(dāng)設(shè)定一次單價(jià)，系統(tǒng)就自動(dòng)調(diào)用存儲(chǔ)程序，將單價(jià)信息保存在芯片內(nèi)；當(dāng)系統(tǒng)重新上電的時(shí)候，自動(dòng)調(diào)用讀存儲(chǔ)器程序，將存儲(chǔ)器內(nèi)的單價(jià)等信息，讀到緩存單元中，供主程序使用。2.4

鍵盤調(diào)節(jié)單元

當(dāng)單價(jià)等信息需要進(jìn)行修改時(shí)，就要用到鍵盤進(jìn)行修改。由于調(diào)節(jié)信息不多，故采用4個(gè)獨(dú)立鍵盤即可，分別實(shí)現(xiàn)清零、切換、增大、減小和功效等作用。電路原理如圖8所示。

圖8鍵盤調(diào)節(jié)單元接線圖S1：接P1.0口，對(duì)上一次的計(jì)費(fèi)進(jìn)行清零，為下次載客準(zhǔn)備S2：接P1.1口，實(shí)現(xiàn)白天和夜晚單價(jià)的切換；當(dāng)功效鍵S4按下時(shí)，S2可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行增大。S3：接P1.2口，當(dāng)功效鍵S4按下時(shí)，S3可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行減小。S4：接P1.3口，按1次，進(jìn)入調(diào)節(jié)白天單價(jià)；按2次，進(jìn)入調(diào)節(jié)夜晚單價(jià)；按3次，進(jìn)入調(diào)節(jié)等待單價(jià)；按4次，進(jìn)入調(diào)節(jié)起步價(jià)；按5次，返回。

2.5

顯示單元

顯示單元由7個(gè)8段共陽數(shù)碼管構(gòu)成，采用動(dòng)態(tài)掃描進(jìn)行顯示。前三個(gè)數(shù)碼管分別接P3.0、P3.1和P3.2，用于顯示總金額；中間兩個(gè)分別接P3.4,P3.5,P3.6，用于顯示里程；后邊兩個(gè)分別接P3.7和P3.8，用于顯示單價(jià)。電路如圖9所示。圖9數(shù)碼管顯示圖

3程序設(shè)計(jì)

3.1

系統(tǒng)主程序

在主程序模塊中，需要完畢對(duì)各參量和接口的初始化、出租車起價(jià)和單價(jià)的初始化以及中斷、計(jì)算、循環(huán)等工作。另外，在主程序模塊中還需要設(shè)立啟動(dòng)/去除標(biāo)志寄存器、里程寄存器和價(jià)格寄存器，并對(duì)它們進(jìn)行初始化。然后，主程序?qū)⒏鶕?jù)各標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，分別完畢啟動(dòng)、去除、計(jì)程和計(jì)價(jià)等不同的操作。當(dāng)汽車運(yùn)行起來時(shí)，就啟動(dòng)計(jì)價(jià)，根據(jù)里程寄存器中的內(nèi)容計(jì)算和判斷行駛里程與否已超出起步價(jià)公里數(shù)。若已超出，則根據(jù)里程值、每公里的單價(jià)數(shù)和起步價(jià)數(shù)來計(jì)算出現(xiàn)在的總金額，并將成果存于總金額寄存器中；半途等待時(shí)，無脈沖輸入，不產(chǎn)生中斷，當(dāng)時(shí)間超出等待設(shè)定值時(shí)，開始進(jìn)行計(jì)時(shí)，并把等待價(jià)格加到總金額里，然后將總金額、里程和單價(jià)送數(shù)碼管顯示出來。程序流程如圖10所示。

圖10主程序流程圖

圖11計(jì)算程序流程圖3.2

中斷程序3.2.1

里程計(jì)數(shù)中斷程序

每當(dāng)霍爾傳感器輸出一種低電平信號(hào)就使單片機(jī)中斷一次，當(dāng)里程計(jì)數(shù)器對(duì)里程脈沖計(jì)滿1000次時(shí)，進(jìn)入里程計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序中，里程變量加一。主函數(shù)中總金額也對(duì)應(yīng)地變化。3.2.2

半途等待中斷程序

在半途等待中斷程序中，每1ms產(chǎn)生一次中斷，將現(xiàn)在里程值送入某個(gè)緩存變量，每1分鐘將緩存變量中的值和現(xiàn)在里程值比較，當(dāng)汽車停止，霍爾傳感器1分鐘沒有輸出信號(hào)，現(xiàn)在里程值和緩存變量內(nèi)的值相似，則進(jìn)入等待計(jì)時(shí)，每1分鐘記一次價(jià)格。3.3

計(jì)算程序

計(jì)算程序根據(jù)里程數(shù)分別進(jìn)入不同的計(jì)算公式。如果里程不不大于2公里，則執(zhí)行公式：總金額=起步價(jià)+（里程-2）*單價(jià)+等待時(shí)間*等待單價(jià)；否則，執(zhí)行公式：總金額=起步價(jià)+等待時(shí)間*等待單價(jià)。程序流程圖如圖11所示。3.4

顯示程序

顯示程序運(yùn)用定時(shí)器每1ms產(chǎn)生一次中斷，對(duì)應(yīng)變量置位，點(diǎn)亮一種數(shù)碼管，顯示一位數(shù)據(jù)，運(yùn)用主函數(shù)內(nèi)的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示，同時(shí)根據(jù)數(shù)碼管余輝和人眼暫留現(xiàn)象，即可實(shí)現(xiàn)顯示。

3.5

鍵盤程序

鍵盤采用查詢的方式，放在主程序中，當(dāng)沒有按鍵按下的時(shí)候，單片機(jī)循環(huán)主程序，一旦右按鍵按下，便轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的子程序解決，解決結(jié)束再返回。流程圖如圖12。

圖12

鍵盤程序流程圖

4.0總電路圖5.0原器件清單器件名稱數(shù)量備注電阻8個(gè)2K電阻1個(gè)RSM電阻2個(gè)4.7k電阻1個(gè)1k電容2個(gè)30uf電容1個(gè)10uf單片機(jī)1個(gè)AT89S52存儲(chǔ)器1個(gè)AT24C01霍爾傳感器1個(gè)A44E三極管8個(gè)2N2904數(shù)碼管8個(gè)無復(fù)位器5個(gè)無6.0參考文獻(xiàn)[1]馬淑華，王鳳文，張美金編著.單片機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版）.北京：北京郵電大學(xué)出版社，.[2]譚浩強(qiáng)著.C程序設(shè)計(jì)（第三版）.北京：清華大學(xué)出版社，.[3]《電子技術(shù)