出租车计价器毕业设计Word文件下载.docx
《出租车计价器毕业设计Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《出租车计价器毕业设计Word文件下载.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
12
专业
电子声像
题目名称
课题来源
自选
主
要
内
容
设计的主要内容是利用51单片机实现出租车计价器的功能。
用数码管显示行驶里程和总金额。
并有清零，复位,掉电保护等功能。
1驱动芯片的选用：
设计中我们采用74LS245作为数码管的驱动芯片，用来提高数码管显示的亮度。
2按键替代霍尔传感器的选用：
我们选用按键替代传感器，主要因为它接线简单，价格便宜，同时对它的控制也是相对容易，易于实现的。
3显示器件的选用：
本次设计采用8段集成数码管作为显示电路，以便于连线，使电路简明易懂。
数码管显示的稳定性虽不及液晶屏，但其价格比液晶屏便宜，由于本设计简单，采用数码管显示较好。
4掉电保护芯片的选用：
选用存储器芯片AT24C02组成掉电保护电路。
采取的主要技术路线或方法
一、单片机芯片：
AT89S51单片机芯片采用40引脚的双列直插封装方式。
40条引脚如下：
1、主电源引脚Vss和Vcc
2、外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
3、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD，ALE/
，
和
/Vpp
4、输入/输出引脚P0.0-P0.7，P1.0-P1.7，P2.0-P2.7，P3.0-P3.7。
二、74LS245驱动芯片：
74LS245是我们常用的驱动芯片，用来驱动led或者其他的设备。
总线驱动器74LS245经常用作三态数据缓冲器，它也是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。
三、霍尔传感器：
霍尔传感器安装在车轮上，主要检测汽车行进的公里数，并产生一系列相应的脉冲输出，脉冲送到单片机进行处理，单片机根据程序设定通过计算脉冲数换算出行驶公里数，再根据从EEPROM中读取的价格等相关数据进行金额的计算，计算出的金额、里程实时地显示在数码管上。
本设计中采用按键替代。
四、掉电保护电路：
AT24C02是一个CMOS标准的EEPROM存储器，掉电时能保存数据。
五、显示电路：
显示电路采用的是三位一体共阴数码管显示。
预期的成果及形式
上电时显示全为零，通过按下启动按键来开始计价，数码管开始显示起步价和起步金额；
按下模拟开关按键来产生一个脉冲信号，模拟行驶的里程；
计算应付金额；
按下停止按键，停止计价，数码管显示所走总里程和用户所需付总金额；
按下清零按键，数码管全显示零，以备下次计价。
单片机断电后，数码管显示数据不丢失。
指导教师意见
签名：
年月日
备注
摘要
现在各大中城市出租车行业都已普及自动计价器，所以计价器技术的发展已成定局。
而部分小城市尚未普及，但随着城市建设日益加快，象征着城市面貌的出租车行业也将加速发展，计价器的普及也是毫无疑问的，所以未来汽车计价器的市场还是十分有潜力的。
出租车计价器是根据客户用车情况来自动显示车费的数字仪表，根据用车起步价、行车里程计费求得客户用车的总费用，并通过数码管显示相应的里程及金额。
我在本次设计中主要负责硬件工作。
本电路以AT89S51单片机为中心，附加A44E霍尔传感器测距（本电路中用模拟开关替代），实现对出租车计价，采用AT24C02实现在系统掉电的时候保存单价，输出采用8段数码显示管，显示行驶总里程和总金额。
模拟出租车计价器设计：
进行里程显示，预设起步价和起步公里数；
行程按全程收费，有复位功能和启动功能，启动后，开始计价。
我们采用单片机进行设计，可以用较少的硬件和适当的软件相互配合来实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能,应用前景广阔。
关键字：
出租车计价器AT89S51单片机A44E霍尔传感器断电保存8段数码显示管
第1章绪论
1.1课题背景
随着出租车行业的发展，出租车已经是城市交通的重要组成部分，从加强行业管理以及减少司机与乘客的纠纷出发，具有良好性能的计价器对出租车司机和乘客来说都是很必要的。
我们知道，只要乘坐的出租车启动，随着行驶里程的增加，就会看到司机旁边的计价器里程数字显示的读数从零逐渐增大，而当行驶到某一值时（如2KM）计费数字显示开始从起步价（如4元）增加。
当乘客到站时，按下停止按键，计费数字显示总里程和总金额，它可以很直观的反映用户使用情况。
1.2设计目的与要求
1.2.1设计目的
毕业设计是将理论与实践相结合的教学环节，通过综合运用教材及其他资料，使所学知识得到进一步加深和扩展。
同时还培养设计能力和解决实际问题能力，进行基本技能的训练,进一步熟练proteus，keilC等软件的操作。
本设计的目的是在学习51系列单片机的基础上，设计出符合要求的电路，从而实现设计产品的计价功能。
1.2.2主要设计内容及基本要求
利用AT89S51单片机，设计简单的出租车计价器。
在出租车计价器的总体设计中，我主要负责出租车计价器硬件设计。
其中主要的外围功能电路有：
驱动电路，按键控制电路，掉电保护电路，时钟部分，数码管显示电路等。
通过对以上各功能的设计，制作出的出租车计价器应具有以下功能：
数码管开始显示所走里程和所应付的金额，并逐渐增加；
按下停止按键，停止计价，数码管显示所走总里程和用户所需付总金额，按下清零按键，数码管全显示零，以备下次计价。
1.3方案论证与比较
方案一：
采用模拟电路和数字电路设计的计价器整体电路的规模较大，用到的器件多，造成故障率高，难调试。
采用数字电路控制，采用传感器件，输出脉冲信号，经过放大整形作为移位寄存器的脉冲，实现计价。
考虑到这种电路设计过于复杂，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；
性能不够稳定，电路也不实用。
方案二：
采用单片机进行的设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易地实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能。
设计采用AT89S51单片机为主控器，以A44E霍尔传感器测距（按键替代），实现对出租车的基本的计价设计，并采用AT24C02实现在系统掉电的时候保存单价等信息，输出采用8段数码显示管。
利用单片机丰富的I/O端口，及其控制的灵活性，实现基本的计价功能。
系统结构图如下：
1.1系统结构图
通过比较以上两种方案，我们采用方案二实现出租车计价器的功能。
本电路设计的计价器能实现基本的计价功能，单片机计算总价的公式为：
总价=起步价+单价*（总里程-起步里程）+1。
AT89S51作为一个单片微型计算系统，灵活性高，其强大的控制处理功能和可扩展功能设计电路提供了很好的选择。
第2章系统硬件设计
2.1硬件设计说明
单片机是单片微型计算机的简称，单片机以其卓越的性能，得到广泛的应用，已经深入到各个领域。
在这次设计中，我们用到P0口和P2口,P0口为8位三态I/O口,此口为地址总线及数据总线分时复用；
P2口为8位准双向口,与地址总线高八位复用；
P0口和P2口都有一定的驱动能力,P0口的驱动能力较强。
设计中,为了能够让数码管更好的正常显示，我们采用了驱动电路来驱动。
在本次硬件设计中，我们考虑采用芯片74LS245来驱动数码管显示。
设计电路时，考虑到用里程（霍尔）传感器价格昂贵，且不便于试验检测，在设计中采用一个模拟开关来代替。
模拟开关一端接在P3.4口，另一端接地，通过来回高低电平的变化，每按两次，对应的里程数加一。
通过在程序中设置的里程和金额的信息，在加上驱动电路的设计，就可以在数码管上分别显示总金额和总里程。
在显示方面，可以用液晶显示，也可以用数码管进行显示。
由于在这次设计中只需要显示里程和金额信息，我们采用数码管进行显示。
这样既节约了成本，又可以达到显示的目的。
同时为了减少硬件的复杂度，我们采用了动态显示方式，选用了共阴极数码管。
为了焊接方便，我们选用了集成在一起的数码管。
我们还设计了控制按键，能够很好的对出租车计价器控制,如启动/停止按键，清零按键等。
2.2AT89S51单片机简介
AT89S51具有如下特点：
40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
P0口有二个功能：
1、外部扩展存储器时，当做数据/地址总线。
2、不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
P1口只做I/O口使用：
其内部有上拉电阻。
P2口有两个功能：
1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用。
2、做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。
P3口有两个功能：
除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。
图2.1AT89S51引脚图图2.2AT89S51封装图
设计中用到的单片机各管脚（图2.1）功能介绍如下：
VCC:
接+5V电源。
VSS:
接地。
时钟引脚：
XTAL1和XTAL2两端接晶振和30PF的电容，构成时钟电路。
它可以使单片机稳定可靠的运行。
RST:
复位信号输入端，高电平有效。
当在此引脚加两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。
P1.0:
接启动/停止按键，控制计价。
P1.1:
接功能键。
P1.3:
接清零键。
P0口接数码管段选端，P2口接驱动芯片。
P3.4（T0）:
接模拟开关按键，替代了出租车计价器中的霍尔传感器。
P3.1、P3.0口接掉电保护电路。
2.3硬件电路设计
按下计价按键时，显示起步价和起步里程范围，这些在程序中设置；
当等于或超过两公里后，按计算总价的公式为：
总价=起步价+单价*（总里程-起步里程）+1进行计价。
本设计中，起步价为4元，起步里程为2公里，当然这些数据可以在程序中改写，以满足不同时期价格调整的需要。
下图是通过在KeilC中编译通过，并生成Hex文件，在PROTEUS中仿真通过的整体硬件原理图：
图2.3硬件原理图
2.4硬件组成
硬件组成主要包括：
驱动电路、显示电路、复位电路、掉电保护电路、时钟电路、按键电路。
2.4.1驱动电路
74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备。
总线驱动器74LS244和74LS245经常用作三态数据缓冲器，74LS244为单向三态数据缓冲器，而74LS245为双向
三态数据缓冲器。
本设计用74LS245作为驱动芯片，双向总线发送器/接收器（3S）。
图2.4驱动芯片管脚图
74LS245主要电器特性的典型值如下:
引出端符号:
AA总线端
BB总线端
/G三态允许端（低电平有效）
DIR方向控制端
功能表：
表2.5功能表
利用74LS245来驱动数码管显示，单片机的P2.0到P2.5分别接A0到A5管脚，进行数据的传送，其中AB/BA接高电平，控制数据从A到B进行传送，B0到B5分别接数码管的位选端，驱动数码管依次显示。
P2.0到P2.5的数据通过A传送到B中的数据送到数码管，以达到显示数据信息的目的。
2.4.2显示电路
多数的应用系统,都要配输入和输出外设,LED显示器和LCD显示器,虽然LCD显示效果比较好,已经成为了一种发展趋势,但为了节约成本,我们选用了LED显示器（图2.6）。
在显示方面，我们选用了动态显示。
静态显示虽然亮度较高，接口编程容易，但是每位的段码线分别与一个8位的锁存器输出相连。
占用的I/O口线比较多，在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。
利用动态显示的方法，由于LED显示器的余辉和人眼的视觉暂留现象，只要每位显示的时间间隔足够短，就仍能感觉到所有的数码管都在显示。
为了简化硬件，通常将所有位的段码线相应段并联在一起，由一个8位I/O口控制，在同一时刻，只让一位选通，如此循环，就可以使各位显示出将要显示的字符。
图2.6LED数码管图2.7集成数码管
LED数码有共阳和共阴两种，把这些LED发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个8字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳的，相反的，就叫共阴的，那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。
再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。
在本设计仿真中使用的是6个一组的共阴8段数码管（图2.7）。
找公共共阴和公共共阳的方法：
首先我们找个电源|稳压器（3到5伏）和1个1K（几百欧的也行）的电阻，VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的，找到一个就够了，然后用GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。
共阴极数码管，阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，对应的段就显示。
2.4.3复位电路
单片机的复位是由外部的复位电路实现的,复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。
上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。
除了上电复位外还需要按键手动复位（图2.8）。
按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。
其中电平复位是通过RST端经电阻与电源VCC接通而实现的。
单片机的复位速度比外围I/O接口电路快为
能够保证系统可靠的复位，在初始化程序中应安排一定的复位延迟时间。
图2.8复位电路
2.4.4掉电保护电路
掉电保护电路中采用了存储芯片AT24C02。
AT24C02是一个CMOS标准的EEPROM存储器，是AT24CXX系列（AT24C01/02/04/08/16）成员之一，这些EEPROM存储器的特点是功耗小、成本低、电源范围宽，静态电源电流约30uA～110uA，具有标准的I2C总线接口，是应用广泛的小容量存储器之一。
图2．9AT24C02引脚图
上图是AT24C02的引脚图，这个芯片是一个8脚芯片，内部存储器有256字节。
引脚功能介绍如下：
A0（引脚1）：
器件地址的A0位，是器件地址的最低位，器件地址排列是A6A5A4A3A2A1A0R/W。
A1（引脚2）：
器件地址的A1位。
A2（引脚3）：
器件地址的A2位。
GND（引脚4）：
地线。
SDA（引脚5）：
数据总线引脚。
SCL（引脚6）：
时钟总线引脚。
TEST（引脚7）：
测试引脚。
Vcc（引脚8）：
电源线引脚。
本设计采用掉电存储电路图如下：
图2.10掉电存储电路
2.4.5时钟电路
MCS-51单片机的各功能部件都是以时钟控制信号为基准，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序执行指令进行工作，单片机本身如同一个复杂的同步时序电路，为了保证其各个部分同步工作，电路要在唯一的时钟信号控制下，严格地按照时序进行工作。
其实只需在时钟引脚连接上外围的定时控制元件，就可以构成一个稳定的自激振荡器。
为更好地保证振荡器稳定可靠地工作，谐振器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。
本设计中使用的振荡电路，由12MHZ晶体振荡器和两个约30PF的电容组成，在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体，电容的大小不会影响振荡频率的高低。
在整个系统中为系统各个部分提供基准频率，以防因其工作频率不稳定而造成相关设备的工作频率不稳定，晶振可以在电路中产生振荡电流，发出时钟信号。
如图2.11所示。
图2.11时钟电路
2.4.6按键电路
按键控制电路中，单片机的P1.0管脚接启动/停止按键，通过软件编程，当按下按键计数器开始工作，开始计价；
当弹起按键时，计数器停止工作，停止计价，启动/停止按键带自锁功能。
按下启动按键，开关处于导通状态，这时给P1.0送低电平信号，这时TR0=1,计数器开始工作，调用计价子程序开始计价。
清零按键接单片机的P1.3管脚，按下清零按键，P1.3为低电平，调用清零子程序，用于将显示数据清零，在程序中给各位赋0代码（0x3f），以达到清零的目的，方便下次计价。
另外为功能键，控制价格调整，这个按键是在没有按下启动/停止按键时有作用，计价过程中无效。
图2.12按键电路
第3章系统软件设计
3.1软件总体设计
51单片机的程序设计语言主要有两种：
一是汇编程序设计；
二是C语言编程设计。
两种程序设计语言都有各自的优点。
用汇编语言编写和高级语言（C语言）比较起来节省空间，这样对于存储空间仅4Kb的芯片来说是极之有利的，51单片机能更高速的运行。
C语言编写的程序，虽然不象汇编那样速度快、但程序简单易行、并且需要较小的存储空间。
C语言作为一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。
此外，C语言程序还具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。
因此，使用C语言进行程序设计已成为软件开发的主流。
本设计就是采用C语言编写的，由于采用模块化操作，使得程序在修改，执行的时候显得方便易行。
3.2系统程序设计
本设计中，软件设计采用模块化操作，利用各个模块之间的相互联系，在设计中采用主程序调用各个子程序的方法，使程序通俗易懂，我们设计了整体程序流程图。
在main函数编写开始，要进行初始化，包括对系统初始化和对存储器初始化，要对硬件设备进行初始化，并使硬件处于就绪状态。
通过判断是否计费，调价，清零等状态，来分别调用不同的子程序，使程序在设计之前，就有了很强的逻辑关系。
这些对应于硬件就是通过按下各个控制开关，来分别进行不同的动作，最后数码管根据输入的信息，来显示不同的数据信息，这就达到了软件控制硬件，同时输入信息控制输出信息的目的。
整个程序的流程图如下：
图4.1系统程序流程图
第4章系统调试
系统调试包括软件调试和硬件调试。
硬件调试的任务是排除所焊接电路故障。
软件调试是利用开发工具进行在线仿真调试。
调试的一般过程如图4.1所示：
图4.1系统调试流程图
系统调试的一般过程是上电运行后观察其运行状态，数码管是否点亮等。
软件调试先是各个模块、各个子程序分别调试，最后进行系统联机调试。
4.1软件调试
4.1.1编程工具—C51语言
8051单片机的应用程序设计，使用C51语言进行程序设计虽然相对于汇编语言代码效率有所下降，但可以方便地实现程序设计模块化，代码结构清晰、可读性强，易于维护、更新和移植，适合较大规模的单片机程序设计。
近年来，随着C51语言的编译器性能的不断提高，在绝大多数应用环境下，C51程序的执行效率已经非常接近汇编语言，因此，使用C51进行单片机程序设计已经成为单片机程序设计的主流选择之一。
4.1.2程序调试工具—KEIL
本设计的软件都是在KeilμVision7.5上进行编写，编译，调试以及运行操作。
4.1.3单片机仿真软件在线调试—PROTEUS
1.打开Proteus软件。
2.选择file菜单下的opendesign选项，找到所需的元器件，元器件上单击右键选中，再单击左键对其进行命名和赋值，接着在编辑器左边的一栏中，找出并绘制设计所要的各种元器件，按照电路图连接后并保存。
3.将用keil编译产生的hex文件下载到单片机中：
双击51单片机，在对话框中把保存过的hex文件打开，再单击确定。
4.单击左下角运行按钮，进行软件仿真调试，直到出现正确的结果。
下图为软件的仿真窗口图：
图4.2软件仿真窗口图
4.2硬件电路
设计的目的是做出实用的实物，把所用的元器件焊接成能正常工作的实物。
4.2.1电路元件检测
在焊接电路前，首先要进行元器件的检测。
检测主要是测出各个元器件的型号。
对于数码管的检测在显示电路中已介绍。
识别电阻时可根据各环的数量级和色码表，判断电阻的阻值。
排阻是将多个电阻集中封装在一起，组合制成的。
排阻具有装配方便、安装密度高等优点。
常用排阻有A型和B型。
A型排阻的引脚总是奇数的。
它的左端有一个公共端（用白色的圆点表示），常见的排阻有4、7、8个电阻，所以引脚共有5或8或9个。
B型排阻的引脚总是偶数的。
它没有公共端，常见的排阻有4个电阻，所以引脚共有8个。
排阻的阻值读法如下：
“103”表示：
10kΩ，“510”表示：
51Ω。
以此类推。
对于集成芯片的检测，就是根据它的管脚图，来识别各个引脚，以方便焊接。
4.2.2元件的焊接方法
手工焊接是传统的的焊接方法，虽然批量电子产品生产已较少采用手工焊接了，但在电子产品的维修、调试中不可避免地还会用到手工焊接。
焊接质量的好坏直接影响到维修效果。
手工焊接是一项实践性很强的技能，在了解一般方法后,要多练；
多实践,才能有较好的焊接质量。
手工焊接握电烙铁的方法,有正握、反握及握笔式三种。
焊接元器件及维修电路板时以握笔式较为方便。
一、手工焊接一般分四步骤进行
①准备焊接:
清洁被焊元件处的积尘及油污,再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处,以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。
焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。
②加热焊接:
将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。
若是要拆下印刷板上的元器件,则待烙铁头加热后,用手或镊子轻轻拉动元器件,看是否可以取下。
③清理焊接面:
若所焊部位焊锡过多,可将烙铁头上的焊锡甩掉（注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上!
）,用光烙锡头沾些焊锡出来。
若焊点焊锡过少、不圆滑时,可以用电烙铁头"
蘸"
些焊锡对焊点进行补焊。
④检查焊点:
看焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。
二、焊接质量不高的原因
手工焊接对焊点的要求是：
①电连接性能良好；
②有一定的机械强度；
③光滑圆润。
造成焊接质量不高的常见原因是:
①焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积；
焊锡过少,不足以包裹焊点。
②冷焊。
焊接时烙铁温度过低或加热时间不足,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮（不光滑）,有细小裂纹（如同豆腐渣一样!
）。
③夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。
若夹杂加热不足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜；
若加热温度太高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。
对于有加热不足的松香膜的情况,可以用烙铁进行补焊。
对于已形成黑膜的,则要"
吃"
净焊锡,
升级会员 