出租车计费系统Word格式.docx

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课程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AltiumDisegnerDXP，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费系统。

在出租车计费系统的总体设计中，本人主要负责出租车计费系统硬件设计。

其中主要的外围功能电路有：

电机驱动电路，按键控制电路，车轮圈数检测电路，时钟部分，12864液晶显示电路等。

通过对以上各功能的设计，制作出的出租车计费系统应具有以下功能：

上电时显示费率，通过按下启动按键来开始计价，12864液晶开始显示起步价和起步金额；

直流电机转动，经光电传感器产生脉冲信号，模拟行驶的里程；

12864液晶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，12864液晶显示所走总里程和用户所需付总金额，按下清零按键，12864液晶全显示零，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费系统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，以光电开关测距，实现对出租车的基本的计价设计，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：

图1.1系统结构

通过比较以上两种方案，本人采用方案二实现出租车计费系统的功能。

本电路设计的计费系统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）。

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，在设计中采用一个光电开关来代替。

光电开关一端接在P3.2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12864液晶上分别显示总金额和总里程。

在显示方面，可以用数码管显示，也可以用12864液晶进行显示。

由于在这次设计中只需要显示里程和金额信息，我们采用12864液晶进行显示。

为了布线方便，我们选用了串口控制方式。

我们还设计了控制按键，能够很好的对出租车计费系统控制,如启动/停止按键，设置按键等。

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。

P2.0:

接设置按键，控制计价。

P2.1:

接减小键。

P2.3:

接增加键。

P2.4:

接启动/停止按键

P2.6:

接12864液晶数据端。

P2.7:

接12864液晶时钟端。

P3.4（T0）:

接光电传感器输出端。

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，默认起步价为7元，里程单价为3元/公里，当然这些数据可以在按键中改写，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，AltiumDisegnerDXP中整体硬件原理图：

图2.3硬件原理图

2.4硬件组成

硬件组成主要包括：

车轮模拟电路、显示电路、复位电路、路程计数电路、时钟电路、按键电路。

2.4.1车轮模拟电路

车轮模拟电路是用一个直流电机来模拟车轮，滑动变阻器可以调节电机转动的快慢。

图2.4车轮模拟电路

2.4.2显示电路

显示电路可以用数码管或液晶显示，液晶显示可以显示得更全面，更美观，是以后显示的发展方向，所以在这里用12864液晶来显示，12864液晶有并口和串口控制两种方式，串口可以只用两根线就能控制12864液晶的显示，非常的方便，在这里为了布线方便，所以采取了串口控制方式。

电路如下图所示。

图2.612864显示电路

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2.7复位电路

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2.8时钟电路

2.4.6按键电路

按键控制电路中，设置按键接单片机的P2.0管脚，按下设置按键，P2.0为低电平，调用设置子程序，用于将费率的设置。

另外P2.21、P2.2为加减按键，控制行车单价、等车单价，起步价等的调整。

单片机的P2.3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，再按一次为停止计价，再按一次重新计价。

图2.9按键电路

2.4.6光电开关电路

光电开关电路中，使用lm358作开环比较器，当光电开关红外头照射到黑线时，红外线被吸收，红外接收头等效电阻较大，与电阻分到的电压交大输出为0，否则输出为1，从而实现对中断的触发（本设计使用电机来模拟出租车的轮子，用光电开关检测接在电机轴上的纸片）。

图2.10光电传感器电路

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12864液晶根据输入的信息，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3.1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，12864液晶是否显示正常等。

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。

4.2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12864液晶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,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新进行焊接才行。

④焊锡连桥。

指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。

这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。

⑤焊剂过量,焊点周围松香残渣很多。

当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。

⑥焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。

这多是由于加热温度不足或焊剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不当造成的。

三、易损元器件的焊接

易损元器件是指在安装焊接过程中,受热或接触电烙铁时容易造成损坏的元器件,例如,有机铸塑元器件、MOS集成电路等。

易损元器件在焊接前要认真作好表面清洁、镀锡等准备工作,焊接时切忌长时间反复烫焊,烙铁头及烙铁温度要选择适当,确保一次焊接成功。

此外,要少用焊剂,防止焊剂侵入元器件的电接触点（例如继电器的触点）。

焊接MOS集成电路最好使用储能式电烙铁,以防止由于电烙铁的微弱漏电而损坏集成电路。

由于集成电路引线间距很小,要选择合适的烙铁头及温度,防止引线间连锡。

焊接集成电路最好先焊接地端、输出端、电源端,再焊输入端。

对于那些对温度特别敏感的元器件,可以用镊子夹上蘸有元水乙醇（酒精）的棉球保护元器件根部,使热量尽量少传到元器件上。

焊接过程要遵循以下原则：

焊接原则是先焊接小的元件，再焊接大的。

焊接过程要掌握烙铁的温度，以免温度过高损坏元器件。

焊接过程中要特别注意的几点：

（1）在焊接多引脚元件时最好焊接一个底座，这样可以避免器件烧坏。

（2）51单片机引脚较多，它与外围电路连接时，要特别注意，以免连焊、虚焊。

（3）有极性的电解电容，要注意其极性。

（4）焊接前先弄清各芯片引脚排列方式。

4.3硬件检测

设计的过程中，对硬件的检测和对软件的测试都不能忽略，因为在系统的仿真过程中。

各元件都是理想的，而在设计实际电路时，就需要多方面考虑。

要先对元件进行检测，然后进行调试。

例如如果在设计中不加任何驱动，在仿真软件中仍然可以正常计价，但是在具体硬件焊接时，需要考虑电路的驱动能力。

在已经焊接好的电路板上,要对其各个元器件进行检查。

一般情况下，集成电路不会出现故障。

在本设计中采用了先焊接插槽的方法，这可以避免一些元件在焊接的过程中被烧坏。

另外在焊接12864液晶时，要先排线，再焊接以免线路混乱。

元件在选购时需要多备选元件，元件的型号较多，产品质量没有可靠保证，就避免不了我们买的元器件是损坏的，再加上焊接是在万能板上焊接的。

就有可能发生虚焊，短路等情况的发生。

所以，在焊接好每个元件后都要进行检测，以保证焊接无误。

焊接好电路板，把相应的芯片插到对应的插槽中，再检一次，看芯片是否与插槽接触良好。

总结

在本次设计中，本人采用AT89S51芯片为核心器件，加上12864液晶显示。

设计出了简单的出租车计费系统，能够进行行车单价、等车单价、起步价的调节，行车单价和等车单价步进价格为0.1元，起步价和步进价格为1元，按键控制清零/计费，调价等。

在计费过程中，能够实时显示当前金额和当前里程，金额显示范围从起步价到99.99元，里程显示范围为0.0到99.9公里,在行车过程中能够按照行车单价进行计费，在等车过程中能够按照等车单价计费，实现了题目的所有要求。

选题后，本人便开始复习单片机方面的知识，也查阅、搜索了很多相关资料，进行总体设计与具体设计，同时也学习编程软件KeiC。

在设计开始，要形成流程图，它可以使设计有一定的逻辑性与严密性，使得设计思路明确。

采用模块化的设计思想很重要，它方便编写、修改与调试，另外加上必要的注释，便于交流与理解。

这次课程设计完成后，体会颇多，在学与做的过程中，取长补短，不断学习新的知识，吸取经验，达到进步的目的。

通过自身的努力以及相关图书资料的帮助，逐渐熟悉了KEIL和C语言等软件的使用以及硬件焊接与检测过程中的一些小技巧。

本次设计本人学习到不少单片机的知识，但由于自己的理论知识水平有限，实践知识和设计经验不足，在设计过程中难免存在一些问题。

所焊实物尚有许多不足，个别预期功能还不能很好的实现，主要原因是考虑问题不周全，电路设计经验少，实际动手能力不足。

恳请老师批