基于S51单片机的计费器设计毕业设计Word格式文档下载.docx
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1.1选题的依据及意义·
1厦礴恳蹒骈時盡继價骚。
1.2国内外研究现状及发展趋势·
2茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
1.3本课题研究方法·
2鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
1.4方案论证与比较·
3籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。
1.5系统的设计与思想·
4預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
第二章系统整体设计及其硬件组成
2.1电路总框图·
11渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。
2.2系统硬件的选择·
11铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
2.3系统硬件设计·
12擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
2.4里程测试·
12贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。
2.5掉电存储芯片AT24C02的概述和设计·
13坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
2.6复位电路的设计·
14蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。
2.7晶振系统模块设计·
18買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。
2.8时钟电路模块·
19綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。
2.9显示电路模块·
20驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。
第3章系统软件设计
3.1主程序设计·
22猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。
3.2计数里程的中断服务程序·
24锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。
3.3途中等待的中断服务程序·
24構氽頑黉碩饨荠龈话骛。
第四章结论
4.1结论·
26輒峄陽檉簖疖網儂號泶。
参考文献·
27尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。
附录·
28识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。
致谢·
29凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。
第一章绪论
1.1选题的依据及意义
我们国家的经济发展越来越快，城市的交通也慢慢的完善，人民生活水平的也越来越好，出租车计价器的应用也越来越广泛。
虽然很多人都拥有了私家车，但是出租车在我国的交通运输中还是承担着非常重要的角色，为此，国家特别设计出了出租车计价器，它是负责出租车营运收费的专用智能化仪表。
我国出租汽车行业因而迅猛发展，出租汽车已经成为我国城市公共交通的重要组成部分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。
出租汽车必须安装出租汽车计价器才能投入营运，因此出租汽车服务行业和出租汽车计价器紧密相关，出租车计价器也就随着出租车行业的发展而日益完善。
出租汽车计价器是一种能为乘客专门制作出来，可以直接显示车费值的计量器具。
计价器是乘坐出租车的消费者和出租车司机之间用于公平交易的工具，所以计价器的计价是否精确，就直接关系到消费者和出租车司机之间的经济利益。
为了保护出租车司机和乘坐出租车的消费者的经济利益,世界上的很多国家都对作为交易的出租汽车计价器进行强制管理。
恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。
1.2国内外研究现状及发展趋势
我国生产的第一台计价器是在重庆，最早的计价器是用机械齿轮制造的，只能做简单计价工作，而不能够自动的完成一系列的报价功能。
鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。
第二代计价器也随着时代的变迁制造出来。
第二代计价器不像最初的计价器一样，只能完全靠着机械化的方式运作，它加入了手摇计算机的功能，成为了半机械半电子化的计价器。
第二代的计价器就有了又可以计程还能进行计价的功能。
硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。
过了几年后，国家慢慢发现了大规模集成电路，进而又制作出了第三代计价器，它也被称作是全电子化的计价器。
第三代计价器的功能更强大也更加完善，当国家制作出单片机后，就将单片机应用于计价器中，就出现了现在的出租车计价器，这个单片机制作的计价器它完善了之前两代计价器都不太全面的工作。
所以说单片机的出现不仅实现了计价器的发展，很多电子元件都需要到单片机。
出租车计价器最初的作用就是简单的计价以及它的可靠性要好。
阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。
框图：
单片机
显示器
变换电路
信号源
单片机单元框图:
AT89S51
8255并行编程
1602液晶显示
时钟电路
单片机单元系统
1.3本课题研究方法
这次的课题我们必须使用到单片机来完成设计要求。
因为单片机功能强大，也很方便，可以运用到很少的硬件和适当的软件相互配合就可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成不同地区价格差异的调整。
对于计费模式的变换，我们可以通过软件的编程就方便我们实现这个问题。
避免了其他不必要的麻烦。
氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。
1.设计思想
出租车计价器的设计主要分为两大部分：
硬件电路设计和软件结构的设计。
出租车计价器的硬件电路由速度传感电路、空车等电路、时钟电路、存储电路和电源电路等部分构成。
1.硬件框图各电路主要功能：
1）单片机电路：
检测空车灯信号和速度传感电路的脉冲信号，进行里程计算等。
2）里程传感电路：
利用霍尔传感器送入单片机，供里程计算。
3）时钟电路：
显示出时间。
4）串口显示电路：
显示单价、路程、金额、等待时间、时钟。
釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。
2.硬件组成
系统硬件组成框图
采用AT89S51单片机为核心，利用它丰富的管脚及功能，以霍尔传感器为出租车速度检测元件，结合外围电路，来完成出租车计价器的基本功能。
怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。
这次的课题我采用菲利普公司产的AT89S51单片机作为主要的控制器，并采用掉电存储单元来控制当系统掉电的时候可以自动保存系统的时间和单价，最后采用液晶1602显示出来。
谚辞調担鈧谄动禪泻類。
1.4方案论证与比较
方案一：
方案框图如图
（1）所示。
出租车的驱动轮转数和转轴转数的传动是成一定的比率的，磁感应传感器会产生出一个大概为20ms的低脉冲，这样就可以通过计算磁感应传感器产生出来的低脉冲数来计算出出租车行驶的里程数以及相应的价格。
嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。
编码器的单片机可以通过其中的一个I/O口来实现检测磁感应传感器的信号，当确定是由这个是传感器发出的信号时，就能够通过另外的一个I/O口来向解码器的单片机发送出来另外的一组编码，然后解码器的单片机就会对出当前所准备接收的数据进行判断识别，判断它到底是从编码器发送的编码还是从解码写入器发送出来的解码。
如果判断并识别出是经过解码写入器发送出来的解码的话，解码器的单片机就会接收这个解码，并且会使用12C总线协议来将解码保存到EEPROM中；
如果判断并识别出是从编码器发送出来的编码的话，解码器的单片机就会先接收到该编码，然后会读出里面EEPROM中的解码，再将其和接收到的编码进行比较，如果相同的话那么解码器单片机就会通过一个I/0口向计价器里发送出计价脉冲，反正就不会发出计价脉冲[1]。
经过这样的一个过程就解决了以往的计价器计价的不准确、使用的寿命短等缺点，但是这个方法经常使干扰信号也会产生出计数脉冲，而且分立元件太复杂，电路稳定性也不是很好。
熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。
解码器
编码器
磁感应传感器
计价
装置
计价脉冲
解码写入器
图
（1）编码器方案
方案二：
电路框图如图
（2）所示。
如果我们采用数字电路控制。
应用传感器件，然后输出脉冲信号，再经过放大整形来作为移位寄存器的脉冲，以此来实现计价，这种电路过于简单，性能不够稳定，而且还不能调节单价，也不能随着时段的变化来调节计费表准，所以这个方案不够实用。
鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。
移位寄存器电路
图
（2）数字电路方案
方案三：
这个方案我们使用单片机控制。
以单片机为主要核心,设计上采用89S51单片机做为主控器，采用A44E霍尔传感器来进行测距，并且使用AT24C02在系统在掉电时保存单价和时间等信息，输出采用了1602LCD液晶显示。
然后利用单片机丰富的I/O端口以及控制的灵活性，实现了基本的里程的计价功能和价格调整、时钟显示功能等功能[2]。
原理结构如图（3）所示。
纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。
打印模块
颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。
图（3）单片机控制方案
这个方案的电路设计的计价器不仅能够实现最基本的计价功能，还能根据不同的时间段来调节计费单价，并且还能在不计价的时候显示当前时间。
总价的公式为：
总价=6+1.2*（总里程-2）+等待时间*0.3。
AT89S51作为一个单片微型的计算系统，不仅灵活性高，而且它强大的控制处理功能以及可扩展功能能够为本次的电路设计提供了很好的选择。
濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。
经过上面的三种方案的比较，很明显单片机的方案有很大的灵活功能提升空间，这样不仅能够实现所有要求的功能并且还能根据需要预留了功能扩展的。
因此我采用第三种方案来设计计价器，用AT89S51单片机来完美的实现出租车计价的功能。
銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。
1.5系统的设计与思想
出租车计价器已经不知不觉深入了我们的生活当中。
随着世界上经济的不断发展，人民的生活也得到了很好的改善，城市的交通也在日益的完善着，无论是出租车还是公交车都得到了很好的使用环境。
而计价器则安装在了出租车上，避免了人们之间的买卖纠纷。
但是早期的出租车计价器没有那么多功能，也没有那么的准确。
因此出租车计价器不断的得到了完善。
出租车计价器是一种能够根据乘客乘坐出租车时的所行驶时间、行驶距离、等待时间等等进行的计价，并且能够之间在LCD管中直接显示出价格。
所以出租车计价器是出租车司机和乘坐的乘客之间用于公平交易的工具。
计价器的是否精确，直接关系到消费者和司机经济利益。
所以国家十分重视这个问题，所以近几年来，国家质量技术监督部门是开始强化管理出租车计价器。
由此可见，计价器的应用十分重要。
挤貼綬电麥结鈺贖哓类。
2.1电路总框图
LCD液晶显示
车轮转动检测
模块
按键控制模块
AT89S51
单片机
电源模块
赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。
2.2系统硬件的选择
AT89S51与AT89C51的区别
MCS—51单片机是在早期时由美国的INTE公司所创造出来的一款单片机，这款单片机我们一直用到了现在，而如今，51单片机仍然是全国市场的主流。
[3]塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。
由于ATMEL公司的89C51已经停产，所以现在很多高校都开始使用PHILPS（菲利普）公司的89S51。
而我们常用的89C51其实也很优秀，在很多的基础上增强了很多的特性，比如说时钟上，更优秀的是由Flash存储器取代了原来的ROM。
所以说AT89C51的性能相对于8051已经算得上是质的飞跃了。
裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。
但是由于时代在进步，市场的要求也越来越高，89C51受到很多挑战，89C51最严重的不足是在于不支持ISP（在线更新程序）功能，所以必须要加上ISP功能等新的功能才能更好的延续MCS—51的历程。
然而89S51就是在这样的市场下赢得了89C51，因此89S51顺利的成为了现今市场的所需，完全的取代了89C51的地位。
仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。
AT89S51与AT89C51相比
（1）AT89S51增加了很多的性能，论价格来比，甚至比89C51的还要低。
（2）原来的89C51的最高的工作频率是24M，但是新出现的89S51拥有着更高的工作频率，这样使工作的速度提高了一个层次[4]。
绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。
所以在这个设计中，我们毫无疑问的选择了AT89S51单片机作为了计价器的核心。
2.3系统硬件设计
本文的出租车计价器以AT89S51单片机为核心，由里程计算电路、液晶管显示电路等硬件组成。
利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性[5]。
这个全面的实现了计价器上的计价价格调节、时钟显示，并且能在原有基础上实现了扩展的功能，还能够方便日后的升级功能。
骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。
2.4里程测试
霍尔传感器我们是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。
在这里我使用到霍尔传感器的原因是因为它有很多的优点，比如它安装方便、使用的寿命长、体积小且轻、最重要的还是它的消耗功率小而且频率又高等。
瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。
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[6]，再送到单片机里，经过计算和处理，发送到显示单元。
A44E检测的原理图如图（4）所示，P3.2口作为信号的输入端，内部采用外部中断0[7]，车轮每转一圈（设车轮的周长是1M），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[8]，当所设定的计数到了1000次的时候，也就是1KM，单片机内部就会自动将金额增加，这个的计算公式如下：
鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。
当前单价×
公里数=所付金额
车轮
图（4）传感器测距示意图
我们在霍尔电势发生器的两个端口加上了VCC电压，由霍尔效应原理得知，当霍尔片在磁场中的时候，霍尔传感器A44E输入端输出了低电平。
每当车轮转动一圈的时候小磁铁就能够产生一个磁场，然后霍尔传感器A44E就会输出一个低电平来完成一次数据的采集。
栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。
2.5掉电存储芯片AT24CO2的概述和设计
由单片机所实现仪表仪器、监控系统、家用电器等系统中，对一些状态的参数，不仅要实现它们能够在线升级以及修改，还要在断电的时候保持供电状态。
断电后保护数据的方法我们可选用具有断电保护功能的RAM以及电可擦存储器EEPROM。
虽然拥有断电保护功能的RAM容量大，速度快，但是占用线多而且又成本高，而EEPROM适合数据交换量少，这个可以应有到对传送速度要求不高的场合。
辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。
AT24CX系列串行EEPROM是先进的单片机应用系统中应有到比较多的EEPROM芯片。
它的系列串行EEPROM不仅拥有消耗功率低、工作的电压范围大、体积比较小等特点外，还拥有着所被占用的I/O口线少，芯片扩展起来配置比较灵活方便，方便于人们读写、型号也有很多，容量的空间大等优点。
在现在持续发展的社会中，也在大量的投入使用中。
峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。
本文中，我们利用AT24C02芯片应用到该设计中的掉电存储模块中。
图（5）为AT24C02芯片图。
我们利用I2C总线的原理接线，应用掉电保护单元AT24C02。
数据存储部分的用途是当没有电源的时候，会自动保存之前操作留下的信息。
电路的连接图如下图（6）所示。
这个设计的优点是它的高效性和简单性。
一般的地址输入端是A0，A1，A2，写保护WP接Vcc或GND；
SCL，SDA接上拉电阻（上拉电阻的阻值可参考有关数据手册选择，通常可选用5～10kQ的电阻，设计中选用的电阻阻值为5．1k）后再接单片机的普通I／O口，这便可实现单片机对AT24C02的操作[9]。
詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。
图（5）AT24C02型号
图（6）掉电存储电路连接图
2.6复位电路的设计
单片机在开始启动之前都需要进行一次复位的操作，这样能使CPU和系统中的其它部件都能处于一个准确的初始状态，并且能从这个初始状态开始工作。
AT89S51单片机有一个引脚是RST，它是触发器的输入端，该输出端是接复位电路的输入。
则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。
复位信号所用的电频是高电平，它的有效时间应能持续二个机器周期以上，也就是24个振荡脉冲周期。
复位了之后，使ALE、PSEN、P0、P1、P2口的输出都可视为高电平（即为输入状态），复位了以后，内部寄存器的状态如下表表1所示。
当RST变为低电平了以后，就又会退出了复位的状态。
CPU从初始化开始工作，由所给的状态表可知，复位了以后：
程序寄存器由0000H开始执行程序，而内部RAM不受复位影响。
胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。
复位有按键手动复位和电复位两种状态。
而按键手动所具有的是脉冲方式和电平方式方式两种。
在本次设计中，为了方便我们的操作，我们采用了按键手动复位的按键电平复位方式。
其复位电路由表2所示：
鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。
表1
端口引脚
复用功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
/INT0（外部中断0）
P3.3
/INT1（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0的外部输入）
P3.5
T1（定时器1的外部输入）
P3.6
/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
/RD（外部数据存储器读选通）
PC
0000H
TCON
00H
ACC
TL0
PSW
TH0
SP
07H
TL1
DPTR
TH1
P0-P3
0FFH
SCON
IP
XX000000H
SBUF
IE
0X000000H
PCON
不定
TMOD
0XXX0000B
表2复位电路表
复位电路连接图如图（7）所示：
图（7）复位电路连接图
2.7晶振系统模块
本设计我们使用PCF8563作为芯片。
它于该系统中的主要作用是设定。
例如：
它可以设定时间，单位可以为时、分、秒。
我们都知道乘客或者司机在出租车上都需要用到时间来计价钱，或者能够看到现在的时间是多少，所以计价器在出租车上就需要显示实时时钟,,因此要选择一个好的时钟芯片对计价器来说是很重要的。
时钟要提供到秒、分、时，我们通过设计8563的控制/状态寄存器选择，时钟方式必须要经过初始校准后才能够工作使用。
稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。
PCF8563是一款无论是性能又或者是价格都是比极高的时钟芯片，它已经被广泛的使用在了电表水表气表和电池供电的仪器仪表等产品当中。
陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。
该电路连接图如图（8）所示。
图（8）8563晶振电路
2.8时钟电路模块
时钟电路所产生了的脉冲是通过触发器进行二分频了之后，才可以形成的单片机的时钟脉冲信号。
一般的电容为C3和C4，我们大概就取30pF左右。
而晶体振荡频率的范围为1.2MHz—12MHz。
然而晶体振荡的频率与时钟振荡以及单片机的运行速度是成正比的，也就是说晶体振荡频率高的时候，时钟振荡频率也越高，而且单片机的运行速度就越快。
我们在这次的设计中，这次的课题设计我选用
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