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摘要
近些年来，我国的经济正以十分惊人的速度发展，市民的消费水平也原来越高，城市的交通也越来越发达，出租车计价器由于体积小，精确计算出租车行驶里程，稳定性高，以及便于安装等特点，出租车计价器被广泛用于出租车行业。
本系统是由主控模块、计时模块、存储模块、显示模块、按键模块和电机驱动模块组成。
该系统可以在没有乘客时候可以显示时间，在白天和黑夜切换两种不同的计费价格，可以根据汽车行驶的路程进行自动计费。
当乘客到达目的地时候，可以按清零键可以把价格清除。
如果在特殊情况下计价器突然失去电源，重新启动电源后，可以显示掉电前的价格，防止价格的丢失，该系统的设计为司机同志提供了很多方便。
关键词：
计价器；
时钟；
单片机
Abstract
Inrecentyears,ourcountry'
seconomyisdevelopingwithastonishingspeed,thehigherthecitizens'
consumptionlevelisalsotheoriginal,urbantrafficisbecomingmoreandmoredeveloped,thetaximeterduetothesmallsize,precisecalculationoftaxirange,highstability,andeaseofinstallationetc,thetaximeteriswidelyusedinthetaxiindustry.Thissystemconsistsofmaincontrolmodule,timingmodule,memorymodule,displaymodule,keysmoduleandmotordrivemodule.Thesystemcaninnopassengerscandisplaythetimeandinthedayandnightswitchtwodifferentpricing,pricecanbeautomaticbillingaccordingtothecaraway.Whenthepassengerstoarrive,canpresstheresetkeytoremovetheprice.Ifinspecialcasesthemetersuddenlylosespower,restartthepowerafter,canshowoffinfrontoftheelectricprice,topreventthelossoftheprice,thesystemdesignhasprovidedmanyconveniencesfordrivercomrades.
Keywords:
;
taximeter;
clock；
SCM
第一章出租车计价器
1.1选题背景和意义
近些年来，我国的经济正以十分惊人的速度发展，市民的消费水平也原来越高，城市的交通也越来越发达，出租车计价器由于体积小，精确计算出租车行驶里程，稳定性高，以及便于安装等特点，出租车计价器被广泛用于出租车行业。
虽然现在人们的生活质量得到很大改善，越来越多的家庭拥有自己的汽车，但是近些年来一些大城市为了治理交通拥堵实行汽车限号。
可见出租车行业在运送乘客上班缓解交通拥堵有着重要意义。
21世纪以来，随着经济和科技的发展，以前普通的面包车或者是一些低端出租车已经不能满足乘客对出租车的要求，所以导致出租车的频繁更换。
搭乘出租汽车出行成为人们上班、旅游不可缺少的交通工具，已经成为中国城市公共交通不可缺少的部分和现代化城市市民出行必用的基础设施。
出租汽车服务行业和出租汽车计价器紧密相关，因为出租汽车必须安装出租汽车计价器才能投入营运。
一般的出租车计算里程是按照乘客坐上出租车，司机启动汽车开始计费。
出租车计价器利用传感器测量汽车行驶距离，根据汽车行驶距离进行计价，并能将行驶距离换算成金额在出租车计价显示屏幕上显示车费。
出租车计价器的出现让乘客和司机得到互相信任，如果按老久的计费手段直接估算距离，容易使乘客和司机间出现不可调和的矛盾，如果两个不同的出租车计价器行驶相同的路程出现计费金额相差较大，就会让乘客对出租车计价行业的准确性和公平性产生怀疑，所以设计的出租车计费系统一定要准备测量出行驶距离做到公平公正。
我国法律和质量监察部门也对出租车计价器制定了一系列严格的规定，也加大了对出租车计价行业的管理和规范。
1.2国内外研究现状、发展动态
我国在八十年代初北京，上海发展出了出租车这一新兴行业，改革开放以后，我国人民经济高速发展，人民的生活质量焕然一新。
如今越来越多的市民开始选择出租车作为出行工具，随意城市公共交通的建设离不开出租车。
台湾的出租车计价器行业发达，生产计价器功能多，计价准确，生产了全球90%的计价器。
现今我国生产计价器的企业有上百家，主要是集中在北京，上海，沈阳和广州等地。
重庆市起重机厂生产研制出了我国第一台计价器的公司，采用了落后的机械齿轮记算里程，而且不能把里程换算成价格，只能单一的计算里程。
第一代计价器只能计算里程，经过人们改进产生了计算器和机械计算里程相结合的第二代计价器。
它不仅可以完成计算路程而且还可以计算价格。
随着科学技术的迅速发展，发展出了大规模半导体集成板块的第三代计价器。
它的性能在不断提高，又有各种各样的功能。
单片机应用在出租车计价行业具有划时代意义，它不仅可以用传感器精确的计算出行驶路程，并且根据写入的程序实行精确的价格显示，还可以根据白天黑夜实现不同时段不同价格。
第2章出租车计价器
出租车计费系统的编写，利用到单片机不同引脚的多种功能，实现对出租车行驶里程的计费功能以及白天和夜晚不同价格调整、计价器液晶屏显示时间功能等等。
出租车计价器具有计费精确可靠、方便乘客看到行驶里程以及费用、价格低廉、方便安装等特点。
2.1设计任务要求
2.1.1设计任务
把编写的出租车计价系统的程序烧录到STC89C52单片机里，通过对里程和时间的计算，完成对数值进行处理和显示。
可以按键设置价位以适应不同的城市，可以切换白天和黑夜模式，满足出租车的日常计费。
2.1.2设计要求
（1）无乘客时候可以显示时间，这样方便实用。
（2）能显示里程，单位为公里，最后一位为小数位。
（3）能显示乘车时间，可以按照里程或时间自行选择收费。
（4）能显示金额数，单位为元，最后一位为小数位。
（5）起步公里数为3公里，价格可以自行根据当地规定设置，若实际距离大于起步公里，按超出公里累加计算价格。
（6）按清零键，计价器可清除计价。
（7）可以切换白天或黑夜，而且价格分开来设定。
（8）时间可以掉电计时，设置的价格也可以存储。
2.2设计的主要功能
利用DS1302时钟芯片具有保存掉电前存储数据的功能和单片机各引脚功能实现对整个电路系统的控制。
该设计用LCD1602液晶显示器作为显示模块，24c02芯片具有记录掉电存储设置的计费数据，即使掉电也不会丢失设置的费用，3v直流电机模拟发动机工作，使整个设计更加逼真，当无乘客时液晶可以显示时间（年月日时分秒），时间可以按键设置，此时电机不工作；
当有乘客时电机工作，可以通过按键开始计费系统工作，有清零键，收费可以修改（包括起价费、超过起价费每公里或分钟收费、白天和夜晚收费标准），可以切换白天和夜晚收费标准，可以实现按照分钟或公里收费的切换。
2.3方案的确定
我们学习过数字电子技术中的555计时器，使用555定时器芯片形成的多谐振荡器，或者利用晶振周作为时钟脉冲信号，芯片对脉冲的计数和分频，最终，用于对数据进行译码的译码电路，译码数据发送到数码管显示。
从我们学习单片机以后，发现数字电路的设计已经不可靠，不能适应更加繁琐的设计，所以我采用单片机技术，通过单片机作为主控器，使用1602字符液晶充当显示模块，并使用内部晶振作为时钟脉冲，与人们需求相符合，性价比较高。
设计添加了AT24c02芯片，利用I2C可以对设置的价钱参数进行掉电保存。
本设计是由软件设计和硬件设计两部分组成的。
软件设计要用KEIL进行程序的编写、用PROTEUS软件进行仿真和用PROTEL99SE进行原理图的绘制。
硬件设计要设计电路、硬件仿真和制作电路板。
2.3.1单片机的选择
方案1：
52单片机
单片机软件编程运算功能强，使用C语言编写程序灵活、自由度大，使用软件编写程序模拟单片机算法和逻辑控制。
单片机具有低功耗、体积微小、技术已经趋于成熟和生产成本低等优点，广泛的用于工业、农业生产等各个领域中。
而且具有较强的抗干扰能力。
方案2：
凌阳单片机
凌阳系列单片机能够完成各种繁琐的逻辑功能，模块体积大，具有较高密度，该系列单片机将所用器件集成在一个芯片上，减少了芯片体积，提高了模块的稳定性。
凌阳系列单片机由于上述优点大大增加了系统的处理程序的速度，适宜作为大规模集成系统的控制中枢。
MCS-51单片机价格便宜，而凌阳单片机价格比较昂贵。
出租车计价器占用存储空间较小，也不要求很高的处理速度，从成本低廉和节省资源的角度考虑，本设计选用MCS-51单片机作为出租车计价器的芯片。
2.3.2计时模块的选择
选用DS1302为出租车计价器的计时时钟芯片
该芯片是一个采用串行电路，并且与单片机接口比较方便，但是需要额外配备电源和32.768kHz晶振，由于焊接的水平和晶振好坏等缘由，会导致计时时钟芯片的精确度变低。
选用DS12C887为出租车计价器的计时时钟芯片
DS12C887芯片与单片机进行8位并口通讯，信息传递速度较快。
内部装有锂电池和晶振，特殊原因引起外部掉电后，它内部保存的时间信息仍能够保持10年左右，由于电路被装在芯片内部，所以有较强的抗外部干扰能力并且具有高度的精确性。
由于DS12C887芯片有许多功能，并且具有设置闹钟的内部寄存器，用于产生闹钟的中断。
综合考虑，虽然DS1302电路需要的外围电路复杂，但是性价比比较高，而且常用且稳定，所以选择方案1。
2.3.3显示模块的选择
采用LED显示器
LED显示器由发光二极管数码管组成，它的显示方式分为静态显示与动态显示。
虽然LED显示器具有耗电量低，使用寿命长，显示亮度高等优点，但是液晶显示成本昂贵。
采用液晶字符显示器
LCD是一种不发光的被动显示器，专门用于显示字母、数字、符号等。
虽然它可以专门用于显示字母、数字、低功耗、操作容易，但是他的确定也非常明显，那就是它的工作温度范围太小，不适宜用在工业环境中（不过此次实验是在常温中进行不影响使用）。
但从单片机资源的角度考虑，本设计选择了方案2，数码管虽然也可以实现，但是得用很多IO口，单片机的IO口紧张，想要显示的全面，功能齐全必须得加锁存和驱动电路，而用液晶显示就不需要复杂的外围电路。
2.3.4最终方案的确定
通过反复实验，最后选定了以下方案：
（1）选择STC89C52芯片作为出租车计价器的主控制器。
（2）选择DS1302时钟芯片作为设计的计时时钟芯片。
（3）选用LCD1602作为出租车计价器的显示器。
第3章硬件电路设计
本次出租车计价器设计可以分为六个模块，主控模块、计时模块、存储模块、显示模块、按键模块和电机驱动模块。
设计框图如下:
单片机
图1系统的总体框图
3.1STC89C52单片机
世界上第一台TMS-100单片机产自于美国，从刚开始的应用单一、内存小、体积大等诸多不便，现在已经发展成集成度高、体积小、内存大等优点。
由于21世纪科技的迅速发展，各种单片机的开始升级换代来满足人们对各种复杂工业环境下的要求，高质量、内存大、工作稳定性高的单片机芯片已经成为各个行业的主流。
所以单片机已经作为一门独立的计算机技术用于教学。
如今单片机已经诞生了30多年，起初的单片机由于体积大、内存小、不稳定等因素没有被广泛使用。
但是8位单片机的问世具有划时代的意义，8位单片机的发展可以分为四个阶段。
单片机的研发探索阶段。
20世纪70年代Intel公司首先研发了MCS系列单片机并准备把它用于工业领域，经过在工业领域的反复试验取得了不错的效果。
单片机的不断改进完善。
经过Intel公司的不断努力探索和研发，在MCS早期系列单片机出现故障的地方进行不断进。
终于在20世纪末期研制出了软硬件具有丰富资源的MCS-51单片机。
它和早期的单片机想把具有两大优点，一是增强了芯片的功能，早期的指令已经不断完善，并且增加许多方便快捷的控制指令，另一个是完善了外部总线并且为51单片机设置了具有划时代意义的8位单片机总线结构。
8位单片机的迅速发展。
在此时期8位单片机迅速发展，更多的厂商加入到它的生产和研发中，并且在8位单片机的基础上推出了16位单片机。
期间人们已经渐渐把单片机用于程序运行监测、A/D准换中，单片机逐渐向微控器方向发展。
微控器的全面发展时代。
随着出现了快速、能大范围寻址、16位与32位运算强的单片机。
单片机被广泛用于各种领域之中、发展出了更多的功能。
由于单片机把CPU、中断系统集成在电路芯片上，所以它的芯片具有体积小、价格便宜、稳定性较高、用软件开发简便等特点。
由于以上特点工业领域和电子技术中单片机被广泛应用，特别在智能仪表的使用中单片机的这一优点被显示出来。
现如今科技发展迅速，尤其是在控制领域中，不但要考虑单片机的价格，而且要考虑单片机连续运行的可靠性和对机器的灵活控制性。
单片机由于以上优点被广泛引入到仪表和仪器中，例如出租车计价器上，不仅可以用传感器测出汽车行驶距离，而且可以自动换算出费用。
它不仅方便乘客了解车辆行驶里程，而且提高了出租车自动计费的速度，由于单片机体积小，所以简化了出租车计价器硬件的大小，方便在出租车内安装。
单片机主要特点：
（1）有优异的性能价格比。
（2）由于单片机具有把不同功能的器件集成在一块微小的芯片上，所有单片机体积很小，集成度较高，可靠的稳定性。
单品机采用8位总线结构，以前芯片间接线繁琐，这样就使得单片机内部连线大大缩减，使得单片机在恶劣的环境中，表现出较强的抗干扰能力与工作的稳定性。
（3）工作时候功耗低、工作电压低，体积小可以生产携带方便产品。
（4）为了满足用户的要求单品将具有较强的控制功能，它内部带有有CPU、以及各种转移指令。
（5）由于51单片机系统的不断规范、完善、兼容性强等特点，比较便于形成各种应用系统。
电源引脚
VCC（40脚）：
52单片机接入+5V电源。
GND（20脚）：
接地。
时钟引脚
XTAL1:
与外部石英晶体的引脚相接，其内部构造是反向放大器的输入端。
XTAL2：
与外部石英晶体的另一引脚相接，其内部构造是反向放大器的输出端。
控制引脚
RESET：
52单片机的复位引脚，并且只有高电平有效。
要想完成复位操作，需要在对RST引脚引入高电平并且保证高电平时间多于两个时钟周期。
EA/Vpp：
只有EA的引脚接到低电平才会动作，它可以对外部存储器进行访问。
此引脚的第二个功能是Vpp，对8751单片机写程序固化时，在输入端加入+12或+21V高电压，51单片机只要加入+5或+12V电压。
ALE/PROG：
地址锁存信号表示为ALE，当控制器进行工作时，它的引脚会持续输送正脉冲信号。
P0口：
我们通常把P0.0～P0.7的8个引脚端口称作P0口，它是准双向的8位I/O口，电路中带有上拉电阻，能够使8个TLS负载驱动。
P1口：
我们通常把P1.0～P1.7的8个引脚端口称作P1口，它是准双向的8位I/O口，电路中带有上拉电阻，能够使4个TLS负载驱动。
P2口：
我们通常把P2.0～P2.7的8个引脚端口称作P2口，它是准双向的8位I/O口，电路中带有上拉电阻，能够使4个TLS负载驱动。
P3口：
图2单片机的引脚图
3.1.1最小系统设计
最小系统用到52单片机的复位、时钟、电源等部件，而且可以让它一直处在良好的运行状态。
单片机的正常运行，时钟、电源电路是不可缺少的。
它能让最小系统变成应用系统的重要部分，如果对其进行A/D扩展、存储器扩展等，就能让单片机完成繁杂的功能。
设计出租车计价系统的时候要把时钟电路与复位电路和单片机相连。
如图3所示最小系统。
图3最小系统原理框图
3.1.2时钟电路
52单片机的信号分成内部时钟方式与外部时钟方式两种方式产生。
如图4所示52单片机内部时钟电路。
其内部有一个振荡电路，如果时钟芯片的XTAL1与XTAL2引脚外部接晶振，就可以形成自激振荡器，时钟脉冲信号才可能在单片机内部出现。
当电路内部电容数值为30pF时可以让电路进行快速起振。
本电路选用电路中电容C1和C2起到了快速起振与稳定频率的作用。
本电路选用11.0592MHz的石英晶体作为振荡频率，可以使频率稳定输出。
图4STC89C52内部时钟电路
3.1.3复位电路
任何单片机上电必须复位。
对于MCS51单片机，只需在RET管脚加多于10毫秒的高电平，单片机就能实现复位状态。
单片机复位电路一般有两种方式，一种是按钮复位，另一种是上电自动复位。
在最基本的上电自动复位电路中，利用外部复位电路里的电容充电和放电来进行上电自动复位。
51单片机可以自动上电复位只要Vcc上升时间小于1毫秒。
此次设计用的是按键手动复位。
因为在上电复位失效时，按键手动复位非常重要。
图5STC89C52复位电路
3.2时钟模块
3.2.1DS1302性能简介
Dallas公司产出了DS1302实时时钟芯片。
该芯片有多种计时功能，可以显示时间、月份等信息。
DS1302芯片包含备用电源，如果主电源在意外情况下关闭，它还可以保证时钟的继续运行。
DS1302内主要包含移位震荡器、寄存器、逻辑控制电路。
单片机与时钟芯片传送数据的实现比较容易，时钟芯片的内部结构及引脚排列如图6所示：
DS1302引脚说明：
X1，X232.768kHz的晶振引脚
GND地线
RST复位端
I/O数据输入/输出端口
SCLK串行时钟端口
VCC1慢速充电引脚
VCC2电源引脚
图6DS1302管脚图
3.2.2DS1302接口电路设计
1时钟芯片DS1302的接口电路及工作原理：
图7DS1302与MCU接口电路
DS1302接口电路如图7所示，图中后备电源由Vcc1表示，主电源由Vcc2表示。
VCC1不仅能够供出低电压，而且在单电源和电池供电系统中也可以充当低功率系统的电池备份。
双电源的主电源由VCC2提供，为了在无主电源的情形下能够存储数据和时间信息，需要把VCC1接到备份电源上。
谁为时钟供电有两种情况，一种是VCC2比VCC1大+0.2V的时候，此时VCC2给DS1302输送电源。
另一种是VCC2比VCC1小时，VCC1给时钟输送电源。
每当时钟进行读、写软件编写程序前要恢复初始值，SCLK端置“0”，RST端置“1”，加上SCLK脉冲；
DS1302的控制字如表1显示，位7一定要置1，如果置0，DS1302就不能进行数据的读写。
操作单元地址由位1至位5表示。
如国位0显示为0进行写操作，如果位0显示是1则进行读操作。
表2列出DS1302相关时间、日历寄存器的内容：
时钟暂停标志位由“CH”表示，如果此标志位变为1时，时钟会处在低功耗的运作状态并且时钟振荡器会终止；
如果此标志位为0时，时钟便开始运行。
“WP”表示写保护位，无论何时对时钟与RAM写操作前，“WP”一定置于为0。
如果“WP”为1时，写保护位以防对任何一个寄存器进行写操作。
2、DS1302的控制字
表1列出时钟的控制字，当位7为0时，数据不能被写入到芯片中；
操作单元地址由位5到位1表示；
位0定义为最低有效位，如国位0显示为0进行写操作，如果位0显示是1则进行读操作。
控制字节默认从最低位开始输出。
表1DS1302控制字格式
1
RAM/CK
A4
A3
A2
A1
A0
RD/WR
3、数据输入输出（I/O）
信息被写入后的下一次SCLK上升沿时，信息输入从0开始即从低位。
同理，在接下来的信息写入之后的下一次SCLK下降沿，可以读出DS1302的信息，信息从低位0位到高位7被读出。
如下图8所示。
图8DS1302时钟芯片的读/写时序图
4、DS1302的寄存器
时钟芯片包含12个寄存器，当中有7个寄存器和时钟、日历有关，数据位以BCD码的形式被存放,它的时间、日历寄存器以及它的控制字见表2。
表2DS1302的时间寄存器、日历
写寄存器
读寄存器
Bit7
Bit6
Bit5
Bit4
Bit3
Bit2
Bit1
Bit0
80H
81H
CH
10秒
秒
82H
83H
10分
分
84H
85H
12/
10
时
/PM
86H
87H
10日
日
88H
89H
10月
月
8AH
8BH
星期
8CH
8DH
10年
年
8EH
8FH
WP
3.3按键控制模块
根据单片机键盘的样式，可以把键盘归为矩阵键盘和独立的键盘：
独立键盘为了使系统更加稳定采用每个I/O口上只能接一个按键，按键的另一头接地或接电源（大部分接地）；
虽然矩阵式键盘有复杂的接法程序，可是占用较少I/O口。
独立式键盘接法由于上述优点被用于此次设计。
独立式键盘是利用I/O口读取口的电平是高电平还是低电平来确定是不是有按键按下来实现的。
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