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基于单片机的出租车计价器的设计毕业论文
毕业论文（设计）
论文题目：
基于单片机的出租车计价器的设计
学生姓名：
******学号：
*******
指导教师：
*****职称：
教授
院系：
物理与电子信息工程学院
专业班级：
***************************
二○一二年五月十日
摘要
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，出租车计价器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要标志，是出租车中最重要的工具。
它关系着交易双方的利益。
具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。
因此，汽车计价器的研究也是十分有一个应用价值的。
而随着单片机性能不断提高而价格不断下降，单片机控制在越来越多的领域得以应用。
本设计按照传统的模式，在整个项目开发过程中，先根据控制系统要求设计原理图，PCB电路图绘制，电路板制作，元器件的焊接，然后进行软件编程，通过仿真器对系统硬件与软件调试，最后将调试成功的程序固化到单片机中。
这一过程中的主要问题是，应用程序需要在硬件完成的情况下才能进行调试。
本系统是由89C52单片机、数码管显示模块、计数脉冲发生器、及里程计算等模块组成。
关键字：
单片机数码管显示计费控制
Abstract
withthedevelopmentofthetaxiindustry,ataxiisanimportantpartofurbantransportation,taxidriversandpassengersthemessageaccountingdeviceisbothsidesofthetradingstandards,itisanimportantsymbolofdevelopmentofthetaxitrade,isthemostimportanttoolinataxi.Itwasabouttradingtheinterestsofbothparties.Hasgoodperformancebothforthemessageaccountingdevicetaxidriverfriendorpassengersalikeisverynecessary.Therefore,theresearchisalsoverysmartmetercarhasaapplicationvalue.Butalongwithsingle-chipmicrocomputerwithimprovingperformanceandpricesfalling,SCMcontrolinmoreandmorefieldtotheapplication.Thisdesignaccordingtothetraditionalmodel,inthewholeprojectdevelopmentprocess,accordingtothecontrolsystemrequirementstodesignprinciplediagram,PCBdrawcircuitdiagram,circuitboardproduction,componentsofweldingandsoftwareprogramming,throughthesimulationofthesystemhardwareandsoftwaredebugging,willultimatelysuccessfulprogramtocuredebugginginsinglechipmicrocomputer.Thisprocessisthemainproblem,applicationneedstofinishinthehardwarecandebugging.Thissystemismadeof89C52singlechipcomputer,digitalpipedisplaymodule,countingpulsegenerator,andmileagecalculationmodule.
KEYWORDdigitalpipedisplaybillingcontrol
绪论
随着出租车行业的发展，对出租车计费器的要求也越来越高。
二十世纪后半期，随着集成电路与计算机技术的飞速发展，单片机技术也得到了飞速发展，基于单片机的出租车计费器不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题，而且其开发周期短、开发软件投入少、芯片价格不断降低，特别是对小批量、多品种的产品需求，单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作与与生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造与产品的更新换代，应用前景广阔。
随着生活水平的提高，人们已不再满足于衣食住的享受，出行的舒适已受到越来越多人的关注。
于是，出租车行业以低价高质的服务给人们带来了出行的享受。
但总存在着买卖纠纷困扰着行业的发展。
而在出租车行业中解决这一矛盾的最好方法就是改良计价器，用更加精良的计价器来为乘客提供更加方便快捷的服务。
我国在70年代开始出租车，但那时的计费系统大都是国外进口不但不够准确，价格还十分昂贵。
出租车计价器的功能从刚开始的只显示路程（需要司机自己定价，计算后四舍五入），到能够自主计费，以及现在能够打发票与语音提示、按时间自主变价等功能。
随着城市旅游业的发展，出租车行业已成为城市的窗口，象征着一个城市的文明程度。
而本次设计的计价器是一种专用的计量仪器，它安装在出租汽车上，能连续累加，并指示出行程中任一时刻乘客应付费用的总数，其金额值是计程与计时时间的函数。
出租车计价器在最初使用时具备的主要功能是根据行驶里程计价，要求精度高，可靠性好。
出租车计价器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要标志，是出租车中最重要的工具。
它关系着交易双方的利益，具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。
因此，汽车计价器的研究也是十分有应用价值的。
第1章出租车计价器
1.1选题背景与意义
随着我国经济的迅速发展，人民生活水平的显著提高，城市的交通日趋完善，出租车计价器的应用也越来越广泛。
虽然私家车的拥有量在大幅度地提高，但是出租车还是在我国的交通运输中承担着重要的角色，出租车计价器是出租车上必不可少的重要仪器，它是负责出租车营运收费的专用智能化仪表。
用户不仅要求计价器性能稳定、计价准确而且对它的要求也越来越高。
近年来，我国出租汽车行业迅猛发展，出租汽车已经成为我国城市公共交通的重要组成部分与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。
出租汽车服务行业与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。
出租汽车计价器是一种能根据乘客乘坐汽车行驶距离与等候时间的多少进行计价，并直接显示车费值的计量器具。
计价器是出租汽车的经营者与乘坐出租汽车的消费者之间用于公平贸易结算的工具，因而计价器计价准确与否，直接关系到经营者与消费者的经济利益。
依据国家有关法律、法规，出租汽车计价器是列入国家首批强制检定的工作计量器具之一，也是近年来国家质量技术监督部门强化管理的六类重点计量器具之一。
出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项新兴行业，随着我国国民经济的高速发展，出租汽车已成为城市公共交通的重要组成部分。
多年来国内普遍使用的计价器只具备单一的计量功能。
目前全世界的计价器中有90%为台湾所生产。
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，沈阳与广州等地。
在出租车是城市交通的重要组成部分，行业健康与发展也获得越来越多的关注。
汽车计价器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要标志，是出租车中最重要的工具。
它关系着交易双方的利益。
具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。
1.2国内外研究现状、发展动态
出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项新兴行业，随着我国国民经济的高速发展，出租汽车已成为城市公共交通的重要组成部分。
多年来国内普遍使用的计价器只具备单一的计量功能。
目前全世界的计价器中有90%为台湾所生产。
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，沈阳与广州等地。
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我国的第一家生产计价器企业是重庆市起重机厂，最早的计价器全部采用机械齿轮结构，只能完成简单的计程功能，可以说早期的计价器就是一个里程表。
随着科学技术的发展，产生了第二代计价器。
它采用了手摇计算机与机械结构相结合的方式，实现了半机械半电子化。
此时它在计程的同时还可以完成计价的工作。
大规模集成电路的发展又产生了第三代计价器，也就是全电子化的计价器。
它的功能也在不断完善.当单片机出现并应用于计价器后，现代出租车计价器的模型也就基本具备了，它可以完成计程，计价，显示等基本工作。
单片机以及外围芯片的不断发展促进了计价器的发展。
出租车计价器在最初使用时具备的主要功能是根据行驶里程计价，要求精度高，可靠性好。
1.3研究的内容及可行性分析
1.3.1研究的内容
计价器显示的营运金额是营运里程与价格的函数（等候时间一般折算成一定比例的里程来计算）。
出租车计价器通过传感器与行驶车辆连接。
出租汽车的实际里程通过传感器的脉冲信号在计价器里折算成一定的计价营运里程。
针对这一点我们来利用单片机作为控制核心，设计一款出租车计价器，具有计价显示、等待时间计价，公里数显示，时间显示等相关功能。
1.3.2可行性分析
本设计采用AT89C51单片机为主控器，实现对出租车的多功能的计价设计，并采用掉电存储单元AT24C02来实现在系统掉电的时候保存单价与系统时间等信息，输出采用8段数码显示管。
本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据白天，黑夜，中途等待来调节单价，但同时在不计价的时候还能作为时钟为司机同志提供方便。
1.4系统整体的方案
1.4.1系统整体的方案选择
方案一：
采用数字电路实现。
首先将传感器输出的脉冲信号，经过放大整形作为移位寄存器的脉冲，实现计价，但是考虑到这种电路过于简单，性能不够稳定，而且不能调节单价，也不能根据天气调节计费保准，电路也不够实用。
方案二：
用FPGA（可编程门阵列）实现：
利用硬件描述语言编程，仿真调试后下载到可编程期间上（CPLD）上实现。
可以对计程车整个过程进行判断、处理。
整个过程完全实现了自动化与智能化。
方案三：
采用单片机控制。
以单片机为核心,设计上采用89S52单片机为主控器，利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能与价格选择功能。
不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级。
1.4.2方案确定
本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据白天，黑夜，中途等待来调节单价。
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）。
AT89C52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与可扩展功能为设计电路提供了很好的选择。
通过比较以上三种方案，我们知道采用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，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，功能难以实现。
为此采用了单片机进行设计，相对来说功能强大，用较少的硬件与适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，有较大的活动空间，可以通过软件编程来完成更多的附加功能，方便对系统进行升级与功能扩展。
所以我们采用第三方案，用AT89C52单片机实现出租车计价的功能。
方案二：
利用555产生脉冲计数来模拟实际车轮的转数。
555电路来产生一个脉冲来模拟霍尔传感器输出的里程脉冲，选择P1.0口作为信号的输入端，内部采用外部中断0，555脉冲产生电路输出一个脉冲信号直接加到IO口P3.2上（产生的频率F=1/T=1.414/[（R1+2R2）C1]），由单片机的内部算法对脉冲计数，通过计算将脉冲增加体现在金额与里程上。
1.5显示模块的方案
1.5.1显示模块的方案选择
方案一：
采用LED数码管显示。
七段LED数码管引脚图如下图:
图1LED管脚配置图
LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。
在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。
这种显示块有共阴极与共阳极两种，如上图所示，共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地，如图中所示，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。
共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接，当某个二极管的阴极为低电平时，该二极管点亮。
方案二：
采用液晶显示器显示。
LCD的优点主要包括零辐射、低功耗、体积小、字符显示精确。
但如果采用LCD液晶显示,在距离屏幕1m之外就无法看清数据,而且在白天其对比度也不能够满足要求,因此必须采用高亮度LED数码管显示。
1.5.2方案确定
此次设计中需要显示时间、日期等简单字符，用LED即可满足要求，另外LCD比LED价位高。
根据上述分析故选用方案一。
第2章出租车计价器的硬件构成
本设计由软硬件相结合的方法，其中硬件设计主要包括单片机AT89S52、数据显示部件、模拟行驶路程单元、及计价单元的设计。
在硬件设计过程中，充分利用各部件的功能，实现多功能的出租车计价器设计。
2.1硬件部分的原理图
计价器的单片机控制方案图如图5单片机控制方案图所示。
利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能与价格选择、时间显示控制等功能。
不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级。
具体电路参见附录中“多功能出租车计价器总体电路图”如图2所示
图2单片机控制方案图
2.2硬件设计
2.2.1单片机模块
AT89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集与输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU与闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C52是一种高效微控制器。
AT89C2052是它的一种精简版本，AT89C2052是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含2K字节的可反复擦写的只读程序存储器与128bytes的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器与Flash存储单元。
因为在的程序中有读取、计算、显示等单元，2K字节的ROM可能不够，因此我们采用AT89C52作为单片机模块。
2.2.2AT89S52单片机及其引脚说明
AT89S52是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。
它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，具有高性价比。
AT89S52是一个有40个引脚的芯片，引脚配置如图3AT89S52引脚配置所示。
图3AT89S52引脚配置
AT89S52芯片的40个引脚功能为：
VCC电源电压。
GND接地。
RST复位输入。
当RST变为高电平并保持2个机器周期时，将使单片机复位。
WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFRAUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能。
DISKRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。
XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2来自反向振荡放大器的输出。
P0口一组8位漏极开路型双向I/O口。
也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）与数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。
作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
Flash编程与程序校验期间，P1接收低8位地址。
P1口部分端口引脚及功能如表2-1P1口特殊功能所示。
P1口引脚
特殊功能
P1.5
MOSI（用于ISP编程）
P1.6
MOSI（用于ISP编程）
P1.7
SCK（用于ISP编程）
表2-1P1口特殊功能
P2口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。
作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个访问期间不改变。
Flash编程与程序校验期间，P2亦接收低8位地址。
P3口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对P3口写“1”时，它们被内部的上拉电阻把拉到高电并可作输入端口。
作输入端口使用时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。
P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2P3口特殊功能所示。
P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程与程序校验期间的控制信号。
P3口引脚
特殊功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
（外部中断0）
P3.3
（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0外部输入）
P3.5
T1（定时器1外部输入）
P3.6
（外部数据存储器写选通）
P3.7
（外部数据存储器读选通）
表2-2P3口特殊功能
PSEN/程序储存允许输出是外部程序存储器的读先通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN/有效，即输出两个脉冲。
当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN/信号。
EA/VPP外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平，需注意的是：
如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
Flash存储器编程时，该引脚加上+5V的编程电压VPP。
2.3脉冲发生器模块
图4脉冲发生器模块
NE555定时器具有定时精度高、工作速度快、可靠性好、电源电压范围宽（3-18V）、输出电流大（可高达200mA）等优点，可组成各种波形的脉冲振荡电路、定时延时电路、是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能中规模集成电路。
只需在外部配接适当的阻容元件，便可组成施密特触发器、单稳态触发器与多谐振荡器等多种应用电路，在这个电路中是多谐振荡器，它电路简单、性能稳定，波形标准。
2.4显示模块
本设计是用八个八段数码管动态扫描来实现的计价的显示。
图5数码管封装图及数据线与数码管管脚关系
第3章出租车计价器的程序设计
本系统的软件设计主要可分为主程序模块、定时计数中断程序、里程计数中断服务程序、中途等待中断服务程序、显示子程序服务程序、键盘服务程序六大模块。
下面对各部分模块作介绍。
3.1系统主程序设计
在主程序模块中，需要完成对各接口芯片的初始化、出租车起价与单价的初始化、中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。
另外，在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄存器、里程寄存器与价格寄存器，并对它们进行初始化。
然后，主程序将根据各标志寄存器的内容，分别完成启动、清除、计程与计价等不同的操作。
主程序流程图如图6所示。
当按下S1时，就启动计价，将根据里程寄存器中的内容计算与判断出行驶里程是否已超过起价公里数。
若已超过，则根据里程值、每公里的单价数与起价数来计算出当前的累计价格，并将结果存于价格寄存器中，然后将时间与当前累计价格送显示电路显示出来。
当到达目的地的时候，由于霍尔开关没有送来脉冲信号，就停止计价，显示当前所应该付的金额与对应的单价，到下次启动计价时，系统自动对显示清零，并重新进行初始化过程。
图6主程序流程图
3.2里程计算的设计
计算程序根据里程数分别进入不同的计算公式。
如果里程大于3公里，则执行公式:
总金额=起步价+（里程-3）*单价；否则，执行公式：
总金额=起步价。
图7里程计算流程图
3.3显示程序的设计
显示程序利用定时器每1ms产生一次中断，相应变量置位，点亮一个数码管，显示一位数据，利用主函数内的循环，实现动态扫描显示，同时根据数码管余辉与人眼暂留现象，即可实现显示。
第4章系统调试
根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：
硬件调试，软件调试与软硬件联调。
测试包括里程计价测试。
4.1使用的仪器仪表与工具
数字万用表
DT9203
单片机仿真器
STC_ISP
双踪稳压稳流电
DH1718E-5
数字示波器
TDS1002
电烙铁
单片机实验板
4.2调试的方法
根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：
硬件调试，软件调试与软硬件联调。
由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试。
确定方案后的焊接过程很顺利，3天后就完成了大部分电路的焊接工作，进行简单的程序测试后发现一个问题：
由于要用到555芯片产生脉冲，预先设计的电路中没有提供5V电源给555供电。
我们想到外接一个5V的直流电源，发现这样会使整个系统显示累赘而难以操作。
后来我们想到与单片机最小系统的Vcc与555芯片共用5V电源。
于是将555的电源与地接到了最小系统的Vcc与地。
这样，只要单片机一上电，555便可以正常工作，操作起来非常方便与快捷。
在软件设计过程中遇到一个严重的问题就是系统的时序设计。
我们发现程序的键盘扫描程序与中断程序发生冲突。
导致按键功能与显示功能不能同时出现。
后来经过排查发现，中断子程序设计的不合理，导致发生了中断嵌套。
将中断子程序的部分内容调整到主程序中调用子程序则这解决了这一问题。
致谢
经过这些天有关于出租车计价器的课程设计，使我对单片机的应用有了更深的了解。
在课程设计的过程中，还是碰到了许多的问题。
比如，对于数码管动态扫描显示与键盘的延时防抖的综合编程不能较好地解决；对于代码的前后顺序及调用掌握得还不够好；对于一些相关的应用软件没能熟练掌握。
通过这几天晚上的苦想与反复调试，以及参考网上的程序，最终还是把问题解决了。
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