电子设计课程论文出租车计价器模拟装置的设计.docx

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电子设计课程论文出租车计价器模拟装置的设计

电子设计课程设计报告

摘要：

本文介绍了出租车计价器系统在实际生产生活中的重要性，介绍一种以单片机ATmega16为核心的多功能出租车计价器模拟装置的设计，阐述软硬件设计过程中关键技术的处理。

结果表明该计价器模拟装置具有集计程、计时、计费、等多种计量功能，并且具速度检测与显示、系统设置与数据存储等多种功能。

本课题主要研究出租车计价器模拟装置的软硬件设计。

论文详细阐述了该计价器模拟装置的总体设计：

控制器模块、速度检测模块、里程检测模块、LED显示模块、键盘模块等。

实验表明该系统具有可靠性好、精度高等优点。

关键词：

出租车计价器模拟装置，ATmega16单片机，LED扫描显示，速度检测，里程检测。

Abstract:

Thisarticledescribestheimportanceofthetaximetersystemintheactualproductionandlife,andintroducethedesignofataximeterAnalogDevicethroughthemicrocontrollerATmega16,thekeytechnologiesinhandlinghardwareandsoftwarewasdescribed.Simulationresultsshowthatthemeterhassetthemeterunit,timecounterunit,billingunitandothermeteringfunctions,andotherfunctionssuchasspeeddetectionanddisplay,systemsettingsanddatastorage.

ThemainsubjectofthedesignisthehardwareandsoftwaresimulationofthetaximeterAnalogDevices.ThispaperdetailstheoveralldesignoftheDevice:

controllermodule,thespeeddetectionmodule,mileagedetectionmodule,LEDdisplaymodule,keyboardmodule.Experimentsshowthatthesystemhasgoodreliabilityandhighprecision.

Keywords:

ataximeterAnalogDevice,ATmega16,LEDdisplay,speeddetection,mileagedetection.

第一章绪论

1.1前言

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。

出租汽车计价器是一种能根据乘客乘坐汽车行驶距离和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和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，直接关系到经营者和消费者的经济利益。

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，沈阳和广州等地。

1.2设计的意义

在出租车是城市交通的重要组成部分，行业健康和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。

因此，汽车计价器的研究也是十分有一个应用价值的。

1.3系统设计的要求

（1）设计并制作一个出租车计价器的模拟装置，示意图如图1-1所示。

如图1-1出租车计价器示意图

（2）8位数码管显示器的前4位数码管用于实时显示行车里程数（000.0），单位为公里；后4位数码管用于实时显示金额数（000.0），单位为元。

（3）规定出租车单程价格为2元/公里，往返则价格为1.5元/公里。

单程与往返分别由“单程”按键和“往返”按键设定。

行车里程可用一按键模拟，规定每按一次键，行车里程加0.1公里。

（4）起步公里数为3公里，价格为8元，若实际运行大于3公里，按“基本要求2”计算价格。

（5）到达目的地后，按“暂停”键，计价器可暂停计价；反复按“查询”键，计价器能依次显示总等待时间，里程数和金额数；按“清除”键，能将记录的数据（里程、等待时间与价格等）清0。

（6）再增加8位数码管显示器，前4位数码管用于实时显示车速（000.0），单位为公里/小时；后4位数码管用于实时显示累计等待时间（00:

00），单位为分：

秒。

（7）设计并制作一个能模拟出租车车速的装置。

要求采用单片机控制电机使转盘转动，用光电传感器检测转盘转动，车速与转数成正比。

规定转盘转速为5转/分对应车速5公里/小时，转盘转速为50转/分对应车速50公里/小时，依此类推。

转速可以通过键盘预置。

（8）能按上述模拟装置的转数计算行车里程，并依此作为计价依据，计价误差的绝对值小于10%。

（9）增加等待时间计价功能。

规定总等待时间为车速<5公里/小时的累积时间，总等待时间每增加5分钟，相当于里程数增加1公里进行计价。

（10）增加起步价、起步价里程和每公里价格的预置功能。

价格预置功能要求密码确认，价格的默认值与基本要求一致。

第二章系统设计

2.1方案论证与比较

2.1.1方案一

方案一的系统框图如图2-1所示。

该方案拟采用单片机AT89C51为控制器，附加以数据存储模块，速度检测模块，LED显示模块，键盘模块等。

图2-1　方案一系统框图

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）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指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。

AT89C51单片机易学易懂，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

但是AT89C51单片机是一种比较低端的单片机，片上资源偏少。

例如本设计中要求存储数据功能，AT89C51单片机没有内部EEPROM，只能外加数据存储芯片，导致硬件线路和软件编程显得复杂。

另外，AT89C51单片机的软件开发平台不够人性化，软件开发比较繁琐。

2.1.1方案二

方案二的系统框图如图2-2所示。

该方案拟采用单片机ATMEGA16为控制器，附加以内部数据存储，速度检测模块，LED显示模块，键盘模块等。

图2-2　方案二系统框图

ATmega16有如下特点:

16K字节的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力，即RWW），512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器（T/C）,片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益（TQFP封装）的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。

ATmega16单片机具有强大而丰富的片上资源和灵活方便的人性化软件开发平台，大大地简化了硬件线路的设计和软件的开发过程，减了软硬件的开发时间，并完全符合本设计的要求。

综上，通过分析论证，本次设计采用方案二。

2.2系统总体方案

方案二的系统框图如图2-3所示。

系统仿真图见附件。

图2-3　系统总体设计方案

该方案由ATMEGA16单片机为核心控制器，用以检测速度脉冲并计算转化为实际速度输出显示；检测模拟装置的状态（包括空车状态、单程状态、等待状态、返程状态）并作出相应的动作；检测模拟动作（包括里程加一模拟按键、速度模拟加减按键、数据清除按键）；检测参数修改于数据储存（包括起步里程的修改、起步价的修改、单程单价的修改、返程单价的修改）；检测参数修改时应通过的密码确认；速度控制输出；参数提取并送到LED数码管扫描显示；工作状态指示输出等等。

2.3单元电路方案

2.3.1系统电源输入与转换模块

稳定的电源供应是单片机嵌入式系统的稳定工作的必要前提，所以电源的转换设计必须有较高的可靠性和抗干扰能力。

本设计所采用的电源输入与转换方案如图2-4所示。

该方案采用LM7805线性电源稳压芯片，加以前后两级电容滤波以及5个平波小电容，所构成的电源转换方案具有输出平稳，高压隔离，平波抗干扰等优点，具有较高的可靠性和抗干扰能力，保证了所设计系统的电源的稳定供应。

图2-4　电源输入与转换电原理图

2.3.2单片机控制核心模块

本设计所采用的核心控制芯片为Atmel公司生产的8位高性能单片机ATmega16，单片机控制核心模块电原理图如图2-5所示。

其中包括单片机工作必不可少的晶振电路、复位电路。

由于ATmega16单片机四个IO端口均是标志双向IO，具有输入内部可设置上拉电阻，故系统的按键不必外界上拉电阻，大大简化了硬件线路的设计。

图2-4　电源输入与转换电原理图

速度检测原理是：

直接将速度传感器反馈的脉冲信号输入到ATmega16单片机的外部中断（INT1）输入端。

速度检测原理是：

当速度传感器返回一个脉冲信号时，单片机读出其内部定时器从上一个脉冲信号到该返回脉冲信号所经过的定时时间，两个速度反馈脉冲直接的路程除以该时间间隔即为瞬时速度。

速度控制输出原理：

是利用单片机内部8位的定时器2的脉宽调制功能产生占空比可变的PWM信号去控制速度。

2.3.3LED数码管动态扫描显示模块

LED数码管的动态扫描显示是本出租车计价器模拟装置的核心功能之一，LED数码管扫描显示是否稳定直接关系系统的工作效果。

LED数码管动态扫描显示电原理图如图2-5所示。

图2-5　LED数码管扫描显示电原理图

LED数码管动态扫描显示的原理是：

采用四位共阴极LED数码管，其位选信号引脚接到低电平输出有效的3-8线译码器74HC138的输出端，单片机控制译码器的输出端来选通某一位数码管工作，达到动态扫描显示的效果。

LED数码管的段选信号引脚接到8位以为寄存器74HC164的并行输出端，单片机将要显示的字型码信息串行输入到移位寄存器，再又移位寄存器并行输出到LED数码管的段选引脚，使得已选通的数码管某一位显示特定的数字。

第三章相关芯片介绍

3.1ATmega16单片机

ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。

由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在