出租车计价器单片机c语言.docx
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出租车计价器单片机c语言
一、设计目的
了解和掌握掉电存储芯片AT24C02、霍尔传感器A44E、数码管、驱动芯片74LS245等外部接口芯片器件的应用。
二、主要设计内容
实现出租车行驶里程和总金额的显示，预设起步价和起步公里数；实现清零、复位和掉电保护功能；实现对单价的调整。
三、重点研究问题
（1）按下启动按键，显示起步里程与起步价。
（2）按模拟传感器信号的按键，显示行驶里程与总金额。
（3）按键控制清零、复位、掉电保护、调整预设单价。
（4）在软件中实现起步价，单价。
四、主要技术指标
（1）数码管显示起步里程、单价，总里程、总金额。
（2）用按键控制清零、复位、掉电保护、调整预设单价。
五、设计成果要求
（1）源程序通过编译、运行
（2）软件烧录单片机硬件进行调试，运行
（3）实现所述功能
（4）电路板焊接、检测
（5）最终提交软硬件、设计说明书、外文翻译、毕业设计说明书等
设计开题报告
题目名称
基于单片机的出租车计价器的设计
主
要
内
容
设计的主要内容是利用51单片机实现出租车计价器的功能。
用数码管显示行驶里程和总金额。
并有清零，复位,掉电保护等功能。
1驱动芯片的选用：
设计中我们采用74LS245作为数码管的驱动芯片，用来提高数码管显示的亮度。
2按键替代霍尔传感器的选用：
我们选用按键替代传感器，主要因为它接线简单，价格便宜，同时对它的控制也是相对容易，易于实现的。
3显示器件的选用：
本次设计采用8段集成数码管作为显示电路，以便于连线，使电路简明易懂。
数码管显示的稳定性虽不及液晶屏，但其价格比液晶屏便宜，由于本设计简单，采用数码管显示较好。
4掉电保护芯片的选用：
选用存储器芯片AT24C02组成掉电保护电路。
采取的主要技术路线或方法
一、单片机芯片：
AT89S51单片机芯片采用40引脚的双列直插封装方式。
40条引脚如下：
1、主电源引脚Vss和Vcc
2、外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
3、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD，ALE/
，
和
/Vpp
4、输入/输出引脚P0.0-P0.7，P1.0-P1.7，P2.0-P2.7，P3.0-P3.7。
二、74LS245驱动芯片：
74LS245是我们常用的驱动芯片，用来驱动led或者其他的设备。
总线驱动器74LS245经常用作三态数据缓冲器，它也是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。
三、霍尔传感器：
霍尔传感器安装在车轮上，主要检测汽车行进的公里数，并产生一系列相应的脉冲输出，脉冲送到单片机进行处理，单片机根据程序设定通过计算脉冲数换算出行驶公里数，再根据从EEPROM中读取的价格等相关数据进行金额的计算，计算出的金额、里程实时地显示在数码管上。
本设计中采用按键替代。
四、掉电保护电路：
AT24C02是一个CMOS标准的EEPROM存储器，掉电时能保存数据。
五、显示电路：
显示电路采用的是三位一体共阴数码管显示。
预期的成果及形式
上电时显示全为零，通过按下启动按键来开始计价，数码管开始显示起步价和起步金额；按下模拟开关按键来产生一个脉冲信号，模拟行驶的里程；计算应付金额；按下停止按键，停止计价，数码管显示所走总里程和用户所需付总金额；按下清零按键，数码管全显示零，以备下次计价。
单片机断电后，数码管显示数据不丢失。
本电路以AT89S51单片机为中心，附加A44E霍尔传感器测距（本电路中用模拟开关替代），实现对出租车计价，采用AT24C02实现在系统掉电的时候保存单价，输出采用8段数码显示管，显示行驶总里程和总金额。
模拟出租车计价器设计：
进行里程显示，预设起步价和起步公里数；行程按全程收费，有复位功能和启动功能，启动后，开始计价。
我们采用单片机进行设计，可以用较少的硬件和适当的软件相互配合来实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能,应用前景广阔。
关键字：
出租车计价器AT89S51单片机A44E霍尔传感器断电保存8段数码显示管
第1章绪论
1.1课题背景
我们知道，只要乘坐的出租车启动，随着行驶里程的增加，就会看到司机旁边的计价器里程数字显示的读数从零逐渐增大，而当行驶到某一值时（如2KM）计费数字显示开始从起步价（如4元）增加。
当乘客到站时，按下停止按键，计费数字显示总里程和总金额，它可以很直观的反映用户使用情况。
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价器。
在出租车计价器的总体设计中，我主要负责出租车计价器硬件设计。
其中主要的外围功能电路有：
驱动电路，按键控制电路，掉电保护电路，时钟部分，数码管显示电路等。
通过对以上各功能的设计，制作出的出租车计价器应具有以下功能：
上电时显示全为零，通过按下启动按键来开始计价，数码管开始显示起步价和起步金额；按下模拟开关按键来产生一个脉冲信号，模拟行驶的里程；数码管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，数码管显示所走总里程和用户所需付总金额，按下清零按键，数码管全显示零，以备下次计价。
方案二：
设计采用AT89S51单片机为主控器，以A44E霍尔传感器测距（按键替代），实现对出租车的基本的计价设计，并采用AT24C02实现在系统掉电的时候保存单价等信息，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：
1.1系统结构图
通过比较以上两种方案，我们采用方案二实现出租车计价器的功能。
本电路设计的计价器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）+1。
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。
设计中,为了能够让数码管更好的正常显示，我们采用了驱动电路来驱动。
在本次硬件设计中，我们考虑采用芯片74LS245来驱动数码管显示。
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，在设计中采用一个模拟开关来代替。
模拟开关一端接在P3.4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，就可以在数码管上分别显示总金额和总里程。
在显示方面，可以用液晶显示，也可以用数码管进行显示。
由于在这次设计中只需要显示里程和金额信息，我们采用数码管进行显示。
这样既节约了成本，又可以达到显示的目的。
同时为了减少硬件的复杂度，我们采用了动态显示方式，选用了共阴极数码管。
为了焊接方便，我们选用了集成在一起的数码管。
我们还设计了控制按键，能够很好的对出租车计价器控制,如启动/停止按键，清零按键等。
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。
P1.0:
接启动/停止按键，控制计价。
P1.1:
接功能键。
P1.3:
接清零键。
P0口接数码管段选端，P2口接驱动芯片。
P3.4（T0）:
接模拟开关按键，替代了出租车计价器中的霍尔传感器。
P3.1、P3.0口接掉电保护电路。
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，起步价为4元，起步里程为2公里，当然这些数据可以在程序中改写，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，在PROTEUS中仿真通过的整体硬件原理图：
图2.3硬件原理图
2.4硬件组成
2.4.1驱动电路
74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备。
总线驱动器74LS244和74LS245经常用作三态数据缓冲器，74LS244为单向三态数据缓冲器，而74LS245为双向
三态数据缓冲器。
本设计用74LS245作为驱动芯片，双向总线发送器/接收器（3S）。
图2.4驱动芯片管脚图
74LS245主要电器特性的典型值如下:
引出端符号:
AA总线端
BB总线端
/G三态允许端（低电平有效）
DIR方向控制端
功能表：
表2.5功能表
利用74LS245来驱动数码管显示，单片机的P2.0到P2.5分别接A0到A5管脚，进行数据的传送，其中AB/BA接高电平，控制数据从A到B进行传送，B0到B5分别接数码管的位选端，驱动数码管依次显示。
P2.0到P2.5的数据通过A传送到B中的数据送到数码管，以达到显示数据信息的目的。
2.4.2显示电路
多数的应用系统,都要配输入和输出外设,LED显示器和LCD显示器,虽然LCD显示效果比较好,已经成为了一种发展趋势,但为了节约成本,我们选用了LED显示器（图2.6）。
在显示方面，我们选用了动态显示。
静态显示虽然亮度较高，接口编程容易，但是每位的段码线分别与一个8位的锁存器输出相连。
占用的I/O口线比较多，在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。
利用动态显示的方法，由于LED显示器的余辉和人眼的视觉暂留现象，只要每位显示的时间间隔足够短，就仍能感觉到所有的数码管都在显示。
为了简化硬件，通常将所有位的段码线相应段并联在一起，由一个8位I/O口控制，在同一时刻，只让一位选通，如此循环，就可以使各位显示出将要显示的字符。
图2.6LED数码管图2.7集成数码管
LED数码有共阳和共阴两种，把这些LED发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个8字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳的，相反的，就叫共阴的，那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。
再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。
在本设计仿真中使用的是6个一组的共阴8段数码管（图2.7）。
找公共共阴和公共共阳的方法：
首先我们找个电源|稳压器（3到5伏）和1个1K（几百欧的也行）的电阻，VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的，找到一个就够了，然后用GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。
共阴极数码管，阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，对应的段就显示。
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接口电路快为
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2.8复位电路
2.4.4掉电保护电路
掉电保护电路中采用了存储芯片AT24C02。
AT24C02是一个CMOS标准的EEPROM存储器，是AT24CXX系列（AT24C01/02/04/08/16）成员之一，这些EEPROM存储器的特点是功耗小、成本低、电源范围宽，静态电源电流约30uA～110uA，具有标准的I2C总线接口，是应用广泛的小容量存储器之一。
图2．9AT24C02引脚图
上图是AT24C02的引脚图，这个芯片是一个8脚芯片，内部存储器有256字节。
引脚功能介绍如下：
A0（引脚1）：
器件地址的A0位，是器件地址的最低位，器件地址排列是A6A5A4A3A2A1A0R/W。
A1（引脚2）：
器件地址的A1位。
A2（引脚3）：
器件地址的A2位。
GND（引脚4）：
地线。
SDA（引脚5）：
数据总线引脚。
SCL（引脚6）：
时钟总线引脚。
TEST（引脚7）：
测试引脚。
Vcc（引脚8）：
电源线引脚。
本设计采用掉电存储电路图如下：
图2.10掉电存储电路
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2.11时钟电路
2.4.6按键电路
按键控制电路中，单片机的P1.0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；当弹起按键时，计数器停止工作，停止计价，启动/停止按键带自锁功能。
按下启动按键，开关处于导通状态，这时给P1.0送低电平信号，这时TR0=1,计数器开始工作，调用计价子程序开始计价。
清零按键接单片机的P1.3管脚，按下清零按键，P1.3为低电平，调用清零子程序，用于将显示数据清零，在程序中给各位赋0代码（0x3f），以达到清零的目的，方便下次计价。
另外为功能键，控制价格调整，这个按键是在没有按下启动/停止按键时有作用，计价过程中无效。
图2.12按键电路
第4章系统调试
4.1软件调试
4.1.3单片机仿真软件在线调试—PROTEUS
1.打开Proteus软件。
2.选择file菜单下的opendesign选项，找到所需的元器件，元器件上单击右键选中，再单击左键对其进行命名和赋值，接着在编辑器左边的一栏中，找出并绘制设计所要的各种元器件，按照电路图连接后并保存。
3.将用keil编译产生的hex文件下载到单片机中：
双击51单片机，在对话框中把保存过的hex文件打开，再单击确定。
4.单击左下角运行按钮，进行软件仿真调试，直到出现正确的结果。
下图为软件的仿真窗口图：
图4.2软件仿真窗口图
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。
对于数码管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。
4.3硬件检测
晶振部分使用示波器查看波形。
如果出现看不到12MHZ的正弦波形的现象，说明此部分电路不正常。
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes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，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场介，可灵活应用于各种控制领域。
主要性能参数：
·与MCS-51产品指令系统完全兼容
·4k字节在线系统编程（ISP）Flash闪速存储器
·1000次擦写周期
·4.0---5.5V的工作电压范围
·全静态工作模式：
0Hz---33MHz
·三级程序加密锁
·128×8字节内部RAM
·32个可编程I/O口线
·2个16位定时/计数器
·6个中断源
·全双工串行UART通道
·低功耗空闲和掉电模式
·中断可从空闲模式唤醒系统
·看门狗（WDT）及双数据指针
·掉电标识和快速编程特性
·灵活的在线系统编程（ISP一字节或页写模式）
功能特性概述：
AT89S51提供以下标准功能：
4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
引脚功能说明：
·Vcc：
电源电压
·GND：
地
·P0口：
P0口是一组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）和数据总线复用，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：
P1是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，囚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（In）。
Flash编程和程序校验期间P1接收低8位地址。
·P2口：
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2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，囚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（In）。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）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（如执行MOVX@Ri指令）时，P2口线的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。
Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。
·P3口：
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（In）。
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。
P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
·RST：
复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
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。
DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。
·ALE/PROG：
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，囚此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁正ALE操作。
该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。
此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。
·PSEN：
程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，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（地址为0000H-FFFFH）,EA端必须保持低电平（接地）。
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。
如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。
Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vpp。
·XTAL1：
振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
·XTAL2：
振荡器反相放大器的输出端。
·特殊功能寄存器：
特殊功能寄存器的于片内的空间分布的这些地址并没有全部占用，没有占用的地址亦不可使用，读这些地址将得到一个随意的数值。
而写这些地址单元将不能得到预期的结果。
·中断寄存器：
各中断允许控制位于IE寄存器，5个中断源的中断优先级控制位于IP寄存器。
·双时钟指针寄存器：
为更方便地访问内部和外部数据存储器，提供了两个16位数据指针寄存器：
DP0位于SFR（特殊功能寄存器）区块中的地址82H,83H和DP1位于地址84H,85H，当SFR中的位DPS=0选择DP0，而DPS=1则选择DP1。
用户应在访问相应的数据指针寄存器前初始化DPS位。
·电源空闲标志：
电源空闲标志（POF）在特殊功能寄存器SFR中PCON的第4位（PCON.4}，电源打开时POF置‘1’，它可由软件设置睡眠状态并不为复位所影响。
·程序存储器：
如果EA引脚接地（GND），全部程序均执行外部存储器。
在AT89S51,假如EA接至Vcc（电源+），程序首先执行地址从0000H-OFFFH（4KB）内部程序存储器，而执行地址为1000H-FFFFH（60KB）的外部程序存储器。
·数据存储器：
AT89S51的具
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