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基于单片机出租车计费系统毕业论文
基于单片机出租车计费系统毕业论文
第一章总体设计方案及要求
本设计是一个以单片机为控制核心的出租车计费系统，利用外中断来对外部传感器检测的脉冲进行计数，采用下降沿触发方式，当外部的脉冲下降沿到来时，触发中断计数加一，同时还有与外部的晶振电路、复位电路、LCD_1602显示电路和按键电路结合，在与软件配合就能实现出租车计费。
1.1255计数器的设计方案
以单片机为控制核心255计数器，实现0~255的加一计数。
利用外中断来对外部传感器检测的脉冲进行计数，采用下降沿触发方式，当外部的脉冲下降沿到来时，触发中断计数加一，同时还有与外部的晶振电路、复位电路、显示电路数码管驱动电路等与在与软件配合就能实现0~255的计数。
其结构原理框图如下所示：
图1.1、255计数器原理框图
由原理框图可以看出255计数器的设计思路，用单片机控制处理外部的信号及数据信息，同时也将相应的信息送给显示电路显示。
振荡电路也就是时钟电路，主要给单片机提供准确的时序让单片机正常的工作。
传感器检测的脉冲用于计数，启停电路主要用于停止、和启动计数器，复位电路用于单片机死机是复位从新工作。
1.250000计数器的设计方案
以单片机为控制核心50000计数器，实现0~5000的加一计数。
利用外中断来对外部传感器检测的脉冲进行计数，采用下降沿触发方式，当外部的脉冲下降沿到来时，触发中断计数加一，同时还有与外部的晶振电路、复位电路、显示电路数码管驱动电路等与在与软件配合就能实现0~50000的计数。
其结构原理框图如下所示：
图1.2、50000计数器的原理框图
由原理框图可以看出50000计数器的设计思路和255计数器的设计思路是一样的，不在复述。
1.3出租车计费系统的设计方案
出租车计费器具有时钟，起步价，里程计费，等待计费及显示几个功能。
本设计是一个以单片机为控制核心的出租车计费系统，利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，实现里程计费功能和价格调节、显示功能。
，在与软件配合就能实现出租车计费。
其结构原理框图如下所示：
图1.3出租车计费系统原理框图
由原理框图可以看出出租车计费系统思路，用单片机控制处理外部的信号及数据信息，同时也将相应的信息送给显示电路显示。
振荡电路也就是时钟电路，主要给单片机提供准确的时序让单片机正常的工作。
传感器检测的脉冲用于计数，送给单片机处理，运算出路程和价格。
启停电路主要用于停止和启动计费，复位电路用于单片机死机是复位从新作。
1.4课程设计的任务要求
1.4.1外部脉冲自动计数，自动显示。
1设计一个255计数器：
0－255计数，计满后自动清0，重新计数（在数码管中显示）。
2设计一个50000计数器：
0－50000计数，计满后自动清0，重新计数（在数码管中显示）。
1.4.2设计一个出租车计费系统：
起步价为5元（2km以内），2km后，0.8元/0.5km;要求每500m刷新计费一次，在8位数码管中，前3位显示数码管显示里程数,后3位数码管显示价钱（角，元，十元，百元）
1.4.3课程设计的要求
1、根据任务要求选择方案、设计电路、确定元器件型号和参数
2、硬件设计：
要求设计出完整的电路原理图，包括电源模块、单片机最小系统电路、按键电路、报时电路、显示电路。
3、软件设计：
包括编程思路，主程序和各子程序模块的流程图及编写方法，并用汇编语言或C语言编写出完整的源程序。
4、按图焊接电路，检查无误后通电调试，调试电路的功能是否符合要求。
5、调试与仿真：
对设计的硬件和程序进行仿真调试，并给出仿真结果。
制作实物进行调试。
第二章硬件电路的设计
硬件电路分为255计数器的硬件电路、50000计数器的硬件电路和出租车计费系统的硬件电路三部分组成，而三个部分的硬件电路有重叠的地方，都是以单片机为控制核心的，即主控制电路是一样的，电源电路也是一样的，255与50000计数器的显示电路也是一样的等等，现将各部分电路的工作原理分析如下
2.1单片机的最小系统硬件电路的设计
单片机的最小系统由单片机和时钟电路、复位电路以及电源电路组成，单片机的I/O接相应的处理电路，其原理图如下所示：
图2.1单片机的最小系统
主机选用INTEL公司的MCS-51系列单片机89C51来实现，利用单片机软件编程灵活、自由度大的特点，可擦除下载，力求用软件完善各种控制算法和逻辑控制。
本系统选用的89C51芯片时时钟可达12MHZ，运算速度快，控制功能完善，完全能满足温度控制系统的要求。
其内部具有128字节数据存储器RAM，还可以通过地址、数据线进行外围扩展。
而且内部含有4KB的EPROM不需要外扩展存储器，也有数据通信接口，通过TXD、RXD与PC机连接，可以进行人机操作，使得操作更加简单、方便。
具有五个中断源，两个中断优先级，两个外部中断、两个定时中断还用一个通信中断
2..1.1单片机AT89S52的介绍
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
R8位微控制器8K字节在系统可编程，其管脚功能图如下所示。
图2.2STC89S52的管脚图
1、功能管脚描述
VCC:
电源
GND:
地
P0口：
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。
程序校验时，需要外部上拉电阻。
P1口：
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
此外，P1.0P1.分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。
在flash编程和校验时P1口接收低8位地址字节。
引脚号第二功能
P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出；P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）；P1.6MISO（在系统编程用）；P1.7SCK（在系统编程用）
P2口：
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。
在这种应用中，P2口很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口：
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。
在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
2、引脚第二功能
P3.0RXD（串行输入）；P3.1TXD（串行输出）；P3.2INT0（外部中断0）；P3.3INT0（外部中断0）；P3.4T0（定时器0外部输入）；P3.5T1（定时器1外部输入）；P3.6WR（外部数据存储器写选通）；P3.7RD（外部数据存储器写选通）
RST:
复位输入。
晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。
看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
ALE/PROG：
地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。
在一般情况下，
ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用作为外部定时器或时钟使用。
然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。
如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。
这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。
否则，ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
PSEN:
外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。
当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。
EA/VPP:
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。
为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。
在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。
XTAL1:
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端
2.1.2复位电路
复位使单片机处于起始状态，并从该起始状态开始运行。
AT89C51的RST引脚为复位端，该引脚连续保持2个机器周期（24个时钟振动周期）以上高电平，则可使单片机复位。
内部复位电路在每一个机器周期的S5P2期间采样斯密特触发器的输出端，该触发器可抑制RST引脚的噪声干扰，并在复位期间不产生ALE信号，
图2.3复位电路
内部RAM处于不断电状态。
其中的数据信息不会丢失，也即复位后，只影响SFR中的内容，内部RAM中的数据不受影响。
外部复位有上电复位和按键电平复位。
由于单片机运行过程中，其本身的干扰或外界干扰会导致出错，此时我们可按复位键重新开始运行。
为了便于本设计运行调试，复位电路采用按键复位方式。
2.1.3时钟电路
时钟电路是单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。
MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的，其典型值为12MHZ。
AT89C51内部有一个反相振荡放大器，XTAL1 和XTAL2分别是该反向振荡放大器的输入端和输出端。
该反向放大器可配置为片内振荡器，石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
本设计采用的晶振频率为12MHZ。
51系列单片机还可使用外部时钟。
在使用外部时钟时，外部时钟必须从XTAL1输入，而XTAL2悬空。
时钟电路如下图所示：
图2.4时钟电路
2.2显示硬件电路的设计
显示电路有数码管显示电路和液晶显示电路，计数器采用的是数码管显示电路，出租车计费系统采用的是液晶显示电路。
2.2.1数码管显示电路
1、数码管介绍
单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器，简称LED；液晶显示器，简称LCD。
前者价廉，配置灵活，与单片机接口方便；后者可进行图形显示，但接口复杂，成本较高。
结合本设计的特点，在这里系统的显示采用发光二极管作为显示器件。
单片机中使用7段LED构成字形“8”，另外，还与一个小数点发光二极管用以显示数字、符号及小数点。
这种显示器有共阴极和共阳极两种，如图2.15所示。
发光二极管的阳极连在一起称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。
一位显示器由八个发光二极管组成，其中，7个发光二极管构成字形“8”的各个笔划（段）a-g,另一个小数点为dp发光二极管。
当在某段发光二极管施加一定的正向电压是，该段笔划即点亮；不加电压则该段二极管不亮。
为了保护各段LED不被损坏，需要外加限流电阻.
图2.5数码管管脚
单片机中使用7段LED构成字形“8”，另外，还与一个小数点发光二极管用以显示数字、符号及小数点。
这种显示器有共阴极和共阳极两种，如图2.15所示。
发光二极管的阳极连在一起称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。
一位显示器由八个发光二极管组成，其中，7个发光二极管构成字形“8”的各个笔划（段）a-g,另一个小数点为dp发光二极管。
当在某段发光二极管施加一定的正向电压是，该段笔划即点亮；不加电压则该段二极管不亮。
为了保护各段LED不被损坏，需要外加限流电阻.
如果要显示某个字形，则应使此字形的相应段点亮，也即送一个不同的电平组合代表的数据来控制LED的显示字形，此数据称为字符的段码。
数据字位数与LED段码的关系如表所示。
2、数码电路的设计
外部脉冲通过计数，单片机处理，显示到数码管上，数码管显示一般用动态显示和静态显示，本设计采用的都是动态显示，能节省I/O端口资源，是8段的共阴极数码管。
数码管用的是八位共阳的发光二极管组成，只要赋予低电平对应的发光二极管就点亮，八段发光二极管的亮暗组合就能组成0~F十六数字，利用数码管的动态扫描就能清晰稳定的显示当前的计数值，其电路图如下所示：
图2.6数码管显示电路
显示电路是由数码管和75HC573组成，数码管用来显示当前的计数值，573是用来做数码管的驱动的。
2.2.2液晶显示电路
液晶显示电路主要用于出租的经费系统的显示，将出租车的路程以及价格显示出来。
1、液晶的介绍
①、基本操作时序
读状态输入：
RS=L,R/W=H,E=H输出：
D0~D7=状态字
读数据输入：
RS=H,R/W=H,E=H输出：
无
写指令输入：
RS=L,R/W=L,D0~D7=指令码，E=高脉冲输出：
D0~D7=数
写数据输入：
RS=H,R/W=L,,D0~D7=数据，E=高脉冲输出：
无。
②、液晶1602接口信号写操作时序
通过RS确定是写数据还是写命令。
读/写控制端设置为写模式，即低电平。
将数据或命令送达数据线上，给E一个高脉冲将数据送入液晶控制器，完成写操作。
写操作时序如下图所示：
图2.7液晶些操作时序
③、液晶1602接口信号
2、液晶显示电路的设计
如图所示：
液晶的数据线接P0口，用来传输显示数据的信息。
而RS、RW、E分别接单片机的P2.5、P2.6、P2.7口，控制液晶的读写操作。
通过单片机的控制显示出租车计费系统的路程和价格。
其原理图如下所示：
图2.8液晶显示硬件电路
2.3键盘硬件电路的设计
如图所示按键KEY10、KEY11分别与P3.2（INTO）、P3.3（INT1）相连，采用外部中断方式。
当外部中断1响应，就可以进行计数器的停止和启动控制，在出租车计费系统中就用来控制计费的开始于结束，其原理图如下所示。
图2.9键盘电路
2.4串行通信接口电路
目前，广泛使用的串行数据接口标准有一，一与一三种。
其中一是美国电子工业协会正式公布的串口总线标准，也是目前最为常用的串行接口标准，用来实现计算机与计算机之间，计算机与外设之间的数据通讯。
串行通信接口的基本任务是实现数据格式化。
来自的是普通的并行数据，接口电路应具有实现不同串行通信方式下的数据格式化的任务。
具体任务是：
1.进行串-并转换；
2.控制数据传输速率；
3.进行错误检测；
4.进行TTL与EIA电平转换；
5.提供一一接口标准所要求的信号线。
由于电平和TTL电平不匹配，因此要实现单片机和机之间的通信，必须在它们之间加接电平转换器。
电平转换器有232电平转换和485电平转换，本设计采用232电平转换，系统设计采用公司的一接口芯，这是一种标准的一接口芯片。
只需巧电源供电，其内部的电源变化成士电源用于通信。
该芯片集成有两路收发器，可将单片机输入的电平转换为电平发送给从机，或将从机接收的电平转换为电平发送给单片机。
通过这样的电平转换实现主机和从机的通信，本设计的MAX232为双列直插16脚封装。
系统串口通信电路如下图所示。
图2.10串行通信接口电路
2.5电源电路的设计
系统所用直流电源由三端集成稳压器组成的串联型直流稳压电源提供。
设计中选用了双12V的电源电压变压器和四个三端集成稳压器，分别提供+5V、+8V和一5V、-8V直流电压，输出电流均为1A。
LM7805、LM7808和LM7905、LM7908的连接方法都一样。
变压器将的市电降压后再通过整流桥整流之后采用了大容量的电解电容进行滤波，以减小输出电压纹波。
由于电解电容器在高频下工作存在电感特性，对于来自电源侧的高频干扰不能抑制，导致电流纹波很大，因此在整流电路后加入高频电容改善纹波效果。
给各器件提供电源，使其更好的工作。
同时还采用了保护电路，在正、负电源两端分别串联了保险管起双重保险，当负载功率过大保险丝就会熔断，三端集成稳压管的输入、输出反接了二极管保护，避免反向电流过大击穿稳压管，起到了很好的保护作用，电源电路如图2-17和2-18所示。
图2.11电源电路
2.6255计数器的硬件的电路设计
255计数器电路主要有电源电路，显示电路、控制电路和显示驱动电路以及传感器检测电路等组成，主要实现0~255的计数功能。
图2.12255计数器原理图
显示电路主要用于显示，控制电路组要用于控制计数功能，显示电路用于显示当前的计数值，驱动电路主要用于驱动数码管的显示，传感器主要用于检测外部的信号。
2.750000计数器的硬件电路的设计
50000计数器电路主要有电源电路，显示电路、控制电路和显示驱动电路等组成，主要实现0~50000的计数功能。
图2.135000计数器原理图
2.8出租车计费系统的硬件电路设计
出租车计费系统电路主要有电源电路，显示电路、控制电路和显示驱动电路等组成，主要实现路程和价格的统计并显示。
图2.14出租车计费系统电路
第三章软件设计
在微机测控系统中，软件与硬件同样重要。
硬件是系统的躯体，软件则是灵魂，当系统的硬件电路设计好之后，系统的主要功能还是要靠软件来实现，而且软件的设计在很大程度上决定了测控系统的性能。
为了满足系统的要求，编制软件时一般要符合以下基本要求：
（1）易理解性、易维护性
在软件的设计方法中，结构化设计是最好的一种设计方法，这种设计方法是由整体到局部，然后再由局部到细节，先考虑整个系统所要实现的功能，确定整体目标，然后把这个目标分成一个个的任务，任务中可以分成若干个子任务，这样逐层细分，逐个实现；
（2）实时性实时性是电子测量系统的普遍要求
即要求系统及时响应外部事件的发生，并及时给出处理结果。
近年来，由于硬件的集成度与运算速度的提高，配合相应的软件，实时性比较容易满足设计要求；
（3）准确性
准确性准确性对整个系统具有重要意义，尤其是测量系统，系统要进行一定量的运算，算法的正确性和准确性对结果有着直接的影响，因此在算法的选择、计算的精度等方面都要符合设计的要求。
（4）可靠性
可靠性是系统软件最重要的指标之一，作为能够稳定运行的系统，抗干扰技术的应用是必不可少的，最起码的要求是在软件受到干扰出现异常时，系统还能恢复正常工作。
结合上述编制系统软件的基本要求，首先讨论软件的设计思想。
系统的软件由三大模块组成：
主程序模块、功能实现模块和运算控制模块。
3.1255计数器的软件设计
255计数器的软件设计包括显示子程序，控制子程序，外部中断子程序，计数子程序和主程序其程序的流程图如下：
图3.1255计数器软件流程图
程序首先初始化，然后查询是否有脉冲输入，没有脉冲就继续查询。
当有脉冲输入时，下降沿触发中，使计数加1，来一个脉冲进行一次加1.当计数计到255时，使清零。
从新开始计数
3.250000计数器的软件设计
50000计数器的软件设计包括显示子程序，控制子程序，外部中断子程序，计数子程序和主程序其程序的流程图如下：
图3.250000计数器软件流程图
程序首先初始化，然后查询是否有脉冲输入，没有脉冲就继续查询。
当有脉冲输入时，下降沿触发中，使计数加1，来一个脉冲进行一次加1.当计数计到255时，使清零。
从新开始计数
3.3出租车计费系统软件设计
出租车计费系统的软件设计包括液晶显示子程序，控制子程序，外部中断子程序，计数子程序和主程序其程序的流程图如下：
图3.3出租车计费系统的软件流程图
第四章仿真与调试
4.1系统的调试
硬件电路调试，先用proteus仿真之后，在去买好元器件清单，焊接电路。
焊接要特别小心，要仔细的对照电路图，既不能使电路短路也不能是电路开路，保持电路的畅通，并在相应的位置装上发光二级管提示电路通电，可以减轻硬件电路的调试困难，还有芯片的焊接要根据芯片资料了解管脚的功能去焊接，不然很容易烧坏芯片，如过芯片的工作不正常先观察芯片管脚有无接触，或者芯片的使能是不是根据相应的要求接的，在用万用表去测试电源管脚是否通电，通电后在去测相应的管脚是否输出相应的电平，如果没有就是芯片有问题，如果相应位置的二极管没有点亮，先观察二级管有没接反，如果没接反就用万用表去测看是否有电压，如果没有电压说明没通电，如果有电压说明二极管坏了，当然也要根据软件结合，测试数码管给以程序，8段数码管一段一段的观察，看是否管脚接错，如果断码接错了等显示数据就会错乱。
系统软件程序调试，程序调试先在KEIL软件里写好各模块程序，在一个个子程序调试，结合proteus仿真成功后，再将所有的程序拼在一起调试，软件调试注意的主要是定时中的的初始化，算好中断时间，还有按键程序，看是否读取得到相应的电平，其他的就没没什么了吧。
4.2255计数器的仿真
1、启动计数开始，其仿真图如下：
图4.1255计数器仿真图
4.350000计数器的仿真
1、启动计数开始，其仿真图如下：
图4.250000计数器仿真图
图4.350000计数器仿真图
4.350000计数器的仿真
启动计费器开始计费，其仿真图如下：
图4.4出租车计费器仿真图
图4.4出租车计费器仿真图
第五章总结
社会是不断变化的、发展的，眼下社会发展迅速，对人才的要求越来越高，要用发展的眼光看社会，要学会习，学会创新，学会适应社会的发展需要。
在走出校园，迈向社会之即，把握今天，才学能创造未来。
毕业设计工作中，在老师的熏陶和教诲下，使我懂得了更多的设计思想，有了一定的创新精神和专研精神。
在完成毕业设计的这段时间里，我收获颇多。
本文设计的出租车计费系统具有硬件简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低，寿命长等特点。
主要做了下面几点较突
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