出租车计价器毕业设计.docx
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出租车计价器毕业设计
出租车计价器毕业设计
摘要
现在各大中城市出租车行业都已普及自动计价器，所以计价器技术的发展已成定局。
而部分小城市尚未普及，但随着城市建设日益加快，象征着城市面貌的出租车行业也将加速发展，计价器的普及也是毫无疑问的，所以未来汽车计价器的市场还是十分有潜力的。
出租车计价器是根据客户用车情况来自动显示车费的数字仪表，根据用车起步价、行车里程计费求得客户用车的总费用，并通过数码管显示相应的里程及金额。
本次设计中电路以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。
关键词出租车计价器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
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，从加强行业管理以及减少司机与乘客的纠纷出发，具有良好性能的计价器对出租车司机和乘客来说都是很必要的。
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设计目的与要求
1.2.1设计目的
毕业设计是将理论与实践相结合的教学环节，通过综合运用教材及其他资料，使所学知识得到进一步加深和扩展。
同时还培养设计能力和解决实际问题能力，进行基本技能的训练,进一步熟练proteus，keilC等软件的操作。
本设计的目的是在学习51系列单片机的基础上，设计出符合要求的电路，从而实现设计产品的计价功能。
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。
1.3方案论证与比较
方案一：
采用模拟电路和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。
采用数字电路控制，采用传感器件，输出脉冲信号，经过放大整形作为移位寄存器的脉冲，实现计价。
考虑到这种电路设计过于复杂，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，功能不易实现；性能不够稳定，电路也不实用。
方案二：
采用单片机进行的设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易地实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多
的附加功能。
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。
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
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2.2硬件原理图
2.4硬件组成
硬件组成主要包括：
驱动电路、显示电路、复位电路、掉电保护电路、时钟电路、按键电路。
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2.3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2.4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2.5）。
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2.5 LED数码管 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。
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2.6）。
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2.6 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2.7 AT24C02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2.8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2.9所示。
图2.9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2.10按键电路
第3章系统软件设计
3.1软件总体设计
51单片机的程序设计语言主要有两种：
一是汇编程序设计；二是C语言编程设计。
两种程序设计语言都有各自的优点。
用汇编语言编写和高级语言（C语言）比较起来节省空间，这样对于存储空间仅4KB的芯片来说是极之有利的，51单片机能更高速的运行。
C语言编写的程序，虽然不象汇编那样速度快、但程序简单易行、并且需要较小的存储空间。
C语言作为一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。
此外，C语言程序还具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。
因此，使用C语言进行程序设计已成为软件开发的主流。
本设计就是采用C语言编写的，由于采用模块化操作，使得程序在修改，执行的时候显得方便易行。
3.2系统软件设计
本设计中，软件设计采用模块化操作，利用各个模块之间的相互联系，在设计中采用主程序调用各个子程序的方法，使程序通俗易懂，我们设计了整体程序流程图。
在main函数编写开始，要进行初始化，包括对系统初始化和对存储器初始化，要对硬件设备进行初始化，并使硬件处于就绪状态。
通过判断是否计费，调价，清零等状态，来分别调用不同的子程序，使程序在设计之前，就有了很强的逻辑关系。
这些对应于硬件就是通过按下各个控制开关，来分别进行不同的动作，最后数码管根据输入的信息，来显示不同的数据信息，这就达到了软件控制硬件，同时输入信息控制输出信息的目的。
整个程序的流程图如下：
图3.1系统程序流程图
第4章系统调试
4.1软件调试
4.1.1编程工具—C51语言
8051单片机的应用程序设计，使用C51语言进行程序设计虽然相对于汇编语言代码效率有所下降，但可以方便地实现程序设计模块化，代码结构清晰、可读性强，易于维护、更新和移植，适合较大规模的单片机程序设计。
近年来，随着C51语言的编译器性能的不断提高，在绝大多数应用环境下，C51程序的执行效率已经非常接近汇编语言，因此，使用C51进行单片机程序设计已经成为单片机程序设计的主流选择之一。
4.1.2程序调试工具—KEIL
本设计的软件都是在KeilμVision4上进行编写，编译，调试以及运行操作。
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4.1软件仿真窗口图
参考文献
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2胡泉、谢芳.C语言程序设计.华中科技大学出版社,2009
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5马忠梅.单片机的C语言应用程序设计（第三版）.北京航空航天大学出版社,2004
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7潘永雄.新编单片机原理与应用.西安电子科技大学出版社,2003
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清华大学出版社,2004
12王卫平.电子工艺技术基础.电子工业出版社,2004
13单片机学习网.
14电子电路网.
15张靖武.单片机原理应用与PROTEUS仿真.电子工业出版社，2009
致谢
本论文是在陈雷老师的悉心指导下完成的，陈老师的渊博学识和丰富的经验给我留下了深刻的印象。
作为一个专科生的毕业设计，由于没有足够的经验，难免有诸多考虑不周的地方，好在有陈老师的指导和同学们的帮助，我才能按时完成任务。
感谢我的指导老师陈雷老师，从课题的选择到设计的最终完成，陈老师都给予了我细心的指导和不懈的支持。
他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我们学习中的榜样，并将继续影响我今后的学习和工作。
在此向陈老师致以诚挚的感谢。
毕业设计培养了我独立思考问题，分析问题与解决问题的能力，在设计中我明白了理论与实践有很大的区别，理论上可以实现的，但要做具体的实物，却要多方面考虑。
在陈老师的指导下，加上同组同学的讨论与分析，使所遇到的问题逐步得到解决。
我们的大学即将结束，今天的成绩与一直以来关心、教导我的父母、老师密不可分，在此祝愿他们身体健康、工作顺利、万事如意！
我再次感谢学校和老师给了我这次实践锻炼的机会，以及很多同学对我的帮助，为此我将尽最大的努力，并以最好的心态来回报社会，服务祖国。
附录Ⅰ程序源代码
#include
//#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
intxscode[6]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d};//显示存储区
intzxscode[6]={0x1f,0x2f,0x37,0x3b,0x3d,0x3e};//共阴显示片选码
intcodetab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共阴极数码
inti,j,flag;
ucharsec;
intkk=0;//路程标志位
intjkk=0;//费用
intjflag=0;//费用标志位
intkflag=0;//路程标志位
intzdflag=0;//中断标志位
intkilo=0;//路程
intdj=1;//路程单价
intdjflag=0;//路程单价
biaozhiwei;
sbitkey1=P1^0;
sbitkey2=P1^1;
sbitkey3=P1^2;
sbitkey4=P1^3;
sbitkey5=P3^4;
sbitSDA=P3^0;//IIC引脚
sbitSCL=P3^1;
voiddelay（）
{;;}
voiddelay1（xms）//延时程序子程序
{
uinti,j;
for（i=xms;i>0;i--）
for（j=110;j>0;j--）;
}
voidstart（）//IIC开始位
{SDA=1;
SCL=1;
delay（）;
SDA=0;
delay（）;
}
voidstop（）//IIC停止位
{
SDA=0;
delay（）;
SCL=1;
delay（）;
SDA=1;
}
voidrespons（）//IIC应答位
{
uchari;
SCL=1;
delay（）;
while（（SDA==1）&&（i<250））
i++;
SCL=0;
delay（）;
}
voidinit（）
{
SDA=1;
delay（）;
SCL=1;
delay（）;
}
ucharread_byte（）//从EEPROM读到MCU
{
uchari,j;
for（i=0;i<8;i++）
{
SCL=1;
j<<=1;
j|=SDA;
SCL=0;
}
return（j）;
}
voidwrite_byte（uchardate）//从MCU写到EEPROM
{
uchari,temp;
temp=date;
for（i=0;i<8;i++）
{
temp=temp<<1;
SCL=0;
delay（）;
SDA=CY;
delay（）;
SCL=1;
delay（）;
}
SCL=0;
delay（）;
SDA=1;
delay（）;
}
voidwrite_data（ucharaddr,uchardate）//在指定地址addr处写入数据date
{
start（）;
write_byte（0xa0）;
respons（）;
write_byte（addr）;
respons（）;
write_byte（date）;
respons（）;
stop（）;
}
ucharread_data（ucharaddr）//在指定地址addr读取数据
{
uchardate;
start（）;
write_byte（0xa0）;
respons（）;
write_byte（addr）;
respons（）;
start（）;
write_byte（0xa1）;
respons（）;
date=read_byte（）;
sto
升级会员 