出租车计价器课程设计.docx
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出租车计价器课程设计
大学
《单片机应用与仿真训练》设计报告
出
租
车
计
价
器
姓名：
学号：
3
姓名：
学号：
专业班级：
自动化09-7班
指导老师：
所在学院：
电气学院
2012年7月4日
纲要
河南理工大学课程设计
本设计鉴于AT89SC51单片机，采纳霍尔传感器收集轮胎转数的信息，使用外面中止0将霍尔传感器收集的信息输入到单片机，实现关于出租车行驶里程的计算；关于半途等候以及红绿灯等候，使用准时器计时，并将时间转变成里程数
以计费；输出设备采纳数码管，本设计采纳的是两个4位一体的共阴极数码管，输出里程数和花费；别的，本设计还设计了状态指示灯，用以指示计价器的工作状态和显示状态。
出租车计价器是出租车行业计费系统的核心，是出租车行业发展的重要标记，性能优秀的计价器关于乘客和出租车行业都是必要的。
重点词：
计价器、单片机、霍尔传感器
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目
录
1
概括.................................................................................................
4
1.1
出租车计价器概括.....................................................................
4
1.2
单片机的概括.............................................................................
4
2
整体方案设计................................................................................
6
2.1
设计任务要求.............................................................................
6
2.1.1设计任务..........................................................................................
6
2.1.2设计要求..........................................................................................
6
2.2
设计的主要功能.........................................................................
6
2.3
方案的选用.................................................................................
7
2.3.1硬件设计方案..................................................................................
7
2.3.2软件设计方案..................................................................................
8
3
硬件设计........................................................................................
9
3.1AT89S52单片机及最小系统......................................................
9
3.2
测距单元...................................................................................
11
3.3
按键单元和状态显示单元.......................................................
14
3.4
数码显示单元...........................................................................
15
4
软件设计......................................................................................
17
4.1
系统主程序...............................................................................
17
4.2
数据办理子程序.......................................................................
18
4.3
等候时间计时子程序...............................................................
19
4.4
键盘扫描子程序.......................................................................
20
5
Proteus软件仿真.........................................................................
21
6
课程设计过程中碰到的问题.......................................................
22
7
课程设计领会..............................................................................
23
参照文件..........................................................................................
23
附1、原程序代码...........................................................................
25
附2、系统原理图...........................................................................
31
3
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1概括
1.1出租车计价器概括
出租汽车已经成为我国城市公共交通的重要构成部分和现代化城市必备的
基础设备，成为人们工作、生活中不行缺乏的交通工具。
出租汽车服务行业和出租汽车计价器密切有关，因为出租汽车一定安装出租汽车计价器才能投入运营。
出租汽车计价器是一种能依据乘客乘坐汽车行驶距离和等候时间的多少进行计
价，并直接显示车资值的计量用具。
计价器是出租汽车的经营者和乘坐出租汽车的花费者之间用于公正贸易结算的工具，因此计价器计价正确与否，直接关系到经营者和花费者的经济利益。
依照国家有关法律、法例，出租汽车计价器是列入国家首批强迫检定的工作计量用具之一，也是最近几年来国家质量技术监察部门加强管理的六类重点计量用具之一。
出租车行业在我国是八十年月初盛行的一项新兴行业，跟着我国公民经济的高速发展，出租汽车已成为城市公共交通的重要构成部分。
多年来国内广泛使用
的计价器只具备单调的计量功能。
目前全球的计价器中有90%为台湾所生产。
当今我国生产计价器的公司有上百家，主假如集中在北京，上海，沈阳和广州等地。
本次设计的目的在于经过的平常最常有的计价器的实质的设计来进一步理
解和掌握单片机的功能特色，并经过实践应用，锻炼自己的着手能力、培育与人合作的团队意识。
1.2单片机的概括
计算机系统已显然地朝巨型化、单片化、网络化三个方向发展。
巨型化发展的目的在于不停提升计算机的运算速度和办理能力，以解决复杂系统计算和高速数据办理，比方系统仿真和模拟、及时运算和办理。
单片化是把计算机系统尽可能集成在一块半导体芯片上，其目的在于计算机微型化和提升系统的靠谱性，这种单片计算简称单片机。
单片机的内部硬件构造和指令系统主假如针对自动控制
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应用而设计的所以单片机又称微控制器MCU（MicroControllerUnit）。
用它可
以很简单地将计算机嵌入到各样仪器和现场控制设备中，所以单片机又叫做嵌入
式微控制器（EmbeddedMCU）。
单片机自20世纪70年月问世以来，以其鲜亮的
特色获取迅猛发展，已宽泛应用于家用电器、智能玩具、智能仪器仪表、工业控
制、航空航天等领域，经过30多年的发展，性能不停提升，品种不停丰富，已
经形成自动控制的一支中坚力量。
据统计，我国的单片机年容量已达1～3亿片，
且每年以大概16％的速度增添，但有关于国际市场我国的据有率还不到1％。
这
说明单片机应用在我国有着广阔的远景。
关于从事自动控制的技术人员来讲，掌
握单片机原理及其应用已经成为必不行少的学习任务。
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2整体方案设计
本系统的硬件设计主要包含单片机AT89S51、数据显示零件、模拟行驶行程
单元、及计价单元的设计。
在硬件设计过程中，充足利用各零件的功能，实现多
功能的出租车计价器设计。
2.1设计任务要求
2.1.1设计任务
设计一款鉴于AT89S52单片机的出租车数字计价器，经过对传感器的检测，
对数值进行办理和显示。
2.1.2设计要求
1、能显示里程，单位为公里，最后一位为小数位。
2、能显示金额数，单位为元，最后一位为小数位。
3、可设定单程价钱和来回价钱，单程价钱为2元/公里，来回价钱为1.5元/公
里。
4、车速<3公里/小时的时间积累为总等候时间，每5分钟等候时间相当于里程
数增添1公里。
5、起步公里数为3公里，价钱为5元，若实质距离大于3公里，按规则3计算价
格。
6、按暂停键，计价器可暂停计价，按查问键，可显示总等候时间。
2.2设计的主要功能
本设计所设计的出租车数字计价器的主要功能有：
金额输出、行程输出、数
据复位、计时计价等。
输出采纳2个4位一体的8段共阴数码管，车辆行走时前4位显示行程，后4位显示金额。
车辆候车时，前4位显示等候时间，后4位显示等
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待金额。
2.3方案的选用
本设计是由软件设计和硬件设计两部分构成的。
软件设计要进行程序的编写
和软件仿真；硬件设计要设计电路、硬件仿真和制作电路板。
2.3.1硬件设计方案
本系统的硬件设计主要包含单片机AT89S52、数据显示零件、U18霍尔传感器电路、里程计算及计价单元的设计。
在硬件设计过程中，充足利用各零件的功能，实现多功能的出租车计价器设计。
计价器的单片机系统框图如图1所示。
它由以下几个零件构成：
霍尔传感器单元、AT89S52单片机、金额显示、里
程显示、状态指示单元。
利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵巧性，实现基
本的里程和价钱的计算及显示功能。
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二级管
霍尔传感器单片机显示设备
按键
图1计价器系统框图
2.3.2软件设计方案
本设计程序的采纳C语言进行编写，使用KeiluVision4编译和Proteus7.4a仿真软件进行仿真调试。
此中的里程计算和花费计算方案以下。
1、里程计算
（1）霍尔传感器对车轮进行信号检测，产生并输出脉冲信号到单片机；
（2）单片机对传感器输出的脉冲信号进行计数，并进行km计算：
每一个信号代表轮胎旋转一周，设轮胎的周长为1.67m；每100m产生的信号数为60，里程显示为N/60×0.1（km）,速度<5公里时将等候时间折算为公里数进行计费，等候时间30s为0.1km。
历程为二者之和。
2、花费计算
（1）出租车的起步费为5元，并且3km内不需额外计价；
（2）出租车行驶3km后，单程2元/km，双程1.5元/km。
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（3）等候收费的标准为5分钟算一公里；
（4）暂停时计价器暂停计价，暂停花费的计算。
3硬件设计
本设计的硬件设计包含单片机AT89S52单元、测距单元、显示单元（数码管显示金额、等候时间和里程，指示灯对单双程切换指示、等候计时指示）、按键单元和时钟单元。
3.1AT89S52单片机及最小系统
1、AT89S52单片机
AT89S52拥有以下特色：
40个引脚，4kBytesFlash片内程序储存器，128bytes的随机存取数据储存器（RAM），32个外面双向输入/输出（I/O）口，5此中止优先级2层中止嵌套，2个16位可编程准时计数器,2个全双工串行通讯口，看门
狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
P0口：
1、外面扩展储存器时，看作数据/地点总线。
2、不扩展时，可做一般的I/O使用，内部无上拉电阻，作为输入或输出时应
在外面接上拉电阻。
P1口：
只做I/O口使用：
其内部有上拉电阻。
P2口：
1、扩展外面储存器时，看作地点总线使用。
2、做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻
P3口：
1、作为I/O使用外（其内部有上拉电阻）
2、特别功能口，由特别存放器来设置
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图2AT89S52引脚图图3AT89S52封装图
设计顶用到的单片机各管脚：
设计顶用到的单片机各个管脚功能以及与其余模块连结介绍以下：
VCC:
接+5V电源。
VSS:
接地。
时钟引脚：
XTAL1和XTAL2两头接晶振和30PF的电容，构成时钟电路，它能够使单片机稳固靠谱的运转。
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常，
就能够达成复位操作。
P1.0：
接清零键。
P1.1：
接切换键，表示等候时间和里程显示切换。
P1.2：
接单程和来回计费切换键
P1.3：
接暂停键
P1.4：
接堵车指示灯
P1.5：
接查问指示灯
P1.6：
接来回计费指示灯
P1.7：
接暂停指示灯
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P3.0：
接查问/确认键
P0口接数码管段选端，P2口接数码管位选端
P3.2：
接霍尔传感器的输出口
2、单片机最小系统
复位电路和晶振电路是AT89S52工作所需的最简外头电路。
单片机最小系统
电路图如图4所示。
图4单片机最小系统
AT89S52的复位端是一个史密特触发输入，高电平有效。
RST端若由低电平
上涨到高电平并连续2个周期，系统将实现一次复位操作。
在复位电路中，按一
下复位开关就使在RST端出现一段时间的高电平，外接12M晶振和两个30pF电容构成系统的内部时钟电路。
3.2测距单元
本次设计我们选用了霍尔传感器来进行里程丈量。
霍尔器件是一种磁传感器。
用它们能够检测磁场及其变化，可在各样与磁场有关的场合中使用。
霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。
霍尔器件拥有很多长处，它们的构造坚固，体积小，重量轻，寿命长，安装
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方便，功耗小，频次高，耐震动，不怕尘埃、油污、水汽及盐雾等的污染或腐化。
霍尔器件分为：
霍尔元件和霍尔集成电路两大类，前者是一个简单的霍尔片，使用时经常需要将获取的霍尔电压进行放大。
后者将霍尔片和它的信号办理电路集成在同一个芯片上。
本次设计选用了霍尔集成电路来丈量里程。
里程丈量是经过将霍尔传感器的集成电路安装在车轮上方的铁板上，将磁铁安装在车轮上，旋转的车轮将磁铁瞄准集成电路时，霍尔传感器会输出一个脉冲信号，送到单片机，经过单片机的计算办理，将行驶的里程送到显示单元并显示出来。
其原理表示图以下：
图5传感器测距表示图
U18是一种利用霍尔效应做成的半导体集成电路器件，它被设计在交变磁场
中运转，特别是能在低电源电压和长时间运转温度范围可达到125℃。
这种霍尔IC可用作各样种类的传感器（速度传感器、位移传感器、转速传感器等等），接触开关以及相近似的应用处合。
其工作电压比较宽（2.5～20V），可运转在较大的温度范围内（-20℃～125℃）,其输出的信号切合TTL电平标准，能够直接接
到单片机的IO端口上，并且其最高检测频次可达到1MHZ。
霍尔传感器的特征如图6所示，此中BOP为工作点“开”的磁感觉强度，BRP
为开释点“关”的磁感觉强度。
当外加的磁感觉强度超出动作点BOP时，传感器
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输出低电平，当磁感觉强度降到动作点BOP以下时，传感器输出电平不变，向来
要降到开释点BRP时，传感器才由低电平跃变成高电平。
BOP与BRP之间的滞后使
开关动作更加靠谱。
U18集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器（即硅霍耳片）B、差分放大器C、
施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分构成。
在输入端输入电压VCC，经稳压器稳压后加在霍尔电势发生器的两头，依据
霍尔效应原理，当霍尔片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这
二者相垂直的方向大将会产生霍尔电势差VH输出，该VH信号经放大器放大后送至
施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。
当施加的磁场达到工作点（即
Bop）时，触发器输出高电压（有关于地电位），使三极管导通，此时OC门输出端
输出低电压，三极管截止，使OC门输出高电压，这种状态为关。
这样两次电压变换，使霍尔开关达成了一次开关动作。
图6U18霍尔传感器和其输出特征
U18霍尔传感器有3个外接口，2个是电源的正负极接口，最后一个是脉冲信
号输出口，只需将霍尔传感器的信号输出端接到单片机的端口上便能够实现距离
检测。
此中，单片机的P3.2（INT0）引脚作为信号的输入端，采纳外面中止0进行
计数。
车轮每转一圈，霍尔传感器就产生一个脉冲信号，依据霍尔效应原理，当
霍尔片处在磁场中时，霍尔传感器的输出端输出低电平。
当车轮转动一圈时小磁
铁供给一个磁场，则霍尔传感器输出一次低电平达成一次数据收集，进而产生信
号。
霍尔传感器检测并输出信号到单片机的INT0或INT1计算脉冲输入端，惹起单
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片机的中止，对脉冲计数，当计数达到特定的次数时，里程就会增添，单片机对里程进行计算后，经过接口电路将计算好的结果传递到数码管并显示出来。
3.3按键单元和状态显示单元
本设计的按键单元电路（如图7）有4个按键，功能分别是：
p1.0口接是清零按键，用于对新游客的从头计费;p1.1口为行程和等候时间切换按钮，；p1.2口按键可进行单程和双程之间切换，灯亮时表示来回计费；p1.3口按键对本次计费进行暂停。
状态显示使用四个发光二极管来指示，包含计时指示灯（p1.4口）、等候时间查问指示（p1.5口）、双程指示灯（p1.6口）、暂停指示灯（p1.7口）。
这些指示灯能对出租车的每一种状态进行指示，当汽车速度小于5km/h时开始计时，计时指示灯亮（包含堵车、过红绿灯、等人等等）；计价前假如按下双程键双程指示灯亮，表示为双程;计价或计时过程中按下暂停键，则暂停指示灯亮，计价、计时暂停；若按下复位键，则复位指示灯亮，全部归零，并从头开始。
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图7按键单元与状态显示电路
3.4数码显示单元
数码显示部分使用两个四位一体的LED数码管，LED显示器是由LED发光二极管发展过来的一种显示器件，是发光二极管的改型。
LED是发光二极管的简称，是一种将电能变换成光能的设备。
自己也是一种光源。
LED显示器是由发光二极管摆列构成的显示器件。
它采纳低电压扫描驱动，拥有：
耗电少、使用寿命长、成本低、故障少、视角大、可视距离远等特色。
别的，它的响应时间短（一般不超出0.1us），亮度也比较高。
它的弊端是工作电流比较大，每一段的工作电流在
10mA左右。
此中每位数码管是由8个发光二极管演变而来，此中7个发光二极管构成7笔字形，另一个构成小数点，称为8段LED。
8段LED数码管是利用7个LED（发光二极管）外加一个小数点的LED组合而成的显示设备，能够显示0～9等10个数字和小数点，使用特别宽泛，它的外观如图9所示：
图98段数码管
这种数码管能够分为共阳极（8个发光二极管的阳极接在—起）与共阴极（8个发光二极管阴极连在一同）两种，共阳极就是把所有LED的阳极连结到共同接点，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连结到共同接点，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及
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dp（小数点），如图10所示。
图10共阳和共阴数码管构造
经过控制这个公共端，可使该位亮或暗。
如共阴极端接地或共阳极接高电平，则该位显示器有效，反之无效。
本设计采纳共阴LED数码管。
数码管有静态显示和动向显示两种，这里采纳动向显示。
它拥有低功耗、接口少等特色。
如图11两个四位一体数码管接P0口作为段选，接P2口作为位选。
空车时显示时间，开始计价时前四位显示行程，后四位显示价钱。
当查问等候时间时显示为等候时间时，左边的里程显示变换为等候时间显示，计费显示保持原有动作。
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图11显示单元（数码管显示部分）
4软件设计
本系统的软件设计主要分为系统主程序、数据办理子程序、等候时间及时子程序和键盘扫描子程序五个模块，下边对每一块进行介绍。
4.1系统主程序
本设计中，软件设计采纳模块化操作，利用各个模块之间的互相联系，在设计中采纳主程序调用各个子程序的方法，使程序平常易懂，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，包含对系统初始化和对硬件设备进行初始化，并使硬件处于就绪状态。
在主程序模块中，
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