毕业设计出租车计价器.docx

1、毕业设计出租车计价器基于AT89S51单片机出租车计价器系统设计0702应用电子【摘 要】出租车计价器是出租车运营收费的专用智能化仪表，随着电子技术的发展，出租车计价器的技术也在不断地进步和提高。国内出租车计价器已经经历了4个阶段的发展。从传统的全部由机械元件组成的机械式，到半电子式即用电子线路代替部分机械元器件的出租车计价器；再从集成电路式到目前的单片机系统涉及的出租车计价器。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的实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能。针对计费模式的切换，通过软件编程就可以轻易而举的实现。避免了机械开关带

2、来的不稳定因素。另外在本方案中那个使用了数码管，可以实现更加友好的使用界面。数据信息一目了然，并且即使是成品也可以便的修改使用界面，更可根据不同的公司客户使用不同的局面。【关键词】出租车计价器 单片机 控制Taximeter AT89S51 Microcontroller based system designWushiguang0702 use of electronicAbstract：Taxi meter is a dedicated taxi oPerators charge intelligent instrument，With the develoPment of electron

3、ic technology，Taximeter techniques are constantly Progress and imProve. Domestic Taximeter has exPerienced four stages of develoPment. From the traditional all-mechanical comPonents consisting of mechanical, To semi-electronic-use electronic circuit instead of Part of the mechanical comPonents Taxim

4、eter; And from IC-style to the current SCM system is involved in the taxi meter. Single-chiP for the design, Relatively Powerful, With less hardware and aPProPriate software can be easily comPlement each other to achieve the design requirements，And flexibility, Can be Programmed by software to Perfo

5、rm additional functionality. Switch for the charging mode, through the software Programming can be easily and give imPlementation. Avoid the instability caused by mechanical switches., you can achieve a more friendly user interface. Data information at a glance, And even the finished Product can als

6、o be changes to user interface, Can according to different customers using different situation.Key words: Taximeter SCM Control第一章 绪论1.1 基于AT89S51单片机出租车计价器的简述 以单片机AT89S51为核心设计的出租车计价器是既方便操作、简单易懂，处理数据又比较准确的一款出租车计价器。该计价器能实现里程计价与显示、数据存储与查询、时钟显示、等功能。它比市场上的一些计价器使用更方便、功能更齐全，还具有有效防止司机作弊和系统稳定性好的优点。其中的超速提醒功能可

7、以提醒司机和乘客，以告诫司机不要超速行驶，避免交通事故的发生。1.2功能要求用4位数码管实时显示里程数，单位为公里，最后一位为小数位；用4位数码管实时显示金额，单位为金额数，单位为元，最后一位为小数位。按“单程”键，则出租车的价格为2元 /公里；按“往返”键，则出租车的价格为1.5元/公里 。出租车起步公里数为3公里，价格为8元，大于3公里则按照以上方法计费。第二章AT89S51单片机出租车计价器系统的硬件结构2.1 AT89S51单片机控制出租车计价器系统的组成本系统是由以下几个部件组成：单片机AT89S51、键盘控制部件、里程计算单元、数码管显示单元、脉冲整形电路等。利用单片机丰富的I/O

8、端口及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示功能，不但能实现所要求的功能而且在很大程度上扩展功能，可以方便的对系统进行升级。2.2 系统工作原理当车子启动时，计价开关闭合，由霍尔传感器监测到的脉冲信号，经过处理送到单片机里程寄存器中进行计算，判断出行驶里程是否已经超过起价公里数，若已超过，则根据里程值、每公里的单价数和起价数来计算出当前的累计价格，并将结果存于价格寄存器中，再将时间和当前累计价格送往显示电路显示出来。当到达目的地的时候，由于霍尔传感器没有送来脉冲信号，停止计价，这时计价开关断开，数码管显示电路显示当前所应该支付的金额和对应的里程数，经过人工清零，重新进行初始

9、化过程。2.3 AT89S51的结构及其功能AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能COMS8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）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合，可灵活应用于各种控制领域。 2.3.1 主要性能参数1、与MCS-51产品指令系统完全兼容2、4K字节在系统编程（ISP）Flash闪存3、1000次擦写周期4、4.05.

10、0V的工作电压范围5、全静态工作模式：0HZ24HZ7、三级程序加密锁8、128*8字节内部RAM9、32可编程I/O线10、两个16位定时器/计数器11、5个中断源 12、可编程串行通道13、低功耗的闲置和掉电模式14、片内振荡器和时钟电路AT89S51单片机外部引脚分布如图2-1。图2-12.3.2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，看门口（WDT）,两个数据指针，两个16位定时/计数器，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。

11、AT89S51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程,而且擦写时间仅需10毫秒，仅为8751/87C51的擦除时间的百分之一,与8751/87C51的12V电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽（2.7V6V），全静态工作，工作频率宽在0Hz24MHz之间，比8751/87C51等51系列的6MHz12MHz更具有灵活性,系统能快能慢。AT89S51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程

12、序或系统不被仿制。P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。2.3.3 引脚功能说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外

13、部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P

14、3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口，如表2-1所示。端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外中断0）P3.3（外中断1）P3.4T0（定时/计数器0）P3.5T1（定时/计数器1）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储读选通）表2-1P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器

15、件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取

16、指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EA/VPP：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET，当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器，在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.3.4 振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部

17、时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.3.5 芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89S51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用

18、其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。2.3.6 特殊功能寄存器特殊功能寄存器于片内的空间分布如表2-2所示。表2-2这些地址并没有被完全占用，没有占用的地址亦不可以使用，读这些地址将得到一个随意的数值。而这些地址单元将不能得到预期的结果。2.3.7中断AT89S51共有5个中断源：2个外中断（INT0和INT1）,2个定时中断（T0和T1）和一个串行中断。这些中断如图2-2。图2-2中断源方框图这些中断源各自的禁止和使能位参见特殊功能寄存器的IE。IE也包含总中断控制位EA，EA清零，将关闭所有电源。其中IE.6和IE.5没有定义，用户不能访问这些位，它们是保留为以后的AT89产品作扩展用途

19、。T0和T1的中断标志TF0和TF1，它们是定时器溢出时的S5P2时序周期被置位，该标志保留至下个时序周期。2.4 LED数码管的结构与功能LED数码管分共阳极与共阴极两种，其工作特点是，当笔段电极接低电平，公共阳极接高电平时，相应笔段可以发光。共阴极LED数码管则与之相反，它是将发光二极管的阴极(负极)短接后作为公共阴极。当驱动信号为高电平、另一端接低电平时，才能发光。LED数码管等效于多只具有发光性能的PN结。当PN结导通时，依靠少数载流子的注人及随后的复合而辐射发光，其伏安特性与普通二极管相似。在正向导通之前，正向电流近似于零，笔段不发光。当电压超过开启电压时，电流就急剧上升，笔段发光。

20、因此，LED数码管属于电流控制型器件。LED数码管（LED Segment DisPlays）是由多个发光二极管封在在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。右图共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄

21、等几种。LED数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。LED数码管外观及内部原理图如图2-3所示。图2-3 LED数码管外观及内部原理图LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 一、静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O埠进行驱动，或者使用如BCD码二-十进位解码器解码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I

22、/O口才32个，故实际应用时必须增加解码驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。 二、动态显示驱动：数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dP”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端

23、，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O口，而且功耗更低。2.5 DS1302的结构与工作原理2.5.1 DS1302 简介 DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、

24、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的外部引脚分配如图2-4所示及内部结构如图2-5所示。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。图2-4 DS1302的外部引脚分配图2-5 DS1302的内部结构各引脚的功能为：Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2

25、Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。SCLK：串行时钟，输入。 I/O：三线接口时的双向数据线。CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。DS1302有下列几组寄存器：一、 DS1302有关日历、时间的寄存器共有12个，其中有7个寄存器（读时81h8Dh，写时80h8Ch），存放的数据格式为BCD码形式，如图2-6所示。图2-6 DS1302有关日历、时间的寄存器 小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。当为高时，选择12小

26、时模式。在12小时模式时，位5是 ，当为1时，表示PM。在24小时模式时，位5是第二个10小时位。秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。当该位置为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位置为0时，时钟开始运行。控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0。当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。二、 DS1302有关RAM的地址DS1302中附加31字节静态RAM的地址如图2-7所示。图2-7 DS1302静态RAM地址三、 DS1302的工作模式寄存器所谓突发模式是指

27、一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。突发模式寄存器如图2-8所示。图2-8 突发模式寄存器四、此外，DS1302还有充电寄存器等。2.5.2 读写时序说明DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。要想与DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如图2-9。图2-9 DS1302控制字（即地址及命令字节）控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据。位5至位1（A4A0）：指示操作单元的地址。位0（最低有效位）：

28、如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。控制字总是从最低位开始输出，在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如图2-10。图2-10 数据读写时序具体操作见驱动程序。2.5.3 DS1302电路连接原理图 电路原理图如图2-11所示，DS1302与单片机的连接也仅需要3条线：CE引脚、SCLK串行时钟引脚、I/O串行数据引脚，Vcc2为备用电源，外接32.768kHz晶振，为芯片提供计时脉冲。图2-

29、11 DS1302电路连接原理图2.6 A44E霍尔传感器的应用A44E集成霍尔开关是由霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集成电路开路输出门）等五部分电路组成。在输入端输入电压V1，经稳压器稳压后加在霍尔电势发生器的两端，根据霍尔效应原理，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上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。当施加的磁场强度达到工作点时，触发器输出高电压，使三极管导通，此时OC门输出端输出低电压，这种状态通常称为“开”。当施加的磁场强度达到释放点时，触发器输出低电压，三极

30、管截止，使OC门输出高电压，这种状态成为“关”。这样两次电压变换，使霍尔开关完成了一次开关动作。A44E集成霍尔开关内部结构与工作波形图如图2-12所示。图2-12 A44E霍尔传感器连接电路第三章 整体电路的设计3.1 模块电路的设计3.1.1 里程电路的设计出租车中需要一个能准确获得车轮转动即路程计量信号的装置，以获得标准的脉冲信号送入单片机的定时/计数器T0即P3.4脚，利用单片机的T1计数功能完成一百次的计数后产生一中断来完成路程的测量（设车轮周长为1米，则霍尔传感器每产生100个脉冲便表示车已经行程0.1Km，根据实际情况在程序中进行设置）汽车联轴器按圆周间隔嵌入磁钢，用霍尔传感器集

31、成芯片A44E检测并输出脉冲，其工作原理图如图3-1所示，霍尔传感器集成芯片A44E有信号转换、电压放大、整形输出等功能，为增加其抗干扰的能力，经过74LS14对信号整形后再通过光耦送入单片机相应引脚，如图3-2所示。如果想在此电路中为了防止司机作弊，可采用加密传感器的方法，先对霍尔传感器采集到计数脉冲加密，使计数脉冲以密文方式传输，最后解密为明文脉冲，传送到计价器计费。在密码传感器中，加密器向解码器发送的是密码，只有加密器和解码器固有密码相同时，解码器才向计价器发送计数脉冲，计价器才计费，从而提高了计价器计费的可靠性，不法出租车司机也无法使车费增加，同时司机也不能私自更换计价器传感器，实现了

32、计价器有国家计量局统一安装、维修和年检的统一管理。图3-1 霍尔传感器外部实物连接图图3-2 霍尔传感器外部连接电路3.1.2 脉冲整形电路信号预处理电路如图3-3所示。它由二级电路构成，第一级是由开关三极管组成的零偏置放大器，采用开关三极管可以保证放大器具有良好的高频响应，当输入信号为零或负电压时，三极管截止，电路输出高电平；而当输入信号为正电压时，三极管导通，此时输出电压随着输入电压的上升而下降，这使得速度里程表既可以测量任意方波信号的频率，也可以测量正弦波信号的频率。由于放大器的放大功能降低了对待测信号的幅度要求，因此，系统能对任意大于0.5V的正弦波和脉冲信号进行测量。预处理电路的第二级采用带施密特触发器的反