毕业设计(论文)基于51单片机的计程车计价器.doc
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1、1.绪论1.1课题背景及意义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。出租车是城市交通的重要组成部分,行业健康和发展也获得越来越多的关注。汽车计价器是乘客与司机双方的交易准则,它是出租车行业发展的重要标志,是出租车中最
2、重要的工具。它关系着交易双方的利益。具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的,因此,汽车计价器的研究也是十分有一个应用价值的。通过本次设计,可以增进对单片机的感性认识,加深对其理论方面的理解,掌握单片机的内部功能模块的应用,了解掌握单片机的软硬件设计过程、方法及实现。1.2 计价器的现状出租车计价器是出租车营运收费的专用智能仪表,目前市面所使用的计价器大都功能较少。随着人们生活水平的不断提高,出租车的使用频率也越来越高,出租车行业也以高质量的服务给人们带来了出行的享受。但是由于行业的特殊性,出租车行业总存在着买纠纷,困扰着行业的发展。给服务质量及管理带来一定影响。
3、随着电子技术的发展,出租车计价器技术也在不断进步和提高。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器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。而功能齐全的计价器大都采用双CPU结构,这就提高了计价器的生产成本。在考虑成本和使用的基础上,本设计介绍了一种以AT89C51单片机为核心的,具有计时、计价、性能可靠、电路简单、成本低等特点的多功能出租车计价器,能够很好的满足市场对出租车计价器的要求。本设计的目的就是通过对现有计价器的分析,解决计价器的问题,同时完成具有单价输出、单价调整、速度调整,路程输出等功能的新型计价器的硬件和软件设计。2 出租车计
4、价系统的设计要求与设计方案2.1 出租车计价器概述计价器显示的营运金额是营运里程与价格。出租车计价器通过传感器与行驶车辆连接,但在此次课程设计中,因没有传感器,用频率发生器替代,由此通过记一秒的脉冲数算得速度从而得到里程。该课程设计的出租车计价器功能主要有具有数据的复位功能、数据输出功能、计价功能等。2.2 系统主要功能本课程设计所设计的出租车计价器的主要功能有:数据的复位、数据输出、里程输出及显示,通过起步价和每公里单价进行计价以及当车速低于限定值或停车时按等待时间计时,当等待时间累计超过一定时间后按时间计费等功能。其中,显示输出采用8段数码显示管。2.3 方案论证与比较方案一:采用数字电路
5、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,但是考虑到这种电路过于简单,性能不够稳定,而且不能调节单价,也不能根据天气调节计费标准,电路不够实用。方案二:采用单片机控制利用单片机丰富的I/O端口,及其控制的灵活性,实现基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示功能。通过比较以上两种方案,单片机方案有较大的活动空间,不但能实现所要求的功能,而且能在很大的程度上扩展功能,而且还可以方便的对系统进行升级,所以采用后一种方案更好些。3 系统硬件设计3.1 设计方案与硬件说明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
6、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AT89C51单片机为主控器,以A44E霍尔传感器测距(频率发生器替代),实现对出租车的基本的计价设计,并采用主电源和备用电源相互结合来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。其系统结构图如图3.1所示:按键控制 89C51单片机复位电路掉电保护时钟电路显示模块显示总里程、金额和速度图3.1 系统结构图本电路设计的计价器能实现基本的计价功能。AT89C51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。3.2
7、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,考虑到显示电路的负载不大,本设计直接采用单片机I/O口驱动显示电路。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,在设计中采用一个波形发生器来代替。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,可以测得速度。通过在程序中设置的里程和金额的信息,在加上显示
8、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。AT89C51单片机简介:AT89C51是美国ATMEL公司生产的低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含4KB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
9、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,具有高性价比,其引脚配置如图3.2所示。图3.2 AT89C51引脚配置AT89C51芯片的40个引脚功能为:VCC 电源电压。GND 接地。RST 复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时,将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平,设置SFR AUXR的DISRTO位(地址8EH)可打开或关闭该功能。DISKRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。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
10、放大器的输出。P0口 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 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,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信
11、号拉低时会输出一个电流(IIL)。Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址。P1口部分端口引脚及功能如表3.1所示。表3.1 P1口特殊功能P1口引脚特殊功能P1.5MOSI(用于ISP编程)P1.6MOSI(用于ISP编程)P1.7SCK(用于ISP编程)P2口 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,因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(IIL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时,P2口送出高8位地
12、址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时,P2口线上的内容在整个访问期间不改变。Flash编程和程序校验期间,P2亦接收低8位地址。P3口 一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3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P3口写“1”时,它们被内部的上拉电阻把拉到高电并可作输入端口。作输入端口使用时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(IIL)。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,如表3.2所示。P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验期间的控制信号。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
13、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/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,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。表3.2 P3口特殊功能P3口引脚特殊功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2(外部中断0)P3.3(外部中断1)P3.4T0(定时器0外部输入)P3.5T1(定时器1外部输入)P3.6(外部数据存储器写选通)P3.7(外部数据存储器读选通)硬件系统
14、设计说明: 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。 3.3硬件电路组成硬件组成主要包括:显示电路、复位电路、掉电保护电路、时钟电路、按键电路和测速电路。本设计以 89S52 单片机为中心,利用波形发生器模拟代替霍尔传感器测距,实现对出租车计价统计,输出采用两个4位共阴7段数码管。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价。通过单片机上的键盘上的按键来执行开始、暂停、复位等功能。步骤
15、如下:首先,程序开始做一些必要的初始化工作,等待键盘输入。然后,启动键S1按下后单片机开始计数传感器传来的计数脉冲,显示电路显示路程和总费用。最后,当需要停止是可松开键S1对路程计数器进行停止。而且松开S1之后可以按下S2对显示电路进行清零,清零功能与复位功能的区别就是清零功能不会使单片机重新启动,会节约时间,并且当复位电路出现故障时,单片机依然能够正确重置。其整体电路图3.3所示:图3.3 计价器整体电路图3.3.1 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,现在LCD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,见图3.5。图3.5 集成数码
16、管在显示方面,我们选用了动态显示。使用动态显示,通过对数码管不断地快速扫描,使数码管看起来一直在闪烁。通过程序进行选段与选位。P2口为选位,P0口为选段,通过三个数组zxscode8,xscode8 与codetab协同作用,实现了对数码管的动态显示。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
17、/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。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4个两组组的共阴8段数码管,见图3.6。图3.6 LED数码管找公共共阴和公共共阳的方法:首先找个电源稳压器(3到5伏)和1个1K(几百欧的也行)的电阻,VCC串接1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
18、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),则可以判断此管为共阴。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。3.3.2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,见图3.7。图3.7 复位电路 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
19、延迟时间。3.3.3 掉电保护电路本设计采用两个电源对单片机进行掉电保护。一个为主电源,接5V电压经肖特基二极管接单片机VCC口,另一个为备用电源,用3个5号电池并联组合成4.5V电压。肖特基二极管的压降非常低,所以5V主电源能够满足对单片机的供电要求。当主电源失去过后,因为有备用电源4.5V的作用,满足单片机正常运行电压4.5V5.5V,单片机不会停止工作,实现了掉电保护功能。本设计采用掉电保护存储电路图如图3.8:图3.8 掉电存储电路3.3.4 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
20、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。单片机内部有一个高增益、反相放大器,其输入端为芯片引脚XTAL1,其输出端为引脚XTAL2。通过这两个引脚在芯片外并接石英晶体振荡器和两只电容(电容和一般取30pF)。这样就构成一个稳定的自激振荡器。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
21、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。见图3.9。图3.9 时钟电路3.3.5 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(0x
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