2022年系列单片机出租车计价器控制系统设计方案 .pdf
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1、个人资料整理仅限学习使用编号:本科毕业设计基于 51 系列单片机的出租车计价器控制系统设计系院):信息工程学院姓名: 学号:专业:通信工程年级:指导教师:职称:完成日期:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 34 页个人资料整理仅限学习使用摘 要随着社会的进步,电子类产品也得到了广泛的发展,尤其是单片机的发展异常迅速。由于单片机的特殊结构形式,在某些应用领域中,它承担了一些通用的微型计算机无法完成的工作,它是一种高性能,低价格的处理器,集成度高,体积小,可靠性又高,控制功能强,电压低。由于单片机具有这些特点,人类的生活应用中十
2、分广泛。本电路以 AT89C51 单片机为中心,附加A44E 霍尔传感器测距 , to achieve the taxi meter, using FM24C02 achieve when stored in the system power-down unit, 8-segment LED output display tube shows the total mileage and total amount of driving. Taximeter analog design: the mileage display, the default starting price and the
3、 starting mileage。 travel by full fare, a reset and start, start, start pricing. We use single chip design, you can use less hardware and appropriate software to meet the design requirements of mutual cooperation, and flexibility, through software programming to accomplish more additional features,
4、a bright future.Keywords: taxi meter。Hall sensors 。save power 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 34 页个人资料整理仅限学习使用目录1 绪论11.1 课题背景与意义 11.2 计价器的现状 12 出租车计价系统的设计要求与设计方案32.1 出租车计价器概述 32.2 系统主要功能 32.3 方案论证与比较 33 系统硬件设计 43.1 设计方案与硬件说明43.2 硬件设计说明 43.3 硬件电路组成 73.3.1 驱动电路 83.3.2 显示电路 93.3.3
5、复位电路 103.3.4 掉电保护电路 113.3.5 时钟电路 123.3.6 按键电路 124 系统软件设计 144.1 软件总体设计 144.2 系统程序设计 145 系统调试 165.1 软件调试 165.1.1 编程工具 C51 语言 165.1.2 程序调试工具 KEIL165.1.3 单片机仿真软件在线调试 PROTEUS175.2 系统仿真 17总结19精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 34 页个人资料整理仅限学习使用致谢20参考文献 21附录22精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总
6、结 - - - - - - -第 5 页,共 34 页个人资料整理仅限学习使用1 绪 论1.1 课题背景与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
7、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
8、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。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 单片机为核心精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 34 页个人资料整理仅限学习使用的,具有计时、计价、性能可靠、电路简单、成
9、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、路程输出等功能的新型计价器的硬件和软件设计。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 34 页个人资料整理仅限学习使用2 出租车计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,所以用键盘取代,用按键的次数来代表里程数。该课程设计的出租车计价器功能主要有具有数据
10、的复位功能、单价修改功能、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、单价修改、数据输出、计价、单价输出及调整、路程输出等功能。输出采用8 段数码显示管。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价,而且还能手动来调节单价。2.3 方案论证与比较方案一: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,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、
11、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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 34 页个人资料整理仅限学习使用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 霍尔传感器测距按键替代),实现对出租车的基本
12、的计价设计,并采用FM24C02 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: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,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。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 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
13、 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。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和总金额精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 34 页个人资料整理仅限学习使用设计中,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,且不便于实验检测,在设计中采
14、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。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:AT
15、89C51 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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 34 页个人资料整理仅限学习使用图 3.2 AT89C51 引脚配置AT89C51 芯片的 40个引脚功能为:VCC 电源电
16、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
17、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 吸精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 34 页个人资料整理仅限学习使用收或输出电流) 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 )。 Flash 编程和程序校验期间, P1接收低 8位
18、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P1.5 MOSI 用于 ISP 编程)P1.6 MOSI 用于 ISP 编程)P1.7 SCK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 位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时
19、,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。表 3.2 P3 口特殊功能P3口引脚特殊功能P3.0 RXD 串行输入口)P3.1
20、 TXD 串行输出口)P3.2 外部中断0)P3.3 外部中断1)P3.4 T0定时器 0 外部输入)精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 34 页个人资料整理仅限学习使用P3.5 T1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*,管脚图如图 3.4所示。74LS245主要电器特性的典型值如下:引出端符号:A A 总线端B B 总线端三态允许端
21、 (低电平有效 DIR 方向控制端功能表如表 3.3所示:表 3.3功能表Enable Direction Control DIR Operation L L L H H X B data to A bus A data to B bus Isolation 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。图 3.4 驱动
22、芯片管脚图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 34 页个人资料整理仅限学习使用3.3.2 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 3.5)。图 3.5 集成数码管在显示方面,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
23、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。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 图 3.6)。图 3.6 LED 数码管找公共共阴和公
24、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 1 个电阻后和 GND 接在任意 2 个脚精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 34 页个人资料整理仅限学习使用上,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。3.3.3 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
25、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 3.7)。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 3.7 复位电路3.3.4 掉电保护电路掉电保护电路中采用了存储芯片FM24C02。FM24C02 是一个CMOS 标准的EEPROM 存储器,是FM24CXX系列FM24C01/02/04/08/16)成员之一,这些EEPROM 存储器的特点是功耗
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