基于单片机出租车多功能计价器设计.doc
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大连理工大学城市学院
本科生毕业设计（论文）
学院：
电子与自动化学院
专业：
自动化
学生:
姜美芹
指导教师：
刁立强
完成日期：
2013年6月6日
大连理工大学城市学院本科生毕业设计（论文）题目
基于单片机出租车多功能计价器设计
总计毕业设计（论文）32页
表格6表
插图26幅
Kjvkvc
I
摘要
随着社会的高度发展，出租车已经成为人们日常生活中必不可少的代步工具，但由于各个地方的生活水平不同，导致物价存在一定的差异，因此出租车的计费标准也不尽相同。
这就要求我们设计出简易化、智能化、计价精确、可移植、可靠性高的出租车计价器。
本次设计利用软件设计和硬件设计相结合，设计出具有性能可靠、电路简单、成本低等特点的多功能计价器。
由单片机AT89C51控制，使用12MHz晶振提供时钟信号,利用装在车轮上的霍尔传感器A44E发出的脉冲个数来测速,因为本设计涉及到白天和黑夜的转换，通过AT24C02实现白天和黑夜单价的修改和存储，从而实现白天和黑夜不同的计费标准。
另外AT24C02中的数据是不可随意更改的，具有防作弊的效果。
通过C语言编程实现记时、里程检测、费用计算，同时通过LED数码管将里从而达到计费的目的。
最后将总车费和总金额很直观的在LED数码管中显示出来,达到计价器计价收费的目的。
而且，本次设计还通过DS1302，可以在不计价的情况下作为时钟显示时、分、秒，使驾驶员了解实时时间。
系统包括控制模块、里程传感模块、掉电保护模块、独立键盘电路、电源电路、时钟显示模块部分。
该系统设有五个按键（清除、查询/确认、停止、白天/黑夜、功能选择）,进行相应的操作就可实现单程/往返模式选择、停止计费、等待时间查询、清除复位等功能，使操作简单方便。
关键词：
单片机;霍尔传感器A44E;LED数码管；DS1302
Abstract
Withthehighdegreeofsocialdevelopment,thetaxihasbecomeaneverydayessentialmeansoftransport,butbecauseofthedifferentlevelsofeachofthelocallife,causingpricestherearesomedifferences,sotaxisarenotthesameaccountingstandards.Thisrequiresustodesignasimple,intelligent,accuratepricing,portable,highreliabilitytaximeter.
Thedesignofthesoftwareandhardwaredesignusingthecombinationofdesignwithreliableperformance,thecircuitissimpleandlowcostmultifunctionmeter.ControlledbythemicrocontrollerAT89C51using12MHzcrystaloscillatorprovidestheclocksignal,theuseofawheelmountedontheHallsensorA44Enumberofpulsessenttothegun,asthedesigninvolvestheconversionofthedayandnight,nightanddaytoachievethroughAT24C02pricechangesandstorage,dayandnightinordertoachievedifferentbillingstandards.ThedatainanotherAT24C02cannotbechanged,withtheeffectofanti-cheating.ThroughtheCprogramminglanguageinmind,themileagetesting,costcalculations,whiletheinsidethroughtheLEDdigitaltubesoastoachievethepurposeofbilling.Finally,thetotalamountofthetotalfareandveryintuitiveintheLEDdigitaltubedisplay,toachievethepurposeofthemetervaluationfees.Moreover,thisdesignalsoadoptedDS1302,cannotdenominatedinthecaseastheclockdisplayshours,minutes,seconds,thedriverunderstandreal-time.Systemcomprisesacontrolmodule,mileagesensingmodule,powerprotectionmodule,separatekeyboardcircuit,powercircuit,theclockdisplaymodulesection.Thesystemhasfivebuttons（Clear,check/confirm,stop,day/nightfunctionselection）,theappropriateactioncanbeachievedoneway/return
II
modeselection,stopcharging,waitingtimequeries,clearResetfunction.makeoperationsimpleandconvenient.
Keywords:
microcontroller;hallsensorA44E;LEDdigitaltube;DS1302
III
目录
第一章引言 1
1.1出租车简介 1
1.1.1出租车计价器概述 1
1.1.2出租车计价器的工作原理 1
1.2单片机简介 2
1.2.1单片机的基础知识 2
1.2.2单片机的发展历史、趋势及应用 2
1.2.3MCS-51单片机的应用特性 3
1.3设计目的及要求 4
1.3.1设计任务 4
1.3.2设计要求 4
1.3.3系统主要功能 5
第二章计价器硬件设计 6
2.1.出租车计价器方案论证 6
2.2系统的硬件构成及功能 8
2.3AT89C51单片机及其引脚说明 8
2.4AT24C02掉电存储电路设计 11
2.5里程计算、计价单元的设计 13
2.6电源电路设计 15
2.7独立键盘电路设计 16
2.8指示灯电路设计 16
2.9数码管显示电路设计 17
2.10DS1302时钟电路设计 20
第三章系统的软件设计 23
3.1系统主程序设计 23
3.2定时中断服务程序 24
3.3里程计数中断服务程序 25
3.4中途等待程序 27
3.5键盘扫描子程序 28
3.6计算程序 30
结束语 32
致谢 33
参考文献 34
附录多功能计价器程序设计 35
设计原理图 55
基于单片机出租车多功能计价器设计
第一章引言
本次毕业设计利用单片机知识作为理论支撑来实现一台多功能出租车计价器设计，使之具有性能可靠、电路简单、成本低、使用方便等特点。
1.1出租车简介
1.1.1出租车计价器概述
计价器显示的总金额是总里程与不同情况下的单价（白天、黑夜、中途等待）的函数。
出租车计价器通过里程传感器与车轮连接。
出租汽车的实际里程通过传感器的脉冲信号在计价器里按照设定的函数转换成一定的总里程。
出租车计价器功能主要有具有数据的复位功能、白天/黑夜转换功能、数据输出功能、计时计价功能等等，在原有功能的基础上增加单价输出、单价调整、路程输出、显示当前的系统时间等功能。
1.1.2出租车计价器的工作原理
当汽车运行起来时，就启动计价，根据里程寄存器中的内容计算和判断行驶里程是否已超过起步价公里数。
若已超过，则根据里程值、每公里的单价数和起步价数来计算出当前的总金额，并将结果存于总金额寄存器中；中途等待时，无脉冲输入，不产生中断，当时间超过等待设定值时，开始进行计时，并把等待价格加到总金额里，然后将总金额、里程和单价、白天黑夜价格送数码管显示出来。
1.2单片机简介
1.2.1单片机的基础知识
单片机结构包括：
输入设备，运算器，输出设备，控制器，内存。
1946年第一台计算机诞生，经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路的过程
1.2.2单片机的发展历史、趋势及应用
①历史:
1974年12月，美国仙童（Fairchild）公司推出了世界上第一台8位单片机F8。
单片机的发展过程分为以下几个发展阶段。
1、第一代单片机（1974—1976年）
单片机发展的起步阶段。
集成度也较低，并且采用了双片形式。
代表产品有Fairchild公司的F8和Mostek公司的3870等。
2、第二代单片机（1976—1978年）
是单片机的发展阶段。
最典型的产品有Intel公司的MCS-48系列单片机。
3、第三代单片机（1979一1982年）
是8位单片机的成熟阶段。
代表产品有Intel公司的MCS-51系列机、Motorola公司的MC6801系列机、Zilog公司的Z8系列机等。
4、第四代单片机（1983年以后）
1983年以后是16位单片机和8位高性能单片机并行发展的时代。
②趋势:
目前，单片机正朝着高速度、高性能和多品种方向发展，单片机的发展趋势具体体现在以下四个方面：
（1）4位、8位、16位、32位单片机共存，并各有自己的生存空间。
（2）CPU功能不断增强、运行不断速度提高。
（3）内部资源增多，增加存储器容量、片内外设如AD、DA、LED／LCD驱动、DMA、PWM、WDT。
（4）引脚的多功能化
（5）低电压和低功耗
（6）结合ASIC和RISC技术，使单片机的应用范围进一步扩大。
③应用：
单片机具有集成度高、结构简单、可靠性高、控制功能强、应用灵活方便和价格低等优点，因此广泛应用于国民经济的各个领域。
单片机的应用提高了机电设备的技术水平和自动化程度，对各行各业的技术改造和产品更新换代起到了重要的推动作用。
1．单片机特别适用于机、电、仪一体的智能产品
（1）单片机在日常生活中的应用
（2）单片机在数据处理方面的应用
（3）单片机在智能化的仪器仪表中应用
2．单片机在工业控制中的应用
单片机成功地应用于玩具、游戏机、无绳电话、充电器、按摩器、IC卡电话、IC卡水表、IC卡煤气表、IC卡电度表、流量温控仪表、家庭自动化、电子锁、电子秤、步进电机、防盗报警、电子日历时钟等这些日常生活的产品中。
图形终端、彩色黑白复印机、软盘及硬盘驱动器、磁带机、打印机的内部都采用单片机进行控制。
在各类仪器仪表中（包括医疗器械、色谱仪、温度、湿度、流量、流速、电压、频率、功率、厚度、角度、长度、硬度、元素测定等）引入单片机，使仪器仪表数字化、智能化、微型化，功能大大提高。
[1]
1.2.3MCS-51单片机的应用特性
由于MCS-51系列单片机具有体积小、功能全、价廉、面向控制、应用软件丰富、技术在不断更新、开发应用方便等优点，可以适应各个应用领域的不同需要，因而具有极强的竞争力和生命力，应用前景广阔。
今后它仍将是科技界、工业界广泛选择应用的8位微控制器，仍将是单片机应用的主流机种。
各高校实验室大多都配备了MCS-51系统仿真实验装置。
所以，它今后仍将是高等院校教材的首选内容之一。
[1]
1.3设计目的及要求
1.3.1设计任务
设计一款基于AT89C51单片机的多功能出租车计价器。
1.3.2设计要求
1.用前4位数码管实时显示里程数（Z），单位为公里，最后一位为小数位；用后4位数码管时时显示金额数（J），单位为元，最后一位为小数位。
格式：
XXX.X公里XXX.X元
2.规定出租车白天价格为2元/公里，黑夜则价格为1.5元/公里；白天/黑夜分别由“白天”按键和“黑夜”按键设定。
3.
（1）不同情况具有不同的收费标准。
白天规定出租车单程价格为2元/公里，黑夜则价格为1.5元/公里起步公里数为3公里，价格为8元；若实际运行大于3公里，按“设计任务2”计算价格。
途中等待车速＜5公里/小时的时间累积为总等待时间T（分钟），每五分钟等待时间相当于里程加1公里。
（2）能进行手动修改单价。
（AT24C02）
（3）具有数据的复位功能。
（4）IO口分配的简易要求
距离检测使用霍尔开关A44E
白天/黑夜收费标准的转换开关
数据的清零开关
单价的调整——起步价、里程计费单价、等待时间计费单价
（5）数据输出
l前4位数码管实时显示里程数（Z），单位为公里，最后一位为小数位；
后4位数码管时时显示金额数（J），单位为元，最后一位为小数位。
（6）按键
功能键P1.0；
白天黑夜切换键P1.1；
停止键P1.2；
清除键P1.3；
查询、确认键P3.0
（7）LED指示灯
空车P1.4；
查询P1.5；
等待P1.6；
黑夜指示灯（仅晚上亮）P1.7
4.发挥部分
（1）能够在掉电的情况下存储单价等数据。
（2）能够显示当前的系统时间。
（3）增加了指示灯提示功能
1.3.3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、白天/晚上转换、数据输出、计时计价、单价输出及调整、路程输出，实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息等功能。
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，而且还能根据白天、黑夜、中途等待来调节单价，同时在不计价的时候还能作为时钟为司机同志提供方便。
56
第二章计价器硬件设计
2.1.出租车计价器方案论证
方案一：
采用数字电路控制。
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，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，而且使用数字电路实现时整体规模大，使用器件多，难调试，出现故障时，不易发现原因，不利于维修。
单价显示
金额显示
电源电路及保护电路
移位寄存器
里程传感器
图2-1数字电路方案图
电路过于简单，性能不够稳定，而且不能够调节单价，也不能根据白天黑夜中途等待转换计费标准，电路不够实用。
方案二：
出租车驱动轮转数与转轴转数的传动比是一定的，磁感应传感器会产生一个大约20ms的低脉冲，通过计算磁感应传感器产生的低脉冲数来计算出租车跑的里程数及相应的车费。
编码器的单片机通过一个I/O口来检测磁感应传感器信号，当确定为传感器产生的信号时，就通过另一个I/O口向解码器的单片机发送一组编码，而解码器的单片机则首先判断当前准备接收的数据是编码器发送的编码还是解码写入器发送的解码。
当判断是解码写入器发送的解码时，解码器的单片机接收此解码，并利用12C总线协议将解码保存到EEPROM中去；当判断是编码器发送的编码时，解码器的单片机先接收此编码，然后读出EEPROM中的解码，将其与接收到的编码相比较，如果相同则解码器单片机通过一个I/O口向计价装置发出计价脉冲，否则不发出计价脉冲。
解码器
计价
装置
编码器
磁感应传感器
解码写入器
计价脉冲
图2-2编码器方案图
此方法通常使干扰信号也能产生计数脉冲，分立元件过于复杂，电路稳定性不好。
方案三：
采用单片机控制。
利用单片机丰富的I/O端口来实现基本的里程计价功能和价格调节功能。
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，A44E霍尔传感器测距，实现对出租车的基本的计价设计，并采用AT24C02实现掉电保护，输出采用8段数码显示管动态显示。
根据按键转换白天/黑夜/中途等待来选择不同的工作模式。
89C51
单片机
按键控制
复位电路
掉电保护
显示模块
时钟电路
显示总里程和总金额
图2-3单片机方案图
通过比较以上三种方案，单片机方案有较大的活动空间，I/O端口丰富，且控制灵活。
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，所以我们采用最后一种方案。
2.2系统的硬件构成及功能
本系统的硬件设计主要包括单片机AT89C51、数码管显示、A44E霍尔传感器电路、AT24C02掉电存储单元的设计、里程计算及计价单元的设计。
在硬件设计过程中，充分利用各部件的功能，实现多功能的出租车计价器设计。
利用单片机丰富的IO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。
总体方案图如图2-4：
AT89C51
复位电路
键盘控制
里程计量电路
掉电保护电路
DS1302时钟
电源
数码管显示
晶振电路
指示灯电路
图2-4总体方案图
2.3AT89C51单片机及其引脚说明
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[13]。
下面是关于AT89C51的引脚图图2-5。
图2-5AT89C51的引脚图
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SFRAUXR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：
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P0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/地址的低八位。
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外部必须接上拉电阻。
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口作为低八位地址接收。
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口当用于外部程序处理器或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口输出其特殊功能的寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3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2-1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2-1P3口特殊功能
P3口引脚
特殊功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
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）
P3.5
T1（定时器1外部输入）
P3.6
WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
RD（外部数据存储器读选通）
PSEN/程序储存允许输出是外部程序存储器的读先通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN/有效，即输出两个脉冲。
当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN/信号。
EA/VPP外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平，需注意的是：
如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压VPP。
2.4AT24C02掉电存储电路设计
①AT24C02芯片引脚配置如图2-6所示
图2-6AT24C02引脚配置图
AT24C02芯片DIP封装，共有8个引脚，管脚描述如下：
表2-2AT24C02管脚描述
管脚名称
功能
升级会员 