小型智能电子产品开发小型智能电子产品开发 摘 要 出租车计价器的硬件设计以AT89S51 单片机为核心控制元件，采用AT24C02 实现在系统掉电的时候保存单价和行驶路程等信息，输出采用16 位LED数码管显示路程、公里数、等待时间和车速等信息。 系统的软件设计主要有:主程序模块、定时中断服务程序、车速计数中断服务程序、中途等待中断服务程序、显示子程序服务程序键盘服务程序。 本电路设计的计价器主要功能有:数据的复位、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行驶路程等信息等功能。本电路设计的计...

　　小型智能电子产品开发 摘 要 出租车计价器的硬件设计以AT89S51 单片机为核心控制元件，采用AT24C02 实现在系统掉电的时候保存单价和行驶路程等信息，输出采用16 位LED数码管显示路程、公里数、等待时间和车速等信息。 系统的软件设计主要有:主程序模块、定时中断服务程序、车速计数中断服务程序、中途等待中断服务程序、显示子程序服务程序键盘服务程序。 本电路设计的计价器主要功能有:数据的复位、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行驶路程等信息等功能。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据乘客所乘单程、往返来调节单价，和等待时间转化为里程数。 关键词:单片机;AT24C02;595数码管显示 第 1 页 目 录 摘 要 ...................................................................... 1 第一章 出租车计价器概述 ................................................... 3 第二章 设计

　　..................................................... 4 2.1 总体设计方案的论证与比较 ........................................... 4 2.2 设计要求 ........................................................... 5 第三章 硬件设计 ........................................................... 7 3.1 复位电路 ........................................................... 7 3.2 时钟电路 ........................................................... 7 3.3 信号采集电路 ....................................................... 8 3.4 显示电路 ........................................................... 8 3.4.1 显示电路的方案选择 ........................................... 8 3.4.2 LED显示器的显示方式 ......................................... 10 3.5 键盘电路 .......................................................... 10 第四章 软件设计 .......................................................... 11 4.1 模块介绍 .......................................................... 11 4.2 主程序模块 ........................................................ 11 4.3 定时中断服务程序 .................................................. 13 4.4 里程计数中断服务程序 .............................................. 13 4.5 中途等待中断服务程序 .............................................. 14 4.6 显示子程序服务程序 ................................................ 14 4.7 键盘服务程序 ...................................................... 14 第五章 系统测试 .......................................................... 15 5.1 使用的仪器仪表 .................................................... 15 5.2 系统调试 .......................................................... 15 5.2.1里程计价测试 ................................................. 15 5.2.2掉电存储测试 ................................................. 17 第六章 总结 .............................................................. 18 参 考 文 献 ............................................................... 19 第一章 出租车计价器概述 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。 我国在70年始出现出租车，但那时的计费系统大都是国外进口不但不够准确，价格还十分昂贵。随着改革开放日益深入，出租车行业的发展势头已十分突出，国内各机械厂家纷纷推出国产计价器。出租车计价器的功能从刚开始的只显示路程(需要司机自己定价，计算后四舍五入)，到能够自主计费，以及现在的能够打一和语音提示、按时间自主变动单价等功能。随着城市旅游业的发展，出租车行业已成为城市的窗口，象征着一个城市的文明程度。 第二章 设计方案及要求 2.1 总体设计方案的论证与比较 方案一:采用数字电路控制。其原理方框图如图2-1所示。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。其原理方框图如图2-1所示。 图2-1 方案一整体设计框图 方案二:采用单片机控制。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。其原理方框图如图2-2所示。 图2-2方案二总体设计框图 采用模拟电路和数字电路设计的计价器整体电路的规模较大，用到的器 件多，造成故障率高，难调试，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。通过比较以上两种方案，单片机有较大的活动空间，利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，不但能实现基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示功能，而且能在很大的程度上扩展功能，还可以方便的对系统进行升级。为此我们采用了单片机进行设计，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。 2.2 设计要求 一 基本要求 1、8位数码管显示器的前4位数码管用于实时显示行车里程数(000.0)，单位为公里;后4位数码管用于实时显示金额数(000.0)，单位为元。 2、规定出租车单程价格为2元/公里，往返则价格为1.5元/公里。单程与往返分别由“单程” 按键和“往返” 按键设定。行车里程可用1按键模拟，规定每按一次键，行车里程加0.1公里。 3、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“基本要求2”计算价格。 4、到达目的地后，按“暂停” 键，计价器可暂停计价;反复按“查询”键，计价器能依次显示总等待时间，里程数和金额数;按“清除”键，能将记录的数据(里程、等待时间与价格等)清0。 二 发挥部分 1、再增加8位数码管显示器，前4位数码管用于实时显示车速(000.0)，单位为公里/小时;后4位数码管用于实时显示累计等待时间(00:00)，单位为分:秒。 2、设计并制作一个能模拟出租车车速的装置。要求采用单片机控制电机使转盘转动，用光电传感器检测转盘转动，车速与转数成正比。规定转盘转速为5转/分对应车速5公里/小时，转盘转速为50转/分对应车速50公里/小时，依此类推。转速可以通过键盘预置， 3、能按上述模拟装置的转数计算行车里程，并依此作为计价依据，计价误差的绝对值小于10,。 4、增加等待时间计价功能。规定总等待时间为车速,5公里/小时的累积时间，总等待时间每增加5分钟，相当于里程数增加1公里进行计价。 5、增加起步价、起步价里程和每公里价格的预置功能。价格预置功能要求密码确认，价格的默认值与基本要求一致。 第三章 硬件设计 3.1 复位电路 单片机在启动运行时都需要进行复位操作，以便使CPU和系统中的部件都处于某一确定的初始状态，并从这个状态开始工作。AT89C52单片机有一个引脚RST，它是施密特触发器的输入端，其输出端接复位电路的输入。 复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期(即二个机器周期)以上，若使用频率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超 过4μs才能完成复位操作。 复位有电复位和手动复位两种。手动复位有电平方式和脉冲方式两种。本次设计中，为方便操作，采用手动复位的电平复位。如图3-1: 图3-1复位电路 3.2 时钟电路 时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才能为单片机的时钟脉冲信号。振荡频率取决于石英晶体的振荡频率，频率范围可取1.2MHz—12MHz。C3、C4主要起频率微调和稳定作用，电容值可取5~30pF。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行也就快，但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印刷电路板的工艺要求也高(线间寄生电容要小)。在本次设计中，选取晶振频率为12MHz,C1和C2的值均为33uF。如图3-2: U1 P1.0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RETP0.7P3.0EA/VPPP3.1ALE/PROGP3.2PSENP3.3P2.7P3.4P2.6P3.5P2.5P3.6P2.4C1P3.7P2.333uFXTAL2P2.2Y1 XTAL1P2.112MHzGNDP2.0图3-2 时钟电路 C2AT89C5233uF 3.3 信号采集电路 主要是通过传感器对采集车轴转数，通过主机模块进行计算，从而得出里程、金额等信息。 3.4 显示电路 3.4.1 显示电路的方案选择 在应用系统中，使用的显示器主要有LED(发光二极管)和LCD(液晶显示器)。这两种显示器成本低廉，配置灵活雷竞技RAYBET官方网站。LED是由发光二极管显示字段的显示器件。LCD显示器的工作原理是利用液晶的物理特性:通电时排列变得有序，使光线容易通过;不通电时排列混乱，阻止光线通过。因此有下面两种方案可以选择: 方案一:采用LED数码管显示。 七段LED数码管引脚图如图3-3: 图3-3 LED管脚配置图 LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。这种显示块有共阴极和共阳极两种，如上图所示，共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地，如图中所示，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接，当某个二极管的阴极为低电平时，该二极管点亮。 通常的七段LED显示块中有八个发光二极管，故也称为八段显示器。其中七个二极管构成七笔字型“8”，一个发光二极管构成小数点。 控制不同组合的二极管导通，就能显示各种字符。设8位按低到高的次序依次控制LED显示块的a~f和小数点dp,我们称输出的控制LED显示块显示字符的 8位字节数据为段选码。共阳极与共阴极的段选码互为反码。 在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位LED的段选线并接在一起，在某一刻时，将要显示的字符段码同时送到每一个显示器的各段，但是只让这一位LED显示。下一时刻又送下一位LED要显示字符的段码，并只让下一位LED显示„„.如此轮流，使每位显示该为的字符，这样不断的循环送出响应的段选码)位选码，就可以获得视觉稳定的显示状态。 方案二:采用液晶显示器显示。 LCD的优点主要包括零辐射、低功耗、体积小、字符显示精确。但如果采用LCD 液晶显示,在距离屏幕1 m 之外就无法看清数据,而且在白天其对 比度也不能够满足要求,因此必须采用高亮度LED 数码管显示。 此次设计中需要显示时间、日期等简单字符，用LED即可满足要求，另外LCD比LED价位高。根据上述

　　故选用方案一。 3.4.2 LED显示器的显示方式 显示单元由7个8段共阳数码管组成，采用动态扫描进行显示。 3.5 键盘电路 当单价等信息需要进行修改时，就要用到键盘进行修改。由于调节信息不多，故采用4个独立键盘即可，分别实现清零、切换、增大、减小和功能等作用。 总电路图如图3-4: 图3-4 总电路图 第四章 软件设计 4.1 模块介绍 本系统的软件设计主要可分为主程序模块、定时计数中断程序、中途等待中断服务程序、显示子程序服务程序、键盘服务程序五大模块。下面对各部分模块作介绍。 4.2 主程序模块 在主程序模块中，需要完成对各接口芯片的初始化、出租车起价和单价的初始化、中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。另外，在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄存器、里程寄存器和价格寄存器，并对它们进行初始化。然后，主程序将根据各标志寄存器的内容，分别完成启动、清除、计程和计价等不同的操作。 当按下S1时，就启动计价，将根据里程寄存器中的内容计算和判断出行驶里程是否已超过起价公里数。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，然后将时间和当前累计价格送显示电路显示出来。当到达目的地的时候，由于霍尔开关没有送来脉冲信号，就停止计价，显示当前所应该付的金额和对应的单价，到下次启动计价时，系统自动对显示清零，并重新进行初始化过程。 主程序流程图如图4-1所示 如图4-1 主程序流程图 4.3 定时中断服务程序 在定时中断服务程序中，每50ms 产生一次中断，当产生20 次中断的时候，也就到了一秒，送数据到相应的显示缓冲单元，并调用显示子程序实时显示。 定时中断服务程序流程图如图4-2所示。 图4-2定时中断服务程序流程图 4.4 里程计数中断服务程序 每当霍尔传感器输出一个低电平信号就使单片机中断一次，当里程计数器对里程脉冲计满末位数时，就有程序将当前总额送入里程计数中断服务程 序中。在该程序中，需要完成当前行驶里程数和总额的累加操作，并将结果存入里程和总额寄存器中。 4.5 中途等待中断服务程序 当在计数状态下霍尔开关没有输出信号，片内的T1 定时器便被启动，每当计时到达10分钟，就对当前金额加上中途等待的单价，以后每十分钟都自动加上中途等待的单价。当中途等待结束的时候，也就自动切换到正常的计价。 4.6 显示子程序服务程序 由于是分屏显示数据，所以就要用到2 个显示子程序，分别是: 用138译码器控制数码管显示等待时间和车速、595控制数码管显示里程数和总金额。 4.7 键盘服务程序 键盘采用查询的方式，放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦右按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。 第五章 系统测试 根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分:硬件调试，软件调试和软硬件联调。测试包括里程计价测试、掉电存储测试。 5.1 使用的仪器仪表 单片机 烧写器 595显示器 5.2 系统调试 根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分:硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试。 5.2.1里程计价测试 由于试验条件有限，我们采用电动机附带霍尔元件作为车轮，电机为3V 的直流电机，每分的转速可以达到几千转，我们设定电机每转一圈为车轮转动1 米，当电机转动达到1000圈时，就表示已经到达一公里，系统自动将当前的单价加到总金额上。 表5-1 的测试条件是:设定白天的单价是2.5元，起步价为5 元(包含3公里)，分别行驶不同里程测得数据如下表。 表5-1白天单价测试 公 4 10 15 37 49 59 里 理论 7.5 22.5 35 90 120 145 总金 额 实际 7.602 22.498 35 90.12 119.978 145 理论 4 10 15 37 49 59 行驶 路程 实际4 10 14.89 36.98 49.02 58.023 表5-2测试条件是:晚上的单价设定为3.0 元，起步价为5 元(包含3 公里)，分别行驶不同里程测得数据如下表。 表5-2晚上单价测试 公 4 10 15 37 49 59 里 理 8 26 41 107 143 173 总 论 金 实 额 8 26 40.989 107 143.01 173.01 际 理行 4 10 15 37 49 59 论 驶 路实 4 10 14.89 36.98 49.02 58.023 程 际 表5-3测试条件是:设定在单价为2.5 的情况下已经行驶了10 (22.5)公 里，进行中途等待，分别等待不同的时间(10 分钟为一个单位)，起步价 为5元(包含3公里)。 表5-3中途等待价格测试 时间 当20 40 50 60 70 80 前金额 理论 27.5 32.5 35 37.5 40 42.5 总金 额 实际 27.499 31.499 34.989 37.501 40.001 42.499 里程测试数据的分析: 通过表5-1、表5-2、表5-3 的数据，我们可以看到系统的计价功能很稳定，误差很小，几乎为零，不过还应该在实际的应用中测试。 5.2.2掉电存储测试 表5.4显示的数据表明，系统能在掉电的情况下正确的保存数据，并且能在系统上电后将数据读到相应的存储单元。 表5-4掉电存储测试 白天单价 晚上单价 中途等待单价 掉电前数据 2.0 3.0 2.5 重新上电后数据 2.0 3.0 2.5 第六章 总结 本款出租车计价器的设计还不够人性化，比如本次设计按键方面还可以运用8279芯片控制，使其具有更高的控制运行功能。8279是专用键盘、显示控制芯片，能对显示器进行自动扫描;能识别键盘上键的符号;可充分提高CPU的工作效率。 另外还可以加上语音的提示功能和自动打印票据功能等，这样以单片为核心设计的出租车计价器会更加有生命力，以符合当代社会的服务标准。 本次实训在辅导老师的指导下，同学们共同的协作下顺利的完成了。同学们从中学到了许多的新知识，进一步提升了自己的实践能力，同时，我们也从中得到了很多的乐趣。 参 考 文 献 [1] 李群芳,黄建.单片机微型计算机与接术.北京.电子工业出版社,2001 [2] 马淑华,王凤文,张美金.单片机原理与接术.北京.北京邮电大学出版社,2005 [3] 张迎新.单片微型计算机原理、应用及接术.北京.国防工业出版社.1996 [4] 张鑫,华臻,陈

　　谦(单片机原理及应用.电子工业出版社,2005(P110—136 [5] 杰.单片微机实

　　集与实验指导书.机械工业出版社,2004.P124—125 [6] 董辉.汽车电子技术传感器.北京.北京理工大学出版社.1995 [7]魏永昌.单片机外围电路设计.北京.电子工业出版社.2006 [8] 王静霞. 单片机应用技术. 电子工业出版社，2009

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