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1、4州攵竽施CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY科研实践题目：基于单片机的出租车计价器二级学院（直属学部）：专业： 电气工程及其自动化班级： 学生姓名： 学号：指导教师姓名：范力旻 职称： 副教授2013年12月30日至2014年1月10日第1章绪论11.1课题的背景11.2课题目的及意义1第2章总体设计22.1系统的分析与原理22.2硬件方案设计22.3芯片简介4第3章最小系统63.1复位电路63.2晶振电路73.3电源电路8第4章 输入部分设计104.1按键电路104.2信息存储电路11第5章 输出部分设计13第6章硬件仿真186.1protus软件介绍与使用1
2、86.2keil软件介绍与使用186.2protus软件仿真18第7章 实物制作与调试217.1电路板焊接217.2硬件调试及排故障22第8章总结23第9章附录241. 参考文献242. 元器件清单242. 系统原理图253. 程序清单264. 实物图34第1章绪论1.1课题的背景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。现在各大中城市出租车行业都已普及自动计价器, 所以计价器技术的发展已成定局。
3、而部分小城市尚未普及，但随着城市建设日益 加快，象征着城市面貌的出租车行业也将加速发展，计价器的普及也是毫无疑问 的，所以未来汽车计价器的市场还是十分有潜力的。1.2课题目的及意义我国在70年代开始出现出租车，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 在的能够打一发票和语音提示、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。随着
4、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。出租车计价器是根据客户用车情况来自动显示车费的数 字仪表，根据用车起步价、行车里程计费求得客户用车的总费用，并通过数码管 显示相应的里程及金额。模拟出租车计价器设计：进行里程显示，预设起步价和 起步公里数；行程按全程收费，有复位功能和启动功能，启动后，开始计价。我 们采用单片机进行设计，可以用较少的硬件和适当的软件相互配合来实现设计要 求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能，应用前景广阔。第2章总体设计2.1系统的分析与原理
5、设计的主要内容是利用51单片机实现出租车计价器的功能，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实现出租车计价器的功能。这次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。设计一个出租车自动计费器，计费包括起步价、行车里程计费、计费三部分, 用数码显示管显示总金额，运行时间。用数码管显示行驶里程和总金额。并有清 零，复位，掉电保护等功能。上电时显示全为零，通过出租车带锁开关按下之后， 来开始计价，数码管开始显示起步价和起步金额
6、上电后显示最初的起步价。按下停止按键，停止计价，数码管显示所走总里程和用户所需付总金额，单 片机断电后，数码管显示数据不丢失。同时具有运行，暂停，停止等状态，可以 显示运行的时间，同时可以显示暂停的时间，具有累加功能，暂停和运行时间在 暂停和运行前一次的状态上计时。出租车停止后能够显示行驶的总费用。最大值 不能超过100元，起步价为4. 0元，2Km之内起步价计费，不足两公里时，显示 两公里。用数码显示管显示总里程，同时显示价钱。2.2硬件方案设计设计采用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的计价设计，并采用AT24C02实现在系统掉电的时候
7、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。设计中，为了能够让数码管更好的正常显示，我们还采用了驱动电路来驱动。 在出租车计价器的硬件设计中，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，且不便于试验检测， 在设计中采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，可以用数码管进行显示。由于在这次
8、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。这次出租车计价器的系统由时钟电路，复位电路，信息存储电路，按键控制与 显示等模块组成在一起。系统结构图如下：图2.1系统结构2.3芯片简介AT89C51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，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一 个
9、全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至OHz的静 态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作， 但允许RAM,定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。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 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：各个管脚
10、备选功能P3. 0 RXD （串行输入口）P3. 1 TXD （串行输出口）P3. 2 /INTO （外部中断0）P3. 3 /INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （计时器0外部输入）P3. 5 T1 （计时器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）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号Pl. 0Pl. 1Pl. 2Pl. 3Pl. 4Pl. 5PI. 6PL 7RST(RXD)P3.0(TXDP3. 1 (TSTU)P3. 2 (TNTT)P3. 3(T0)P3. 4(T1)P3. 5| 丽 P3. 6； (105) P
11、3. 7|HAL2XT AL1|GNDIAT89C51MfiJVCC 國 P0. 0/ (ADO) 園 PO. 1/ (ADI) 画 P0.2/(AD2) 国 PO. 3/ (AD3) 国 P0.4/(AD4) 匣 PO. 5/ (ADJ) HP0. 6/(ADfc 辺 PO. 7/ (AD7) mJEa/vpp 柯 ALE/PROC nFsB囲 P2.7/(A15) 功 P2.6/(A14) 还P2. 5/(Al 3) 囚 P2.4(A】2) WP2.3/(A1D 型 P2.2/(AiO) DP2.1/(A9) HP2. 0/(A8)AT89C51AT89C51的引脚排列图2.2AT89C5
12、1引脚图图2.3 AT89C51封装设计中用到的单片机各管脚(图2. 1)功能介绍如下：VCC:接+9V电源。VSS:接地。时钟引脚：XTAL1和XTAL2两端接晶振和30PF的电容，构成时钟电路。它 可以使单片机稳定可靠的运行。RST:复位信号输入端，高电平有效。当在此引脚加两个机器周期的高电平时, 就可以完成复位操作。P1.0:接启动/停止按键，控制计价。Pl. 1：接功能键。P1.2:接调节数据键。P1.3:接清零键。P0 口接数码管段选端。P2 口接驱动芯片。P3.4(T0):接模拟开关按键，替代了出租车计价器中的霍尔传感器。P3. 1、P3. 0 口接掉电保护电路。第3章最小系统最小
13、系统设计是单片机应用系统的设计基础，它包括：信息显示电路、显示 电路、复位电路、晶振电路。3.1复位电路复位电路有两种方式：手动复位和上电复位两种方式。这次选择是手动复位。 单片机复位使CPU和系统中的其他功能都处在一个确定的初始状态，并从这个状态 开始工作。其中电平复位是通过RST端经电阻与电源VCC接通而实现的。单片机复位的条件：单片机的第9脚RST为硬件复位端，只要将该端持续2 个机器周期的高电平即可实现复位。我们所设计出租车计价器的时钟频率是12MHz,那么每个机器周期就是lus, (T=12*l/12MHZ=lus),则就是需要 2us,T= (12*1/12MHZ) *2=2us,
14、的时间的高电 平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。复位计算时间：T=RC, R=200 Q , C=10uF所以复位电路所需要的吋间是T=200 Q XlOu F =2us由以上计算可以得出，满足复位条件，所以此电路可以实现复位功能RSTPSENALEEA3.2晶振电路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。为更好地保证振荡器稳定可靠地工作，晶振器和电容 应尽可能安装得与单片机芯
15、片靠近。单片机的时钟来源通常有两种方式：内部振荡方式和外部振荡方式。在我们 这次出租车计价器设计中选用的是内部振荡方式。在AT89C51的单片机内部有一 个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放大器的输出和输 入端。这次出租车计价器中使用的振荡电路，由12MHZ晶体振荡器和两个约30PF 的电容组成的。在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体和2个30PF的电容组成就构成 一个自激振荡器。XTAL1是反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入， XTAL2是来自反向振荡器的输出，电容C1和电容C2起到稳定振荡频率，快速启 振的作用。在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。3.3电源电路电源装置是电路的能量提供者,该设计中所制作的电源为单相小功率电源，将 9V的直流电源经稳压管转换成所需要的5V直流电源。电源部分通过稳压电路而 稳压电路是由7805芯片，1个470uF的极性电容组成，并且配套使用的。我们 所设计的出租车计价器，由一块9V的电池块稳压到
