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1、第一章 绪论1.1出租车计价器的研究背景及意义1.1.1研究背景当今社会，随着生活水平的日益提高，衣食住的享受已不能满足人们的需求，出行的舒适度已受到越来越多人的关注。于是，出租车行业以低价高质的服务给人们带来了出行的享受，所以越来越受到广大群众的欢迎。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。重庆市起重机厂是我国的第一家生产计价器企业，最早的计价器全部采用机械齿轮结构，只能完成简单的计程功能。可以这么说，早期的计价器就是一个里程表，并且，总存在着买卖纠纷等各种问题困扰着行业的发展。而改良出租车计价器是在出租车行业中解决这一矛盾的最好方法，用更加
2、精良的计价器来为乘客提供更加优质的服务。随着改革开放日益深入，出租车行业的迅猛发展，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，以及现在的能够打发票和语音提示、按时间自主变动单价等功能。出租车行业已成为象征着城市文明的窗口，现在各大中城市出租车行业都已普及自动计价器，计价器技术的发展已成定局，所以未来汽车计价器的市场还是十分有潜力的。1.1.2 研究意义凡乘过出租车的人都知道，只要汽车开动，随着行驶里程的增加，就会看到汽车前面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3KM）计费数字显示开始从
3、起步价（如7元）增加。当出租车到达某地需要在那里等候时，司机只要按一下“计时”键，每等候一定时间，计费显示就增加一个该收的等候费用。汽车继续行驶时，停止计算等候费，继续增加里程计费。到达目的地，便可按显示的数字收费。出租车计价的的原理简单的概括为以下几个方面：l 里程传感器：采集车速信号,(也可以自己做车速传感器,采用霍尔效应做)，车速信号为脉冲信号,采集脉冲信号的频率就可以得到车速，可以用到芯片的定时器捕获。如果车速大于一定的值，采用公里数计算价格,如果车速小于这个值,就可以用时间计算。l 计算公里数：应用芯片计算其公里数。l 计算时间：用到芯片定时器确定时间，或者用RTC中断采集到更精确的
4、时间。l 显示：用数码管或液晶显示公里数，时间，以及价格，可以用芯片驱动数码管或者用芯片驱动液晶空车牌来提供计价器计价的信号。l 打印机：打印机来打印所需要的票据，通过排线连接计价器主机。 随着科学技术的发展，产生了第二代计价器。它采用了手摇计算机与机械结构相结合的方式，实现了半机械半电子化。此时它在计程的同时还可以完成计价的工作。大规模集成电路的发展又产生了第三代计价器，也就是全电子化的计价器。它的功能也在不断完善.当单片机出现并应用于计价器后，现代出租车计价器的模型也就基本具备了，它可以完成计程，计价，显示等基本工作。 本次设计的目的在于现在各大中城市出租车行业都已普及自动计价器，通过学习
5、与实验设计，将所学的知识更好的与生活相联系，做到“学有所用，学以致用”。通过前面的介绍，我们可以非常清楚的了解道到出租车计价器是出租车行业发展的重要标志，是出租车中最重要的工具，并且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。所以，我们在设计的过程中为们必须做到，简单、精确、实用、耐用。由于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，不利于推广。为此在各种利弊权衡之后，最终决定采用单片机进行设计。单片机相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合就可以很容易的实现设计要求，对于初学者来说简单
6、易上手，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能。1.2 单片机概览1.2.1 单片机的含义单片机（Single Chip Microcomputer，SCMC）亦称单片微电脑或单片微型计算机，国际上统称为微控制器（Microcontrollor,MCU,C），是一类内部集成了计算机核心技术的智能芯片。当今世界把计算机分为嵌入式计算机和通用计算机两大类，二单片机正是属于后者。嵌入式计算机是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中。如果说把人看成是一个系统，人脑就是一台典型的嵌入式计算机。嵌入式系统的核心部件有以下3类：嵌入式微处理器、嵌入式DSP处理器和微控制器。顾名思义，微控制
7、器主要用于控制领域，用于实现各种控制测试和控制功能。虽然微控制器只是一块芯片，但是从组成和和功能上来看，它已经具备了计算机系统的属性，因此可以称之为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer，SCMC）,简称单片机。如果说单片机是国人给该类芯片定义的一个俗名或土名，那么微控制器则是国际上公认的一个学名。单片机的称呼是从它的外观形态、外部表现、存在形式定名的，而微控制器的称谓则是从它的内在本质、功能特点、应用方向确定的。与单片机一词成并列关系的有单片机、计算机系统，与微控制器一词成并列关系的有未处理器、数字信号处理器等。单片机就是把中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、
8、只读存储器ROM、输入/输出端口I/O等主要的计算机功能部件，都集成在一块集成电路芯片上，从而形成一部概念上完整的微型计算机。换言之，把微型计算机的所有功能部件都集成并封装在一块芯片之内而构成一部超微型计算机，称其为单片机。单片机的设计目标主要是增强“控制”能力，满足实时控制（就是快速反应）方面的需要。因此，它在硬件结构、指令系统、I/O端口、功率消耗及可靠性等方面均有其独特之处，其最显著的特长之一就是具有非常有效的控制功能。尽管单片机主要是为控制目的而设计的，他仍然具备通用型计算机的全部特征，“麻雀虽小，五脏俱全”。既然单片机是一部概念上完整的微型计算机，那么单片机的功能部件和工作原理与微型
9、计算机也是基本相同的。如图1-1所示，一台微型计算机是由运算器、控制器、存储器、输入设备、和输出设备和若干集成电路组成的。虽然微型计算机技术得到了充分的发展，但是微型计算机在系统结构上仍然属于经典计算机结构。这种结构是由计算机的开拓者数学家约翰冯诺依曼最先提出的，所以称之为冯诺依曼计算机体系结构。而8051系列单片机用的是哈佛结构。 存储器输入设备输出设备 运算器 控制器 图1-1 微型计算机的基本结构 1.2.2单片机的发展史 单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS5
10、1系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。 而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。高端的32位Soc单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下
11、开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。1.2.3单片机的特点及应用范围l 高集成度，体积小，高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。l 控制功能强 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能
12、力，非常适用于专门的控制功能。l 低电压，低功耗，便于生产便携式产品 为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V3.6V，而工作电流仅为数百微安。l 易扩展 片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。l 优异的性能价格比 单片机的性能极高，为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更
13、使其价格十分低廉，其性能价格比极高。单片机自20世纪70年代问世以来，以其鲜明的特点得到迅猛发展，已广泛应用于家用电器、智能玩具、智能仪器仪表、工业控制、航空航天等领域，经过30多年的发展，性能不断提高，品种不断丰富，已经形成自动控制的一支中坚力量。据统计，我国的单片机年容量已达13亿片，且每年以大约16的速度增长，但相对于国际市场我国的占有率还不到1。这说明单片机应用在我国有着广阔的前景。对于从事自动控制的技术人员来讲，掌握单片机原理及其应用已经成为必不可少的学习任务。提到单片机的应用，有人这样说，“凡是能想到的地方，单片机都可以用的上”，这样说并不夸张。因此，单片机的应用十分广泛，在工业控
14、制领域、家电产品、智能化仪器仪表、计算机外部设备，特别是机电一体化产品中，都有重要的用途。其主要的用途可以分为以下几个领域。l 电信l 家用电器l 计算机外围设备l 办公自动化l 工业控制l 商用电子l 电子玩具l 仪器仪表l 汽车电子l 军用电子1.2.4 51系列单片机51系列单片机是在美国Intel公司于20世纪80年代推出的MCS-51系列高性能8位单片机的基础上发展而来的，它在单一芯片内集成了并行I/O口、异步串行口、16位定时器/计数器、中断系统、片内RAM和片内ROM,以及其他一些功能部件。现在51系列单片机已经有了很大的发展，除了Intel公司之外，Philips、Siemen
15、s、Fujutsu、OKI、Atmel、SST、Winbond等公司都推出了以8051为核心的新一代8位单片机。不同公司推出的51具有各自的功能和特点，但它们的内核都是以Intel公司的MCS-51为基础的，并且指令系统兼容，从而给用户带来了广阔的选择范围，同时又可以采用相同的开发工具。51系列单片机在存储器上的配置上采用所谓“哈佛”结构，即在物理上具有独立的程序存储器和数据存储器，而在逻辑上采用相同的地址空间，利用不同的指令和寻址方式进行访问，可分别寻址64KB的程序存储空间和64KB的数据存储空间，充分满足工业测量控制的需要。80C51系列单片机指的是MCS-51系列和其他公司的衍生产品、变异产品、派生产品的总称。有些衍生产品是再标准MCS-51基础上精简部分一觉和缩减产品功能二形成的（例如AT89C1051、AT89C2051、51LPC系列、LPC900系列等）。而越来越多的衍生产品是在标准MCS-51的基础上增加了一些片内外设模块，还增强了一些实用功能而形成的（例如，Flash程序存储器、EEPROM数据存储器、模拟/数字转换器模块ADC、数字/模拟转换器模块DAC、可编程计数器阵列PCA、双数据指针、看门狗功能WDT、模拟比较器、SPI串口、I2C串口、CAN串口、I-Wire串口、USB串口、双串行
