出租车计价器控制系统电路设计

嵌入式系统设计题目：出租车计价器控制系统电路设计学号：姓名： 深蓝新型出租车计价器控制电路的设计第 1 章 绪 论1.1 背景及意义进入 21 世纪的今天，科技高速发展。同样，出租车行业也在发展，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： 6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。在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 设计要求 主要的外围功能电路有：驱动电路，按键控制电路，掉电保护电路，时钟部分，数码管显示电路等。通过对以上各功能的设计，制作出的出租车计价器应具有以下功能：1) 上电时显示全为零，通过按下启动按键来开始计价，数码管开始显示起步价和起步金额；2) 按下模拟开关按键来产生一个脉冲信号，模拟行驶的里程；3) 数码管开始显示所走里程和所应付的金额，并逐渐增加；4) 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，按下清 零按键，数码管全显示零，以备下次计价。第 2 章 系统硬件设计2.1 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AT89S51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。系统结构图如下：1.1 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。AT89S51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。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 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。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。AT89S51单片机简介AT89S51具有如下特点:40个引脚,4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O） 口，5个中断优先级2 层中断嵌套，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路, 片内时钟振荡器。P0 口有二个功能：1、外部扩展存储器时，当做数据/地址总线。2、 不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外 部接上拉电阻。P1 口只做I/O 口使用：其内部有上拉电阻。P2 口有两个功能：1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用。2、做一般I/O 口使用，其内部有上拉电阻。P3 口有两个功能：除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能， 由特殊寄存器来设置。F1. 0 匚1斗I ccPl. 1 匚 P0. 0 /ADOF1. 2 匚 F0. 1F HU 1P1. 3 匚 P0. 2/02F1- 4 匚 FO. 3/03MOSI/P1. 5 匚 PO. 4/AD斗KI SO / F1.6 匚 FO. 5/05匚K/P1. 7 匚 PO. G/AII&KST匚 FO. 7/AL7KKD y P 3. 0 匚 EA/VPPTXD/F3. 1 匚 ALE/FROtIHT0/P3. 2 匚 PE SITIJTT1 /F3. 3 匚13 F2. r/Al 5T0/F3. 4 匚142F F2.6/A14nyrs. 5 匚15E& F2. 5/A1 5VTE/F3. & 匚I&25 F2 . 4/A12KE/F3. 7 匚1724 F2.即iUlXTAL2 匚1S23 F2. 2/A10HTAL1 匚1 22 F2. L/A9PIiIPCME 匚20 21 F2. 0/A8图2.1 AT89S51引脚图设计中用到的单片机各管脚（图2.1 ）功能介绍如下：VCC:接+5V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。P1.1:接功能键。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。2.2硬件系统设计按下计价按键时，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*(总里程-起步里程)+1进行计价。 本设计中，起步价为4元，起步里程为2公里，当然这些数据可以在程序中改写，以满 足不同时期价格调整的需要。2.3硬件电路组成硬件组成主要包括：驱动电路、显示电路、复位电路、掉电保护电路、时钟电路、 按键电路。驱动电路74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备。总线驱动器74LS244和 74LS245经常用作三态数据缓冲器，74LS244为单向三态数据缓冲器，而74LS245为双向三态数据缓冲器。本设计用74LS245作为驱动芯片，双向总线发送器/接收器(3S)。图2.4驱动芯片管脚图74LS245主要电器特性的典型值如下： 引出端符号：AA总线端BB总线端/G三态允许端（低电平有效）DIR 方向控制端功能表：表2.5功能表Ensblc 召DirerTi onControl IF1OperationLLE data t-o A busLHA data to 吕 busHX1-sola; ion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。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2.6）。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。A图2.6 LED数码管图2.7集成数码管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2.7）。找公共共阴和公共共阳的方法：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串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，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。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2.8）。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2.8复位电路掉电保护电路掉电保护电路中采用了存储芯片AT24C02。AT24C02 是一个 CMOS 标准的 EEPROM 存储器，是 AT24CXX 系列（AT24C01/02/04/08/16） 成员之一，这些EEPROM存储器的特点是功耗小、成本低、电源范围宽，静态电源电流约 30uA110uA，具有标准的I2C总线接口，是应用广泛的小容量存储器之一。图2.9 AT24C02引脚图上图是AT24C02的引脚图，这个芯片是一个8脚芯片，内部存储器有256字节。 引脚功能介绍如下：A0 （引脚 1）：器件地址的A0位，是器件地址的最低位，器件地址排列是A6 A5 A4 A3A2 A1 A0 R/W。A1 （引脚2）：器件地址的A1位。A2 （引脚3）：器件地址的A2位。GND （引脚4）：地线。SDA （引脚5）：数据总线引脚。SCL （引脚6）：时钟总线引脚。TEST （引脚7）：测试引脚。Vcc （引脚8）：电源线引脚。U3SCLA0SDAA1A2R3 irik TE： = -本设计采用掉电存储电路图如下：R2 ink - TuTE； -：V：图2.10掉电存储电路时钟电路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。其实只需在时钟引脚连接上外围的定时控制元件，就可以构成一个稳定的自激振荡 器。为更好地保证振荡器稳定可靠地工作，谐振器和电容应尽可能安装得与单片机芯片 靠近。本设计中使用的振荡电路，由12MHZ晶体振荡器和两个约30PF的电容组成，在XTAL1 和XTAL2两端跨接晶体，电容的大小不会影响振荡频率的高低。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。如图2.11所示。图2.11时钟电路按键电路按键控制电路中，单片机的P1.0管脚接启动/停止按键，通过软件编程，当按下按 键计数器开始工作，开始计价；当弹起按键时，计数器停止工作，停止计价，启动/停止 按键带自锁功能。按下启动按键，开关处于导通状态，这时给P1.0送低电平信号，这时 TR0=1,计数器开始工作，调用计价子程序开始计价。清零按键接单片机的P1.3管脚，按 下清零按键，P1.3为低电平，调用清零子程序，用于将显示数据清零，在程序中给各位 赋0代码（0x3f），以达到清零的目的，方便下次计价。另外为功能键，控制价格调整， 这个按键是在没有按下启动/停止按键时有作用，计价过程中无效。图2.12按键电路第3章系统软件设计3.1软件总体设计51单片机的程序设计语言主要有两种：一是汇编程序设计；二是C语言编程设计。 两种程序设计语言都有各自的优点。用汇编语言编写和高级语言（C语言）比较起来节省空 间，这样对于存储空间仅4Kb的芯片来说是极之有利的，51单片机能更高速的运行。C 语言编写的程序，虽然不象汇编那样速度快、但程序简单易行、并且需要较小的存储空 间。C语言作为一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语 言的功能。此外，C语言程序还具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化 程序设计方法提供了有力的保障。因此，使用C语言进行程序设计已成为软件开发的主 流。本设计就是采用 C 语言编写的，由于采用模块化操作，使得程序在修改，执行的时 候显得方便易行。3.2 系统程序设计本设计中，软件设计采用模块化操作，利用各个模块之间的相互联系，在设计中采 用主程序调用各个子程序的方法，使程序通俗易懂，我们设计了整体程序流程图。在 main 函数编写开始，要进行初始化，包括对系统初始化和对存储器初始化，要对 硬件设备进行初始化，并使硬件处于就绪状态。通过判断是否计费，调价，清零等状态，来分别调用不同的子程序，使程序在设计 之前，就有了很强的逻辑关系。这些对应于硬件就是通过按下各个控制开关，来分别进行不同的动作，最后数码管 根据输入的信息，来显示不同的数据信息，这就达到了软件控制硬件，同时输入信息控 制输出信息的目的。整个程序的流程图如下：图 4.1 系统程序流程图第4章系统调试系统调试包括软件调试和硬件调试。硬件调试的任务是排除所焊接电路故障。软件 调试是利用开发工具进行在线仿真调试。调试的一般过程如图4.1所示：图4.1系统调试流程图系统调试的一般过程是上电运行后观察其运行状态，数码管是否点亮等。软件调试 先是各个模块、各个子程序分别调试，最后进行系统联机调试。4.1软件调试编程工具一C51语言8051单片机的应用程序设计，使用C51语言进行程序设计虽然相对于汇编语言代码 效率有所下降，但可以方便地实现程序设计模块化，代码结构清晰、可读性强，易于维 护、更新和移植，适合较大规模的单片机程序设计。近年来，随着C51语言的编译器性 能的不断提高，在绝大多数应用环境下，C51程序的执行效率已经非常接近汇编语言，因 此，使用C51进行单片机程序设计已经成为单片机程序设计的主流选择之一。程序调试工具一KEIL本设计的软件都是在Keil 口 Vision 7.5上进行编写，编译，调试以及运行操作。单片机仿真软件在线调试一PROTEUS1打开Proteus软件。2选择file菜单下的open design选项，找到所需的元器件，元器件上单击右键选 中，再单击左键对其进行命名和赋值，接着在编辑器左边的一栏中，找出并绘制设计所 要的各种元器件，按照电路图连接后并保存。3将用keil编译产生的hex文件下载到单片机中：双击51单片机，在对话框中把 保存过的hex文件打开，再单击确定。4单击左下角运行按钮，进行软件仿真调试，直到出现正确的结果。下图为软件的仿真窗口图：4.2系统仿真下图是通过在Keil C中编译通过，并生成Hex文件，在PROTEUS中仿真通过的整体 硬件原理图：0090051E345.UCCI 上士匕U1LUR7- zn .：；一 !r-! IwF, sTEtlTSEIP2A11ALEPZ.i/AIZ胡PZJVAQPZ.&h.HPZ.Tih.BpmFSDRXtF1.1F3.1iT：-lF12F3nnnP1J旳引ITfP1.tP3.innP15P3ST1P1.hP3J&1BF1.7Pl.TF3TJfIR門 1k由卩肋曲.汗22jt-Z3*77I-5T3中7T?-Si 正 1D19 W.DrBTT712Tii TT7 TisTIT MlBO阳H1 B?垃QJAtBt陌BHhBbATBT旺可H j -R2：.10K .ECL HUSDA AlH2:rE：w R3.1Q(i-TE：,in在本次设计中，我们采用AT89S51芯片为核心器件，设计出了简单的出租车计价器, 能够实现显示总金额和总里程，按键控制清零，调价。选题后，我便开始复习单片机方面的知识，也查阅、搜索了很多相关资料，进行总 体设计与具体设计，同时也学习仿真软件Protues和编程软件KeiC。由于以前都采用汇 编语言实现编程，对用C语言来实现单片机的编程不太习惯，花费了一些时间来熟悉C 语言的编程。在设计开始，要形成流程图，它可以使设计有一定的逻辑性与严密性，使 得设计思路明确。采用模块化的设计思想很重要，它方便编写、修改与调试，另外加上 必要的注释，便于交流与理解。这次毕业设计完成后，体会颇多，在学与做的过程中，取长补短，不断学习新的知 识，吸取经验，达到进步的目的。通过自身的努力以及相关图书资料的帮助，逐渐熟悉 了 KEIL、PROTEUS 和 C 语言等软件的使用以及硬件检测过程中的一些小技巧。本次设计 我学习到不少单片机的知识，但由于自己的理论知识水平有限，实践知识和设计经验不 足，在设计过程中难免存在一些问题。恳请各位老师批评指正，以使我在以后的学习和 实践中加以改进和提高。程序源代码#include /#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intint xscode6=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d; /显示存储区int zxscode6=0x1f,0x2f,0x37,0x3b,0x3d,0x3e; /共阴显示片选码int code tab二0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/共阴极数码int i,j,flag;uchar sec;int kk=0; /路程标志位int jkk=0; /费用int jflag=0; /费用标志位int kflag=0; /路程标志位int zdflag=0; /中断标志位int kilo=0; /路程int dj=1; /路程单价int djflag=0; /路程单价 biaozhiwei/IIC引脚/延时程序子程序sbit keyl二P0; sbit key2二P1; sbit key3二P2; sbit key4二P3; sbit key5=P34; sbit SDA二P30; sbit SCL=P31; void delay();void delayl (xms)uint i,j;for(i=xms;i0;i-)for(j=ll0;j0;j-);void start()/IIC 开始位SDA = l;SCL = l;delay();SDA = 0;delay();void stop()/ IIC 停止位SDA = 0;delay();SCL = 1;delay();SDA = 1;void respons()/IIC 应答位uchar i;SCL=1;delay();while(SDA=1)&(i250)i+;SCL=0;delay();void init()SDA=1;delay();SCL=1;delay();uchar read_byte()/ 从 EEPROM 读到 MCUuchar i,j;for(i=0;i8;i+)SCL=1;j=1;j|=SDA;SCL=0;return(j);void write_byte(uchar date)/ 从 MCU 写到 EEPROMuchar i,temp;temp=date;for(i=0;i8;i+)temp=temp1;SCL=0;delay();SDA=CY;delay();SCL=1; delay();SCL=0; delay(); SDA=1; delay();void write_data(uchar addr, uchar start(); write_byte(0xa0); respons(); write_byte(addr); respons(); write_byte(date); respons(); stop();uchar read_data(uchar addr)uchar date; start(); write_byte(0xa0); respons(); write_byte(addr); respons(); start(); write_byte(0xa1); respons(); date=read_byte(); stop(); return date;void xianshi()for(flag=0;flag6;flag+) P0= xscodeflag;P2= zxscodeflag; delay1(2); P0=0;date) /在指定地址addr处写入数据date/在指定地址addr读取数据/显示程序子程序/送显示码/送片选码/计费子程序void jijia()if(kk2&kk35&kk900) jkk=4+2*dj*(kk-2)+1;kflag=kk/100;jflag=jkk/100;xscode2=codetabkflagxscode5=codetabjflag kflag=kk/10;jflag=jkk/10;xscode1=codetabkflagxscode4=codetabjflag kflag=kk%10;jflag=jkk%10; if(kflag=0)kflag=2; xscode0=codetabkflag xscode3=codetabjflagvoid qingling()for(i=0;i100)sec=0;TL0=(65536-2)%256TH0=(65536-2)/256TMOD=0x06;EA=1;ET0=1;TR0=0;kilo=0;/计费子程序/计价方案/起步价4元/路程百位/路费百位/路程十位/路费十位/路程个位/路费个位/不足两公里时，显示两公里/显示码清零/主程序/计数值设置，记满两次产生中断/关定时器qingling(); aa:if(key1=0)/当键按下去，开始计费TR0=1; /开计数器0kk=kilo;jijia();/当键松开，停止计费if(key1=1)TR0=0;if(key2=0) delay1(10);if(key2=1)/停计数器1/功能调整键 /延时判断键是否松开goto aa;void Timer0_Int() zdflag=zdflag+1;if(zdflag=2)zdflag=0;kilo=kilo+1;xscode2=codetabdjflag+;/当pl.2 口的按键按下时功能标志位加一 if(key3=0&djflag=2)/当功能键标志位等1时，改变每公里的价钱delay1(10);if(key3=1)dj+;xscode1= codetabdj/10 ;/把价钱十位送显示区，单价不能超100 xscode0=codetabdj%10;if(key4=0) /有键按下，清显示，单价会初始值，单价标志位清零 qingling();dj=1;djflag=0;xianshi();/调显示子程序interrupt 1 using 2/计数器0中断服务/中断标志位加一/当中断产生二次后，路程加一公里并清中断标志位