基于单片机的出租车计费器系统设计毕业设计

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1、 基于AT80C51单片机的出租车计费系统设计【摘要】随着出租车行业的发展，出租车行业已经是城市交通的重要组成部分，对出租车的开发变得尤为重要。本文阐述了以单片机为基础的出租车计费系统的设计，该系统采用80C51单片机为核心控制器，利用A44E霍尔传感器测车辆行驶距离，输出车辆行驶距离和车费到数码显示管。文章中还介绍了霍尔传感器的工作原理,霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础,当霍尔传感器在变化的磁场中时就会产生脉冲波,单片机接收脉冲波从而计算出车辆的行驶距离,然后算出总车费。显示电路中运用了8位数码显示管，其中4位用来显示距离，4位用来显示总车费。该系统不但能实现出租车基本的测距和计价，还能计算

2、中途等待时间来调节车价，同时在空车状态下可对起步价进行设置。文章中不仅详细地介绍了电路各个模块的硬件结构，还对软件设计进行了详细说明。关键词：出租车，80C51，霍尔传感器Abstract:As the taxi development, urban taxi industry is an important component of the traffic, developing the taxi becomes more and more important.In this paper, it shows the design of microcontroller-based taxi b

3、illing system, the system uses 80C51 microcontroller core, uses A44E Hall sensor measuring vehicle distance and make the vehicle and the fare output to the digital display tube. The article also describes the working principle of the Hall sensor, Hall sensor bases its work on the Hall effect, when t

4、he Hall sensor is in a changing magnetic filed it can generate the pluse which is received by microcontroller to calculate the vehicle distance, and then calculate the total fare. The show circuit uses the 8-bit digital display tubes, of which 4 used to show distance,4 to display the total fare. The

5、 system can not only achieve the basic taxi distance and fare, but also can calculate the intermediate wait time to adjust the prices, when the taxi is empty the starting can be set.The article not only describes the hardware structure of each module in the circuit in detail,but also describe the so

6、ftware design in detail.Key words: Taxi 80C51 Hall sensor3目 录1 绪论31.1单片机应用的发展及现状31.1.1单片机概述31.1.2单片机的应用31.2现今对出租车计费系统的有关研究42 出租车计费系统设计目标52.1 出租车计费系统原理概述52.2 出租车计费系统实现的功能63系统硬件设计73.1 系统设计框图73.2.1 80C51单片机的内部逻辑结构83.2.2单片机的引脚103.2.3 单片机的中断系统123.2.4单片机最小系统143.3.1 霍尔传感器介绍173.3.2霍尔效应173.4 I/O扩展电路213.4.1 8

7、155的结构和引脚图223.4.3 8155的工作方式与基本操作233.4.4 8155的地址编码243.4.5 单片机I/O扩展电路243.5.1 74HC244芯片介绍253.5.2 LED显示器介绍263.5.3 数码管显示原理273.5.4 显示电路284 系统软件设计304.1 出租车计费系统软件总体设计思想304.2 软件设计各个模块介绍324.2.1 里程、车费计算及显示模块324.2.2 等待时间计时加费模块334.2.3 设置起步价模块345 总结35致谢36参考文献371 绪论1.1单片机应用的发展及现状1.1.1单片机概述自从1946年美国宾夕法尼亚大学研制了世界上第一台

8、电子计算机以来，计算机的发展经历了4个时代（电子管时代、晶体管时代、集成电路时代、大规模及超大规模集成电路时代），现代的计算机都是大规模集成电路计算机，他们具有功能强、结构紧凑、系统可靠等特点，其发展趋势是巨型化、微型化、网络化及智能化。微型化是计算机发展的重要方向，把计算机的运算器、控制器、存储器、输入/输出（I/O）接口4个组成部分集成在一个硅片内，于是就出现了以下一个大规模集成电路为主组成的微型计算机单片微型计算机，简称为单片机，由于单片机的重要领域为智能化电子产品，一般需要嵌入仪器设备内，故又称嵌入式微控制器。目前生产单片机的产商主要有Intel公司、Motoroala公司、Phili

9、ps公司、ATMEL公司、Microchip公司、AMD公司、Zilog公司、WinBond公司，产品型号种类众多，性能各具特色 。1.1.2单片机的应用近几十年来，单片机因其具有体积小、重量轻、耗能省、可靠性高和通用灵活等优点，可广泛地嵌入到诸如玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。尤其是近几年，单片机以面向对象的实时控制及信息家电为己任，不断增强控制能力和信息处理能力，降低成本、减小体积，改善开发环境，从而迅速取代经典电子系统，改造传统电气控制系统，嵌入到各产品或设备

10、之中。目前，以单片机和嵌入系统为核心的新型电子技术和信息控制技术已经形成了一个欣欣向荣的市场，因此单片机应用技术具有极其广泛的工程应用价值和市场前景。1.2现今对出租车计费系统的有关研究近几年，有关出租车计费系统的设计有不少国内人士都做了相关的研究和讨论。1.秦浩华发表的“具有区域识别功能出租车计价器车载定位模块的研制”学位论文中根据交通需求理论，对出租车实行不同区域不同计价标准，即将城市中心地区价格上浮，在远离城市的中心地区价格下浮，通过经济杠杆的作用来调节人们的出行方式，达到抑制 出租车在城市中心地区的数量的目的，从而解决交通拥挤的状况。实行出租车区域计价制度需要出租车的计价器具有区域识别

11、功能。在确定总体设计方案的基础上，该文采用GPS技术研制具有区域识别功能出租车计价器中的关键部件定位模块，编制了相应的运行软件，并进行了调试和试运行试验；对区域识别算法进行了深入研究，提出了区域识别的算法改进弧长法，并运用MATLAB软件进行了算法验证；为了保证通信的可靠性和工作的稳定性，从软、硬件两个方面采取了抗干扰措施。具有区域识别功能出租车计价器车载定位模块采用通信技术、电子技术和计算机技术，应用大规模集成电路设计，性能稳定，可靠性高。经试验表明所研制的定位模块能够为出租车计价器根据不同的区域提供不同的计价标准，并且运行可靠，具有广泛的应用前景和使用价值。2.期刊论文“出租车计价器加密传

12、感器的设计”上描述了为了对出租车计价进行有效的管理，在分析现有出租车计价传感器漏洞的基础上，采用PIC12C508A和PIC12CE518A单片机提出了出租车计价加密传感器的加密模型和系统结构模型，完成了密码传感器系统中加密器和解密器软硬件系统设计。加密后的密码传感器提高了出租车计价器计费的标准性和安全性，解决了现有出租车计价器可靠性不高和难以实现统一管理的难题。3.陈伟宏在期刊论文“基于单片机的多功能出租车计价器的设计“中介绍了一种以单片机AT89S52为核心的多功能出租车计价器的设计，阐述软硬件设计过程中关键技术的处理。仿真结果表明该计价器具有集计程、计时、计费、存储、查看、统计等多种计量

13、功能，并且具有超速提醒、防止司机作弊、语音、打印和显示等多种功能。与已有的系统相比，该系统具有超速提醒等更强的功能。西安航空职业技术学院 毕业设计论文2 出租车计费系统设计目标2.1 出租车计费系统原理概述出租车计费系统的运作过程是由一个微控制器进行控制，软硬件结合最后直观地将数据显示给乘客看到。一般的出租车计费标准中的起步价，每公里价格都是默认地在程序中预先设定好并存储到主控制器中，而这种主控制器具备了掉电储存功能，即使突然掉电数据依然存在。在出租车启动运行过程中，系统将出租车车轮转动的速度送入到主控制器中，主控制器的运算模块根据车轮转速转化为对应时间的行程，再结合起步价及每公里价格就可以计

14、算出目前的车费，而这些数据会由主控制器的显示模块送入到显示屏上。怎样获取到车轮的即使转速是最关键的问题，一般的出租车在车轮上都会附有一块磁铁，在靠近车轮附近的车轴上附上一块霍尔传感器，当车轮转动时，车轮上的磁铁就会不断地靠近和远离霍尔传感器，这时霍尔传感器受磁场感应产生脉冲，当车轮转动一圈时霍尔便产生一个脉冲送入主控制器，主控制器对接收到的脉冲进行计数，由于车轮的周长已知，便可根据脉冲个数以及车轮周长算出一定时间内行驶里程数。2.2 出租车计费系统实现的功能本设计以80C51单片机为核心微控制器，控制实现行驶里程的计算；行驶车价的计算；遇红灯或赌车时计等待时间，超过一定的等待时间则增加车价；能

15、够对起步价进行设定；显示数据至显示屏。采用型号为A44E的霍尔传感器创造出脉冲波，将霍尔传感器的输出端与单片机的定时/计数中断0端口相连，把定时/计数中断0的工作方式设置为计数方式，这样单片机就可以接收霍尔传感器输出的脉冲并计数。为了方便从数码显示管上看出里程的变化，这里假设计一个脉冲代表车子行驶了20m，计满5个脉冲时行驶了100m，由于显示里程数时安排最低位显示百米数，则当计数器计满5个数时数码管显示加1。规定行驶里程在3km以内时起步价为10元，当超过3km时车价按3元/公里来计算。在显示车价时，3km以内都显示为起步价，当超过3km时每行驶0.5公里车价显示加1.5元。设计中还另外增加

16、了等待时间加费的功能，利用单片机定时器1来定时，每定时1秒则显示等待时间加1。当按下按键2时，系统切换到等待时间加费功能，等待时间显示按秒数增加，当等待超过60秒时车价增加0.5元同时等待时间清0重新计时。再次按下按键后系统重新正常行驶计费。为了使设计更加人性化，在系统中还设计了起步价可人工设置的功能，通过按键可对该系统的起步价进行设置。5西安航空职业技术学院 毕业设计论文3系统硬件设计3.1 系统设计框图系统设计的大体框图如图3.1所示整个系统以80C51单片机为主控制器。电源电路为80C51单片机及其他电路模块提供5V的电压；程序下载模块可将需要的程序写入单片机中，执行不同的功能；脉冲形成

17、电路采用了A44E霍尔传感器形成所需脉冲供单片机计数；在实际应用中，80C51单片机的I/O口有时不够使用，这时就需要I/O扩展电路将单片机的I/O口进行扩展，满足各种功能的实现；在实现出租车计费系统时，显示电路是必不可少的，由于显示的需要，本设计中我采用了8位数码管。 I/O扩展 80C51单片机 电源电路 程序下载电路 显示电路 脉冲形成电路图3.1 系统设计总框图3.2 主控单元电路3.2.1 80C51单片机的内部逻辑结构80C51是8位单片机中一个最基本、最典型的芯片型号，其逻辑结构如图3.2所示。图3.2 单片机内部逻辑结构 单片机仍保持着经典计算机的体系结构，由5大基本部分所组成

18、。下面结合80C51的具体结构做说明。1.中央处理器CPU中央处理器简称CPU（Central Processing Unit），是单片机的核心，用于完成运算和控制操作。中央处理器包括运算器和控制器两部分电路。(1)运算电路运算电路是单片机的运算部件，用于实现算术和逻辑运算。图3.2中的算术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit)、累加器（ACC）、B寄存器、程序状态字和两个暂存寄存器等都属于运算器电路。运算电路以ALU为核心，基本的算术运算和逻辑运算均在其中进行，包括加、减、乘、除、增量、减量、十进制调整、比较等算术运算，“与”、“或”、“异或”等逻辑运算，左、右移位和半

19、字节交换等操作。操作结果的状态由程序状态字（PSW）保存。(2)控制电路控制电路是单片机的指挥控制部件，保证单片机各部分能自动而协调地工作。图3.2中的程序计数器（PC）、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、定时控制电路以及振荡电路等均属于控制电路。单片机执行程序就是在控制电路的控制下进行的。首先从程序存储器中读出指令，送指令寄存器保存；然后送指令译码器进行译码，译码结果送定时控制电路，由定时控制逻辑产生各种定时信号和控制信号；再送到系统的各个部件去控制相应的操作。这就是执行一条指令的全过程，而执行程序就是不断重复这一过程。2.内部数据存储器内部数据存储器包括RAM和RAM地址寄存器，用于

20、存放可读/写的数据。实际上80C51芯片中共有256个RAM单元，但其中后128个单元为专用寄存器，能作为普通RAM存储器供用户使用的只是前128个单元。因此，通常所说的内部数据存储器是指前128个单元，简称“内部RAM”。3.内部程序存储器内部程序存储器包括ROM和程序地址寄存器等。80C51共有4KB掩膜ROM，用于存放程序和原始数据，因此称之为程序存储器，简称“内部ROM”。4.定时器/计数器由于控制应用的需要，80C51共有两个16位的定时器/计数器，用定时器/计数器0和定时器/计数器1表示，用于实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。(1)并行I/O口80C51共有

21、4个8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出.(2)串行口 80C51单片机有一个全双工串行口，以实现单片机和其他数据设备之间的串行数据传送。5.中断控制电路 80C51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。它共有5个中段源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。3.2.2单片机的引脚单片机的引脚图及实物图如图3.3所示 图3.3 单片机引脚图和实物图在本设计中，我采用了80C51单片机，共有40个引脚，下面对各个引脚进行介绍。1.I/O口80C51单片机中共有4类8位I/O口，分别为P0、P1、P2、P3口.P0口地址为80H，位地址为80H87

22、H，可以作为通用I/O口进行数据输入/输出，又可以作为单片机系统的地址/数据线使用。P1口地址为90H，位地址为90H97H，P1口只能作为通用数据I/O口使用。P2口地址为A0H，位地址为A0HA7H，既可以作为通用I/O口进行数据输入/输出，又可以作为单片机系统的高位地址线使用。P3口地址为B0H，位地址为B0HB7H，可以作为通用I/O口使用，但是其重要作用是它的第二功能。80C51的引脚复用主要集中在P3口线。P3.0用于串行数据的接收，P3.1用于串行数据的发送，P3.2和P3.3分别作为外部中断0及外部中断1的申请端，P3.4和P3.5分别用作定时器/计数器0及定时器/计数器1的计

23、数输入端，P3.6作为外部RAM写选通，P3.7作为外部RAM读选通。2.ALE 地址锁存控制信号在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低八位地址锁存起来，用于实现数据和地址的分时传送，另外其正脉冲输出频率为晶振频率的1/6，所以可以作为外部时钟或则外部定时脉冲使用。3.XTAL1和XTAL2XTAL1和XTAL2为时钟信号的输入引脚，当需要使用芯片内部时钟时，外接石英晶振和微调电容；当需要外部时钟时则接外部时钟信号。4.EA 访问程序存储器控制信号EA可用于外部程序存储器扩展，确定对ROM的读操作是针对哪个存储器的，当EA为高电平时，针对的是外部程序存储器，当EA为低电平时对ROM的读操

24、作针对的是内部和外部程序存储器，并且从内部程序存储器开始读。5.PSEN 外部程序储存器读选通信号PSEN为读外部ROM时的使能端，高电平有效。6.RST 复位端用于单片机的复位操作，2个机器周期以上持续高电平有效。7.VCCVSS 电源和接地端VCC为电源输入端，接+5V直流电源，VSS接地。3.2.3 单片机的中断系统1. 单片机的中断源80C51的中断系统具有6个中断源，即2个外部中断、2个定时中断和2个串行中断。中断源及其对应的中断向量如表3.1所示 表3.1 80C51的中断中断名称中断向量外部中断00003H定时器中断0000BH外部中断10013H定时器中断1001BH串行发送中

25、断0023H串行接收中断0023H在80C51的中断系统中，外部中断是由外部原因引起的，共有两个中断源，即外部中断0和外部中断1。它们的中断请求信号分别由引脚INT0(P3.2)和INT1(P3.3)引入。外部中断请求有两种信号方式：电平方式和脉冲方式。两种信号方式可通过有关控制位进行定义。电平方式的中断请求是低电平有效。只要单片机在中断请求引入端（INT0或INT1）上采样到有效的低电平信号，即为中断请求。脉冲方式的中断请求则是脉冲的下降沿有效。在两个相邻机器周期所进行的两次采样中，若前一次为高，后一次为低，即为中断请求信号。为此，脉冲方式的中断请求信号的高、低电平状态都应至少维持一个机器周

26、期，才能确保负脉冲的跳变能被采样到。定时中断是为满足定时或计数的需要而设置的。在单片机芯片内部有2个定时器/计数器T0和T1，所以定时器中断也有2个：定时器1中断和定时器0中断。当计数器溢出时，表明定时时间到或计数时间满，这时内部电路就产生中断请求。由于这种中断请求是在芯片内部发生的，因此，在芯片上没有对应的中断请求引入端。2. 中断控制具体到80C51，中断控制的内容共有4项：中断允许控制、中断请求标志、中断优先控制和外中断触发方式控制。(1)中断允许控制寄存器IE该寄存器用于控制是否允许使用中断。中断允许寄存器地址为A8H，位地址为AFH-A8H。寄存器位定义及位地址如表3.2所示。 表3

27、.2 寄存器IE位地址AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H位符号EA-ESET1EX1ET0EX0其中EA是中断允许总控制位；EX0和EX1是外部中断允许控制位；ET0和ET1是定时器中断允许控制位；ES是串行中断允许控制位。(2)定时器控制寄存器TCON寄存器地址为88H，位地址为8FH-88H。虽然该寄存器名称为定时器控制寄存器，但多数位都是为中断控制而设置的。位定义及位地址如表3.3所示 表3.3 寄存器TCON位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H位符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF0和TF1是定时器（T0和T1）计数溢出标志位。当计数

28、器产生计数溢出时，相应的溢出标志位由硬件置1，并自动产生定时中断请求。此外，这两位也可以作为状态位供查询使用。IE0和IE1是外部中断请求标志位。当CPU采样到INT0(或INT1)端出现中断请求信号时，对应位由硬件置1，即保存外部中断请求。在中断响应完成后转向中断服务时，再由硬件自动清0。IT0和IT1是外部中断触发方式控制位。(3)中断优先级控制寄存器IP各中断的优先级通过中断优先级控制寄存器IP设定。该寄存器地址为B8H,位地址为BFH-B8H，其位定义及位地址如表3.4所示 表3.4 寄存器IP位地址BFHBEHBDHBCHBBHBAHB9HB8H位符号-PSPT1PX1PT0PX0P

29、X0是外部中断0优先级设定位；PT0是定时器0中断优先级设定位；PX1是外部中断1优先级设定位；PT1是定时器1中断优先级设定位；PS是串行中断优先级设定位。通过中断优先级控制寄存器可把80C51的全部中断分为高、低两个优先级，对应位为0表示低优先级，为1表示高优先级。3.2.4单片机最小系统单片机的最小系统由单片机，时钟电路，复位电路共同组成。1.振荡电路80C51芯片中的高增益反相放大器，其输入端为引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。通过这两个引脚在芯片外并接石英晶体振荡器和两只电容器。石英晶体为一感性元件，与电容构成振荡回路，为片内放大器提供正反馈和振荡所需的相移条件，从而构成一个稳

30、定的自激振荡器，从而为单片机提供时钟电路。80C51的时钟振荡电路如图3.4所示 图3.4 单片机振荡电路2.复位电路复位是单片机的硬件初始化操作。经复位操作后，单片机系统才能开始正常工作。80C51有复位信号引脚RST，用于从外界引入复位信号。复位操作比较简单，只有两种复位方式，即加电复位和手动复位。(1)加电复位加电复位是指通过专用的复位电路产生复位信号。它是系统的原始复位方式，发生在开机加电时，是系统自动完成的。加电复位是基本的、任何单片机系统都具有的功能。(2)手动复位手动复位也应通过专用的复位电路实现。在单片机系统中，手动复位是必须具有的功能。在调试或运行程序时，若遇到死机、死循环或

31、程序跑飞等情况，手动复位是摆脱这种尴尬局面的最常用的方法。这时，手动复位所完成的是一次重新启动操作。在实际系统中，总是把加电复位电路和手动复位电路结合在一起，形成一个既能加电复位，又能手动复位的公用复位电路。在本次设计中加给80C51单片机的复位电路如图3.5所示 图3.5 单片机复位电路3.单片机的最小系统单片机的最小系统如图3.6所示 图3.6 单片机的最小系统 3.3 脉冲形成电路3.3.1 霍尔传感器介绍脉冲形成电路即采用霍尔装置组合形成的电路。应用霍尔传感器通过测量磁场强度，来得到稳定的脉冲方波信号，实现出租车转速的测量。霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与

32、磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达m 级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达-5150。按照霍尔器件的功能可将它们分为:霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是

33、检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。3.3.2霍尔效应如图 3.7所示，在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如图3.7中的VH，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文霍尔在1879 年发现的。VH 称为霍尔电压。 图3.7 霍尔效应这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称

34、作霍尔电场。霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。这时，片子两侧建立起一个稳定的电压，这就是霍尔电压。在片子上作四个电极，其中C1、C2 间通以工作电流I，C1、C2 称为电流电极，C3、C4 间取出霍尔电压VH，C3、C4 称为敏感电极。将各个电极焊上引线，并将片子用塑料封装起来，就形成了一个完整的霍尔元件（又称霍尔片）。3.3.3霍尔元件霍尔元件可用多种半导体材料制作，如 Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP 以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。InSb 和GaAs 霍尔元件输出特性见图3.8、图3.9. 这些霍尔元件大量

35、用于直流无刷电机和测磁仪表。 图3.8 InSb霍尔元件的输出特性 图3.9 GaAs霍尔元件的输出特性3.3.4 A44E霍尔传感器在出租车计费系统的设计中采用型号为A44E的霍尔传感器模拟车轮转动向单片机输出计数脉冲继而由单片机转换为里程数。下面对A44E霍尔传感器进行介绍。A44E 芯片属于开关型的霍尔器件,其工作电压范围比较宽(4. 518 V) ,其输出的信号符合TTL 电平标准,可以直接接到单片机的I/ O 端口上,而且其最高检测频率可达到1 MHz 。A44E 霍尔开关集成电路应用霍尔效应原理,采用半导体集成技术制造的磁敏电路,它是由电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、史密特

36、触发器,温度补偿电路和集电极开路的输出级组成的磁敏传感电路,其输入为磁感应强度,输出是一个数字电压信号。霍尔开关电路的输出特性见图3.10 所示。在输入端输入电压V cc ,经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端,根据霍耳效应原理,当霍耳片处在磁场中时,在垂直于磁场的方向通以电流,则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差V H 输出,该V H 信号经放大器放大后送至施密特触发器整形,使其成为方波输送到OC 门输出。当施加的磁场达到工作点(即BOP) 时,触发器输出高电压(相对于地电位) ,使三极管导通,此时OC 门输出端输出低电压,通常称这种状态为开。当施加的磁场达到释放点(即BRP )时,

37、触发器输出低电压,三极管截止,使OC 门输出高电压,这种状态为关。在外磁场的作用下,当磁感应强度超过导通阈值BOP时,霍尔电路输出管导通,输出低电平。之后, B 再增加,仍保持导通态。若外加磁场的B 值降低到B RP时,输出管截止,输出高电平。我们称BOP 为工作点, BRP 为释放点,BOP - BRP = BH 称为回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。这样两次电压变换,使霍耳开关完成了一次开关动作。一般规定,当外加磁场的南极( S 极) 接近霍尔电路外壳上打有标志的一面时,作用到霍尔电路上的磁场方向为正,北极接近标志面时为负。 图3.10 A44E霍尔传感器的输出特性霍尔传感器A4

38、4E 芯片的引脚及用于输出脉冲的电路图如图3.11所示。霍尔传感器是一个3 端器件,外形与三极管相似,只要接上电源、地,即可工作,输出通常是集电极开路(OC) 门输出,工作电压范围宽,使用非常方便。引脚1 是电源V cc ,引脚2 是地GND ,引脚3 是输出OU T。霍尔器件的工作电压不得超过规定的V cc ,大部分霍尔开关均为OC 输出。因此,输出应接负载电阻,其数值值取决于负载电流的大小,不得超负载使用。 图3.11 脉冲形成电路A44E 的磁输入为单极磁场,即施加磁场的方式是改变磁铁和A44E 之间的距离。判定磁铁极性方法是:把磁铁的两个极分别靠近A44E 的正面,当其OU T 引脚电

39、平由高变低时即为正确的安装位置。经过实验得知,A44E 只对磁铁的S 级有响应而对N级没有丝毫响应。安装时一定要让磁铁的S 级对准A44E的反应传感区。霍尔传感器A44E 在测速系统中的主要作用是车轮转速采集。车轮每转一周,磁铁经过A44E 一次。A44E 的第3 脚就输出一个脉冲信号。考虑到设计时的限制，暂时用手动的方式将磁铁不断接近原理霍尔来模拟车轮的转动，手动输出的脉冲作为单片机80C51 的计数器中断信号,从P3. 3口输入。单片机测量脉冲信号的个数，根据脉冲信号的个数计算出里程。A44E 与单片机的硬件电路连接如图3.12所示。图3.12 A44E霍尔传感器与单片机的连接电路3.4

40、I/O扩展电路在实际运用单片机I/O控制外围电路时，受外部复杂因素影响必须使用相应的I/O扩展电路将单片机I/O口与外围设备很好地连接起来，让单片机更好地控制外围设备的运作。本次设计中的I/O扩展电路主要由可编程并行接口芯片8155构成。下面对8155接口芯片进行介绍。3.4.1 8155的结构和引脚图8155的结构和引脚图如图3.13所示，8155有40个引脚，采用双列直插封装(1) 地址/数据线AD0AD7（8条）(2) I/O口总线（22条）：PA0PA7、PB0PB7、 PC0PC5(3) 控制总线（8条）ALE 地址锁存（输入）IO / /M IO口/RAM选择， 0：选内RAM；

41、1：选内IO口/CE 片选线/RD、/WR 读、写控制TIMERIN 定时器输入（输入定时器所需时钟）TIMEROUT 定时器输出（输出所产生的方波脉冲） 图3.13 8155结构和引脚图3.4.2 8155总线接口电路总线接口电路用于实现8155和单片机芯片的信号连接。其中包括：数据总线缓冲器。数据总线缓冲器为8位双向三态缓冲器，可直接与系统数据总线相连，与I/O操作有关的数据、控制字和状态信息都是通过该缓冲器进行传送的。读/写控制逻辑。读/写控制逻辑用于实现8155的硬件管理，其内容包括：芯片的选择，口的寻址以及规定各端口和单片机之间的数据传送方向等。相关的控制信号有：CS 片选信号RD

42、读信号WR 写信号RESET 复位信号。芯片复位后，控制寄存器清0，各端口被置为输入方式。3.4.3 8155的工作方式与基本操作作单片机片外256B数据存储器当IO / /M = 0，与其它数据存储器统一编址。用MOVX访问。作扩展I / O口使用当IO / /M = 1，PA口、PB口、PC口，可通过编程决定如何使用。(1）命令寄存器（命令控制字） I / O口工作方式I / O口工作方式有四种：A口、B口作为基本I / O口，C口输入；A口、B口作为基本I / O口，C口输出；A口作为选通I / O、B口作为基本I / O、C口作联络线；A口、B口作为选通I / O、C口作联络线。(2）

43、状态标志寄存器 PA口、PB口状态标志。状态标志寄存器：BF 缓冲器满标志；INTR 端口中断请求标志；INTE 端口中断允许标志；TIMER 定时器中断请求。3.4.4 8155的地址编码在单片机应用系统中，8155是按外部数据存储器统一编址的，为16位地址，其高8位由片选线 提供， CE0，选中该片。 当 CE0，IO/M 0时，选中8155片内RAM，这时8155只能作片外RAM使用，其RAM的低8位编址为00HFFH；当 CE0，IO/M 1时，选中8155的I/O口，其端口地址的低8位由AD7AD0确定，如表3.5所示。这时，A、B、C口的口地址低8位分别为01H、02H、03H（设

44、地址无关位为0）。 表3.5 8155芯片的I/O口地址AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0选择I/O口001A口010B口011C口3.4.5 单片机I/O扩展电路单片机与8155的连接电路图如图3.14所示 图3.14 I/O扩展电路3.5 显示电路在该设计中，我采用了8位数码管来显示所需数据。在单片机控制显示电路时，如果直接将8155端与数码管各段码端相连会由于负载过多而不能显示，所以在设计中我加入了74HC244芯片增加显示的驱动能力和负载能力。3.5.1 74HC244芯片介绍运用于数码管显示电路时,74HC244用来增加I/O口的带负载能力，驱动多位数码管的显示。74H

45、C244芯片的管脚图如图3.15所示 图3.15 74HC244芯片管脚74HC244芯片内部共有两个四位三态缓冲器，使用时可分别以1G和2G作为它们的选通工作信号。当1G和2G都为低电平时，输出端Y和输入端A,B端的状态相同；当1G和2G都为高电平时，输出呈高阻态。74HC244的管脚状态如表3.6所示表3.6 74HC244管脚状态选通端输入端输出端GAY0110001X高阻 3.5.2 LED显示器介绍发光二极管是能将电信号转换为光信号的电致发光器件。由条形发光二极管组成“8”字形的LED显示器，也称数码管。通过数码管中发光二极管的亮暗组合，可以显示多种数字、字母以及其他符号。数码管有7

46、段数码管和8段数码管之分。7端数码管由7个发光二极管组成，而8段数码管则是在7段发光二极管的基础上再加一个圆点型发光二极管，用于显示小数点。8段数码管中发光二极管的排列状态如图3.16所示 图3.16 8段数码管引脚图在使用数码管过程中，为了给发光二极管加驱动电压，它们应有一个公共引脚，公共引脚共有如下两种连接方法： 1 共阴极接法共阴极接法是把数码管中个段的发光二极管的阴极连在一起构成阴极公共引脚。如图3.17所示，使用时阴极公共引脚接地，这样阳极引脚上加高电平的发光二极管就导通点亮，而加低电平的则不点亮。 图3.17 数码管共阴极接法2 共阳极接法共阳极接法是把数码管中个段的发光二极管的阳

47、极连在一起构成阳极公共引脚，如图3.18所示。使用时阳极公共引脚接5V电压。这样阴极引脚上加低电平的发光二极管即可导通点亮，而加高电平的则不点亮。 图3.18 数码管共阳极接法3.5.3 数码管显示原理1 段码因为数码管是由各段发光二极管组成，需要显示出哪个数据，只要将相应段的二极管点亮。点亮数码管时涉及到段码的概念。段码就是为数码管显示提供的各段状态组合，即字形代码。7段数码管的段码为7位，8段数码管的段码为8位，用一个字节即可表示。在段码字节中代码位与各段发光二极管的对应关系如表3.7所示。表3.7 数码管代码位与各段二极管对应关系段码D7D6D5D4D3D2D1D0段名abcdefgdp

48、在本次设计中，我采用的是8段共阴极数码管，需要点亮哪段数码管就将该段二极管对应的代码位置1.8段共阴极数码管中显示十进制数的段码值如表3.8所示。表3.8 十进制数段码表数字段码00xfc10x6020xda30xf240x6650xb660xbe70xe080xfe90xf62 数码管动态显示并排使用的多位数码管称为LED显示器。这里我采用的显示方式为动态显示方式，全部数码管共用一套段码驱动电路，各位数码管的同段引脚短接后再接到对应段码的驱动线上。显示时通过位控信号采用扫描的方法逐位地循环点亮各位数码管。动态显示虽然在任一时刻只有一位数码管被点亮，但是由于人眼具有的视觉残留效应，看起来与全部

49、数码管持续点亮的效果完全一样。LED显示器动态显示需要为各位提供段码以及相应的位控制。把LED显示器段码表预先存放在存储器中，使用时通过查表就可以得到段码。段码输出后送到公共段码线上，也可以称为段控信号。而通过并行口输出的相互独立的位码则是起选通的作用，也称位控或扫描信号，用于选择显示位。3.5.4 显示电路 在实际的设计中，我采用8155的PA口作为8位数码管的位选信号，PB口得8位作为8位数码管共同的段码控制信号，但如果直接将8155的PB口与数码管段选信号相连，会出现驱动不起来的现象，所以应加74HC244三态缓冲器提高电路的带负载能力。在进行位选时，如果直接将PA口的位信号接入到数码管

50、的端口，此时位信号的电压不足以点亮数码管，所以需要在其中加入NPN型三极管。显示电路如图3.19所示 图3.19 显示电路334 系统软件设计4.1 出租车计费系统软件总体设计思想 实际的出租车计费系统都具有计算行驶里程，计算车费；打印车费；显示是否空车等功能，这些功能的实现都是结合硬件，由软件控制实现。考虑到实际的硬件条件限制，省略了车价打印功能，同时为了操作更人性化，除了一般的计费该系统还能对起步价进行人工调节；增加了当遇到红灯、堵塞等情况时切换到等待时间计时加费的功能。 在具体的软件设计中，我设计计价系统的起步价为10.0元，当行驶里程超过3KM时按3元/公里计算。初始状态当空车时，系统

51、的空车指示灯亮表明此时为空车状态，8位数码管都显示0。当有乘客上车时，按下按键1，此时空车灯灭同时启动计数器0，显示起步价为10.0元，这时计数器等待脉冲输入，当输入满5个脉冲时表示车辆行驶了100m，这时计数器计满则执行一次定时器/计数器中断0，显示里程数的暂存变量gongli加1，每次执行该中断时需判断gongli是否超过30（30代表里程数为3KM）。设计中我设定当里程超过3KM时，车价按3元/公里计算，所以当gongli超过30时，若gongli每增加5次（增加5表明多行驶500m=半公里）就让显示车费暂存变量sum_price加1.5元。如果在行驶过程中遇到红灯或者堵车，就按下按键2

52、切换到等待计时加费功能，当按键2被按下时定时器/计数器中断0关闭，而定时器/计数器中断1被启动计时，设计当等待计时计满60s时车费增加0.5元，等待结束后按下按键2重新启动正常计费，当到达目的地后，按下按键1空车指示灯亮，系统停止计费。同时在空车状态下，按下按键3时，黄灯指示灯亮，表明可以对起步价进行设置，此状态下如果按下按键1起步价加1，按下按键2起步价减1，设置完毕后按下按键3，黄灯指示灯灭，系统之后就以刚刚设置的车价为起步价开始计费。 整个系统的软件设计中共使用到4个中断源：外部中断0、外部中断1、定时器/计数器中断0、定时器/计数器中断1。其中外部中断0用来启动系统开始计费；外部中断1

53、用来在计费状态时启动等待时间计时加费；定时器/计数器中断0设置为计数方式，用来计算外部输入脉冲的个数，脉冲由霍尔电路提供，当计数器计满时即执行一次中断，实现里程及车费的增加计算；定时器/计数器中断1在等待时间计时时用来定时，达到定时时间就让显示的时间增加1s。系统软件设计总体流程图如图4.1所示。否否否是是是是Key3=0？?是否否显示起步价Key1=0?起步价减1起步价加1Key=0?显示等待时间及车费等待时间计满60时车费增加0.5元等待时间加1里程加1执行定时器1中断启动定时器1执行计数器0中断里程超过3KM，每增加0.5KM车价加1.5元启动计数器0显示里程及车价Key1=0?Key=

54、0?开始 图4.1 软件设计总体流程图4.2 软件设计各个模块介绍4.2.1 里程、车费计算及显示模块 里程、车费的计算是本系统中最核心的部分，当系统检测到key=1且key1=1时启动定时器/计数器中断0，该模块的具体执行流程图如图4.2所示。否否否是是是显示里程及车价n加1n=0,总车价加1.5元n=4里程=31里程加1是否中断启动计数器0图4.2 里程、车价计算流程图4.2.2 等待时间计时加费模块 当出租车载客计价过程中遇红灯或者车辆堵塞时，按下按键2即切换到等待时间计时加费模块，启动定时器1，关闭定时器中断0，此时key=1且key1=0。设定当等待时间超过60s时，总车费增加0.5

55、元，当等待解除时再次按下按键2即可继续正常行驶计费。该模块软件流程如图4.3所示。启动定时器1是否中断否是否否是是等待时间=60显示等待时间及车费等待时间清0，总车价加0.5元j=0,等待时间加1j=20j加1图4.3 等待时间计时加费流程图4.2.3 设置起步价模块 在该系统中我还增加了起步价可设置功能。在空车状态此时key=0，当按键3被按下时，key3=0,即进入了起步价设置模块。此时按下按键1，显示起步价加1，按下按键2，显示起步价减1。再次按下按键3系统回归空车状态，再次计费时起步价以刚刚设置的为准。该模块的软件流程图如图4.4所示。否Key=0是否Key3=0否是否Key1=0Ke

56、y=0是是显示起步价起步价减1起步价加1图4.4 设置起步价模块南京工业大学本科生毕业设计（论文）5 总结 整篇文章描述了以80C51单片机为核心的出租车计费系统的设计原理及实现，系统不仅能进行一般的测行驶距离、计总车价，在车辆遇堵塞时还添加了等待时间计算加费的功能，同时为了使设计更人性化，操作更灵活，出租车的起步价可通过按键进行设置。 这个设计最终实现的功能看似简单，但在这几个月的一步步制作调试过程中遇到了很多的困难，通过自己的努力以及同学和老师的帮助才把这些问题依次解决。 设计的第一步是要认清自己的设计应具备哪些功能，得结合硬件条件和功能的可实施性制定自己的最终课题。查阅了一些资料，经过深

57、思熟虑后我决定了这样的课题。 整个系统的难点是如何模拟出车轮的转动，而车轮的转动在计费系统中是关键的一部分，一般的出租车都是通过车轮的转动测量车辆行驶的距离从而计算总车价。上网搜索了一些资料，我知道了车辆测距的原理原来是通过固定在车轮上的霍尔传感器在磁场中产生脉冲送入控制中心，然后再由控制中心根据脉冲相应计算出行驶里程和总车价。理解了原理要模拟出车轮转动就不难，我采用A44E霍尔传感器，配套一个磁钢，拿着磁钢不停地再霍尔上方走过就会依次产生脉冲，霍尔的脉冲输出连接到80C51单片机的定时器/计数器0管脚端，这样单片机就能接收到脉冲，再通过软件设计将脉冲转化为行驶距离，进而计算车费。 电路板的焊接过程中出现了诸多的问题，通过长时间的调试才将整个电路完成。系统的软件设计并不算难，循环执行主函数，当检测到外部中断及定时中断来临即转去执行中断，出租车计费系统的几个功能都是在中断中实现的。 自己的设计在别人看来很简单，但每一个步骤的进行对于我来说都不简单。值得欣慰的是在遇到一些很棘手的问题时我都尽自己最大的努力去解决，实在是有些问题不能解决时，老师和同学给了我很大的帮助。整个设计的过程也是考验自己，提高自己的过程，通过自己的不断努力设计成果有了，同时也增加了不少专业方面的知识。35西安航空职业技术学院