出租车计价器控制系统电路设计教材

《出租车计价器控制系统电路设计教材》由会员分享，可在线阅读，更多相关《出租车计价器控制系统电路设计教材（26页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、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Y： 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

2、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

3、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），

4、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

5、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

6、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（RAMI，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

7、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 l-74o VcePl. 1 匚 P0. 0 /ADOP1. 2 : PCI 1 / AlliP1. 3 匚

8、3 P0. 2/AE2P1.4 r P0.MDST/P1.5 EJ P(J. 4/AD4MISO/P1.6 匚 P0. 5/AD5SCK/P1. 7 C P0 G/AD6RST匚3 P0. 7/AD70 匸曰 EA/VPPTXD/F3. 1 匸h ALE/PROGIET0/F3. 2 匚1 229 PES1TIHT1/P3. 3 C1 3283 P2.7/A15T0/F3. 4 C1427 F2.E/A14T1/P5. 5 匚152G3 P2. 5/A13俪7P殳嗚E1&2S P2. 4/A1 2RD/P3. 7 匚1 T2斗J F2.3/A11XTAL2 匚1323 P2. 2/A10XTA

9、L1 匚1 322 P2.PDIFGHD :20 215 P2. O/AS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

10、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。2.3.1 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

11、向DIR AO AlA2 A3 A4A5 亠A6 A7 GKD 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)。2 193 -4 175 _166 74L5245 157 14fl13912011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二态允许端（低电平有效）DIR方向控制端功能表：表2.5功能表Enable SDi reetion Conlrol OIROperationLLB data to Abu&LHA data to 0 busHX利用74LS245来驱动数码管显示，单片机的 P2.0

12、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。2.3.2显示电路多数的应用系统,都要配输入和输出外设 丄ED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

13、，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

14、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GN處在任意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，VC（串电阻）逐个碰剩下的脚， 如果有多个LED（ 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。2.3.3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

15、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2.3.4掉电保护电路掉电保护电路中采用了存储芯片 AT24C02AT24C02是个 CMO标准的 EEPRO存储器，是 AT24CX；系列（AT24C01/02/04/08/16） 成员之一，这些EEPRO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l2C总线接口，是应用广泛的小容量存储器之一

16、。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 A3A2A1 A0 R/WoA1 （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。R2 :10kTEXTd10k - .图2.10掉电存储电路2.3.5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

17、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

18、电路中产生振荡电流，发出时钟信号。如图2.11所示。C1 ui 19XTAL1 XT AL 2I.30P .I. 疋K*匚二| .J C2 -pMl I18-图2.11时钟电路2.3.6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

19、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。6224 1234567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，

20、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

21、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4.1.1 编程

22、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。4.1.2 程序调试工具一KEIL本设计的软件都是在Keil卩Vision 7.5 上进行编写，编译，调试以及运行操作。4.1.3单片机仿真软件在线调试一PROTEUS1. 打开Proteus软件

23、。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PROTEU中仿真通过的整体 硬件原理图：09006secxFi3 DF13458U1 l 19TTT3T U

24、2 pzzJTZ3!TJt-STs$5IS-TTiZ7 . 3-2BiIQMA2A2A-IASn- FFM*ieY13717 ：7：:IOK . t_XI- 4IS p B5BbB?FMZnZ 总结在本次设计中，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

25、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、PROTEU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#i nclud

26、e #in elude #in elude vintrin s.h#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned intint xscode6=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d; /显示存储区int zxscode6=0x1f,0x2f,0x37,0x3b,0x3d,0x3e;/ 共阴显示片选码共阴int Codetab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; 极数码int i,j,flag; uchar sec;int kk=0;/路程标志位i

27、nt 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 biaozhiweisbit key1=P1A0;sbit key2=P1Al; sbit key3=P1A2; sbit key4=P1A3; sbit key5=P3A4;sbit SDA=P3A0;IIC引脚sbit SCL=P3A1;void delay();void delayl (xms)uint i,j;for(i=xms;i0;i-) for(j=110

28、;j0;j-);void start() /IIC SDA = 1;SCL = 1; delay();SDA = 0; delay();void stop() / IIC /延时程序子程序开始位停止位SDA = 0;delay();SCL = 1;delay();SDA = 1;void respo ns()IICuchar i;SCL=1;delay();while(SDA=1)&( i250) i+;SCL=0;delay();void init()SDA=1;delay();SCL=1;delay();uchar read_byte()/ _uchar i,j;for(i=0;i8;i+

29、)SCL=1;j=1;j|=SDA;SCL=0;return(j);void write_byte(uchar date) / _uchar i,temp;temp=date; for(i=0;i8;i+) temp=temp1; SCL=0; delay(); SDA=CY;应答位从EEPRO读至U MCU从 MCU写至U EEPROMdelay();SCL=1;delay();SCL=0;delay();SDA=1;delay();void write_data(uchar addr, uchar date) / _start(); write_byte(OxaO); resp on s(

30、);write_byte(addr);resp on s();write_byte(date);resp on s();stop();uchar read_data(uchar addr)/uchar date;start();write_byte(0xa0);resp on s();write_byte(addr);resp on s();start();write_byte(0xa1);resp on s();date=read_byte();stop();return date;void xia nshi()for(flag=0;flag6;flag+)P0= xscodeflag;P2

31、= zxscodeflag;delay1(2);P0=0;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void jijia()if(kk2&kk35&kk900) jkk=4+2*dj*(kk-2)+1;kflag=kk/1OO;jflag=jkk/1OO;xscode2=codetabkflag; xscode5=codetabjflag; kflag=kk/10;jflag=jkk/10;xscode1=codetabkflag; xscode4=codetabjflag; kflag=kk%10;jflag=jkk%10;if(kfl

32、ag=0)kflag=2;xscode0=codetabkflag; xscode3=codetabjflag;void qin gli ng()for(i=0;i100) sec=0;TL0=(65536-2)%256 ;TH0=(65536-2)/256 ;TMOD=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qi ngli ng();aa:if(key1=0)/当键按下去，开始计费TR0=1; k

33、k=kilo; jijia();if(key1=1)TR0=0;if(key2=0) delay1(10);if(key2=1)/开计数器0/当键松开，停止计费/停计数器1/功能调整键/延时判断键是否松开xscode2=codetabdjflag+;当p1.2 口的按键按下时功能标志位加一if(key3=0&djflag= delay1(10); if(key3=1) dj+;=2)/当功能键标志位等1时，改变每公里的价钱xscode1= codetabdj/10 ;/把价钱十位送显示区，单价不能超100xscode0=codetabdj%10; if(key4=0)qi ngli ng(); dj=1; djflag=0;xia nshi(); goto aa;/有键按下，清显示，单价会初始值，单价标志位清零/调显示子程序void TimerOnt() interrupt 1 using 2/ 计数器 0 中断服务zdflag=zdflag+1;if(zdflag=2)zdflag=0; kilo=kilo+1;/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