基于单片机出租车多功能计价器设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机出租车多功能计价器设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） （外部中断 0） （外部中断 1） T0（定时器 0 外部输入） T1（定时器 1 外部 输入） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通） PSEN/ 程序储存允许输出是外部程序存储器的读先通信号，当AT89C51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN/有效，即输出两个脉冲。 当访问外部数据存储器，没有两次有效的 PSEN/信号。 EA/VPP 外部访问允许。 欲使 CPU仅访问外部程序存储器， EA 端必须保持低电平，需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 Flash存储器编程时，该引脚加上 +12V的编程电压 VPP。 AT24C02 掉电存储电路设计 ① AT24C02 芯片引脚配置如图 26 所示 图 26 AT24C02 引脚配置图 基于单片机出租车多功能计价器设计 12 AT24C02 芯片 DIP 封装， 共有 8 个引脚，管脚描述如下： 表 22 AT24C02 管脚描述 管脚名称 功能 A0、 A A2 器件地址选择 SDA 串行数据 /地址 SCL 串行时钟 WP 写保护 Vcc +~ GND 接地 SCL:串行时钟端，用于对输入和输出数据的同步。 在 SCL 上升沿时，把数据写入 EEPROM,在 SCL 下降沿时，把数据从 EEPROM 中读出。 SDA：串行数据 I/O 端，用于输入和输出串行数据。 当 SCL 为高，SDA 由高电平变成低电平（下降沿），为起始信号；当 SCL 为高， SDA由低电 平变成高电平（上升沿），为终止信号。 WP：写保护。 通过此引脚可提供硬件数据保护。 当 WP 接地时允许芯片执行一般的读写功能。 当 WP 接 VCC 时，对芯片实行写保护。 WP接地是因为 WP 为写保护引脚，由于 AT24C02 不具有写保护功能，所以经该引脚接地。 采用 I2C 总线与 AT89C51 相连 [15]。 ② AT24C02 掉电存储单元的设计 掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息。 AT24C02 是 ATMEL公司的 2KB 字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到 ，额定电流为 1mA，静态电流 10Ua()，芯片内的资料可以在断电的情况下保存 40 年以上，而且采用 8 脚的 DIP 封装，使用方便。 其电路如图 27所示。 图 27 掉电存储电路原理图 基于单片机出租车多功能计价器设计 13 由于在 EEPROM内部， SCL和 SDA是漏极开路结构的，所以，使用时需要外接上拉电阻。 图中 R1 R12是上拉电阻，其作用是减少 AT24C02 的静态功耗，由于 AT24C02 的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线 SCL（移位脉冲）和 SDA（数据 /地址）与单片机传送数据。 每当设定一次单价，系统就自动调用存储程序，将单价信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的单价等信息，读到缓存单元中，供主程序使用。 由于保存在 24C02 中的数据是不能随意进行改动的 , 因此它具有防作弊功能。 此外出租车营运过程中的一些营运数据 , 如 : 单次出租的营运额和营运里程、一段时间内的营运总额和总路程等 , 也存储在 24C02 中 , 以便出租车公司及司机查询 , 使出租车司机更方便的管理营运数据 , 出租车行业得到更有效的管理。 里程计算、计价单元的设计 信号采集 主要是通过传感器对 采集车轴转数，通过主机模块进行计算，从而得出里程，金额等信息。 通过对传感器的工作方法研究发现，传感器 A44E是比较符合条件。 其工作原理图如图 28所示： 图 28 霍尔传感 器工作原理图 霍尔传感器以霍尔效应为原理，根据霍尔效应原理，当霍尔片处在磁场中时，霍尔传感器的输出端输出低电平。 当车轮转动一圈时小磁铁基于单片机出租车多功能计价器设计 14 提供一个磁场，则霍尔传感器输出一次低电平完成一次数据采集，从而产生信号。 霍尔传感器检测并输出信号到单片机的 IO 口计算脉冲输入端，引起单片机的中断，对脉冲计数，当计数达到特定的次数时，里程就会增加，单片机对里程进行计算后，通过接口电路将计算好的结果传送到数码管并显示出来。 A44E 集成结构及工作点如图 29 所示。 图 29 A44E 集成结构图（ a） 及 工作点图 （ b） A44E 型 霍尔传感器属于霍尔开关器件，其工作电压范围比较宽（ — 18V）。 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 1MHZ。 集成霍尔传感器外形图如图 210 所示。 图 210 集成霍尔传感器外形 图 表 23A44E 外部引脚说明 管脚名称 管脚功能 VCC 外接电源输入端 GND 外接电源地 OUT 数字信号输出端 霍尔传感器 A44E 实现对车轮信号的检测，并输出脉冲信号送给单片机。 单片机对传感器输出的脉冲信号进行计数，并进行里程（单位：km）换算。 每一 个脉冲信号代表轮胎旋转一圈，设轮胎一圈的长度为 1m；轮胎转数为 N，则里程 Z=1*N/1000（ km）。 当圈数达到 1000 次时，也就是一公里，单片机就控制将金额自动增加，其计算公式：当前单价 *公里基于单片机出租车多功能计价器设计 15 数 =金额。 设速度为 V，脉冲信号频率为 f，脉冲时间为 T，则 V=LunChang/I（ m/s） =1*f（ m/s） = *1*f（ km/h）。 如图 211 所示，霍尔传感器 IC 有 3 个外接端子， 2 个是电源的正负极端子，最后一个是脉冲信号输出，只要将此信号输出端接到单片机的IO 口端子上便可以实现距离检测。 其中，单片机的 （ INT0）引脚作为信号的输入端接收来自传感器输出的信号，采用外部中断 0 进行计数。 图 211 霍尔传感器路程检测电路 图 电源电路设计 由于计价器的工作环境比较差 , 它要求有抗振动、抗高低温、抗潮湿、抗电磁干扰等能力 , 特别是电源方面的干扰 , 如出租车启动时 , 发动机打火、电瓶充电等造成输入计价器的 + 12 V 电源不稳定。 因此采用+ 12 V电瓶电源经过滤波和电源稳压管理芯片 7805 后得到 + 5 V的稳定电压输出 , 保证整个系统能够正常工作。 如图 212所示： 图 212 电源电路图 基于单片机出租车多功能计价器设计 16 独立键盘电路设计 键盘分为独立式键盘和矩阵式键盘，本次设计采用独立式键盘。 独立式键盘中，每个按键占用一个独立的 I/O 口线，每个按键电路相互独立。 I/O 口线通过按 键与地相连， I/O 口有上拉电阻，无键按下时，引脚端为高电平，有键按下时，引脚端为低电平，电平被拉低。 I/O 口内部有上拉电阻时，外部可不用接上拉电阻。 本次设计用到五个按键，分别与— 、 相连。 需要注意的是：当按键按下和释放的瞬间都有抖动现象，一般来说，抖动的时间长短与键盘的机械特性有关，大约为510ms。 所以在实际编程时一定要注意键盘的去抖动。 键盘去抖动有专用的延时电路，也有专门的延时芯片，也可以用软件去抖，考虑到电路的难易程度，从简化硬件的角度，本次设计采用软件去抖动，用一个短延时程 序，进行键盘去抖操作。 本设计的键盘电路由 5 个独立按键组成，如图 213 所示。 图 213 独立键盘电路图 指示灯电路设计 指示灯电路由 4 个 LED 组成，包 括空车指示灯、查询指示灯、等待指示灯、黑夜指示灯。 如图 214 所示 查询、确认键 功能键 切换键 停止键 清除键 清除键 基于单片机出租车多功能计价器设计 17 图 214 指示灯电路图 这些指示灯能对计程车的每一种状态进行指示，空车时空车指示灯亮，查询时查询指示 灯亮，当车速小于 5km/h 时等待指示灯亮。 如果选择的模式为黑夜时黑夜指示灯亮，白天时不亮。 数码管显示电路设计 数码管显示电路由 8 个 LED 数码管组成， LED 数码管是由发光二极管排列组成的显示器件。 它采用低电压扫描驱动，具有耗电少、使用寿命长、成本低、故障少、视角大、可视距离远等特点。 此外，它的响应时间短（一般不超过 ），亮度也比较高。 它的缺点是工作电流比较大，每一段的工作电流在 10mA 左右。 其中每位数码管内部由 8 个 LED 组成，其中 A— G 代表 7 个发光二极管构成 7 笔字形，余下一个 DP 构成小数点 ，称为 8 段 LED。 8 段 LED数码管可以显示 0～ 9 等 10 个数字和小数点，使用非常广泛。 如图 215所示。 图 215 段数码管图 这类数码管可以分为共阳极和共阴极两种，本设计采用共阴极数码管共阴极则是把所有 LED 的阴极连接到共同接点，而每个 LED 的阳极空车 查询 等待 黑夜 基于单片机出租车多功能计价器设计 18 分别为 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp。 共阳极则相反。 如图 216(a)、 (b)所示。 图 216（ a） 8 段共阳数码管 (b)8 段共阴数码管 通过控制这个公共端，可使该位对应的 LED 亮或暗。 当共阴极端接地或共阳极接高电平，该 位显示器有效，反之无效。 本设计采用共阴 LED数码管。 其段选码如表 24所示： 表 24 共阴数码管的段选码 0 3FH 1 06H 2 5BH 3 4FH 4 66H 5 6DH 6 7DH 7 07H 8 7BH 9 6FH 数码管有静态显示和动态显示两种显示方式，本设计采用动态显示。 静态显示的特点：数据稳定，占用 CPU时间少，每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示的特点：有闪烁感，占用的 CPU时间多，使用的硬件少，能节省线路板空间，更重要的是能节省成本。 相比较而 言，采用动态显示方式，比较节省 I/O 口，硬件电路也较静态显示简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多是， CPU 要依次扫描，占用 CPU 较多时间。 本设计中使用的 8 个 LED基于单片机出租车多功能计价器设计 19 数码管接 P0 口作为段选，接 P2 口作为位选。 空车时显示当前时间，开始计价时前四位显示里程，后四位显示金额。 当查询等待时间时显示为等待时间。 如图 217 所示。 图 217 数码管显示电路图 由于数码管内部二极管点亮时需要 10mA 以上的电流，而单片机的输出电流还不到 1mA，所以数码管与单片机连接时需加驱动电路，可以使用上拉电阻的方法，也可以使用专门的驱动芯片，考虑到复用单片机 I/O接口，节省单片机 I/O 资源，此次设计采用 74HC573 锁存器驱动 LED 数码管段选端，其输出电流较大，电路接口简单且可直接驱动数码管显示。 用三极管驱动 LED 数码管的位选端。 因而本次数码管显示部分用到三极管驱动电路、 8 位数据锁存器 74HC573 锁存电路、 8 位 LED 数码管显示，74HC573 用于连接 51 单片机和 LED 数码管， 51 单片机的 ~ 分别顺序对应数码管的 a~g 和 dp，当位 为 1 时，对应 A 段点亮，以次类推。 74HC573 的管脚图如图 218 所示： 基于单片机出租车多功能计价器设计 20 图 218 74HC573 管脚图 OE:为三态允许输入端 (低电平有效 )，也可称作输出允许端； 1D8D 为数据输入端； 1Q8Q 为数据输出端； LE 为锁存允许端。 本次设计中 LE接高电平， OE 接低电平。 74HC573 的真值表如表 25所示，其中 H 表示高电平， L 低电平， Qo 数据保持不变， Z高阻态。 表 25 74HC573 真值表 Dn LE OE Qn H H L H L H L L X L L Qo X X H Z DS1302 时钟电路设计 计价器在出租车空车行驶时需要显示实时时钟，因为它的时钟作为白天 /晚上单价自动转换的一个基准，且计价器的时钟显示能为司机和乘客提供方便。 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，采用 SPI三线接口与 CPU进行同步通信；始终可提基于单片机出租车多功能计价器设计 21 供秒、分、时；通过设置 DS1302 的控制／状态寄存器选择日历，时钟方式经过初始校准后即可工 作使用；工作电压宽 ～ V，采用双电源供电 (主电源和备用电源 )，并设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力，在没有主电源的情况下启用备用电源能保存时间信息及数据 [14]。 DS1302 的管脚图如图 219所示： 图 219DS1302 管脚图 表 26 DS1302 管脚说明。