电气工程与自动化毕业论文：出租车计价器设计.doc

1、本 科 毕 业 设 计出租车计价器设计所在学院 专业班级 电气工程与自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要现在各大中城市出租车行业都已普及电子计价器，所以计价器技术的发展已成定局。而部分小城市出租车行业体系不完善，导致计价器的使用尚未普及，但随着城市建设日益加快，象征着城市面貌的出租车行业也将加速发展，计价器的普及也是毫无疑问的，所以未来出租车计价器的市场还是十分有潜力的。 出租车计价器是根据客户用车情况来自动显示车费的数字仪表，主要数据是根据出租车起步价、行车里程求得客户用车的总费用金额，并通过数码管显示相应的里程及金额。在本次设计中主要涉及硬件电路的设计及软件

2、的编程。电路以 AT89S51 单片机为中心，附加 A44E 霍尔传感器测距，来实现对出租车的计价，采用 AT24C02 芯片来实现单片机的断电保存，输出采用 8 段数码显示管。设计时用 Proteus 软件绘制仿真电路图及 KeilC 软件的编程相互配合来模拟出租车计价器工作，进行里程、金额显示，可预设起步价和起步公里数，总金额按里程数进行计算；有复位功能和启动功能，启动后，开始计价，停止时，显示最终的金额。设计时我们运用到了单片机，这样的设计可以使我们用较少的硬件和适当的软件相互配合来实现设计的要求，且灵活性强，功能强大，应用方便，可以通过软件编程来完成更多的附加功能,前景广阔。关键字：出

3、租车计价器；AT89S51；霍尔传感器；断电保护；数码显示管II AbstractNow the automatic mileage fare meter is popularized in each big or media-sized cities taxi profession, therefore the development of mileage fare meter technology has been a foregone conclusion. While in part small cities its underused, but speeding up day by

4、day along with the urban construction, which will symbolize the urban appearance taxi profession that will accelerate to develop too .And mileage fare meters popularization will also be without a doubt, therefore the future automobile mileage fare meters market will have the great potential. The tax

5、i mileage fare meter is a digital instrument which has the function to demonstrate fare according to the customer use of the car and charge customer the total fee according to start price of the using car together with the mileage, and then it can demonstrates the corresponding course and amount thr

6、ough 8 sections of digital tubes.In this design, mainly relates to hardware design and software programming. This electric circuit takes AT89S51 monolithic integrated circuit as a center and that attaches A44E the Hall sensor range finder, which realizes the rental car valuation. The use of AT24C02

7、is to preserve the unit price when the present system power is failure. The output uses 8 sections of digital display tubes, demonstrating that goes the total course and the aggregate amount. The design of simulated rental car mileage fare meter: the fare meter can demonstrate the course of rode, pr

8、einstall start price and start distance in kilometer. The traveling schedule realizes charge according to the entire journey, attaching the reset function and the start function. The fare meter starts the valuation after the beginning. We use the monolithic integrated circuit to carry on the design

9、and use the little hardware and the suitable software coordination to realize the design mutually and flexibly, furthermore we can complete the more additional functions through the software programs and the application prospect is promising.Keywords: taximeter; AT89S51; hall sensor; power preservat

10、ion; display tube目 录第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 计价器国内外研究动态 .11.3 设计目的与内容 .11.3.1 设计目的 .11.3.2 主要设计内容 .2第 2 章 系统硬件设计 .32.1 AT89S51 单片机简介 .32.2 方案论证和比较 .42.2.1 主要控制电路的设计 .42.2.2 显示的设计 .52.2.3 掉电保护的设计 .52.3 硬件电路设计 .52.4 硬件组成 .72.4.1 驱动电路 .72.4.2 显示电路 .82.4.3 复位电路 .92.4.4 掉电保护电路 .92.4.5 时钟电路 .102.4.6 按键电路

11、 .102.5 里程计算的原理 .11第 3 章 系统软件设计 .143.1 软件总体设计 .143.2 程序介绍 .153.2.1 主程序 .153.2.2 计费子程序 .173.2.3 显示子程序 .183.3 基于 PROTEUS 的计价器仿真 .18总 结 .21致 谢 .22参考文献 .23附录 1 程序源代码 .24附录 2 电路仿真图 .311 第 1 章 绪论1.1 课题背景 随着我国经济的迅速发展，人民生活水平的显著提高，城市的交通日趋完善，出租车计价器的应用也越来越广泛。虽然私家车的拥有量在大幅度地提高，但是出租车还是在我国的交通运输中承担着重要的角色，出租车计价器是出租车

12、上必不可少的重要仪器，它是负责出租车营运收费的专用智能化仪表。用户不仅要求计价器性能稳定、计价准确，而且随着功能越来越多对其他方面要求也越来越高。近年来，我国出租汽车行业迅猛发展，出租汽车已经成为我国城市公共交通的重要组成部分和现代化城市必备的基础设施，成为人们工作、生活中不可缺少的交通工具。出租汽车服务行业和出租汽车计价器紧密相关，因为出租汽车必须安装出租汽车计价器才能投入营运。出租汽车计价器是一种能根据乘客乘坐汽车行驶距离和等候时间的多少进行计价，并直接显示车费值的计量器具。计价器是出租汽车的经营者和乘坐出租汽车的消费者之间用于公平贸易结算的工具，因而计价器计价准确与否，直接关系到经营者和

13、消费者的经济利益。依据国家有关法律、法规，出租汽车计价器是列入国家首批强制检定的工作计量器具之一，也是近年来国家质量技术监督部门强化管理的六类重点计量器具之一。1.2 计价器国内外研究动态出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项行业，伴随着我国国民经济的高速发展，出租车已成为城市公共交通的重要组成部分，多年来国内普遍使用的计价器只具备单一的计量功能，不能很好的满足市场的需求。在我国第一家生产计价器的企业是重庆市起重机厂。发展到现在，国内生产计价器的企业已经有上百家，主要是集中在北京，上海，沈阳和广州等地。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，可以说早期的计价器就是一个里程表。

14、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构造也就基本出现了，它可以完成计程，计价，显示等基本工作。单片机以及外围芯片的不断发展也促进了计价器的发展，现在出租车计价器在使用时具备的主要功能是根据行驶里程计价，并且要求精度高，可靠性好。1.3 设计目的与内容1.3.1 设计目的毕业设计是将理论与实践相结合的学习环节，通过运用多种教材及其他可利用的资源，让所学知识

15、得到进一步加深和扩展。与此同时还着重培养工科学生的设计能力和解决实际问题能力，在大学期间，我们学习许多强电、弱电方面的理论知识，并且接触相关方面的一些实验，课程设计。本课题的毕业设计中，目的是在学习 51 系列单片机的基础上，根据设计任务，设计出符合要求的电路，完成硬件电路的同时熟悉 C 语言的编程，编写符合要求的程2 序，让其实现出租车计价器应有的功能,并且通过 Proteus 软件进行仿真。1.3.2 主要设计内容通过利用 AT89S51 单片机，设计简单且实用的出租车计价器。在本次出租车计价器的总体设计中，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，时钟电路，数码管显示电

16、路等。通过对以上各功能的设计，出租车计价器应能够实现以下功能：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；按下模拟开关按键来产生一个脉冲信号，模拟行驶的里程；数码管开始显示所走里程和所应付的金额，并逐渐增加；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。其中在单价，起步里程为了适应市场需求要调整的时候，可以对设计程序进行修改，从而达到出租车计价器的设计要求。3 第 2 章 系统硬件设计2.1 AT89S51 单片机简介单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理

17、器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器 /计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。本次毕业设计运用到的是 AT89S51 单片机。AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C5

18、1 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51 具体结构：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。P1.0TEX467RS9xDINWALVCUats图 2.1 51 单片机的引脚图P0 口有二个功能： 1、外部扩展存储器时

19、，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。4 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。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:

20、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。P0 口接数码管段选端，P2 口接驱动芯片。P1.0:接启动/停止按键，控制计价。P1.1:接功能键。P1.2:接价格调整键。P1.3:接清零键。P3.1、P3.0 口接掉电保护电路。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。2.2 方案论证和比较2.2.1 主要控制电路的设计方案一：使用模拟电路和数字电路设计的计价器整体电路规模比较大，使用到的电路器件很多且复杂，导致高故障率，且难以调试到最佳状态。数字电路控制，采用传感器件，经过放大整形作为移位寄存器的脉冲，实现计价。不过这种电路设

21、计过于复杂，对于模式的切换需要用到机械开关，机械开关时间久了会造成接触不良，功能不易实现，性能不够稳定，电路也不实用。里程传感器电源电路及保护电路移位寄存器 起步价，里程总里程、总金额显示图 2.2 采用数字电路控制方法方案二：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5 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

22、 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：AT89S51单片机驱动显示电路按键电路控制存储及显示里程计算数据信息里程、单价、总金额、时间等显示图 2.3 总体电路框图2.2.2 显示的设计方案一：液晶显示器（LCD）显示。强大的液晶屏可以显示各种字体，数字，文字，图像，还可以自定义显示，显示更丰富的内容，以方便操作者读取信息和实施一些扩展。 I/O 端口占用较少的系统，有效地节省系统资源，使整个系统更加人性化，但费用相对昂贵。方案二：LED 数码显示。数字显示简单清晰，夜晚具有较好的显示效果，但只能显示有限的符号和数字。按照我们设计的计价器具体功能，它基本可以满足要

23、求。而且价格也很便宜。相比较选择方案二。2.2.3 掉电保护的设计方案一：DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，工作电压为 2.5V5.5V，其内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。同时 提 供 了 对 后 备 电 源 进 行 涓 细 电 流 充 电 的 能 力 。方案二：使用 AT24C02。 ATMEL 公司的 AT24C02 是 2KB 的字节的电可擦除存储器芯片，采用两线串行总线与单片机通信，电压最低可到 2.5V 时，1mA 的额定电流，静态电流降至10uA（5.5V）的，芯片上的数据可以被储存在断电的情况下超过 40 年，8 引脚 DIP 封装，易于使用。因此，选择方案二更好。2.3 硬件电路设计 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