29-单片机原理及接口技术课程设计（出租车计价器设计）

辽 宁 工 业 大 学

单片机原理及接口技术 课程设计（论文）

题目： 出租车计价器设计

院（系）： 新能源学院 专业班级： 电气 141班 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字） 起止时间：2015.06.22-2015.07.05

本科生课程设计（论文）

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：新能源学院 教研室：电气工程及其自动化 学 号 课程设计（论文）题目 学生姓名 专业班级 电气141班 出租车计价器设计 课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数 实现功能 设计一款出租车计价器，该计价器根据不同情况具有不同的收费标准，具有单程和往复转换开关，能够在掉电的情况下存储单价等数据，具有等待计费功能。硬件设计包括CPU选型、最小系统电路、里程计量电路、按键显示、时钟电路等。软件采用汇编语言或C语言实现。 设计任务及要求 1、确定设计方案，画出方案框图。 2、进行硬件电路的设计，包括元器件选择。 3、绘制原理图。 4、绘出程序流程图，并编写里程采集程序、计费程序及显示程序。 5、要求认真独立完成所规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理。 6、按学校规定的格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。 技术参数 1、白天：1.2元/公里，晚上2元/公里； 2、里程计量精度：2%。 1、布置任务，查阅资料，确定系统设计方案（2天） 课程设计（论文）任务 进度计划2、系统硬件设计及模块选择（3天） 3、系统软件设计及编写功能程序及调试（3天） 4、撰写、打印设计说明书（1天） 5、验收及答辩。（1天） 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

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指导教师评语及成绩

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摘 要

随着我国社会的飞速发展，人们对出行有了更多更高的要求，给公共交通的发展带来了极大的空间和需求。城市出租车已经成为除公交车之外的城市最大的交通运力，出租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。

出租车计价器是一种计量器具，用于测量出租持续时间及依据里程传感器传送的信号测量里程，并以测得的计时时间及里程为依据，计算并显示乘客出租车应付的费用。

出租车计价器的硬件设计以AT89C51 单片机为核心控制元件，利用灵敏的霍尔开关型器件A44E 霍尔传感器测距，采用AT24C02 实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息，输出采用6位LED数码管，通过开关控制单价、路程、总金额。系统的软件设计主要有：主程序模块、定时中断服务程序、里程计数中断服务程序、中途等待中断服务程序、显示子程序服务程序键盘服务程序。

本电路设计的计价器主要功能有：数据的复位、白天/晚上转换、数据输出、计时计价、实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息等功能。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据白天、黑夜、中途等待来调节单价，此次设计具有很大的现实意义。

关键词：单片机；霍尔传感器；AT24C02；掉电保护

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目 录

第1章 绪论 .......................................................... 1

1.1 概述 ......................................................... 1 第2章 CPU最小系统设计 .............................................. 2

2.1 设计方案 ..................................................... 2 2.2 单片机最小系统设计 ........................................... 2 2.3 里程检测设计 ................................................. 4 2.4 LED显示设计 .................................................. 6 2.5 硬件设计总原理图 ............................................. 6 第3章 软件设计 ...................................................... 7

3.1 主程序模块 ................................................... 7 3.2 定时中断服务程序 ............................................. 9 3.3 里程计数中断服务程序 ........................................ 10 3.4 显示子程序服务程序 .......................................... 10 3.5 键盘服务程序 ................................................ 11 第4章 系统设计与分析 ............................................... 12

4.1 系统原理图 .................................................. 12 4.2 硬件仿真图 .................................................. 13 第5章 课程设计总结 ................................................. 14 参考文献 ............................................................ 15

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第1章 绪论

1.1 概述

出租车计价器是出租车营运收费的专用智能化仪表,随着电子技术的发展,出租车计价器技术也在不断进步和提高。国内出租车计价器已经经历了4 个阶段的发展。从传统的全部由机械元器件组成的机械式,到半电子式即用电子线路代替部分机械元器件的出租车计价器;再从集成电路式到目前的单片机系统设计的出租车计价器。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。

本次设计的目的在于现在各大中城市出租车行业都已普及自动计价器，而且出租车在人们的日常生活中使用的比例在逐年增大，人们在外出时选择出租车作为交通工具已经成为现在社会的现状，所以计价器技术的发展已成定局。而部分小城市尚未普及，出租车计价器的推广必然在未来呈现大量增长的趋势，随着城市建设日益加快，经济实力的不断提升，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，所以未来汽车计价器的市场还是十分有潜力的。所以本次出租车计价器的设计具有很好的现实意义，会对小城市的发展以及人们生活质量的提高有很大意义。

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第2章 CPU最小系统设计

2.1 设计方案

方案：采用单片机控制。利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示功能。

键盘电路LED显示单元89C51启动/清除开关单片机AT24C02掉电存储单元里程传感器

图2.1 方案框图

通过比较以上两种方案，单片机有较大的活动空间，利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，不但能实现基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示功能，而且能在很大的程度上扩展功能，还可以方便的对系统进行升级。为此我们采用了单片机进行设计，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的实现设计要。

2.2 单片机最小系统设计

AT89C51的引脚功能说明

AT89C51有40个引脚，其引脚图如图所示。

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图2.2 单片机引脚图

其各自引脚功能如下： VCC：电源电压。 GND：地。

P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O接口，也即地址/数据总线复用口。当访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

P1口：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O接口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。

P2口：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时P2口送高8位地址数据。

P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O接口。

RST：复位输入。

ALE/ PROG：当访问外部数据时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。对FLASH存储器编程时，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

EA/VPP：外部访问允许。

XTAL1：振荡器反相放大及内部是钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。

AT89C51单片机正常工作，必须连接基本电路，基本电路包括晶振电路和复位电路。

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（1）晶振电路

单片机的时钟信号通常有两种产生方式：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。内部时钟方式是利用单片机内部的振荡电路产生时钟信号。外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。本设计所采用的是内部时钟方式。

在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），作为单片机内部振荡电路的负载，构成自激振荡器，可在单片机内部产生时钟脉冲信号。C1和C2可以稳定振荡频率，并使快速起振。本电路选用晶振12MHz，C1=C2=30pF。（2）复位电路

复位是使单片机处于某种确定的初始状态。单片机工作从复位开始。在单片机RST引脚引入高电平并保持2个机器周期，单片机就执行复位操作。复位操作有两种基本方式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。本设计采用了后一种复位电路。

当RST获得高电平，随着电容C3的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。若该高电平能保持足够2个机器周期，就可以实现复位操作。选择C3=30pF，R1=10KΩ。电路如图3.2所示。

图2.3 单片机最小系统

2.3 里程检测设计

使用单片机进行测速，可采用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，将脉冲送入单片机中进行计算，即可获得转速的信息。常用的测速元件有霍尔传感器、光电传感器和光电编码器。里程测量传感器的选

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择也有以下几种方案：使用光敏电阻对里程进行测量、利用编码器对车轮的圈数进行测量、利用霍尔传感器对里程进行测量、利用干簧管型传感器测量里程。

光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光源将导致光敏电阻发出错误信号；光敏电阻对环境的要求相当高，如果光敏或发光二极管被泥沙或灰尘所覆盖，光敏电阻就不能再进行准确测量；而编码器必须安装在车轴上，安装较为复杂；霍尔元件或干簧管不但不受天气的影响，即使被泥沙或灰尘覆盖也不会有影响，而且安装方便。所以本设计采用霍尔元件对里程与速度进行测量，既简单易行，又经济适用。

使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的齿轮盘上粘上一粒磁钢，霍尔元件固定在前叉上，当车子转动时霍尔元件靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在齿轮盘上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。

霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于信号采集的有A44E，该传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，工作电压范围宽，使用非常方便。A44E的引脚如图3.3所示。

图2.4 A44E引脚图

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2.4 LED显示设计

本设计中采用LED数码管显示。在单片机系统中，通常用LED数码显示器来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。八段LED显示器由8个发光二极管组成。其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔画段，另一个小数点为dp发光二极管。LED显示器有两种不同的形式：一种是发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器；另一种是发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。本次设计采用六位一体数码管采用共阳极接法，单片机与数码管之间加8个10k的上拉电阻。数码管显示电路如图3.4所示。

图2.5 数码管显示电路

2.5 硬件设计总原理图

将单片机最小系统、里程采集设计单元、LED显示设计单元、掉电保护设计单元以及键盘单元的设计整合在一起，构成硬件设计总体原理图，总体原理图见附录Ⅰ。

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第3章 软件设计

本系统的软件设计主要可分为主程序模块、定时计数中断服务程序、里程计数中断服务程序、显示子程序服务程序、键盘服务程序五大模块。各模块都具有不同的功能实现，在电路中实现不同的任务内容，下面对各部分模块进行简单的介绍。

3.1 主程序模块

在主程序模块中，需要完成对各接口芯片的初始化、出租车起价和单价的初始化、中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。另外，在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄存器、里程寄存器和价格寄存器，并对它们进行初始化。然后，主程序将根据各标志寄存器的内容，分别完成启动、清除、计程和计价等不同的操作。

当按下S1时，就启动计价，将根据里程寄存器中的内容计算和判断出行驶里程是否已超过起价公里数。若已超过，则根据里程值、每公里的单价数和起价数来计算出当前的累计价格，并将结果存于价格寄存器中，然后将时间和当前累计价格送显示电路显示出来。当到达目的地的时候，由于霍尔开关没有送来脉冲信号，就停止计价，显示当前所应该付的金额和对应的单价，到下次启动计价时，系统自动对显示清零，并重新进行初始化过程。在出租车不走的时候，按下S1，可以实现数据的分屏显示，车在行走的时候只有总金额和单价显示屏在显示，当到达目的地的时候，客户要求查看总的里程的时候，按下S1 切换到里程和单价显示屏。

使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的齿轮盘上粘上一粒磁钢，霍尔元件固定在前叉上，当车子转动时霍尔元件靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。

在掉电保护电路中，使用AT24C02芯片外接电阻设计掉电保护电路，该电路是利用定时器没一秒产生一次计数脉冲，将单片机的数据保存在芯片中，此电路设计为了保证单片机在突然断电的情况下，储存断电之前的单片机里的数据显示，在恢复上电后将保存的数据传送给单片机，保证数据不会丢失。

在单片机将程序处理完毕后，通过LED设计的显示电路将单片机处理完的数据显示在数码管上。方便乘客查询

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系统主程序流程图如图4.1所示。

N开始初始化数据 Ys1按下？Ys2按下？N 设定晚上单价 Ns4按下？Y设置默认单价白天 设定中途等待单价Ns4按下？启动计价器 N 里程中断Y到一公里？YNY 返回时间显示 s3按下？NY 总路程+1总金额+1显示路程和单价传感器有信号？NYN Ys3按下？ 显示金额及单价停止计价和里程计数

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图4.1主程序流程图

3.2 定时中断服务程序

在定时中断服务程序中，每100ms 产生一次中断，当产生10 次中断的时候，也就到了一秒，送数据到相应的显示缓冲单元，并调用显示子程序实时显示。然后恢复现场并中断返回。

定时中断服务程序流程图如图4.2所示。

图4.2 定时中断服务程序流程图

恢复现场并中断返回调用显示子程序数据送显示缓存单元Y中断10次？N重置计数初值保护现场开始9

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3.3 里程计数中断服务程序

外中断0服务程序用于对单片机P3.2口输入的圈脉冲进行计数，为十六进制计数器。每次计数一次后，对里程数据进行一次存储操作。当车轮每转一圈，通过霍尔元件将脉冲数输入单片机内，通过计数器计出脉冲数，再用乘法子程序算出里程数。里程处理子程序流程图如图4.3所示。

图4.3里程计算子程序流程图

返回显示里程值将车轮转数转化为里程点亮里程指示灯开始3.4 显示子程序服务程序

由于出租车计价器是分屏显示数据，通过开关控制显示不同的数据，所以就要用到4 个显示子程序，在显示的过程中调用显示子程序，四个显示子程序分别是：时分秒显示子程序、金额单价显示子程序、路程单价显示子程序、单价调节子程序。

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3.5 键盘服务程序

键盘采用查询的方式，采用独立式按键电路放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦有按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。流程图如图4.4所示。

图4.4 键盘服务程序流程图

恢复现场并中断返回键盘处理程序Y是否按下按键N初始化保护现场开始11

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第4章 系统设计与分析

4.1 系统原理图

图5.1系统总原理图

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+5v4.2 硬件仿真图 C1RP1130pX1CRYSTAL19XTAL1+5vU1+5v+5v+518XTAL230p9RST10uC2C3R920023456789R7RESPACK-810kR810kR1010kP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD73938373635343332+5R1600+5vPSENALEEA +5vR229303113 R610k12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.780C51P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD1011121314151617R3HEAT10kP2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A152122232425262728+－300LED-GREENR4COOL实时温度LED-GREEN设定温度LED-GREEN300LED-GR+5EvENU2R5R1110kR1210k+5v27.0VCCDQGND32110k本科生课程设计（论文） DS18B20

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第5章 课程设计总结

本次基于89C51单片机设计出租车计价器的设计，里程测量部分采用霍尔传感器A44E，完成里程的测量并将数据传送到单片机，掉电保护部分采用AT24C02设计掉电保护电路，实现数据在掉电情况下的存储，显示部分采用74HC164芯片驱动六位一体的LED数码管显示，各部分经过与单片机的数据传送与处理，实现出租车计价器的设计。

通过这次设计不仅学会了如何去查找相关资料，更重要的是通过查找资料和翻阅书籍学到了不少知识，扩大了知识面，提高了知识水平。巩固和提高了所学习的单片机的理论知识。在自己动手实践过程学会了许多课本上学习不到的知识，并且在实践中认识到自己在单片机学习中有很多不足的地方，真正认识到理论联系实际的重要性，为以后的学习和工作提供了很多有价值的经验。通过这次设计不仅增强了自己的动脑能力和动手能力，也提高了我思考问题、分析问题、解决问题的能力。

这次设计使我认真认识到完整、严谨、科学分析问题、解决问题的思想是多么的重要，只有拥有了科学的态度才能设计出有用的产品。另外通过本次设计，是我认识到自己理论知识的应用能力有很大的欠缺，需要在以后的学习中进一步提高。

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参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/33qw.html