【正文】 模塊、語音播報、顯示模塊、DS1302模塊、鍵盤模塊和傳感器模塊；(3)介紹相關(guān)現(xiàn)代傳感技術(shù)，選擇出信號采集的最佳方案；(4)對A44E霍爾傳感器做簡明分析，并對其工作原理進行詳細(xì)的討論；(5)應(yīng)用LCD顯示技術(shù)，可查詢運行里程、起步價、等待時間和總金額；(6)詳細(xì)闡述出租車計價器的軟件設(shè)計，包括軟件設(shè)計的思想和任務(wù)，采用模塊化程序設(shè)計思想進行了各個模塊的程序設(shè)計。給出各個子程序模塊的流程圖，以及重要模塊的程序；(7)總結(jié)本次設(shè)計，詳細(xì)闡述出租車計價器的可靠性和方便性。2 多功能出租車計價器的硬件系統(tǒng)設(shè)計本章是本文的核心內(nèi)容，主要介紹的是系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計。設(shè)計采用了模塊化的設(shè)計方法，針對系統(tǒng)的工作原理和各個硬件模塊的原理和電路進行了具體的介紹，還對各種器件的選擇如傳感器做了詳細(xì)的分析。 總體設(shè)計思想與方案論證本章對出租車計價器的設(shè)計思想做了詳細(xì)介紹，并在設(shè)計思想的基礎(chǔ)上提出了三種出租車計價器的設(shè)計方案，并針對它們各自的工作原理和優(yōu)缺點進行了簡要分析。最終確定為采用以AT89C51單片機為核心部件，通過A44E霍爾傳感器檢測出租車運行里程，運用單片機實現(xiàn)液晶顯示的控制，脈沖的提取。同時完成整個出租車計價器信號的讀、寫處理的多功能出租車計價器設(shè)計方案。 設(shè)計思想多功能出租車計價器區(qū)別于我國以前普遍使用的計價器只具備單一的計量功能，針對目前客戶要求的提高，本設(shè)計對多功能出租車計價器應(yīng)該具有的功能提出以下設(shè)計思想。方案一：采用數(shù)字電子技術(shù)的出租車計價器系統(tǒng)采用數(shù)字電子技術(shù)，分為計程計數(shù)單元、計時單元、單價輸入單元、顯示單元、計算單元等全部由基本邏輯門和器件完成；利用555定時芯片構(gòu)成多諧振蕩器或者采用外圍的晶振電路作為時鐘脈沖信號，采用計數(shù)芯片對脈沖進行脈沖的計數(shù)與分頻，最后通過譯碼電路對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行譯碼，將譯碼所得的數(shù)據(jù)送給顯示模塊從而顯示。方案二：采用EDA技術(shù)的出租車計價器系統(tǒng)采用EDA技術(shù)，根據(jù)層次化設(shè)計理論，該設(shè)計問題自頂向下可分為分頻模塊，控制模塊 計量模塊、譯碼和動態(tài)掃描顯示模塊。其中分頻模塊是其他模塊的基礎(chǔ)，為后續(xù)模塊提供基本時鐘；控制模塊是系統(tǒng)的核心部分，對計價器的狀態(tài)進行控制；計量模塊完成計價、計時、計程功能；譯碼顯示模塊完成計價、計時、計程數(shù)據(jù)顯示，該模塊經(jīng)過8選1選擇器將計費數(shù)據(jù)、計時數(shù)據(jù)、計程數(shù)據(jù)動態(tài)選擇輸出。此方案是基于VHDL進行編程，實現(xiàn)出租車計價器的基本功能。方案三：采用單片機技術(shù)的出租車計價器系統(tǒng)通過單片機作為主控器，利用LM016L液晶屏顯示，結(jié)合單片機豐富的IO端口，及其控制的靈活性，實現(xiàn)基本的里程計價功能和價格選擇、時間顯示控制等功能。通過單片機最小系統(tǒng)模塊、供電模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、語音播報模塊、DS1302模塊和傳感器模塊組合實現(xiàn)出租車計價器的基本功能。 方案選擇通過各個方案的比較，本次采用方案三。采用AT89C51單片機芯片控制電路簡單且省去了很多復(fù)雜的線路，用其來實現(xiàn)一臺多功能出租車計價器，具有性能可靠、控制簡單，成本低廉、電路簡單易懂等特點。單片機方案有較大的活動空間，不但能實現(xiàn)所要求的功能而且能在很大的程度上擴展功能， 而且還可以方便的對系統(tǒng)進行升級， 所以選擇采用第三種方案。 實現(xiàn)功能(1)開機系統(tǒng)能顯示實時日期及時間，且通過按鍵能對日期及時間進行矯正。(2)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定了起步價和起步公里數(shù)。(3)系統(tǒng)具有白天和黑夜兩種計價模式，設(shè)定了不同的起步價和每公里單價，通過按鍵實現(xiàn)更換計價模式；白天模式起步價為8元，；黑夜模式起步價為10元，3公里后每1公里2元。(4) 啟動后，開始計價，計價因素包括運行里程和等待時間，當(dāng)汽車行駛未滿起步公里數(shù)時，均按起步價計算，超過起步公里數(shù)后，實現(xiàn)超出部分每公里按單價收費；中間遇等待時，計程的數(shù)額將不再增加，開始計時收費，等待3分鐘后，；最后測距收費和計時收費之和為總車費。(5) 在運行過程中會實時顯示出租車的運行里程、等待時間及總價格；且工作時會顯示實時時間。 主系統(tǒng)設(shè)計本文設(shè)計原則是在低功耗的前提下，以控制芯片AT89C51為核心，通過A44E霍爾傳感器檢測運行里程數(shù)，運用單片機實現(xiàn)液晶顯示的控制，脈沖的提取。完成整個出租車計價器信號的讀、寫處理，監(jiān)控計價器工作的功能。硬件系統(tǒng)包括單片機最小系統(tǒng)模塊、供電模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、語音播報、DS1302時鐘模塊和傳感器模塊。出租車計價器系統(tǒng)的設(shè)計總體方案硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。本次設(shè)計多功能出租車計價器，采用AT89C51單片機芯片控制電路。單片機控制電路簡單且省去了很多復(fù)雜的線路，使得電路簡明易懂。利用DS1302時鐘芯片為單片機實時提供時鐘信息；且可使用鍵盤上的按鍵來調(diào)整設(shè)置系統(tǒng)日期及時間的顯示；利用LM016L液晶來顯示系統(tǒng)日期時間，通過按鍵選擇白天/晚上模式，系統(tǒng)判斷按鍵默認(rèn)起步價和每公里單價。；利用安裝在車輪上的A44E霍爾傳感器檢測汽車行進的公里數(shù)，并產(chǎn)生一系列相應(yīng)的脈沖輸出，脈沖送到單片機進行處理，從而得到相關(guān)數(shù)據(jù)由LM016L液晶顯示出來。在出租車運行過程中同步顯示實時時間、運行里程、等待時間和總價格等信息，出租車停止運行后計算并顯示運行總費用。圖1 多功能出租車計價器設(shè)計總體方案硬件結(jié)構(gòu)圖 單片機最小系統(tǒng)微處理器是本設(shè)計中的核心器件。我們一般都選用單片機來進行控制。根據(jù)單片機的CPU是否有合適的處理能力、是否有系統(tǒng)所需要的I/O端口數(shù)、是否含有系統(tǒng)所需的中斷源和定時器、片內(nèi)是否有系統(tǒng)所需的外接口等多個方面的綜合考慮，本設(shè)計中選用AT89C51單片機來實現(xiàn)，其具有電源電壓適應(yīng)范圍寬、抗干擾能力和驅(qū)動能力強、價格便宜等特點，適用于本次設(shè)計的各種要求。單片機最小系統(tǒng)模塊即控制模塊，在本次設(shè)計中主要用于對按鍵信號的接受和處理以及控制液晶顯示處理完之后的信息。 按鍵模塊的設(shè)計本出租車計價器在電路設(shè)計中共采用了六個按鍵和兩個開關(guān)，按鍵SSSSSS6，包括：暫停鍵、選擇調(diào)整時間光標(biāo)右位鍵、選擇調(diào)整時間光標(biāo)左位鍵、時間調(diào)整加一鍵、時間調(diào)整減一鍵、退出時間設(shè)置鍵，開關(guān)KK2，其功能分別：啟動/復(fù)位計費運行鍵、白天/晚上狀態(tài)鍵。這八個鍵其中S1連在I/，S2S6這5個鍵依次連在I/O()口線上，K說明它們可以獨立實現(xiàn)相應(yīng)的功能。I/O口線通過按鍵與地直接相連，六個按鍵中任一鍵在沒有被按下時,對應(yīng)I/O口的引腳都為高電平，一旦有按鍵被按下，相應(yīng)的I/O口就變?yōu)榈碗娖?。在編程環(huán)節(jié)中就是通過相應(yīng)I/O口是否有電平變化（在一定的時間范圍內(nèi)）來識別是否有鍵按下。鍵盤輸入電路如圖2所示。圖2 鍵盤電路 顯示模塊的設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示器是數(shù)碼管顯示器（LED）、液晶顯示器(LCD)。這兩種顯示器可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)。它們的驅(qū)動電路簡單、易于實現(xiàn)且價格低廉。本次設(shè)計中的出租車計價器需要顯示的內(nèi)容主要有：系統(tǒng)日期時間，運行里程及運行時間、等待時間和總價格等相關(guān)信息，同時顯示的日期和時間內(nèi)容還可由用戶自己矯對調(diào)節(jié)。這樣顯示的內(nèi)容包括數(shù)字和符號，但是由于出租車計價器需要顯示的符號不多且固定不變，所以本次設(shè)計將要顯示的符號固定在液晶片上的某些位置，通過運行不同的程序點亮其中的一些符號，同時配合數(shù)字的變化來顯示不同的信息。由以上分析可知，使用液晶顯示屏就可以滿足要求。本設(shè)計選用Proteus中LM016L芯片仿真。LM016L液晶模塊采用控制器是HD44780，它具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符閃爍、移動等功能，LM016L與單片機MCU相接可采用4位或8位并行傳輸兩種方式，HD44780控制器有兩個8位寄存器、數(shù)據(jù)寄存器（DR）或指令寄存器（IR）、判忙標(biāo)志（BF）、顯示數(shù)RAM（DDRAM）、字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）、字符發(fā)生器RAM（CGRAM）以及地址計數(shù)器RAM(AC)。IR是用于寄存指令碼，只能寫入但是不能讀出，DR則用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作能夠自動寫字符發(fā)生器RAM和字符發(fā)生器RAM,或者暫時儲存從字符發(fā)生器RAM和字符發(fā)生器RAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊屬于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作的指令和接受數(shù)據(jù)，顯示數(shù)RAM是用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，字符發(fā)生器ROMA由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*，LM016L液晶模塊原理圖如圖3所示。圖3 LM016L原理圖在對液晶顯示模塊硬件進行調(diào)試的時候必須注意正確的接線，特別是電源的正負(fù)接線不能有錯，否則將會燒壞電路芯片。LM016L的各引腳功能如表1所示。引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接負(fù)電源時對比度最高。（對比度如果過高就會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過10K的電位器調(diào)整對比度）4RSRS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。6EE端為使能端，下降沿使能。7DB0底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位 （最低位)8DB1底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10DB3底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12DB5高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13DB6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位(最高位)表1 液晶12864引腳功能表 注意：實際液晶顯示芯片LM016L內(nèi)部D0D7已有上拉電阻，可以使用單片機AT89C51芯片的P0口直接驅(qū)動。但在Proteus的仿真里面該芯片內(nèi)部沒有上拉電阻,應(yīng)該人為加上拉電阻。建議不要使用排阻，使用普通電阻一個一個的拉才能達到我們需要的效果！ A44E霍爾傳感器檢測單元的設(shè)計A44E是一種開關(guān)型的霍爾器件，它的工作電壓范圍比較寬（～18V），輸出的信號符合TTL電平標(biāo)準(zhǔn)，可以直接連接到單片機的IO 端口上，而且它的最高檢測頻率可以達到1MHZ。霍爾傳感器A44E由穩(wěn)壓器、差分放大器、霍耳電勢發(fā)生器(即硅霍耳片)、OC門輸出和施密特觸發(fā)器五個基本部分組成。 在輸入端輸入電壓VCC，經(jīng)過穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后再加到霍爾傳感器發(fā)生器的兩端，按照相應(yīng)的原理，霍爾片處在磁場中的時候，在垂直于磁場的方向通給電流，就會在和這二者相垂直的方向上產(chǎn)生霍爾電勢差VH的輸出，該電勢差信號經(jīng)過放大器對它放大后發(fā)送到施密特觸發(fā)器中進行整形，使它成為方波再送到OC門輸出。當(dāng)施加的磁場達到設(shè)計工作點時，觸發(fā)器輸出的高電壓讓三極管導(dǎo)通，此時OC門輸出端再輸出低電壓，三極管截止，讓OC門輸出高電壓的這種狀態(tài)為關(guān)。這樣的兩次電壓變換，就完成了霍爾開關(guān)一次開關(guān)動作。 計價器設(shè)計中的路程計算是依靠安裝在車輪上的霍爾傳感器檢測脈沖信號，再將脈沖信號傳送到單片機使其產(chǎn)生中斷，單片機再根據(jù)所編寫的程序設(shè)定，計算出相應(yīng)的行駛里程。其霍爾傳感器的原理如圖4所示。圖4 傳感器測距示意圖 實時時鐘電路設(shè)計 DS1302功能 DS1302是一款能計算年、月、日、時、分、秒還有閏年調(diào)整能力的芯片。DS1302芯片的電壓工作范圍比較窄（～），,小于300nA，可選工業(yè)級溫度范圍40℃到+85℃。它通過內(nèi)含有實時時鐘/日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM，通過簡單的串行接口與單片機進行通信。DS1302芯片可以根據(jù)表面裝配選擇8腳DIP封裝或8腳SIOC封裝；這款芯片能對每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)自動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM 的指示來決定采用24小時制還是12小時制。DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需用到三個口線：RES 復(fù)位、I/O 數(shù)據(jù)線和SCLK（串行時鐘）。時鐘RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)乃至多達31個字節(jié)的字符組方式進行通信。DS1302芯片工作時功耗低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時的功率小于1MW。對VCC1有可選的涓流充電能力，雙電源管用于主電源和備份，電源供應(yīng)備份，電源管腳可由電池或大容量電容輸入。 DS1302特性 DS1302時鐘芯片是由芯片DS1202改進而來的，兩者對比它增加了以下幾個特性：雙電源引腳用于主電源和備份電源的供應(yīng)，VCC1為可編程的涓流充電電源，附加了七個字節(jié)存儲器。它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于便攜式儀器、電話、傳真以及對電池供電的相關(guān)儀器等產(chǎn)品領(lǐng)域。實時時鐘屬于出租車計價器的輔助功能，對實時系統(tǒng)的精度要求沒有其他產(chǎn)品那樣嚴(yán)格，所以選擇了DALLAS公司的一款時鐘芯片DS1302，涓流充電時鐘芯片內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷、31字節(jié)的靜態(tài)RAM，它還可以通過簡單的三個串行接口（SPI串行接口）與單片機實現(xiàn)用同步串行的方式進行通信。原理圖如圖5所示。圖5 DS1302時鐘電路原理圖 DS3102各引腳功能VCC1:主電源；VCC2：備份電源；當(dāng)VCC2VCC1+，由Vcc2向DS1302供電當(dāng)VCC2 VCC1時，由Vcc1向DS1302供電。SCLK：串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出；I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線；CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯或提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā? 多功能出租車計價器的軟件系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計采用了結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計方法進行C語言編程。主要由主程序、顯示程序、鍵盤程序、存儲讀寫程序、外部中斷0子程序、外部中斷1子程序、測量及計算程序等模塊組成。各部分作了詳細(xì)的流程圖，具體程序請見附錄一。 設(shè)計課題使用單片機資源的情況設(shè)計課題使用單片機資源情況如下：AT89S52單片機的P0口通過上拉電阻接LM016L液晶顯示的數(shù)據(jù)線，防止電路受到干擾，從而增加電路的穩(wěn)定性。P1口接DS1302時鐘芯片的引腳以便實時更新時鐘信息以