【正文】 本科畢業(yè)論文(設(shè)計)題 目：基于單片機(jī)的公交車計價器的設(shè)計學(xué) 院： 自動化工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級： 2006級1班 姓 名： 指導(dǎo)教師： 2010年 6 月 8 日青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 基于單片機(jī)的公交車計價器的設(shè)計The Design of The Bus Meters Based on MCU摘 要針對于現(xiàn)在長線公交車計價器中分段計費(fèi)所存在的種種問題，本課題對公交車計價器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，新的設(shè)計理念是使公交車在行進(jìn)過程中，通過GPS或司機(jī)手動按鍵來對公交車進(jìn)行定位，使公交車每經(jīng)過一個站點，定位系統(tǒng)便將一個新的位置信號傳遞給與之連接的SPCE061A單片機(jī)中，通過單片機(jī)的程序控制，計價器將給出一個新的更合理的計價表，并且通過液晶顯示屏顯示出來，供乘客和司機(jī)參考。關(guān)鍵詞 計價器 GPS SPCE061A單片機(jī) 液晶顯示屏 AbstractTo deal with the problems of the segment charging in the busmeter system ,a refined bus meter is designed in order to locate the bus in processing through GPS or drivermanualbuttons. After the bus passes each station ,the position system will send a new location signal to the SPCE061A connected. Through the program control of the MCU , the bus meter will figure out a more reasonable pricing, and display for passengers and drivers for reference through LCD.Keywords meter GPS SPCE061A of MCU LCD 4目 錄前 言 1第1章 緒論 2 公交車計價器簡介 2 發(fā)展現(xiàn)狀 2 新方案的設(shè)計特點 2 發(fā)展前景 2 公交車計價器設(shè)計流程 3 多費(fèi)率收費(fèi)機(jī) 3 公交車計價器 3第2章 計價器中的硬件設(shè)計 5 SPCE061A單片機(jī) 5 總述 5 管腳介紹 5 SPCE061A的主要結(jié)構(gòu) 7 I/O接口設(shè)備 8 全球定位系統(tǒng)GPS 11 GPS組成 11 GPS定位原理 12 鍵盤接口 14 矩陣式鍵盤按鍵的識別 14 鍵盤的工作方式 15 液晶顯示屏 16 液晶顯示器簡介 16 液晶顯示模塊 17第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 20 程序總體設(shè)計 20 計價器的軟件設(shè)計概述 21 GPS工作過程 21 公交車計價器的原理簡述 22第4章 測試方法及調(diào)試 25 GPS定位及計價器測試 26結(jié)束語 28謝 辭 29參考文獻(xiàn) 30附 錄 31前 言隨著單片機(jī)功能集成化的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制，擴(kuò)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理（DSP，Digital Signal Procccssing）等領(lǐng)域。凌陽的16位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計的。它的CPU內(nèi)核采用凌陽最新推出的u’nSP(Microcontroller and Signal Proccssing)16位微處理器芯片（以下簡稱u’nSPTM）。圍繞u’nSPTM所形成的16位u’nSPTM系列單片機(jī)（以下簡稱u’nSPTM家族）采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以u’nSPTM內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM、和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。SPCE061A是繼u’nSPTM系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一個16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A里只內(nèi)嵌32K字的內(nèi)存(FLASH)以及較高的處理速度，這些使u’nSPTM能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。因此，與SPCE500A相比，以u’nSPTM為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語言識別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種經(jīng)濟(jì)的選擇。SPCE061A具有以下幾個特點 (1)體積小、集成度高、可靠性好且易于擴(kuò)展在SPCE061A把各功能部件模塊化地集成在1個芯片里，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，因而減少了各功能部件之間的連線，提高了其可靠性和抗干擾能力。另外，模塊化的結(jié)構(gòu)易于系列擴(kuò)展，以適應(yīng)不同用戶的需求。 (2)低功耗、低電壓SPCE061A采用CMOS制造工藝，同時增加了軟件激發(fā)的弱振方式、空閑方式和掉電方式，極大地降低了其功耗。另外，SPCE061A的工作電壓范圍大（ ～ V），能在低電壓時正常工作，且能用電池供電。這對于其在野外作業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用具有特殊的意義。 (3)高性能價格比SPCE061A片內(nèi)帶有高尋址能力的ROM、靜態(tài)RAM和多功能的I/O口。另外，凌陽科技CPU的指令系統(tǒng)提供出具有較高運(yùn)算速度的16位16位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，使得SPCE061A運(yùn)用在復(fù)雜的數(shù)字信號處理方面既很便利，又比專用的DSP芯片廉價。 (4)具有較強(qiáng)的中斷處理能力SPCE061A中斷系統(tǒng)支持10個中斷向量及10余個中斷源，適合實時應(yīng)用領(lǐng)域。 (5)功能強(qiáng)、效率高的指令系統(tǒng)SPCE061A的指令系統(tǒng),指令格式緊湊，執(zhí)行迅速。為縮短開發(fā)產(chǎn)品商品化的時間，指令結(jié)構(gòu)提供出對高級語言的良好支持。 第1章 緒論 公交車計價器簡介 發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前國內(nèi)外長線無人售票公交車“分段計費(fèi)”主要有兩種方法：第一種是按某些站為界固定分段計費(fèi)，如青島市321路以市政府站為界，過此站交2元否則交1元，若在市政府附近上車，即使乘坐距離很短也要交2元，顯然不合理。第二種方法上下車各刷一次卡，不僅不方便，高峰期人太擠乘客無法到下車刷卡處刷卡，忘記下車刷卡就會在下次刷卡時多扣很多錢，乘客會蒙受較大損失；該計費(fèi)方式只能刷卡不能投幣，忘帶卡或外地人無卡就不能乘車；對一家人由一人刷卡這種常見情況也無法處理。群眾對這兩種“分段計費(fèi)”的缺點意見較大，致使大量長線公交車放棄無人售票，仍在沿用人工售票。 新方案的設(shè)計特點本課題設(shè)計了一種長線公交車 “動態(tài)分段計費(fèi)”收費(fèi)系統(tǒng)，其特色是收費(fèi)合理，使用方便?？朔爽F(xiàn)有“分段計費(fèi)”的缺點，其創(chuàng)新點為該系統(tǒng)由“公交車計價器”與“多費(fèi)率收費(fèi)機(jī)”組成：使用“公交車計價器”計算票價，用電子屏給司機(jī)和乘客顯示“票價表”，司機(jī)及熟悉線路的乘客在1至3秒內(nèi)即可獲知應(yīng)付票價。由于每到一站“票價表”都會重新計算生成，可以有效解決固定分段產(chǎn)生的收費(fèi)不合理的問題。若分段收費(fèi)按1元、2元、3元扣費(fèi)，現(xiàn)有公交車收費(fèi)機(jī)一般只有一種扣費(fèi)率，如1元/次，交3元需刷卡3次，若乘客多將使上車時間大大延遲。為解決分段收費(fèi)的快速繳費(fèi)，設(shè)計了一種“多費(fèi)率收費(fèi)機(jī)”，具有幾個不同扣費(fèi)率的刷卡區(qū)，各種票價只需上車時在相應(yīng)刷卡區(qū)一次刷卡完成。 發(fā)展前景乘客用該系統(tǒng)繳費(fèi)可刷卡也可選擇投幣，既解決了固定分段收費(fèi)不合理的問題，也可避免上下車兩次刷卡帶來的諸多問題，配上相應(yīng)監(jiān)查制度，如不定期查票，逃票罰款等措施，能達(dá)到接近人工售票的效果，可替代人工售票，節(jié)省開支。目前一票制無人售票公交線路較短，有的乘客到達(dá)目的地要轉(zhuǎn)幾次車，解決分段計費(fèi)問題后有關(guān)部門就可以考慮延長線路， 方便乘客，節(jié)約時間和費(fèi)用。現(xiàn)在全國有1600多個縣市，以每市、縣市內(nèi)長線公交車加長途公交車平均有15條，每條線有8輛車計算，則有19萬輛車，如果使用“動態(tài)分段計費(fèi)”收費(fèi)系統(tǒng)能節(jié)省19萬售票員，可從事后勤及其他服務(wù)工作。除公交車，這種計價器也可應(yīng)用于其他需要分段收費(fèi)的領(lǐng)域，項目的實施可產(chǎn)生明顯的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。 公交車計價器設(shè)計流程公交車“動態(tài)分段計費(fèi)”收費(fèi)系統(tǒng)主要由“公交車計價器”與“多費(fèi)率收費(fèi)機(jī)”構(gòu)成，如圖1，由GPS或司機(jī)按鍵給出位置信號， 公交車計價器計算出票價送顯示器顯示，乘客根據(jù)票價在多費(fèi)率收費(fèi)機(jī)刷卡完成繳費(fèi)。顯示器GPS公交車計價器多費(fèi)率收費(fèi)機(jī) 公交車動態(tài)分段系統(tǒng) 多費(fèi)率收費(fèi)機(jī)多費(fèi)率收費(fèi)機(jī)的其特點是：設(shè)置了多個刷卡區(qū)，每個區(qū)用數(shù)碼管顯示該區(qū)扣費(fèi)率，用多費(fèi)率讀卡模塊實現(xiàn)多費(fèi)率扣費(fèi)。設(shè)置了語音電路，扣費(fèi)時報出扣費(fèi)值，供乘客確認(rèn)。設(shè)置了上位機(jī)接口將扣費(fèi)數(shù)據(jù)上傳。 公交車計價器公交車計價器設(shè)計原理圖見圖2，單片機(jī)根據(jù)GPS或司機(jī)按鍵給出的位置信號計算票價表，生成的票價表存于存儲器中并送顯示器顯示，該票價表在車行進(jìn)過程中不斷更新，以保證收費(fèi)合理。SPCE061AGPS鍵盤司機(jī)液晶顯示器乘客液晶顯示器 公交車計價器實現(xiàn)框圖 本課題主要是對公交車計價器進(jìn)行分析，多費(fèi)率收費(fèi)機(jī)這里將不再做說明，由上圖的公交車原理圖我們可以了解這次設(shè)計的計價器主要由SPCE61A單片機(jī)、GPS、鍵盤及液晶顯示器構(gòu)成，在下面的章節(jié)里將會一一對他們進(jìn)行解析。第2章 計價器中的硬件設(shè)計 SPCE061A單片機(jī) 總述SPCE061A是繼u’nSPTM系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一個16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A里只內(nèi)嵌32K字的內(nèi)存(FLAH)。極高的處理速度使u’nSPTM能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的而數(shù)字信號。不僅如此，SPCE061A更有以下優(yōu)點：1）它整合了多個常用的功能模塊，讓我們在進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的時候不用外加過多的硬件就可方面的完成一個系統(tǒng)的設(shè)計，這就是人們常說的SoC技術(shù)。2）耗電少，可以滿足很多手提設(shè)備、掌上設(shè)備低能耗的需求，低能耗也是電子技術(shù)一直在追求的一個目標(biāo)。3）可方便的用來實現(xiàn)錄制、播放，Midi音樂合成和語音識別，相比別的單片機(jī)比較有特色。4）可方面的完成一些列乘加的運(yùn)數(shù)，實現(xiàn)一些數(shù)據(jù)處理比較容易，別的單片機(jī)一般都不具備這種功能。5）芯片里具備在線仿真調(diào)試電路，使調(diào)試和程序下載更加方便，也把仿真器和燒錄器的成本節(jié)省下來了。正是因為這些優(yōu)點，所以計價器的設(shè)計才選擇了這種單片機(jī)類型。 管腳介紹SPCE061A有PLCC84和QFP80兩種封裝。封裝形式為PLCC84的共有8個引腳，其中包括空腳15個，其余管腳功能說明如表1所示。QFP80封裝的在引腳方面只是比PLCC84封裝的少了4個空腳。 SPCE061A管腳功能定義IOA0~IOA15I/O口Ａ，共16個IOB0~IOB15I/O口Ｂ，共16個OSCI振蕩器輸入。在石英晶振模式下，是石英元件的一個輸入腳OSCO振蕩器輸出。在石英晶振模式下，是石英元件的一個輸出腳RES_B復(fù)位輸入。若這個腳輸入低電平，會使得控制器被重置復(fù)位ICE_ENICE使能端，接在線調(diào)試器PROBE的使能腳ICE_ENICE_SCKICE時鐘腳，接在線調(diào)試器PROBE的時鐘腳ICE_SCKICE_SDAICE數(shù)據(jù)腳，接在線調(diào)試器PROBE的數(shù)據(jù)腳ICE_SDAPVIN程序保密設(shè)定腳PFUSE程序保密設(shè)定腳DAC1音頻輸出通道１DAC2音頻輸出通道２AGC２Ｖ參考電壓輸出腳OPI音頻輸入自動增益控制引腳MICOUTMicrophone第二運(yùn)放輸入腳MIINMicrophone第一運(yùn)放輸出腳MICPMicrophone的負(fù)向輸入腳VRTA/D轉(zhuǎn)換外部參考電壓輸入腳。它決定A/D轉(zhuǎn)換輸入電壓上限值。，則A/VCMADC參考電壓輸出腳VMICMicrophone電源SLEEP睡眠狀態(tài)指示腳當(dāng)CPU進(jìn)入睡眠狀態(tài)時，該腳輸出一個高電平VCP鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入XROMT、PVPP、XTEST出廠測試管腳，懸空即可VDDHI/O電平參考。該點輸入一個5V的參考電壓則I/O輸入輸出高電平為5VVDD（7腳）PLL鎖相環(huán)電源VSS(9腳)鎖相環(huán)地VSS（124腳）模擬地VSS（3450、62腳）數(shù)字地VDD（136腳）數(shù)字電源 SPCE061A的主要結(jié)構(gòu) SPCE061A配備了凌陽科技開發(fā)的最新的16位微處理器，其內(nèi)部含有8個寄存器，4個通用寄存器R1～R4，1個程序計數(shù)器PC，1個堆棧指針SP，1個基址指針BP，1個段寄存器SR，通用寄存器R3和R4結(jié)合組成一個32位寄存器MR，MR可以作為乘法運(yùn)算和內(nèi)積運(yùn)算的目標(biāo)寄存器。此外，SPCE061A有3個FIQ中斷和14個IRQ中斷，1個由指令控制的軟中斷。 SPCE061A擁有2 KB的SRAM，還有32 kb閃存FLASH ROM，可在ICE工作方式下被編程寫入或被擦除。對閃存設(shè)置保密設(shè)定后，其內(nèi)容將不能再通過ICE被讀寫，從而將程序保密。 (1)鎖相環(huán)（PLL）振蕩器PLL的作用為系統(tǒng)提供一個實時時鐘的基頻（32 768 Hz），然后將基基頻進(jìn)行倍頻， MHz， MHz， MHz， MHz。 MHz。 (2)系統(tǒng)時鐘其信號源為PLL振蕩器。系統(tǒng)時鐘頻率（Fosc）和CPU時鐘頻率（CPUCLK）可通過編程來控制。默認(rèn)的Fosc、CPUCLK分別為24576 MHz和Fosc/8。 (3)實時時鐘32 768 Hz實時時鐘通常用于鐘表、實時時鐘延時以及其他與時間相關(guān)類產(chǎn)品。SP