【正文】 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄前 言 1第一章 出租車計(jì)價(jià)器概述 2第一節(jié) 出租車計(jì)價(jià)器的發(fā)展歷史及趨勢(shì) 2第二節(jié) 出租車計(jì)價(jià)器現(xiàn)狀 3第三節(jié) 本章小結(jié) 4第二章 設(shè)計(jì)方案論證 5第一節(jié) 設(shè)計(jì)要求 5第二節(jié) 基本功能 5一、計(jì)費(fèi)功能 6二、顯示功能 6三、鍵盤調(diào)節(jié)功能 6第三節(jié) 方案論證及比較 7第四節(jié) 本章小結(jié) 8第三章 硬件設(shè)計(jì) 9第一節(jié) 單片機(jī)的介紹 9第二節(jié) 52單片機(jī)最小系統(tǒng) 10一、 電源穩(wěn)壓電路 11二、 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 12三、 復(fù)位電路 13四、 鍵盤電路 13第三節(jié) 里程計(jì)算的設(shè)計(jì) 15一、 霍爾傳感器介紹 15二、 里程測(cè)量及計(jì)價(jià)部分的設(shè)計(jì) 17第四節(jié) 顯示模塊的設(shè)計(jì) 17第五節(jié) 本章小結(jié) 19第四章 軟件設(shè)計(jì) 20第一節(jié) 程序模塊分類 20第二節(jié) 主程序模塊 21第三節(jié) 里程計(jì)數(shù)中斷程序 23第四節(jié) 中途等待服務(wù)程序 24第五節(jié) 顯示服務(wù)子程序 26第六節(jié) 鍵盤服務(wù)程序 27第七節(jié) 本章小結(jié) 29第五章 模擬汽車車輪設(shè)計(jì) 30第一節(jié) 電機(jī)簡介 30一、 步進(jìn)電機(jī)工作原理簡介 30二、 ULN2003電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 30第二節(jié) 模擬車輪實(shí)物展示 31第三節(jié) 本章小結(jié) 32第六章 系統(tǒng)調(diào)試 33第一節(jié) 軟件調(diào)試 33第二節(jié) 硬件調(diào)試 35第三節(jié) 本章小結(jié) 38結(jié) 論 39致 謝 40參考文獻(xiàn) 41附 錄 43一、英文原文 43二、英文翻譯 49三、工程設(shè)計(jì)圖紙 54四、源程序 56 71 前 言出租車行業(yè)在我國是八十年代初興起的一項(xiàng)新興行業(yè)，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，出租汽車已成為城市公共交通的重要組成部分。出租汽車計(jì)價(jià)器是一種能根據(jù)乘客乘坐汽車行駛距離和等候時(shí)間的多少進(jìn)行計(jì)價(jià)，并直接顯示車費(fèi)值的計(jì)量器具。計(jì)價(jià)器是出租汽車的經(jīng)營者和乘坐出租汽車的消費(fèi)者之間用于公平貿(mào)易結(jié)算的工具，因而計(jì)價(jià)器計(jì)價(jià)準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到經(jīng)營者和消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)利益。依據(jù)國家有關(guān)法律、法規(guī)，出租汽車計(jì)價(jià)器是列入國家首批強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具之一，也是近年來國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門強(qiáng)化管理的六類重點(diǎn)計(jì)量器具之一。最早的計(jì)價(jià)器全部采用機(jī)械齒輪結(jié)構(gòu)，只能完成簡單的計(jì)程功能，可以說早期的計(jì)價(jià)器就是一個(gè)里程表。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了第二代計(jì)價(jià)器。它采用了手搖計(jì)算機(jī)與機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了半機(jī)械半電子化。此時(shí)它在計(jì)程的同時(shí)還可以完成計(jì)價(jià)的工作。大規(guī)模集成電路的發(fā)展又產(chǎn)生了第三代計(jì)價(jià)器，也就是全電子化的計(jì)價(jià)器。，現(xiàn)代出租車計(jì)價(jià)器的模型也就基本具備了，它可以完成計(jì)程，計(jì)價(jià)，顯示等基本工作。同時(shí)，單片機(jī)以及外圍芯片的不斷發(fā)展促進(jìn)了計(jì)價(jià)器的發(fā)展。目前市場上有很多種款式的計(jì)價(jià)器，功能齊全，品種豐富，但是價(jià)格一直高居不下，而這種情況與科技發(fā)展帶來的優(yōu)點(diǎn)背道而馳了，因此一款低成本的計(jì)價(jià)器不僅是科技發(fā)展的趨勢(shì)，同時(shí)也是市場的迫切需求。要設(shè)計(jì)一個(gè)合理的出租車計(jì)價(jià)器，就要同時(shí)兼顧消費(fèi)者和司機(jī)兩方面。消費(fèi)者關(guān)心計(jì)價(jià)的精確性，司機(jī)關(guān)心的是計(jì)價(jià)器的成本、實(shí)用特性。因此本設(shè)計(jì)STC89C52為核心，設(shè)計(jì)一款能實(shí)時(shí)顯示消費(fèi)金額、單價(jià)、里程、等待時(shí)間等功能的出租車計(jì)價(jià)器，并且具有簡單、易操作、低成本等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)就是在滿足消費(fèi)者和司機(jī)的要求的基礎(chǔ)上，力求低成本、易操作。在后面的章節(jié)中將具體講解本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路、方案選擇、設(shè)計(jì)原理、軟硬件設(shè)計(jì)和軟硬件調(diào)試等。 第一章 出租車計(jì)價(jià)器概述第一節(jié) 出租車計(jì)價(jià)器的發(fā)展歷史及趨勢(shì)出租車作為公共交通工具的一員，在經(jīng)歷了公交車、三輪車繁盛的時(shí)代后，在八十年代初登上了我國交通工具的舞臺(tái)。而重慶起重機(jī)廠是當(dāng)時(shí)我國首個(gè)生產(chǎn)應(yīng)用于出租車的計(jì)價(jià)器的公司，在當(dāng)時(shí)令很多人耳目一新，這一突出成績也預(yù)示著出租車這一行業(yè)的興起。早期的出租車計(jì)價(jià)器是基于我國的機(jī)械技術(shù)制作的，能夠?qū)囕v行使的里程進(jìn)行測(cè)量，僅僅相當(dāng)于一個(gè)里程表。隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出租車計(jì)價(jià)器經(jīng)過時(shí)間的洗滌，在功能上也不斷完善，擺脫了以前的粗笨、繁瑣。隨著單片機(jī)的出現(xiàn)并應(yīng)用于計(jì)價(jià)器后，極大地推動(dòng)了計(jì)價(jià)器的發(fā)展，現(xiàn)代出租車計(jì)價(jià)器的模型也就基本具備了，外觀小巧、靈活，操作方便。它不僅可以完成計(jì)程、計(jì)價(jià)、顯示等基本工作，同時(shí)也為以后的各種外圍芯片相關(guān)的技術(shù)融合奠定了基礎(chǔ)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、人民生活水平的提高以及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們?cè)谕獬龉ぞ哌x擇上更加具有時(shí)代特征。上世紀(jì)由于國民并不是很富裕，很多人外出選擇公交車，但是比較擁擠，環(huán)境又不好。到20世紀(jì)前后時(shí)間，大家都有了自己的交通工具，不管是自行車、機(jī)動(dòng)車等，夠多的是燃油車輛，因此有了更多的選擇。但是伴隨著車輛燃油對(duì)空氣的污染，現(xiàn)在的人們更加注重環(huán)保，都更加傾向于公共交通工具，這時(shí)出租車的優(yōu)點(diǎn)就逐漸顯現(xiàn)出來，在隨后的這些年出租車已經(jīng)成為城市公共交通的重要組成部分。因此出租車計(jì)價(jià)器的重要性也就不言而喻了。在出租車逐步成為城市交通的重要組成部分的同時(shí)，行業(yè)健康和發(fā)展也獲得越來越多的關(guān)注。因此，一款讓消費(fèi)者放心、司機(jī)們省心的計(jì)價(jià)器在計(jì)價(jià)器發(fā)展的幾十年間一直困擾著無數(shù)設(shè)計(jì)人員。從出租車計(jì)價(jià)器的發(fā)展史我們不難看出，科技不停進(jìn)步，計(jì)價(jià)器也是不斷發(fā)展，但是全電子化的計(jì)價(jià)器已是當(dāng)下發(fā)展的趨勢(shì)，基于單片機(jī)的出租車計(jì)價(jià)器以其操作簡單、成本低，更加贏得了市場的青睞。 第二節(jié) 出租車計(jì)價(jià)器現(xiàn)狀現(xiàn)在的出租車計(jì)價(jià)器處在一個(gè)新的水平，即以單片機(jī)為核心的計(jì)價(jià)器。隨著單片機(jī)技術(shù)不斷成熟及普及，同時(shí)單片機(jī)性能不斷提高而價(jià)格卻不斷下降，使得單片機(jī)控制技術(shù)廣泛的應(yīng)用于出租車計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)當(dāng)中。目前市場上流行的單片機(jī)很多，比如51系列的89C589C589C53芯片等等，內(nèi)部存儲(chǔ)空間達(dá)到了4KB、8KB以及12KB的等，這些很容易滿足較為復(fù)雜設(shè)計(jì)。當(dāng)然還有其他種類的單片機(jī)，根據(jù)不同公司，種類繁多，比如AT、Philips、Intel、STC等等[1]，可供設(shè)計(jì)人員隨意選擇。伴隨著單片機(jī)的發(fā)展，其外圍芯片技術(shù)也不斷發(fā)展，使得計(jì)價(jià)器的功能進(jìn)一步增強(qiáng)，產(chǎn)生了許多附加功能。比如：①LCD顯示器的應(yīng)用：液晶顯示器的應(yīng)用，使得消費(fèi)信息，如單價(jià)、里程、消費(fèi)金額、等待時(shí)間等同時(shí)顯示在了液晶顯示器上，使乘客一目了然。②語音芯片的應(yīng)用：在計(jì)價(jià)器工作過程中，能實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)交流，更加具有人性化。③掉電保護(hù)芯片的應(yīng)用：就像是一個(gè)“黑匣子”，使得計(jì)價(jià)器在遇到電源問題時(shí)能夠及時(shí)的把當(dāng)前的工作信息存儲(chǔ)起來，等電源恢復(fù)正常工作后系統(tǒng)能提取之前保存的信息，使得系統(tǒng)正常工作。使得計(jì)價(jià)器的系統(tǒng)更加完備。④還有就是時(shí)鐘芯片的應(yīng)用：做成萬年歷的形式，給乘客和司機(jī)提供時(shí)間。這些附加功能的使用，大大的豐富了計(jì)價(jià)器的形式，使得計(jì)價(jià)器更加人性化、多樣化。21世紀(jì)以來，我國車輛的大規(guī)模增加，也在一定程度上增加環(huán)境污染的程度，與此同時(shí)交通更加擁堵。而作為公共交通工具一員的出租車也變的愈發(fā)重要，能在一定程度上為環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)，值得推廣。各種各樣的計(jì)價(jià)器也隨著科技水平的發(fā)展而迅速發(fā)展。因此設(shè)計(jì)一款在出租車行業(yè)得到大家認(rèn)可的計(jì)價(jià)器有著重要的意義。第三節(jié) 本章小結(jié)本章主要是對(duì)出租車計(jì)價(jià)器的發(fā)展歷史的回顧和現(xiàn)階段發(fā)展的狀況進(jìn)行了一個(gè)簡單的敘述。這樣能夠在研究本課題之前對(duì)它有一個(gè)大體的了解。最后通過對(duì)本課題設(shè)計(jì)題目的分析以及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了大體的分析，確定了各個(gè)主要模塊，對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了總體的概括，厘清了設(shè)計(jì)思路，為后面計(jì)價(jià)器的方案選擇、軟硬件部分的設(shè)計(jì)做好了鋪墊。第二章 設(shè)計(jì)方案論證第一節(jié) 設(shè)計(jì)要求出租車計(jì)價(jià)器已經(jīng)在我國發(fā)展了幾十年，各方面技術(shù)也已經(jīng)相當(dāng)成熟。在對(duì)本次設(shè)計(jì)講解前，需要對(duì)本次設(shè)計(jì)的各種要求理解到位，從而避免偏題、跑題。本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)和任務(wù)以指導(dǎo)老師公布的任務(wù)書為準(zhǔn)，即根據(jù)乘客乘坐距離和等候時(shí)間進(jìn)行計(jì)價(jià)，并在行駛中同步顯示消費(fèi)的費(fèi)用，進(jìn)而設(shè)計(jì)一款能合理計(jì)費(fèi)的計(jì)價(jià)器。通過對(duì)本設(shè)計(jì)要求的理解，本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的都是計(jì)價(jià)器的最基本的功能。主要是對(duì)里程計(jì)價(jià)和等待時(shí)間計(jì)價(jià)兩個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，其他情況便可通過鍵盤處理模塊來補(bǔ)充。具體講解會(huì)在下面幾節(jié)具體講解。第二節(jié) 基本功能從設(shè)計(jì)要求來看，此次課題設(shè)計(jì)的出租車計(jì)價(jià)器的主要功能有：里程計(jì)價(jià)、等待計(jì)價(jià)、計(jì)價(jià)暫停、單價(jià)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)復(fù)位、路程顯示、單價(jià)顯示、消費(fèi)顯示、等待時(shí)間顯示等等。系統(tǒng)大體運(yùn)行過程是當(dāng)按下開始和確定按鍵后，測(cè)距傳感器即A44E霍爾傳感器會(huì)開始采集車輪轉(zhuǎn)的圈數(shù)，然后把數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)處理，進(jìn)行里程計(jì)價(jià)。若車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，單片機(jī)會(huì)進(jìn)行延時(shí)檢測(cè)，當(dāng)確認(rèn)車輪靜止后，等到一段時(shí)間，進(jìn)行記錄等待時(shí)間，等待計(jì)價(jià)。等待計(jì)價(jià)是利用系統(tǒng)自帶的計(jì)時(shí)器T0進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)滿足等待計(jì)價(jià)要求時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在消費(fèi)金額上加上等待計(jì)價(jià)的部分，同時(shí)把等待時(shí)間、消費(fèi)總金額、單價(jià)、里程等信息實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示屏上，進(jìn)行人機(jī)交流。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，現(xiàn)把主要功能列述如下：一、計(jì)費(fèi)功能費(fèi)用的計(jì)算按照里程和等待時(shí)間進(jìn)行收費(fèi)。，并且還可以根據(jù)不同情況可進(jìn)行單價(jià)調(diào)整。①當(dāng)里程=3Km時(shí)，根據(jù)白天或夜晚的起步價(jià)進(jìn)行收費(fèi)[2]；②當(dāng)里程3Km時(shí)，按白天或夜晚的單價(jià)（白天2元，夜晚3元）收費(fèi)，并且本設(shè)計(jì)的單價(jià)可通過鍵盤進(jìn)行調(diào)節(jié)；③等待累計(jì)時(shí)間5min時(shí)。當(dāng)?shù)却龝r(shí)間在5min之內(nèi)時(shí)不進(jìn)行計(jì)費(fèi)。二、顯示功能采用LCD1602作為顯示裝置，LCD1602體積小，畫面清晰[3]，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的外觀有很好的加分作用。LCD的選擇在后面的方案論證上會(huì)確定。①顯示行駛里程：顯示方式為“S：”，測(cè)量范圍為0999Km。②顯示單價(jià)：顯示方式為“P：”，單位為元，；③顯示等候時(shí)間：顯示方式為“W：000”；單位為min，計(jì)時(shí)范圍為0999min，精確到1min；④顯示總費(fèi)用：顯示方式為“P：”,單位為y即元。計(jì)價(jià)范圍為09999元。三、鍵盤調(diào)節(jié)功能鍵盤部分負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不同的控制，同時(shí)對(duì)一些額外功能的補(bǔ)充。①能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)計(jì)價(jià)器的運(yùn)行暫?？刂?，這樣不僅能夠完成計(jì)價(jià)器的基礎(chǔ)功能，同時(shí)暫停作用用來乘客結(jié)賬時(shí)，用來查驗(yàn)，符合乘客要求。②能夠?qū)τ?jì)價(jià)器的里程單價(jià)進(jìn)行調(diào)整，這樣可以方便司機(jī)在白天和夜晚進(jìn)行單價(jià)轉(zhuǎn)換，同時(shí)遇特殊情況進(jìn)行單價(jià)調(diào)整。②能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)白天、夜晚起步價(jià)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)中應(yīng)該通過實(shí)時(shí)時(shí)鐘對(duì)其進(jìn)行控制。第三節(jié) 方案論證及比較通過對(duì)本設(shè)計(jì)的了解以及所學(xué)知識(shí)的水平，在本設(shè)計(jì)的方案論證上，提出了兩種符合當(dāng)前計(jì)價(jià)器發(fā)展趨勢(shì)的方案，即采用數(shù)字電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)，每一種都有其他點(diǎn)，現(xiàn)詳述如下。方案一：鑒于對(duì)數(shù)字電路的知識(shí)的了解，可以采用數(shù)字電子技術(shù)來設(shè)計(jì)一款簡易計(jì)價(jià)器，該方案的流程框圖如圖231所示。里程信號(hào)檢測(cè)器行程里程計(jì)數(shù)器等待時(shí)間計(jì)數(shù)器起步價(jià)里程單價(jià)計(jì)數(shù)器10min單價(jià)計(jì)數(shù)器 譯 碼 顯 示 器 求 和 總 費(fèi) 計(jì) 數(shù) 器 數(shù) 據(jù) 鎖 存 器圖 231 基于數(shù)電技術(shù)的計(jì)價(jià)器結(jié)構(gòu)圖這種方法是利用數(shù)字電路技術(shù)中的555定時(shí)芯片結(jié)構(gòu)或外圍的晶振電路作為整個(gè)電路的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，然后采用能夠計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)芯片對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后通過譯碼器組成的譯碼電路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，將譯碼所得的數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管進(jìn)行顯示[3]。這種方法原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)。但是處理數(shù)據(jù)的能力有限，顯示部分之也只能簡單地顯示一些簡單的數(shù)字。本設(shè)計(jì)需要顯示30個(gè)字符，而每個(gè)數(shù)碼管只能顯示一個(gè)字符，若全部顯示出設(shè)計(jì)要求的字符，則整個(gè)設(shè)計(jì)的硬件電路的體積會(huì)大了很多，雖然每個(gè)數(shù)碼管的成本比較低，但30個(gè)數(shù)碼管便不利于節(jié)約成本了。同時(shí)本系統(tǒng)還要額外添加555定時(shí)芯片的成本，另一方面利用555定時(shí)芯片產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)的精度牽涉到外設(shè)電容及環(huán)境溫度的影響，容易產(chǎn)生誤差，不容易掌控，需要時(shí)間去驗(yàn)證，太過麻煩。方案二：采用單片機(jī)技術(shù)，方案圖如圖232所示。鑒于當(dāng)前單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及技術(shù)的逐漸成熟，采用單片機(jī)作為核心處理器，STC89C52單片機(jī)擁有8KB的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，能夠滿足本設(shè)計(jì)的要求。利用LCD1602液晶顯示器作為顯示裝置，體積小，外觀清晰。電源電路采用LM78L05芯片設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路，實(shí)現(xiàn)12V到5V的轉(zhuǎn)換[4]，并且此芯片成本比較低?；魻杺鞲衅鳒y(cè)距部分是利用A44E霍爾傳感器設(shè)計(jì)傳感器模塊，簡單，方便。同時(shí)采用外部晶振作為時(shí)鐘脈沖觸發(fā)設(shè)備，通過對(duì)按鍵部分的設(shè)計(jì)。達(dá)到方便控制計(jì)價(jià)器的目的。鍵盤控制里程傳感器掉電保護(hù)啟動(dòng)開關(guān)AT89C52單片機(jī) LCD1602總價(jià)amp。里程顯示圖 232 基于單片機(jī)的計(jì)價(jià)器結(jié)構(gòu)圖通過對(duì)以上兩種方案的比較，方案二的設(shè)計(jì)比較符合設(shè)計(jì)要求，具有性價(jià)比高，控制簡單的特點(diǎn)，因此選擇以方案二即以單片機(jī)為核心方案進(jìn)行本次設(shè)計(jì)。第四節(jié) 本章小結(jié)本章主要講述了設(shè)計(jì)方案的選擇問題。通過對(duì)題目及要求的分析，知道本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的計(jì)費(fèi)功能、顯示功能、鍵盤控制等，結(jié)合現(xiàn)階段計(jì)價(jià)器發(fā)展趨勢(shì)，提出了兩種不同的設(shè)計(jì)方案。通過對(duì)性價(jià)比、操作簡單性以及可行性等因素的分析，進(jìn)而確定適合本設(shè)計(jì)的方案即是以單片機(jī)為核心的第二種方案。第三章 硬件設(shè)計(jì)第一節(jié) 單片機(jī)的介紹硬件的設(shè)計(jì)核心部分是單片機(jī)型號(hào)的選擇。目前市場上廣泛應(yīng)用的STC89C52芯片有雙列直插式（DIP）、貼片式兩種封裝方式。這款新片具有8KB的內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間[5]，能充分滿足應(yīng)本設(shè)計(jì)的要求，并且我們選用DIP封裝的。同時(shí)這款單片機(jī)與其他很多公司生產(chǎn)的很多芯片在引腳及功能上兼容，并且在平時(shí)購買的開發(fā)板上都會(huì)自帶，便于軟件部分的設(shè)計(jì)以及后續(xù)的軟件仿真。STC89C52引腳圖如圖311所示。圖311 STC89C52引腳圖