【正文】 1 第一章 緒論 出租車計(jì)價(jià)器的研究背景及意義 研究背景 當(dāng)今社會(huì)， 隨著生活水平的 日益 提高， 衣食住的享受已不能滿足人們的需求 ，出行的舒適 度 已受到越來(lái)越多人的關(guān)注。于是，出租車行業(yè)以低價(jià)高質(zhì)的服務(wù)給人們帶來(lái)了出行的享受 ，所以越來(lái)越受到廣大群眾的歡迎。 我國(guó)在 70 年代開(kāi)始出現(xiàn)出租車，但那時(shí)的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)大都是國(guó)外進(jìn)口不但不夠準(zhǔn)確，價(jià)格還十分昂貴。 重慶市起重機(jī)廠 是 我國(guó)的第一家生產(chǎn)計(jì)價(jià)器企業(yè)，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(jiǎn)單的計(jì)程功能 。 可以 這么 說(shuō) ， 早期的計(jì)價(jià)器就是一個(gè)里程表 ，并且， 總存在著買賣 糾紛 等各種問(wèn)題 困擾著行業(yè)的發(fā)展。而 改良出租車計(jì)價(jià)器是 在出租車行業(yè)中解決這一矛盾的 最好方法， 用更加精良的計(jì)價(jià)器來(lái)為乘客提供更加 優(yōu)質(zhì) 的服務(wù)。 隨著改革開(kāi)放日益深入，出租車行業(yè)的 迅猛發(fā)展 ，國(guó)內(nèi)各機(jī)械廠家紛紛推出國(guó)產(chǎn)計(jì)價(jià)器。出租車計(jì)價(jià)器的功能從剛開(kāi)始的只顯示路程（需要司機(jī)自己定價(jià)，計(jì)算后四舍五入），到能夠自主計(jì)費(fèi)，以及現(xiàn)在的能夠打發(fā)票和語(yǔ)音提示、按時(shí)間自主變動(dòng)單價(jià)等功能 。 出租車行業(yè)已成為 象征著 城市 文明 的窗口，現(xiàn)在各大中城市出租車行業(yè)都已普及自動(dòng)計(jì)價(jià)器，計(jì)價(jià)器技術(shù)的發(fā)展已成定局 ， 所以未來(lái)汽車計(jì)價(jià)器的市場(chǎng)還是十分有潛力 的。 研究意義 凡乘過(guò)出租車的人都知道，只要汽車開(kāi)動(dòng)，隨著行駛里程的增加，就會(huì)看到汽車前面的計(jì)價(jià)器里程數(shù)字顯示的讀數(shù)從零逐漸增大，而當(dāng)行駛到某一值時(shí)（如 3KM）計(jì)費(fèi)數(shù)字顯示開(kāi)始從起步價(jià)（如 7元）增加。當(dāng)出租車到達(dá)某地需要在那里等候時(shí)，司機(jī)只要按一下 “ 計(jì)時(shí) ” 鍵，每等候一定時(shí)間，計(jì)費(fèi)顯示就增加一個(gè)該收的等候費(fèi)用。汽車?yán)^續(xù)行駛時(shí)，停止計(jì)算等候費(fèi)，繼續(xù)增加里程計(jì)費(fèi)。到達(dá)目的地，便可按顯示的數(shù)字收費(fèi)。 出租車計(jì)價(jià)的的原理簡(jiǎn)單的概括為以下幾個(gè)方面： ? 里程傳感器：采集車速信號(hào) ,(也可以自己做車速傳感器 ,采用霍 爾效應(yīng)做 )，車速信號(hào)為脈沖信號(hào) ,采集脈沖信號(hào)的頻率就可以得到車速，可以用到芯片的 定時(shí)器捕獲。如果車速大于一定的值，采用公里數(shù)計(jì)算價(jià)格 ,如果車速小于這個(gè)值 ,就可以用時(shí)間計(jì)算。 ? 計(jì)算公里數(shù)：應(yīng)用芯片計(jì)算其公里數(shù)。 2 ? 計(jì)算時(shí)間：用到芯片定時(shí)器確定時(shí)間，或者用 RTC 中斷采集到更精確的時(shí)間。 ? 顯示：用數(shù)碼管或液晶顯示公里數(shù)，時(shí)間，以及價(jià)格，可以用芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管或者用芯片驅(qū)動(dòng)液晶空車牌來(lái)提供計(jì)價(jià)器計(jì)價(jià)的信號(hào)。 ? 打印機(jī) ：打印機(jī)來(lái)打印所需要的票據(jù)，通過(guò)排線連接計(jì)價(jià)器主機(jī)。 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。它的功能也在不斷完善 .當(dāng)單片機(jī)出現(xiàn)并應(yīng)用于計(jì)價(jià)器后，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。 本次設(shè)計(jì)的目的在于現(xiàn)在各大中城市出租車行業(yè)都已普及自動(dòng)計(jì)價(jià)器，通過(guò)學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，將所學(xué)的知識(shí)更好的與生活相聯(lián)系，做到“學(xué)有所用，學(xué)以致用”。通過(guò)前面的介紹，我們可以非常清楚的了解道到出租車 計(jì)價(jià)器 是 出租車行業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志，是出租車中最重要的工具 ，并且 它關(guān)系著交易雙方的利益 ， 具有良好性能的計(jì)價(jià)器無(wú)論是對(duì)廣大出租車司機(jī)朋友還是乘客來(lái)說(shuō)都是很必要的。 所以，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中為們必須做到，簡(jiǎn)單、精確、實(shí)用、耐用。由于 采用模擬電路和數(shù)字電路設(shè)計(jì)的計(jì)價(jià)器整體電路的規(guī)模較大，用到的器件多，造成故障率高，難調(diào)試， 不利 于推廣。 為此 在各種利弊權(quán)衡之后，最終決定 采用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì) 。單片機(jī) 相對(duì)來(lái)說(shuō)功能強(qiáng)大，用較少的硬件和適當(dāng)?shù)能浖嗷ヅ浜?就 可以很容易的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求， 對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單易上手， 且靈活性強(qiáng)，可以通過(guò)軟件編程來(lái)完成更多的附加功能 。 單片機(jī)概覽 單片機(jī)的含義 單片機(jī)（ Single Chip Microputer， SCMC）亦稱單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)，國(guó)際上統(tǒng)稱為微控制器（ Microcontrollor,MCU,μC），是一類內(nèi)部集成了計(jì)算機(jī)核心技術(shù)的智能芯片。當(dāng)今世界把計(jì)算機(jī)分為嵌入式計(jì) 算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)兩大類，二單片機(jī)正是屬于后者。嵌入式計(jì)算機(jī)是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。如果說(shuō)把人看成是一個(gè)系統(tǒng)，人腦就是一臺(tái)典型的嵌入式計(jì)算機(jī)。嵌入式系統(tǒng)的核心部件有以下 3 類：嵌入式微處理器、嵌入式 DSP 處理器和微控制器。顧名思義，微控制器主要用于控制領(lǐng)域，用于實(shí)現(xiàn)各種控制測(cè)試和控制功能。雖然微控制器只是一塊芯片，但是從組成和和功能上來(lái)看，它已經(jīng)具備了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，因此可以稱之為單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer， SCMC） ,簡(jiǎn)稱單片機(jī)。 如果說(shuō)單片 機(jī)是國(guó)人給該類芯片定義的一個(gè)俗名或土名，那么微控制器則是國(guó)際上公認(rèn)的一個(gè)學(xué)名。單片機(jī)的稱呼是從它的外觀形態(tài)、外部表現(xiàn)、存在形式定名的， 3 而微控制器的稱謂則是從它的內(nèi)在本質(zhì)、功能特點(diǎn)、應(yīng)用方向確定的。與單片機(jī)一詞成并列關(guān)系的有單片機(jī)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，與微控制器一詞成并列關(guān)系的有未處理器、數(shù)字信號(hào)處理器等。 單片機(jī)就是把中央處理器 CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、輸入 /輸出端口 I/O 等主要的計(jì)算機(jī)功能部件，都集成在一塊集成電路芯片上，從而形成一部概念上完整的微型計(jì)算機(jī)。換言之，把微型計(jì)算機(jī)的所有功能部件 都集成并封裝在一塊芯片之內(nèi)而構(gòu)成一部超微型計(jì)算機(jī)，稱其為單片機(jī)。 單片機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是增強(qiáng)“控制”能力，滿足實(shí)時(shí)控制（就是快速反應(yīng)）方面的需要。因此，它在硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、 I/O 端口、功率消耗及可靠性等方面均有其獨(dú)特之處，其最顯著的特長(zhǎng)之一就是具有非常有效的控制功能。盡管單片機(jī)主要是為控制目的而設(shè)計(jì)的，他仍然具備通用型計(jì)算機(jī)的全部特征，“麻雀雖小，五臟俱全”。既然單片機(jī)是一部概念上完整的微型計(jì)算機(jī)，那么單片機(jī)的功能部件和工作原理與微型計(jì)算機(jī)也是基本相同的。 如圖 11 所示，一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)是由運(yùn)算器、控制 器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、和輸出設(shè)備和若干集成電路組成的。雖然微型計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了充分的發(fā)展，但是微型計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上仍然屬于經(jīng)典計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是由計(jì)算機(jī)的開(kāi)拓者 —— 數(shù)學(xué)家約翰 馮諾依曼最先提出的，所以稱之為馮諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。而 8051系列單片機(jī)用的是哈佛結(jié)構(gòu)。 圖 11 微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 輸入設(shè)備 運(yùn)算器 輸出設(shè)備 存儲(chǔ)器 控制器 4 單片機(jī)的發(fā)展史 單片機(jī) 誕生于 1971 年，經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 SoC 三 大階段，早期的 SCM 單片機(jī)都是 8位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8051，此后在 8051 上發(fā)展出了 MCS51系列 MCU 系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的 單片機(jī) 系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了 16 位 單片機(jī) ，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。 90 年代后隨著 消費(fèi)電子產(chǎn)品 大發(fā)展， 單片機(jī) 技術(shù)得到了巨大提高。隨著 INTEL i960 系列特別是后來(lái)的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32 位 單片機(jī) 迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。 而傳統(tǒng)的 8位 單片機(jī) 的性能也得到了飛速提高，處理能力比起 80 年代提高了數(shù)百倍。高端的 32 位 Soc 單片機(jī) 主頻 已經(jīng)超過(guò) 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器 ，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至 1美元，最高端的型號(hào)也只有 10 美元。 當(dāng)代 單片機(jī) 系統(tǒng)已經(jīng)不再只在 裸機(jī) 環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專用的 嵌入式操作系統(tǒng) 被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為 掌上電腦 和手機(jī)核心處理的高端 單片機(jī) 甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng) 。 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 ? 高集成度，體積小，高可靠性 單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上 ，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的 CPU。 單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在 ROM 中不易破壞，許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。 ? 控制功能強(qiáng) 為了滿足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī)的 指令系統(tǒng) 均有極豐富的條件 :分支轉(zhuǎn)移能力， I/O 口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于 專門的控制功能。 ? 低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為 ～ ，而工作電流僅為數(shù) 百微 安。 ? 易擴(kuò)展 片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入 /輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的 計(jì)算機(jī)應(yīng)用 系統(tǒng)。 ? 優(yōu)異的 性能價(jià)格比 單片機(jī)的性能極高 ， 為了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)已開(kāi)始使用 RISC 流水線和 DSP 等技術(shù)。單片機(jī)的尋址能力也已突破 64KB 的限制，有的已可達(dá)到 1MB 和16MB，片內(nèi)的 ROM 容量可達(dá) 62MB， RAM 容量則可達(dá) 2MB。由于單片機(jī)的廣泛使 5 用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更使其價(jià)格十分低廉，其 性能價(jià)格比 極高。 單片機(jī)自 20 世紀(jì) 70 年代問(wèn)世以來(lái)，以其鮮明的特點(diǎn)得到迅猛發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于家用電器、智能玩具 、智能儀器儀表、工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過(guò) 30 多年的發(fā)展，性能不斷提高，品種不斷豐富，已經(jīng)形成自動(dòng)控制的一支中堅(jiān)力量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的單片機(jī)年容量已達(dá) 1～ 3億片，且每年以大約 16％的速度增長(zhǎng)，但相對(duì)于國(guó)際市場(chǎng)我國(guó)的占有率還不到 1％。這說(shuō)明單