基于單片機出租車多功能計價器設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） （外部中斷 0） （外部中斷 1） T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 1 外部 輸入） WR（外部數據存儲器寫選通） RD（外部數據存儲器讀選通） PSEN/ 程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀先通信號，當AT89C51 由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN/有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數據存儲器，沒有兩次有效的 PSEN/信號。 EA/VPP 外部訪問允許。欲使 CPU僅訪問外部程序存儲器， EA 端必須保持低電平，需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復位時內部會鎖存 EA 端狀態。 Flash存儲器編程時，該引腳加上 +12V的編程電壓 VPP。 AT24C02 掉電存儲電路設計 ① AT24C02 芯片引腳配置如圖 26 所示 圖 26 AT24C02 引腳配置圖 基于單片機出租車多功能計價器設計 12 AT24C02 芯片 DIP 封裝， 共有 8 個引腳，管腳描述如下： 表 22 AT24C02 管腳描述 管腳名稱 功能 A0、 A A2 器件地址選擇 SDA 串行數據 /地址 SCL 串行時鐘 WP 寫保護 Vcc +~ GND 接地 SCL:串行時鐘端，用于對輸入和輸出數據的同步。在 SCL 上升沿時，把數據寫入 EEPROM,在 SCL 下降沿時，把數據從 EEPROM 中讀出。 SDA：串行數據 I/O 端，用于輸入和輸出串行數據。當 SCL 為高，SDA 由高電平變成低電平（下降沿），為起始信號；當 SCL 為高， SDA由低電 平變成高電平（上升沿），為終止信號。 WP：寫保護。通過此引腳可提供硬件數據保護。當 WP 接地時允許芯片執行一般的讀寫功能。當 WP 接 VCC 時，對芯片實行寫保護。 WP接地是因為 WP 為寫保護引腳，由于 AT24C02 不具有寫保護功能，所以經該引腳接地。采用 I2C 總線與 AT89C51 相連 [15]。 ② AT24C02 掉電存儲單元的設計 掉電存儲單元的作用是在電源斷開的時候，存儲當前設定的單價信息。 AT24C02 是 ATMEL公司的 2KB 字節的電可擦除存儲芯片，采用兩線串行的總線和單片機通訊，電壓最低可以到 ，額定電流為 1mA，靜態電流 10Ua()，芯片內的資料可以在斷電的情況下保存 40 年以上，而且采用 8 腳的 DIP 封裝，使用方便。其電路如圖 27所示。 圖 27 掉電存儲電路原理圖 基于單片機出租車多功能計價器設計 13 由于在 EEPROM內部， SCL和 SDA是漏極開路結構的，所以，使用時需要外接上拉電阻。 圖中 R1 R12是上拉電阻，其作用是減少 AT24C02 的靜態功耗，由于 AT24C02 的數據線和地址線是復用的，采用串口的方式傳送數據，所以只用兩根線 SCL（移位脈沖）和 SDA（數據 /地址）與單片機傳送數據。 每當設定一次單價，系統就自動調用存儲程序，將單價信息保存在芯片內；當系統重新上電的時候，自動調用讀存儲器程序，將存儲器內的單價等信息，讀到緩存單元中，供主程序使用。 由于保存在 24C02 中的數據是不能隨意進行改動的 , 因此它具有防作弊功能。此外出租車營運過程中的一些營運數據 , 如 : 單次出租的營運額和營運里程、一段時間內的營運總額和總路程等 , 也存儲在 24C02 中 , 以便出租車公司及司機查詢 , 使出租車司機更方便的管理營運數據 , 出租車行業得到更有效的管理。 里程計算、計價單元的設計 信號采集 主要是通過傳感器對 采集車軸轉數，通過主機模塊進行計算，從而得出里程，金額等信息。通過對傳感器的工作方法研究發現，傳感器 A44E是比較符合條件 。 其工作原理圖如圖 28所示： 圖 28 霍爾傳感 器工作原理圖 霍爾傳感器以霍爾效應為原理，根據霍爾效應原理，當霍爾片處在磁場中時，霍爾傳感器的輸出端輸出低電平。當車輪轉動一圈時小磁鐵基于單片機出租車多功能計價器設計 14 提供一個磁場，則霍爾傳感器輸出一次低電平完成一次數據采集，從而產生信號。霍爾傳感器檢測并輸出信號到單片機的 IO 口計算脈沖輸入端，引起單片機的中斷，對脈沖計數，當計數達到特定的次數時，里程就會增加，單片機對里程進行計算后，通過接口電路將計算好的結果傳送到數碼管并顯示出來。 A44E 集成結構及工作點如圖 29 所示。 圖 29 A44E 集成結構圖（ a） 及 工作點圖 （ b） A44E 型 霍爾傳感器屬于霍爾開關器件，其工作電壓范圍比較寬（ — 18V）。 其輸出的信號符合 TTL 電平標準，可以直接接到單片機的 I/O 端口上，而且其最高檢測頻率可達到 1MHZ。 集成霍爾傳感器外形圖如圖 210 所示。 圖 210 集成霍爾傳感器外形 圖 表 23A44E 外部引腳說明 管腳名稱 管腳功能 VCC 外接電源輸入端 GND 外接電源地 OUT 數字信號輸出端 霍爾傳感器 A44E 實現對車輪信號的檢測，并輸出脈沖信號送給單片機。單片機對傳感器輸出的脈沖信號進行計數，并進行里程（單位：km）換算。每一 個脈沖信號代表輪胎旋轉一圈，設輪胎一圈的長度為 1m；輪胎轉數為 N，則里程 Z=1*N/1000（ km）。當圈數達到 1000 次時，也就是一公里，單片機就控制將金額自動增加，其計算公式：當前單價 *公里基于單片機出租車多功能計價器設計 15 數 =金額。設速度為 V，脈沖信號頻率為 f，脈沖時間為 T，則 V=LunChang/I（ m/s） =1*f（ m/s） = *1*f（ km/h）。 如圖 211 所示，霍爾傳感器 IC 有 3 個外接端子， 2 個是電源的正負極端子，最后一個是脈沖信號輸出，只要將此信號輸出端接到單片機的IO 口端子上便可以實現距離檢測。其中，單片機的 （ INT0）引腳作為信號的輸入端接收來自傳感器輸出的信號，采用外部中斷 0 進行計數。 圖 211 霍爾傳感器路程檢測電路 圖 電源電路設計 由于計價器的工作環境比較差 , 它要求有抗振動、抗高低溫、抗潮濕、抗電磁干擾等能力 , 特別是電源方面的干擾 , 如出租車啟動時 , 發動機打火、電瓶充電等造成輸入計價器的 + 12 V 電源不穩定。因此采用+ 12 V電瓶電源經過濾波和電源穩壓管理芯片 7805 后得到 + 5 V的穩定電壓輸出 , 保證整個系統能夠正常工作。如圖 212所示： 圖 212 電源電路圖 基于單片機出租車多功能計價器設計 16 獨立鍵盤電路設計 鍵盤分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤，本次設計采用獨立式鍵盤。獨立式鍵盤中，每個按鍵占用一個獨立的 I/O 口線，每個按鍵電路相互獨立。 I/O 口線通過按 鍵與地相連， I/O 口有上拉電阻，無鍵按下時，引腳端為高電平，有鍵按下時，引腳端為低電平，電平被拉低。 I/O 口內部有上拉電阻時，外部可不用接上拉電阻。本次設計用到五個按鍵，分別與— 、 相連。需要注意的是：當按鍵按下和釋放的瞬間都有抖動現象，一般來說，抖動的時間長短與鍵盤的機械特性有關，大約為510ms 。所以在實際編程時一定要注意鍵盤的去抖動。鍵盤去抖動有專用的延時電路，也有專門的延時芯片，也可以用軟件去抖，考慮到電路的難易程度，從簡化硬件的角度，本次設計采用軟件去抖動，用一個短延時程 序，進行鍵盤去抖操作。本設計的鍵盤電路由 5 個獨立按鍵組成，如圖 213 所示。 圖 213 獨立鍵盤電路圖 指示燈電路設計 指示燈電路由 4 個 LED 組成，包 括空車指示燈、查詢指示燈、等待指示燈、黑夜指示燈。如圖 214 所示 查詢、確認鍵 功能鍵 切換鍵 停止鍵 清除鍵 清除鍵 基于單片機出租車多功能計價器設計 17 圖 214 指示燈電路圖 這些指示燈能對計程車的每一種狀態進行指示，空車時空車指示燈亮，查詢時查詢指示 燈亮，當車速小于 5km/h 時等待指示燈亮。如果選擇的模式為黑夜時黑夜指示燈亮，白天時不亮。 數碼管顯示電路設計 數碼管顯示電路由 8 個 LED 數碼管組成， LED 數碼管是由發光二極管排列組成的顯示器件。它采用低電壓掃描驅動，具有耗電少、使用壽命長、成本低、故障少、視角大、可視距離遠等特點。此外，它的響應時間短（一般不超過 ），亮度也比較高。它的缺點是工作電流比較大，每一段的工作電流在 10mA 左右。 其中每位數碼管內部由 8 個 LED 組成，其中 A— G 代表 7 個發光二極管構成 7 筆字形，余下一個 DP 構成小數點 ，稱為 8 段 LED。 8 段 LED數碼管可以顯示 0～ 9 等 10 個數字和小數點，使用非常廣泛。如圖 215所示。 圖 215 段數碼管圖 這類數碼管可以分為共陽極和共陰極兩種，本設計采用共陰極數碼管共陰極則是把所有 LED 的陰極連接到共同接點，而每個 LED 的陽極空車 查詢 等待 黑夜 基于單片機出租車多功能計價器設計 18 分別為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp。共陽極則相反。如圖 216(a)、 (b)所示。 圖 216（ a） 8 段共陽數碼管 (b)8 段共陰數碼管 通過控制這個公共端，可使該位對應的 LED 亮或暗。當共陰極端接地或共陽極接高電平，該 位顯示器有效，反之無效。本設計采用共陰 LED數碼管。其段選碼如表 24所示： 表 24 共陰數碼管的段選碼 0 3FH 1 06H 2 5BH 3 4FH 4 66H 5 6DH 6 7DH 7 07H 8 7BH 9 6FH 數碼管有靜態顯示和動態顯示兩種顯示方式，本設計采用動態顯示。靜態顯示的特點：數據穩定，占用 CPU時間少，每個顯示單元都需要單獨的顯示驅動電路，使用的硬件較多；動態顯示的特點：有閃爍感，占用的 CPU時間多，使用的硬件少，能節省線路板空間，更重要的是能節省成本。相比較而 言，采用動態顯示方式，比較節省 I/O 口，硬件電路也較靜態顯示簡單，但其亮度不如靜態顯示方式，而且在顯示位數較多是， CPU 要依次掃描，占用 CPU 較多時間。本設計中使用的 8 個 LED基于單片機出租車多功能計價器設計 19 數碼管接 P0 口作為段選，接 P2 口作為位選。空車時顯示當前時間，開始計價時前四位顯示里程，后四位顯示金額。當查詢等待時間時顯示為等待時間。如圖 217 所示。 圖 217 數碼管顯示電路圖 由于數碼管內部二極管點亮時需要 10mA 以上的電流，而單片機的輸出電流還不到 1mA，所以數碼管與單片機連接時需加驅動電路，可以使用上拉電阻的方法，也可以使用專門的驅動芯片，考慮到復用單片機 I/O接口，節省單片機 I/O 資源，此次設計采用 74HC573 鎖存器驅動 LED 數碼管段選端，其輸出電流較大，電路接口簡單且可直接驅動數碼管顯示 。 用三極管驅動 LED 數碼管的位選端。因而本次數碼管顯示部分用到三極管驅動電路、 8 位數據鎖存器 74HC573 鎖存電路、 8 位 LED 數碼管顯示，74HC573 用于連接 51 單片機和 LED 數碼管， 51 單片機的 ~ 分別順序對應數碼管的 a~g 和 dp，當位 為 1 時，對應 A 段點亮，以次類推。 74HC573 的管腳圖如圖 218 所示： 基于單片機出租車多功能計價器設計 20 圖 218 74HC573 管腳圖 OE:為三態允許輸入端 (低電平有效 )，也可稱作輸出允許端； 1D8D 為數據輸入端； 1Q8Q 為數據輸出端； LE 為鎖存允許端。 本次設計中 LE接高電平， OE 接低電平。 74HC573 的真值表如表 25所示，其中 H 表示高電平， L 低電平， Qo 數據保持不變， Z高阻態。 表 25 74HC573 真值表 Dn LE OE Qn H H L H L H L L X L L Qo X X H Z DS1302 時鐘電路設計 計價器在出租車空車行駛時需要顯示實時時鐘，因為它的時鐘作為白天 /晚上單價自動轉換的一個基準，且計價器的時鐘顯示能為司機和乘客提供方便。 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，采用 SPI三線接口與 CPU進行同步通信；始終可提基于單片機出租車多功能計價器設計 21 供秒、分、時；通過設置 DS1302 的控制／狀態寄存器選擇日歷，時鐘方式經過初始校準后即可工 作使用；工作電壓寬 ～ V，采用雙電源供電 (主電源和備用電源 )，并設置備用電源充電方式，提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力，在沒有主電源的情況下啟用備用電源能保存時間信息及數據 [14]。 DS1302 的管腳圖如圖 219所示： 圖 219DS1302 管腳圖 表 26 DS1302 管腳說明