基于51单片机的出租车计价器设计大学论文.docx

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基于51单片机的出租车计价器设计大学论文

威海职业学院

毕业设计任务书

专业应用电子技术

年级班级3班

姓名学号

威海职业学院教务处编印

毕业设计指导须知

一、毕业设计是高职教学过程中一个十分重要的环节。

是锻炼学生运用所学知识正确分析和解决实际问题的一个重要方面，也是高职培养应用型专门人才的要求。

二、指导教师应为具有讲师以上或相应职称的有关专业人员，且专业对口（指所指导专业应同所聘教师专业职称相一致）。

经系、教务处审查同意后，才能指导学生的毕业设计。

三、学生应以严肃认真，实事求是的态度完成设计。

要独立思考，自己动手，不得抄袭或找人代笔。

四、毕业设计选题要符合专业培养目标的要求。

论文（任务书）写作要做到论点明确、论据充分，论理透彻，语言准确恰当，书面整洁、字迹工整，图纸应清晰、工整，符合设计要求，符合国家有关标准和部颁标准。

字数、图纸数量符合有关要求。

并在规定的时间内完成。

五、答辩过程中学生要严肃认真，文明礼貌，谦虚谨慎，认真回答答辩主持人，委员等提出的问题。

六、填报有关表格时，应按项目要求逐项填实、填全、填清。

学号

姓名

学制

3年

专业

应用电子技术

年级

2008级

教学班负责人

班级

三班

指导教师姓名

刘振山

职务或职称

讲师

设计题目

基于51单片机的出租车计价器

指导教师评语：

成绩：

指导教师签名：

工作单位年月日

系复审意见：

成绩：

复审人签名：

职称：

公章年月日

教务处终审意见：

公章年月日

答辩情况记录

答辩题目

答辩情况

正确

基本正确

经提示回答

不正确

未回答

此表由主持答辩的同志填写

答辩委员会（或小组）评语：

成绩：

主持答辩人签名：

职称：

月日

一、毕业设计的任务和具体要求：

本设计是基于AT89S51单片机的模拟计价器设计，利用制作的稳压电源提供所需的电压，实现电机速度调节，实时显示速度、里程及停止计算金额。

任务：

1．设计出中心控制部分、模拟电机、液晶硬件结构电路；

2．对设计的电路进行分析能够使电机以一定速度转动；

3．可以调整电机速度；

4．实时显示速度及里程；

5．停止时显示里程及计算金额。

具体要求：

1.完成用单片机制作简易出租车计价器的焊接，能够实现模拟演练与使用的功能；

2.对用单片机制作的原理分析清楚，运用所学专业知识进行独立思考和综合分析、解决设计当中出现的问题；

3.通过毕业设计要使学生具备系统运用所学知识、正确的思想方法、较强的思维能力和一定工程应用能力。

二、毕业设计应完成的图纸：

图2-1稳压电源，见4页

图2-2-1AT89S51引脚配置，见4页

图2-2-2单片机小系统，见5页

图2-3-1液晶读时序图，见7页

图2-3-2液晶写时序图，见7页

图2-3-3液晶模块，见7页

图2-4按键部分，见8页

图2-5H桥的应用，见9页

图2-6传感器模块，见11页

附录1PCB图，见26页

附录2实物图，见26页

三、其他要求：

1．对其他所需所有元器件须熟悉其阻值及作用；

2．焊接时首先要检测元器件，以免出现不良焊接；

3．要以严肃认真，实事求是的态度完成设计。

四、毕业设计的期限：

自2010年8月30日至2010年11月20日

五、毕业设计（论文）进度计划：

起止日期

工作内容

备注

2010.8.30-2010.9.5

2010.9.6-2010.9.10

2010.9.11-2010.9.15

2010.9.16-2010.9.20

2010.9.21-2010.10.2

2010.10.3-2010.10.10

2010.10.11-2010.11.19

2010.11.20

总体方案的设计

各部分模块的设计

查找资料，查找各部分的元器件功能

确定元器件，购买元器件

系统电路图的设计

各模块的焊接

各部分功能的调试

完成毕业设计

通过多种途径收集相关资料。

对多种方案进行比对，确定最终方案。

认真细致的对电路进行焊接于测试。

结合硬件电路对程序进行编写与调试。

基于51单片机的出租车计价器

摘要

出租车计价器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要标志，是出租车中最重要的工具。

它关系着交易双方的利益。

具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。

因此，汽车计价器的研究也是十分有一个应用价值的。

而采用模拟电路和数字电路设计的计价器整体电路的规模较大，用到的器件多，造成故障率高，难调试，对于模式的切换需要用到机械开关，机械开关时间久了会造成接触不良，功能不易实现。

而采用单片机进行的设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能。

针对计费模式的切换，通过软件编程就可以轻易而举的实现。

避免了机械开关带来的不稳定因素。

另外在本方案中那个使用了点阵的液晶，可以实现更加友好的使用界面。

数据信息一目了然，并且即使是成品也可以方便的修改使用界面，更可根据不同的公司客户使用不同的局面……

关键词：

出租车计价器，单片机，液晶，控制稳压电源

前言

步入21世纪，出租车已经广泛地出现在我们周围。

随着人们生活水平的不断提高，出租车的使用频率也越来越高，出租车行业也以高质量的服务给人们带来了出行的享受。

但是由于行业的特殊性，出租车行业总存在着买纠纷，困扰着行业的发展。

而在出租车行业中解决这一矛盾的最好方法就是改良计价器，用更加精良的计价器来为乘客提供更加方便快捷的服务。

30年前，我国出现了出租车，但是由于当时的经济水平，出租车并没有普遍在我们生活中出现。

随着改革开放的深入，出租车行业的发展势头已十分突出。

如今出租车在我国的交通运输中承担着重要的角色，出租车计价器是出租车上必不可少的重要仪器，它是负责出租车营运收费的专用智能化仪表。

随着城市旅游业的发展，出租车行业已成为城市的窗口，象征着一个城市的文明程度。

我们都知道，只要出租车开动，随着行驶里程的增加，就会看到汽车前面的计价器里程数字显示的读数从零逐渐增大，而当行驶到某一值时（如4KM）计费数字显示开始从起步价（如6元）增加。

当出租车到达某地需要在那里等候时，司机只要按一下“计时”键，每等候一定时间，计费显示就增加一个该收的等候费用。

汽车继续行驶时，停止计算等候费，继续增加里程计费。

到达目的地，便可按显示的数字收费。

采用模拟电路和数字电路设计的计价器整体电路的规模较大，用到的器件多，造成故障率高，难调试，对于模式的切换需要用到机械开关，机械开关时间久了会造成接触不良，功能不易实现。

为此我们采用了单片机进行设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能

第一章设计思路

本次课程设计利用单片机技术来实现一台多功能出租车计价器，具有性能可靠、电路简单、成本低等特点

1.1出租车计价器概述

采用电机模拟计价器，通过单片机控制电机起停、转速，通过光电对管产生高低脉冲并送往单片机中断，通过计算中断次数而得出速度，进而得出里程、金额。

数据在1602液晶上显示。

1.2可调速电机设计思路

采用AT89S51单片机作为主控芯片，用软件实现上述小车控制器的功能，使控制系统大为简化，不仅降低了成本，而且控制方便，提高了可靠性。

在电机的单片机控制系统中，脉冲的产生及速度的控制都是由单片机来实现，利用单片机控制液晶显示速度的大小，通过按键实现速度的调整。

第二章系统硬件结构设计

本系统的硬件设计主要包括单片机AT89S51、电机驱动、液晶显示、传感器电路、按键部分、蜂鸣器部分。

在硬件设计过程中，充分利用各部件的功能，实现简易的出租车计价器设计。

硬件功能图：

2.1电源模块

本实验需要稳定的电源，电池可以满足要求，但是电机转动时消耗的电量较大，电池就有些不合适，所以本实验需要制作稳压电源。

2.1.1三端集成稳压器

电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。

顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。

用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。

2.1.2稳压电源

直流稳压电源采用经7805三端稳压器及滤波电路后输出的直流电压。

如图2-1，C4、C5为滤波电容，在经过7805稳压后，C6、C7来改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也有消振作用。

D9是保护二极管，用来防止在输入端短路时输出电容C4所存储电荷通过稳压器放电而损坏器件。

采用该直流稳压电源对该系统的供电稳定性要比干电池稳定的多。

图2-1稳压电源

2.2单片机主控模块

2.2.1AT89S51单片机简介

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

如图2-2所示，AT89S51具有如下特点：

40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

图2-2-1AT89S51引脚配置

此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

2.2.2单片机小系统

单片机是整个测试系统的核心，单片机小系统包括时序电路和复位电路。

如图2-2-2所示：

图2-2-2单片机小系统

（1）时钟电路

系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。

AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。

引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。

这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。

外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。

对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。

因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22μF。

在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。

（2）复位电路

复位是由外部的复位电路来实现的。

片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。

复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是上电电路。

2.3液晶显示模块

2.3.1液晶显示原理

液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。

液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。

2.3.2液晶显示器的分类

液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。

除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。

如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（SimpleMatrix）和主动矩阵驱动（ActiveMatrix）三种。

2.3.3引脚功能及说明

表2-3-3

1602LCD，各引脚

符号

引脚说明

编号

符号

引脚说明

1

VSS

电源地

9

D2

数据

2

VDD

电源正极

10

D3

数据

3

VL

液晶显示偏压

11

D4

数据

4

RS

数据/命令选择

12

D5

数据

5

R/W

读/写选择

13

D6

数据

6

E

使能信号

14

D7

数据

7

D0

数据

15

BLA

背光源正极

8

D1

数据

16

BLK

背光源负极

2.3.4时序图

如图2-3-1、2-3-2所示

（1）读操作时序

图2-3-1液晶时序图

（2）写操作时序图

图2-3-2液晶时序图

2.3.5液晶的设计

图2-3-3液晶模块

2.4按键模块

2.4.1按键的分类

按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，另一类是无触点式开关按键，目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。

按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。

编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。

2.4.2按键选择

通过键盘控制软件来改变电机的速度。

单片机的P2.0控制开始，P2.1控制停止，P2.2和P2.3控制加减速。

若加速到最大后，继续按加速键则认为无效，系统不会作出响应。

图如2-4所示：

图2-4按键部分

2.5电机驱动模块

2.5.1H桥电机驱动原理

由两个三极管，一个可以对正极导通实现上拉，另一个可以对负极导通实现下拉。

由两套这样的电路，在同一个电路中，同时一个上拉，另一个下拉，或相反，两者总是保持相反的输出，这样可以在单电源的情况下使负载的极性倒过来。

由于这样的接法加上中间的负载画出来经常会像一个H的字样，故得名H桥。

H桥电路在功放、直流电机驱动或直流变换电路中被广泛使用。

2.5.2H桥内部原理

如下图a）、b）所示

a）b）

2.5.3H桥设计

图2-5H桥的应用

2.6传感器模块

2.6.1模块原理

（1）LM393概述与特点

LM393为双电压比较器，LM393系列由两个偏移电压指标低达2.0的独立精密电压比较器构成。

该产品采用单电源操作设计，且适用电压范围广。

该产品也可采用分离式电源，低电耗不受电源电压值影响。

本品还有一个特点是，即使是在单电源操作时，其输入共模电压范围也包括接地。

LM393系列可直接与TTL及CMOS逻辑电路接口。

无论时正电源还是负电源操作，当低电耗比标准比较器的优势明显时，LM393系列便与MOS逻辑电路直接接口。

各引脚功能：

8脚电源＋，4脚电源－，1脚比较器A输出，2脚比较器A反相输入，3脚比较器A同向输入，5脚比较器B同向输入，6脚比较器B反相输入，7脚比较器B输出

（2）LM339主要参数表：

参数名称

符号

数值

单位

电源电压

VCC

±18或36

V

差模输入电压

VID

±36

V

共模输入电压

VI

-0.3～VCC

V

功耗

Pd

570

mW

工作环境温度

Topr

0to+70

℃

贮存温度

Tstg

-65to150

℃

电特性

数名称

符号

测试条件

最小

典型

最大

单位

输入失调电压

VIO

VCM=0toVCC-1.5VO（P）=1.4V,Rs=0

-

±1.0

±5.0

mV

输入失调电流

IIO

-

-

±5

±50

nA

输入偏置电流

Ib

-

-

65

250

nA

共模输入电压

VIC

-

0

-

VCC-1.5

V

静态电流

ICC

VCC=+5V,noload

-

1.1

2.0

mA

VCC=+30V,noload

-

1.3

2.5

mA

电压增益

AV

VCC=15V,RL＞15kΩ

-

200

-

V/mV

灌电流

lsink

Vi（-）＞1V,Vi（+）=0V,Vo（p）＜1.5V

6

16

-

mA

输出漏电流

IOLE

Vi（-）=0V,Vi（+）=1V,VO=5V

-

0.1

-

nA

使用说明

LM393/339是高增益,宽频带器件,象大多数比较器一样,如果输出端到输入端有寄生电容而产生耦合,则很容易产生振荡.这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时,输出电压过渡的间隙.电源加旁路滤波并不能解决这个问题,标准PC板的设计对减小输入—输出寄生电容耦合是有助的.减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号,而且增加甚至很小的正反馈量（滞回1.0~10mV）能导致快速转换,使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡.除非利用滞后,否则直接插入IC并在引脚上加上电阻将引起输入—输出在很短的转换周期内振荡,如果输入信号是脉冲波形,并且上升和下降时间相当快,则滞回将不需要.比较器的所有没有用的引脚必须接地.

LM393/339偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围2.0~30V无关.

通常电源不需要加旁路电容。

差分输入电压可以大于并不损坏器件.保护部分必须能阻止输入电压向负端超过-0.3V.LM393/339的输出部分是集电极开路,发射极接地的NPN输出晶体管,可以用多集电极输出提供功能.输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上,不受端电压值的限制.此输出能作为一个简单的对地SPS开路（当不用负载电阻没被运用）,输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制.当达到极限电流（16mA）时,输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升.输出饱和电压被输出晶体管大约60ohm的限制。

当负载电流很小时,输出晶体管的低失调电压（约1.0mV）允许输出箝位在零电平。

2.6.2传感器模块的设计

图2-6传感器模块

第三章软件部分

出租车计价器的软件设计主要由PWM脉冲产生程序，液晶显示程序，中断子程序组成。

C语言程序具有较高的效率，本程序并不很复杂，所以选用C语言。

主程序实现调用子程序及计算，子程序包括延时子程序，液晶显示子程序，电机速度调节子程序，外部中断子程序。

通过P2.3、P2.1控制电机起停，P2.2、P2.0控制速度的增减。

P2.5为蜂鸣器端口。

单片机开始运行后执行主程序，程序默认上电后按150转/分顺时针转动，转动的速度通过改变PWM的占空比实现，子程序中检测P2.2和P2.0口是否被置低电平，如果变为低电平说明加速或减速键被按下，此时会相应的改变速度大小。

1602液晶显示也是在延时子程序中实现，每执行一次就会让液晶改变显示一次。

模拟电机的速度计算是通过外部中断实现的，如果外部中断产生中断申请时，执行中断子程序，在主程序中会相应的计算速度。

程序清单

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

#defineTH0_TL0（65536-1000）//设定中断的间隔时长

/********电机控制端口***************/

sbitINPUT1=P2^6;//控制电机I/O口

sbitber=P2^5;//蜂鸣器

intcount0=80;

intcount1=0;

voidInit_MCU（）;

voidStart（）;

voidStop（）;

voidGoahead（）;

voidMotor_speed_high（）;

voidMotor_speed_low（）;

uintMA=0;

uintSpeedA=0;//A电机速度变量（0-50对应PWM占空比0-100%）

/*****************显示用变量与数组***********************/

uintDistance=0;//记录0.5s间隔前后两次行车里程

uchari=0;//行车里程系数

uintj1=0;//计算速度用的变量

uintMoney=0;//总价格

uintt=0;//t=50000时为0.5秒

uchart1=0;//累计1秒时间，计算速度用

uchart2=0;//累计5秒时间，计算速度用

uintSpeed=0;//速度变量

ucharSpe[4]={0,0,0,0};//速度、距离、金额，保存当前值

ucharDistan[4]={0,0,0,0};

ucharMon[4]={0,0,0,0};

/***************界面固定显示******************/

ucharcodetable[]="Welcome^-^";

ucharcodetable1[]="Unit-price:

2";

ucharcodetable2[]="Speed:

";

ucharcodetable3[]="Distance:

";

ucharcodetable4[]="Money:

";

sbitlcdrs=P1^0;

sbitlcdrw=P1^1;

sbitlcden=P1^2;

sbits1=P2^3;//开始

sbits2=P2^1;//停止

sbitjia_key=P2^2;//加速

sbitjian_key=P2^0;//减速

ucharnum;

uchark;

voiddelay（uintz）

{

uintx,y;

for（x=z;x>0;x--）

for（y=110;y>0;y--）;

}

voidBuzzer（void）

{

ber=0;

delay（50）;

ber=1;

}

ucharConvert（ucharIn_Date）

{

uchari,Out_Date=0,temp=0;

for（i=0;i<8;i++）

{

temp=（In_Date>>i）&0x01;

Out_Date|=（temp<<（7-i））;

}

returnOut_Date;

}

voidwrite_com（ucharcom）

{

lcdrs=0;

P0=Convert（com）;

delay（5）;

lcdrw=0;

delay（5）;

lcden=1