出租车计价器毕业设计论文 精品.docx
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出租车计价器毕业设计论文精品
东莞理工学院
本科毕业设计
毕业设计题目:
基于单片机的出租车计价器系统
设计
学生姓名:
张翔
学号:
200841302203
系别:
电子工程学院
专业班级:
通信工程2班
指导教师姓名及职称:
刘慧杰讲师
起止时间:
2011年10月——2012年5月
全文的段落格式、字体格式、行间距、参考文献等格式都需与撰写规范相同。
摘要格式错
出租车计价器是乘客与司机双方的交易准则,是出租车行业规范发展的重要标志,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,计价器的研究也是十分有应用价值的。
本系统是以单片机为核心配合外围电路实现的,具有硬件简洁、软件灵活、便于扩展的特点。
本设计采用灵敏的霍尔传感器实现测距,AT24c02实现掉电保存信息,DS1302实现时钟功能,数码管实现显示功能,8个按键实现控制功能。
关键词单片机霍尔传感器出租车计价器AT24c02DS1302
Abstract格式错
按中文写英文
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1.全篇没有在正文中标注参考文献
2.页码从绪论开始标注
3.每章从新的一页开始
4.一段开始前面空2格
5.注意中英文标点、各种标点的使用要规范
6.全文图从1开始,每个图必须在语言陈述中有“如图…所示”之类的语句引出。
图题必须与图在同一页。
先引出图,再放入图,最后解释图。
任何图或表都需要有相应的文字陈述。
7.结构上需调整,仔细斟酌每节的内容是否与节的标题一致。
语言要精练。
8.参考文献没有标注出版地
所有格式、字体格式、行间距与规范完全一致
目录格式错
1.绪论..…………………………………………………………….…..5
1.1课题背景.二级标题位置需前移……….…….………….......5
1.2设计目的与要求
1.2.1设计目的…去掉,无需三级标题…………..….......5
1.2.2主要设计内容及基本要求…………………………........5
1.3方案论证与比较………………………………………….…....5
2.系统硬件设计…………………………………………………….....6
2.1硬件设计说明..…………………….…….…...………………..6
2.2AT89S51单片机简介..………………………...……..…………..7
2.3硬件电路设计.......…………………………………….………8
2.4硬件组成..…........………………….…………………………9
2.4.1晶振电路..三级标题内容升级为二级标题内容……9
2.4.2复位电路..……………………………………………9
2.4.3显示电路..…………………………………………10
2.4.4掉电存储电路…………………………………….…11
2.4.5时钟电路..…………………………………………12
2.4.6按键电路.………………………………………....…13
2.4.7霍尔传感器电路…………………………………........14
3.系统软件设计……………………………………………………....16
3.1系统程序设计....….....……………………………………163.2模块程序介绍....…………………………….………………18
3.3.1掉电存储AT24C02三级标题升级为二级标题18
3.3.2时钟芯片DS1302………….…………………………18
3.3.3按键部分………………..…………………………19
3.3.4计价部分…………………….……………………20
3.3.5霍尔传感器测距函数……………..…………………21
4.系统调试…………………………………………………………….21
4.1软件调试........……………………………………………21
4.1.1编程工具-C51语言…………….……………………21
4.1.2程序调试工具-KEIL软件……….………………………21
4.1.3单片机仿真软件调试-Proteus….………………………21
4.2硬件电路..........……………………………………………20
4.2.1电路元件检测………………………………………20
4.2.2PCB印刷电路板………………………………………22
4.3硬件调试.........…………………………………….…….…23
5.总结…………………………………………………………………..24
参考文献……………………………………………………..…………25
致谢……………………………………………………………...….…26
附录……………………………………………………………...….…27
1.绪论
1.1课题背景
20世纪80年代以前,广州出租汽车还没有安装计价器,每一趟接待任务结束后,司机会根据里程表来计算出车辆行走公里数,然后进行收费。
1979年后,在改革开放大潮的推动下,广州出租汽车行业迎来了发展的春天,出租汽车企业如雨后春笋般涌现,车辆剧增近10倍。
到1985年,广州出租汽车企业逾百家,车辆近7000台,形成了百家争鸣的局面。
然而,行业迅猛发展也产生了很多问题,经营管理有漏洞,司机服务不规范,向乘客漫天要价的现象屡禁不止。
针对这种情况,出租车自动计价器应运而生,净化了行业风气,诚信服务市民,减少司机与乘客间纠纷。
在此过程中,出租车计价器也不断改善性能,外形简洁美观,性能稳定可靠,智能化程度高的出租车计价器正是我们的追求。
本系统设计以AT89S51单片机为核心,采用A44E霍尔传感器测距,实现对出租车的不同时段计价统计,采用2个四位一体8段数码管显示费用,不计价时显示为时钟,采用AT24C02实现在系统掉电时保存单价和系统时间等信息。
1.2设计目的与要求段落格式错
1.2.1设计目的段落格式错
毕业设计是将理论与实践相结合的教学环节,通过综合运用教材及其他资料,使所学知识得到进一步加深和扩展。
同时还培养设计能力和解决实际问题能力,进行基本技能的训练,进一步熟练proteus,keilC等软件的操作。
本设计的目的是在学习51系列单片机的基础上,设计出符合要求的电路,从而实现设计产品的计价功能。
1.2.2主要设计内容及基本要求段落格式错
利用AT89S51单片机,设计简单的出租车计价器。
在出租车计价器的总体设计中,除必有的晶振电路,复位电路,电源电路外,主要的外围功能电路有:
按键控制电路,掉电保护电路,时钟电路,数码管显示电路等。
通过对以上各功能的设计,制作出的出租车计价器应具有以下功能:
上电时显示时钟;按下计价键开始进行分时计价,途中可以按等待键实现出租车行进途中的等待计价,最终金额与行驶里程,行驶时间和等待时间有关;按下速度键,显示当前速度值;按下价格键,显示不同时段的起步价和单价;按下设置键,并通过设置‘+’和设置‘-’实现价格,时钟的调整。
1.3方案论证与比较段落格式错
方案一:
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。
采用数字电路控制,采用传感器件,输出脉冲信号,经过放大整形作为移位寄存器的脉冲,实现计价。
考虑到这种电路设计过于复杂,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;性能不够稳定,电路也不实用。
方案二:
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地实现设计要求,且灵活性强,可以通过软件编程来完成更多的附加功能。
设计采用AT89S51单片机为主控器,以A44E霍尔传感器测距,实现对出租车的基本的计价设计,采用DS1302实现时钟,并采用AT24C02实现在系统掉电的时候保存单价等信息,输出采用2个四位8段数码显示管。
利用单片机丰富的I/O端口,及其控制的灵活性,实现基本的计价功能。
系统结构图如下:
与图间隔太远
键盘控制
AT89S51
单
片
机
显示系统
时钟电路
掉电保护电路
1.1系统结构图全文图从1开始标注
Fig.1Systemstructure无需英文
通过比较以上两种方案,我们采用方案二实现出租车计价器的功能。
本电路设计的计价器能实现基本的计价功能,单片机计算总价的制约因素为:
行驶时段(白天/黑夜),起步价,单价,计程等待时间。
AT89S51作为一个单片微型计算系统,灵活性高,其强大的控制处理功能和可扩展功能设计电路提供了很好的选择。
2.系统硬件设计段落格式错
2.1硬件设计说明段落格式错
单片机是单片微型计算机的简称,单片机以其卓越的性能,得到广泛的应用,已经深入到各个领域。
在这次设计中,我们用到P0口、P1口、P2口和P3口。
各口均由口锁存器、输出驱动器、和输入缓冲器组成。
4组IO口除都可用作一般输入/输出口外,P0口还可作为分时复用的低8位地址/数据总线,P2口作为高8位地址总线;P1口是唯一的单功能口,仅用作通用的数据输入/输出口;P3口还可用作第二功能口使用。
设计中,为了能够让数码管更好的正常显示,我们采用了驱动电路来驱动。
在本次硬件设计中,我们考虑采用三极管来驱动数码管显示。
设计电路时,我们采用直流电机贴上磁珠来模拟出租车轮胎,用霍尔传感器获得脉冲波形用于计费。
在显示方面,可以用液晶显示,也可以用数码管进行显示。
由于在这次设计中只需要显示里程和金额信息,我们采用数码管进行显示。
这样既节约了成本,又可以达到显示的目的。
同时为了减少硬件的复杂度,我们采用了动态显示方式,选用了共阳极数码管。
为了焊接方便,我们选用了2个四位一体数码管。
我们还设计了8个控制按键,能够很好的对出租车计价器控制,包括计价按键,等待按键,速度按键,模式按键,价格按键,设置按键,设置+按键,设置-按键。
2.2AT89S51单片机简介段落格式错
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,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。
空两格P0口有两个功能:
1、外部扩展存储器时,当做数据/地址总线。
标号1、2、前空两格
2、不扩展时,可做一般的I/O使用,但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
P1口只做I/O口使用:
其内部有上拉电阻。
空两格P2口有两个功能:
1、扩展外部存储器时,当作地址总线使用。
标号1、2、前空两格
2、做一般I/O口使用,其内部有上拉电阻。
P3口有两个功能:
除了作为I/O使用外(其内部有上拉电阻),还有一些特殊功能,由特殊寄存器来设置。
图太小,打印出来后不清楚。
没有引出图2.1和2.2,例如:
…如图…所示,…见图…,图…给出…。
图2.1AT89S51引脚图
Fig.2.1PindiagramofAT89S51
图2.2AT89S51封装图
Fig.2.2MaterialobjectpictureofAT89S51
设计中用到的单片机各管脚(图2.1)功能介绍如下:
不合适,应写明什么单片机
VCC:
接+5V电源。
中文冒号
VSS:
接地。
中文冒号
时钟引脚:
XTAL1和XTAL2两端接晶振和30PF的电容,构成晶振电路,它可
以使单片机稳定可靠的运行。
RST:
复位信号输入端,高电平有效。
当在此引脚加两个机器周期的高电平时,就可以完成复位操作。
中文冒号
P1口接8个按键,P0口接数码管段选端,P2口接三极管驱动数码管,P3口接24C02、DS1302、霍尔传感器。
(这是具体连接方式应置于设计部分)
2.3硬件电路设计段落格式错
图2.3硬件原理图没有引出图
Fig.2.3Hardwareschematics图题必须与图在同一页,图应出现在文字陈述下方
2.4硬件组成段落格式错
硬件组成主要包括:
晶振电路、复位电路、显示电路、掉电存储电路、时钟电路、按键电路。
上图应放置在这节,且需要相应的文字说明。
2.4.1晶振电路段落格式错
MCS-51单片机的各功能部件都是以时钟控制信号为基准,内部电路在时钟信号的控制下,严格地按时序执行指令进行工作,单片机本身如同一个复杂的同步时序电路,为了保证其各个部分同步工作,电路要在唯一的时钟信号控制下,严格地按照时序进行工作。
其实只需在时钟引脚连接上外围的定时控制元件,就可以构成一个稳定的自激振荡器。
为更好地保证振荡器稳定可靠地工作,谐振器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。
本设计中使用的振荡电路,由12MHZ晶体振荡器和两个约30PF的电容组成,在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体,电容的大小不会影响振荡频率的高低。
在整个系统中为系统各个部分提供基准频率,以防因其工作频率不稳定而造成相关设备的工作频率不稳定,晶振可以在电路中产生振荡电流,发出时钟信号。
图2.4晶振电路
Fig.2.4Crystaloscillatorcircuit
2.4.2复位电路段落格式错
单片机的复位是由外部的复位电路实现的,复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。
上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。
除了上电复位外还需要按键手动复位(图2.8)。
按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。
其中电平复位是通过RST端经电阻与电源VCC接通而实现的
单片机的复位速度比外围I/O接口电路快为能够保证系统可靠的复位,在初始化程序中应安排一定的复位延迟时间。
语言引出图。
图2.5复位电路
Fig.2.5Resetcircuit
2.4.3显示电路
多数的应用系统,都要配输出外设,LED显示器和LCD显示器,为了节约成本,我们选用了LED显示器(图2.6)。
语言引出图。
在显示方面,我们选用了动态显示。
静态显示虽然亮度较高,接口编程容易,但是每位的段码线分别与一个8位的锁存器输出相连。
占用的I/O口线比较多,在显示位数较多的情况下,一般都采用动态显示方式。
利用动态显示的方法,由于LED显示器的余辉和人眼的视觉暂留现象,只要每位显示的时间间隔足够短,就仍能感觉到所有的数码管都在显示。
为了简化硬件,通常将所有位的段码线相应段并联在一起,由一个8位I/O口控制,在同一时刻,只让一位选通,如此循环,就可以使各位显示出将要显示的字符。
图2.6LED数码管
Fig.2.6ChartofLEDdigitaltube
图2.7四位一体数码管
Fig.2.7Four-in-onedigitaltube
LED数码有共阳和共阴两种,把这些LED发光二极管的正极接到一块(一般是拼成一个8字加一个小数点)而作为一个引脚,就叫共阳的,相反的,就叫共阴的,那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。
再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。
在本设计仿真中使用的是6个一组的共阴8段数码管(图2.7)。
找公共共阴和公共共阳的方法:
首先我们找个电源|稳压器(3到5伏)和1个1K(几百欧的也行)的电阻,VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上,组合有很多,但总有一个LED会发光的,找到一个就够了,然后用GND不动,VCC(串电阻)逐个碰剩下的脚,如果有多个LED(一般是8个),那它就是共阴的了。
共阴极数码管,阴极接地,当某个发光二极管的阳极为高电平时,发光二极管点亮,对应的段就显示。
同时我们采用三极管来驱动数码管。
图2.8三极管驱动电路
Fig.2.8Drivingcircuitwithtransistor
2.4.4掉电存储电路
掉电保护电路中采用了存储芯片AT24C02。
AT24C02是一个CMOS标准的EEPROM存储器,是AT24CXX系列(AT24C01/02/04/08/16)成员之一,这些EEPROM存储器的特点是功耗小、成本低、电源范围宽,静态电源电流约30uA~110uA,具有标准的I2C总线接口,是
应用广泛的小容量存储器之一。
图2.9AT24C02引脚图
Fig.2.9PindiagramofAT24C02
上图是AT24C02的引脚图,这个芯片是一个8脚芯片,内部存储器有256字节。
具体地,不能出现上图、下图的字眼。
引脚功能介绍如下:
A0(引脚1):
器件地址的A0位,是器件地址的最低位,器件地址排列是A6A5A4A3A2A1A0R/W。
A1(引脚2):
器件地址的A1位。
A2(引脚3):
器件地址的A2位。
GND(引脚4):
地线。
SDA(引脚5):
数据总线引脚。
SCL(引脚6):
时钟总线引脚。
TEST(引脚7):
测试引脚。
Vcc(引脚8):
电源线引脚。
本设计采用掉电存储电路图如下:
图2.10掉电存储电路
Fig.2.10Power-downstoragecircuit
2.4.5时钟电路
时钟电路采用DS1302芯片实现实时时钟。
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片,附加31字节静态RAM,采用SPI三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。
实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小于31天时可以自动调整,具有闰年补偿功能。
工作电压宽达2.5-5.5V。
采用双电源供电(主电源和备用电源),可设置备用电源充电方式,提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。
DS1302的引脚图如下图。
图2.11DS1302引脚图
Fig.2.11PindiagramofDS1302
时钟电路连接方式如下图。
图2.12DS1302连接图
Fig.2.12CircuitofDS1302
2.4.6按键电路
按键控制电路中,单片机的P1口分别连接8个按键式开关,
P1.0接价格按键;P1.1接设置按键;P1.2接设置+按键;P1.3接设置-按键;P1.4接白天/黑夜模式按键;P1.5接速度按键;P1.6接计价等待按键;P1.7:
接计价按键。
图2.13按键电路
Fig.2.13Circuitofbutton
2.4.7霍尔传感器电路
脉冲计数法是智能测速系统中常用的方法。
只要转轴每旋转一周,产生一个或固定的多个脉冲,并将脉冲送入微处理器中进行计数。
A44E霍尔传感器属于开关型的霍尔器件,其工作电压范围比较宽(4.5V-18V),其输出的信号符合TTL电平标准,可以直接接到单片机的I/O端口上,而且其最高检测频率可达到1MHZ。
A44E霍尔开关集成电路应用霍尔效应原理,采用半导体集成技术制造的磁敏电路,它是由电压调整器,霍尔电压发生器,差分放大器,施密特触发器,温度补偿电路和集电极开路的输出级组成的磁敏传感电路,输入为磁感应强度,输出是一个数组电压信号。
下图为霍尔传感器测距示意图。
单片机
图2.13霍尔传感器测距
Fig.2.13MeasuringdistancewithA44EHallsensor
图2.14霍尔传感器A44E的输出特性
Fig.2.14OutputcharacteristcsofA44EHallsensor
霍尔开关电路的输出特性见图2.14所示。
在输入端输入电压Vcc,经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端,根据霍耳效应原理,当霍耳片处在磁场中时,在垂直于磁场的方向通以电流,则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差VH输出,该VH信号经放大器放大后送至施密特触发器整形,使其成为方波输送到OC门输出。
当施加的磁场达到工作点(即BOP)时,触发器输出高电压(相对于地电位),使三极管导通,此时OC门输出端输出低电压,通常称这种状态为开。
当施加的磁场达到释放点(即BRP)时,触发器输出低电压,三极管截止,使OC门输出高电压,这种状态为关。
在外磁场的作用下,当磁感应强度超过导通阈值BOP时,霍尔电路输出管导通,输出低电平。
之后,B再增加,仍保持导通态。
若外加磁场的B值降低到BRP时,输出管截止,输出高电平。
我们称BOP为工作点,BRP为释放点,
BOP-BRP=BH称为回差。
回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。
这样两次电压变换,使霍耳开关完成了一次开关动作。
一般规定,当外加磁场的南极(S极)接近霍尔电路外壳上打有标志的一面时,作用到霍尔电路上的磁场方向为正,北极接近标志面时为负。
下图为霍尔传感器在电路中的连接方式
图2.15霍尔传感器连接图
Fig.2.15CircuitofA44EHallsensor
3.系统软件设计
3.1系统程序设计
本设计是采用C语言编写的,采用模块化操作,将繁杂的程序分成若干个相对独立的模块分别进行编写,使得程序在修改,执行的时候显得方便易行。
本设计中,软件设计采用模块化操作,利用各个模块之间的相互联系,在设计中采用主程序调用各个子程序的方法,使程序通俗易懂,我们设计了整体程序流程图。
在main函数编写开始,要进行初始化,包括对系统初始化和对存储器初始化,要对硬件设备进行初始化,并使硬件处于就绪状态。
通过判断是否计费,调价,清零等状态,来分别调用不同的子程序,使程序在设计之前,就有了很强的逻辑关系。
这些对应于硬件就是通过按下各个控制开关,来分别进行不同的动作,最后数码管根据输入的信息,来显示不同的数据信息,这就达到了软件控制硬件,同时输入信息控制输出信息的目的。
本程序分为DS1302时钟子函数,AT24CO2子函数,按键控制子函数,主函数部分,中断子函数5大模块,整体流程图如下:
图3.1系统程序流程图
Fig.3.1Systemprogramstructure
3.2模块程序介绍
3.2.1掉电存储AT24C02
我们根据24C02的时序图来完成“读”、“写”操作。
时序图如下:
多个图应分别提及。
图3.2起始命令和停止命令时序图
Fig.3.2TimingdiagramofStartandStop
图3.3应答信号时序图
Fig.3.3Timingdiagramofresponsesignal
图3.4数据有效时序图
Fig.3.4Timingdiagramofeffectivesignal
3.2.2时钟芯片DS1302
首先,我们同样根据DS1302的时序图完成“读”、“写”操作。
时序图如下:
多个图应分别提及。
图3.5单字节读时序图
Fig.3.5TimingdiagramofSingle-bytereading
图3.6单字节写时序图
Fig.3.6TimingdiagramofSingle-bytewritting
此外,DS1302包含有关日历,时间的寄存器共12个,存放数据格式为BCD码形式,这就需要我们在
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