單片機(jī)控制的出租車計(jì)價(jià)器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

單片機(jī)控制的出租車計(jì)價(jià)器摘要由于科技的飛速發(fā)展，帶動(dòng)汽車行業(yè)快速發(fā)展，城市擴(kuò)張，帶動(dòng)人口的流動(dòng)。這就使得出租車的存在有了必要性，出租車的載人價(jià)格的公平性、準(zhǔn)確性也顯得日益重要，而出租車上的計(jì)價(jià)器就是關(guān)鍵，使計(jì)價(jià)器變得更加精確和智能化就顯得尤為重要。而這方面的研究對(duì)我們?nèi)粘Ｉ钜灿袔椭?。使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)非常有應(yīng)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)主要運(yùn)用了單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了計(jì)價(jià)的初始化功能。綜合考慮各種因素，本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)出租車的自動(dòng)計(jì)費(fèi)設(shè)計(jì)。STC89C52單片機(jī)穩(wěn)定性極高，誤差小，帶有時(shí)鐘及復(fù)位電路，其中后者采用的晶振頻率為12MHz，有效保障了整個(gè)設(shè)計(jì)的精確性。本設(shè)計(jì)結(jié)合霍爾傳感器的感應(yīng)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)出租車行使距離的測(cè)量，并將數(shù)據(jù)顯示在LCD1602液晶顯示屏上，顯示內(nèi)容完整地涵蓋了出租車行使的公里數(shù)、途中等待的時(shí)間長(zhǎng)短以及最重要的費(fèi)用數(shù)值。當(dāng)出租車結(jié)束行駛時(shí)語(yǔ)音系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)出租車行使距離及應(yīng)收取多少價(jià)格的自動(dòng)播報(bào)，并可判斷出當(dāng)下時(shí)間到底是白天還是夜晚。本設(shè)計(jì)基本完成了預(yù)期的構(gòu)思，測(cè)試結(jié)果表明相關(guān)硬件電路及軟件都達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。關(guān)鍵詞：LCD1602液晶；單片機(jī)；霍爾傳感器；語(yǔ)音播報(bào)TaximeterControlledbySingleChipMicrocomputerAbstractAutomotiveindustryisdevelopingrapidlywiththedevelopmentofscienceandtechnology,thecityisexpandingleadsthepopulationflowing.Thismakestheexistenceoftaxisnecessary,thefairnessandaccuracyofthemannedpriceoftaxisisincreasinglyimportant,andthemeteronthetaxiisthekey,sothatthemeterbecomesmoreaccurateandintelligentItisparticularlyimportant.Andthisresearchalsohelpsusinourdailylife.Itisveryvaluabletorealizethesystemusingsinglechipcomputer,anditisalsoagoodwaytodeepentheapplicationofsinglechipcomputer.

ThistaxiautomaticbillingsystemchooseSTC89C52microcontroller.Theresetcircuitistheinitializationoperationofthesinglechipmicrocomputer.Inadditiontothenormalinitialization,inordertogetoutofthepredicament,theresetcircuitcanstartagain.Theclockcircuituses12MHzcrystalvibrationasthesystem'sShizhongyuan,withhighaccuracy.

ThedistancemeasurementismeasuredbyHallsensorinduction.Thestartingpricecanbeadjustedbypressingthebutton,mileagecharges,andwaitingforcharges.Simulatetaxistartbilling,wait,andendbillingbykeystroke.Showthemileageandwaitingtimeonthe1602LCD.Attheendofthebilling,thetotalpriceforthedayornightwillbeautomaticallysettledaccordingtothecurrenttime,andthemileageandtotalpricecanbeautomaticallybroadcastbyvoice.Thisdesignhasbasicallycompletedtheanticipatedidea,thehardwarecircuitandsoftwaremeetthedesignrequirements.Keywords:LCD1602liquidcrystal;singlechipmicrocomputer;Holzersensor;voicebroadcas目錄TOC\o"1-3"\h\u10423第一章緒論 1139501.1研究背景 第二章系統(tǒng)硬件方案選擇 12.1硬件方案的選擇 12.1.1主控芯片的選擇 12.1.2顯示器件的選擇 22.1.3測(cè)距模塊的選擇 22.1.4語(yǔ)音芯片的選擇 32.1.5時(shí)鐘器件的選擇 32.1.6數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片的選擇 42.2系統(tǒng)總體方案 5第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 63.1STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 63.1.1STC89C52的概述 63.1.2STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng) 63.2LCD1602液晶顯示電路設(shè)計(jì) 83.2.1LCD1602的概述 83.2.2LCD1602的工作原理 93.3霍爾測(cè)距電路的設(shè)計(jì) 113.3.1霍爾傳感器的概述 113.3.2霍爾傳感器測(cè)量原理 113.3.3A3144在本設(shè)計(jì)的作用 123.4DS1302時(shí)鐘電路的介紹 133.4.1DS1302的概述 133.4.2DS1302的工作原理 133.5AT24C02的設(shè)計(jì) 153.5.1AT24C02的概述 153.5.2AT24C02的工作原理 163.6獨(dú)立按鍵電路的設(shè)計(jì) 173.7原理圖繪制軟件的介紹 183.8系統(tǒng)硬件測(cè)試 18第四章系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 194.1軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的介紹 194.2系統(tǒng)重要函數(shù)的介紹 194.2.1主函數(shù)的設(shè)計(jì) 194.2.2LCD1602顯示函數(shù)的設(shè)計(jì) 204.2.3DS1302讀時(shí)函數(shù)的設(shè)計(jì) 214.2.4SC8065語(yǔ)音播報(bào)的設(shè)計(jì) 234.3系統(tǒng)軟件測(cè)試 25第五章結(jié)論 2621976參考文獻(xiàn) 6493致謝 附錄第一章.緒論1.1研究背景現(xiàn)如今，城市的公共交通在不斷發(fā)展，形成了四通八達(dá)的交通網(wǎng)絡(luò)，人與人之間的距離被有效地縮短。雖然人們的生活水平日益提高，不少家庭都擁有了自己的汽車，但是出租車仍在我們的城市交通中扮演著相當(dāng)重要的角色。為保證出租車正常的行駛運(yùn)營(yíng)，出租車計(jì)價(jià)設(shè)備的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性不容忽視。隨著科學(xué)技術(shù)越來(lái)越發(fā)達(dá)，出租車的計(jì)價(jià)設(shè)備在技術(shù)層面上也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，出租車的計(jì)價(jià)設(shè)備也隨著租車業(yè)的不斷擴(kuò)張而日益完善。每一輛在道路上行駛的出租車都具備計(jì)價(jià)器，計(jì)價(jià)器異?？赡軙?huì)深刻影響到出租車的正常營(yíng)運(yùn)，所以探究出租車計(jì)價(jià)設(shè)備的原理十分有必要。本文首先介紹了單片機(jī)控制的出租車計(jì)價(jià)器的發(fā)展及意義，接著介紹了該課題的設(shè)計(jì)構(gòu)思，各個(gè)模塊電路的選擇及電路原理，在必要的地方加上了圖片說(shuō)明，更加清晰得闡述了各模塊的工作原理，最后對(duì)該課題進(jìn)行總結(jié)并附帶原理圖以及程序。該設(shè)計(jì)提高了我們的動(dòng)手能力，在此基礎(chǔ)上我們可以進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，出租車行業(yè)發(fā)展迅猛，而作為出租車至關(guān)重要計(jì)價(jià)器，其功能的完善與準(zhǔn)確度都是很重要的，所以我們有必要對(duì)該課題進(jìn)行研究。第二章.系統(tǒng)硬件方案選擇本章節(jié)主要介紹系統(tǒng)所用到的器件的選擇與對(duì)比，進(jìn)行綜合的對(duì)比考慮選擇出最適合本設(shè)計(jì)的一組方案。2.1硬件方案的選擇在硬件電路的搭建之前必須明確設(shè)計(jì)的方案，通過(guò)各個(gè)模塊之間進(jìn)行比較選擇出最適合本設(shè)計(jì)的硬件，以發(fā)揮器件的最大功效。2.1.1主控芯片的選擇方案一：本方案選用的主控芯片為STC89C52單片機(jī)。STC89C52單片機(jī)憑借其耗能低、易于存儲(chǔ)等特點(diǎn)得以收到廣大單片機(jī)愛(ài)好者們的喜愛(ài)，因其支持標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)的運(yùn)行所以被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中。STC89C52單片機(jī)作為宏晶生產(chǎn)的8位CMOS微處理器，在片內(nèi)置有8kb可反復(fù)擦寫的只讀存儲(chǔ)器與Flash存儲(chǔ)器。相較于傳統(tǒng)51單片機(jī)，STC89C52單片機(jī)在功能上增加了EEPROM存儲(chǔ)功能，在需要使用到掉電存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)候就可以直接使用單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)，不在需要在外接存儲(chǔ)芯片進(jìn)行存儲(chǔ)。STC89C52單片機(jī)具有的開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、可在線編程下載、成本低是非常不錯(cuò)的選擇。方案二：本方案選用的主控芯片為MSP430單片機(jī)，相較于STC89C52單片機(jī)來(lái)說(shuō)開(kāi)發(fā)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，開(kāi)發(fā)成本較高。但作為混合信號(hào)處理器來(lái)講功能十分強(qiáng)大，MSP430單片機(jī)具有精簡(jiǎn)指令集RISC，可將功能不盡相同的多種數(shù)字電路、模擬電路及微處理器集中到一起。MSP430單片機(jī)大多應(yīng)用于各種便攜式儀器儀表，所以MSP430單片機(jī)不適合本設(shè)計(jì)這類簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中。方案三：本方案選用的主控芯片為PIC16F877A單片機(jī)。相較于STC89C52單片機(jī)與MSP430單片機(jī)來(lái)講問(wèn)世時(shí)間較晚，采用PICmicro系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)難度較高，所需成本較大，故不適用于本次設(shè)計(jì)。綜合上述的描述，考慮到資源的合理利用和成本以及開(kāi)發(fā)的難易程度最終決定采用方案一。2.1.2顯示器件的選擇方案一：選取LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。LED數(shù)碼管大多用來(lái)顯示一些簡(jiǎn)單的字母或數(shù)字，價(jià)格較為低廉。但若想實(shí)現(xiàn)LED數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示，就要與單片機(jī)通過(guò)I/O口進(jìn)行連接，且需占用較多CPU的I/O口，但是單片機(jī)I/O口的輸出并不滿足所需的電流強(qiáng)度，還得添加專門的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)擴(kuò)大電流的強(qiáng)度。除此之外，采用LED數(shù)碼管還需焊接專門的電路，很容易因?yàn)椴僮鞑划?dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤，影響數(shù)據(jù)的顯示。方案二：選取LCD1602液晶顯示屏進(jìn)行顯示。LCD1602液晶是一種字符型液晶，可同時(shí)顯示出32個(gè)字符，涵蓋數(shù)字、字母、符號(hào)等。傳輸方式包括并行和串行兩種，且每個(gè)點(diǎn)陣的字符與字符之間存在一定的間隔，這種間隔在字符行與字符行之間也有存在，可以清晰地顯示出數(shù)字，便于觀察和記錄。方案三：選取LCD12864液晶顯示屏進(jìn)行顯示。LCD12864液晶顯示屏可顯示8000多個(gè)中文漢字；內(nèi)部、8*16的字符點(diǎn)陣與64*256GDRAM點(diǎn)陣可有效顯示多種圖形。LCD12864與CPU可采用串行、并行進(jìn)行連接，可以用來(lái)顯示光標(biāo)、選擇睡眠模式等。雖然LCD12864液晶顯示屏耗能很低，但是成本較LCD1602液晶顯示屏相比較高，且顯示空間很大并不適用于本次出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)的顯示。綜合上述的描述，最終根據(jù)本設(shè)計(jì)中的功能要求考慮采用LCD1602液晶顯示器比較合理。2.1.3測(cè)距模塊的選擇方案一：選取光電測(cè)距傳感器進(jìn)行距離的測(cè)量。光電測(cè)距的原理十分簡(jiǎn)單，傳感器上方圓盤的轉(zhuǎn)軸之間是相互連接的，圓盤上存在許多小孔，光束可通過(guò)這些小孔然后被光敏元件所感知，依照光找到光敏元件上的次數(shù)與小孔數(shù)目相等的原理可以測(cè)算開(kāi)孔盤跟隨旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)一周的速度。由于光敏元件的靈敏度比較高，所以很容易因外界光源的影響而影響最終數(shù)值的測(cè)量，存在較大誤差。方案二：選取霍爾傳感器進(jìn)行量。在開(kāi)關(guān)元件的內(nèi)部含有電勢(shì)發(fā)生器、施密特觸發(fā)器、穩(wěn)壓電路等。我們需要將一個(gè)布滿小磁鋼的圓盤放置于旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)軸上，分辨能力與小磁鋼的數(shù)目呈正比的關(guān)系。當(dāng)旋轉(zhuǎn)體進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定在小磁鋼附近的霍爾開(kāi)關(guān)便會(huì)隨著小磁鋼的運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行脈沖的輸出。通過(guò)測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)霍爾開(kāi)關(guān)輸出脈沖的數(shù)量便可判斷出旋轉(zhuǎn)體的速度，進(jìn)而完成距離的測(cè)量。通過(guò)上述兩種方案的對(duì)比，方案一的測(cè)定結(jié)果受外界環(huán)境的影響較大，所以不適用于測(cè)量處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的物體。而方案二選取的霍爾傳感器受外界環(huán)境的影響較小，且具備體積小、耗能低、不易磨損的特點(diǎn)，性價(jià)比和可靠性都很高。故選用方案二中的霍爾傳感器進(jìn)行測(cè)量。2.1.4語(yǔ)音芯片的選擇方案一：選取ISD4004語(yǔ)音芯片。ISD4004系列的語(yǔ)音芯片融合CMOS與自動(dòng)靜躁技術(shù)，有效保障了輸出語(yǔ)音的質(zhì)量。ISD4004語(yǔ)音芯片的續(xù)航能力很強(qiáng)，斷電時(shí)刻保存時(shí)長(zhǎng)可達(dá)到一個(gè)世紀(jì)之久。但是芯片的編程較為復(fù)雜，微控制器控制了ISD4004語(yǔ)音芯片的每一項(xiàng)操作，錄音方式也較為繁瑣。方案二：選取SC8065語(yǔ)音芯片。該語(yǔ)音芯片專為分段語(yǔ)音進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)不同的地址存放不同的語(yǔ)音信息，單片機(jī)的控制也只需要像該語(yǔ)音芯片發(fā)送脈沖即可播放對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言信息。該芯片最多可以存儲(chǔ)64段語(yǔ)言。并且成本低、編程方面簡(jiǎn)單、語(yǔ)音方面可以采用電腦合成音直接將音頻下載到芯片中。綜合考慮，最終選擇了SC8065語(yǔ)言芯片作為系統(tǒng)的語(yǔ)音提示芯片。2.1.5時(shí)鐘器件的選擇方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部具有定時(shí)計(jì)數(shù)器裝置，直接采用此裝置可以免去搭建新的電路，可在一定程度上節(jié)約設(shè)計(jì)的成本。但是單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器的精度不夠高，不適用于長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，誤差會(huì)隨著時(shí)間的積累越來(lái)越大。且當(dāng)發(fā)生單片機(jī)斷電的情況時(shí)，定時(shí)計(jì)數(shù)器的不能夠持續(xù)運(yùn)行，數(shù)據(jù)都會(huì)清零等待下一次通電再繼續(xù)計(jì)時(shí)。所以單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器裝置并不適用于本設(shè)計(jì)的測(cè)量工作。方案二：選用單獨(dú)的DS1302時(shí)鐘芯片進(jìn)行計(jì)時(shí)。DS1302時(shí)鐘芯片作為DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，功能十分強(qiáng)大，不僅可實(shí)現(xiàn)DS1202的所有功能，還增加了雙電源引腳，后備電源的存在可以避免因斷電造成數(shù)據(jù)丟失。DS1302時(shí)鐘芯片計(jì)時(shí)的單位囊括了年月日和時(shí)分秒，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘采用32.768KHZ的晶振進(jìn)行計(jì)時(shí)，具備突發(fā)狀態(tài)下傳送多個(gè)字節(jié)的信號(hào)的功能。DS1302時(shí)鐘芯片與單片機(jī)的連接采用三線接口的方式，內(nèi)置可存放臨時(shí)數(shù)據(jù)的RAM存儲(chǔ)器。值得一提的是，DS1302時(shí)鐘芯片的耗能很低，工作電壓在2.5V和5.5V之間，是一種性能極高、穩(wěn)定性良好的時(shí)鐘電路，非常適合完成本設(shè)計(jì)的計(jì)時(shí)工作。綜合考慮，最終采取方案二中的DS130時(shí)鐘芯片進(jìn)行計(jì)時(shí)。2.1.6數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片的選擇方案一：使用單片機(jī)內(nèi)部EEPROM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。此芯片內(nèi)部采用ISP/IAP技術(shù)對(duì)FLASH的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，從而實(shí)現(xiàn)了EEPROM數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能。STC89C5X芯片內(nèi)部的EEPROM一個(gè)扇區(qū)的大小為512字節(jié)，整個(gè)EEPROM存儲(chǔ)空間的大小為2K，但在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的過(guò)程中需要先擦除扇區(qū)內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，操作較為繁瑣。方案二：選用專門的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片AT24C02。AT24C02存儲(chǔ)芯片內(nèi)置16字節(jié)的頁(yè)寫緩沖器，采用CMOS技術(shù)，有效降低了功耗水平。AT24C02存儲(chǔ)芯片本質(zhì)上是一個(gè)2K串行的E2PROM，通過(guò)IIC總線接口完成數(shù)據(jù)的讀寫，并有專門的寫保護(hù)功能，不被斷電所影響，綜合考慮，最終選取方案二中的AT24C02存儲(chǔ)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。2.2系統(tǒng)總體方案通過(guò)上述對(duì)各個(gè)模塊介紹，我們最終選擇了STC89C52作為本設(shè)計(jì)的主控芯片，通過(guò)LCD1602進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示信息，利用幾個(gè)獨(dú)立按鍵進(jìn)行設(shè)置計(jì)價(jià)器的起步價(jià)、每公里價(jià)錢、等待價(jià)錢、時(shí)間，并通過(guò)AT24C02存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)以確保在系統(tǒng)斷電后數(shù)據(jù)也能很好地保存，而不需要每次上電都進(jìn)行設(shè)置一遍。測(cè)距采用霍爾傳感器進(jìn)行感應(yīng)。在計(jì)價(jià)結(jié)束后能夠自動(dòng)根據(jù)時(shí)間計(jì)算出當(dāng)前白天或晚上的價(jià)錢，并通過(guò)語(yǔ)音自動(dòng)播報(bào)出里程和總價(jià)。本設(shè)計(jì)的具體的系統(tǒng)方案如下圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)方案第三章.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)本章節(jié)主要介紹本設(shè)計(jì)中各個(gè)部分電路的設(shè)計(jì)原理。通過(guò)各個(gè)模塊的功能描述了解其工作原理以及在設(shè)計(jì)的中作用。3.1STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1STC89C52的概述STC89C52單片機(jī)功能性強(qiáng)、穩(wěn)定性較高，是一種8位CMOS微控制器，內(nèi)置經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核及8K字節(jié)可編程Flash存儲(chǔ)器，STC89C52在傳統(tǒng)的51單片機(jī)功能的基礎(chǔ)上延伸出去，可為更多使用者更便利地開(kāi)展嵌入式應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。值得一提的是，STC89C52的功耗相當(dāng)?shù)?，工作源電壓?.7V和6V之間，具有節(jié)電模式可供選擇。當(dāng)工作電壓為3V時(shí)，電流僅相當(dāng)于6V工作電壓情況時(shí)的四分之一。STC89C52具備掉電保護(hù)功能，振蕩器工作停止，但RAM內(nèi)的數(shù)據(jù)被有效保存了下來(lái)，直至硬件復(fù)位或進(jìn)行到下一個(gè)中斷工作為止，非常適合小型控制系統(tǒng)的應(yīng)用。STC89C52片內(nèi)置有128*8位內(nèi)部隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，并采用三級(jí)程序技術(shù)進(jìn)行加密。具備3個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器、MAX810復(fù)位電路、32位雙向I/O口線等。STC89C52具備ESD保護(hù)，可輕松抵御2KV/4KV的脈沖干擾，寬大的工作電壓范圍使其能夠有效避免因電源抖動(dòng)帶來(lái)的影響。3.1.2STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)說(shuō)的通熟易懂的話就是以最少的元器件組成能讓單片機(jī)工作起來(lái)的系統(tǒng)，接下來(lái)開(kāi)始介紹51單片機(jī)最小系統(tǒng)必備的器件及其作用。在本設(shè)計(jì)中由于51單片機(jī)的工作電壓在4.5~5.5V之間都可以正常工作所以我們采用了USB電源線連接手機(jī)充電器插頭或者5V的移動(dòng)電源給系統(tǒng)進(jìn)行供電。下圖3.1中采用了內(nèi)始終模式的震蕩電路，XTAL1和XTAL2引腳上方置有石英晶體和電容，具備定時(shí)元件的功能，可產(chǎn)生自激震蕩。因?yàn)閄TAL1、XTAL2均為獨(dú)立的輸入/出反向放大器，一直被應(yīng)用于振蕩器之中，驅(qū)動(dòng)方式有兩種，一種是片內(nèi)震蕩的方式，采用的是石英晶振；另一種是直接由器件外部的時(shí)鐘進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。晶振的震蕩范圍很大，可在1.2~12MHz的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)震蕩，最高可達(dá)到24MHz，但功耗也會(huì)隨著頻率的增加而增大。電容與晶振之間采取并聯(lián)的連接方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)振蕩頻率的細(xì)微調(diào)整。本設(shè)計(jì)采用的石英晶振為12MHz，石英晶振選取30pF的陶瓷電容。圖3.1晶振電路下圖3.2中的復(fù)位電路包含了上電自動(dòng)復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位兩種形式。前者的工作原理是，在上電的瞬間，電壓被完全施加于電阻之上，因?yàn)殡娙莸呢?fù)極此時(shí)與RESET連接，所以RESET的輸入為最高，實(shí)現(xiàn)了芯片的復(fù)位。由于+5V的電源一直在為電容充電，所以施加在電阻上的電壓逐漸減小直至為0；后者的工作原理是復(fù)位按鍵就存在于電容的兩端，并與電容并聯(lián)，沒(méi)有按住復(fù)位按鍵時(shí)電路處于上電復(fù)位的狀態(tài)。當(dāng)芯片正常工作后，我們可以按下復(fù)位鍵，使RST管腳處在高電平。下圖3.2中的電容和復(fù)位電阻的值均為經(jīng)典值，在現(xiàn)實(shí)情況中可采用同一數(shù)量級(jí)進(jìn)行替代，來(lái)提高單片機(jī)復(fù)位電路的穩(wěn)定性。圖3.2復(fù)位電路STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖3.3所示。圖3.3STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2LCD1602液晶顯示電路設(shè)計(jì)3.2.1LCD1602的概述LCD1602字符型液晶顯示屏被廣泛應(yīng)用于計(jì)算器、萬(wàn)用表等各種工業(yè)產(chǎn)品中，可用來(lái)顯示數(shù)字、字母、符號(hào)、甚至是一些特殊的圖形。LCD1602液晶顯示屏由數(shù)個(gè)5*7或5*11個(gè)點(diǎn)陣字符位組成，可顯示的字符數(shù)量為16*2=32個(gè)，每個(gè)點(diǎn)陣字符位均可顯示一個(gè)字符。但是在字符位之間存在一定的間隔，這種間隔在字符行與字符行之間也有存在，雖然這種間隔在一定程度上可以起到間隔字符與字符行的用處，但在顯示圖形的過(guò)程中可能會(huì)造成圖形的失真。LCD1602液晶模塊采用HD44780控制器，可通過(guò)4位或8位并行傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的MCU通訊。HD44780控制器的構(gòu)成包括指令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、字符發(fā)生器、地址計(jì)數(shù)器等，具有功能強(qiáng)大的指令集，且操作方式較為簡(jiǎn)單，可以用來(lái)移動(dòng)字符。在價(jià)格方面，LCD1602液晶顯示屏也比其他液晶顯示器便宜許多，在編程方面的操作簡(jiǎn)單移動(dòng)，性能上也具備穩(wěn)定可靠的特性。由于液晶不是固體，具有一定的流動(dòng)性，作為一種圖形點(diǎn)陣顯示器，LCD1602液晶顯示屏上的字符跟隨液晶屏內(nèi)部液晶材料的變化而變化，液晶分子的運(yùn)動(dòng)并不需要外界去施加強(qiáng)大的壓力，僅僅需要很小的力量。LCD1602液晶顯示屏的實(shí)物如圖3.4所示。圖3.4LCD1602液晶實(shí)物圖3.2.2LCD1602的工作原理LCD1602一共具有11條指令，單片機(jī)發(fā)送這些指令到LCD1602上就可以完成一些特定的功能，比如清屏，開(kāi)關(guān)顯示等等。LCD1602自己帶有字庫(kù)在顯示的時(shí)候可以直接調(diào)用字庫(kù)進(jìn)行顯示，當(dāng)然如果字庫(kù)中沒(méi)有的字符也可以根據(jù)需要自己自定義字符寫入CGROM中，自定義字符的分辨率為5*8而卻自定義字符數(shù)量有限需要合理的安排使用，最多可以自定義8個(gè)字符，將自定義字符字模寫入LCD的CGROM中后就可以隨意的調(diào)用，調(diào)用的方式和正常顯示字符是一樣的?？刂芁CD1602液晶顯示器只要會(huì)對(duì)LCD1602進(jìn)行讀狀態(tài)操作、寫指令操作、讀數(shù)據(jù)操作、寫數(shù)據(jù)操作即可具體的操作對(duì)應(yīng)的引腳電平如表3-1所示。表3-1LCD1602操作指令對(duì)應(yīng)的引腳電平讀狀態(tài)寫指令讀數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=L，R/W=H，E=HRS=L，R/W=L，D0-D7=指令碼，E=高脈沖RS=H，R/W=H，E=HRS=H，R/W=L，D0-D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出D0-D7=狀態(tài)無(wú)D0-D7=數(shù)據(jù)無(wú)上表中E為使能端；RS為寄存器選擇，當(dāng)RS=H時(shí)表示選擇數(shù)據(jù)寄存器，RS=L時(shí)選擇指令寄存器；R/W為信號(hào)線，R/W=H時(shí)執(zhí)行讀操作，R/W=L時(shí)執(zhí)行寫操作。LCD1602具體的讀操作時(shí)序如圖3.5，寫操作時(shí)序如圖3.6所示。圖3.5LCD1602讀操作時(shí)序圖圖3.6LCD1602寫操作時(shí)序圖使用時(shí)，為方便數(shù)據(jù)之間的傳輸工作，需要將D0-D7引腳于51單片機(jī)的P0相互連接，并在V0的接口處設(shè)置一個(gè)可調(diào)電位器進(jìn)行點(diǎn)位的調(diào)整，可調(diào)電位器與固定阻值的電阻相比較而言調(diào)整電壓更為方便，可以適應(yīng)多種場(chǎng)合。V0的電壓隨著電位器的位置發(fā)生變化而變化，同時(shí)顯示的清新度也隨著電壓的變化而變化。LCD1602電路圖如下圖3.7所示。圖3.7LCD1602電路圖3.3霍爾測(cè)距電路的設(shè)計(jì)3.3.1霍爾傳感器的概述本設(shè)計(jì)采用霍爾傳感器。與其它傳感器件相比，霍爾器件占地面積小、質(zhì)量輕，但結(jié)構(gòu)十分牢靠、安裝方便、且不易磨損使用壽命想當(dāng)長(zhǎng)，是一種具有極強(qiáng)穩(wěn)定性和可靠性的傳感器件。霍爾傳感器可以有效抵擋水蒸氣、灰塵、煙霧等，保障測(cè)定結(jié)果本身不會(huì)因?yàn)橥饨绛h(huán)境的改變受到影響?；魻柶骷凑展δ芸梢苑譃榛魻栭_(kāi)關(guān)器件和霍爾線性器件。其中霍爾開(kāi)關(guān)器件不存在觸點(diǎn)和磨損的狀況，輸出的波形不含抖動(dòng)和回跳，顯示十分清楚?；魻栭_(kāi)關(guān)器件可以檢測(cè)人工的磁場(chǎng)，將力的大小、速度的快慢、轉(zhuǎn)數(shù)的多少等物理量轉(zhuǎn)換為電量進(jìn)行測(cè)算。而霍爾線性器件的線性程度高，測(cè)量準(zhǔn)確性良好，直接檢測(cè)被檢測(cè)對(duì)象的磁場(chǎng)或磁場(chǎng)特性，輸出的是模擬量?；魻柶骷墓ぷ鳒囟确秶軓V，最低達(dá)到零下55攝氏度，最高可到達(dá)150攝氏度。3.3.2霍爾傳感器測(cè)量原理霍爾傳感器本質(zhì)通過(guò)磁敏傳感。首先將導(dǎo)體或半導(dǎo)體放置于磁場(chǎng)中，通入電流I?；魻栃?yīng)便是當(dāng)電流垂直于磁場(chǎng)時(shí)，在磁場(chǎng)和電流都垂直的發(fā)現(xiàn)會(huì)有一個(gè)電勢(shì)差出現(xiàn)，這便是霍爾效應(yīng)。依上述原理制成的霍爾元件，具有響應(yīng)快速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，因其使用壽命長(zhǎng)所以被廣泛應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)的測(cè)量工作中?；魻栃?yīng)原理圖如下圖3.8所示。圖3.8霍爾效應(yīng)原理圖3.3.3A3144在本設(shè)計(jì)的作用在本設(shè)計(jì)中在輪子上安裝磁鋼隨輪子進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)采用A3144霍爾傳感器進(jìn)行感應(yīng)磁鋼采集輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的信息由于霍爾傳感器輸出的信號(hào)為正弦信號(hào)所以需要通過(guò)LM393電壓比較器進(jìn)行對(duì)信號(hào)整形，整形得到方波信號(hào)接入單片機(jī)的外部中斷0供單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，如果知道輪子周長(zhǎng)的話，那么感應(yīng)一次就代表行走了一個(gè)輪子周長(zhǎng)的距離，整個(gè)測(cè)距過(guò)程的信號(hào)轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D3.9所示。圖3.9信號(hào)轉(zhuǎn)變過(guò)程當(dāng)磁鋼靠近霍爾傳感器的時(shí)候，傳感器的輸出不斷升高，當(dāng)電壓超過(guò)LM393反相輸入端電壓時(shí)霍爾傳感器便輸出高電平，反之則輸出低電平。在此過(guò)程中完成了霍爾傳感器輸出的正弦信號(hào)轉(zhuǎn)變成單片機(jī)能夠識(shí)別的方波信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程。霍爾測(cè)距的電路原理圖如下圖3.10所示。圖3.10霍爾測(cè)速原理圖3.4DS1302時(shí)鐘電路的介紹3.4.1DS1302的概述DS1302時(shí)鐘芯片經(jīng)美國(guó)一家公司開(kāi)發(fā)成功后投入市場(chǎng)受到了人們的廣泛歡迎。DS1302時(shí)鐘芯片的計(jì)時(shí)單位不僅涵蓋了年月日、時(shí)分秒等基礎(chǔ)時(shí)間單位，還能對(duì)閏年展開(kāi)計(jì)時(shí)。DS1302時(shí)鐘芯片具備較好的穩(wěn)定性，且功能強(qiáng)大，作為DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，在實(shí)現(xiàn)DS1202功能的基礎(chǔ)上，采取主電源/后備電源的雙電源模式，其中后者還可以實(shí)現(xiàn)涓流充電。DS1302時(shí)鐘芯片工作電壓在2.5V和5.5V之間，與單片機(jī)的連接采用三線接口的方式，內(nèi)置可存放臨時(shí)數(shù)據(jù)的RAM存儲(chǔ)器。DS1302時(shí)鐘芯片實(shí)物圖如下圖3.11所示。圖3.11DS1302時(shí)鐘芯片實(shí)物圖3.4.2DS1302的工作原理DS1302時(shí)鐘芯片采用雙電源模式，Vcc1是后備電源，Vcc2是主電源，Vcc1的存在使得DS1302時(shí)鐘得以的主電源關(guān)閉的情況下也能持續(xù)運(yùn)行。在平常的工作過(guò)程中，以主電源和后備電源中的較大者提供電源。其中震蕩源X1、X2外部接有32.768kHz的晶振，若要開(kāi)啟數(shù)據(jù)的傳輸就需要在復(fù)位/片選端RST中輸入高電平。RST可將地址和命令序列傳輸進(jìn)入移位寄存器中，這是通過(guò)連接控制邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)的；RST還可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袛?。?dāng)DS1302時(shí)鐘芯片通電運(yùn)行后，當(dāng)主電源小于2V時(shí)，RST處于低電平，I/O引腳呈現(xiàn)高阻態(tài)，數(shù)據(jù)傳送終止；當(dāng)SCLK處于低電平，RST才能為高電平，數(shù)據(jù)才能開(kāi)始進(jìn)行傳輸。DS1302讀/寫操作時(shí)序如圖3.12所示。圖3.12DS1302讀/寫操作時(shí)序圖DS1302含寄存器12個(gè)，其中7個(gè)與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，以BCD碼形式存儲(chǔ)。其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見(jiàn)表3-2。表3-2DS1302的日歷、時(shí)間寄存器寫寄存器讀寄存器Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit080H81HCH10秒秒82H83H10分分84H85H12/24010時(shí)時(shí)AM/PM86H87H0010日日88H89H00010月月8AH8BH00000星期8CH8DH10年年8EH8FHWP0000000除此之外，DS1302還具有控制、充電及年份寄存器，還有時(shí)鐘突發(fā)寄存器等。其中后者可以實(shí)現(xiàn)對(duì)除了充電寄存器的所有寄存器信息的一次性順序讀寫。DS1302內(nèi)與RAM有關(guān)的寄存器有兩種，一種具備31個(gè)RAM單元，且每個(gè)單個(gè)RAM單元含有的字節(jié)數(shù)為8個(gè)，以奇數(shù)進(jìn)行讀，偶數(shù)進(jìn)行寫；另一種RAM寄存器可讀寫RAM的所有字節(jié)，這個(gè)過(guò)程是一次性的，發(fā)生于突發(fā)狀態(tài)下，以FFH進(jìn)行讀，F(xiàn)EH進(jìn)行寫。采用DS1302時(shí)鐘芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫時(shí)最好添加上拉電阻以保障數(shù)據(jù)的正常傳輸。因?yàn)镈S1302時(shí)鐘芯片的引腳信息的傳遞是雙向的，如果不添加上拉電阻，則與之相連的51單片機(jī)的引腳端口的電平很有可能出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)失敗的情況，因?yàn)?1單片機(jī)的引腳屬于弱上拉，與RST與SCLK完全不同。為保障數(shù)據(jù)通訊的正常傳輸，在本次出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們?cè)谌齻€(gè)端口都添加了上拉電阻，三個(gè)電阻皆為10K。具體的電路圖如圖3.13所示。圖3.13DS1302電路圖3.5AT24C02的設(shè)計(jì)3.5.1AT24C02的概述AT24C02芯片內(nèi)部含8位字節(jié)數(shù)256個(gè)，是一個(gè)2K串行的E2PROM，采用CMOS技術(shù)有效降低了能耗。AT24C02芯片內(nèi)部置有8字節(jié)的頁(yè)寫緩沖器，操作時(shí)需連接IIC總線接口才可，并具備寫保護(hù)的功能。AT24C02芯片實(shí)物圖如圖3.14所示。圖3.14AT24C02芯片實(shí)物圖3.5.2AT24C02的工作原理AT24C02的存儲(chǔ)容量為2Kb，內(nèi)容分成32頁(yè)，每頁(yè)8B，尋址方式如下：芯片尋址:AT24C02芯片的A2、A1、A0引腳接入高、低電平后，會(huì)得到一個(gè)三位編碼，A2、A1、A0引腳作為可編程地址選擇位。AT24C02芯片的地址控制格式為1010A2A1A0R/W，其中1010為AT24C02芯片本身的地址，R/W為芯片的讀寫控制位，其中1表示讀，0表示寫。(2)片內(nèi)子地址尋址:芯片尋址可對(duì)內(nèi)部256B中的任一個(gè)進(jìn)行讀/寫操作，尋址范圍為00~FF。AT24C02讀/寫操作時(shí)序圖如圖3.15所示。圖3.15AT24C02讀/寫時(shí)序圖在本設(shè)計(jì)中只是用到一個(gè)AT24C02芯片所以直接將A0、A1、A2三個(gè)引腳都連接到GND，而WP寫保護(hù)引腳通用接到GND上，這樣方便讀/寫操作。而SDA和SCL分別接到單片機(jī)的兩個(gè)引腳上，具體的電路圖如圖3.16所示。圖3.16AT24C02電路圖3.6獨(dú)立按鍵電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中通過(guò)若干獨(dú)立按鍵進(jìn)行人機(jī)交互。按鍵通過(guò)一點(diǎn)連接單片機(jī)的I/O口一端連接電源地。這樣設(shè)計(jì)是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的I/O在懸空沒(méi)有作為輸出的情況下是默認(rèn)高電平的，在按鍵沒(méi)有按下則相當(dāng)于該I/O處于懸空狀態(tài)。當(dāng)按下后I/O口的電平就會(huì)被拉低，這樣單片機(jī)只需要進(jìn)行循環(huán)的檢測(cè)I/O口是否有出現(xiàn)低電平就可以判斷是否有按鍵按下，當(dāng)然這種按鍵是金屬解除的方式所以會(huì)有抖動(dòng)紋波的情況，所以在程序中需要適當(dāng)?shù)募由隙虝旱难訒r(shí)消抖。具體電路如圖3.17所示。圖7.17獨(dú)立按鍵電路五個(gè)按鍵的功能分別為：第一個(gè)按鍵：開(kāi)始/結(jié)束計(jì)價(jià)。第二個(gè)按鍵：處在計(jì)價(jià)狀態(tài)時(shí)按一次進(jìn)入等待，再按一次退出，循環(huán)往復(fù)。第三個(gè)按鍵：計(jì)價(jià)結(jié)束后，按下可進(jìn)入設(shè)置起步價(jià)、白天/晚上每公里價(jià)錢、白天/晚上等待價(jià)錢等。第四個(gè)按鍵：在設(shè)置情況下，按下對(duì)應(yīng)設(shè)置項(xiàng)加0.1。第五個(gè)按鍵：在設(shè)置情況下，按下對(duì)應(yīng)設(shè)置項(xiàng)減0.1。3.7原理圖繪制軟件的介紹本出租車計(jì)價(jià)器原理圖的繪制選用了AltiumDesigner。這款由Altium公司開(kāi)發(fā)出的軟件一經(jīng)問(wèn)世便受到了眾多單片機(jī)愛(ài)好者的喜愛(ài)。AltiumDesigner軟件涵蓋了從頂層設(shè)計(jì)再到輸出數(shù)據(jù)的全過(guò)程，與之前的常用的Protel99版本相比，2004年推出的AltiumDesigner電路設(shè)計(jì)軟件版本在功能上更加強(qiáng)大，結(jié)合了VHDL和FPGA設(shè)計(jì)系統(tǒng)，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)電路的同步性，且更加美觀，更富有人性化。AltiumDesigner2004內(nèi)含多個(gè)模塊，包括原理圖的設(shè)計(jì)仿真、印制電路板的設(shè)計(jì)、內(nèi)含自動(dòng)布線器，還可進(jìn)行嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)。AltiumDesigner2004以印制電路板的設(shè)計(jì)為核心，采用PCB圖和原理圖與項(xiàng)目管理相結(jié)合，形成雙向同步技術(shù)，多通道設(shè)計(jì)的方式最大限度地為電路設(shè)計(jì)提供便利。3.8系統(tǒng)硬件測(cè)試系統(tǒng)硬件測(cè)試主要是檢測(cè)硬件電路的連接情況，主要看電路是否出現(xiàn)漏焊、短路、斷路、虛焊，電路是否出現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、一些元件的放置是否出現(xiàn)問(wèn)題等。如果元件的放置出現(xiàn)問(wèn)題，或者出現(xiàn)電路中漏掉某些元器件的情況，需要比照PCB圖中的線路進(jìn)行逐一排查，出現(xiàn)實(shí)物與PCB圖對(duì)不起來(lái)的情況需及時(shí)對(duì)實(shí)物圖進(jìn)行休整。對(duì)于短路、斷路、虛焊這些情況采用數(shù)字萬(wàn)用表。將數(shù)字萬(wàn)用表打到二極管檔位，然后通過(guò)紅表筆和黑表筆碰一起，萬(wàn)用表會(huì)發(fā)出鳴叫警示。根據(jù)這個(gè)原理就可以用來(lái)檢測(cè)短路、斷路、虛焊。在需要檢測(cè)的元件或?qū)Ь€的兩端用兩根表筆檢測(cè)，如果導(dǎo)通蜂鳴器會(huì)鳴叫，如果斷開(kāi)蜂鳴器不叫。這樣根據(jù)我們所需要檢測(cè)的情況，在結(jié)合檢測(cè)的現(xiàn)象就可以測(cè)出線路是否有問(wèn)題。第四章.系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)4.1軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的介紹本出租車計(jì)價(jià)器系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)選用的是KeilC51軟件，是由美國(guó)一家公司開(kāi)發(fā)的專門用于51單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件，編程語(yǔ)言采用了簡(jiǎn)單易懂的C語(yǔ)言，較匯編語(yǔ)言相比更容易上手。Keil軟件內(nèi)含C語(yǔ)言編譯器、仿真調(diào)試器，具備宏匯編和庫(kù)管理的強(qiáng)大功能，由uVision整合于一體，為使用者們提供了一個(gè)相當(dāng)完整的開(kāi)發(fā)思路。Keil軟件支持的操作系統(tǒng)包括NT、WIN2000、WINXP等，Keil軟件給C語(yǔ)言愛(ài)好者們帶來(lái)了福音。即使單片機(jī)愛(ài)好者們更傾向于選擇匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程，Keil軟件也為匯編語(yǔ)言的愛(ài)好者們提供了便于操作的集成環(huán)境。2.2系統(tǒng)重要函數(shù)的介紹4.2.1主函數(shù)的設(shè)計(jì)主函數(shù)采用voidmain()函數(shù)，voidmain()函數(shù)的存在保證了程序的完整性。在voidmain()函數(shù)函數(shù)的開(kāi)頭需要對(duì)單片機(jī)及外圍器件進(jìn)行初始化操作，并且需要設(shè)置一些變量。當(dāng)初始化的工作完成后，我們需要在函數(shù)中加入死循環(huán)的部分，這樣才能保證程序可以一直處于不斷運(yùn)行的狀態(tài)，才能達(dá)到本次出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的目標(biāo)。在主函數(shù)的設(shè)計(jì)中不宜采用較大的篇幅，可以將函數(shù)盡可能地封裝起來(lái)，再由主函數(shù)進(jìn)行調(diào)用。這樣不僅可以使閱讀變得更加方便，還有利于代碼