1、第一章 緒論1.1出租車計價器的研究背景及意義1.1.1研究背景當今社會，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越多人的關注。于是，出租車行業以低價高質的服務給人們帶來了出行的享受，所以越來越受到廣大群眾的歡迎。我國在70年代開始出現出租車，但那時的計費系統大都是國外進口不但不夠準確，價格還十分昂貴。重慶市起重機廠是我國的第一家生產計價器企業，最早的計價器全部采用機械齒輪結構，只能完成簡單的計程功能。可以這么說，早期的計價器就是一個里程表，并且，總存在著買賣糾紛等各種問題困擾著行業的發展。而改良出租車計價器是在出租車行業中解決這一矛盾的最好方法，用更加

2、精良的計價器來為乘客提供更加優質的服務。隨著改革開放日益深入，出租車行業的迅猛發展，國內各機械廠家紛紛推出國產計價器。出租車計價器的功能從剛開始的只顯示路程（需要司機自己定價，計算后四舍五入），到能夠自主計費，以及現在的能夠打發票和語音提示、按時間自主變動單價等功能。出租車行業已成為象征著城市文明的窗口，現在各大中城市出租車行業都已普及自動計價器，計價器技術的發展已成定局，所以未來汽車計價器的市場還是十分有潛力的。1.1.2 研究意義凡乘過出租車的人都知道，只要汽車開動，隨著行駛里程的增加，就會看到汽車前面的計價器里程數字顯示的讀數從零逐漸增大，而當行駛到某一值時（如3KM）計費數字顯示開始從

3、起步價（如7元）增加。當出租車到達某地需要在那里等候時，司機只要按一下“計時”鍵，每等候一定時間，計費顯示就增加一個該收的等候費用。汽車繼續行駛時，停止計算等候費，繼續增加里程計費。到達目的地，便可按顯示的數字收費。出租車計價的的原理簡單的概括為以下幾個方面：l 里程傳感器：采集車速信號,(也可以自己做車速傳感器,采用霍爾效應做)，車速信號為脈沖信號,采集脈沖信號的頻率就可以得到車速，可以用到芯片的定時器捕獲。如果車速大于一定的值，采用公里數計算價格,如果車速小于這個值,就可以用時間計算。l 計算公里數：應用芯片計算其公里數。l 計算時間：用到芯片定時器確定時間，或者用RTC中斷采集到更精確的

4、時間。l 顯示：用數碼管或液晶顯示公里數，時間，以及價格，可以用芯片驅動數碼管或者用芯片驅動液晶空車牌來提供計價器計價的信號。l 打印機：打印機來打印所需要的票據，通過排線連接計價器主機。 隨著科學技術的發展，產生了第二代計價器。它采用了手搖計算機與機械結構相結合的方式，實現了半機械半電子化。此時它在計程的同時還可以完成計價的工作。大規模集成電路的發展又產生了第三代計價器，也就是全電子化的計價器。它的功能也在不斷完善.當單片機出現并應用于計價器后，現代出租車計價器的模型也就基本具備了，它可以完成計程，計價，顯示等基本工作。 本次設計的目的在于現在各大中城市出租車行業都已普及自動計價器，通過學習

5、與實驗設計，將所學的知識更好的與生活相聯系，做到“學有所用，學以致用”。通過前面的介紹，我們可以非常清楚的了解道到出租車計價器是出租車行業發展的重要標志，是出租車中最重要的工具，并且它關系著交易雙方的利益，具有良好性能的計價器無論是對廣大出租車司機朋友還是乘客來說都是很必要的。所以，我們在設計的過程中為們必須做到，簡單、精確、實用、耐用。由于采用模擬電路和數字電路設計的計價器整體電路的規模較大，用到的器件多，造成故障率高，難調試，不利于推廣。為此在各種利弊權衡之后，最終決定采用單片機進行設計。單片機相對來說功能強大，用較少的硬件和適當的軟件相互配合就可以很容易的實現設計要求，對于初學者來說簡單

6、易上手，且靈活性強，可以通過軟件編程來完成更多的附加功能。1.2 單片機概覽1.2.1 單片機的含義單片機（Single Chip Microcomputer，SCMC）亦稱單片微電腦或單片微型計算機，國際上統稱為微控制器（Microcontrollor,MCU,C），是一類內部集成了計算機核心技術的智能芯片。當今世界把計算機分為嵌入式計算機和通用計算機兩大類，二單片機正是屬于后者。嵌入式計算機是以嵌入式系統的形式隱藏在各種裝置、產品和系統中。如果說把人看成是一個系統，人腦就是一臺典型的嵌入式計算機。嵌入式系統的核心部件有以下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

7、器主要用于控制領域，用于實現各種控制測試和控制功能。雖然微控制器只是一塊芯片，但是從組成和和功能上來看，它已經具備了計算機系統的屬性，因此可以稱之為單片微型計算機（Single Chip Microcomputer，SCMC）,簡稱單片機。如果說單片機是國人給該類芯片定義的一個俗名或土名，那么微控制器則是國際上公認的一個學名。單片機的稱呼是從它的外觀形態、外部表現、存在形式定名的，而微控制器的稱謂則是從它的內在本質、功能特點、應用方向確定的。與單片機一詞成并列關系的有單片機、計算機系統，與微控制器一詞成并列關系的有未處理器、數字信號處理器等。單片機就是把中央處理器CPU、隨機存取存儲器RAM、

8、只讀存儲器ROM、輸入/輸出端口I/O等主要的計算機功能部件，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算機。換言之，把微型計算機的所有功能部件都集成并封裝在一塊芯片之內而構成一部超微型計算機，稱其為單片機。單片機的設計目標主要是增強“控制”能力，滿足實時控制（就是快速反應）方面的需要。因此，它在硬件結構、指令系統、I/O端口、功率消耗及可靠性等方面均有其獨特之處，其最顯著的特長之一就是具有非常有效的控制功能。盡管單片機主要是為控制目的而設計的，他仍然具備通用型計算機的全部特征，“麻雀雖小，五臟俱全”。既然單片機是一部概念上完整的微型計算機，那么單片機的功能部件和工作原理與微型

9、計算機也是基本相同的。如圖1-1所示，一臺微型計算機是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、和輸出設備和若干集成電路組成的。雖然微型計算機技術得到了充分的發展，但是微型計算機在系統結構上仍然屬于經典計算機結構。這種結構是由計算機的開拓者數學家約翰·馮·諾依曼最先提出的，所以稱之為馮·諾依曼計算機體系結構。而8051系列單片機用的是哈佛結構。 存儲器輸入設備輸出設備 運算器 控制器 圖1-1 微型計算機的基本結構 1.2.2單片機的發展史 單片機誕生于1971年，經歷了SCM、MCU、SoC三大階段，早期的SCM單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的805

10、1，此后在8051上發展出了MCS51系列MCU系統。基于這一系統的單片機系統直到現在還在廣泛使用。隨著工業控制領域要求的提高，開始出現了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產品大發展，單片機技術得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。 而傳統的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數百倍。高端的32位Soc單片機主頻已經超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。

11、當代單片機系統已經不再只在裸機環境下開發和使用，大量專用的嵌入式操作系統被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統。1.2.3單片機的特點及應用范圍l 高集成度，體積小，高可靠性 單片機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。芯片本身是按工業測控環境要求設計的，內部布線很短，其抗工業噪音性能優于一般通用的CPU。單片機程序指令，常數及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內，故可靠性高。l 控制功能強 為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統均有極豐富的條件:分支轉

12、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。l 低電壓，低功耗，便于生產便攜式產品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統，許多單片機內的工作電壓僅為1.8V3.6V，而工作電流僅為數百微安。l 易擴展 片內具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構成各種規模的計算機應用系統。l 優異的性能價格比 單片機的性能極高，為了提高速度和運行效率，單片機已開始使用RISC流水線和DSP等技術。單片機的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可達到1MB和16MB，片內的ROM容量可達62MB，RAM容量則可達2MB。由于單片機的廣泛使用

13、，因而銷量極大，各大公司的商業競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。單片機自20世紀70年代問世以來，以其鮮明的特點得到迅猛發展，已廣泛應用于家用電器、智能玩具、智能儀器儀表、工業控制、航空航天等領域，經過30多年的發展，性能不斷提高，品種不斷豐富，已經形成自動控制的一支中堅力量。據統計，我國的單片機年容量已達13億片，且每年以大約16的速度增長，但相對于國際市場我國的占有率還不到1。這說明單片機應用在我國有著廣闊的前景。對于從事自動控制的技術人員來講，掌握單片機原理及其應用已經成為必不可少的學習任務。提到單片機的應用，有人這樣說，“凡是能想到的地方，單片機都可以用的上”，這樣說并不夸張。

14、因此，單片機的應用十分廣泛，在工業控制領域、家電產品、智能化儀器儀表、計算機外部設備，特別是機電一體化產品中，都有重要的用途。其主要的用途可以分為以下幾個領域。l 電信l 家用電器l 計算機外圍設備l 辦公自動化l 工業控制l 商用電子l 電子玩具l 儀器儀表l 汽車電子l 軍用電子1.2.4 51系列單片機51系列單片機是在美國Intel公司于20世紀80年代推出的MCS-51系列高性能8位單片機的基礎上發展而來的，它在單一芯片內集成了并行I/O口、異步串行口、16位定時器/計數器、中斷系統、片內RAM和片內ROM,以及其他一些功能部件。現在51系列單片機已經有了很大的發展，除了Intel公

15、司之外，Philips、Siemens、Fujutsu、OKI、Atmel、SST、Winbond等公司都推出了以8051為核心的新一代8位單片機。不同公司推出的51具有各自的功能和特點，但它們的內核都是以Intel公司的MCS-51為基礎的，并且指令系統兼容，從而給用戶帶來了廣闊的選擇范圍，同時又可以采用相同的開發工具。51系列單片機在存儲器上的配置上采用所謂“哈佛”結構，即在物理上具有獨立的程序存儲器和數據存儲器，而在邏輯上采用相同的地址空間，利用不同的指令和尋址方式進行訪問，可分別尋址64KB的程序存儲空間和64KB的數據存儲空間，充分滿足工業測量控制的需要。80C51系列單片機指的是M

16、CS-51系列和其他公司的衍生產品、變異產品、派生產品的總稱。有些衍生產品是再標準MCS-51基礎上精簡部分一覺和縮減產品功能二形成的（例如AT89C1051、AT89C2051、51LPC系列、LPC900系列等）。而越來越多的衍生產品是在標準MCS-51的基礎上增加了一些片內外設模塊，還增強了一些實用功能而形成的（例如，Flash程序存儲器、EEPROM數據存儲器、模擬/數字轉換器模塊ADC、數字/模擬轉換器模塊DAC、可編程計數器陣列PCA、雙數據指針、看門狗功能WDT、模擬比較器、SPI串口、I2C串口、CAN串口、I-Wire串口、USB串口、雙串行通信接口UART、在系統內編程IS

17、P、在應用中編程IAP、融入可編程邏輯器件PLD、增加并行端口、無線收發接口、紅外線收發接受扣等功能）。這些增強的51兼容產品，給傳統的80C51單片機注入了新的活力，也拓展了更廣泛的應用開發前景。 一個單片機芯片包括：l 中央處理器CPU，它是單片機的核心，用于產生各種控制信號，并完成對數據的算術邏輯運算與傳送；l 內部數據存儲器RAM，用于存放可以讀寫的數據；l 內部程序存儲器ROM，用于存放程序指令或某些常數表格；l 21個特殊功能寄存器；l 4個8位的并行I/O接口P0、P1、P2、和P3，每個口都可以用做輸入或者輸出；l 2個（8051）或3個（8052）定時器/計數器，用來作外部事

18、件計數器，也可以用來定時；l 內部中斷系統具有5個中斷源，2個優先級的嵌套中斷結構，可以實現二級中斷服務程序嵌套，每一個中斷源都可以用軟件程序規定為高優先級中斷或低優先級中斷；l 一個可編程全雙工串行接口，可以用于異步接受發生器；l 內部時鐘，單晶體和微調電容需要外接，振蕩頻率可以高達40MHZ。l 一個具有位尋址功能、適于邏輯運算的位處理器。80C51單片機的內部結構如圖1-2所示，其核心部件為中央處理單元或中中央處理器（CPU），它包括運算電路和控電路兩大部分。運算電路以算術邏輯單元為核心，包括累加器（ACC）、寄存器(B）、程序狀態字（PSW）和兩個暫存寄存器(TMP)等。算術邏輯單元是

19、一個8位的全加器，它通過各部分的共同作用可以實現各種算術運算邏輯運算、數據傳輸和程序轉移等功能。控制器在單片機內部協調各功能部件之間的數據傳送和運算操作，是保證單片機各部分能在程序運行過程中自動而協調工作的指揮樞紐。 P0.0P0.7 P2.0P2.7P2驅動P0驅動P0鎖存器RAM地址寄存器RAMFPEROMP2鎖存器動 程序地址寄存器ACCB寄存器堆棧指針緩沖TMP1TMP2PC增加1中斷、串行口和定時器ALUPCPSW指令寄存器PSENDPTR定時控制P3鎖存器P1鎖存器OSCP1驅動P1驅動 P3.0-P3.7P1.0-P1.7 圖1-2 80C51單片機內部結構圖1.2.5 單片機的

20、學習方法 知識上，其實不需要多少東西，會簡單的C語言，知道51單片機的基本結構就可以了。一般的大學畢業生都可以了，自學過這2門課程的高中生也夠條件。設備上，一般是建議購買一個仿真器，單片機的學習分兩方面，一方面是單片機的原理及內部結構，另一方面是單片機的接口技術。這些都是需要平時多積累，多動手，多思考，這樣才能學好單片機技術。單片機學習的4個階段l 整體了解 要知道單片機是什么，單片機有何用，如何系統學習單片機，單片機系統設計的流程是怎樣的，需要掌握哪些輔助軟件。了解這些之后，我們的學習就有了目標和方法。l 揭秘 單片機很難學，是因為其內部結構、編程語言抽象，且實際應用中與其他電子技術和元器件

21、知識相互關聯，需結合起來一起設計開發產品。所以，第二階段要了解單片機的內部結構是怎樣的，單片機開發經常會用到哪些電子技術和元器件知識，如何將一條條編程指令組合成一段段有效的程序。l 解密 之所以單片機能成為控制核心，設計出包羅萬象的應用系統來，是因為開發者利用了單片機提供的種種功能及各種外設。所以，第三階段我們要掌握單片機的各種功能，再加上諸如傳感器、模數轉換、掃描顯示、串行、中斷的應用思維，結合更多的元器件、電子電路知識，逐個學習、體會實際的單片機系統的秘密。l 遠航 通過以上三個階段，讀者基本就可掌握單片機的應用了。但要設計出豐富的單片機系統，解決復雜的實際問題，還需要了解更多的外設知識及

22、其與單片機的聯系（如電動機、各類存儲器、繼電器、紅外管等）。這些需要不斷的學習和積累。有時候，接到一些開發任務，就需要你針對這個任務自覺地去搜集、學習相關知識，在實踐中不斷載學習和提高。 第二章 計價器的功能設計與方案2.1 功能設計此次出租車計價器的設計內容主要包括：起步價，白天/晚上不同收費，拼車收費3個部分。根據調查，煙臺地區的出租車計價器收費情況如下：l 起步價為7元，不超過3公里不額外收費；l 超過3公里但不超過10公里時，白天每公里2元，晚上每公里2.5元；拼車時白天每公里1元，晚上1.5元；l 超過10公里時，白天每公里2.5元，晚上每公里3.5元；拼車時白天每公里2元，晚上每公

23、里3元。顯示部分才用LED液晶顯示屏，分為6位。里程顯示3位，精確到公里；價格顯示3位，精確到元。2.2 設計方案金額顯示AT89C51單片機里程顯示按鍵控制 脈沖上輸入 譯碼器 串口顯示驅動電路 圖2-1 總體設計方案圖AT89C51單片機有較大的活動空間，利用其豐富的IO端口，及其控制的靈活性，不但能實現基本的里程計價功能和價格調節、時鐘顯示功能，而且能在很大的程度上擴展功能，還可以方便的對系統進行升級。用較少的硬件和適當的軟件相互配合可以很容易的實現設計要求。l 按鍵控制：通過按鍵控制行駛里程數，白天/晚上，拼車計價方式的轉換。l 脈沖輸入：用計數脈沖代替車輪上的霍爾元件，給單片機里程信

24、號，進行里程計數。l AT89C51單片機：計價器的核心，完成控制，運算等工作。l LED顯示單元：采用動態顯示的方法，顯示金額與里程。l 譯碼器單元：選用74LS138譯碼器進行片選譯碼，同時對P1口地址進行拓展實現顯示部分的選擇l 串行口驅動單元：由于單片機的P0口及P1口的驅動電路較小，不足以驅動LED顯示單元的顯示，因此需要外接驅動將電流增大。 第三章 硬件設計3.1 控制核心芯片AT89C51 AT89C51是一種帶4K字節FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處

25、理器，它的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。3.1.1 AT89C51的主要特性l 與MCS-51系列單片機產品兼容；l 4K字節在系統可編程Flash存儲器（片內具有4K字節閃速存儲器）；l 1000次擦寫周期；l 128Bytes的內部RAM單元；l 4個8位I/O口，即32位可編程I/O口線；l 2個16位定時器/計

26、數器；l 6個中斷源；l 可編程全雙工串行口；l 低功耗空閑和掉電模式；l 掉電后中斷可喚醒；l 看門狗定時器l 雙數據指針l 靈活的ISP在線編程功能（字或字節模式）；l 寬范圍的工作電壓，VCC的允許變化范圍為了2.76.0V；l 可設置為待機狀態和掉電狀態；l 振蕩器及時鐘電路，全靜態工作方式，時鐘頻率可為0Hz24MHz。具有全靜態的工作方式，表明它不一定要求連續的工作時鐘定時，在等待內部事件期間，時鐘頻率可降至0；l AT89C51芯片在出廠時，閃存處于可擦除狀態，各地址單元內容為FFH，可隨時進行編程。編程是按字節進行的。編程電壓VPP有高壓12V的，也有低壓5V的。3.1.2 A

27、T89C51單片機的引腳圖： 圖3-1 AT89C51單片機引腳圖下面對其主要引腳進行簡介：l VCC：供電電壓。l GND：接地l P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。l P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。l P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故,P2口在FLA

28、SH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。l P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： P3.0 RXD（串行輸入口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.4 T0（計時器0外部輸入） P3.5 T1（計時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。l RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。l ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允

29、許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。l /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN

30、信號將不出現。l /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。l XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。l XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.1.3 中斷服務系統簡介由于在設計的過程中主要用到單片機的中斷服務系統，所以下面對中斷服務系統進行簡介：l 中斷的基本概念：可以舉例說明，例如：你正在家中看書，突然電話鈴響了，你放下書本，去接電話，和來電話

31、的人交談，然后放下電話，回來繼續看你的書。這就是生活中的“中斷”的現象，就是正常的工作過程被外部的事件打斷了。l 中斷源及中斷請求：向單片機發出中斷請求的來源稱為中斷源。AT89C51單片機的中斷源共有5個，分別是兩個外部中斷源、兩個定時中斷源和一個串行中斷源。l 中斷系統結構：為了保證系統安全可靠，使用靈活，51系列單片機的中斷系統采用多級管理的機制。為了為了解決多級嵌套問題，51單片機還設置了兩級中斷優先級。51系列單片機的中斷系統由中斷源、中斷請求標志位、中斷允許寄存器IE，中斷優先級寄存器IP及其他輔助電路。l 中斷優先級的控制原則和邏輯：低優先級的請求不能打斷高優先級的中斷服務；同級

32、中斷之間不能嵌套；如果同級的多個中斷請求同時出現，其中斷響應次序按單片機查詢次序確定，查詢次序為：外部中斷0 定時器0 外部中斷1 定時中斷1 串行中斷。l 中斷處理過程：要滿足單片機的中斷響應條件（有中斷源發出中斷請求；中斷源對應的中斷允許位為1；中斷總允許位 EA=1），在滿足中斷響應的條件下，CPU響應中斷，硬件自動將斷點地址壓入堆棧保護，在中斷服務完成后，先撤銷該中斷請求，CP然后返回原程序的斷點（既原來中斷的位置），繼續原來的程序。3.1.4硬件圖： 圖3-2 AT89C51單片機3.2 LED顯示部分LED（Light Emitling Diode）是發光二極管的縮寫,LED顯示器

33、是由發光二極管顯示字段的單片機輸出設備。LED數碼管以發光二極管作為發光單元，顏色有單紅， 黃，藍，綠，白，黃綠等效果。單色，分段全彩管可用大樓，道路，河堤輪廓亮化，LED數碼管可均勻排布形成大面積顯示區域，可顯示圖案及文字，并可播放不同格式的視頻文件。通過電腦下flash、動畫、文字等文件，或使用動畫設計軟件設計個性化動畫，播放各種動感變色的圖文效果。單片機應用系常采用7段LED數碼管作為顯示器，這種顯示器具有耗電低、配置靈活、線路簡單、安裝方便、耐振動、價格低廉且壽命長等優點，因此應用廣泛。 3.2.1 LED驅動顯示原理：LED數碼管顯示器可以文衛共陰極和共陽極兩種結構。l 共陰極結構：

34、如果所有的發光二極管的陰極接在一起，稱為共陰極結構，如圖3-3所示。 圖 3-3 共陰極結構 圖 3-4共陽極結構l 共陽極結構：如果所有的發光二極管的陽極接在一起，稱為共陽極結構，如圖3-4所示。單片機驅動LED數碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態顯示和 動態（掃描）顯示，按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件譯碼之分。l 靜態方式：LED顯示器工作在靜態顯示方式下，共陰極或共陽極點連接在一起接地或+5V；每位的段選線（a-dp）與一個8位并行口相連。如圖所示，該圖表示了一個四位靜態LED顯示器電路。該電路每一位可獨立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應的顯示字符。由于每一位由

35、一個8位輸出口控制段選碼，故在同一時間里每一位顯示的字符可以各不相同。N位靜態顯示器要求有N*8根I/O口線，占用I/O口資源較多。故在位數較多時往往采用動態顯示方法。l 動態方式在多位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選碼并聯在一起。由一個8位I/O口控制，而共陰點或共陽點分別由相應的I/O口線控制。顯示時通過位控信號采用掃描的方法逐位的循環點亮各位數碼管。動態顯雖然在任一時刻只有一位數碼管被點亮，但是由于人眼具有視覺暫留效應，看起來與全部數碼管持續點亮的效果完全一樣。這兩種顯示方式各有利弊；靜態顯示雖然數據穩定，占用很少的CPU時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅動電路，

36、使用的硬件較多；動態顯示雖然有閃爍感，占用的CPU時間多，但使用的硬件少，能節省線路板空間。所以在本次設計的過程中，顯示部分采用動態顯示。l 硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完成，CPU只要送出標準的BCD碼即可，硬件接線有一定標準。l 軟件譯碼是用軟件來完成硬件的功能，硬件簡單，接線靈活，顯示段碼完全由軟件來處理，是目前常用的顯示驅動方式。 驅動電流：l 顯示效果： 由于LED屬于電流敏感元件，其正向壓降的分散性很大，并且還與溫度有關，為了保證數碼管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工作電流，且不能受溫度及其它因素的影響。另外，當溫度變化時驅動晶片還要能夠自動調節輸出電流的大小以實現

37、色差平衡溫度補償。l 安全性： 即使是短時間的電流超載也可能對發光管造成永久性的損壞，采用恒流驅動電路后可防止由于電流故障所引起的數碼管的大面積損壞。 另外，我們所采用的超大型積體電路還具有級聯延時開關特性，可防止反向尖峰電壓對發光二極體的損害。超大型積體電路還具有熱保護功能，當任何一片的溫度超過一定值時可自動關斷，并且可在控制室內看到故障顯示。本設計中用到8段LED顯示器，下面對其進行簡要介紹：8段LED顯示器由7條發光二極管組成顯示字段，并按“日”字形排列，其引腳圖如圖3-5所示。這8段發光管分別稱為a,b,c,d,e,f,g,有的還帶有一個小數點dp,8段LED由此得名，將8段發光管陰極

38、都連在一起，稱為共陰極接法，當某個字段的陽極為高電平時，對應的字段就點亮。共陽極接法是將LED顯示器的所有陽極并接后連到+5V電源上，當某一字段的陰極為0時，對應的字段就點亮。 圖 3-5 8段LED數碼管引腳圖 如：顯示一個“3”字，那么應當是a亮b亮g亮e不亮d亮f不亮c亮dp不亮。LED數碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數碼管的顯示筆畫常用一個發光二極管組成，而大尺寸的數碼管由二個或多個發光二極管組成，一般情況下，單個發光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數碼管，發光二極管的陰極連接到一

39、起連接到電源負極的稱為共陰數碼管。 下面以共陰極接法說明顯示字符和數字量與段編碼關系。由于加在7段陽極上的電壓可以用數字量表示，對于共陰極，如果某位為1，則對應段發光；如為0，則不發光。數字量與段的對應關系如表3-1所示： 表3-1 數碼管數字量與段的對應關系表D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0dpgfedcba 例如：當加到陽極的數字量為00111111B=3FH時，除dp,g不發光外，其他6段均發光，因此顯示一個0字符。對于共陽極接法，加到陰極的數字量為：11000000=C0H，則顯示0字符。由此可見，共陽極接法的段選碼與共陰極接法的段選碼是邏輯“非”關系。3.2.2 硬件圖

40、 圖 3-6 LED顯示部分顯示部分分為兩部分：前一部分為總金額顯示，后一部分為里程顯示。在顯示的過程中，里程與金額同步顯示，里程沒增加一公里，金額會根據設定的規則發生相應的變化。這樣設計的目的是讓顧客可以清楚的看到里程金額的變化，更加的簡單直觀，這樣就可以大幅度的避免顧客與司機之間的糾紛，讓旅途更加的愉快！ 3.3 片選電路在LED 數碼管顯示的過程中，字形碼的輸出控制可采用硬件譯碼方式，如采用BCD-7段譯碼/驅動器74LS1281、74LS49、74LS48、CD4511(共陰極)或74LS46、74LS47、CD4513（共陽極），也可用軟件表的方式將上述16進制代碼經接口輸出。在本次

41、設計的過程中，考慮到設計者在學習的過程中都74LS138譯碼器掌握的比較熟練，選擇它作為譯碼電路的譯碼器。在動態顯示的過程中，各個數碼管的公共端接在另一接口的不同位，完成數位選擇，即片選，控制各數碼管輪流點亮。3.3.1 硬件圖 圖 3-7 譯碼器片選電路3.3.2 74LS138簡介74LS138的引腳圖如圖 3-8所示:圖3-8 74LS138譯碼器引腳圖74LS138 為3 線8 線譯碼器，共有 54LS138和 74LS138 兩種線路結構型式。工作原理：l 當一個選通端（E1）為高電平，另兩個選通端（(/E2)和/(E3)）為低電平時，可將地址端（A0、A1、A2）的二進制編碼在Y0

42、至Y7對應的輸出端以低電平譯出。比如：A2A1A0=110時，則Y6輸出端輸出低電平信號。l 利用 E1、E2和E3可級聯擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯擴展成 32 線譯碼器。l 若將選通端中的一個作為數據輸入端時，74LS138還可作數據分配器。l 可用在8086的譯碼電路中，擴展內存。引腳功能：l A.B.C：地址輸入端l STA（E1）：選通端l /STB（/E2）、/STC（/E3）：選通端（低電平有效）l /Y0/Y7：輸出端（低電平有效） 3.4 驅動電路3.4.1 硬件圖 圖3-9 驅動部分硬件圖通過學習了解，我們可以知道，AT89C51單片機的P0口的輸出電流

43、大約為10mA,P1口由于內部具有上拉電阻，輸出電流大約為30mA。6個8段二極管動態顯示所需的驅動電流大約為 6*8*10=480mA，因此，僅僅使用單片機是不足以驅動顯示電路顯示的，還需要外加驅動電路來驅動顯示。3.4.2 74ALS245簡介74LS245是在單片機中用來驅動led或者其他的設備的常用芯片，它是8路同相三態雙向總線收發器，可雙向傳輸數據。接收模式：當片選端/CE低電平有效時，DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸；（接收）DIR=“1”，信號由 A 向 B 傳輸；（發送）當CE為高電平時，A、B均為高阻態。由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時74LS245的三態控制端

44、1G和2G接地，P2口與驅動器輸入線對應相連。P0口與74LS245輸入端相連,E端接地，保證數據線暢通。8051的/RD和/PSEN相與后接DIR，使得RD和PSEN有效時，74LS245輸入（P0.1D1），其它時間處于輸出（P0.1D1）。3.5 里程計數單元3.5.1 霍爾元件簡介霍爾傳感器 AT89C51小磁鐵車輪 圖3-10傳感器測距示意圖在實際應用的過程中，計算里程是通過安裝在車輪上的霍爾傳感器A44E檢測到的信號，送到單片機，經處理計算,送給顯示單元的，其原理如圖3-10所示。因為A44E 屬于開關型的霍爾器件，它的工作電壓范圍比較寬（4.518V），其輸出的信號符合TTL 電

45、平標準，可以直接接到單片機的IO 端口上，而且其最高檢測頻率可達到1MHZ，所以在出租車行業得到了廣泛的應用，集成開關型霍爾傳感器原理如圖3-11所示。圖3-11 集成開關型霍耳傳感器原理圖 A44E 集成霍耳開關由穩壓器A、霍耳電勢發生器(即硅霍耳片)B、差分放大器C、施密特觸發器D 和OC 門輸出E 五個基本部分組成。在輸入端輸入電壓CC V ，經穩壓器穩壓后加在霍耳電勢發生器的兩端，根據霍耳效應原理，當霍耳片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產生霍耳電勢差H V 輸出，該H V 信號經放大器放大后送至施密特觸發器整形，使其成為方波輸送到OC 門輸出。當

46、施加的磁場達到工作點.(即OP B )時，觸發器輸出高電壓(相對于地電位)使三極管導通，此時OC 門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態為“開”。當施加的磁場達到釋放點(即rPB )時，觸發器輸出低電壓，三極管截止，使OC 門輸出高電這種狀態為“關”。這樣兩次電壓變換，使霍耳開關完成了一次開關動作。其集成霍耳開關外形及接線如圖3-12所示。圖3-12集成霍耳開關外形及接線3.5.2 硬件圖 圖 3-13 模擬脈沖在應用仿真的過程中，我們選擇了P3.3 口作為模擬信號的輸入端，內部采用外部中斷1，一個脈沖代表一公里（這樣可以節省時間），單片機就會將金額隨著公里數的增加而增加。3.6 按鍵單元 在硬件

47、部分添加按鈕的目的是：通過按鈕的閉合，來實現不同功能的要求。按鍵單元包括3個按鈕，其功能分別為：l 開始按鈕：當顧客上車時按下開始按鈕，等待脈沖，開始里程計數與金額計算，與P3.0相連接；l 白天/晚上按鈕：由于白天和晚上的計費不同，進入晚上時按下此按鈕，進入晚上計費系統,與P3.1相連接；l 拼車按鈕：當有人拼車時按下此按鈕，進入拼車計費系統，與P3.2相連接。按鍵單元的硬件圖如下圖所示： 圖3-14 按鍵單元硬件圖l 上拉電阻的作用：將不確定的信號固定在高電平。如果沒有按鍵按下的時候是高電平，有按鍵的時候是低電平按鍵的功能就是把單片機的引腳接地，現在問題出來了，但你按鍵松開的時候，如果沒有

48、上拉電阻，那么單片機的引腳就會一直停留在低電平，讓單片機誤認為一直有按鍵按下。l 反相器的作用：輸入高電平，輸出低電平，增大單片機的驅動能力。3.7 單片機最小系統3.7.1 復位單元51系列單片機的復位是靠外部電路實現的。單片機工作后只要在它的RESET引線上加載10ms以上的高電平，單片機就能有效的復位。在應用系統中，有些外圍芯片也需要復位，如果這些芯片復位端的復位電平要求與單片機復位電平要求一致，則可以將復位信號與之相連。常用的復位電路如圖3-15所示： 圖3-15 復位電路3.7.2 晶振電路單片機內部有一個高增益、反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。通

49、過這兩個引腳在芯片外并接石英晶體振蕩器和兩只電容（電容和一般取33pF）。這樣就構成一個穩定的自激振蕩器。振蕩電路脈沖經過二分頻后作為系統的時鐘信號，再在二分頻的基礎上三分頻產生ALE信號，此時得到的信號是機器周期信號。 圖 3-16 晶振電路第四章 軟件設計4.1 單片機的資源利用在設計的過程中，用到的單片機的資源主要有：l P0.0-P0.7:與數碼管相連接，作為段選口，輸出字形碼，完成字形的選擇與控制；l P3.0-P3.2：按鍵接口，完成不同功能的轉換；P3.3：外接脈沖，模擬行駛里程；l P1.5-P1.7：與74LS138譯碼器相連接，完成數位選擇，控制各數碼管輪流點亮。4.2 程

50、序流程圖中斷子程序: 圖 4-1 中斷程序流程圖4.3 匯編程序：如需要完整程序,發郵件到1165864375第5章 結論與展望5.1 工作總結時光荏苒，寶貴的四年大學時光如白駒過隙，轉眼就到了畢業季。在這最后的大學生活中，我們迎來了大學最后一個重要的課程畢業設計，它是衡量每個大學生知識掌握程度的關鍵，而且是對前面所學知識的一種檢驗，更是對自己能力的一種提高，所以我們必須高度重視。畢業設計是學校對我們在大學中所學知識的一個綜合的檢驗，工作做的好壞，直接體現了學生個人現階段學習動手的強弱，我們必須以最飽滿的熱情，最專業的態度來對待它，爭取完美的完成這項任務。 經過幾個月的奮戰我的畢業設計終于完成了，但是現在回想起來做畢業設計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，不過樂趣盡在其中！ 整個畢業設計的過程可以大致的總結如下：接到任務書以后進行選題，選擇方案，了解課題思路。拿到課題基于單片機的出租車計價器設計的時候，雖然一開始有些迷茫，不知道何從下手，但是通過老師的知道，同學討論，以及去圖書館查閱資料，很快就在腦海中形成了大致的思路。俗話說的好“好的開端就相當于成功了一半”，因此資料是否全面、可靠，關系到整個畢業設計的進程。總之，不管通過哪種方式查的資料都是有利用價