毕业设计基于AT89C52单片机的电动车计价器设计

1、 毕 业 设 计（论文）2011 届 题 目 基于单片机的电动车计价器 专 业 电子信息工程 学生姓名 &&&&& 学 号 09283424 指导教师 * 论文字数 19298 完成日期 2010-12-25 师 范 学 院 教 务 处 印 制基于单片机的电动车计价器摘 要：随着人们环保意识的加强，电动车越来越受到人们的青睐。电动车的普及和发展给人们提供了一种安全舒适，无噪音，无污染的生活环境。电动车出租行业迅速发展，计价器的市场需求量也大大增加。本设计以at89c52 单片机为中心、附加a44e 霍尔传感器测距，实现对出租车计价统计，输出采用lcd显示

2、管。本电路设计的计价器能实现基本的计价，可以测量车辆的实时速度，算出乘客应付的总价格，当速度达到或超过规定的上限时，会发出超速警告。为了减少不安全事件的发生，利用单片机实现车辆的超速报警来提醒司机减速行驶，当蓄电池里的电力接近下限时，会发出警报声。通过对汽车蓄电池电压进行监测，以电压临界值与电流变化率为指标，带以温度补偿修正，当车子蓄电池电量过低时监测系统发出警报。该监测系统能在车动态时判断发动机能否正常启动，发电机能否正常工作；在车静态时能判断蓄电池是否正常到达目的地同时在不计价的时候还能作为时钟为司机同志提供方便。关键词：at89c52，霍尔传感器，ds1302，计价器abstract：a

3、long with increasingly of environmental awareness，electric cars are preferred by people more and more. the popularization and development of electric cars provides people a convenient and efficient vehicle which is safe, comfortable and without noise or pollution. with the rapid developing of electr

4、ic car tenancy, the market demand of meter will increase a lot. our product uses at89c52 scm as the center ，additional a44e hall sensors distance measurement to realize the taxi valuation statistics，output with lcd display tube。the taximeter based on this electric circuit will not only for basic val

5、uation statistics, to test the speed of the car and submit the total cost passenger should pay, but also can remind driver once driving limited broken. to avoid danger, the overspeed warning will remind drive to slow speed. it also will give alarm sound while the battery power reaching to lower limi

6、t. under the monitoring to the battery voltage, indexed by voltage threshold and current rate of change, with temperature compensation, the monitoring system will sound alarm when battery power is too low. this monitoring system can judge whether the engine starts and works normally when the car in

7、the dynamic; also it can judge whether it is normal to reach the destination but also as denominated clock gives drivers comrades convenience when the car in static state.key words：at89c52，hall element，ds1302，taximeter目 录第一章 引言1.1 研究目的和意义对于喜爱旅游的朋友来说，每到一个旅游景点一定不想放过每个景点。可是每个景区之间的距离一般很远。为了方便各位旅客现在各大旅游点

8、推出一种电动观光车。游客在进入景点的时候，到观光车出租点可租借观光车。在归还车子是根据车上的计价器显示的金额来付款。计价器是乘客与旅游公司双方的交易准则，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旅游公司还是乘客来说都是很必要的。因此，电动车计价器的研究是十分有应用价值的。1.2 研究现状多年来国内普遍使用的计价器只具备单一的计量功能。目前全世界的计价器中有90%为台湾所生产。现今我国生产计价器的企业有上百家，主要是集中在北京，上海，沈阳和广州等地。我国的第一家生产计价器企业是重庆市起重机厂，最早的计价器全部采用机械齿轮结构，只能完成简单的计程功能，可以说早期的计价器就是一个里程表。

9、随着科学技术的发展，产生了第二代计价器。它采用了手摇计算机与机械结构相结合的方式，实现了半机械半电子化。此时它在计程的同时还可以完成计价的工作。大规模集成电路的发展又产生了第三代计价器，也就是全电子化的计价器。它的功能也在不断完善。当单片机出现并应用于计价器后，它可以完成计程，计价，显示等基本工作。单片机以及外围芯片的不断发展促进了计价器的发展。出租车计价器在最初使用时具备的主要功能是根据行驶里程计价，要求精度高，可靠性好。我国在70年代开始出现计价器，但那时的计费系统大都是国外进口不但不够准确，价格还十分昂贵。随着改革开放日益深入，国内各机械厂家纷纷推出国产计价器。计价器的功能从刚开始的只显

10、示路程（需要人为自己定价，计算后四舍五入），到能够自主计费，以及现在的能够打印发票和语音提示、按时间自主变动单价等功能。本次设计的目的在于设计出现在各大中城市都已普及的自动计价器，而部分小城市尚未普及，计价器的普及也是毫无疑问的，所以未来计价器的市场还是十分有潜力的。1.3 发展趋势当前计价器能完成普通的计价、计行驶里程、乘车时间、等待时间等功能，但是却存在诸多方面的问题，具体而言在以下两个方面尤其需要进行改进。(1)增强抗干扰性。出租车由于频繁使用或损坏，其电路设备都需要频繁更换，从而引起车体电磁场的变化，影响计价器正常工作。(2)增强掉电保护功能。当电瓶蓄电功能下降、电路存在接触不良等情况

11、，致使在运行过程中或停车后计价器出现重启或者掉电，当前乘车数据全部丢失，引起纠纷。当单片机出现并应用于计价器后，现代出租车计价器的模型也就基本具备了，它可以完成计程，计价，显示等基本工作。单片机以及外围芯片的不断发展促进了计价器的发展。随着单片机性能不断提高而价格却不断下降,单片机控制得到更广泛的应用,外围芯片的不断发展，使得计价器的功能更加强大,性能更加稳定。随着电子技术的发展以及对计价器的不断改进和完善，便产生了诸多的附加功能。例如：(1)lcd 显示功能，液晶屏的使用让计价器实现多屏显示的功能，可同时显示各项营运数据，使乘客一目了然；(2)时钟功能,在非营运状态下，日历时钟芯片的使用使计

12、价器可以显示永久时钟；在许多数据采集环境中，都需要有实时时钟功能，以便存储在数据库中的数据可以按照采集时间进行查询。一般的时钟芯片在系统掉电时时钟芯的数据会丢失，需要提供备用电池。dsl2c887时钟芯片克服了上述芯片的缺陷,芯片内部自带有锂电池,其内部时间信息能够保持10a之久。同时,dsl2c887具有定时精度高、掉电保护、功能强大、使用灵活和误差较小等优点，日益受到用户的青睐。(3)存储功能,可存储多项营运数据，便于查询。新型数据存储器的应用使得计价器的营运数据在掉电情况下还可以保存10年；长期以来，以flash memory为存储体的sd卡因具 备体积小、功耗低、可擦写以及非易失性等特

13、点而被广泛应用于消费类电子产品中。特别是近年来，随着价格不断下降且存储容量不断提高它的应用范围日益增广。sd卡已经成为大容量数据存储器设计的首选，具有无可比拟的优势。当数据采集系统需要长时间地采集、记录海量数据时，选择sd卡作为存储媒质是开发者们一个很好的选择。(4)语音功能,在原来计价器的基础上,增加了一块语音报话器,并将其内置于中。这样,使该出租车计价器更具人性化,更能给人们的乘车带来方便和舒适,不仅可以大大提高出租车行业的服务质量,提升城市形象。1.4主要研究内容 本系统设计制作一个基于单片机的计程车计价系统。配合独立键盘，液晶显示屏,霍尔传感器来完成电动车计价器的计费，记时功能，超速报

14、警，以及能量下限报警。只要在车子一开动计价器就开始工作，随着行驶里程的增加，就会看到车子前面的计价器里程数字在液晶屏里的读数从零逐渐增大，而当行驶到某一值时（如5km为起步价钱）计费数字显示开始从起步价（如6元为起步价钱）增加。当车子到达某地需要在那里等候时,驾驶员只要按一下“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。车继续行驶时,停止计算等候费，继续增加里程计费。当车子速度达到或超过规定的上限时,会发出超速警告。为了减少不安全事件的发生，利用单片机实现车辆的超速报警来提醒司机减速行驶。当蓄电池里的电力接近下限时，会发出警报声提醒司机要对车子进行充电。该功能是通过对汽车蓄电池

15、电压进行监测，以电压临界值与电流变化率为指标，带以温度补偿修正,当汽车蓄电池电量过低时监测系统发出警报。该监测系统能在汽车动态时判断发动机能否正常启动，发电机能否正常工作；在汽车静态时能判断蓄电池是否正常到达目的地。电动车计价器的运作过程是由一个单片机进行控制,软硬件结合最后直观地将数据显示给乘客看到。一般计费标准中的起步价,每公里价格都是默认地在程序中预先设定好并存储到主控制器中,在启动运行过程中,系统将车轮转动的速度送入到主控制器中,主控制器的运算模块根据车轮转速转化为对应时间的行程，再结合起步价及每公里价格就可以计算出目前的车费，而这些数据会由主控制器的显示模块送入到显示屏上。怎样获取到

16、车轮的即时转速是最关键的问题,一般的在车轮上都会附有一块磁铁,在靠近车轮附近的车轴上附上一块霍尔传感器，当车轮转动时，车轮上的磁铁就会不断地靠近和远离霍尔传感器，这时霍尔传感器受磁场感应产生脉冲,当车轮转动一圈时霍尔便产生一个脉冲送入主控制器,主控制器对接收到的脉冲进行计数,由于车轮的周长已知,便可根据脉冲个数以及车轮周长算出一定时间内行驶里程数。总的来说能实现以下几种功能：（1）键盘扫描，通过单片机检测用户按下的是哪个按键并执行相应的功能。（2）通过霍尔传感器检测计程车的实时速度以及走过的，并在lcd1602上显示。（3）用户可以通过按键设置头三公里的起步价，和三公里后每公里的价格，最终会在

17、显示屏上显示。（4）系统还带有时钟显示，能实时显示时间,能调节时间。（5）系统还带有超速报警，门限速度可以进行设置。（6）当蓄电池里的电力接近能量下限时会发出警报声。1.5 主要工作该系统由at89c52单片机控制实现的，通过按键可以设定起步公里数以及起步价钱，然后通过lcd显示屏显示实时的速度与金额。课题研究的内容主要有以下几点：（1）研究单片机的工作原理。（2）研究lcd显示屏显示的工作原理。（3）研究霍尔传感器的工作原理。（4）研究系统按键、显示、报警等模块电路的设计及其与单片机接口电路设计（5）研究系统整体硬件电路及其程序设计第二章 总体方案论证与介绍2.1 模块分类本系统以单片机为控

18、制核心，对系统进行初始化，主要完成对霍尔传感器接收模块、液晶显示、时钟模块、按键模块等功能的控制，起到总控和协调各模块之间工作的作用，单片机通过驱动蜂鸣器发响声以报警。本设计可分为以下模块：主控模块、显示模块、测速模块、报警模块、时钟模块、按键模块。下面对各个模块的设计方案逐一进行论证分析。本系统结构如图2-1所示，图2-1系统结构框图2.2模块选型（一） 主控模块目前，在自动控制中，一般有三种选择，分别是嵌入式微机、dsp（digital signal processor，数字信号处理器）和单片机。单片机最明显的优点是价格便宜，从几元人民币到几十元人民币。这是因为这类芯片的生产量很大，技术也

19、很成熟。其次，单片机的体积也远小于其他两种方案。单片机本身一般用40引脚封装，当然功能多一些的单片机也有引脚比较多的，如68引脚，功能少的只有10多个或20多个引脚，有的甚至只有8只引脚。当然，单片机无论在速度还是容量方面都小于其他两种方案，但是在实际工作中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高的性能。例如，控制电冰箱的控制器就不需要使用嵌入式系统，用一片52单片机就可以轻松实现。所以应用的关键是看能否够用，是否有很好的性能价格比。52系列的单片机是51系列单片机的增强型已经面世多年，依然没有被淘汰，还在不断发展中，这就说明是他有广阔的应用前景。 本系统采用单片机为控制核心，单片机是一种

20、集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器cpu随机存储器ram、只读存储器rom、多种i/o口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、a/d转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。主要是单片机的特点:（1） 集成度高、体积小。单片机、cpu、存储器、i/o 接口等各种功能部件集成在一块晶体芯片上，体积小，节省空间。能灵活，方便地应用于各种智能化的控制设备和仪器，实现机电一体化。 （2） 可靠性高，抗干扰性强。 单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大

21、提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下 （3） 低功耗。许多单片机的工作电压只有 24 伏特，电流几百微安，功耗很低，适用于便 携式系统 （4） 控制功能强。cpu 可以对 i/o 端口直接进行操作，可以进行位操作、分支转移操作，还能方便地实现多机控制，使整个系统的控制效率大为提高，适用于专门的控制领域。 （5） 可扩展性好。单片机具有灵活方便的外部扩展总线接口，使得当片内资源不够使用时可以非常方便地进行片外扩展。另外，现在单片机具有越来越丰富的通信接口：如异步串行口 sci、同步串行口 spi、i2c、can 总线、甚至有的单片机还

22、集成了 usb 接口或以太网接口，这些丰富的通信接口使得单片机系统与外部计算机系统的通信变得非常容易。（6） 性价比高 单片机应用广泛，生产批量大，产品供应商的商业竞争使得单片机产品的性 能越来越强而价格低廉，有优异的性能价格比。 方案一：我们选用市场最常见的 at89s52 单片机为此设计的核心部分，at89s52 单片机是 低功耗，高性能 cmos 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可系统编程的 flash 只读程序存储器， 器件采用高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 flash 程序 存储器，既可在线编程（isp）也可用传统方法进行编程及通用

23、8 位微处理器于单片芯片中， 功能强大，低价 at89s52 单片机可灵活应用于各种控制领域。 方案二：采用凌阳的 spce061a 单片机作为控制器。spce061a 凌阳单片机具有强大的十六位微处理器， 32 个 i/o 口；32k flash 存储空间，具有掉电不丢失的优点；口输出 pwm 控制信号。它具有体积小、集成度高、可靠性高且易于扩展的特点。但是，凌阳的 spce061a 单片机性价比较低，由于其占用的 cpu 较多而使得凌阳单片机同时处理其他任务的速度和能力降低。综合考虑方案一为本次设计最佳方案，所以我们选择方案一。（二）显示模块 显示器是人与机器沟通重要的界面。显示器的发展走

24、到今天，从单色到彩色，从模糊到清晰，从小到大，历经无数的变化。各个厂商不断的改进和完善显示器的生产技术，以求其产品能够适应消费者日趋变化的消费心理和消费行为。 方案一：采用led 数码管显示。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。虽然只能显示非常有限的符号和数字，但数码管颜色鲜艳，易于观察，可实时动态显示，最多可驱动32位，完全满足本设计数字显示要求，且编程简单、成本低。在单片机的应用中，数码管显示器常采用两种显示方法：静态显示和动态扫描。在显示位数较多时单片机中i/o 口的开销很大，需要提供的i/o 接口电路也较

25、复杂，功耗比较大，扫描消耗资源比较多，占用cpu的时间多，反应不灵敏。 方案二：采用lcd液晶显示。机身薄，占地小，辐射小，给人以一种健康产品的形象。省电，不产生高温它属于低耗电产品，可以做到完全不发烫，无辐射，画面柔和不伤眼。 综合考虑方案二为本次设计最佳方案，所以我们选择方案二。（三）测速模块方案一：采用霍尔传感器集成芯片a44e。霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及磁场的变化，可在与磁场有关的各种场合中使用。霍尔器件是以霍尔效应为工作基础的霍尔器件有很多优点，结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功耗小、频率高、耐震动、不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。方案二：采用

26、光电传感器产生脉冲通过 74hc14 非门电路发送给单片机。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器将上下沿较缓或奇变较大的数字信号变为方波形式以利数字信号接收电路识别.比如一串高频数字信号方波经过一个并普通光耦后波形可能奇变的后级不能识别,所以还需加一个74hc14进行整形。方案分析：霍尔元件是一种磁传感器，能跟磁性物质组成曲线，成本低。光电传感器采用一体化结构，利用黑线白线反射光的强弱进行判断，灵敏度高，体积小，但是成本高且比较麻烦。经过综合比较分析我们选用方案一。（四）报警模块

27、方案一：考虑到计价器的微型化、智能化,选用了集成度较高的 syn6288 语音芯片,其最 大特点是通过异步串口（uart）通信方式从单片机自动读出显示的数据，其接口简单，低功耗，音色清亮圆润，极高的性价比。 方案二：采用 isd1420 芯片，此芯片具有优质单片语音录放电路，但是此芯片没有自动读取显示播放的功能，不适合我们设计的作品。 方案三：采用蜂鸣器，蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。经过综合比较分析我们选用方案三。（五）时钟模块 方案一：采用时钟芯片 pcf8563

28、。 pcf8563 是 philips 公司推出的一款工业级内含 i2c 总线接口功能的具有极低功耗的 多功能时钟/日历芯片。pcf8563 的多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能以及中断输出 功能能完成各种复杂的定时服务，甚至可为单片机提供看门狗功能。内部时钟电路、内部振 荡电路、内部低电压检测电路 1.0v 以及两线制 i2c 总线通讯方式，不但使外围电路及其简 洁，而且也增加了芯片的可靠性。 方案二：一种高性能、低功耗、带ram的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5v5.5v。采用三线接口与cpu进行同步通信，并可采用突发方式一

29、次传送多个字节的时钟信号或ram数据。ds1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的ram寄存器。ds1302是ds1202的升级产品，与ds1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。经过综合比较分析我们选用方案二。2.3重要元器件介绍（1）at89c52at89c52单片机最初是由intel 公司开发设计的，但后来intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如 sst、philip、atmel 等大公司。如是市面上出现了各式各样的但均以51 为内核的单片机，倒是intel 公司自己的单片机却显得逊色了

30、。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51 一致的。at89c52有40个引脚，4个8位并行i/o口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。stc89c52的存储器系统由4k的程序存储器(掩膜rom)，和128b的数据存储器(ram)组成。stc89c52单片机的基本组成框图见图2-2。图2-2 stc89c52单片机组成框图stc89c52单片机主要特性1. 一个8 位的微处理器(cpu)。2. 片内数据存储器ram有128b的空间，可以用来存放可以读写的数据，比如运算的中间结果，最终的结果及欲显

31、示的数据等，但sst89 系列的单片机最多可提供1k 的ram空间。3. 片内的程序存储器rom有4kb的空间，是用来存放程序的一些原始的数据表格。但也有一些单片机内部是不带rom/eprom，如8031，8032，80c31 等。目前的单片机发展趋势是把数据存储器ram 和程序存储器rom 都集成在单片机上，这样可以方便了用户进行设计也提高了系统抗干扰性。sst 公司推出89 系列单片机分别有集成了16k、32k、64k flash 存储器，可根据需要选用。4. 四个8 位的并行io接口p0p3，每个接口可以当作输入，也当作输出。5. 两个定时器计数器。每个定时器计数器都可以设置计数方式，用

32、来对外部事件进行计数，当然也可以设置定时方式。并可以根据计数或定时结果实现控制。为了方便设计的串行通信，目前的52 系列的单片机一般都会提供3 个16 位的定时器/计数器。6. 五个中断源中断控制。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如sst89e58rd 就有9 个中断源。7. 片内的振荡器与时钟电路。石英晶体，微调电容都需要外接。最高允许振荡频率为12mhz。sst89v58rd 最高允许的振荡频率可达40mhz，因而大大的提高了指令的执行速度。（2）lcd1602液晶显示液晶是一种既具有液体的流动性又具有光学特性的有机化合物，它的透明程度和呈现的颜色受外加电场的影响，利用这特点便可做

33、成字符显示器。液晶屏显示器(lcd)的英文全称liquid crystal display。它是一种采用液晶控制的透光度技术实现色彩显示器。与crt显示器相比较，lcd优点是很明显。通过是否透光来控制亮和暗。色彩不变的时候，液晶也是保持不变的，这样就不用考虑刷新率的问题。显示接口用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据。本系统显示部分用的是lcd1602液晶模块，采用一个16×1的字符型液晶显示模块。 lcd1602液晶模块是采用hd44780控制器。hd44780具有简单而且功能较强的指令集，也可以实现字符移动和闪烁等功能。一般采用8位或4位并行传输两种方式在lm016l与单片机m

34、cu通讯之间，hd44780控制器是由两个8位的寄存器、指令寄存器（ir）、数据寄存器（dr）、忙标志（bf）、显示数ram（ddram）、字符发生器roma（cgorom）、字符发生器ram（cgram）、地址计数器ram(ac)。ir是用于寄存指令码，只能写入但不能读出，dr是用于寄存数据，数据由内部操作，自动写入ddram和cgram。或者暂时存储从ddram和cgram读出数据。当bf为1时，液晶模块是处于内部模式，是不响应外部的操作指令和接受数据的，ddtam用来存储显示的字符，能存储80个字符码，cgrom由8位字符码生成5*7点阵字符160中和5*10点阵字符32种8位字符编码和

35、字符的对应关系。lcd1602引脚介绍：vss（1号引脚）：一般接地。vdd（2号引脚）：接电源。vee（3号引脚）：液晶显示器对比度的调整端，在接正电源时的对比度最弱，接地时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度）。rs（4号引脚）：rs是寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器，低电平0时选择指令寄存器。r/w（5脚）：r/w为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。e（6脚）：e(或en)端为使能(enable)端，下降沿使能。db0（7脚）：底4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）。db1（8脚）：底4位三态、 双向数据

36、总线 1位。db2（9脚）：底4位三态、 双向数据总线 2位。db3（10脚）：底4位三态、 双向数据总线 3位。db4（11脚）：高4位三态、 双向数据总线 4位。db5（12脚）：高4位三态、 双向数据总线 5位。db6（13脚）：高4位三态、 双向数据总线 6位。db7（14脚）：高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flang）。寄存器选择控制如表2-1。rsr/w操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01读busy flag（db7），以及读取位址计数器（db0db6）值10写入数据寄存器（显示各字型等）11从数据寄存器读取数据表2-1寄存器选择控制（3）霍尔传感

37、器本次设计选取了霍尔传感器来进行里程检测。霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及磁场的变化，可在与磁场有关的各种场合中使用。霍尔器件是以霍尔效应为工作基础的霍尔器件有很多优点，结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功耗小、频率高、耐震动、不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。 霍尔器件分为霍尔元件和霍尔集成电路两大类，前者是一个简单的霍尔片，使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大。后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。本次设计选取了霍尔集成电路来测量里程。里程测量是通过将霍尔传感器的集成电路安装在车轮上方的铁板上，将磁铁安装在车轮上，旋转的车轮将磁铁对准集成电路时，

38、霍尔传感器会输出一个脉冲信号，送到单片机，经过单片机的计算处理，将行驶的里程送到显示单元并显示出来。霍尔传感器里程检测示意图如图2-3所示。图2-3里程检测示意图u18霍尔传感器ic（integrated circuit，集成电路）是一种利用霍尔效应做成的半导体集成电路器件，它被设计在交变磁场中运行，特别是能在低电源电压工作，长时间运行温度范围高达125。这种霍尔可用作各种类型的传感器（速度传感器、位移传感器、转速传感器等等），接触开关以及相类似的应用场合。其工作电压比较宽（2.520v），可运行在较大的温度范围内（-20125）, 其输出的信号符合ttl（transistor-transis

39、tor logic，晶体管-晶体管逻辑）电平标准，可以直接接到单片机的io 口上，而且其最高检测频率可达到1mhz。u18霍尔传感器ic的外形图及其工作特性如图2-4所示。其中bop是工作点“开”的时候的磁感应强度，brp是释放点“关”的时候的磁感应强度。当外加的磁感应强度超过动作点bop的时候，传感器输出的是低电平，磁感应强度降到了动作点bop以下时，传感器输出电平是不变的，一直降到了释放点brp的时候，传感器才会由低电平跃变为高电平。bop与brp之间的滞后使开关动作更为可靠。 (a) u18的外形图及引脚 (b) u18的工作特性图图2-4 u18霍尔传感器ic的外形及引脚图及其工作特性

40、图u18集成霍耳开关由稳压器a、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)b、差分放大器c、施密特触发器d和oc门输出e五个基本部分组成。在输入端输入电压vcc，经稳压器稳压后加在霍尔电势发生器的两端，根据霍尔效应原理，当霍尔片处在磁场中时，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尔电势差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（相对于地的电位），使三极管导通，此时oc门输出端输出低电压，三极管截止，使oc门输出高电压，这种状态为关。这样两次电压变换，使霍尔开关完成了一次开关动作。 2.

41、4本章小结经过反复论证，我们最终确定计价器的最终方案： （1）选用最常用性价比高的 at89c52 作为本次设计的 cpu。 （2）采用74hc595 驱动lcd液晶显示作为显示部分。（3）用4个io 口设计控制4个独立按键作为按键控制部分。（4）采用霍尔传感器产生脉冲信号累加计算出速度。 （5）采用价钱比较便宜的蜂鸣器作为超速语音提醒部分。（6）选用 ds1302 芯片为计价器的时钟部分。 3.系统硬件设计3.1主控模块设计图(一)单片机 at89s52是一种低功耗、高新 能 cmos 8 为微控制器，具有 8k 在系统可编程 flash 存储器。at89s52具有以下标准功能：8k 字节

42、flash，256 字节 ram，32 修 i/o 口 线，看门狗定非器，2 个数据指针，三个 16 为定非器/计数器，一个 6 向量 2 级 终端结构，全双工串行口，片内晶振显非钟电路。另外，at89s52 可降至 0hz 静态逻辑操作，支持 2 等软件可选择节点模式。空闲模式下，cpu 停止工作，允许 ram、定非器/计数器、串口、终端继续工作。掉电保护方式下，ram 内 容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个等等或硬件复修为止。单片机系统如图 3-1 所示： 图 3-1单片机系统图（二）晶振电路单片机内部有一个高增益、反相放大器，其输入端为芯片引脚 xtal1，其输出端为

43、引脚 xtal2。通过这两个引脚在芯片外并接石英晶体振荡器和两只电容（电容和一般取 33pf） 。这样就构成一个稳定 的自激振荡器。 振荡电路脉冲经过二分频后作为系统的时钟信号， 再在二分频的 基础上三分频产生 ale 信号，此时得到的信号时机器周期信号。晶振电路如图 3-6所示：图 3-6晶振电路电路图（三）复位电路复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是按键复位。按键复位具有上电复位功能外，若要复位，只要按图中的 s4 键，电源 vcc 经电阻 r 分压， 在 reset 端产生一个复位高电平。上电复位电路要求接通电源后，通过外部电容充电来实现单片机自动复位操作。上电瞬间 rese

44、t 引脚获得高电平，随着电容的充电，rerst 引脚的高电平将逐渐下降。rerst 引脚的高电平只要能保持足够的时间（2 个机器周期），单片机就可以进行复位操作。按键复位电路图如图 3-8所示。图 3-8复位电路电路图（四）按键电路独立式键盘：独立式键盘中，每个按键占用一根 i/o 口线，每个 按键电路相对独立。i/o 口通过按键与地相连，i/o 口有上拉电阻， 无键按下时，引脚端为高电平，有键按下时，引脚电平被拉低。i/o 口内部有上拉电阻时，外部可不接上拉电阻。键盘接口电路如图3-7所示：图 3-7键盘接口电路（五）蜂鸣器驱动电路由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的i/o口是无法

45、直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来进行放大电流。蜂鸣器模块的电路图如图3-5所示。图3-5蜂鸣器驱动电路图3.2显示模块设计图lcd1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下:第1脚：vss为地电源。第2脚：vdd接5v正电源。第3脚：vl为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最强，使用时可以接10k的电位器来进行调整。第4脚：rs为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：r/w为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当rs和r/w都为低电平时，可写入指令或者显示地址，都为高电

46、平时则可读忙信号，当rs为高电平r/w为低电平时可写入数据。第6脚：e端是使能端，低电平时执行命令。第714脚：d0到d7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。lcd1602的显示电路如图3-2所示图3-2 lcd1602显示电路图3.3 时钟模块设计图若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用资源，另一方面需要设置终端、查询等，同样耗费单片机的资源，并且使用单片机的时钟误差比较大，当长时间使用后会出现很大错误，而在系统等采用 ds1302 则能很好非解决这个问题。ds1302时钟芯片的结构主要包含有：移动寄存器、振荡器、实时时钟、控制逻辑以及ram。有12个寄存器，

47、其中7个与时钟、日历有关，并以bcd码的存放数据形式。时钟芯片ds1302具有一个实时时钟和31字节静态ram。ds1302含有的ram分为两种，一种是单个的ram单元，一共有31个，其中每个单元有8位的字节，命令控制字为c0h-fdh，奇数为读操作。另一种是突发方式下的ram，可一步到位的读写所有ram的31个字节， 命令控制字feh为读，ffh为写。 表3-1为ds1302外部引脚引脚号引脚名称功能1vcc2主电源2、3x1、x2振荡源，外接32.768hz晶振4gnd地线5rst复位/片选线6i/o串行数据输入/输出端（双向）7sclk串行时钟输入端8vcc1后备电源表3-1 ds130

48、2外部引脚实时时钟芯片ds1302采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，也可以关闭充电功能，芯片采用32.768hz晶振。ds1302的时钟电路如图3-3所示。图3-3 ds1302 时钟电路图3.4测速模块设计图u18霍尔传感器ic有3个外接端子，2个是电源的正负极端子，最后一个是脉冲信号输出，只要将此信号输出端接到单片机的io口端子上便可以实现距离检测。其中，单片机的p3.2（int0）引脚作为信号的输入端接收来自传感器输出的信号，采用外部中断0进行计数。车轮每转一圈，霍尔传感器就产生一个脉冲信号，根据霍尔效应原理，当霍尔片处在磁场中时，霍尔传感器的输出端输出低电平。当车

49、轮转动一圈时小磁铁提供一个磁场，则霍尔传感器输出一次低电平完成一次数据采集，从而产生信号。霍尔传感器检测并输出信号到单片机的int0计算脉冲输入端，引起单片机的中断，对脉冲计数，当计数达到特定的次数时，里程就会增加，单片机对里程进行计算后，通过接口电路将计算好的结果传送到数码管并显示出来。u18霍尔传感器电路如图3-4所示图3-4 u18霍尔传感器电路3.5本章小结本章主要阐述了显示模块，时钟模块，测速模块设计等几个重要模块以及几个辅助模块的硬件电路设计图。在元器件的布局方面，应该把相互有关的元件尽量放得靠近一些，例如，时钟发生器、晶振、cpu的时钟输入端都易产生噪声，在放置的时候应把它们靠近

50、些。在设计电路的时候都尽可能选择典型电路，并都符合单片机的常规用法。4系统软件设计及调试4.1软件设计流程图（一）总程序的流程本设计中，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，最后显示屏根据输入的信息，来显示不同的数据信

51、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。整个程序的流程如图4-1：图4-1系统流程图（二）显示子程序设计流程图l602 液晶是字符型液晶，它的内部自带字符库，它可以写两行的字符，同时每 行可以写 40 个字符。液晶显示程序流程图如图 4-2 所示：图 4-2液晶显示程序流程图从此流程图我们得出：lcd 液晶显示屏在写显示程序的时候，我们要先写命令， 再设定字符显示和字符的位置，最后写数据，在每写一次命令或数据都需要判断液晶 是否忙。 打开液晶显示屏进入初始化状态，开始写命令，首先判断 lcd 是否忙，如果是 p0.7=0,那么进入下一步写命令，如果不是 p0.7=0,返回

52、 lcd 是否忙； 判断是否写完成了，如果是写完成了，此时要进行下一步设置字符位置，如果否 的话，要返回写命令； 设置好字符位置后要开始写数据，此时判断是否忙，如果不是 p0.7=0，那么返回，lcd 判忙；如果是 p0.7=0，那么继续写数据； 判断是否写完成，如果没有写完成，返回写数据命令；如果数据写完成了，那么结束。（三）按键子程序设计流程图 独立式键盘：独立式键盘中，每个按键占用一根 i/o 口线，每个 按键电路相对独立。i/o 口通过按键与地相连，i/o 口有上拉电阻， 无键按下时，引脚端为高电平，有键按下时，引脚电平被拉低。i/o 口内部有上拉电阻时，外部可不接上拉电阻。按键子程序

53、流程图如图 4-3 所示图 4-3 按键子程序流程图（四）ds1302时钟程序ds1302为实时时钟芯片，程序先初始化，再写ds1302地址，然后向地址中写数据，读取数据，最后返回退出。ds1302时钟程序流程如图4-4所示。图4-4ds1302时钟程序流程图4.2调试与结果（一）硬件调试计价器的电路不是很大，但是对于焊接方面更是不可轻视，电路系统中只要出于一处的错误，则会对检测造成很大的不便，而且电路的交线较多，对于各种锋利的引脚要注意处理，否则会刺破带有包皮的导线，则会对电路造成短路现象。在计价器的设计调试中遇到了很多的问题。回想这些问题只要认真多思考都是可以避免的，以下为主要的问题：开始

54、的时候，霍尔传感器一直没有接收到数据，后来经检查发现，接收模块的1号脚和3号脚接反了，后来改正后就正常运作了。（二）软件调试计价器是多功能的数字型，所以对于它的程序也较为复杂,所以在编写程序和调试时出现了相对较多的问题。最后经过多次的模块子程序的修改，一步一步的完成，最终解决了软件。在软件的调试过程中主要遇到的问题如下：1烧入程序后，lcd液晶显示闪动,而且亮度不均匀。解决：首先对调用的延时进行逐渐修改，可以解决显示闪动问题。其次，由于本作品使作动态扫描方式显示的数字，动态扫描很快，人的肉眼是无法看出,但是调用的显示程序时，如果不在反回时屏蔽掉最后的附值，则会出现很亮的现象，所以在显示的后面加

55、了屏蔽子令，最后解决了此问题。（三）调试结果（1）在测试中遇到lcd液晶为不显示时,首先使用试测仪对电路进行测试,观察是否存在漏焊,虚焊,或者元件损坏.（2）ds1302 与微处理器进行数据交换时，首先由微处理器向电路发送命令字节，命令字节最高位msb(d7)必须为逻辑1，如果d7=0，则禁止写ds1302，即写保护；d6=0，指定时钟数据，d6=1，指定ram 数据；d5d1 指定输入或输出的特定寄存器；最低位lsb(d0)为逻辑0，指定写操作(输入)， d0=1，指定读操作(输出)。在ds1302 的时钟日历或ram 进行数据传送时，ds1302 必须首先发送命令字节。若进行单字节传送，8

56、 位命令字节传送结束之后，在下2 个sclk 周期的上升沿输入数据字节，或在下8 个sclk 周期的下降沿输出数据字节。ds1302 与ram 相关的寄存器分为两类:一类是单个ram 单元，共31 个，每个单元组态为一个8 位的字节，其命令控制字为c0hfdh，其中奇数为读操作，偶数为写操作；再一类为突发方式下的ram 寄存器，在此方式下可一次性读、写所有的ram 的31 个字节。经过一系列的问题查找后系统最终能正常工作，并完成所有的功能。4.3 设计总结 参考文献 应献.内置语音报话器在出租车计价器中的应用j.计量与测试技术,2009,36(11):50-54 赵婷,姚竹亭,房东东,刘一江.基于mcs51的计价器设计与仿真j.大众科技,2013(1):10-12 结束语通过这次毕业设计，我学到了不少课本上没有的知识，也锻炼了自己的动手能力，将以前学过的零散的知识串到一起。想想这段时间里，从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。遇到困难，我会觉得无从下手，不知从何写起。当困难解决了，我会觉得豁然开朗，思路打开了；当毕业设计经过一次次的修改后，基本成形的时候，我觉得很有成就感。毕业设计的写作是一个长期的过程，需要不断的进