基于AT89C52单片机的出租车计价器设计

1、0 前言随着出租车行业的发展，对出租车计费器的要求也越来越高。二十世纪后半期，随着集成电路和计算机技术的飞速发展，单片机技术也得到了飞速发展，基于单片机的出租车计费器不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题，而且其开发周期短、开发软件投入少、芯片价格不断降低，特别是对小批量、多品种的产品需求，单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。随着生活水平的提高，人们已不再满足于衣食住的享受，出行的舒适已受到越来越多人的关注。于是，出

2、租车行业以低价高质的服务给人们带来了出行的享受。但总存在着买卖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。 我国在70年代开始出租车，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。出租车计价器的功能从刚开始的只显示路程（需要司机自己定价，计算后四舍五入），到能够自主计费，以及现在能够打发票和语音提示、按时间自主变价等功能。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。而本次设计的计价器是一种专用的计量仪器，它安装在出租汽车上，能连续累加，并指示出行程中任一时刻乘客应付费

3、用的总数，其金额值是计程和计时时间的函数。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。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应用价值的。1 出租车计价器1.1 选题背景和意义 随着我国经济的迅速发展，人民生活水平的显著提高，城市的交通日趋完善，出租车计价器的应用也越来越广泛。虽然私家车的拥有量在大幅度地提高，但是出租车还是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

4、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。用户不仅要求计价器性能稳定、计价准确而且对它的要求也越来越高。 近年来，我国出租汽车行业迅猛发展，出租汽车已经成为我国城市公共交通的重要组成部分和现代化城市必备的基础设施，成为人们工作、生活中不可缺少的交通工具。出租汽车服务行业和出租汽车计价器紧密相关，因为出租汽车必须安装出租汽车计价器才能投入营运。出租汽车计价器是一种能根据乘客乘坐汽车行驶距离和等候时间的多少进行计价，并直接显示车费值的计量器具。计价器是出租汽车的经营者和乘坐出租汽车的消费者之间用于公平贸易结算的工具，因而计价器计价准确与否，直接关系到经营者和消费者的经济利益。依

5、据国家有关法律、法规，出租汽车计价器是列入国家首批强制检定的工作计量器具之一，也是近年来国家质量技术监督部门强化管理的六类重点计量器具之一。出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项新兴行业，随着我国国民经济的高速发展，出租汽车已成为城市公共交通的重要组成部分。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。在出租车是城市交通的重要组成部分，行业健康和发展也获得越来越多的关注。汽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

6、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。1.2国内外研究现状、发展动态 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。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，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

7、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。1.3 研究的内容及可行性分析1.3.1 研究的内容计价器显示的营运金额是营运里程与价格的函数（等候时间一般折算成一定比例的里程来计算）。出租车计价器通过传感器与行驶车辆连接。出租汽车的实际里程通过传感器的脉冲信号在计价器里折算成一定的计价营运里程。针对这一点我们来利用单片机作为控制核心，设计一款出租车计价器，具有计价显示、等待时间计价，公里数显示，时间显示等相关功能。1.3.2 可行性分析 本设计采用AT89C52单片机为主控器，实现对出租车的多功能的计价设计，并采用掉电存储单元

8、AT24C02来实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息，输出采用8段数码显示管。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据白天，黑夜，中途等待来调节单价，但同时在不计价的时候还能作为时钟为司机同志提供方便。1.4 系统整体的方案1.4.1 系统整体的方案选择方案一：采用数字电路实现。首先将传感器输出的脉冲信号，经过放大整形作为移位寄存器的脉冲，实现计价，但是考虑到这种电路过于简单，性能不够稳定，而且不能调节单价，也不能根据天气调节计费保准，电路也不够实用。方案二：用FPGA（可编程门阵列）实现：利用硬件描述语言编程，仿真调试后下载到可编程期间上（CPLD）上实现。可以对计程车整

9、个过程进行判断、处理。整个过程完全实现了自动化和智能化。方案三：采用单片机控制。以单片机为核心,设计上采用89C52单片机为主控器，利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能和价格选择功能。不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级。1.4.2方案确定本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据白天，黑夜，中途等待来调节单价。单片机计算总价的公式为：总价=起步价+单价*（总里程-起步里程）。AT89C52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为设计电路提供了很好的选择。 通过比较以上三种方案，

10、我们知道采用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，功能难以实现。为此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，有较大的活动空间，可以通过软件编程来完成更多的附加功能，方便对系统进行升级和功能扩展。所以我们采用第三方案，用AT89C52单片机实现出租车计价的功能。2 设计要求与模块方案论证2.1 出租车计价器设计要求设计一个出租车自动计费器，计费包括起步价、行车里程计费、等待时间计费三部分，用1602液晶 显示d总金额，运行时间

11、，暂停时间，最大值为99.9元，起步价为5.0元，3Km之内起步价计费，超过3Km,1KM增加2元(手动按键增加里程，每按两次增加1KM)，等待时间单价为每分钟0.8元，用液晶显示总里程，同时用液晶显示等待时间和运行花费时间。1.计费功能费用的计算是按行驶里程收费。设起步价为5.00元。当里程<3km时，按起价计算费用。当里程>3km时，每公里按2元（夜晚1.2元）计费。等待累计时间>5min时，按0.8元/min计费。2.显示功能显示行驶里程：用四位数字显示，显示方式为“XXXX”,单位为km。计程范围0-99km，精确到1km。显示等候时间：用两位数字显示，显示方式为“X

12、X”,单位为min。计时范围0-59min，精确到1min。 3、显示总费用：用四位数字显示，显示方式为“XXX.X”,单位为元。计价范围0-999.9元，精确到0.1元。2.2 系统主要功能本出租车自动计费，上电后显示最初的起步价，里程计费单价，等待时间计费单价，通过按键可以调节起步价，里程计费单价，等待时间计费单价。同时具有运行，暂停，停止等状态，可以显示运行的时间，同时可以显示暂停的时间，具有累加功能，暂停和运行时间在暂停和运行前一次的状态上计时。出租车停止后能够显示行驶的总费用。2.3 方案论证与比较2.3.1控制模块方案一:用PLC可编程控制器控制。PLC可靠性高，抗干扰能力强；配套

13、齐全，功能完善，适用性强；应用领域范围大。但是PLC除了运算速度快意外，相比与单片机，没有别的优点；相比与出租车内的狭小空间，PLC系统太大，且成本太高，不利于的生产厂商的成本控制。方案二：采用数字电路控制。数字电路采用传感元件，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，但是这种电路过于简单，性能不稳定，而且不能调节单价，也不能根据天气调节计费标准，电路不够实用。明显的这种电路不适用于当代的出租车计价器。方案三：采用单片机作为控制器。单片机有丰富的 I/O端口，控制灵活，轻易地可以实现出租车计价器基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示功能。而且单片机体积小、质量轻、电路设计简单

14、、使用方便，可以对系统进行升级，为学习应用和开发提供了便利条件，且价格相比于PLC便宜很多。 方案确定：本电路设计的出租车计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据一天中的不同时间来调节单价。本设计中用到的AT89C52型单片机就是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为设计电路提供了很好的选择。通过以上三种方案的比较，我们选择方案三作为本设计的整体电路。方案一虽然良好，但出租车内狭小的空间以及基于出租车计价器的成本控制，选用方案一不太现实。方案二的数字电路控制虽然更便宜，但是功能单一，机械设计易磨损的特性决定了它的寿命太短。方案三采用单片机作为控制器，灵活方便，系统可

15、升级，在空间、成本控制、易用性、使用寿命上，都有不错的性价比。2.3.2 显示模块方案一：采用LED数码显示管。LED数码显示器是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它由8个LED发光二极管成“日”字型结构，其中7个用于显示笔画字符，一个用于显示小数点。单片机数码管显示一般都是所谓的动态扫描显示，往往不止一个数码管。一个数码管8段加一个公共端需要9根口线才能完全显示任意数字，为了节省IO口线，就利用了人眼视觉驻留的原理，每一位数码管显示一会儿，然后关掉它，再去显示下一个数码管。只要保证在1秒内每个数码管能扫上个十几次二十几次，视觉上就好像同时点亮了所有数码管了。方案二：采用液晶显示器

16、（LCD1602）。LCD的优点主要包括零辐射、低功耗、体积小、字符显示精确。液晶LCD1602显示器与数码管（LED）相比,其轻薄短小、寿命长、低功耗、画面效果好、电路连接简单、易于与单片机连接和节约单片机的IO口、精确度可靠操作简单等优点。方案确定：综上所述，LCD有着明显的优点，所以选择方案二。2.3.3 按键模块方案一：采用独立键盘。独立式是指最简单的键盘电路，各键相互独立，每个按键独立地与一根单片机的I/O端口线相连接的键盘电路。每一个键状态通过接入键值的高低电平来区分。正常状况下，与键盘所连接的单片机的I/O端口被设置为高电平，即“1”状态，当有键按下时，与之相连的单片机的I/O端

17、口将被拉成低电平，即“0”状态。这种方式电路设计比较直观，软件结构简单，一般用在按键数目不多的场合。方案二：遥控器用来产生遥控编码脉冲。驱动红外发射管输出红外遥控信号，遥控接收头完成对遥控信号的放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲。遥控编码脉冲是一组串行二进制码，对于一般的红外遥控系 统，此串行码输入到微控制器，由其内部 CPU完成对遥控指 令解码，并执行相应的遥控功能。方案确定：独立按键的各按键电路相互独立，可以灵活设置并对键盘进行定义，其软件编程相对简单，所以选择方案一。3 霍尔传感器3.1 霍尔式传感器在机车测速中的应用测速装置在机车控制系统中占有非常重要的地位，对测速装置的要求是分辨能

18、力强、高精度和尽可能短的检测时间。介绍了应用霍尔传感器通过测量磁场强度，来得到稳定的脉冲方波信号，实现机车转速的测量。 霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器,我国从70年代开始研究霍尔器件,经过20余年的研究和开发,目前已经能生产各种性能的霍尔元件,霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特点。所设计的霍尔元件的脉冲发生器要求成本低、构造容易、性能好。在机车电气系统中存在着较为恶劣的电磁环境下，具有较强的抗各种干扰脉冲的能力，同时不受脉冲干扰引起输出信号的不稳定。霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，它具有灵敏度高，线性度好，稳定性高、体积小和耐高温

19、等特点，在机车控制系统中占有非常重要的地位。对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。发电机转速的检测方案可分成两类：用测速发电机检测或用脉冲发生器检测。测速发电机的工作原理是将转速转变为电压信号，它运行可靠，但体积大，精度低，且由于测量值是模拟量，必须经过A/D转换后读入计算机。脉冲发生器的工作原理是按发电机转速高低，每转发出相应数目的脉冲信号。按要求选择或设计脉冲发生器，能够实现高性能检测。 所设计的基于霍尔元件的脉冲发生器要求成本低，构造简单，性能好。在机车电气系统中存在着较为恶劣的电磁环境，因此要求产品本身要具有较强的抗干扰能力。3.2 霍尔传感器的原理1)霍

20、尔效应 在一块半导体薄片上，其长度为l，宽度为b，厚度为d,当它被置于磁感应强度为B的磁场中，如果在它相对的两边通以控制电流I，且磁场方向与电流方向正交，则在半导体另外两边将产生一个大小与控制电流I和磁感应强度B乘积成正比的电势UH，即UH=KHIB，其中kH为霍尔元件的灵敏度。该电势称为霍尔电势，半导体薄片就是霍尔元件。2)工作原理 霍尔开关集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压UH放大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。3.3 测量磁场及工作设置1)测量磁场使用霍尔器件检测磁场的方法极为简单，将霍尔器件作

21、成各种形式的探头，放在被测磁场中，因霍尔器件只对垂直子霍尔片表面的磁感应强度敏感，磁力线必须和器件表面垂直，通电后即可由输出电压得到被测磁场的磁感应强度。若不垂直，则应求出其垂直分量来计算被测磁场的磁感应强度值。而且，因霍尔元件的尺寸极小，可以进行多点检测，由计算机进行数据处理，可以得到电场的分布状态，并可对狭缝、小孔中的磁场进行检测。2)工作磁体的设置 用磁场作为被传感物体的运动和位置信息载体时，一般采用永久磁钢来产生工作磁场。在遮断方式中，工作磁体和霍尔器件以适当的间隙相对固定，用一软磁（例如软铁）翼片作为运动工作部件，当冀片进入间隙时，作用到霍尔器件上的磁力线被部分或全部遮断，

22、以此来调节工作磁场。被传感的运动信息加在冀片上。这种方法的检测精度很高，在125的温度范围内，冀片的位置重复精度可达50m。当两齿之间的空隙正对霍尔元件时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱；而当某一齿对准霍尔元件时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个mV级的准方波电压。此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压，当外加磁场的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。也可将工作磁体固定在霍尔器件（外壳上没打标志的一面），让被检的铁磁物体（例如钢齿轮）从它们近旁通过，

23、检测出物体上的特殊标志（如齿、凸缘、缺口等），得出物体的运动参数。在霍尔效应速度传感器中，当测速的靶转到霍尔效应传感器的位置，即霍尔传感器位于靶及磁铁之间，霍尔效应传感器检测到靶感应的磁通量变化。霍尔效应传感器感测的是磁通量的大小。3.4 霍尔式车速传感器霍尔效应传感器(开关)在汽车应用中是十分特殊的，这主要是由于变速器周围空间位置冲突，霍尔效应传感器是固体传感器，它们主要应用在曲轴转角和凸轮轴位置上，用于开关点火和燃油喷射电路触发，它还应用在其它需要控制转动部件的位置和速度控制电脑电路中。 霍尔效应传感器或开关，由一个几乎完全闭合的包含永久磁铁和磁极部分的磁路组成，一个软磁铁叶片转子穿过磁铁

24、和磁极间的气隙，在叶片转子上的窗口允许磁场不受影响的穿过并到达霍尔效应传感器，而没有窗口的部分则中断磁场，因此，叶片转子窗口的作用是开关磁场，使霍尔效应象开关一样地打开或关闭，这就是一些汽车厂商将霍尔效应传感器和其它类似电子设备称为霍尔开关的原因，该组件实际上是一个开关设备，而它的关键功能部件是霍尔效应传感器。 测试步骤，将驱动轮顶起模拟行使状态，也可以将汽车示波测试线加长进行行驶的测试。波形结果，当车轮开始转动时，霍尔效应传感器开始产生一连串的信号，脉冲的个数将随着车速增加而增加，与图例相像，这是大约30英里/小时时记录的，车速传感器的脉冲信号频率将随车速的增加而增加，但位置的占空比在任何速

25、度下保持恒定不变。车速传感器越高，在示波器上的波形脉冲也就越多。 确认从一个脉冲到另一个脉冲的幅度，频率和形状是一致的，这就是说幅度够大通常等于传感器的供电电压，两脉冲间隔一致，形状一致，且与预期的相同。确定波形的频率与车速同步，并且占空比决无变化，还要观察如下内容：观察波形的一致性，检查波形顶部和底部尖角。观察幅度的一致性：波形高度应相等，因为给传感器的供电电压是不变的。有些实例表明波形底部或顶部有缺口或不规则。 这里关键是波形的稳定性不变，若波形对地电位过高，则说明电阻过大或传感器接地不良。观察由行驶性能问题的产生和故障码出现而诱发的波形异常，这样可以确定与顾客反映的故障或行驶性能故障产生

26、的根本原因直接有关信号问题。虽然霍尔效应传感器一般设计能在高至150温度下运行，但它们的工作仍然会受到温度的影响，许多霍尔效应传感器在一定的温度下(冷或热)会失效。如果示波器显示波形不正常，检查被干扰的线或连接不良的线束，检查示波器和连线，并确定有关部件转动正常(如：输出轴、传感器转轴等)。当示波器显示故障时，摇动线束，这可以提供进一步判断，以确认霍尔效应传感器是否是故障的根本原因。4硬件设计4.1 相关芯片及元器件介绍4.1.1 AT89C52AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存

27、储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C52片机由如下功能部件组成，即中央处理器（CPU）、内部数据存储器(RAM)、内部程序存储器(ROM)、并行I/O端口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。AT89C52单片机的引脚图如图4-1所示： 图4-1 AT89C52引脚图Fig.4-1 AT89C52 Pin figureAT89C52单片机各引脚功能：VCC：供电电压GND：接地ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在

28、flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EA/Vpp：当EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当EA信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始的，并可延至外部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。RST：当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时

29、即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。XTAL1和XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，两引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于连接外部时钟脉冲信号。P0: P0口是一组8 位漏极开路型双向I O口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL 逻辑门电路，对端口写 “1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址 （低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FIash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻P1： P1口是一个带内部上

30、拉电阻的8 位双向I O 口，P1口的输出缓冲级可驱动 （吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写 “1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 （IIL ）。FIash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。P2：P2口是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I O口，P2口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写 “1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 （IIL

31、）。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器时，P2 口线上的内容在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2口亦接收高位地址和其它控制信号。P3：P3口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I O 口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流 （IIL ）。由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限的。为了满足实际需要，部分引脚被赋予双重功能，即第一功能和第二功能。最常用的是8

32、条P3口线所提供的第二功能，如表4-1所示：表4-1 P3口各引脚的第二功能Tab.4-1 P3 the second function of each pin第一功能第二功能第二功能信号名称P3.0RXD串行数据接受P3.1TXD串行数据发送P3.2INT0外部中断0申请P3.3INT1外部中断1申请P3.4T0定时/计数器0的外部输入P3.5T1定时/计数器1的外部输入P3.6WR外部RAM或外部I/O写选通P3.7RD外部RAM或外部I/O读选通单片机时钟与复位电路：单片机是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地进行工作，时钟电路用于产生单

33、片机工作时所需要的时钟信号。时钟信号的产生：在MCS-51系列单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端引脚为XTAL1，其输出端引脚为XTAL2。只要在XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，就可以构成一个稳定的自激振荡器，MCS-51系列单片机的时序概念有4个，可以用定时单位来说明，从下到大依次是：节拍、状态、机器周期、指令周期。节拍：把振荡脉冲的周期定义为节拍。状态：振荡脉冲经过二分频后，就是单片机时钟信号的周期。机器周期：单片机采用定时控制方式，有固定的机器周期。规定一个机器周期的宽度为6个状态，即12个振荡脉冲周期。指令周期：是最大的时序定时单位，指执行一条指令所需要的时

34、间。单片机的复位是指CPU和系统中的其他功能部件恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机复位的初始条件是：必须使RST加上持续两个机器周期以上的高电平。表4-2 单片机复位状态Tab.4-2 Microcontroller reset condition专业寄存器复位状态专业寄存器复位状态PC0000HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP0P3FFHIP*00000BTMOD00HIE*00000BTHD00HSCON00HTL000HSBUF不确定TH100HPCON0*0000BTL100HTCON00H4.1.2 掉电存储芯片AT24C02AT24

35、C02是一个2K位串行CMOS E2PROM， 内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IIC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。AT24C02可解决掉电数据保存问题，可对所存数据保存100年，并可多次擦写，擦写次数可达10万次以上。存储当前设定的总金额，等待时间，运行里程以及单价等信息。如图4-2为AT24C02引脚图图4-2 AT24C02引脚图Fig.4-2 AT24C02 pin各引脚的功能分别是：A0、A1、A2：器件地址选择SDA：串行数据/地址SCL：串行时钟WP：写保护Vcc

36、：+1.8V到+6.0V工作电压GND：接地特性：1.数据线上的看门狗定时器，2.可编程复位门栏电平，3.高数据传送速率为400KHz和1C总线兼容，4.2.7V至7V的工作电压，5.低功耗CMOS工艺，6.16字节页写缓冲区，7.片内防误擦除写保护，8.高低电平复位信号输出，9.100万次擦写周期，10.数据保存可达100年，11.商业级、工业级和汽车温度范围。功能描述：AT24C02支持I2C，总线数据传送协议I2C，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或

37、接收器，但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式，由于A0、A1和A2可以组成000111八种情况，即通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上，通过进行不同的配置进行选择器件。结构与寻址：AT24C02的存储容量为2Kb，内容分成32页，每页8B，共256B，操作时有两种寻址方式：芯片寻址和片内子地址寻址。（1）芯片寻址：AT24C02的芯片地址为1010，其地址控制字格式为1010A2A1A0R/W。其中A2，A1，A0可编程地址选择位。A2，A1，A0引脚接高、低电平后得到确定的三位编码，与1010形成7位编码，即为该器件的地址码。R/W为芯片读

38、写控制位，该位为0，表示芯片进行写操作。（2）片内子地址寻址：芯片寻址可对内部256B中的任一个进行读/写操作，其寻址范围为00FF，共256个寻址单位。4.1.3 1602LCD液晶显示介绍LCD液晶显示是依靠液晶显示器进行数据或图形显示的。LCD液晶显示弥补了LED显示效果不够美观、不能显示图形和汉字等缺点，因此液晶显示技术得到了越来越广泛的应用。LCD液晶显示器本身不发光，其通过调节光的亮度来达到显示效果，这是一种被动显示器。液晶显示器以LCD液晶屏为核心，配合一定的控制电路，以达到方便显示组件的目的。根据液晶屏可显示内容的不同，液晶显示模块可以分为如下三种：1、数显液晶模块。2、点阵字

39、符液晶模块。3、点阵图形液晶模块。液晶显示模块的优点。液晶显示最主要的优势是可以显示多行的汉字及图形。除了这一点外，使用液晶显示模块做为显示设备还具有其他很多优势，主要表现在如下几个方面：1、体积小、重量轻。液晶显示模块通过显示屏上的液晶分子状态来达到显示母的，在重量上比相同显示面积的传统显示器件要轻得多。2、功率消耗小。液晶显示模块的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动芯片上。因而，对于相同的显示面积，液晶显示模块的耗电量比其他显示器件要小的多。3、显示质量高。由于液晶显示模块每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，不像有些显示设备需要不断刷新亮点。因此，液晶显示模块画质高而不会

40、闪烁把眼睛疲劳降到了最低。4、五电磁辐射。液晶显示模块的先天特点决定了其没有电磁辐射。5、接单方便的数字式接口。液晶显示模块都是数字式的，和单片机的接口十分简单，操作也十分方便。6、应用范围广。液晶显示模块特别是点阵图形液晶模块，可以显示数字、字符、汉字和图形，可适用与各种场合。下面介绍本次设计用到的1602LCD液晶显示模块。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，能够同时显示16x02即32个字符。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行

41、间距的作用。液晶1602引脚图如图4-5所示：图4-3 液晶1602引脚图 Fig.4-3 1602 pin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。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共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚

42、：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。字符型液晶1602主要技术参数如表4-3所示：表4-3 字符型液晶1602主要技术参数Tab.4-3 Character LCD 1602 main technical parameters显示容量：16*2个字符芯片工作电压：4.55.5V工作电流：2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压：5.0V字符尺寸：2.95*4.35（W*H）mm接口信号说明如表4-4所示：表4-4 1602接口信号说明Tab.4-4 1602 interface sign

43、als编号符号引脚说明编号符号引脚说明1Vss电源地9D2DataI/O2VDD电源正极10D3DataI/O3VL液晶显示偏压信号11D4DataI/O4Rs数据/命令选择端（H/L）12D5DataI/O5R/W读/写选择端（H/L）13D6DataI/O6E使能信号14D7DataI/O7D0DataI/O15BLA背光源正极8D1DataI/O16BLK背光源负极控制器接口说明（HD44780及兼容芯片）1、 基本操作时序a 读状态：输入：Rs=L, Rw=H, E=H 输出：D0D7=状态字b 写指令：输入：Rs=L, Rw=L, D0D7=指令码 输出：无 E=高脉冲C 读数据：输

44、入：Rs=H, Rw=L, E=H 输出：D0D7=数据d 写数据：输入：Rs=H, Rw=L, D0D7=数据 输出：无 E=高脉冲状态字说明如表4-5所示：表4-5状态字说明（a）Tab4-5 State words(a)STA7D7STA6D6STA5 D5STA4 D4STA3 D3STA2 D2STA1 D1STA0 D0表4 -5状态字说明（b）Tab4-5 State words(b)STA0-6当前数据地址指针的数值STA7读写操作使能1：禁止 0：允许注：对控制器进行读写操作之前，都必须进行读写检测，确保STA7为0控制器内部带有80*8位的RAM缓冲区，对应关系如下图4-6

45、所示：表4-6 RAM地址映射图LCD16字*2行Tab.4-6 RAM address map LCD16 word * 2 rows000102030405060708090A0B0C0D0E0F1027404142434445464748494A4B4C4D4E4F5067显示模式设置如表4-7所示：表4-7显示模式设置Tab.4-7 Display mode Settings指令码功能00111000设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口显示开关及光标设置如表4-8所示：表4-8开关及光标设置Tab.4-8 Switch and the cursor set指令码功能00001DC

46、BD=1 开显示； D=0 关显示C=1 显示光标； C=0 不显示光标B=1 光标闪烁； B=0 光标不显示000001NSN=1 当读或写一个字符后地址指针加一，且光标加一N=0 当读或写一个字后地址指针减一，且光标减一S=1 当写一个字符后，整屏显示左移(N=1)或右移（N=0）,以得到光标不移动而屏幕移动的效果S=0 当写一个字符，整屏显示不移动214.2 系统组成及功能框图此出租车计价器以AT89C52单片机为核心，利用单片机配合液晶显示器等硬件，实现出租车计价器的基本计价功能及一些简单的附加功能。出租车计价器系统框图如图4-4所示：电源电路按键电路振荡电路AT89C52复位电路显示

47、电路掉电存储电路图4-4 出租车计价器系统框图Fig4-4 The taxi meter system block diagram4.3电源电路一般而言，出租车上使用的电源是12V，而芯片所需供电电压是5V，所以我们选择LM7805的经典电路电源电路完成12V转5V的目的。电源电路如图4-7所示：三端稳压集成电路LM7805。三端指的是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、输出端。引脚输出，分别是输入端、接地端、输出端图4-5 电源电路Fig.4-5 The power supply circuit4.4 振荡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X

48、TAL1，其输出端为引脚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30pF左右）。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图4-6 振荡电路Fig.4-6 Oscillation circuit生ALE信号，此时得到的信号时机器周期信号。振荡电路如图4-6所示： 4.5 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RESET键，电源VCC经电阻R1、R2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

49、外部电容充电来实现单片机自动复位操作。上电瞬间RESET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4-7所示。图4-7 复位电路Fig.4-7 Reset circuit4.6 掉电存储电路AT24C02可解决掉电数据保存问题，存储当前设定的总金额，等待时间，运行里程以及单价等信息。由于AT24C02的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线SCL（移位脉冲）和SDA（数据/地址）与单片机传送数据。每当设定一次单价，系统就自动调用存储程序，将单价

50、信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的单价等信息，读到缓存单元中，供主程序使用。因为在proteus中没有AT24C02，我们用24C02C代替。掉电存储电路如图4-8所示： 图4-8掉电存储电路Fig.4-8 Electricity storage circuit4.7 按键电路按键电路采用独立按键，每个按键占用一根I/O口线，相互独立。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4-9所示：其中依次有S1、S2、S3、S4、S5、S6这

51、6个按键，功能分别是白天/夜晚切换键、单价增、单价减、开始/等待键、里程增加、重新开始键。图4-9 键盘接口电路Fig.4-9 The keyboard interface circuit4.8 显示电路我们采用液晶LCD显示，液晶又分字符型和点阵型，我们使用的液晶是字符型液晶，并且带字符库的，不需要查找代码。英文字符就可。液晶电路使用时，如果发现液晶不亮可以调节连接液晶的点位器，改变液晶的亮度。显示电路如图4-10所示：25图4-10 液晶显示电路Fig.4-10 Liquid crystal display circuit4.9 路程测量SP5518系列车速里程传感器是在车速表软轴的旋转运

52、动基础上将机械运动直接转换为电脉冲信号输出的车载电子单元。其机械运动的捕捉由霍尔元件完成，输出的脉冲可用于仪表和记录仪等车内电子部件使用以计算车速和车辆行驶的距离。SP5518系列车速里程传感器可输出双脉冲信号。 特点和用途：（1）双脉冲输出(正反相) （2）机械输入 （3）静态测量 （4）霍尔元件技术 （5）适合车速和发动机转速测量 （6）固定脉宽 （7）可铅封 （8）用于测量车速和里程的装置，可提供脉冲信号输出1）传感器原理介绍出租车计价器用传感器是出租车的重要部件，传感器的准确性直接影响计价器的计价精度，是计价器日常修理中遇到的最多的问题。它的功能是将转动的机械信号转变成电脉冲信号，传输

53、给计价器接口，根据输入的脉冲数来计算出租车行驶的里程。出租车计价器使用的传感器可分为光电式、磁电式和干簧管式。光电式传感器体积较大，不易安装，已经没有使用了。这里主要介绍干簧管式和霍尔元件式传感器。（1）干簧管式传感器干簧管式传感器价格便宜，体积小，安装简单，灵敏度高，而且干簧管的接触簧片封装在玻璃管内，因此可以在较潮湿的环境中使用。其工作原理如图3-4。当传感器转轴转动时，永久磁铁经过干簧管一侧时，干簧管内触点接通一次，传感器输出一个脉冲，这样完成一个由机械转动变成了脉冲信号。图4-11干簧管式传感器Fig.4-11 Reed tubular sensors但干簧管式也存在致命的问题，由于机

54、械接触，寿命有限，易损坏，如短路或电流过大，致使干簧管接点烧粘而无法使用。计价器用传感器都紧靠发动机。温度过高，使磁铁磁性减弱而丢掉脉冲。传感器的转轴一旦磨损后，间隙过大，发动机震动，使传感器的转轴瞬间位移，而造成多输出脉冲信号。所以，近几年来，干簧管式传感器使用越来越少。（2）霍尔式传感器霍尔传感器是目前出租车计价器所选配的主流传感器，可以检测转速、转数，霍尔传感器体积小，价格便宜，应用电路简单，性能可靠，在计价器配套使用很广泛。霍尔元件是在半导体薄片的两端通过控制电流，并在薄片的垂直方向上施加磁场，则在垂直于电流和磁场方向上将产生电压即霍尔电压，这一现象就是霍尔效应。根据霍尔效应制造的元件就是霍尔元件。今天的霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源做在一个芯片上，成为霍尔传感器，目前计价器用传感器均为开关型霍尔传感器。其工作原理是：当外加磁感应强度超过动作点时，传感器输出低电平，但磁感应强度降到动作点以下时，传感器输出电平不变，一直降低到释放点时，传感器才由低电平跃为高电平。2）传感器的功能特性 出租车中需要一个能准确获得车轮转动即路程计量信号的装置，以得到标准的脉冲信号送入单片机的INT1即P3.3引脚，利用单片机的计数功能完成100次的计数后产生一中断来完成路程的测量。（设车轮的周长为1m，则传感器每产生100个脉冲便表示车已行程