基于51單片機(jī)多功能出租車計(jì)價(jià)器液晶顯示參考文檔

我國在70年開始出現(xiàn)出租車，但那時(shí)的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)大都是國外進(jìn)口不但不夠準(zhǔn)確，價(jià)格還十分昂貴。隨著改革開放日益深入，出租車行業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭已十分突出，國內(nèi)各機(jī)械廠家紛紛推出國產(chǎn)計(jì)價(jià)器。出租車計(jì)價(jià)器的功能從剛開始的只顯示路程（需要司機(jī)自己定價(jià)，計(jì)算后四舍五入），到能夠自主計(jì)費(fèi)，以及現(xiàn)在的能夠語音提示、按時(shí)間自主變動(dòng)單價(jià)等功能。隨著城市旅游業(yè)的發(fā)展，出租車行業(yè)已成為城市的窗口，象征著一個(gè)城市的文明程度。

從傳統(tǒng)的全部由機(jī)械元器件組成的機(jī)械式,到半電子式即用電子線路代替部分機(jī)械元器件的出租車計(jì)價(jià)器;再從集成電路式到目前的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出租車計(jì)價(jià)器。出租車計(jì)價(jià)器計(jì)費(fèi)是否準(zhǔn)確、出租車司機(jī)是否作弊才是乘客最關(guān)心的問題,而計(jì)價(jià)器營運(yùn)數(shù)據(jù)的管理是否方便才是出租車司機(jī)最關(guān)注的。因此怎樣設(shè)計(jì)出一種既能有效防止司機(jī)作弊又能方便司機(jī)的計(jì)價(jià)器尤為重要。

本次設(shè)計(jì)的目的在于現(xiàn)在各大中城市出租車行業(yè)都已普及自動(dòng)計(jì)價(jià)器，所以計(jì)價(jià)器技術(shù)的發(fā)展已成定局。而部分小城市尚未普及，但隨著城市建設(shè)日益加快，象征著城市面貌的出租車行業(yè)也將加速發(fā)展，計(jì)價(jià)器的普及也是毫無疑問的，所以未來汽車計(jì)價(jià)器的市場(chǎng)還是十分有潛力的。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已明顯地朝巨型化、單片化、網(wǎng)絡(luò)化三個(gè)方向發(fā)展。巨型化發(fā)展的目的在于不斷提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和處理能力，以解決復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算和高速數(shù)據(jù)處理，比如系統(tǒng)仿真和模擬、實(shí)時(shí)運(yùn)算和處理。單片化是把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)盡可能集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，其目的在于計(jì)算機(jī)微型化和提高系統(tǒng)的可靠性，這種單片計(jì)算簡稱單片機(jī)。單片機(jī)的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)主要是針對(duì)自動(dòng)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的所以單片機(jī)又稱微控制器MCU（Micro Controller Unit）。用它可以很容易地將計(jì)算機(jī)嵌入到各種儀器和現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備中，因此單片機(jī)又叫做嵌入式微控制器（Embedded MCU）。單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以其鮮明的特點(diǎn)得到迅猛發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于家用電器、智能玩具、智能儀器儀表、工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過30多年的發(fā)展，性能不斷提高，品種不斷豐富，已經(jīng)形成自動(dòng)控制的一支中堅(jiān)力量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的單片機(jī)年容量已達(dá)1～3億片，且每年以大約16％的速度增長，但相對(duì)于國際市場(chǎng)我國的占有率還不到1％。這說明單片機(jī)應(yīng)用在我國有著廣闊的前景。對(duì)于從事自動(dòng)控制的技術(shù)人員來講，掌握單片機(jī)原理及其應(yīng)用已經(jīng)成為必不可少的學(xué)習(xí)任務(wù)。

  單片機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，在工業(yè)控制領(lǐng)域、家電產(chǎn)品、智能化儀器儀表、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，特別是機(jī)電一體化產(chǎn)品中，都有重要的用途。其主要的用途可以分為以下方面。

l 顯示：通過單片機(jī)控制發(fā)光二極管或是液晶，顯示特定的圖形和字符。

l 機(jī)電控制：用單片機(jī)控制機(jī)電產(chǎn)品做定時(shí)或定向的動(dòng)作。

l 通信：通過RS-232串行通信或者是USB通信，傳輸數(shù)據(jù)和信號(hào)。

l 科學(xué)計(jì)算：用來實(shí)現(xiàn)簡單的算法。

那么單片機(jī)是不是解決上述應(yīng)用的唯一選擇呢？當(dāng)然不是！

單片機(jī)最明顯的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，從幾元人民幣到幾十元人民幣。這是因?yàn)檫@類芯片的生產(chǎn)量很大，技術(shù)也很成熟。

其次，單片機(jī)的體積也遠(yuǎn)小于其他兩種方案。單片機(jī)本身一般用40引腳封裝，當(dāng)然功能多一些的單片機(jī)也有引腳比較多的，如68引腳，功能少的只有10多個(gè)或20多個(gè)引腳，有的甚至只有8只引腳。

當(dāng)然，單片機(jī)無論在速度還是容量方面都小于其他兩種方案，但是在實(shí)際工作中并不是任何需要計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合都要求計(jì)算機(jī)有很高的性能。例如，控制電冰箱的控制器就不需要使用嵌入式系統(tǒng)，用一片51就可以輕松實(shí)現(xiàn)。所以應(yīng)用的關(guān)鍵是看能否夠用，是否有很好的性能價(jià)格比。51系列的單片機(jī)已經(jīng)面世十多年，依然沒有被淘汰，還在不斷發(fā)展中，這就說明是它有廣闊的應(yīng)用前景。

本次設(shè)計(jì)是使用單片機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)一個(gè)出租車的計(jì)價(jià)器，利用單片機(jī)豐富的IO端口，及其控制的靈活性，實(shí)現(xiàn)基本的里程計(jì)價(jià)功能和單雙程價(jià)格調(diào)整、時(shí)鐘顯示功能等等。具有性能可靠，電路簡單、成本低、擴(kuò)展空間大等特點(diǎn)。

2.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)一款基于STC89C52單片機(jī)的出租車計(jì)價(jià)器，通過對(duì)里程和時(shí)間的計(jì)算，對(duì)數(shù)值進(jìn)行處理和顯示。可以按鍵設(shè)置價(jià)位以適應(yīng)不同的城市，可以切換白天和黑夜模式，滿足出租車的日常計(jì)費(fèi)。

2.1.2 設(shè)計(jì)要求

（1）無乘客時(shí)候可以顯示時(shí)間，這樣方便實(shí)用。

（2）能顯示里程，單位為公里，最后一位為小數(shù)位。

（3）能顯示乘車時(shí)間，可以按照里程或時(shí)間自行選擇收費(fèi)。

（4）能顯示金額數(shù)，單位為元，最后一位為小數(shù)位。

（5）起步公里數(shù)為3公里，價(jià)格可以自行根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)定設(shè)置，若實(shí)際距離大于起步公里，按超出公里累加計(jì)算價(jià)格。

（6）按清零鍵，計(jì)價(jià)器可清除計(jì)價(jià)。

（7）可以切換白天或黑夜，而且價(jià)格分開來設(shè)定。

（8）時(shí)間可以掉電計(jì)時(shí)，設(shè)置的價(jià)格也可以存儲(chǔ)。

本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作為主控模塊的主控芯片，結(jié)合單片機(jī)的外圍電路實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制，DS1302時(shí)鐘芯片準(zhǔn)確計(jì)時(shí)具有重新上電不用調(diào)時(shí)的功能，顯示部分采用LCD1602液晶顯示，24c02芯片可以掉電存儲(chǔ)設(shè)置的計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)，即使掉電也不會(huì)丟失設(shè)置的費(fèi)用，3v直流電機(jī)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)工作，使整個(gè)設(shè)計(jì)更加逼真，當(dāng)無乘客時(shí)液晶可以顯示時(shí)間（年月日時(shí)分秒），時(shí)間可以按鍵設(shè)置，此時(shí)電機(jī)不工作；當(dāng)有乘客時(shí)電機(jī)工作，可以通過按鍵開始計(jì)費(fèi)系統(tǒng)工作，有清零鍵，收費(fèi)可以修改（包括起價(jià)費(fèi)、超過起價(jià)費(fèi)每公里或分鐘收費(fèi)、白天和夜晚收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)），可以切換白天和夜晚收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，可以按照分鐘或公里收費(fèi)切換。

傳統(tǒng)的計(jì)價(jià)器采用數(shù)字電子技術(shù)，利用555定時(shí)芯片構(gòu)成多諧振蕩器，或采用外圍的晶振電路作為時(shí)鐘脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)芯片對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)和分頻，最后通過譯碼電路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，將譯碼所得的數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管顯示。   

從我們學(xué)習(xí)單片機(jī)以后，發(fā)現(xiàn)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)已經(jīng)不可靠，不能適應(yīng)更加繁瑣的設(shè)計(jì)，所以我采用單片機(jī)技術(shù)，通過單片機(jī)作為主控器，利用1602字符液晶作為顯示電路，采用內(nèi)部晶振作為時(shí)鐘脈沖，符合人性化，性價(jià)比較高。設(shè)計(jì)添加了AT24c02芯片，利用I2C可以對(duì)設(shè)置的價(jià)錢參數(shù)掉電保存。

本設(shè)計(jì)是由軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)兩部分組成的。軟件設(shè)計(jì)要用KEIL進(jìn)行程序的編寫、用PROTEUS軟件進(jìn)行仿真和用PROTEL 99 SE進(jìn)行原理圖的繪制。硬件設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)電路、硬件仿真和制作電路板。

2.3.1 單片機(jī)的選擇

方案1：采用51系列單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器

單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。由于其功耗低、體積較小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而且抗干擾性能好。

方案2：采用凌陽系列單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器

凌陽系列單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性。凌陽系列單片機(jī)提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。

因51單片機(jī)價(jià)格比凌陽系列低得多，且本設(shè)計(jì)不需要很高的處理速度，從經(jīng)濟(jì)和方便使用角度考慮，本設(shè)計(jì)選擇了方案1。

方案1：采用DS1302為計(jì)時(shí)時(shí)鐘芯片

該芯片是串行電路，與單片機(jī)接口簡單，但需另備電池和32.768kHz晶振，因焊接工藝和晶振質(zhì)量等原因會(huì)導(dǎo)致精度降低。

方案2：采用DS12C887為計(jì)時(shí)時(shí)鐘芯片

該芯片與單片機(jī)采用8位并口通信，傳遞信息速度快。自帶有鋰電池和晶振，外部掉電后，其內(nèi)部時(shí)間信息還能夠保持10年之久，因電路被封裝在一起，可以保證很高的精度和抗干擾能力。而且芯片功能豐富，可以通過內(nèi)部寄存器設(shè)置鬧鐘，并產(chǎn)生鬧鐘中斷。

綜合考慮，雖然DS1302電路需要的外圍電路復(fù)雜，但是性價(jià)比比較高，而且常用且穩(wěn)定，所以選擇方案1。

方案1：采用LED數(shù)碼管

采用LED數(shù)碼管這種方案。雖然顯示的內(nèi)容有限，但是也可以顯示數(shù)字和幾個(gè)英文字母，在這個(gè)設(shè)計(jì)中已經(jīng)足夠了，并且價(jià)格比液晶字符式要低的多，為了控制設(shè)計(jì)制作的成本，在此設(shè)計(jì)中選用LED數(shù)碼管顯示。

方案2：采用液晶字符顯示器

顯示用液晶字符式，可以用軟件達(dá)到很好的控制，硬件不復(fù)雜，液晶字符顯示器可以顯示很豐富的內(nèi)容，但是液晶字符式價(jià)格昂貴，在本設(shè)計(jì)中不需要用到復(fù)雜的顯示內(nèi)容，因此放棄了此方案。

從單片機(jī)資源的角度考慮，本設(shè)計(jì)選擇了方案2，數(shù)碼管雖然也可以實(shí)現(xiàn)，但是得用很多IO口，單片機(jī)的IO口緊張，想要顯示的全面，功能齊全必須得加鎖存和驅(qū)動(dòng)電路，而用液晶顯示就不需要復(fù)雜的外圍電路。

經(jīng)過反復(fù)論證，最終確定了如下方案：

(1)采用STC89C52單片機(jī)作為主控制器。

(2)采用DS1302作為計(jì)時(shí)時(shí)鐘芯片。

(3)采用LCD1602作為顯示器。