第1节 引 言
本次课程设计利用单片机技术来实现一台多功能出租车计价器，具有性能可靠、电路简单、成本低等特点。
1.1 出租车计价器概述
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。目前市场上出租车计价器功能主要有具有数据的复位功能、白天/晚上转换功能、数据输出功能、计时计价功能等等，但能够进行语音播报数据信息的出租车计价器还是比较少见的，针对这一点我们来设计一款多功能出租车计价器，在原有功能的基础上增加单价输出、单价调整、路程输出、显示当前的系统时间、语音播报数据信息等功能。
1.2 本设计任务
1.2.1 设计任务
设计一款基于AT89S51单片机的出租车计价器。
1.2.2 设计要求
1.基本要求
不同情况具有不同的收费标准。
白天
晚上
途中等待（>10min 开始收费）
能进行手动修改单价。
具有数据的复位功能。
IO 口分配的简易要求。
距离检测使用霍尔开关A44E
白天/晚上收费标准的转换开关
数据的清零开关
单价的调整（最好使用＋和－按键）
数据输出（采用LCM103）。
单价输出 2 位
路程输出 2 位
总金额输出 3 位
按键 ：
启动计时开关
数据复位（清零）
白天/晚上转换
2.发挥部分
能够在掉电的情况下存储单价等数据。
能够显示当前的系统时间。
语音播报数据信息。
1.3 系统主要功能
本课程设计所设计的出租车计价器的主要功能有：数据的复位、白天/晚上转换、数据输出、计时计价、单价输出及调整、路程输出、语音播报数据信息、实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息等功能。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，同时在不计价的时候还能作为时钟为司机同志提供方便。
第2节 计价器硬件设计
本系统的硬件设计主要包括单片机AT89S51、数据显示部件、A44E霍尔传感器电路、AT24C02 掉电存储单元的设计、里程计算及计价单元的设计。在硬件设计过程中，充分利用各部件的功能，实现多功能的出租车计价器设计。
2.1 系统的硬件构成及功能
计价器的单片机控制方案图如图1所示。它由以下几个部件组成：单片机AT89S51、总金额及单价显示部件、键盘控制部件，AT24C02 掉电存储控制、里程计算单元、串中显示驱动电路等。
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调节、时钟显示功能。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。具体电路参见“多功能出租车计价器总体电路图”。
2.2 AT89S51单片机及其引脚说明
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4KB的可系统编程的Flash只读程序存储器，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 8位微处理器于单片芯片中，具有高性价比。
AT89S51是一个有40个引脚的芯片，引脚配置如图2所示。
AT89S51芯片的40个引脚功能为：
VCC 电源电压。
GND 接地。
RST 复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISKRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。
XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2 来自反向振荡放大器的输出。
P0口 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Flash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口 一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1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）。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P1口部分端口引脚及功能如表1所示。
P2口 一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1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）。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编程和程序校验期间，P2亦接收低8位地址。
P3口 一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3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P3口写“1”时，它们被内部的上拉电阻把拉到高电并可作输入端口。作输入端口使用时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2所示。P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验期间的控制信号。
PSEN/ 程序储存允许输出是外部程序存储器的读先通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN/有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN/信号。
EA/VPP 外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平，需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压VPP。
2.3 AT24C02引脚图及其引脚功能
AT24C02芯片引脚配置如图3所示。
AT24C02芯片DIP封装，共有8个引脚，其中：
A2~A0 地址引脚；
SDA、SCL I2C总线接口；
WP 写保护引脚，WP接VSS时，禁止写入高位地址，WP接VDD时，允许写入任何地址；
VCC 电源端
GND 接地端
2.4 AT24C02 掉电存储单元的设计
掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息。AT24C02 是ATMEL公司的2KB 字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10Ua(5.5V)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40 年以上，而且采用8 脚的DIP 封装，使用方便。其电路如图4所示。
图中R8、R10 是上拉电阻，其作用是减少AT24C02 的静态功耗，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。
2.5 里程计算、计价单元的设计
里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器A44E检测到的信号，送到单片机，经处理计算,送给显示单元的。其原理如图5所示。
由于A44E 属于开关型的霍尔器件，其工作电压范围比较宽（4.5～18V），其输出的信号符合TTL 电平标准，可以直接接到单片机的IO 端口上，而且其最高检测频率可达到1MHZ。
A44E 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CC V ，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，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耳电势差H V 输出，该H V 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OP B )时，触发器输出高电压(相对于地电位)，使三极管导通，此时OC 门输出端输出低电压，通常称这种状态为“开”。当施加的磁场达到“释放点”(即rP B )时，触发器输出低电压，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，使霍耳开关完成了一次开关动作。
我们选择了P3.2 口作为信号的输入端，内部采用外部中断0（这样可以减少程序设计的麻烦），车轮每转一圈（我们设车轮的周长是1 米），霍尔开关就检测并输出信号，引起单片机的中断，对脉计数，当计数达到1000 次时，也就是1 公里，单片机就控制将金额自动的加增加，其计算公式：当前单价×公里数=金额。
2.6 数据显示单元设计
由于设计要求有单价（2 位）、路程（2 位）、总金额（3 位）显示输出，加上我们另外扩展了时钟显示（包含时分秒的显示），采用LCD 液晶段码显示，在距离屏幕1 米之外就无法看清数据，不能满足要求，而且在白天其对比度也不能够满足要求，因此我们采用6 位LED数码管的分屏显示，如图6 所示：
数据的分屏的显示是通过按键S1 来实现切换的，如图7 所示。
在出租车不走的时候，按下S1，可以实现数据的分屏显示；车在行走的时候只有总金额和单价显示屏在显示，当到达目的地的时候，客户要求查看总的里程的时候，就可以按下S1 切换到里程和单价显示屏，供客户查询。显示电路的电路原理图如图8所示。
从单片机串口输出的信号先送到左边的移位寄存器（74HC164）,由于移位脉冲的作用，使数据向右移，达到显示的目的。移位寄存器74HC164还兼作数码管的驱动，插头1（header1）接电源，插头2（header2）接数据和脉冲输出端。电路中的三个整流管D1~D3 的作用是降低数码管的工作电压，增加其使用寿命。
第3节 系统的软件设计
本系统的软件设计主要可分为主程序模块、定时计数中断程序、里程计数中断服务程序、中途等待中断服务程序、显示子程序服务程序、键盘服务程序六大模块。下面对各部分模块作介绍。
3.1 系统主程序设计
在主程序模块中，需要完成对各接口芯片的初始化、出租车起价和单价的初始化、中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。另外，在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄存器、里程寄存器和价格寄存器，并对它们进行初始化。然后，主程序将根据各标志寄存器的内容，分别完成启动、清除、计程和计价等不同的操作。主程序流程图如图9 所示。当按下S1时，就启动计价，将根据里程寄存器中的内容计算和判断出行驶里程是否已超过起价公里数。若已超过，则根据里程值、每公里的单价数和起价数来计算出当前的累计价格，并将结果存于价格寄存器中，然后将时间和当前累计价格送显示电路显示出来。当到达目的地的时候，由于霍尔开关没有送来脉冲信号，就停止计价，显示当前所应该付的金额和对应的单价，到下次启动计价时，系统自动对显示清零，并重新进行初始化过程。
3.2 定时中断服务程序
在定时中断服务程序中，每100ms 产生一次中断，当产生10 次中断的时候，也就到了一秒，送数据到相应的显示缓冲单元，并调用显示子程序实时显示。其程序流程如图10 所示。
3.3 里程计数中断服务程序
每当霍尔传感器输出一个低电平信号就使单片机中断一次，当里程计数器对里程脉冲计满1000 次时，使微机进入里程计数中断服务程序中。在该程序中，需要完成当前行驶里程数和总额的累加操作，并将结果存入里程和总额寄存器中。
3.4 中途等待中断服务程序
当在计数状态下霍尔开关没有输出信号，片内的T1 定时器便被启动，每当计时到达10分钟，就对当前金额加上中途等待的单价，以后每十分钟都自动加上中途等待的单价。当中途等待结束的时候，也就自动切换到正常的计价。
3.5 显示子程序服务程序
由于是分屏显示数据，所以就要用到4 个显示子程序，分别是：时分秒显示子程序（HMS_DIS）、金额单价显示子程序（CP_DIS）、路程单价显示子程序(DP_DIS)、单价调节子程序(PA_DIS)。
3.6 键盘服务程序
键盘采用查询的方式，放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦有按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。
第4节 系统调试与测试结果分析
根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。测试包括里程计价测试、掉电存储测试测试。
4.1 使用的仪器仪表
数字万用表 DT9203
单片机仿真器 WAVE6000
烧写器 GF2100
双踪稳压稳流电源 DH1718E-5
数字示波器 TDS1002
4.2 系统调试
根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试。
4.3 测试结果
略。
4.4 测试结果分析
略。
结 束 语
本款出租车计价器比目前市场现在的增加了不少功能，其中包括单价输出、单价调整、路程输出、显示当前的系统时间、语音播报数据信息等功能。另外，多功能出租车计价器还具有性能可靠、电路简单、成本低、实用性强等特点，加上经过优化的程序，使其有很高的智能化水平。
通过本次课程设计，又使我学到了许多书本上无法学到的知识,也使也深该体会到单片机技术应用领域的广泛，不仅使我对学过的单片机知识有了很多的巩固，同时也对单片机这一门课程产生了更大的兴趣。
在本次课程设计过程中，我学会了在网络上查找有关本设计的各硬件的资源，其中包括：AT89S51单片机及其引脚说明、AT24C02引脚图及其引脚功能等，为本次课程设计提供了一定的资料。由于平时很少进行课程设计，所以对于课程设计报告的格式也是近期才接触到，经过这两次的设计，为我们以后毕业设计的制作也奠定了一定的基础。