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1、基于PIC单片机的出租车计费系统摘要随着经济的发展，带动汽车行业快速发展，出租车日益普遍，了解在出租车上应用的计费系统，对我们日常生活也有帮助。而使用单片机实现该系统，是深化单片机应用的良好途径。本系统由单片机PIC16F877A和一些外围原件组成，具有操作简单，显示明了，功能强大的特点。整个系统只有两个按键，一个“启动/停止”，一个“复位”； 使用TG12864E 液晶模组作为显示器，可以显示数字、字母、中文、图片等，使系统信息一目了然；本系统除了里程统计和费用计算以外，还具有万年历和语音播报功能。万年历由时钟芯片PCF8563实时提供时钟信号，再由单片机调用显示；语音播报由语音芯片ISD1
2、420提供语音信息，语音信息放在不同的地址里，由单片机从这些地址中调用合适的语音进行播放。本方案充分发挥人性化的特点，利用ISD1420的语音功能，配合TG12864液晶模组，模拟实现带语音提示的出租车计价系统。比较真实地模拟出租车的空车、载客、到站及对各状况的费率的计算、统计、显示和语音播报等功能。本系统涉及到的理论知识有： PIC单片机知识、LCD液晶显示器的工作原理和使用方法、可擦、写的语音芯片的工作原理及应用、实时时钟芯片的工作原理及应用、 出租车计费系统的原理和实现方法、 PROTEUS仿真原理及实际应用。本系统提高同学们用C语言编写程序的能力、单片机应用系统设计综合能力的训练、培养
3、同学们分析问题和解决问题的能力、对同学们的招聘以及参加工作均有帮助。该系统稍加改进，可以成为一套真正的实用的计费系统。 关键词：时钟芯片PCF8563 语音芯片ISD1420 TG12864液晶模组 LCD液晶显示器目录摘要1第一章 系统总体介绍 21系统组成及功能框图32里程计量及费用计算功能33语音播放功能44中文菜单显示功能45实时时钟功能56按键功能57系统电路设计原理图6第二章 硬件设计71主程序/CPU模块72语音播放模块 83液晶显示驱动模块 94脉冲发生器模块 115时钟模块 126按键扫描模块 14第三章 系统程序设计 121系统主程序流程框图 152里程和费率计算程序流程图
4、 183键盘处理程序流程图 19结束语19致谢21参考文献21附件21第一章系统总体介绍1.系统组成此出租车计费系统以单片机为系统核心，利用PIC16F877单片机配合TG12864液晶模组及ISD1420语音模块等，实现基本的出租车计价器功能。本系统是由PIC单片机、液晶显示模块、计数脉冲发生器、系统实时时钟及语音等模块组成。系统框图如图(1)所示:2.系统各部分功能:里程计量功能a)单片机对传感器输出脉冲进行计数，并将脉冲数换算成公里数；b)每一个脉冲代表轮胎旋转一周，设轮胎的直径为520mm，轮胎的周长为：（即每转一圈的距离）520x3.14159=1634mm=1.634m c)每公里
5、的脉冲数:PulsePerKM=1000m/1.634m=612（个脉冲） 费用计算功能（参照广州市出租车收费标准）费用计算包括三部分：起步费、行使费和燃油附加费：a)起步费用（StartPrice） 当行驶里程（RunMilege）在2.3Km(含2.3Km)以内按起步价（StartPrice）7元计费。即行使费用（RunPrice）为： RunPrice = StartPrice + 1 = 8（元）b) 行使费用（RunPrice）-行使费用分短途与长途两种情况：.当行驶里程（RunMilege）超出2.3Km时并且小于35Km时，按2.6元/Km收费，这时行驶费用为：RunPrice=
6、StartPrice+2.6(RunMilege-StartMilege)+1 其中：StartPrice为起步价=7元 StartMilege为起步里程=2.3KmRunMilege为行使里程（总行使里程）RunPrice为行使费用（总行使金额）.当行使里程超过35Km后，要加空驶费，即每公里升至3.50元, 这时行驶费用为：RunPrice=StartPrice+3.5(RunMilege-StartMilege)+1c) 燃油附加费-每车次加收一元。语音播放功能.当初次按下“startstop”键，出租车开始启动，系统播放“您好！欢迎乘坐本公司出租汽车，谢谢！”播送完毕，计费器开始计费。
7、.按下“SpeedUp”键，出租车加速行使，最高速为100Km。.按下“SpeedDown”键，出租车减速行使，最低速为0Km。.在行使状态下，按下“startstop”键，表示出租车到站，结束行使。这时候，系统播放“您好！行使里程XXX公里，应付XXX元，请检查您的随身物品，欢迎再次乘坐,再见！”的提示音。.按下“Reset”键，进入空车状态。 中文菜单显示功能.在空车状态下（启动前），LCD屏幕上显示如下的中文信息：.在空车状态下，按下“startstop”键，系统播放“您好！欢迎乘坐本公司出租汽车，谢谢！”的提示音，同时在LCD屏幕上显示如下的中文信息：.播完提示音后，进入行使状态，LC
8、D屏幕显示以下信息：.在行使状态，按下“SpeedUp”键，里程显示的公里数增加的速度会不断的变快，金额数值也在作相应的变化。按下“SpeedDown”键，里程显示的公里数增加的速度会不断的变慢。.在行使状态，按下“startstop”键，表示出租车到站，结束行程。这时屏幕显示以下信息： 同时，系统播放“您好！行使里程xxx.xx公里，应付xxx.xx元，请检查您的随身物品，欢迎再次乘坐，再见！”的提示音。实时时钟功能本系统采用两种方法实现日历时钟：(1)用实时时钟芯片FC8563作为时钟电路，产生年月日时分秒等信号，供系统调用。(2)用单片机中断的方法产生年月日时分秒等信号。(3)两种方法由
9、同学自行选择。本系统设置4个按键，各个按键的功能如下：(1)“startstop”键开始进入行使/结束行使（到站）。(2)“SpeedUp”键行使加速按键。按下次按键，可使出租车的速度由0Km上升到100Km。(3)“SpeedDown”键-行使减速按键。按下次按键，可使出租车的速度由100K下降到0Km。(4)“Reset”键-进入空车状态。电路设计原理图第二章 硬件设计： 主程序/CPU模块 主程序/CPU电路图及说明该模块主要包括系统初始化、PWM计数脉冲的产生、里程的识别和费率的计算及各功能模块的的组织和管理等。主程序模块在系统中起着重要的作用。PIC16F877主要性能:具有高性能R
10、ISC CPU。具有25条单字指令。除程序分支指令为两个周期外，其余均为单周期指令。运行速度：DC-20MHZ时钟输入 DC-200ns指令周期8K*14个FLASH程序存储器368*8个数据存储器（RAM）字节256*8EEPROM数据存储器字节引脚输出和PIC16C73B/74B/76/77兼容中断能力（达到14个中断源）8级深度的硬件堆栈直接，间接和相对寻址方式上电复位（POR）上电定时器（PWRT）和振荡启动定时器（OST）监视定时器（WDT），它带有片内可靠运行的RC振荡器可编程的全码保护低功耗睡眠方式可选择的振荡器低功耗、高速CMOS FLASH/EEPROM工艺全静态设计要线串行
11、编程（ICSP）单独5V的内部电路串行编程（ICSP）能力，处理机读/写访问程序存储器运行电压范围2.0V到5.5V高吸入/拉出电流25mA商用，工业用温度范围低功耗：在5V，4MHz时典型值小于2mA在3V，32KHz时典型值小于20uA典型的稳态电流值小于1uA外围特征：Timer0:带有预分频器的8位定时/计数器Timer1:带有预分频的16位定时器/计数器，在使用外部晶体振荡时钟时，在Sleep期间仍能工作。Timer2:带有8位分频寄存器，预分频器和后分频器的8位定时器/计数器2个捕捉器，比较器，PWM模块其中：捕捉器是16位，最大分辩率为12.5ns 比较器是16位，最大分辩率方2
12、00ns PWM最大分辩率为是10位10位多通道模/数转换器带有SPI(主模式)和I2C（主/从）模式的SSP带有9位地址探测的通用同步异步接收/发送器（USART/SCI）带有RD，WR和CS控制（只40/44引脚）8位字宽的并行从端口带有降压复位的降压检测电路 语音播放模块 语音播放模块电路图及说明:语音播放模块播放提示音，行驶里程、费用等。ISD1420系列单片录放时间8至20秒，音质好。芯片采用CMOS技术，内含震荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及EEPROM阵列。最小的录放系统仅需麦克风、喇叭、两个按钮、电源及少数电阻电容。在录放操作结束后，芯片
13、自动进入低功耗节电模式、功耗仅0.5uA。ISD1420系列有唯一的录音控制和边缘/电平触发两种放音控制。不分段时外围线路最简，也可按最小段长为单位任意组合分段，芯片提供若干操作模式，大大提高了控制的灵活性。芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样直接存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调各效果，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率从5.3，6.4到8.0KHz，对音质仅有轻微影响。片内信息可保存100年（无需后备电源），EEPROM单片可反复录音十万次。 液晶显示驱动模块液晶显示驱动模块电路图及说明：TG1286
14、4E 是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器/列驱动器及12864 全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示,也可以84 个（1616 点阵）汉字。主要技术参数和性能：电源：VDD：+2.7 +5V; 模块内自带-10V负压，用于LCD的驱动电压。 显示内容：128（列）64（行）点全屏幕点阵 七种指令 与CPU接口采用8 位数据总线并行输入输出和8 条控制线 占空比1/64 工作温度：-10+60，储存温度：-20+70，可选择宽温：-20+70.外形尺寸图:.模块主要硬件构成说明:. 模块的外部接口:.TG12864EL 串口接线方式：脉冲发生器模块 脉冲性生器模块电路图及说明:(如下图)
15、 NE555定时器具有定时精度高、工作速度快、可靠性好、电源电压范围宽（3-18V）、输出电流大（可高达200mA）等优点，可组成各种波形的脉冲振荡电路、定时延时电路、是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能中规模集成电路。只需在外部配接适当的阻容元件，便可组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等多种应用电路，在这个电路中是多谐振荡器，它电路简单、性能稳定，波形标准。该模块完成传感器脉冲计量，然后转换为公里数，并根据规则计算对应的费用。同时，监测行驶速度，统计低速时间，计算低速等待费用，提供液晶显示更新函数，以便主函数可以控制更新用户界面以及行驶里程、费用等信息的显示。该模块包括
16、PWM管理程序、里程计量程序、时间管理程序、费用管理程序、用户界面控制程序等部分。时钟模块 时钟模块电路图及说明:PCF8563 是低功耗的CMOS 实时时钟日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过I2C 总线接口串行传递。最大总线速度为400Kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。 特性：* 低工作电流：典型值为0.25A（VDD=3.0V，Tamb=25时）。* 世纪标志* 大工作电压范围：1.05.5* 低休眠电流；典型值为0.25A(VDD=3.0V,Tamb=25)* 400KHz 的I2C 总线接口（VDD=1.8
17、5.5V 时）。* 可编程时钟输出频率为：32.768KHz，1024Hz，32Hz，1Hz。* 报警和定时器。* 掉电检测器。* 内部集成的振荡器电容。* 片内电源复位功能。* I2C 总线从地址：读，0A3H；写，0A2H。* 开漏中断引脚。管脚配置功能描述:PCF8563 有16 个位寄存器：一个可自动增量的地址寄存器，一个内置32.768KHz 的振荡器（带有一个内部集成的电容），一个分频器（用于给实时时钟RTC 提供源时钟），一个可编程时钟输出，一个定时器，一个报警器，一个掉电检测器和一个400KHz I2C总线接口。所有16 个寄存器设计成可寻址的8 位并行寄存器，但不是所有位都有
18、用。前两个寄存器（内存地址00H，01H）用于控制寄存器和状态寄存器，内存地址02H08H 用于时钟计数器（秒年计数器），地址09H0CH 用于报警寄存器（定义报警条件），地址0DH 控制CLKOUT 管脚的输出频率，地址0EH 和0FH 分别用于定时器控制寄存器和定时器寄存器。秒、分钟、小时、日、月、年、分钟报警、小时报警、日报警寄存器，编码格式为BCD，星期和星期报警寄存器不以BCD 格式编码。当一个RTC 寄存器被读时，所有计数器的内容被锁存，因此，在传送条件下， 可以禁止对时钟日历芯片的错读。PCF8563 硬件时钟描写模块:最大总线速度为400Kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字
19、地址寄存器会自动产生增量。 *400KHz 的I2C 总线接口（VDD=1.85.5V 时） *可编程时钟输出频率为：32.768KHz，1024Hz，32Hz，1Hz。 *报警和定时器。 *开漏中断引脚。 *I2C 总线从地址：读0A3H；写0A2H。 地址 寄存器名称 00H 控制/状态寄存器 01H 控制/状态寄存器 0DH CLKOUT 频率寄存器 0EH 定时器控制寄存器 0FH 定时器倒计数数值寄存器 地址 寄存器名称 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 02h 秒 VL 0059BCD 码格式数 03h 分钟 - 0059BCD 码格式
20、数 04h 小时 - - 0059BCD 码格式数 05h 日 - - 0131BCD 码格式数 06h 星期 - - - - - 06 07h 月/世纪 C - - 0112 BCD 码格式数 08h 年 0099 BCD 码格式数 09h 分钟报警 AE 0059 BCD 码格式数 0Ah 小时报警 AE - 0023 BCD 码格式数 0BH 日报警 AE - 0131 BCD 码格式数 0CH 星期报警 AE - - - - 06 操作举例*进入EXTCLK 测试模式；设置控制状态寄存器的位（TEST=1）。*设置控制状态寄存器的位（STOP=1）。 *清除控制状态寄存器的位（STOP
21、=0）。*设置时间寄存器（秒、分钟、小时、日、星期、月世纪和年）为期望值。 *提供32 个时钟脉冲给CLKOUT。 *读时间寄存器观察第一次变化。 *提供64 个时钟脉冲给CLKOUT。 *读时间寄存器观察第二次变化；需要读时间寄存器的附加增量时，重复步骤和。按键扫描模块: 按键扫描模块电路图及说明:整个系统只有两个按键，一个“启动/停止”，一个“复位”；本模块功能:扫描按键功能，返回扫描结果。第三章 系统程序设计本系统程序由C语言编写，编译软件是MPLAB IDE 和一个外挂的PIC的C语言编译软件PICC 。 1.系统主程序流程框图（含程序）：/*/主程序开始/*void main() i
22、nitial(); init(); lcm_init(); InitI2C(); count = 0; RunMilege=0; flag = 0; play_fg1 = 0; play_fg2 = 0;/*/转换为图形方式/* write_inst(0x34); write_inst(0x36); clear_picture_fast(); display_picture1();/显示一幅个性化图片 delay(100);/*/转换为文本方式/* write_inst(0x30); write_inst(0x0c); write_inst(0x01); write_inst(0x06);/*
23、/显示一幅个人信息/* disp_log1(); delay(200); write_inst(0x01);/*/主程序循环开始/* while(1) if(mode=0)/模式0: 显示空车状态 INTE = 0; count = 0; kongche(); else if(mode=1)/模式1: if(!flag)/标志位为0时 INTE = 0;/禁止中断产生 write_inst(0x01); yingke(); /显示欢迎界面 play(17,50);/播放“您好” play(18,5); /播放“欢迎” play(25,100);/播放“乘坐本公司出租汽车” delay(200)
24、; flag = 1; write_inst(0x01); else/标志位为1时 INTE = 1;/允许产生中断 price();/里程和费率计算 zaike();/进入载客界面 else if(mode=2)/模式2: INTE = 0;/禁止中断产生 if(!play_fg1)/标志位为0时 daozhan();/进入到站界面 play(21,60); /播放“车已到站” delay(50); playsound_km(RunMil);/播放行使里程 delay(50); playsound_mn(Pricet);/播放应付金额 play_fg1 = 1;/置标志位为1 write_i
25、nst(0x01); jieshu();/进入结束界面 if(!play_fg2)/标志位为0时 play(24,100);/播放“请检查您的随身物品” play(18,5); /播放“欢迎” play(20,5); /播放“再次” play(25,100);/播放“乘坐本公司出租汽车” play(19,5); /播放“再见” play_fg2 = 1;/置标志位为1 scankey();/键盘扫描模块 2.里程和费率计算程序流程图（含程序）：/*/费率计算函数/*void price() if(RunMilege2300)&(RunMilege35000) /TotalPrice=700+(
26、35000-2300)*0.26+(RunMilege-35000)*0.35+100; TotalPrice=1112+(RunMilege-35000)*0.35; Price=(ulong)TotalPrice; 3.键盘处理程序流程图键盘扫描子程序模块/*第 21 页 共 21 页void scankey() if(k2() bell(); if(mode=0x00) mode = 0x01; write_inst(0x01); else if(mode=0x01) flag = 0; mode = 0x02; write_inst(0x01); if(k4() bell(); if(
27、mode=0x02) flag = 0; play_fg1 = 0; play_fg2 = 0; mode = 0x00; write_inst(0x01); count = 0; *结束语 通过这次毕业设计,我觉得自己学到了很多东西,特别是在即将毕业走向社会的时候,增加了自己以后在社会上工作的信心。毕业设计是对我们大学三年学习的总考验.这次毕业设计,我有以下一些体会: 大学大部分时间都是在学习理论基础知识,并未真正地去应用和实践。自从入学以来,了解了自己本专业信息之后,我就开始了我的电子信息学习生涯,其中涉及到的知识,是我以前没想过的,也不懂的,所以这次毕业设计,我很辛苦才完成。其中我接触到
28、了更多平时没有接触到的元器等,发现了自己很多不足之。我体会到了所学理论知识的重要性:知识掌握越多,设计得就更加严谨,更加顺利。了解了进行一项相对比较大型的科研设计所必不可少的几个阶段。毕业设计能够从理论设计和工程实践相结合,个人作用和集体协作相结合等全方面的培养学生的全面素质。我经过这次系统的毕业设计,熟悉了对一项课题进行研究,设计和试验的详细过程。这些在我们在将来的工作和学习当中都会有很大的帮助。加深了解了查阅资料和利用工具书的重要性.平时课堂上所学习的知识大多比较陈旧,作为电子信息工程的学生,由于专业涉及知识广，不仅在懂单片机的知识，还要懂模拟电子、数字电子、Protel 99 SE等等方
29、面的知识。一个人不可能什么都学过,什么都懂,因此,当我在设计过程中需要用到一些不曾学过的东西时,就要去有针对性地查找资料,然后加以利用吸收,以提高自己的应用能力,而且还能增长自己见识,补充我的专业知识。毕业设计对以前所学的过的理论知识起到了回顾作用,并对其加以进一步的消化和巩固。实践能力得到了进一步提高,在制作过程中积累了一些经验。毕业设计培养了我们严肃认真和实事求是的学习态度,而且培养了吃苦耐劳的精神以及相对应的工程意识。同学之间的友谊互助也充分的在毕业设计当中充分体现了出来。总之，在踏上大学旅途的最后一步中间虽然存在着许多困难，但我们都走过了，这过程中我学到了不少的新知识，对我个人将来的发
30、展非常有帮助。所谓读万卷书不如走万里路，实践是检验真理的唯一标准，将来的路还很长，还需要我在实践中不断的摸索，跌倒了再爬起来，在困难和逆境中不断成长。致谢首先，在这里,我要感谢我的指导师姚xxx老师,他真的是一位很慈祥，很棒的老师，对学生也很好，他给了我很多的帮助，没有他的指导，我的毕业设计不会这么顺利完成。其次要感谢3号楼智能实验室的陈老师给我们提供了仿真器，让我们可以随时用。我还要感谢毕业设计一起做设计同学。没有姚老师和同学的协助,我这次设计也不会这样顺利。谢谢！参考文献（1）PIC单片机基础教程 -丁跃军等编著 北航大学出版社（2）PIC单片机原理 -李学海编著 北航大学出版社（3）基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真 -周润景、张丽娜编著 北航大学出版社（4）凌阳大学计划出租车计费系统电子文档资料（5）PIC单片机C语言基础教程