毕业设计（论文）-基于单片机和CPLD的出租车计费系统

1、目 录摘 要1ABSTRACT2第1章 绪论31.1 课题背景及目的31.2 国内外研究状况31.3 课题研究方法41.4 论文构成及研究内容4第2章 系统设计52.1 系统组成52.1.1 计费及显示52.1.2 时钟及显示62.1.3 计费开始提示12.2 功能模块设计1第3章 硬件及软件实现33.1 传感器及其测量系统33.1.1传感器的选择33.1.2 霍尔传感器的测量原理43.1.3 集成开关型霍尔传感器43.2 单片机53.2.1 8051 单片机功能方块图63.2.2 AT89S51单片机简介93.2.3 AT89S5l与51系列单片机相比具有如下特点93.2.4 89S51的内部框图103.2.5 中断控制123.2.6 单片机控制程序设计133.3 CPLD173.3.1 CPLD的基本结构183.3.2 CPLD的特点183.3.3 EP1K30管脚分配193.4 显示及按键控制系统203.3.1 LED数码管203.3.2 数据显示电路的设计213.5稳压电源22第4章 系统检测及分析254.1 系统仿真/硬件验证254.1.1 系统的调试方法254.1.2 系统

2、的硬件验证254.2 设计技巧分析26附录A: FPGA芯片引脚2827摘 要本系统电源电压为+16V，速度传感器具有汽车每运行一圈提供1个脉冲信号的特性。显示器可以采用LED数码管。系统采用单片机和CPLD/FPGA的结合进行系统的主体设计, 单片机MCU芯片通过采集传感器脉冲信号进行里程计算,里程计费,利用内部定时器T0产生标准时钟信号,以计算等待时间,等待费用,同时将有关计算结果通过P0、P2口传送给CPLD/FPGA芯片。CPLD/FPGA主要完成键盘扫描，显示控制，还通过普通I/O口与单片机进行数据交换。本设计方案利用单片机和CPLD/FPGA的结合，发挥它们各自的长处，分工清晰，实际使用和操作符合大众逻辑，容易被人接受。而且，单片机丰富的I/O口和CPLD/FPGA模块化的设计为系统功能的扩展提供了空间和便利。关键词 ： 计费系统 ；单片机 ；CPLD/FPGA芯片AbstractThe power supply voltage is + 16V, speed sensor provided with a car each lap run a pulse signal ch

3、aracteristics. LED digital display can be used. The system uses MCU and CPLD/FPGA systematic combination of the main design, MCU MCU chip sensor pulse signal by collecting mileage calculation, metered, using internal timer T0 generates standard clock signal to calculate the waiting time, waiting costs, while the relevant calculations by P0, P2 port to send to the CPLD/FPGA chip. CPLD/FPGA mainly to complete the keyboard scanning, display control, but also by the general I / O port for data excha

4、nge with the microcontroller. This design combined with the use of SCM and CPLD/FPGA, to play their respective strengths, division of labor is clear, practical use and operating in line with public logic, easy to be accepted. Moreover, expansion of the system functionality and convenience microcontroller provides abundant space for I / O port and CPLD/FPGA modular design.Keywords: billing system ; SCM ; CPLD/FPGA第1章 绪论1.1 课题背景及目的在我国社会经济的全面发展过程中，各大中小城市的出租车营运事业也迅速发展，出租车已经成为人们日常出行选择较为普遍的交通工具。出租车计价器

5、是出租车营运收费的专用智能化仪表，是出租车市场规范化 、标准化以及减少司机与乘客之间发生纠纷的重要设备。一种功能完备、简单易用、计量准确的出租车计价器是加强出租车行业管理、提高服务质量的必备品。当计费系统在各大、中城市出租车中使用越来越广泛，用户对计费器的要求也越来越高。以出租车多功能计费器为例，用户不仅要求计费器性能稳定，计费准确，有防作弊功能;同时还要求其具有车票打印、语音报话识别、电脑串行通信及税控等功能;不同国家和地区的收费方式存在差异，即使在同一地区，不同车型的出租车其收费方式也有差别，而且出租车还面临几年一次的调价或调整收费方式等问题。传统的基于单片机设计的出租车多功能计费器已远远跟不上这种变化，功能升级很繁琐，需要硬件重组和软件更新同步进行，成本高，并且每次升级都可能出现新的不稳定因素;而基于现场可编程逻辑阵列的出租车多功能计费器，采用硬件描述语言VerilogHDL和逻辑综合为基础的自顶向下的电路设计方法，开发成本低，周期短，可靠性高，功能升级方便，满足了用户的要求。该系统在不改变硬件电路的前提下，具有可以重构系统的功能；采用完全相同电路结构，只要根据各地区的要求在Ve

6、rilogHDL程序中设置各参数，就可以适应各地区出租车不同计费标准的需要，还可以根据各地区需求增加其他功能1。1.2 国内外研究状况从国内外的各种研究方法来看，实现出租车计费系统总共有三种方案。利用大规模的数字逻辑器件来实现，利用89C51实现，利用CPLD来实现。二十世纪后半期，数字系统得到了飞速发展，同时为了提高系统的可靠性与通用性，微处理器和专业集成电路逐渐取代了通用全硬件电路。目前，业界大量可编程逻辑器件，尤其是现场可编程器件被大量地应用在集成电路的制作当中2。理想的可编程逻辑开发系统能符合大量的设计要求：它能支持不同结构的器件。在多种平台运行，提供易于使用的界面，并且有广泛的特征。可编程器件的逻辑功能描述一般分为原理图描述和硬件语言描述，原理图描述是一种直观简便的方法，它可以讲现有的小规模集成电路实现的功能直接用可编程器件来实现，而不必去将现有的电路用语言来描述，但电路图描述方法无法做到简练。而语言描述可以精确和简练地表示电路的逻辑功能，现在可编程器件的设计过程中广泛使用。常用的硬件描述语言有ABEL、VHDL语言等，其中VHDL语言是一种行为描述语言，其编程结构类似于计算

7、机中的C语言，在描述复杂逻辑设计时，非常简洁，具有很强的逻辑描述和仿真能力，是未来硬件设计语言的主流。1.3 课题研究方法在分析了相关资料的基础上，首先了解了出租车计费系统的重要性，国内外实现该系统的不同方法。在方案的选择上，对比了各个方案的优缺点，并对现有的计费系统进行了更新，使它能够更好的满足不同的要求。采用软件仿真方法对计费系统进行仿真，模拟电动机输出信号，设置初始值，得出仿真波形并进行观察。1.4 论文构成及研究内容论文包括绪论、出租车计费系统的设计、外围电路、结论等四大部分组成。核心部分是设计说明部分和单片机、CPLD程序设计部分。本文的的基本框架为：在方案的论证和设计说明部分一章中，同时介绍了总体设计框架，并对各个部分进行了详细说明。在计费系统的实现一章中，介绍了计费系统的相关外围电路，使系统更完善。信息工程学院毕业设计（论文） 第2章 系统设计2.1 系统组成其中系统电源电压为+16V。速度传感器不需要进行设计，假设它具有汽车每运行一圈提供1个脉冲信号的特性。显示器采用LED数码管。具体功能要求如下：图2.1系统方框图2.1.1 计费及显示里程，即汽车行程里程，用四位数字

8、显示，显示方式为“XXX.X”，单位为，精确到0.1。 单价，即里程单价，用三位数字显示，显示方式为“X.X”，单价为元/，根据每天不同的时间段有两种情况：当时间段为06：0023：00时单价为1.4元/，其他时间段内单价为1.80元/。 等候时间，用四位数字显示分钟和秒，显示方式为“XX-XX”，等候的定义是：当汽车行驶速度小于或等于12/h时为“等候”。在等候时间大于1小时的情况下，可以不显示等候时间，但必须对等候时间进行统计计算。等候单价，等候单价有两种情况：在等候时间小于1小时的情况下，等候单价为1元每5分钟；在等候时间大于1小时的情况下，等候单价为20元每小时。 费用的计算，出租车的起价为7.00元，当里程小于2时，按起价计算费用；当里程大于2时按下式计算费用：费用=里程*里程单价+等候时间*等候单价。费用的显示，用四位数字显示，显示方式为“XXX.X”，单价为元。2.1.2 时钟及显示 当出租车在通常运行状态下，应能显示当前的时间，在汽车熄火的情况下，时钟必须正常运行，但是可以不显示时钟.2.1.3 计费开始提示 当出租车载上乘客并起步后，将空车指示牌扳倒时，空车指示牌里的指示灯熄灭，并有语音或灯光提示信号。图2.2 总体原理框图2.2 功能模块设计根据系统的设计要求，将整个计费系统分为两个大的模块，单片机模块与CPLD模块，单片机模块分为：等待判别，里程计算，等待计时，参数调整。CPLD模块分为：按键处理模块，数据整合模块，数码管扫描显示模块。单片机模块：等待判别模块：根据速度传感器脉冲信号WCLK和定时器中断产生的基准时钟信号，本系统的传感器与单片机的外部中断0即P32口相连，每次来个脉冲就会触发一次外部中断，同时就会关闭定时器中断T1，DDBZ=0，当没有脉冲来时就会打开定时中断T1，当5秒内还没脉冲系统就会判断此时出租车为等待状态，DDBZ=1；开启等待计时。里程计算模块LCJS：根据速度传感器脉冲信号WCLK，对出租车行驶的里程数进行计算，同时发出里程标志信号LC和里程计费标志信号。当LC2000说明没超过2，按起价计费，当LC2000时进行里程计费，每行驶100M应计费1次。 里程计费模块LCJF：计算行驶里程LC超过2以上里程的费用。里程计费的条件是在DDBZ=0，并且根据SDBZ分别进行加法计费操作。当

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