基于PIC单片机的出租车计费系统----毕业.doc

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ISD1420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 ………………………………………………2
1．系统组成及功能框图………………………………………………3
2．里程计量及费用计算功能…………………………………………3
3．语音播放功能………………………………………………………4
4．中文菜单显示功能…………………………………………………4
5．实时时钟功能………………………………………………………5
6．按键功能……………………………………………………………5
7．系统电路设计原理图………………………………………………6
第二章 硬件设计………………………………………………………7
1．主程序/CPU模块……………………………………………………7
2．语音播放模块 ………………………………………………………8
3．液晶显示驱动模块 …………………………………………………9
4．脉冲发生器模块 ……………………………………………………11
5．时钟模块 ……………………………………………………………12
6．按键扫描模块 ………………………………………………………14
第三章 系统程序设计 …………………………………………………12
1．系统主程序流程框图 ………………………………………………15
2．里程和费率计算程序流程图 ……………………………………………18
3．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:
⑴．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) 每公里的脉冲数:
PulsePerKM=1000m/1.634m=612（个脉冲）
⑵．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：
①.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=StartPrice+2.6×(RunMilege-StartMilege)+1
其中：StartPrice为起步价=7元
StartMilege为起步里程=2.3Km
RunMilege为行使里程（总行使里程）
RunPrice为行使费用（总行使金额）
②.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)+1
c) 燃油附加费--每车次加收一元。
⑶．语音播放功能
①.当初次按下“start／stop”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。
②.按下“SpeedUp”键，出租车加速行使，最高速为100Km。
③.按下“SpeedDown”键，出租车减速行使，最低速为0Km。
④.在行使状态下，按下“start／stop”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。
⑤.按下“Reset”键，进入空车状态。
⑷．中文菜单显示功能
①.在空车状态下（启动前），LCD屏幕上显示如下的中文信息：

②.在空车状态下，按下“start／stop”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：

③.播完提示音后，进入行使状态，LCD屏幕显示以下信息：

④.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。
⑤.在行使状态，按下“start／stop”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。
⑸．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)两种方法由同学自行选择。
⑹．本系统设置4个按键，各个按键的功能如下：
(1)“start／stop”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。

⑺电路设计原理图
第二章 硬件设计：
⒈ 主程序/CPU模块
⑴ 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RISC 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200ns
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
⑵ 语音播放模块
① 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。
⑶ 液晶显示驱动模块
①．液晶显示驱动模块电路图及说明：
TG12864E 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128×64 全点阵液晶
显示器组成。可完成图形显示,也可以8×4 个（16×16 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℃
②.外形尺寸图:

③.模块主要硬件构成说明:
④. 模块的外部接口:
⑤.TG12864EL 串口接线方式：

⑷脉冲发生器模块
① 脉冲性生器模块电路图及说明:(如下图)
② 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。
⑸时钟模块
① 时钟模块电路图及说明:
②PCF8563 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。
③ 特性：
* 低工作电流：典型值为0.25μA（VDD=3.0V，Tamb=25℃时）。
* 世纪标志
* 大工作电压范围：1.0～5.5
* 低休眠电流；典型值为0.25μA(VDD=3.0V,Tamb=25℃)
* 400KHz 的I2C 总线接口（VDD=1.8～5.5V 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。
④管脚配置
⑤功能描述:
PCF8563 有16 个８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02H～08H 用于时钟计数器（秒~年计数器），地址09H～0CH 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，内嵌的字地址寄存器会自动
产生增量。
*400KHz 的I2C 总线接口（VDD=1.8～5.5V 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 00～59BCD 码格式数
03h 分钟 - 00～59BCD 码格式数
04h 小时 - - 00～59BCD 码格式数
05h 日 - - 01～31BCD 码格式数
06h 星期 - - - - - 0～6
07h 月/世纪 C - - 01～12 BCD 码格式数
08h 年 00～99 BCD 码格式数
09h 分钟报警 AE 00～59 BCD 码格式数
0Ah 小时报警 AE - 00～23 BCD 码格式数
0BH 日报警 AE - 01～31 BCD 码格式数
0CH 星期报警 AE - - - - 0～6
操作举例
*进入EXT＿CLK 测试模式；设置控制／状态寄存器１的位７（TEST=1）。
*设置控制／状态寄存器１的位５（STOP=1）。
*清除控制／状态寄存器１的位５（STOP=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７和８。
⑹按键扫描模块:
① 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()
{
initial();
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);
//*********************************************************
// 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);
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_inst(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(RunMilege<=2300)
//TotalPrice=700+100;
TotalPrice=800;
if((RunMilege>2300)&&(RunMilege<=35000))
//TotalPrice=700+(RunMilege-2300)*0.26+100;
TotalPrice=800+(RunMilege-2300)*0.26;
if(RunMilege>35000)
//TotalPrice=700+(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(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》