毕业设计出租车计价器系统的设计.doc

摘 要现在各大中城市出租车行业都已普及自动计价器，所以计价器技术的发展已成定局，预计未来计价器市场很有前景。计价器作为出租车的一个重要组成部分，关系着出租车司机和乘客双方利益，起着重要的作用，因此，具有良好性能的计价器对广大出租车司机朋友和乘客来说是很必要的。但是现阶段出租车的计费系统功能有时候并不能满足出租车司机的意愿。本课题是出租车计价器系统的设计。重点是设计出租车计价器的实用性，并尽量使最后的成品接近于商品。整个系统是以89S51单片机为中心，采用A44E霍尔传感器对轮胎转数进行计数，实现对出租车里程的测量，并最终计算出结果。其中采用掉电存储芯片AT24C02使系统在掉电的时候对单价、里程等信息进行存储，人机交换界面采用的是LCD1602液晶屏显示，并且通过语音芯片进行播报。本电路设计的出租车计价器不但能实现计价的功能，同时还能实现根据时钟芯片自动调整白天、黑天计价模式，能自动处理中途等待等功能。关键词：单片机AT89S51；LCD1602；出租车计价器；霍尔传感器；AT24C02ABSTRACTAutomatic taximeter has been universal among Cities for now. The taximeter technology is a foregone conclusion already. So taximeter of cars is still potential at next generation. As an important component taximeter is not only the interests of taxi drivers but also the passengers, so it has played an important role. The good performed taximeter is necessary for the public. The current taxi billing systems dont meet the wishes of people. In this article we talk about various designs of taximeter system. The point is to design the practicality of the taximeter and as far as possible to make the final finished product close to commodities. The whole system is based on single-chip 89S51 and use a hall-sensor A44E to count the number of revolutions. In this way we can achieve the statistics of the taxi mileage and give out the final results. In this design we use AT24C02 to store the price, mileage and other information when the power is down. The man-machine interface of the exchange is LCD1602 screen, and through the voice chip broadcasts. This circuit design can not only realize the meter taxi valuation function, but also can realize the automatic adjustment according to the clock chips during the day, dark pricing mode, it can automatic processing midway waiting for function.Keywords: single-chip AT89S51; LCD1602; Taximeter; Hall sensor; AT24C02目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1 国内外出租车计价器的研究现状11.2 国内外出租车计价器的发展趋势21.3 本课题的研究目的及意义22 出租车计价器的方案论证42.1 出租车计价器的功能要求42.2 方案论证与比较53 出租车计价器的硬件设计73.1 单片机的介绍73.2 单片机最小系统113.3 里程计算模块的设计133.4 显示模块设计163.5 语音模块的设计183.6 掉电存储电路的设计213.7 按键电路的设计233.8 时钟电路的设计244 出租车计价器的软件设计274.1 模块介绍274.2 主程序模块274.3 里程计数中断程序284.3 定时中断服务程序294.4 中途等待服务程序304.5 显示服务子程序314.6 键盘服务程序335 系统调试345.1 软件调试345.2 里程计价测试355.2 掉电存储测试37结论与展望38可行性分析报告39参考文献40致 谢41附 录 一42附 录 二43附 录 三761 绪论出租车计价器是出租车营运收费的专用智能化仪表,随着电子技术的发展,出租车计价器技术也在不断进步和提高。国内出租车计价器已经经历了4 个发展阶段。从传统的全部由机械元器件组成的机械式,到半电子式即用电子线路代替部分机械元器件的出租车计价器;再从集成电路式到目前的单片机系统设计的出租车计价器。出租车计价器计费是否准确才是乘客最关心的问题,而计价器营运数据的管理是否方便才是出租车司机最关注的。因此怎样设计出一种既能准确计价又能方便司机的计价器尤为重要。因此, 本文以单片机AT89S51为核心设计一款多功能出租车计价器,该计价器能实现按时间和里程综合计算车价，能显示时间、里程、单价、总车价等相关信息显示。它比市场上的一些计价器使用更方便,功能更全,还具有系统稳定性好的优点。1.1 国内外出租车计价器的研究现状出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项新兴行业，随着我国国民经济的高速发展，出租汽车已成为城市公共交通的重要组成部分。多年来国内普遍使用的计价器只具备单一的计量功能。目前全世界的计价器中有90%为台湾所生产。现今我国生产计价器的企业有上百家，主要是集中在北京，上海，沈阳和广州等地。随着科学技术的发展，产生了第二代计价器。它采用了手摇计算机与机械结构相结合的方式，实现了半机械半电子化。此时它在计程的同时还可以完成计价的工作。大规模集成电路的发展又产生了第三代计价器，也就是全电子化的计价器。它的功能也在不断完善。当单片机出现并应用于计价器后，现代出租车计价器的模型也就基本具备了，它可以完成计程，计价，显示等基本工作。单片机以及外围芯片的不断发展促进了计价器的发展。出租车计价器在最初使用时具备的主要功能是根据行驶里程计价，要求精度高，可靠性好。1.2 国内外出租车计价器的发展趋势大规模集成电路的发展又产生了新一代计价器，也就是全电子化的计价器。它的功能也在不断完善.当单片机出现并应用于计价器后，现代出租车计价器的模型也就基本具备了，它可以完成计程，计价，显示等基本工作。单片机以及外围芯片的不断发展促进了计价器的发展。随着单片机性能不断提高而价格却不断下降，单片机控制得到更广泛的应用，外围芯片的不断发展，使得计价器的功能更加强大，性能更加稳定。随着电子技术的发展以及对计价器的不断改进和完善，便产生了诸多的附加功能。例如：(1)LCD显示功能，液晶屏的使用让计价器实现多屏显示的功能，可同时显示各项营运数据，使乘客一目了然；(2)永久时钟功能，在非营运状态下，日历时钟芯片的使用使计价器可以显示永久时钟；(3)存储功能，可存储多项营运数据，便于查询。新型数据存储器的应用使得计价器的营运数据在掉电情况下还可以保存10年。1.3 本课题的研究目的及意义随着我国经济的迅速发展，人民生活水平的显著提高，城市的交通日趋完善，出租车计价器的应用也越来越广泛。虽然私家车的拥有量在大幅度地提高，但是出租车还是在我国的交通运输中承担着重要的角色，出租车计价器是出租车上必不可少的重要仪器，它是负责出租车营运收费的专用智能化仪表。用户不仅要求计价器性能稳定、计价准确而且对它的要求也越来越高。近年来，我国出租车行业迅猛发展，出租车已经成为我国城市公共交通的重要组成部分和现代化城市必备的基础设施，成为人们工作、生活中不可缺少的交通工具。出租车服务行业和出租车计价器紧密相关，因为出租车必须安装出租车计价器才能投入营运。出租车计价器是一种能根据乘客乘坐出租车行驶距离和等候时间的多少进行计价，并直接显示车费值的计量器具。计价器是出租车的经营者和乘坐出租车的消费者之间用于公平贸易结算的工具，因而计价器计价准确与否，直接关系到经营者和消费者的经济利益。依据国家有关法律、法规，出租车计价器是列入国家首批强制检定的工作计量器具之一，也是近年来国家质量技术监督部门强化管理的六类重点计量器具之一。出租车计价器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要标志，是出租车中最重要的工具。它关系着交易双方的利益。具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。因此，出租车计价器的研究也是十分有应用价值的。2 出租车计价器的方案论证2.1 出租车计价器的功能要求本课题研究的是出租车计价器，要进行计价器的设计，首先要了解本课题对计价器的基本功能要求和设计参数。2.1.1 出租车计价器的基本功能本课题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、计时计价、单价输出、路程的输出、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功能。当按下按键后，启动计价器，由路程传感器开始采集信号，然后传送到单片机，单片机进行处理，计算出行驶路程以及总金额，将计算结果通过液晶显示屏显示，并且通过语音芯片进行播报。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。2.1.2 出租车计价器的主要设计参数本课题对出租车计价器的设计要求如下：设计一个出租车自动计价器，计价包括起步价、行车里程计费、等待时间计费三部分，用1602液晶显示总金额，运行时间，最大值为999元，起步价为6.0元，3km之内起步价计费，超过3km， 每增加1km增加1元，等待时间单价为超过等待时间五分钟后每分钟1元，用液晶显示总里程、等待时间和总金额。1、计费功能费用的计算是按行驶里程收费。设白天（6点到晚上22点）起步价为6.00元，晚上（晚上22点到第二天6点）起步价为7.00元。（1）当里程<3km时，按起价计算费用（2）当里程>3km时，按1元/km计费（3）等待累计时间>5min时，按1元/min计费2、显示功能（1）显示行驶里程：用四位数字显示，显示方式为“XXX”,单位为km。计程范围0-999km，精确到1km。（2）显示等候时间：用两位数字显示，显示方式为“XX”,单位为min。计时范围0-59min，精确到1min。（3）显示总费用：用三位数字显示，显示方式为“XXX”,单位为元。计价范围0-999元，精确到1元。2.2 方案论证与比较方案一：采用数字电子技术，利用555定时芯片构成多谐振荡器，或采用外围的晶振电路作为时钟脉冲信号，计数芯片对脉冲的计数和分频，最后通过译码电路对数据进行译码，将译码所得的数据送给数码管显示，以下是该方案的系统框图，方案一如图2.1所示：图2.1 基于定时芯片的计价器方案二：采用EDA技术，根据层次化设计理论，该设计问题自顶向下可分为分频模块，控制模块 计量模块、译码和动态扫描显示模块，其系统框图如图2.2所示：图2.2 基于EDA技术的计价器方案三：采用单片机技术，通过单片机作为主控器，利用1602字符液晶作为显示电路，采用外部晶振作为时钟脉冲，通过按键可以方便调节，以下是方案三的系统流程图，如图2.3所示：图2.3 基于单片机控制的计价器通过各个方案的比较，方案三设计符合人性化，性价比较高，因此采用方案三。3 出租车计价器的硬件设计3.1 单片机的介绍在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL公司的AT89C51、AT89S51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4kB程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL AT89xx 做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。AT89C51、AT89S51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。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 ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。因此采用AT89S51单片机作为控制器。 AT89S51的引脚功能说明：AT89S51有40个引脚，与MCS51系列单片机引脚完全兼容。AT89S51的引脚如图3.1所示： 图3.1 AT89S51的引脚结构其各自引脚功能如下：VCC：电源电压。GND：地。P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O接口，即地址/数据总线复用口。当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口接受指令字节，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：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O接口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。端口写“l”，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编程和程序校验时，P1接收低8位地址。 P2口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O口，P2 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（例如执行 MOVXDPTR 指令）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（如执行 MOVXRi 指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中 P2 寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对 P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，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，P3口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号,更重要是它的第二功能，如下表所示：表3.1 P3口的引脚及功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7 （外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置 SFR AUXR 的 DISRT0 位（地址 8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0 位缺省为 RESET 输出高电平打开状态。ALE/ ：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 F1ash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。/VPP:外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。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。如 EA 端为高电平（接 VCC 端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。F1ash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程电压 VPP。：程序储存允许。输出是外部程序存储器的度选通信号。XTAL1：振荡器反相放大及内部是钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.2 单片机最小系统单片机的最小系统由电源供电模块、复位电路、晶体振荡电路组成。3.2.1 电源供电模块通过考虑，计费系统最终是安装在计程车上的，电源一般不是220V交流电压，而是有电瓶输出的直流电压，因此采用输入一个610V的直流电压，再稳压得到5V电压。由于计价器的工作环境比较差，它要求有抗振动、抗高低温、抗潮湿、抗电磁干扰等能力，特别是电源方面的干扰，如出租车启动时，发动机打火、电瓶充电等造成输入计价器的+5V 电源不稳定。因此采用+l2V电瓶电源经过滤波和电源稳压芯片LM78L05后得到+5V的稳定电压输出，保证整个系统能够正常工作。电源模块具体电路如图3.2所示：图3.2 电源电路3.2.2 复位电路复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是按键复位。按键复位具有上电复位功能外，若要复位，只要按图中的RESET键，电源VCC经电阻R3、R4分压，在RESET端产生一个复位高电平。上电复位电路要求接通电源后，通过外部电容充电来实现单片机自动复位操作。上电瞬间RESET引脚获得高电平，随着电容的充电，RESET引脚的高电平将逐渐下降。RESET引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。按键复位电路原理：在单片机启动后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RESET处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RESET引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。按键复位电路图如图3.3所示：图3.3 复位电路3.2.3 晶体振荡电路单片机内部有一个高增益、反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。通过这两个引脚在芯片外并接石英晶体振荡器和两只电容（电容一般取30pF）。这样就构成一个稳定的自激振荡器。振荡电路脉冲经过二分频后作为系统的时钟信号，再在二分频的基础上三分频产生ALE信号，此时得到的信号是机器周期信号。晶振电路如图3.4所示：图3.4 晶振电路3.3 里程计算模块的设计信号采集主要是通过传感器对采集车轴转数，通过主机模块进行计算，从而得出里程，金额等信息。通过对传感器的工作方法研究发现，传感器A44E是比较符合条件。3.3.1 霍尔传感器简介霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，它具有灵敏度高，线性度好，稳定性高、体积小和耐高温等特点，在机车控制系统中占有非常重要的地位。对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。 按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件和霍尔开关器件 。前者输出模拟量，后者输出数字量。 霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达µm级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达55150。 按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场作为被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、应力以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。霍尔传感器A44E工作原理，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，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HV输出，该HV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。集成开关型霍尔传感器原理如图3.5所示。图3.5 集成开关型霍耳传感器原理图其集成霍耳开关外形及接线如图3.6所示。图3.6 集成霍耳开关外形及接线3.3.2 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3.7所示。图3.7 传感器测距示意图由于A44E 属于开关型的霍尔器件，其工作电压范围比较宽（4.518V），其输出的信号符合TTL电平标准，可以直接接到单片机的I/O 端口上，而且其最高检测频率可达到1MHZ。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，对脉冲计数，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增加。计算公式如下：3公里以内，金额=起步价；3公里以外，金额=起步价+（公里数-3）*单价。例如：设行驶里程为5里，起步价为6元，超出3公里后按每公里一元收费，则金额=6+（5-3）*1=8（元）。3.4 显示模块设计显示部分要求显示单价、里程、总金额等各种信息。在应用系统中，使用的显示器主要有LED（发光二极管）和LCD（液晶显示器）。这两种显示器成本低廉，配置灵活。LED是发光二极管的英文缩写，是由发光二极管显示字段的显示器件。LCD显示器的工作原理就是利用液晶的物理特性：通电时排列变得有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过，说简单点就是让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。液晶屏功能强大，可显示各种字体的数字、汉字、图像，还可以自定义显示内容，显示内容也较丰富；方便操作者读取信息及一些扩展功能的实现。占用系统I/O口较少，有效地节约系统资源，使整个系统更加人性化。针对出租车计价器，只需显示简单的字符和数字，因此选择LCD1602就能满足要求，且成本较低。LCD1602的基本参数如下：LCD1602显示容量：16*2个符；芯片工作电压：4.55.5V；工作电流：2.0mA(5V)；最佳工作电压：5V；字符尺寸：2.95*4.35(W*H)mm。LCD1602的各个引脚的功能如表表3.2 LCD1602引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2DATAI/O2VDD电源正极10D3DATAI/O3VL液晶显示偏压信号11D4DATAI/O4RS数据命令选择端（H/L）12D5DATAI/O5R/W读写数据端（H/L）13D6DATAI/O6E使能信号14D7DATAI/O7D0DATAI/O15BLA背光源正极8D1DATAI/O16BLK背光源负极显示模块的硬件电路设计：根据LCD1602的基本工作参数和引脚接口信号的介绍，设计出显示电路如图3.8所示。图3.8 显示电路此模块电路电源电压为5V，由接口VCC引入，上电后芯片开始工作。数据端8位接分别由单片机的P0 I/O口与其线连接，3个控制端口分别有P2.0P2.2端口来控制，8位双向数据线714与单片机的P0端口相连，实现液晶与单片机的通信。液晶对比度通过1602的第三脚接可调电阻来调。3.5 语音模块的设计数码语音芯片选用的是ISD2500系列单片语音录放集成电路ISD2560，它具有抗断电、音质好，使用方便，无须专用的开发系统等优点。录音时间为60 s，能重复录放达10万次。芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，省去了A/D、D/A转换器。每个采样值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、音调和效果声，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”。ISD2560集成度较高，内部包括前置放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器和480 KB的EEPROM等，内部原理框图及引脚排列如图所示。ISD2560控制电平与TTL电平兼容，接口简单。使用方便。ISD2560的引脚如图3.9所示：图3.9 ISD2560引脚图ISD2560的引脚功能：电源（VCCA，VCCD）：为了最大限度的减小噪声，芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装上。模拟和数字电源端最好分别走线，并应尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容则应尽量靠近芯片。地线（VSSA，VSSD）：由于芯片内部使用不同的模拟和数字地线，因此，这两脚最好通过低阻抗通路连接到地。节电控制（PD）：该端拉高可使芯片停止工作而进入节电状态。当芯片发生溢出 即OVF端输出低电平后，应将本端短暂变高以复位芯片；另外，PD端在模式6下还有特殊的用途。片选（）：该端变低且PD也为低电平时，允许进行录、放操作。芯片在该端的下降沿将锁存地址线和P/R端的状态；另外，它在模式6中也有特殊的意义。录放模式（P/）：该端状态一般在CE的下降沿锁存。高电平选择放音，低电平选择录音。录音时，由地址端提供起始地址，直到录音持续到CE或PD变高，或内存溢出；如果是前一种情况，芯片将自动在录音结束处写入EOM标志。放音时，由地址端提供起始地址，放音持续到EOM标志。如果CE一直为低，或芯片工作在某些操作模式，放音则会忽略EOM而继续进行下去，直到发生溢出为止。信息结尾标志（）：EOM标志在录音时由芯片自动插入到该信息段的结尾。当放音遇到EOM时，该端输出低电平脉冲。另外，ISD2560芯片内部会自动检测电源电压以维护信息的完整性，当电压低于3.5V时，该端变低，此时芯片只能放音。在模式状态下，可用来驱动LED，以指示芯片当前的工作状态。溢出标志（）：芯片处于存储空间末尾时，该端输出低电平脉冲以表示溢出，之后该端状态跟随CE端的状态，直到PD端变高。此外，该端还可用于级联多个语音芯片来延长放音时间。话筒输入（MIC）：该端连至片内前置放大器。片内自动增益控制电路（AGC）可将增益控制在1524dB。外接话筒应通过串联电容耦合到该端。耦合电容值和该端的10k输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。话筒参考（MIC REF）：该端是前置放大器的反向输入。当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，并提高共模抑制比。自动增益控制（AGC）：AGC可动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，这样在录制变化很大的音量（从耳语到喧嚣声）时就能保持最小失真。响应时间取决于该端内置的5k电阻和从该端到VSSA端所接电容的时间常数。释放时间则取决于该端外接的并联对地电容和电阻设定的时间常数。选用标称值为470k电阻和4.1uF的电容可以得到满意的效果。模拟输出(ANA OUT)：前置放大器输出。其前置电压增益取决于AGC端电平。模拟输入(ANA IN)：该端为芯片录音信号输入。对话筒输入来说，ANA OUT端应通过外接电容连至该端，该电容和本端的3k输入阻抗决定了芯片频带的附加低端截止频率。其它音源可通过交流耦合直接连至该端。扬声器输出（SP、SP）：可驱动16以上的喇叭（内存放音时功率为12.2兆瓦, AUX IN放音时功率为50兆瓦）。单端输出时必须在输出端和喇叭间接耦合电容 而双端输出则不用电容就能将功率提高至4倍。辅助输入(AUX IN)：当CE和P/R为高，不进行放音或处入放音溢出状态时,该端的输入信号将通过内部功放驱动喇叭输出端。当多个ISD2560芯片级联时后级的喇叭输出将通过该端连接到本级的输出放大器。为防止噪声,建议在存放内存信息时,该端不要有驱动信号。外部时钟(XCLK)：该端内部有下拉元件,不用时应接地。地址模式输入（AX/MX）：地址端的作用取决于最高两位（MSB，即A8和A9）的状态。最高两位中有一个为0时，所有输入均作为当前录音或放音的起始地址。地址端作为输入，不输出操作过程中的内部地址信息。地址在CE的下降沿锁存。最高两位全为1时，A0A6可用于模式选择。设计的语音播报电路如图3.10所示：图3.10 语音电路3.6 掉电存储电路的设计当用户每次通过出租车计价器更改数据的时候，应该把更改后的数据保存，这样不用断电时候都要重新进行基本信息的设置，这就是掉电保护模块的作用。可以进行存储的芯片有很多种，在这个设计中采用了AT24C02这款芯片。AT24C02是一个2字节串行CMOS EEPROM，内部有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗，AT24C02还有一个16字节读写缓冲器。当司机每次按下计价键的时候，通过程序每次都会自动从AT24C02中读取信息，这样就达到了对起步价、单价等设置信息的保护。AT24C02的管脚及其功能如下表所示：表3.4 AT24C02管脚功能管脚名称功能A0、A1、A2器件地址选择SDA串行数据/地址SCL串行时钟WP写保护VCC+1.8V6.0V工作电压VSS接地AT24C02管脚图如图3.11所示：图3.11 AT24C02管脚图根据AT24C02的引脚，设计出掉电存储电路电路图如图3.12所示：图3.12 掉电存储电路3.7 按键电路的设计电路共采用了三个按键，其电路连接如图3.13所示。图3.13 按键电路按键功能：S1按键：在出租车不走的时候，按下S1，启动计价器，还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。S2按键：在按下S1按键之后，若接着按下S2键则进行单价调整（默认为调整白天单价），当接着按下S1时，则进行晚上单价调，再次按下S1可进行中途等待单价调整。调整完成后，若接着按下S2则又可进行单价调整。S3按键：在按下S3键之后，语音芯片开始语音播报，系统播放“您好！欢迎乘坐本公司出租汽车，谢谢！”播送完毕计价器开始计费；在行使状态下，按下S3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。3.8 时钟电路的设计3.8.1 DS1302 简介DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，也就是一种能够为单片机系统提供日期和时间的芯片。采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行充电的能力。时钟操作可通过AM/PM标志位来决定采用24或12小时时间格式。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需三根I/O线：复位（RST）、I/O数据线、串行时钟（SCLK）。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时，功耗小于1mW。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。DS1302的外部引脚分配如图3.14所示。图3.14 DS1302的引脚图DS1302的引脚功能为：VCC1：主电源；VCC2：备份电源。当VCC2>VCC1+0.2V时，由VCC2向DS1302供电，当VCC2< VCC1时，由VCC1向DS1302供电；GND：接地；X1，X2：外接32.768kHz的晶振引脚；SCLK：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出； I/O：三线接口时的双向数据线；：复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能，首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时在VCC2.5V之前,RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时,才能将RST置