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基于μPD78F0034單片機的出租車計費器的設計與實現
摘要：介紹了基于μPD78F0034單片機和模塊式結構的出租車計費器的硬件和軟件設計方法，討論了μPD78F0034單片機的主要特點；介紹了該單片機和PC機串行通信的硬件連接方法；同時給出了采用單、雙信號防作弊技術來防止計費器作弊的具體實現方法。隨著出租車行業的發展，對出租車計費器的要求也越來越高，用戶不僅要求計費器性能穩定，計費準確，有防作弊功能；同時還要求其具有車票資料打印 、ＩＣ卡付費、語音報話、和電腦串行通信等功能。通常，設計出租車計費器面臨以下三方面的問題：
（１）不同國家和地區的計費方式存在差異。有些地區有夜間收費及郊區收費等，而有些地區則無夜間收費和郊區收費；即使同一地區，不同車型的出租車，其計費方式也有差別；另一方面，出租車還面臨幾年一次的調價或調整計費方式等問題。因此，所設計的計費器不僅要能滿足不同國家和地區的要求，而且計費方式的調整也應當很方便。
（２）由于個別地區對計費器有特殊要求，有時必須修改軟件；另外，計費器還面臨軟件的升級；因而，所設計的計費器應能很方便地重新編程。
（３）計費器必須要有防作弊功能，能有效防止司機作弊；同時要防止計費器在營運過程中死機。
為此，筆者設計了一款計費器，較好地解決了上述問題。該計費器內設置了多達６４個選項，幾乎涵蓋了大多數國家和地區的出租車計費方式，因此，使用時無需更改計費器的硬件，而只需更改相應的選項資料，便可適用于不同的國家和地區，且計費資料的傳送可由電腦通過ＲＳ－２３２串口或專用的手持式資料傳輸器來完成，非常方便；由于采用了具有３２ｋＢ ＦＬＡＳＨ ＲＯＭ的單片機μＰＤ７８Ｆ００３４，因此，編程時無需將單片機從電路板上取下，就可以直接對單片機進行編程；另外，該設計還采用單、雙信號防作弊技術和看門狗電路，較好地解決了計費器的作弊現象及死機問題。目前，該計費器已在許多大中城市得到了廣泛的應用。
１ 系統中各模塊的硬件結構
這種用μＰＤ７８Ｆ００３４為主控器件設計的計費器的組成框圖如圖１所示。整個計費器系統共由五個模塊組成，分別為主控模塊、按鍵顯示模塊、防作弊及脈沖輸入模塊、通信模塊和電源模塊。
１．１ 主控模塊
主控模塊的結構框圖如圖２所示，圖中的單片機為日本ＮＥＣ 公司的μＰＤ７８Ｆ００３４，該芯片的主要特點如下：
●時鐘為８．３８ＭＨｚ時，指令周期為０．２４μｓ；
●ＲＯＭ為３２ｋＢ ＦＬＡＳＨ，ＲＡＭ為１０２４ ｂｙｔｅｓ；
●可尋址空間為６４ｋＢ ｂｙｔｅｓ，有５個外部中斷和１５個內部中斷；
●帶有３９個ＣＭＯＳ Ｉ／Ｏ，８個ＣＭＯＳ輸入和４個Ｎ－ＣＨ漏極開路Ｉ／Ｏ；
●帶有１個１６位定時／計數器和２個８位定時／計數器；
●帶有１個時鐘定時器、１個看門狗定時器和１個ＵＡＲＴ端口；
●支持Ｉ２Ｃ 總線，可輸出時鐘及蜂鳴信號；
●外部數據總線為８位，內部寄存器為１６位；
●有８位無符號乘法指令和１６位除法指令；
●工作電壓范圍為１．８Ｖ～５．５Ｖ，具有ＳＴＯＰ／ＨＡＬＴ工作模式。
由此可見，該芯片的性能要優于目前流行的ＭＣＳ－５１系列，其８位無符號乘法指令及１６位除法指令給軟件編程帶來了很大的方便。對μＰＤ７８Ｆ００３４編程時，只需用其５個引腳，其中３個引腳在正常工作時用到，因此在設計電路板時可將這三個引腳做一跳線開關；編程時，將這三個引腳與編程器相連，正常工作時則與電路板上的元件相連。這樣就可以不用將μＰＤ７８Ｆ００３４從電路板上取下（因該單片機為貼片式封裝，取下會很麻煩）而直接對其編程，即在系統可編程，該方法為開發調試及以后的功能修改和軟件升級提供了極大的方便。本次開發時，甚至沒有用到μＰＤ７８Ｆ００３４的開發系統，而是在ＰＣ機上將程序寫好后，通過編譯變成二進制代碼，然后直接通過編程器將其寫入到μＰＤ７８Ｆ００３４中，便可調試計費器的各項功能。此外?該主控模塊中的復位、看門狗及電源監控由ＭＡＸ７０５芯片來完成。時鐘及存儲器由芯片ＤＳ１２４４Ｙ來完成。通過選項可以設定是否有打印功能，各種打印命令數據均由ＰＣ機通過ＲＳ－２３２串行口或手持式資料傳輸器傳給計費器并存儲在ＤＳ１２４４Ｙ中。該計費器可使用司機卡、采集卡及收費卡三種ＩＣ卡，使用哪種卡均可由選項控制。計費器通過一條Ｉ／Ｏ線控制語音接口電路。乘客上車時，單片機送５０ｍｓ的低脈沖給語音電路使其說一段話。乘客下車時，單片機則用２０ｍｓ的低脈沖使語音電路說另一段話。
１．２ 通信模塊
圖３所示為通信模塊組成圖，它主要由單片機的兩個Ｉ／Ｏ口、ＭＡＸ２３２和一些電阻電容等組成。圖中電阻均為１０ｋΩ，電容均為１０μＦ；單片機的Ｐ３０為串行數據接收腳、Ｐ３１為串行數據發送腳，通信的波特率設為９６００。圖中，ＭＡＸ２３２芯片的作用是將單片機輸出的ＴＴＬ電平轉換成ＰＣ機能接收的２３２電平或將ＰＣ機輸出的２３２電平轉換成單片機能接收的ＴＴＬ電平。計費器通過通信模塊與ＰＣ機或手持式資料傳數器進行串行通信，以便設置計費器的各種參數及采集計費器里存儲的各種數據。
１．３ 按鍵及顯示模塊
按鍵及顯示模塊如圖４所示，該模塊由４片４５１１、１片４０２８、１片２００３、２０個數碼管及一些發光二極管（作為計程、計時收費指示燈）組成。計費器有６個功能鍵，而實際上對外只有四個按鍵，分別設為Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ鍵。空車狀態按下Ｃ鍵，計費器進入載客模塊；空車狀態按下Ｂ鍵，計費器進入通信模塊；空車狀態按下Ａ鍵，計費器進入查詢模塊，然后按Ａ鍵往上查詢、按Ｄ鍵往下查詢。另兩個功能按鍵放在計費器內，用跳線Ｊ１、Ｊ２表示。在空車狀態，Ｊ１短路時，計費器清除存儲的所有數據；當計費器復位時，如Ｊ２短路，計費器直接進入資料
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