摘 要：介紹一種以AT89C51為核心的出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。該計(jì)價(jià)器具有空載時(shí)顯示時(shí)間、載客時(shí)顯示價(jià)錢功能，具有計(jì)時(shí)和計(jì)價(jià)兩種工作方式，適合用于出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)。文章主要闡述設(shè)計(jì)的硬件組成部分。

關(guān)鍵詞：計(jì)價(jià)器；單片機(jī)；LED

引言

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)因其優(yōu)異的性能、高可靠性、以及成本低廉被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、數(shù)字信號處理、通信等各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。而采用LED數(shù)碼管作數(shù)字顯示以其亮度高、顯示直觀等優(yōu)點(diǎn)也被廣泛應(yīng)用于智能儀器及家用電器等領(lǐng)域。結(jié)合這兩者的優(yōu)點(diǎn)，文章介紹一種以AT89C51單片機(jī)為核心，以共陽極數(shù)碼管作為顯示器件組成6位數(shù)字顯示的出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)具有計(jì)時(shí)和計(jì)價(jià)兩種功能，在空載時(shí)顯示時(shí)間，載客時(shí)顯示價(jià)錢。

1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

有計(jì)時(shí)和計(jì)價(jià)兩種模式；計(jì)時(shí)模式下6位數(shù)碼管同時(shí)顯示時(shí)、分、秒，24小時(shí)制；計(jì)價(jià)模式下數(shù)碼管同時(shí)顯示元、角。

2 方案的選擇

本設(shè)計(jì)方案的選擇主要是LED的顯示方式以及時(shí)間處理方式的選擇問題。

LED顯示部分可以采取靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是輸出操作比較方便，無時(shí)序混亂，缺點(diǎn)是工作時(shí)功耗大，占用的口線較多，需要一定的硬件資源。動態(tài)掃描雖然要解決時(shí)序混亂和顯示閃爍的問題，但這些問題在硬件和軟件上都是可以解決的，且動態(tài)掃描又有工作功耗少、占有口線少、節(jié)省硬件資源等優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)LED顯示部分采用動態(tài)掃描方式。

對于時(shí)間的處理亦有兩種不同的方案。一是采用時(shí)鐘芯片如DS1302；二是利用單片機(jī)的定時(shí)器資源完成，兩種方案各有優(yōu)劣。采用時(shí)鐘芯片編程比較簡單，能更充分的運(yùn)用單片機(jī)的口線資源，內(nèi)含RAM會增加系統(tǒng)的RAM，容易校準(zhǔn)時(shí)鐘；采用專用晶振，幾乎無需調(diào)整就可以達(dá)到國家要求的時(shí)鐘誤差標(biāo)準(zhǔn)，但成本較高，DS1302難以起振，導(dǎo)致電路調(diào)試不易成功，當(dāng)受到汽車的高壓點(diǎn)火干擾時(shí)，會出現(xiàn)計(jì)價(jià)器的計(jì)時(shí)混亂、時(shí)鐘停止等不良現(xiàn)象，造成計(jì)價(jià)器無法使用。利用單片機(jī)定時(shí)器能更好地利用單片機(jī)內(nèi)部資源，成本低廉，電路簡單，但對后期的編程有一定的要求，時(shí)鐘會產(chǎn)生誤差。綜合以上兩種方案的優(yōu)劣，在不要求系統(tǒng)有其他多種功能如打印功能、語音功能的情況下單個(gè)AT89C51的內(nèi)部資源是完全夠用的，因此本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)定時(shí)器來處理時(shí)間問題。

3 過程論述

硬件設(shè)計(jì)：

硬件電路由AT89C51單片機(jī)、LED顯示電路、復(fù)位電路等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，硬件原理圖如圖2所示。

（1）復(fù)位電路

單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩（2個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠復(fù)位，通常使RST引腳保持10ms以上的高電平。因此復(fù)位電路的核心是必須保證RST引腳出現(xiàn)10ms以上穩(wěn)定的高電平，不論是簡單或是復(fù)雜的電路，都是為了保證這個(gè)10ms以上穩(wěn)定的高電平。本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位電路和開關(guān)復(fù)位組合電路，上電復(fù)位由Cr、R20組成，在通電瞬間，在RC電路充電過程中，RST端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機(jī)復(fù)位，時(shí)間長數(shù)為22μ×1k=22ms，這個(gè)時(shí)間可以使單片機(jī)可靠復(fù)位。開關(guān)復(fù)位由Cr、R20、R21、RESET鍵組成，手動按下RESET鍵時(shí)，Cr通過R21迅速放電，使RST端迅速變?yōu)楦唠娖?，RESET鍵松開后，電容通過R20和內(nèi)部下拉電阻充電，逐漸使RST端恢復(fù)低電平。Cr、R20、R21的值可由實(shí)驗(yàn)調(diào)整。

上電復(fù)位電路和開關(guān)復(fù)位組合電路中，干擾易竄入復(fù)位端，在大多數(shù)情況下不會造成單片機(jī)的錯(cuò)誤復(fù)位，但會引起內(nèi)部某些寄存器的錯(cuò)誤復(fù)位。這時(shí)可在RESET復(fù)位引腳上接上一個(gè)去耦電容。

（2）LED顯示電路

設(shè)計(jì)采用3個(gè)一組的數(shù)碼管，如圖3所示。C1、C2、C3為位選，A、B、C、D、E、F、G為段選。

顯示采用動態(tài)掃描方式，P1口接驅(qū)動器和限流電阻作為段選控制，P2口接三極管驅(qū)動后作為位選控制。由于動態(tài)掃描每一位數(shù)字的顯示時(shí)間只占全部顯示時(shí)間的1/N（N是數(shù)碼管位數(shù)），因此每一位的驅(qū)動應(yīng)該是靜態(tài)驅(qū)動電流的N倍（典型值應(yīng)是8×NmA），以保持顯示器應(yīng)有的亮度。每個(gè)位驅(qū)動器的驅(qū)動電流則應(yīng)是7×8×N=56×NmA（每位數(shù)字有7個(gè)筆畫）。本系統(tǒng)采用2片3個(gè)一組的共陽數(shù)碼管，因每一筆畫驅(qū)動電流為56mA，選用74LS245作筆畫驅(qū)動器，公共陽極的位驅(qū)動器使用共發(fā)射極PNP型晶體管，每筆畫上的串聯(lián)限流電阻R1-R7取42Ω（R=（5V-0.3V-2V-0.3V）÷56mA）。

74LS245為同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，工作電壓為4.75V～5.25V，驅(qū)動電流為-15/24mA，最大傳輸延遲為12ns，典型功耗為290mW。邏輯引腳如圖4所示。

（3）按鍵電路

整個(gè)按鍵電路由五個(gè)微動按鍵K0、K1、K2、K3、K4組成。K0、K1、K2分別為調(diào)秒、調(diào)分、調(diào)時(shí)按鍵，當(dāng)按下其中的某一個(gè)按鍵時(shí)都可以使相應(yīng)的時(shí)間加一；K4鍵為計(jì)價(jià)鍵，當(dāng)按下時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入計(jì)價(jià)模式工作；K3為車輪脈沖模擬鍵。在實(shí)際的出租車計(jì)價(jià)器中車輪信號傳感器是接在出租車的軟軸上，輸出信號為脈沖方式，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動一圈時(shí)，發(fā)出一個(gè)脈沖。在本設(shè)計(jì)中，為測試方便，把K3鍵作為車輪脈沖的模擬鍵，按下一次表示有一個(gè)脈沖輸入即車輪轉(zhuǎn)動一圈。

4 調(diào)試

在調(diào)試的過程中對硬件的檢查非常關(guān)鍵，后續(xù)編程寫入的軟件能否正常運(yùn)行，取決于硬件設(shè)計(jì)是否正確。在本系統(tǒng)中，首先檢查LED是否工作正常，可以直接用導(dǎo)線來連接地線和段選及位選，若能夠點(diǎn)亮，說明LED硬件已經(jīng)正常。接著是檢查整個(gè)硬件系統(tǒng)，可以用一個(gè)像跑馬燈的程序來檢查LED能否逐個(gè)點(diǎn)亮，可點(diǎn)亮則說明整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)已經(jīng)正確。

5 結(jié)束語

（1）地線的設(shè)計(jì)要引起重視。在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，地線應(yīng)盡量加粗。同時(shí)地線應(yīng)該盡量分開，比如本系統(tǒng)中74LS245的地線和AT89C51地線應(yīng)分開，以減少彼此之間的干擾。同時(shí)在各個(gè)關(guān)鍵部分應(yīng)配置去耦電容，本系統(tǒng)中74LS245電源端配備了去耦電容。

（2）單片機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，不應(yīng)超過其驅(qū)動能力，否則會引起整個(gè)系統(tǒng)工作異常。本設(shè)計(jì)由于不能直接驅(qū)動6個(gè)LED數(shù)碼管顯示，所以添加了顯示驅(qū)動芯片74LS245。

（3）通常按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，其利用機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性影響，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)也不會一下子斷開，在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，為了確保按鍵動作的準(zhǔn)確性，在后期的軟件編寫上必須要考慮消除抖動的影響，方法可以是在第一次檢測到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)20ms的子程序后再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)，如果保持閉合狀態(tài)則確認(rèn)真正有鍵按下，從而消除了抖動的影響。鍵彈開時(shí)的抖動消除也可以運(yùn)用上述方法進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]孫涵芳，徐愛卿.MCS-51系列單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1996.

[2]李平，周躍松.MCS-51單片機(jī)定時(shí)誤差的修正及補(bǔ)償[J].電氣自動化，1993，21（5）：68.

作者簡介：廖穎民（1981，03-），男，漢族，籍貫：廣西南寧，工作單位：南寧市科技館，學(xué)歷：大學(xué)本科，學(xué)士，職稱：助理工程師，研究方向：科普展品的研發(fā)與維護(hù)。