單片機在出租車計價器上的運用與實現

摘 要：介紹一種以AT89C51為核心的出租車計價系統的硬件設計。該計價器具有空載時顯示時間、載客時顯示價錢功能，具有計時和計價兩種工作方式，適合用于出租車計價系統。文章主要闡述設計的硬件組成部分。

關鍵詞：計價器；單片機；LED

引言

單片機應用系統因其優異的性能、高可靠性、以及成本低廉被廣泛應用于工業、數字信號處理、通信等各個技術領域。而采用LED數碼管作數字顯示以其亮度高、顯示直觀等優點也被廣泛應用于智能儀器及家用電器等領域。結合這兩者的優點，文章介紹一種以AT89C51單片機為核心，以共陽極數碼管作為顯示器件組成6位數字顯示的出租車計價系統的設計。該系統具有計時和計價兩種功能，在空載時顯示時間，載客時顯示價錢。

1 系統實現的功能

有計時和計價兩種模式；計時模式下6位數碼管同時顯示時、分、秒，24小時制；計價模式下數碼管同時顯示元、角。

2 方案的選擇

本設計方案的選擇主要是LED的顯示方式以及時間處理方式的選擇問題。

LED顯示部分可以采取靜態顯示和動態掃描顯示。靜態顯示的優點是輸出操作比較方便，無時序混亂，缺點是工作時功耗大，占用的口線較多，需要一定的硬件資源。動態掃描雖然要解決時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，且動態掃描又有工作功耗少、占有口線少、節省硬件資源等優點，因此本設計LED顯示部分采用動態掃描方式。

對于時間的處理亦有兩種不同的方案。一是采用時鐘芯片如DS1302；二是利用單片機的定時器資源完成，兩種方案各有優劣。采用時鐘芯片編程比較簡單，能更充分的運用單片機的口線資源，內含RAM會增加系統的RAM，容易校準時鐘；采用專用晶振，幾乎無需調整就可以達到國家要求的時鐘誤差標準，但成本較高，DS1302難以起振，導致電路調試不易成功，當受到汽車的高壓點火干擾時，會出現計價器的計時混亂、時鐘停止等不良現象，造成計價器無法使用。利用單片機定時器能更好地利用單片機內部資源，成本低廉，電路簡單，但對后期的編程有一定的要求，時鐘會產生誤差。綜合以上兩種方案的優劣，在不要求系統有其他多種功能如打印功能、語音功能的情況下單個AT89C51的內部資源是完全夠用的，因此本設計采用單片機定時器來處理時間問題。

3 過程論述

硬件設計：

硬件電路由AT89C51單片機、LED顯示電路、復位電路等組成。系統結構如圖1所示，硬件原理圖如圖2所示。

（1）復位電路

單片機的復位是靠外部電路實現的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的RST引腳上出現24個時鐘振蕩（2個機器周期）以上的高電平，單片機便實現初始化狀態復位。為了保證應用系統可靠復位，通常使RST引腳保持10ms以上的高電平。因此復位電路的核心是必須保證RST引腳出現10ms以上穩定的高電平，不論是簡單或是復雜的電路，都是為了保證這個10ms以上穩定的高電平。本設計采用上電復位電路和開關復位組合電路，上電復位由Cr、R20組成，在通電瞬間，在RC電路充電過程中，RST端出現正脈沖，從而使單片機復位，時間長數為22μ×1k=22ms，這個時間可以使單片機可靠復位。開關復位由Cr、R20、R21、RESET鍵組成，手動按下RESET鍵時，Cr通過R21迅速放電，使RST端迅速變為高電平，RESET鍵松開后，電容通過R20和內部下拉電阻充電，逐漸使RST端恢復低電平。Cr、R20、R21的值可由實驗調整。

上電復位電路和開關復位組合電路中，干擾易竄入復位端，在大多數情況下不會造成單片機的錯誤復位，但會引起內部某些寄存器的錯誤復位。這時可在RESET復位引腳上接上一個去耦電容。

（2）LED顯示電路

設計采用3個一組的數碼管，如圖3所示。C1、C2、C3為位選，A、B、C、D、E、F、G為段選。

顯示采用動態掃描方式，P1口接驅動器和限流電阻作為段選控制，P2口接三極管驅動后作為位選控制。由于動態掃描每一位數字的顯示時間只占全部顯示時間的1/N（N是數碼管位數），因此每一位的驅動應該是靜態驅動電流的N倍（典型值應是8×NmA），以保持顯示器應有的亮度。每個位驅動器的驅動電流則應是7×8×N=56×NmA（每位數字有7個筆畫）。本系統采用2片3個一組的共陽數碼管，因每一筆畫驅動電流為56mA，選用74LS245作筆畫驅動器，公共陽極的位驅動器使用共發射極PNP型晶體管，每筆畫上的串聯限流電阻R1-R7取42Ω（R=（5V-0.3V-2V-0.3V）÷56mA）。

74LS245為同相三態雙向總線收發器，工作電壓為4.75V～5.25V，驅動電流為-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

整個按鍵電路由五個微動按鍵K0、K1、K2、K3、K4組成。K0、K1、K2分別為調秒、調分、調時按鍵，當按下其中的某一個按鍵時都可以使相應的時間加一；K4鍵為計價鍵，當按下時系統進入計價模式工作；K3為車輪脈沖模擬鍵。在實際的出租車計價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，當車輪轉動一圈時，發出一個脈沖。在本設計中，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脈沖輸入即車輪轉動一圈。

4 調試

在調試的過程中對硬件的檢查非常關鍵，后續編程寫入的軟件能否正常運行，取決于硬件設計是否正確。在本系統中，首先檢查LED是否工作正常，可以直接用導線來連接地線和段選及位選，若能夠點亮，說明LED硬件已經正常。接著是檢查整個硬件系統，可以用一個像跑馬燈的程序來檢查LED能否逐個點亮，可點亮則說明整個系統的硬件設計已經正確。

5 結束語

（1）地線的設計要引起重視。在微機應用系統中，地線應盡量加粗。同時地線應該盡量分開，比如本系統中74LS245的地線和AT89C51地線應分開，以減少彼此之間的干擾。同時在各個關鍵部分應配置去耦電容，本系統中74LS245電源端配備了去耦電容。

（2）單片機進行擴展時，不應超過其驅動能力，否則會引起整個系統工作異常。本設計由于不能直接驅動6個LED數碼管顯示，所以添加了顯示驅動芯片74LS245。

（3）通常按鍵所用開關為機械彈性開關，其利用機械觸點的合、斷作用。由于機械觸點的彈性影響，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩定地接通，在斷開時也不會一下子斷開，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，執行一段延時20ms的子程序后再確認該鍵電平是否仍保持閉合狀態，如果保持閉合狀態則確認真正有鍵按下，從而消除了抖動的影響。鍵彈開時的抖動消除也可以運用上述方法進行。

參考文獻

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[2]李平，周躍松.MCS-51單片機定時誤差的修正及補償[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，學歷：大學本科，學士，職稱：助理工程師，研究方向：科普展品的研發與維護。