【文章內(nèi)容簡介】 按鍵復(fù)位就是通過按下下圖 中的 RESET 鍵，然后開關(guān)按鍵 RESET 導(dǎo)通，電流通過電阻 R1 在 RST 端產(chǎn)生一個復(fù)位高電平，然后就復(fù)位了。上電復(fù)位就是在接通電源的瞬間，電容兩端的電壓由 0跳變到VCC（因為電流是通交流阻直流，所以在上電的瞬間，電容就相當(dāng)于短路），然后在 RST端產(chǎn)生了一個高電平，由此實現(xiàn)了單片機自動復(fù)位操作。在此之后，由于 VCC電壓不變，電阻就發(fā)揮它阻直流的作用了， VCC 就對電容充電，這時候 RST 引腳上的高電平就會慢慢的降下去 [9]。 C13 0 p FC23 0 p FX11 1 .0 5 9 2 M H z湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 因為我們出租車計價器要經(jīng)常進行復(fù)位操作，我們不可能每次復(fù)位的時候都把電源斷開然后重新接上進行復(fù)位，所以我們就使用按鍵復(fù)位這一形式。 按鍵復(fù)位電路原理：啟動單片機之后，電源給電容 C1 充電，電阻 R2 兩端的電壓接近于 0，所以這時候 RST 引腳上是低電平，單片機系統(tǒng)此時正常工作，當(dāng)開關(guān)按鍵 RESET按下的時候，開關(guān) RESET 導(dǎo)通，電流就會通過電阻 R1，而且在開關(guān)按下的時候電容 C1也會釋放先前充的電量，此時 R2 端的電壓不再是 0，所以在 RST 引腳會產(chǎn)生高電平，這時候單片機系統(tǒng)就會自動復(fù)位 [10]。按鍵復(fù)位電路如下圖 所示。 圖 復(fù)位電路 在上圖 ，因為我們設(shè)計的是單片機復(fù)位電路，而單片機是高電平復(fù)位，而高電平至少要持續(xù) 10ms 才有效，所以我們根據(jù)這個時間來設(shè)置電容值 C1為 10uF，電阻值R2 為 10k。電阻 R2的作用主要是為了控制復(fù)位時間，電阻 R2越大，則復(fù)位時間越長，如果不加電阻，電路則一直處于復(fù)位狀態(tài)?？紤]在實際生活中，在按下開關(guān) RESET 的時候，考慮到電容會迅速放電，開關(guān)可能會產(chǎn)生電火花，所 以需串聯(lián)一個 1k 的電阻，保護觸點壽命。 里程計算、計價電路設(shè)計 出租車行駛的路程主要是通過安裝在車輪上的傳感器監(jiān)測，通過傳感器將信號送給單片機，從而計算出單價等信息。通過對傳感器的工作方式研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)該選用磁敏傳感器，而仔細(xì)對比發(fā)現(xiàn)，磁敏傳感器中的霍爾傳感器（ A44E）是比較符合我們出租車計價器的要求的。 霍爾傳感器 R11kR21 0 kC11 0 u FR E S E TV C C湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 霍爾傳感器具有耐高溫、體積小、穩(wěn)定性高、線性度好、靈敏度高等特點，是一種利用霍爾效應(yīng)來實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的傳感器 [11]。它在機車控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位。盡可能短的檢測時間、高精度、分辨能力強就是它對對測速裝置的要求。 霍爾器件的優(yōu)點為：耐腐蝕和污染、耐震動、頻率高達 1MHz、所需功耗小、容易安裝、長壽命、輕質(zhì)量、體積小和結(jié)構(gòu)牢固 [12]。 按功能可以將霍爾器件分為輸出量為模擬量的霍爾線性器件和輸出量為數(shù)字量的霍爾開關(guān)器件 [13]。 輸出量為模擬量的霍爾線性器件的優(yōu)點為線性度好和高精度；輸出量為數(shù)字量的霍爾開關(guān)器件的優(yōu)點是位置重復(fù)的精度高、沒有抖動和回跳、沒有觸點、沒有磨損、輸出的波形清晰可見。對霍爾器件采取保護措 施和進行各種補償之后，它的工作溫度范圍可達零下 55度至 150 度，工作范圍較廣，能適應(yīng)較惡劣的工作溫度環(huán)境 [14]。 按被檢測的對象的性質(zhì)可以將霍爾器件的應(yīng)用分為間接應(yīng)用和直接應(yīng)用 [15]。間接應(yīng)用就是將人為設(shè)置的磁場作為被檢測信息的載體，通過這個受檢對象，將非磁和非電的物理量轉(zhuǎn)換成電量來進行控制和監(jiān)測（如：時間、應(yīng)力、力矩、力等物理量轉(zhuǎn)換成電量）。直接應(yīng)用，顧名思義，就是直接將檢測對象的磁特性和磁場檢測出來。 A44E 的工作原理： A44E 的五個基本組成部分為： OC 門輸出 E、施密特觸發(fā)器 D、差分放大器 C、霍爾 電勢發(fā)生器 B 和穩(wěn)壓器 A。穩(wěn)壓器將輸入電壓穩(wěn)壓后再加在霍爾電勢發(fā)生器上，按照霍爾效應(yīng)的原理，在有垂直于磁場方向的電流流過放在磁場中的霍爾片的時候，在與磁場和電流方向互相垂直的方向上會產(chǎn)生一個電勢差 [16]。然后放大器會將這個電勢差放大之后送到施密特觸發(fā)器進行整形，將這個信號整形成方波信號送到 OC門輸出。當(dāng)磁場的場強達到工作點的時候，觸發(fā)器會輸出一個高電壓使三極管導(dǎo)通，這時候 OC 門的輸出端就會輸出低電壓，我們將這種狀態(tài)通常稱為“開”。當(dāng)磁場的場強達到釋放點的時后，觸發(fā)器會輸出一個低電壓使三極管截止，這時候 OC 門 的輸出端就會輸出低電壓，我們將這種狀態(tài)通常稱為“關(guān)”?；魻栭_關(guān)一次開關(guān)動作的完成需要進行兩次這樣的電壓變換。 里程計算和監(jiān)測 將小磁鐵裝在車輪上，然后再到車輪旁邊的車身上 安裝霍爾傳感器 A44E，通過車輪轉(zhuǎn)動，小磁鐵靠近霍爾傳感器 A44E 的時候， A44E 會監(jiān)測到信號，然后將 檢測到的信號傳 送到單片機，經(jīng) 單片機的 處理計算， 再 送給顯示單元，這樣便完成了里程計算 [17]。其原理圖如圖 。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 傳感器測距示意圖 檢測原理 ：為了程序計算的方便，我們采用外部中斷 0，所以將 口作為信號的輸入端 口 ， 假設(shè)車輪的周長為 1m，因為小磁鐵安裝在 車輪 上，所以車輪 每轉(zhuǎn)一圈 ，這樣霍爾 傳感器 A44E 就 會 檢測 出信號 并輸出信號， 從而 引起單片機的中斷 ，然后就 對脈沖計數(shù)， 中斷一次就是走 1m,當(dāng) 中斷次數(shù) 達到 1000 次時， 出租車就走了 1km， 然后通過 單片機 程序 控制將金額自動增加。 每當(dāng)霍爾傳感器 靠近小磁鐵產(chǎn)生的磁場時，就會 輸出一個低電平信號就單片機中斷一次，當(dāng)里程計數(shù)器對里程脈沖計滿 1000 次 時，就有程序?qū)?dāng)前總額累加，使微機進入里程計數(shù)中斷服務(wù)程序中 [18]。在該程序中，需要完成當(dāng)前行駛里程數(shù)和總額的累加操作，并將結(jié)果存入里程和總額寄存器中。 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計 目前市面上主要有 LED 顯示和 LCD 顯示。 LCD 是液晶顯示屏 Liquid Crystal Display 的簡稱，主要有 TFT、 UFB、 TFD、 STN等幾種類型的液晶顯示屏。 TFT（ Thin Film Transistor）是指薄膜晶體管，每個液晶像素點都是由集成在像素點后面的薄膜晶體管來驅(qū)動，從而可以做到高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息，是目前最好的 LCD 彩色顯示設(shè)備之一，是現(xiàn)在筆記本電腦和臺式機上的主流顯示設(shè)備。與 STN 相比的話， TFT 色彩飽和度更出色、還原能力強、對比度高 ,在太陽下照射下也看得很清楚 ,但是耗電和成本高是它主要的缺點 [19]。 LED 由發(fā)光二極管組成，它的英文全稱為 Light Emitting Diode。 LED 顯示屏和 LED單管應(yīng)用為 LED應(yīng)用的兩大類，其中 LED 單管應(yīng)用主要包括背光源 LED 和紅外線 LED。把發(fā)光二極管通過排列和組成構(gòu)成的顯示器件就是 LED 顯示屏，它采用的是低電壓掃描霍爾傳感器 89S51 單片機 車輪 小磁鐵 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 驅(qū)動， LED 顯示 屏不僅耗電少、可視距離遠而且成本也低、亮度也高、故障也少，同時它還具有使用壽命長和視角大的特點。 LED 和 LCD 的主要區(qū)別為： ①LED顯示器比 LCD顯示器在亮度、刷新速率、可視角度和功耗等方面具有更大的優(yōu)勢。而且利用 LED 技術(shù)，我們還可以制作出比 LCD 更加清晰、更薄并且更亮的顯示器； ②LED 比 LCD 更加的節(jié)約能源，它們的功耗比為 1:10 左右； ③LED 比 LCD 有著更高的刷新速率，這樣就使得 LED 在視頻方面有著比 LCD 更好的性能的表現(xiàn)； ④因為 LED有著寬達 160176。的視角，所以它不但可以顯示各種動畫信息、彩色圖像以及文字和數(shù)字，而且還可以播放彩色視頻信號，如：錄像、 DVD、電視、 VCD等等； ⑤LED 顯示屏中的單個元素的反應(yīng)速度也比 LCD 液晶屏快很多，快了 1000 倍左右，這樣不僅可以在強光下看得清楚，而且還可以適應(yīng)零下 40 攝氏度的低溫。簡而言之， LED 與 LCD 是兩種不同類型的顯示技術(shù)， LED 顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的，LCD 顯示屏則是由液態(tài)晶體組成的。 因為在設(shè)計上要有單價（ 2 位）、路程（ 2位）、總金額（ 3 位）顯示輸出，加上另外擴展的時鐘顯示（包含時分秒的顯示），如果采用 LCD 液晶斷碼顯示的話，在距離頻幕一米之外就無法看清數(shù)據(jù)，影響出租車司機和乘客的查看，不能滿足要求，而且在白天其對比度也不能夠滿足要求，因此采用 6位 LED 數(shù)碼管的分頻顯示。 LED 顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的單片機輸出設(shè)備。單片機應(yīng)用系常采用 7段LED 數(shù)碼管作為顯示器，這種顯示器具有耗電低、配置靈活、線路簡單、安裝方便、耐振動、價格低廉且壽命長等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用。 在單片機的應(yīng)用系統(tǒng)中，動態(tài)掃描顯示和靜態(tài)顯示是顯示器常用的兩種顯示方法。每一個顯示器都需要占用單獨的并且具有鎖存功能的 I/O 接口來用于筆畫段字形代碼，這就是靜態(tài)顯示。這樣單片機只需要把需要顯示的字形代碼直接發(fā)送到接口電路就可以了，等到需要顯示新的數(shù)據(jù)的時后，然后再繼續(xù)發(fā)送新的字形碼，所以單片機使用靜態(tài)掃描的方法的話， CPU 的開銷較小、編程也比較簡單，更便于監(jiān)視和控制，缺點是占用的接口線多 ，硬件電路也比較復(fù)雜，成本也相對要高。而所謂的動態(tài)顯示就是利用單片機依次輸出每一位數(shù)碼管的段選碼和對應(yīng)于該位數(shù)碼管的位選控制信號，一位一位輪流點亮各段數(shù)碼管 [20]。 LED 數(shù)碼顯示器可以分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，共陰極結(jié)構(gòu)就是將所有的發(fā)光二極管的陰極接在一起，共陽極結(jié)構(gòu)則相反為將所有的發(fā)光二極管的陽極接在一起，在出租車計價器設(shè)計中，我采用的是共陽極動態(tài)顯示方式，其結(jié)構(gòu)如下圖 所示。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 a b c d e f g dp 圖 共陽極結(jié)構(gòu)圖 所以根據(jù)設(shè)計要求，我將數(shù)碼管顯示電路設(shè)計如圖 所示。 圖 數(shù)碼管顯示電路 在上圖 數(shù)碼管顯示電路中，數(shù)碼管的 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 DP 為數(shù)碼管的數(shù)據(jù)位接口，我們將它們與單片機的 P0 口相連接，數(shù)碼管的 6 為數(shù)碼管的位選接口，我們將它們與單片機的 、 、 、 、 、 相連接，因為 51 單片機的特殊結(jié)構(gòu)， P0 口為集電極開路（集電極開路的原因：因為處于節(jié)能的的考慮，我們有很多的元件的額定電壓是 的，而單片機的電壓是 5V 的，這樣我們直接用單片機的 5V 電壓去驅(qū)動元件的話，會變得很不方便，所以集電極開路，我們設(shè)置一個上拉電阻，就可以在上拉電阻中設(shè)置元件的驅(qū)動電壓。），不能正常的輸出邏輯+5V 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 電平，所以需要弄一個上拉電阻，將 P0 口的輸出信號通過一個電阻鉗位在高電平，這樣我們 的數(shù)碼管就可以正常顯示我們的數(shù)字信號了。 AT24C02 掉電存儲電路設(shè)計 存儲電路的作用是在電源斷開的時候，存儲當(dāng)前設(shè)定的單價信息，這樣就不用斷電的時候每次都要重新進行基本信息的設(shè)置。在本次出租車計價器設(shè)計中，我采用的是AT24C02 芯片。 AT24C02 是一個 2 字節(jié)串行 CMOS EEPROM， 內(nèi)部含有 256 個 8位字節(jié)， CATALYST公司的先進 CMOS技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。 AT24C02具有一個 8字節(jié)的頁寫緩沖器，此器件是通過 IIC 總線接口進行讀 /寫操作的，它還具有一個專門的寫保護功能 [21]。其引腳圖如圖 。 圖 AT24C02 管腳圖 其各引腳的功能如表 。 表 AT24C02 的管腳功能 管腳名稱 功能 A0、 A A2 器件地址選擇 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址 SLC 串行時鐘 WP 寫保護 VCC +~ 工作電壓 GND 接地 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 根據(jù) AT24C02 各引腳的功能，將掉電存儲電路設(shè)計如圖 所示。 圖 掉電存儲電路 如上圖 所示，將地址選擇端口 A0、 A A2 接在低電平上， WP 也接在低電平上，因為 WP 寫保護是對高電平有效，如果我們接在高電平上，那樣就不能對 AT24C02 進行寫操作了。因為 AT