【文章內(nèi)容簡介】 時時鐘芯片，工作性能穩(wěn)定可靠，采用 SPI 三線接口與 CPU 進(jìn)行通信；并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM 數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與 31 基于單片機(jī)的出租車計價器設(shè)計第 7 頁 共 40 頁天可以自動調(diào)整，并且具有閏年補(bǔ)償功能。通過設(shè) DS1302 的控制/狀態(tài)寄存器選擇日歷，時鐘方式經(jīng)過初始校準(zhǔn)后即可工作使用；工作電壓寬達(dá) ～ ?？刹捎枚嚯娫垂╇?[9]。如圖 為 DS1302 的引腳功能圖。圖 DS1302 引腳功能圖由于采用了備用電池供電，所以在汽車電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的正常運行。DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 中電壓較高的一端供電。X1 和 X2 是外接 晶振的振蕩源。 RST 是復(fù)位/片選線，通過把 RST 輸入置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST 有兩種輸入功能：第一，RST 接通控制邏輯，允許將地址/命令序列輸入到移位寄存器中；第二，RST 提供了停止單字節(jié)和多字節(jié)數(shù)據(jù)的發(fā)送方法。當(dāng) RST 被置為高電平時，初始化所有的數(shù)據(jù)傳送，允許操作 DS1302。在傳送過程中如果 RST 置為低電平，數(shù)據(jù)傳送則會被立即停止，芯片的 I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在 Vcc≥ 之前，RST 必須保持低電平。只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端( 雙向 )，SCLK 則是輸入端 [10]。 A44EA44E 屬于開關(guān)型的霍爾器件，其工作電壓范圍比較寬（～18V） ，其輸出的信號符合 TTL 電平標(biāo)準(zhǔn)，可以直接接到單片機(jī)的 IO 端口上，而且其最高測頻率可達(dá)到 1MHZ。集成開關(guān)型霍爾傳感器原理如圖 所示。 基于單片機(jī)的出租車計價器設(shè)計第 8 頁 共 40 頁AB DCEO U TV C CG N DV 0 / V1 201 0 1 5 2 0釋放點（ o f f ）工作點（ o n ）B m / T圖 集成開關(guān)型霍耳傳感器原理圖A44E 集成霍耳開關(guān)由穩(wěn)壓器 A、霍耳電勢發(fā)生器(即硅霍耳片)B、差分放大器 C、施密特觸發(fā)器 D 和 OC 門輸出 E 五個基本部分組成 [11]。在輸入端輸入電壓 VCC ，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍耳電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍耳效應(yīng)原理，當(dāng)霍耳片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍耳電勢差 H V 輸出，該 H V 信號經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到 OC 門輸出。當(dāng)施加的磁場達(dá)到工作點.( 即 OP B )時，觸發(fā)器輸出高電壓(相對于地電位)使三極管導(dǎo)通，此時 OC 門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為“開” 。當(dāng)施加的磁場達(dá)到釋放點 (即 rPB )時，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使 OC 門輸出高電壓，這種狀態(tài)為 “關(guān)”。這樣兩次電壓變換，使霍耳開關(guān)完成了一次開關(guān)動作 [12]。 AT24C02 掉電存儲單元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。AT24C02 是 ATMEL 公司的 2KB 字節(jié)的電可擦除存儲芯片，采用兩線串行的總線和單片機(jī)通訊，電壓最低可以到 ，額定電流為 1mA，芯片內(nèi)的資料可以在斷電的情況下保存 40 年以上，而且采用 8 腳的 DIP 封裝，使用方便。其引腳功能： 基于單片機(jī)的出租車計價器設(shè)計第 9 頁 共 40 頁串行時鐘信號引腳(SCL)：在 SCL 輸入時鐘信號的上升沿將數(shù)據(jù)送入EEPROM 器件 ,并在時鐘的下降沿將數(shù)據(jù)讀出。串行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳(SDA)：SDA 引腳可實現(xiàn)雙向串行數(shù)據(jù)傳輸。該引腳為開漏輸出，可與其它多個開漏輸出器件或開集電極器件線或連接。器件/頁地址腳(A2,A1,A0)：AA1 和 A0 引腳為 24C01 與 24C02 的硬件連接的器件地址輸入引腳。24C01 在一個總線上最多可尋址八個 1K 器件，24C02 在一個總線上最多可尋址八個 2K 器件，AA1 和 A0 內(nèi)部必須連接。24C04 僅使用 AA1 作為硬件連接的器件地址輸入引腳，在一個總線上最多可尋址四個 4K 器件。A0 引腳內(nèi)部未連接。其電路如圖 所示。圖 AT24C02 引腳圖由于 AT24C02 的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，采用串口的方式傳送數(shù)據(jù)，所以只用兩根線 SCL（移位脈沖）和 SDA（數(shù)據(jù)/地址）與單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)。每當(dāng)設(shè)定一次單價，系統(tǒng)就自動調(diào)用存儲程序，將單價信息保存在芯片內(nèi)；當(dāng)系統(tǒng)重新上電的時候，自動調(diào)用讀存儲器程序，將存儲器內(nèi)的單價等信息，讀到緩存單元中，供主程序使用 [13]。AT24C02 的存儲容量為 2Kb，內(nèi)容分成 32 頁，每頁 8B，共 256B，操作時有兩種尋址方式：芯片尋址和片內(nèi)子地址尋址。（1）芯片尋址：AT24C02 的芯片地址為 1010，其地址控制字格式為1010A2A1A0R/W。其中 A2，A1，A0 可編程地址選擇位。A2，A1，A0 引腳接高、低電平后得到確定的三位編碼，與 1010 形成 7 位編碼，即為該器件的地址碼。R/W 為芯片讀寫控制位，該位為 0，表示芯片進(jìn)行寫操作。（2）片內(nèi)子地址尋址：芯片尋址可對內(nèi)部 256B 中的任一個進(jìn)行讀/寫操作，其尋址范圍為 00~FF，共 256 個尋址單位。 基于單片機(jī)的出租車計價器設(shè)計第 10 頁 共 40 頁 74LS13874LS138 芯片是常用的 38 線譯碼器，LS 是 TTL 的 ，他的 COMS 版本叫74HC138。常用在單片機(jī)和數(shù)字電路的譯碼電路中。其封裝如圖 ：圖 74LS138 引腳圖74LS138 有 3 個附加控制端 S1, S2’和 S3’。當(dāng) S1 =1，S 2’ + S3’=0 時，Gs 輸出為高電平，譯碼器處于工作狀態(tài)。否則譯碼器被禁止，所有的輸出端被鎖存在高電平，如表 ：表 74LS138 真值表三八譯碼器真值表輸入端 輸出端A0 A1 A2 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y70 0 0 1 0 0 0 0 0 0 00 0 1 0 1 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 1 0 0 0 0 00 1 1 0 0 0 1 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 1 0 0 01 0 1 0 0 0 0 0 1 0 01 1 0 0 0 0 0 0 0 1 01 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1這三個控制端也被稱為“ 片選 ”輸入端，利用片選的作用可以將多片連接起來以擴(kuò)展譯碼器的功能。 基于單片機(jī)的出租車計價器設(shè)計第 11 頁 共 40 頁3 硬件電路設(shè)計 CPU 模塊該模塊主要包括系統(tǒng)初始化、里程的識別和費率的計算及各種功能模塊的的組織和管理等。主程序模塊在系統(tǒng)中起著重要的作用。鑒于單片機(jī)的端口特性不同，擬將 P0 口、P2 口作為數(shù)據(jù)輸出口，接到數(shù)碼管； P1 用作存儲器數(shù)據(jù)讀寫端口； P3 口作為控制和霍爾傳感器信號輸入端口。最小系統(tǒng)如圖 ：圖 AT89S5 最小系統(tǒng)模塊由于單片機(jī)采用經(jīng)過整流濾波之后的汽車用 12V 電源，外接的 12M 晶振來為單片機(jī)提供時鐘源。由于計價器的工作環(huán)境比較差，它要求有抗振動、抗高低溫、抗潮濕、抗電磁干擾等能力，特別是電源方面的干擾，如出租車啟動時，發(fā)動機(jī)打火、電瓶充電等造成輸入計價器的+12V 電源不穩(wěn)定。因此采用+12V 電瓶電源經(jīng)過濾波和電源穩(wěn)壓管理芯片 7805 后得到+ 5 V 的穩(wěn)定電壓輸出， 基于單片機(jī)的出租車計價器設(shè)計第 12 頁 共 40 頁保證整個系統(tǒng)能夠正常工作，電路如圖 所示。圖 電源電路 路程測量部分里程測量是通過安裝在車輪上的霍爾傳感器 A44E 檢測到的信號，由單片機(jī)處理之后顯示到 LED 上的。其原理如圖 所示。車輪磁鐵霍爾傳感器單片機(jī) A T 8 9 S 5 2 P 3 . 3 口圖 A44E 傳感器工作原理圖在霍爾電勢發(fā)生器的兩端加上電壓 VCC 后，根據(jù)霍耳效應(yīng)原理，當(dāng)霍耳片處在磁場中時，霍爾傳感器的輸出端輸出低電平。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動一圈時小磁鐵提供一個磁場，則霍爾傳感器輸出一次低電平完成一次數(shù)據(jù)采集。車輪每轉(zhuǎn)一圈，霍爾開關(guān)就檢測并輸出信號，引起單片機(jī)的中斷，對脈計數(shù)。通過計算將脈沖 基于單片機(jī)的出租車計價器設(shè)計第 13 頁 共 40 頁增加體現(xiàn)在金額和里程上。出租車中從霍爾傳感器中得到標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號送入單片機(jī)的 引腳，利用單片機(jī)的 T1 的計數(shù)功能完成 1000 次的計數(shù)后產(chǎn)生一中斷來完成路程的測量 [14]。費用計算功能：費用計算包括兩部分：起步費、行使費。（1） 起步費用白天 6 元晚上 7 元；（2） 行使費用 ；設(shè)車輪周長為 1m，則霍爾傳感器每產(chǎn)生 1000 個脈沖便表示車已行程1km。我們選擇了 口作為信號的輸入端，內(nèi)部采用外部中斷 1，車輪每轉(zhuǎn)一圈（我們設(shè)車輪的周長是 1 米） ，霍爾開關(guān)就檢測并輸出信號，引起單片機(jī)的中斷，對脈計數(shù)，當(dāng)計數(shù)達(dá)到 1000 次時，也就是 1 公里，單片機(jī)就控制將金額自動的增加，其計算公式：當(dāng)前單價公里數(shù)= 金額。 數(shù)據(jù)顯示部分設(shè)計要求有單價（2 位） 、總金額（4 位）顯示輸出，時鐘顯示（包含時分秒的顯示） ，若是采用 LCD 液晶顯示，則在光線較強(qiáng)時不能看清數(shù)據(jù)，也就不能滿足要求?？紤]到共陰數(shù)碼管較為常見，因此我們采用 8 位 LED 數(shù)碼管來顯示。單片機(jī)的 P0 口不能輸出高電平，因此需在 P0 口接 8 個上拉電阻，以滿足數(shù)碼管的工作條件。數(shù)碼管顯示電路如圖 ：圖 顯示原理圖 基于單片機(jī)的出租車計價器設(shè)計第 14 頁 共 40 頁 時鐘部分DS1302 控制字節(jié)的最高有效位（位 7）必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302 中，位 6 如果為 0，則表示存取時鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取RAM 數(shù)據(jù)；位 5 至位 1 指示操作單元的地址；最低有效位（位 0）如為 0 表示要進(jìn)行寫操作，為 1 表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 在控制指令字輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開始。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0 位到高位7。采用雙電源供電，在斷電的情況下由干電池組供電，可維持芯片的正常工作[15]。電路如圖 所示。圖 時鐘芯片電路圖 掉電存儲電路AT24C02 采用的是 I2C 總線式串行器件。串行器件不僅占有很少的系統(tǒng)資源和 I/O 線，而且體積也大大縮小。在 I2C 總線上傳送信息是的時鐘同步信號是有掛接在 SCL 時鐘線上的所有器件的邏輯與完成的。SCL 線上有高電平到低電平的跳變將影響到這些器件，一旦某個器件的時鐘信號下跳為低電平，將使SCL 線一直保持低電平。在數(shù)據(jù)傳送過程中，必須確認(rèn)數(shù)據(jù)傳送的開始和結(jié)束。當(dāng)時鐘線 SCL 為高電平時，數(shù)據(jù)線 SDA 由高電平跳變?yōu)榈碗娖蕉x為 “開始”信號，起始狀態(tài)應(yīng)處于任何其他命令之前 [16]；當(dāng) SCL 線處于高電平時，SDA 線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)椤?結(jié)束” 信號。器件將處于備用方式（ StandbyMODE).開始和結(jié)束信號都是由主器件產(chǎn)生。在開始信號以后，總線即被認(rèn)為處于忙狀態(tài)；在結(jié)束信 基于單片機(jī)的出租車計價器設(shè)計第 15 頁 共 40 頁號以后的一段時間內(nèi)，總線被認(rèn)為是空閑的。I2C 總線的數(shù)據(jù)傳送格式是：在 I2C 總線開始信號后，送出的第一個字節(jié)數(shù)據(jù)是用來選擇從器件地址的，其中前 7 位為地址碼，第 8 位為方向位(R/W)讀寫控制。方向位為“0”表示發(fā)送，即主器件把信息寫到所選擇的從器件；方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息。開始信號后，系統(tǒng)中的各個器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進(jìn)行比較，如果與主器件發(fā)送到總線上的地址一致，則該器件即為被主器件尋址的器件，其接收信息還是發(fā)送信息則由第 8位(R/W) 確定 [17]。在 I2C 總線上每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限，但每一個字節(jié)必須為 8 位，而且每個傳送的字節(jié)后面必須跟一個應(yīng)答位（ACK）,ACK 信號在第 9 個時鐘周期時出現(xiàn)。每次都是先傳最高位，通常從器件在接收到每個字節(jié)后都會作出響應(yīng)，即釋放 SCL 線返回高電平，準(zhǔn)備接收下一個數(shù)據(jù)字節(jié)，主器件可繼續(xù)傳送。如果從器件正在處理一個實時事件而不能接收數(shù)據(jù)時， （例如正在處理一個內(nèi)部中斷，在這個中斷處理完之前就不能接收 I2C 總線上的數(shù)據(jù)字節(jié)）可以使時鐘SCL 線保持低電平，從器件必須使 SDA 保持高電平，此時主器件產(chǎn)生 1 個結(jié)束信號，使傳送異常結(jié)束，迫使主器件處于等待狀態(tài)。當(dāng)從器件處理完畢時將釋放 SCL 線，主器件繼續(xù)傳送 [18]。AT24C02 連接如圖 ：圖 掉電存儲單元