2023年基于51单片机的出租车计价器设计.docx

DS1302接口电路设计 1时钟芯片DS1302的接口电路及工作原理： 图7 DS1302与MCU接口电路 图7为DS1302的接口电路，其中Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。VCC1在单电源与电池供电的系统中提供低电源并提供低功率的电池备份。VCC2在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式中VCC1连接到备份电源，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。 DS1302由VCC1或VCC2 两者中较大者供电。当VCC2大于VCC1+0.2V时，VCC2给DS1302供电。当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。 DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把SCLK端置 “0〞，接着把RST端置“1〞，最后才给予SCLK脉冲；读/写时序如以下图5所示。表-1为DS1302的控制字，此控制字的位7必须置1，假设为0那么不能对DS1302进行读写数据。对于位6，假设对时间进行读/写时，CK=0，对程序进行读/写时RAM=1。位1至位5指操作单元的地址。位0是读/写操作位，进行读操作时，该位为1；进行写操作时，该位为0。控制字节总是从最低位开始输入/输出的。表-2为DS1302的日历、时间存放器内容：“CH〞是时钟暂停标志位，当该位为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位为0时，时钟开始运行。“WP〞是写保护位，在任何的对时钟和RAM的写操作之前，“WP〞必须为0。当“WP〞为1时，写保护位防止对任一存放器的写操作。 2、DS1302的控制字 DS1302的控制字如表2所示。控制字节的高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，那么不能把数据写入DS1302中，位6如果0，那么表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为1表 示进行读操作，为0表示进行写操作。控制字节总是从最低位开始输出。 表1 DS1302的控制字格式 1 RAM/CK A4 A3 A2 A1 A0 RD/WR 3、数据输入输出（I/O） 在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下 降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。如以下图8所示。 图7 DS1302读/写时序图 4、DS1302的存放器 DS1302有12个存放器，其中有7个存放器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间存放器及其控制字见表2。 表2 DS1302的日历、时间存放器 写存放器 读存放器 Bit7 Bit6 Bit5 Bit7 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 80H 81H CH 10秒 秒 82H 83H 10分 分 84H 85H 12/ 0 10 时 时 /PM 86H 87H 0 0 10 日 日 88H 89H 0 0 0 10月 月 8AH 8BH 0 0 0 0 0 星期 8CH 8DH 10年 年 8EH 8FH WP 0 0 0 0 0 0 0 此外，DS1302 还有年份存放器、控制存放器、充电存放器、时钟突发存放器及 与RAM相关的存放器等。时钟突发存放器可一次性顺序读写除充电存放器外的所有存放器内容。 DS1302与RAM相关的存放器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM存放器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。 3.3 按键控制模块 单片机键盘有独立键盘和矩阵式键盘两种：独立键盘每一个I/O 口上只接一个按键，按键的另一端接电源或接地（一般接地），这种接法程序比较简单且系统更加稳定；而矩阵式键盘式接法程序比较复杂，但是占用的I/O少。根据本设计的需要这里选用了独立式键盘接法。 独立式键盘的实现方法是利用单片机I/O口读取口的电平上下来判断是否有键按下。将常开按键的一端接地，另一端接一个I/O 口，程序开始时将此I/O口置于高电平，平时无键按下时I/O口保护高电平。当有键按下时，此I/O 口与地短路迫使I/O 口为低电平。按键释放后，单片机内部的上拉电阻使I/O口仍然保持高电平。我们所要做的就是在程序中查寻此I/O口的电平状态就可以了解我们是否有按键动作了。 在用单片机对键盘处理的时候涉及到了一个重要的过程，那就是键盘的去抖动。这里说的抖动是机械的抖动，是当键盘在未按到按下的临界区产生的电平不稳定正常现象，并不是我们在按键时通过注意可以防止的。这种抖动一般10~200毫秒之间，这种不稳定电平的抖动时间对于人来说太快了，而对于时钟是微秒的单片机而言那么是慢长的。硬件去抖动就是用局部电路对抖动局部加之处理，软件去抖动不是去掉抖动，而是避抖动局部的时间，等键盘稳定了再对其处理。所以这里选择了软件去抖动，实现法是先查寻按键当有低电平出现时立即延时10~200毫秒以避开抖动（经典值为20毫秒），延时结束后再读一次I/O 口的值，这一次的值如果为1 表示低电平的时间不到10~200 毫秒，视为干扰信号。当读出的值是0时那么表示有按键按下，调用相应的处理程序。硬件电路如图9所示： 图9 按键控制电路 3.4 LCD1602显示电路 1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大局部为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差异，两者尺寸差异如以下图10所示： 图10 1602LCD尺寸图 3.4.1 LCD1602主要技术参数： 显示容量:16×2个字符 工作电流:2.0mA(5.0V) 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm 3.4.2 引脚功能说明 1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3所示: 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据/命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读/写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 表3 液晶引脚接口说明表 第1脚：VSS为地电源。 第2脚：VDD接5V正电源。 第3脚：VL为液晶显示器比照度调整端，接正电源时比照度最弱，接地时比照度最高，比照度过高时会产生“鬼影〞，使用时可以通过一个10K的电位器调整比照度。 第4脚：RS为存放器选择，高电平时选择数据存放器、低电平时选择指令存放器。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。 第15脚：背光源正极。 第16脚：背光源负极。 3.5 AT24C02存储模块 AT24C02提供电可擦除的串行1024位存储或可编程只读存储器(EEPROM)128字(8位/字)。 芯片在低压的工业与商业应用中进行了最优化。AT24C01的封装为8脚PDIP、8脚JEDEC SOIC、8脚TSSOP，通过2线制串行接口进行数据传输。另外,整个系列有2.7V(2.7V至5.5V)和1.8V (1.8V至5.5V)两个版本。 设备操作： C L O C K 和 D A T A 变化：SDA管脚通常外都要拉高。SDA管脚上的数据只能在SCL低期间改变。数据在SCL高期间改变定义为一个开始或停止信号。 开始状态：在任何操作之前必须有一个开始信号----在SCL为高时SDA上产生一个下降沿。 停止状态： SCL为高时SDA产生一个上升沿是停止信号，停止信号后将停止所有通信。 在一个读的序列之后，停止信号将让EEPROM进入备用电源模式。 I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在效劳器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的平安性，方便了管理。 1 I2C总线的硬件结构 I2C串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。 为了防止总线信号的混乱，要求各设备连接到总线的输出端时必须是开漏输出或集电极开路输出。设备上的串行数据线SDA接口电路应该是双向的，输出电路用于向总线上发送数据，输入电路用于接收总线上的数据。而串行时钟线也应是双向的，作为控制总线数据传送的主机，一方面要通过SCL输出电路发送时钟信号，另一方面还要检测总线上的SCL电平，以决定什么时候发送下一个时钟脉冲电平；作为接受主机命令的从机，要按总线上的SCL信号发出或接收SDA上的信号，也可以向SCL线发出低电平信号以延长总线时钟信号周期。总线空闲时，因各设备都是开漏输出，上拉电阻RP使SDA和SCL线都保持高电平。任一设备输出的低电平都将使相应的总线信号线变低，也就是说：各设备的SDA是“与〞关系，SCL也是“与〞关系。 总线的运行（数据传输）由主机控制。所谓主机是指启动数据的传送（发出启动信号）、发出时钟信号以及传送结束时发出停止信号的设备，通常主机都是微处理器。被主机寻访的设备称为从机。为了进行通讯，每个接到I2C总线的设备都有一个唯一的地址，以便于主机寻访。主机和从机的数据传送，可以由主机发送数据到从机，也可以由从机发到主机。但凡发送数据到总线的设备称为发送器，从总线上接收数据的设备被称为接受器。 开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。 结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。假设未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。如图11所示： SDA SCL 开始 结束 图11 开始、结束信号图 目前有很多半导体集成电路上都集成了I2C接口。带有I2C接口的单片机有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供I2C接口。 总线根本操作： I2C规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，那么定义为发送器，器件接收数据那么定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。 总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并