基于MCS51單片機(jī)的汽車專用理財(cái)電子計(jì)算器

黃修力，黃 河

(廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州510450)

據(jù)來自公安部交通管理局的最新信息，至2009年底，我國(guó)汽車保有量已達(dá)7 619.31萬輛[1]。伴隨著汽車的飛速發(fā)展，汽車消費(fèi)管理日益重要，很多司機(jī)苦于管理愛車日常的各項(xiàng)紛繁復(fù)雜的費(fèi)用支出，例如養(yǎng)路費(fèi)、車船使用稅、車輛年檢費(fèi)、保險(xiǎn)費(fèi)用、汽油費(fèi)、停車費(fèi)、路橋費(fèi)、保養(yǎng)維修費(fèi)、洗車費(fèi)、裝飾費(fèi)、違章罰款等。本文針對(duì)以上車主日常最關(guān)心的汽車消費(fèi)，設(shè)計(jì)了一種汽車?yán)碡?cái)專用計(jì)算器。該計(jì)算器內(nèi)部預(yù)設(shè)了所有的司機(jī)都會(huì)碰到的日常開銷項(xiàng)目，通過本計(jì)算器，司機(jī)可以進(jìn)行日常開支的記錄查詢和修改、統(tǒng)計(jì)輸出等。該系統(tǒng)體積小、重量輕，可以輕易地安裝到汽車內(nèi)部或隨身攜帶，便于司機(jī)在每次消費(fèi)完畢后及時(shí)將數(shù)據(jù)輸入，防止漏登記。極大地方便了車主，使車主對(duì)車的花費(fèi)有一個(gè)清楚的賬目。

系統(tǒng)能夠在掉電重啟后正常讀取歷史數(shù)據(jù)；還具有低高溫報(bào)警功能，以防止車內(nèi)溫度過低，達(dá)到節(jié)能目的。系統(tǒng)能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，抗震和抗干擾性良好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。

1 電路設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)采用8位單片機(jī)AT89S53作為系統(tǒng)核心，通過編程生成菜單，通過LCD顯示來提示操作，采用廣州周立功公司生產(chǎn)的SPI接口芯片ZLG7289A進(jìn)行鍵盤掃描實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入。對(duì)于用戶數(shù)據(jù)，統(tǒng)一存放到非易失性的片外存儲(chǔ)器AT24C16中，該芯片容量為16 KB，能夠滿足用戶的日常數(shù)據(jù)量需求。時(shí)鐘芯片采用達(dá)拉斯公司的DS1307。AT24C16與DS1307均采用I2C接口，在程序設(shè)計(jì)中采用C51模擬I2C協(xié)議來實(shí)現(xiàn)其與單片機(jī)的通信。溫度采集使用單總線接口、數(shù)字量輸出芯片DS18B20直接與單片機(jī)接口，同時(shí)使用液晶顯示模塊進(jìn)行人機(jī)交流。本設(shè)計(jì)的原理框圖如圖1所示。

1.1 主控制器電路設(shè)計(jì)

主控制器電路由單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、電源電路組成。單片機(jī)采用8位的AT89S53單片機(jī)[2]；晶振電路是通過2個(gè)22 pF的電容微調(diào)并采用11.059 2 MHz的振蕩頻率將時(shí)鐘信號(hào)傳給單片機(jī)AT89S53；復(fù)位電路上電瞬間所產(chǎn)生的微分脈沖的寬度大于2個(gè)機(jī)器周期；電源電路是將汽車提供的+12 V電壓轉(zhuǎn)換為+5 V，然后作為AT89S53單片機(jī)供電，該電源電路由LM7805穩(wěn)壓芯片、濾除+12 V電源中高頻成分的 100 μF電解電容以及用于數(shù)字部分的+5 V的0.1 μF去耦電容組成[3]。圖 2所示為主控制器電路的原理圖。

1.2 鍵盤電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)通過16個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)菜單控制，其中10個(gè)按鍵作為數(shù)字鍵 0～9，剩下的 6個(gè)鍵作為功能鍵(向上鍵、向下鍵、確定鍵、取消鍵（ESC）、刪除鍵、切換鍵)。本設(shè)計(jì)選用性價(jià)比較高的ZLG7289作為16個(gè)鍵盤的驅(qū)動(dòng)芯片。ZLG7289采用SPI串行方式，可以減少傳統(tǒng)式直接運(yùn)用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)按鍵時(shí)占用的I/O口的數(shù)量，節(jié)省了單片機(jī)的I/O口資源，同時(shí)簡(jiǎn)化了電路[4]；而且ZLG7289可以連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，芯片內(nèi)含有去抖動(dòng)電路，可以有效地防止讀按鍵時(shí)產(chǎn)生的誤動(dòng)作。其電路原理圖如圖3所示。

在讀ZLG7289的按鍵代碼時(shí)，先要向ZLG7289寫讀鍵盤指令，再?gòu)闹凶x取鍵盤的代碼；在讀按鍵代碼期間一直保持為低電平，表示可以進(jìn)行讀操作；同時(shí)在CLK每一個(gè)脈沖來時(shí)讀取一位，前8位為AT89S53發(fā)送到ZLG7289的一字節(jié)讀按鍵指令，后8位為ZLG7289送回給AT89S53的按鍵代碼。在執(zhí)行完讀按鍵操作后，由低電平變?yōu)楦唠娖?，此時(shí)ZLG7289不再向AT89S53傳送按鍵代碼。

1.3 I2C總線電路設(shè)計(jì)

由于AT89S53不具備I2C總線接口，因此驅(qū)動(dòng)DS1307和AT24C16時(shí)就必須采用單主方式下設(shè)計(jì)的虛擬I2C總線操作平臺(tái)軟件包，該軟件包是主方式下的虛擬I2C總線軟件包[5]，只要用戶給子程序提供幾個(gè)主要參數(shù)，即可完成DS1307和AT24C16的I2C總線的應(yīng)用程序。此軟件包用在單主方式下的I2C總線，硬件接口是SDA、SCL，使用單片機(jī)的 I/O口作 SDA、SCL。在I2C總線中，發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備稱之為發(fā)送器，接收數(shù)據(jù)的設(shè)備稱之為接收器。I2C總線上的主器件應(yīng)是能夠在時(shí)鐘線（SCL）上產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，而在數(shù)據(jù)線（SDA）上產(chǎn)生尋址信號(hào)、開始條件、停止條件以及建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠骷?，任何被尋址選中的器件都將被看成是從器件。因此，DS1307和AT24C16在I2C總線上應(yīng)作為從器件，而I2C總線是同步串行數(shù)據(jù)傳輸總線，其內(nèi)部為雙向傳輸電路，端口輸出為開漏結(jié)構(gòu)，故總線上必須有上拉電阻，通?？扇? kΩ～10 kΩ， 因此在 DS1307和 AT24C16的 時(shí) 鐘線（SCL）和數(shù)據(jù)線（SDA）上接阻值為 10 kΩ的上拉電阻。圖4和圖5分別為實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片和存儲(chǔ)電路的原理圖。

1.4 溫度檢測(cè)及報(bào)警電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)車內(nèi)溫度變化的實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)通過液晶模塊和報(bào)警電路提醒車主，以達(dá)到汽車節(jié)能的效果。采用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20對(duì)車內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。DS18B20為“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器[6]，其電源和信號(hào)復(fù)合在一起，僅使用AT89S53的一個(gè)I/O口?，F(xiàn)場(chǎng)溫度以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)化的溫度感知、零功耗的等待，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合車內(nèi)的溫度測(cè)量與控制。DS18B20可以由程序設(shè)定9～12 bit的分辨率，精度為±0.5℃，可以把 DS18B20的分辨率及設(shè)定的報(bào)警溫度儲(chǔ)存在EEPROM中，使得掉電后依然保存。圖6所示為溫度檢測(cè)及報(bào)警電路原理圖。

1.5 液晶顯示電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)液晶顯示電路采用NH12864J-1A的液晶模塊[7]，液晶模塊的8位數(shù)據(jù)線的引腳DB0～DB7依次接到AT89S53的引腳P0.0～P0.7，并將8位數(shù)據(jù)線的每位引腳接上拉電阻，在NH12864J-1A的液晶模塊的引腳RS、RW、E、CSB、CSA、RST依次與 AT89S53單片機(jī)上的引腳 P2.1～P2.6相連接，在NH12864J-1A液晶模塊的引腳VO和引腳BLA上分別接有用于調(diào)節(jié)LCD中字體和背光亮度的電位器R11和電位器R10。液晶顯示電路原理圖如圖7所示。

1.6 串口電路設(shè)計(jì)

串口電路用于將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，供車主做進(jìn)一步記錄與處理。電路設(shè)計(jì)采用MAX232標(biāo)準(zhǔn)接口電路，由MAX232芯片加外接電容和電阻組成。串口電路原理圖如圖8所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖

系統(tǒng)單片機(jī)每一次上電或復(fù)位時(shí)，液晶屏顯示主頁面，并顯示實(shí)時(shí)時(shí)間和溫度；當(dāng)檢測(cè)到的溫度小于設(shè)定溫度時(shí)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出有節(jié)奏的報(bào)警聲，液晶屏上會(huì)顯示“當(dāng)前溫度過低”，并在下方顯示當(dāng)前具體溫度。整個(gè)系統(tǒng)界面由按鍵進(jìn)行選擇?？梢酝ㄟ^頁面的切換實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。部分流程圖如圖9所示。

本系統(tǒng)采用價(jià)格相對(duì)低廉的8位單片機(jī)AT89S53作為主控制器，使用藍(lán)屏背景的NH12864J圖形液晶顯示器，結(jié)合C51程序來編制系統(tǒng)菜單，設(shè)計(jì)了一個(gè)成本低、性價(jià)比高、可靠性高的汽車實(shí)用產(chǎn)品。系統(tǒng)外圍電路采用I2C總線技術(shù)和SPI接口技術(shù)與單片機(jī)通信，使硬件結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。同時(shí)采用DS18B20數(shù)字溫度芯片實(shí)時(shí)檢測(cè)車內(nèi)溫度，保證舒適度。該設(shè)計(jì)功能齊全、人機(jī)界面友好、操作方便、通用性強(qiáng)、易于推廣，能夠最大限度地兼容各種不同的功能程序，而無需修改原有的電路，從而能夠廣泛地應(yīng)用到各種不同的領(lǐng)域。

[1]http：//auto.qq.com/a/20100114/000014.htm.

[2]張志良.單片機(jī)原理與控制技術(shù)(第 2版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3]黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽制作實(shí)訓(xùn)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[4]胡元?jiǎng)?，周?智能顯示驅(qū)動(dòng)ZLG-7289A的原理及應(yīng)用[J].液晶與顯示，2004，19(4)：299-303.

[5]張俊謨.基于 MSP430單片機(jī)的虛擬I2C總線軟件包[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2001(12)：73-74.

[6]趙浪濤，趙永花.DS18B20芯片在溫度測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2009，16(4)：4-7.

[7]北京寧和頌揚(yáng)科技發(fā)展有限公司.NH12864使用手冊(cè)[Z].