1 自動立體停車庫控制系統(tǒng)設計方案 1 引 言 近幾年來，隨著我國國民經濟和汽車制造業(yè)的迅速發(fā)展，汽車保有量快速增長。北京、上海等大城市以每年 15 萬輛的速度增加，而道路建設及停車位的建設遠低于此。停車難所導致的占道停車、占用綠地停車，不僅使交通堵塞問題更加嚴重，而且涉及到投資環(huán)境和城市環(huán)境，日益引來各方人士的關注。如果停車難問題和交通擁擠問題得不道妥善解決，將同時影響了轎車進入家庭的步子，影響汽車制造業(yè)的迅速發(fā)展，影響國民經濟的穩(wěn)步持續(xù)發(fā)展。 1997年，深圳注冊車輛 40萬輛，異地注冊在深圳行駛車輛 12萬 輛，停車位僅 4萬多個，北京機動車保有量近 140 萬輛，加上每天幾十萬輛進京車輛，而公共停車位僅 8萬多個。廣州市機動車輛保有量為 90萬輛，外地進市車輛 10萬輛，共 100萬輛，僅有停車位 9萬個。專家指出只有公共停車位置達到機動車輛總數的 15 25%左右，才能緩解停車難問題。 進入 21世紀以來，隨著我國社會與經濟的發(fā)展，轎車特別是私家轎車的生產量和社會保有量迅速增加。近幾年來，我國私人購車占售車總量的比例大幅遞增，到 1999年己經達到了 50%，中國汽車需求量和保有量出現(xiàn)了加速增長的趨勢。 2000到 2002年實際汽車 保有量分別為 平均增長率分別達到了 12%、 2003年汽車保有量達到 2353萬輛，比 2002 年 增長 以上事實說明， 2004著汽車數量日益劇增，解決停車問題日益嚴重，尤其是居民小區(qū)、大型公共消費場所等，寸土如金，停車場向空間發(fā)展，己勢在必行。根據有關市場調查，目前在大中型城市對立體車庫的年需求量至少為 10萬個車位，但該類產品供應量很少，國內只 有30 家左右企業(yè)的少量產品供應市場。外國的相關公司看好這一巨大的市場，目前有產品向中國出口，但是其價格高，使用成本與收費高，使國內市場難以接受，限制了其推廣使用。在我國，除北京、上海等特大城市外，沿海工業(yè)發(fā)達、人口密集的城市和地區(qū)也已經陸續(xù)開始安裝和使用立體停車庫，表現(xiàn)出強勁的市場需求。 立體車庫的國內外發(fā)展現(xiàn)狀： 立體車庫在國外，尤其在日本已有近 30 至 40 年的歷史，無論在技術上還是在經驗上均己獲得了成功。美、德、日、韓等國家的產品代表了國際的領先水平，國內立體車庫多為進口德國和韓國的產品。在西歐、東南亞、 韓國和日本得到了廣泛的應用，形成了一個包括制造、安裝、使用和維修的行業(yè)體系。 我國于 90 年代初開始研究開發(fā)立體車庫，距今己有 20 幾年的歷史。由于很多新建小區(qū)內住戶與車位的配比為 1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體車庫以其平均單車占地面積小的特性，己被廣大用戶接受。立體車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性： 首先，立體車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據 40 平方米的面積，如果采用雙層立體車庫，可以使地面的使用率提高80%例如采用地上多層立體車庫， 50 平方米的地面積上便可存放 10 輛車，這可以大 2 大地節(jié)省有限的土地資源，少量節(jié)省建設開發(fā)成本。 其次，立體車庫與地下車庫相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在車庫內或車不停準位置，由電子控制的整個設備便不會運轉。應該說，立體車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。 在立體車庫中采用機械存車，還可以免除采暖通風設施，因此，運行中的耗電量比工人管理的地下車庫低得多。立體車庫一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅區(qū)的每個組團中或每棟樓下 都可以隨機設立立體車庫。這為目前車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了有效途徑。 所以從技術、市場、政策等諸多因素分析，自動立體車庫項目已經具備了良好的開發(fā)條件，具有重要的現(xiàn)實意義。 立體車庫的種類比較多，目前國內外比較流行的型式有 : 該類的主要特點在于 : 置靈活，建設周期短。 防、外裝修、建設、地基等投資少。 造簡單，安全可靠。 候時間短。 作噪聲低。 關、住宅小區(qū)配套停車場的使用。 韓國 和德國公司的這類產品比較多，二層升降橫移式立體車庫特別適應于原有地庫自走式停車場的改造工程。多層升降橫移式主要適應于高度不受限制的平面自走式停車場的改造，結構簡單且都已模塊化。 巷道堆垛式立體車庫采用堆垛機作為存取車輛的工具，所有車輛均由堆垛機進行存取，因此對堆垛機的技術要求較高，單臺堆垛機成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數需求較多的客戶使用。 垂直提升式立體車庫類似于電梯的工作原理，在提升機的兩側布置車位，一般地面需一個汽車旋轉臺，可省去司機調頭。垂直提升 式立體車庫一般高度較高 (幾十米 )，對設備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價較高，但占地卻最小。 此類型的車庫具有如下特點 : 個泊位面積可停 6至 10輛車。 防可利用消防栓。 裝修、消防等投資少，建設周期短。 行安全可靠。 停車業(yè)在國外已有近三十年的發(fā)展史，在我國大部分技術是引進的，不僅起步晚，也不很成熟，但市場潛力很大，有待于我們去拓展。本論文是針對目前國內停車行業(yè)的發(fā)展狀況而設計的車位控制系統(tǒng)。車位控制系統(tǒng) 對要存入車輛完成車號輸入、車號顯示、存儲、 3 選擇最優(yōu)車位及將確定的車位信號傳輸等功能；對取出車需完成車號輸入、車號查找、顯示確定車位及車位信號的傳輸等功能。車位控制系統(tǒng)的控制功能分三部分：第一部分為共享功能：車號輸入功能，車號顯示功能。第二部分是存車信號處理功能。車號的存儲功能，存入車輛的最優(yōu)存入車位的選擇功能，最優(yōu)存入車位的顯示功能，最優(yōu)車位的信號處理和傳輸功能，第三部分為取車信號處理功能：需取出車輛車號的查找功能，需取出車輛的車位號顯示功能，需取出車輛的車位號的信號傳輸功能。 4 2 系統(tǒng)總體方案設計 控制原理 車位控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)了對各種數據的處理，對車牌號的存儲及定位處理，選取最優(yōu)車位時對尋優(yōu)軌跡的數據處理以及車牌號查找時的數據查找等的處理。微處理器需處理不同數據，有時也較繁雜。各種數據不能隨意亂存放，必須根據具體數據的特點按一定的規(guī)則來組織和存放。本文根據各數據元素之間的相互關系，對數據進行了有效的組織，解決了數據存儲方式，并設計出對應的數據處理算法。各數據元素之間的相互關系有兩層含意：一種指各數據元素之間的抽象關系，即邏輯關系 ，如先后關系、層次關系等；另一種指在計算機中存放地址之間的關系，即存儲結構。邏輯關系只考慮數據元素之間邏輯上的先后次序，不分上下層次，稱為線性結構。如數據元素之間在邏輯上還有上下層關系或元素之間互相聯(lián)系的情況不規(guī)則，不能簡單地用線性關系來表達時，屬于非線性結構。 邏輯結構最終必須以某種具體的形式實現(xiàn)，這種具體的形式就是“存儲結構”，可用四種基本方法來實現(xiàn)。第一種為“順序存儲”，即將各數據元素按邏輯上的順序存入在一段連續(xù)的空間內，并使邏輯上相鄰的元素在想象空間上相鄰；第二種為“鏈式存儲”，各數據元素存放地址不 受約束，可以連成一片，也可以分散在不連續(xù)的若干個地址上，通過鏈接指針表示各元素相鄰的關系；第三種為“索引存儲”，在這種存儲方式中保存有一個索引表，索引表的每一項由兩部分組成，其中一項表示數據元素的關鍵字，另一項中保存有對應數據元素的實際存放地址；第四種為“散列存儲”，即直接利用數據元素的關鍵字來計算該數據元素的實際存放地址。 車位控制系統(tǒng)處理的數據之間在邏輯上只有先后次序，不分上下層次，都屬于線性結構，存儲結構上則各有不同。 數據元素的邏輯設計和存儲設計完成之后要確定算法。數據處理都有一定目的，實現(xiàn)這個目的 的處理方法稱為算法。 控制功能 本文所研究的車位控制系統(tǒng)的控制功能分三部分：第一部分為共享功能；第二部分是存車信號處理功能；第三部分為取車信號處理功能。 1 享控制功能 共享功能是指無論存車或取車都需應用的功能。主要有： 將要存入或取出的車輛的車牌號從鍵盤上輸入； 將從鍵盤上鍵入的車牌號碼在顯示器上顯示出來，以便確認是否輸入正確。 車信號處理功能 存車信號處理功能是指車位控制系統(tǒng)在有車輛需存入車庫時所應完成的功能，主要包括 以下幾項： 5 將鍵盤上輸入的車牌號碼存入單片機的存儲器中； 根據現(xiàn)有的車輛存入情況選擇最優(yōu)存入車位的功能； 將已選定的最優(yōu)車位在顯示器上顯示出來的功能； 將選定的最優(yōu)車位轉換成信號并將信號傳輸給存取車控制系統(tǒng)的功能。 車信號處理功能 取車信號處理功能是指停車庫中已存入車輛需取出時所需功能，主要有以下幾項： 根據輸入的車牌號碼，在已存入車輛 中查找需取出車輛的位置； 將需取出車輛的存放車位號在顯示器上顯示出來； 將需取出車輛的車位號處理后傳輸給存取車控制系統(tǒng)的功能。 方案設計 車位控制指對要存入車輛完成車號輸入、車號顯示、存儲、選擇最優(yōu)車位及將確定的車位信號傳輸等功能；對取出車需完成車號輸入、車號查找、顯示確定車位及車位信號的傳輸等功能。 圖 2件結構框圖 控制面板是車位控制部分的組成部分之一，面板上有輸入鍵和顯示器，輸 入鍵包括數字鍵、字母鍵及存取車控制鍵。顯示器是 8 位的，六位用來顯示車牌號，兩位顯示車位號。為了實現(xiàn)車位控制系統(tǒng)和各項控制功能，本文設計了一個微處理器專用控制系統(tǒng)，主要由單片機、儲存器、顯示器、鍵盤和接口芯片組成。圖 2 系統(tǒng)的硬件總圖如圖 2 單片機程序存儲器數據存儲器監(jiān)視器鍵 盤停車位顯示器控制面板顯示 6 圖 2統(tǒng)總硬件圖 30130231K 14 王小軍 3 系統(tǒng)硬件設計 單片機的發(fā)展趨勢 現(xiàn)在可 以說 是 單片機百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從 8位、 16位到 32位，數不勝數，應有盡有，有與主流 列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應用提供廣闊的天地。 2 縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有： 031推出時的功耗達 630現(xiàn)在的單片機普遍都在 100著對單片機功耗要求越來越高，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了 補金屬氧化物半導體工藝 )。 89高密度金屬氧化物半導體工藝 )和 補高密度金屬氧化物半 導體工藝 )。 由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗蓄電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。 現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器 (片內數據存儲器 (只讀程序存儲器 (并行和串行通信接口、中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如 A/脈寬調制電路 )、 門狗 )、有些單片機將 晶 )驅 動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。 此外，現(xiàn)在的產品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小。 3現(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中 面封裝 )越來越受歡迎，使得由單片機構成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。 現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以 核心的單片機占主流，兼容其結構和指令系統(tǒng)的有 以 有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的 于其低價質優(yōu)的優(yōu)勢，也占據一定的市場份額。此外還有 本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補、相輔相成、共同發(fā)展的道路。 單片機的選擇 美國 司 1980 年推出了 列高檔 8 位單片機。提高了芯片的集成度，性能上大為提高，增加了多種片內硬件功能，并擴展了功能單元的種類和數量。 4 輸出口 8 ，尤其是它有一個全雙工的串行口。 4對程序存儲器是內外總空間為 64 5個中斷源， 分為 2個優(yōu)先級，每個中斷源的優(yōu)先級是可編程的，它的堆棧位置也是可編程的，堆棧深度可達 128 字節(jié)。 個 16 位的定時 /計數器，通過編程可以實現(xiàn)四種工作模式。 個 16位的定時 /計數器。 32個通用寄存器，以適應多種中斷或子程序嵌套的要求。 要表現(xiàn)在 法、除法、比較、堆棧操作和多種位操作指令。 5當振蕩器頻率最高時（ 12大 部分指令執(zhí)行時間為 1s，少部分為 2s，乘除指令的執(zhí)行時間也只有 4s。 特別值得一提的是 實際上是一個完整的一位微計算機，這個一位的微機有自己的 寄存器、 I/八位微機和一位微機結合在一起，是微機技術上的一個突破。一位機在開關決策、邏輯電路仿真和實時測控方面非常有效，而八位機在運算處理、智能儀表常用的數據采集方面有明顯的長處。在 布爾處理器 ） 的硬件資源是復合在一起的，二者相輔相成，這是 的精美之處，也是一般微機所不具備的。 89引腳介紹 掌握 片機，應首先了解 引腳，熟悉并牢記各引腳的功能。 6制造工藝為 單片機都采用 40 只引腳的雙列直插封裝（ 式 ,目前大多數為此類封裝方式。制造工藝為 8031/897采用方行封裝方式，為 44只引腳（其中 4只是無用的） ） 如圖 37 40只引腳按其功能來分，可分為如下 3類： 1. 電源及時鐘引腳： 2. 控制引腳： 、 、 3. I/個 8位 I/ 下面結合圖 3 電源及時鐘引腳 1電源引腳與時鐘引腳 電源引腳接入單片機的工作電源 (1)0引腳 )：接 +5 (2)0引腳 )：接地。 9 圖 392個時鐘引腳 接晶體與片內的反相放大器構成了 1個振蕩器，它為單片機提供了時鐘信號。 2個時鐘引腳也可以外接獨立的晶體振蕩器。 用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到 部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻 ，如晶振為 12鐘頻率就為 68晶振的頻率可以在 1容取 30號同樣為 其后面還有頻率編號，有 12,16,20,24家在購買和選用時要注意了。如 44綜上分析，此次設計中的最小系統(tǒng)的設計采用 89 (1)19引腳）：接外部晶體振蕩器的 1個引腳。該引腳內部是 1個反相放大器的輸入端。這個反相放大器構成了 片內振蕩器。如果采用外接晶體振蕩器時，此引腳應接地。 (2)18引腳）：接外部晶體振蕩器的另一端，在該引腳內部接至內部反相放大器的輸出端。若采用外接晶體振蕩器時，該引腳接收晶體振蕩器的信號，即把此信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 控制引腳 此類引腳提供控制信號，有的引腳還具有復用功能。 (1)引腳 )： 復位信號輸入斷，高電平有效。當單片機運行時，在此引腳加上持續(xù)時間大于 2個機器周期的高電平時候，就可以完成復位操作。在單片機正常工作時，此引 腳應 低電平。 0 備用電源的輸入端。當主電源 低到某一規(guī)定值的低電平時，將 +5內部 保證片內而使單片機在復位后能繼續(xù)正常運行。 (2)單片機上電正常工作后， 單片機訪問外部存儲器時， 位地址經外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號。即使不訪問外部鎖存器， 頻率為時鐘振 蕩頻率的 1/6。如果有脈沖信號輸出，則單片機基本上是完好的。 應該注意的是，每當 2個機器周期中 次，即丟失 1個 沖。因此，嚴格來說，用戶不宜用 個 為本引腳的第二功能。在對片內 引腳作為編程脈沖輸入端。 (3) ：程序存儲器允許輸出控制端。在單片機訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖下降沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。此引腳接外部程序存儲器的 端。 端可以驅動 8個 如果檢查一個 片機應用系統(tǒng)上電后， 否正常到外部程序存儲器讀取指令碼，可用示波器檢查 端有無脈沖輸出。 (4) / 功能為內外程序存儲器選擇控制端。 當 引腳為高電平時，單片機訪問片內程序存儲器，但在 序計數器）值超過0超出片內程序存儲器的 4自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器內的程序。 當 引腳為低電平時，單片機則只訪問外部程序存儲器，不論是否有內部程序存儲器。對于 8031來說，因其無內部程序存儲器，所以該引腳必須接地，這樣只能選擇外部程序存儲器 。 本引腳的第二功能。在對 751 內 于施加較高的編程電壓。 10對于 89加在 12V。 I/O 口引腳 (1)向 8位三態(tài) I/口可作為地址總線（低 8位）及數據總線分時復用口，可驅動 8個 (2)8位準雙向 I/驅動 4個 (3)8位準雙向 I/地址總線（高 8位）復用，可驅動 4個 (4)8位準雙向 I/功能復 用口，可驅動 4個 這里要特別注意準雙向與雙向三態(tài)口的差別。 個 8位準雙向的I/口線在片內均有固定的上拉電阻。當這 3個準雙向 I/向該口先寫 1，另外準雙向 I/空”狀態(tài)，故稱為準雙向三態(tài) I/ 11 片機最小應用系統(tǒng)設計 此次設計選用 8989片本身就是一個最小系統(tǒng)。 11在能滿足系統(tǒng)的性能要求情況下，可優(yōu)先考慮采用此種方案。用這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單且可靠。用 89片機構成的最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，該系統(tǒng)與其他最小系統(tǒng)相比，省去了外擴程序存儲器的工作，該最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的數字量的測控單元。單片機最小系統(tǒng)電路如圖 3 2所示： 圖 39起程序跑飛，可能會使程序陷入死循環(huán)。指令和軟件技術不能使失控的程序擺脫死循環(huán)的困境，這時系統(tǒng)將完全癱瘓。如果操作人員不在場，可按下人工復位按鈕，強制系統(tǒng)復位。但操作人員不可能一直監(jiān)視著系統(tǒng)，即使監(jiān)視 著系統(tǒng)，也往往是在引起不良后果之后才進行人工復位。能不能不要人來監(jiān)視，就能使系統(tǒng)擺脫死循環(huán)，重新執(zhí)行正常的程序呢？這可采用“看門狗”技術來解決這一問題。 12 “看門狗”技術就是使用一個計數器來不斷計數，監(jiān)視程序循環(huán)運行。若發(fā)現(xiàn)時間超過已知的循環(huán)設定時間，則認為系統(tǒng)陷入了死循環(huán)，這時計數器溢出，然后強迫系統(tǒng)復位，在復位入口 0000系統(tǒng)運行進入正軌。 另外，在單片機系統(tǒng)運行時，有可能會發(fā)生電源掉電的意外情況，一些重要的數據可能丟失。這時需要系統(tǒng)應首先檢測到電源的變化，然后通過切換 電路把備用電池接入系統(tǒng)，以保護 目前看門狗電路和掉電保護電路，都已經集成在一片微處理器監(jiān)控芯片中。因此 類芯片集成化程度高，功能齊全，具有廣闊的應用前景。在單片機應用系統(tǒng)中使用微處理器監(jiān)控芯片，可以大大提高單片機應用系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。 1)復位電路 2 微處理器在上電、掉電及低壓供電時，監(jiān)控器產生脈沖信號這可以保證微處理器實現(xiàn)上電自動復位；當供電電壓過低時，防止 源電壓 著 續(xù)升高， 13當 是要滯后一個復位脈沖寬度 （ 約 200后再變?yōu)楦唠娖健?當 使以后 是要延遲一個復位脈沖寬度。掉電時， 2)監(jiān)視電路 此次設計選用 14看門狗電路計數器定時電路，在 平，寬 度可小至 50，定時器開始計數。若 且清零。當定時器啟動后，若在 入脈沖，監(jiān)控器將輸出一個復位信號，引腳 低電平，同時定時器清零，只要 時器將一直停止工作。 +5就需要合理選擇電阻 所以 路圖如下： 圖 3 監(jiān)視電路原理圖 示、鍵盤電路的設計 常用的 示器為 8段（或 7段， 8段比 7段多了 1個小數點“ ）。每一個段對應 1 個發(fā)光 2 極管。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種，共陰極 示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段被顯示。同樣，共陽極 常此公共陽極接正電壓，當某個發(fā)光二極管的陰極接 低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應的段被顯示。為了使 示器顯示不同的符號或數字，就要把不同段的發(fā)光二極管點亮，這樣就要為 示器提供代碼，這些代碼可使 應的段發(fā)光，從而顯示不同字型，因此稱該代碼為段碼（或字型碼）。 3 顯示器電路設計 由 位的 根位選線和 8碼線控制顯示字符的字型，而位選線為各個 控制該 點亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法： 所謂的靜態(tài)顯示，就是當顯 示器顯示某一個字符時，相應的發(fā)光二極管恒定的導通或截止，例如 7段顯示器 a、 b、 c、 d、 e、 顯示 0。這種顯示方式每一位都需要有一個 8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時，較小的電流能得到較高的亮度且字符不閃爍，所以可由 8255的輸出口直接驅動。在單片機串行口方式 0應用中，也是采用靜態(tài)顯示方法。當顯示器位數較少時，采用靜態(tài)顯示的方法是合適的。當位數較多時，用靜態(tài)顯示所需要的 I/般采用動態(tài)顯示方法。 1)靜態(tài)顯示方式：各位的共陰極或共陽極連接在一起并接地；每位的段碼線分別與一個 8 位的鎖存器輸出相連。 之所以稱為靜態(tài)顯示，是因為各個 顯示字符一經確定，相應鎖存器所存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個字符的段碼為止。正因如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。這種顯示方式接口編程容易，付出的代價是占用的口線較多。如果顯示器的位數增多，則需要增加鎖存器。因此在顯示位數較多的情況下，一般都采用動態(tài)顯示方式。 2)動態(tài)顯示方式：在多位 示時，為簡化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應段并聯(lián)在一起，由一個 8 位 I/O 口控制，形成段碼線的多路復用，而各位的共陽極或共陰極分別由相應的 I/O 線控制，形成各位的分時選通。若 要各位 夠同時顯示出與本位相應的顯示字符，就必須采用動態(tài)顯示方式，即在某一時刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關閉狀態(tài)，同時，段碼線上輸出相應位要顯示的字符的段碼。這樣，在同一時刻 ， 位 的只有選通的那一位顯示出字符，而其他位則是熄滅的，同樣在下一時刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關閉狀態(tài)， 在段碼線上輸入將要顯示字符的段碼，則同一時刻，只有選通位顯示出相應的字符，而其他各位則是熄滅的，如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出相應的字符，雖然這些字 符是在不同時刻出現(xiàn)的，而在同一時刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于示器的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位同時亮的假象，達到同時顯示的效果。 光二極管從導通到發(fā)光有一定的延時，導通時間太短，則發(fā)光太弱，人眼無法看清，但也不能太長，因為要受限于臨界閃爍頻率，而且此時間越長，占用 外，顯示位數增多，也將占用大量的 此動態(tài)顯示實質是以犧牲 間來換取器件的減少的。綜上所述，此次設計選動態(tài)顯 示是最合適的方法。顯示原理圖如圖 3 14 圖 3示電路 15 鍵盤電路的設計 行列式（也稱矩陣式）鍵盤用于按鍵數目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。 1 個 3 3 的行、列結構可以構成 1 個具有 9 個按鍵的鍵盤。同理 1個 4 4 的行、列結構可以構成 1 個 16 個按鍵的鍵盤等等。如圖所示。很明顯，在按鍵數目較多的場合，行列式鍵盤與獨立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的 I/ 圖 3 4鍵盤 (1)行列式鍵盤工作原理： 按鍵設置在行、列線交點上，行、列分別連接到按鍵開關的兩端。行線通過上拉電阻接到 +5按鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)，而當有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線的電平決定。列線的電平如果為低，則行線電平為低；列線的電平如果為高，則行線電平亦為高。這一點是識別行列式鍵盤是否按下的關鍵。由于行列式鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在的行和列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號配合起來處理，才能確定閉合鍵的位 置。 下面以圖 3號鍵被按下為例，來說明此鍵是如何被識別出來的。 當 3 號鍵被按下時，與 3 號鍵相連的行線電平將由與此鍵相連的列線電平決定，而行線電平在無按鍵按下時處于高電平狀態(tài)。如果讓所有的列線處于低電平，很明顯，按鍵所在的行電平將被接成低電平，根據此行電平的變化，便能判定此行一定有按鍵被按下。但還不能確定是鍵 3被按下，因為如果鍵 3不被按下，而同一行的鍵 2、 1或 0之一被按下，均會產生同樣的效果。所以，行線處于低電平只能得出某行有按鍵被按下的結論。為進一步判定到底是哪一列的按鍵被按下，可采用掃描法來識別。 即在某一時刻只讓 1 條列線處于低電平，其余所有列線處于高電平。當第一列為低電平，其余各列為高電平時，因為是鍵 3 被按下，所以 1 行仍處于高電平狀態(tài)；而當第二列為低電平，其余各列為高電平時，同樣我們會發(fā)現(xiàn)第 1行仍處于高電平狀態(tài)；直到讓第 4列為低電平，其余各列為高電平時，因為此時 3 號鍵被按下，所以第一行的電平將由高電平轉換到第 4 列所處的低電平，據此可以判斷第 1行第 4列的交叉點處的按鍵，即 3號鍵被按下。 根據上面的分析，很容易想到識別鍵盤有無鍵盤被按下的方法，此方法分 2 步進行： 16 第 1 步，識別鍵盤有無鍵被按下；第 2 步，如有 鍵盤被按下，識別出具體的按鍵。分別介紹如下： 首先把所有的列線均置為低電平，檢查各行線是否有變化，如果有變化，則說明有鍵被按下，如果沒有變化，則說明無鍵被按下。 其次先把某一列置低電平，其余各列置為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行線為低電平，則可確定此行此列交叉點處的按鍵被按下。 (2)鍵盤的工作方式 單片機應用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是單片機的工作內容之一。單片機在忙于各項工作任務時，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。鍵盤工作方式的選取應根據實際應用系統(tǒng)中 作的忙、閑情況而定。其原則是既要保 證能及時響應按鍵操作，又不要過多的占用 常鍵盤工作方式有三種：編程掃描、定時掃描、中斷掃描。 11 1)編程掃描方式 這種方式就是只有當單片機空閑時，才調用鍵盤掃描子程序，反復的掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數據，來響應鍵盤的輸入請求。圖為 1個 4 4矩陣鍵盤通過 8255擴展 I/9盤采用編程掃描方式工作， 8255的 位輸出逐行掃描信號， 輸入 4 位列信號，均為低電平有效。 8255 的 分別接于地址線 與 、 分別與 89R 和 相連。 1檢查 位狀態(tài)，若 ，則說明鍵盤無鍵按下；若不完全為 1，則說明鍵盤有可能有鍵按下。 2用軟件延時 10消除按鍵抖動的影響。確實有按鍵按下時，進行下一步。 3在鍵盤掃描子程序中，首先判斷鍵盤上有無鍵按下。其方法為 ，判斷按下鍵的行號。根據前面的介紹的方 法，逐列置 0 掃描，讀入行線的狀態(tài)，最后確定按鍵列號。 4等待按鍵釋放后，再進行按鍵功能的處理操作。 2)定時掃描的工作方式 單片機對鍵盤的掃描也可以采用定時掃描方式，即每隔一定的時間對鍵盤掃描一次。在這種掃描方式中，通常利用單片機內的定時器，產生 10定時中斷， 應定時器溢出中斷請求，對鍵盤進行掃描，在有鍵按下時識別出該鍵，并執(zhí)行相應鍵的處理功能程序。 3)中斷工作方式 為了進一步提高單片機掃描鍵盤的工作效率，可采用中斷掃描方式，即只有在鍵盤有按鍵按下時，才執(zhí)行鍵盤掃描程序并執(zhí)行該按鍵功能程序， 如果無按鍵按下，單片機將不理睬鍵盤。 鎖存器 74紹 本次設計選用的鎖存器為 74是一種帶有三態(tài)門的 8引腳如圖 3引腳說明如下： 8位數據輸入線。 8位數據輸出線。 17 據輸入鎖存選通引腳，高電平有效。當該信號為高電平時，外部數據選通到內部鎖存器，下降沿到來時，數據鎖存到鎖存器中。 當 “1” 時，鎖存器輸出端同輸入端；當 1” 變 “0” 時，數據輸入鎖存器中。 ： 輸出允許端 。 當 為 “0” 時，三態(tài)門打開；當 為 “1” 時，三態(tài)門關閉，輸出呈高阻狀態(tài)。 在 片機系統(tǒng) 中，常采用 74為地址鎖存器使用，其中輸入端 0 口，輸出端提供的是低 8 位地址， 接至單片機的 地址鎖存允許信號出允許端 接地，表示輸出三態(tài)門一直打開。 圖 3742732 存儲器芯片介紹 2732 的引腳介紹 址線引腳。地址線引腳的數目由芯片的存儲容量來定，用來進行單元選擇。 據線引腳。 選輸入端。 圖 32732的引腳 8 輸出允許控制端； 編程時，編程電壓（ +25V）輸入端