單片機測速儀的設計 精品.doc

題目：基于單片機的測速器設計1.緒論1.1 課題研究背景及意義近年來隨著科技的飛速本設計是發(fā)展，為了克服傳統(tǒng)模擬車速顯示儀表顯示數(shù)不準確及沒有超速提示的缺點，數(shù)字化儀表迅速的進入汽車儀表行業(yè)，成為一種趨勢，本文從駕駛員自身安全角度出發(fā)，設計了一種檢測車輛超速的報警系統(tǒng)。該報警系統(tǒng)允許駕駛員通過自帶鍵盤設置本車輛安全行駛的最高速度 當車輛處于行駛狀態(tài)中，該系統(tǒng)通過速度傳感器時刻監(jiān)測機動車輛。并通過LED顯示車輛的實際車速和用戶設置的安全參數(shù)當發(fā)現(xiàn)車輛速度超過駕駛員設置的最高值時，蜂鳴器開始報警，警告燈不斷閃爍，提醒駕駛員減速。達到防患于未然的目的。單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用。此設計就是一種利用8051單片機對機動車超速行駛情況進行蜂鳴報警和燈光報警的系統(tǒng)。該系統(tǒng)結構簡單，可靠性高，操作方便，可廣泛應用于摩托車、汽車等機動車輛。1.2 課題研究的內容本文要求設計一個具有數(shù)字顯示功能的單片機系統(tǒng),實現(xiàn)車輛當前速度輸出，當達到所設定的速度上限時并報警，以保證駕駛人員的人身安全。首先要進行系統(tǒng)的總體方案設計，在設計中一般應考慮以下幾點：(1) 遵循從整體到局部的設計原則。在過程中，應遵循從整體到局部的設計原則，把復雜難處理的問題分為若干個較為簡單的、容易處理的問題，分別加以解決。(2) 經(jīng)濟性要求。為了獲得較高的性能價格比，設計時不應盲目追求復雜高級的方案。在滿足性能指針的前提下，應盡可能采用簡單的方案，因為方案簡單意味著所用的元器件少，可靠性高，而且比較經(jīng)濟。(3) 可靠性要求。所謂可靠性是指產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的能力?？煽啃灾羔槼丝捎猛瓿晒δ艿母怕时硎就?，還可以用平均無故障時間、故障率、失效率或平均壽命等來表示。2.測速器的系統(tǒng)概論2.1 系統(tǒng)的主要功能軟件分為主程序、數(shù)據(jù)處理子程序、按鍵子程序、中斷服務子程序、LED數(shù)碼顯示子程序、聲光報警器報警程序等。主程序主要完成硬件初始化、子程序調用以及顯示、報警等功能。數(shù)據(jù)處理子程序主要完成監(jiān)測車輛速度即主要是計算出車輛的時速，為報警子程序提供參考數(shù)據(jù)；按鍵中斷子程序主要實現(xiàn)合法參數(shù)的輸入；報警子程序主要實現(xiàn)在車輛超速行駛狀態(tài)下發(fā)出報警信號，包括SPEAKER輸出子程序和警報燈的閃爍子程序；顯示子程序設計采用數(shù)字化顯示用戶設定的最高時速和車輛實際時速，用MAX7219芯片驅動LED進行動態(tài)顯示2.2 系統(tǒng)需求分析1. 利用霍爾傳感器產生里程數(shù)的脈沖信號。2. 對脈沖信號進行計數(shù)。實現(xiàn)：利用單片機自帶的計數(shù)器T1對霍爾傳感器脈沖信號進行計數(shù)。3. 對數(shù)據(jù)進行處理，要求用LED顯示里程總數(shù)和即時速度。實現(xiàn)：利用軟件編程，對數(shù)據(jù)進行處理得到需要的數(shù)值。最終實現(xiàn)目標：自行車的速度里程表具有里程、速度測試與顯示功能，采用單片機作控制，顯示電路可顯示里程及速度。2.3 測速器的工作流程對于本課題所研制的車速報警系統(tǒng)而言，其基本出發(fā)點就是利用現(xiàn)有工藝條件，采用現(xiàn)代計算機軟件處理技術，提高系統(tǒng)的精度等級和工作的穩(wěn)定性，拓展其功能，并賦予其智能化特征，使報警器不僅能夠及時準確地顯示車輛的當前速度信息，同時盡可能地減少不必要的人工操作，使報警能隨時隨地不間斷進行并保證報警的工作效率。有鑒于此，同時根據(jù)系統(tǒng)的要求，確定系統(tǒng)總設計方案如圖所示：搶答器工作流程圖如圖2-1所示YES開始初始化初始化T0關中斷按鍵輸入Vm聲光報警結束顯示計算車速開中斷接收傳感信號VVmYN 圖2-1 速度儀工作流程圖3總體設計方案3.1 單片機的選擇由于單片機的種類很多，在選擇單片機時要依據(jù)實際設計要求選擇合適的單片機。例如當設計僅僅需要一個單片機定時器那么選擇89C1051或89C2051即可，而不選擇89C52,因為后者的價格較高一些。當然若程序和數(shù)據(jù)區(qū)的要求較高那么選擇的單片機還要滿足程序空間的要求。表3-1 51和52的比較 數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器定時器中斷51系列128B4KB2552系列256B8KB38在本課題中，由于程序代碼生成的.HEX格式的文件大小可能大于4KB，所以選用52系列單片機，即選用ATMEL公司的AT89C52。3.1.1單片機的引腳功能介紹 AT89C52是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8K Bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（EPROM）和256 字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052產品引腳兼容，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大，AT89C52單片機適合于許多較為復雜控制場合應用。AT89C52提供以下標準功能：8K字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，3個16位定時/計數(shù)器，5個中斷源，一個全雙工串行通信口，片內具有振蕩器及時鐘電路。3.2測速器方案論證車速報警系統(tǒng)系統(tǒng)組成主要由單片機控制模塊、霍爾傳感器、LED數(shù)碼顯示器及聲光報警器組成。針對任務要求，我們發(fā)現(xiàn)此項設計在單片機接口芯片以及按鍵電路上有不同的選擇。因此，設計方案的比較主要對此展開。3.2.1方案的提出方案一：采取通過帶有I/O接口和計時器的靜態(tài)RAM8155芯片與設定速度的鍵盤電路，速度顯示電路，8155芯片具有256個字節(jié)的RAM，兩個8位、一個6位的可編程I/O口和一個14為計數(shù)器?；魻杺鞲衅饔脕懋a生脈沖方波，鍵盤輸入用來設定限制速度，當車速超過最大速度Vm時，聲光報警電路將發(fā)出報警信號。單片機外部中斷口接霍爾傳感器的輸出，車輪每轉一圈產生一次INT0中斷請求，單片機對INT0中斷請求的次數(shù)進行計數(shù)。并將在1秒內的計數(shù)值轉換成機動車的時速，送至顯示緩沖區(qū)以供顯示程序調用。具體算法如下：設單片機每秒計數(shù)值為n，即n r/s。設機車車輪的周長為d m，則機車的時速V=dn36km/h。硬件電路方框圖霍爾傳感器的輸出信號經(jīng)AT89C51的INT0口輸入并存儲在內部R0M 中，AT89C51外擴一片8155芯片，其PB口作為LED數(shù)碼管的段選線，PA4PA0作為LED的位選線和鍵盤的列線，PCO和PC1口作為鍵盤的行線，從而組成10個按鍵的鍵盤。AT89C51的P26口外接三極管放大器用來驅動聲光報警電路，P26不斷地輸出101010 的高低電平，驅動聲光報警電路報警。只要使聲光報警電路報警重復輸出256Hz及350Hz的叫聲各073s，便可以模擬警車的叫聲，產生警示作用。機車的上限速度Vm通過鍵盤設置并存儲起來。單片機檢測霍爾傳感器輸出的信息，計算出機車當前的速度v，并送LED顯示。當VVm時，控制聲光報警電路報警發(fā)出警示音。方案二：利用高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED驅動顯示器MAX7219及按鍵電路實現(xiàn)。MAX7219芯片用來顯示當前及設定速度，當速度超過最大速度Vm時，聲光報警電路發(fā)出報警，按鍵設定用來設定報警速度（最大速度Vm）。3.2.2方案的比較及確定方案一和方案二比較，方案一采用8155芯片使用單片機引腳較多，采用鍵盤電路較復雜，而且只能顯示當前速度，駕駛員對速度上限透明度不高，總體電路較復雜；方案二采用的MAX7219是一個高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED驅動顯示器，每片可驅動8位7段加小數(shù)點的共陰極數(shù)碼管，可以數(shù)片級聯(lián)，而與微處理器的連接只需3根線，且速度設定只需通過幾個按鈕實現(xiàn)即可，并且可以實時實現(xiàn)速度上限的增減，因而硬件電路簡單，人眼視覺效果好，可以方便的為駕駛員提供信息，易于實現(xiàn)維護，且MAX7219內部設有掃描電路，除了更新顯示數(shù)據(jù)時從單片機接收數(shù)據(jù)外，平時獨立工作，極大地節(jié)省了MCU有限的運行時間和程序資源。4.軟件設計4.1主程序流程圖圖4-1 主程序流程圖4.2按鍵分析模式鍵掃描部分：由于單片機掃描的速度很快，所以依次用if判斷每一個按鍵即可，當有一個按鍵被按下時實現(xiàn)對輸出信號變量賦值，同時跳出循環(huán)即可。按鍵功能分析功能鍵是控制系統(tǒng)功能的按鍵，由于電壓和電流都比較小所以選擇普通的按鈕開關，如型號為：TD-03B，可以滿足條件。功能鍵及對應的功能見表4-2：表4-2 功能鍵及對應功能序號字符功能1START開始2N左起3P加14E/C測速5PUSH暫停6USEING中斷7STOP停止4.3數(shù)碼管顯示電路速度設置鍵按下mode=1掃描減1、加1鍵修改個位mode=2掃描減1、加1鍵修改十位mode=0系統(tǒng)處于等待狀態(tài)按鍵測速按下 顯示當前速度 圖4-3 設置顯示時間數(shù)函數(shù)流程圖/顯示秒void display_S(uchar S)write_(0x80);write_date(0+S/10);write_date(0+S%10);/顯示分void display_F(uint F1,uint F2)write_(0x80+0x05);write_date(0+F1/100);write_date(0+F1/10%10);write_date(0+F1%10);write_date(0+F2/100);write_date(0+F2/10%10);write_date(0+F2%10);/顯示里程void display_LC(uint L1,uint L2,uint L3,uint L4)write_(0x80+0x40+0x01);write_date(0+L1%10);/顯示濕度write_date(0+L2/1000);write_date(0+L2/100%10);write_date(0+L2/10%10);write_date(0+L2%10);write_date(0+L3/1000);write_date(0+L3/100%10);write_date(0+L3/10%10);write_date(0+L3%10);write_date(0+L4/1000);write_date(0+L4/100%10);write_date(0+L4/10%10);write_date(0+L4%10);4.4速度比較與報警圖4-4速度比較與報警當手動按鍵測速未達到預先設置速度，顯示速度當手動按鍵測速超過預先設置速度，顯示并報警4.5測速程序分析/LCD寫命令void write_(uchar )rs=0;lcden=0;P0=;delay(1);lcden=1;delay(1);lcden=0;/LCD寫數(shù)據(jù)void write_date(uchar date)rs=1;lcden=0;P0=date;delay(1);lcden=1;delay(1);lcden=0;write_(0x38);write_(0x0c);write_(0x06);write_(0x01);write_(0x80);write_(0x01);write_(0x80);for(num=0;num16;num+)write_date(table0num);write_(0x80+0x40);for(num=0;num16;num+)write_date(table1num);計時器使用一個中斷計算每100毫秒的中斷輸出，所以在這種情況下，計時器程序計算的數(shù)字將是400，被除數(shù)是600000，結果是1500這就是每分鐘轉數(shù)。這些數(shù)字顯示在4位七段數(shù)碼管上。子過程UDIV32被調用，這是一個8051系列32位數(shù)字除以16位數(shù)字的標準過程。該測速儀的誤差為6000rpm+/-5rpm。5.Proteus和keil仿真5.1 proteus軟件的介紹及使用5.1.1什么是Proteus軟件Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設計與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設計，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機外圍電路，比如按鍵、LED、數(shù)碼管等等。通過Proteus仿真軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機實驗室。5.1.2 怎樣操作Proteus仿真軟件我使用的Proteus軟件是7.10版本的，仿真時只需在AT89C52單片機中加載Keil軟件生成的.HEX格式文件，即可啟動仿真。Keil仿真：(1)程序編譯（2）生成hex文件5.2測速器proteus軟件的仿真繪制搶答器的軟件仿真圖步驟分一下四步：（1）查找所需要的元器件；（2）根據(jù)電路圖進行連線；（3）是用來寫線所對應的坐標，即下圖所示的P11等坐標；（4）加載所寫完的C程序生成的.HEX文件即可以仿真。通過以上步驟，來實現(xiàn)搶答器設計的仿真實現(xiàn)，仿真如下圖所示：仿真開始時的仿真如圖6-1：圖5-1 開始時的proteus仿真圖測速器開始時用按鍵來調制速度上限的仿真如圖5-2： 5-2 設置速度上限的proteus仿真圖測速器開始按鍵測速仿真如圖5-3： 圖5-3 測速器按鍵測速的proteus仿真圖測速器速度超過速度上限的仿真如圖5-4： 圖5-4 測速器速度超過速度上限的proteus仿真圖6.實物制作6.1電路板焊接一般來說，造成硬件問題的首要問題就是焊接了，也就是說焊接的好與壞直接響產品的正常運行。造成焊接質量不高的常見原因是:焊錫用量過多,形成焊點的錫堆積；焊錫過少,不足以包裹焊點。冷焊。焊接時烙鐵溫度過低或加熱時間不足,焊錫未完全熔化、浸潤、焊錫表面不光亮(不光滑),有細小裂紋(如同豆腐渣一樣!)。夾松香焊接,焊錫與元器件或印刷板之間夾雜著一層松香,造成電連接不良。若夾雜加熱不足的松香,則焊點下有一層黃褐色松香膜；若加熱溫度太高,則焊點下有一層碳化松香的黑色膜。對于有加熱不足的松香膜的情況,可以用烙鐵進行補焊。對形成的黑膜,要吃凈焊錫,清潔被焊元器件或印刷板表面,重新進行焊接才行。焊錫連橋。指焊錫量過多,造成元器件的焊點之間短路。這在對超小元器件及細小印刷電路板進行焊接時要尤為注意。焊劑過量,焊點明圍松香殘渣很多。當少量松香殘留時,可以用電烙鐵再輕輕加熱一下,讓松香揮發(fā)掉,也可以用蘸有無水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊劑。焊點表面的焊錫形成尖銳的突尖。這多是由于加熱溫度不足或焊劑過少,以及烙鐵離開焊點時角度不當浩成的內。6.2電路板調試 最小系統(tǒng)的電路不工作，首先應該確認電源電壓是否正常。用電壓表測量接地引腳跟電源引腳之間的電壓，看是否符合電源電壓，常用的是5V左右。接下來就是檢測復位引腳的電壓是否正常，EA引腳的電壓要正常為5V左右。 如果補焊電源后最小系統(tǒng)還是不能工作，有可能是AT89C52單片機壞掉了，重新選擇一個AT89C52單片機焊接。如果是工作但是不能按需要的功能執(zhí)行，也可用更換AT89C52單片機方法調試，但在此之前可以選擇檢查對應的模塊是否有焊接問題，若沒有再進行更換。7.總結和展望7.1科研實踐總結本次課程設計是我到目前為止覺得最有意義也是收獲最大的一次實踐，可以說是有苦也有甜。身為電氣工程系的學生，設計是我們將來必須的技能。而這次課程設計恰恰給我們提供了一個應用自己所學知識的平臺。從通過理論設計，到確定具體方案，再到仿真軟件仿真，最后到調試電路、顯示結果。整個過程都需要我充分利用所學的知識進行思考、借鑒?？梢哉f，本次課程設計是針對前面所學知識進行的一次比較綜合的檢驗?？偟膩碚f，這次課程設計雖然很累，但非常充實。在這次實踐中，正確的思路是很重要的，只要設計思路是正確的，那么才有可能成功。因此我們在設計前必須做好充分的準備，認真查找詳細的資料，為我們設計的成功打下堅實的基礎。如果說前面的電路的理論設計是多么令人頭痛的事，那么安裝、調試過程則是一個考驗人的耐心的過程，對電路的安裝、分析調試要一步一步來，不能急躁。這次課程設計對以前學過的理論知識起到了很好的回顧作用，同時還彌補了之前對單片機知識的相關漏洞。剛開始，我對課程設計是一無所知，就連按照硬件圖來寫匯編程序，都是一個很大的問題。后來在范老師的耐心指導下，我終于知道了如何使用Proteus軟件，以及如何用visio繪圖工具欄來畫流程圖。在設計過程中，遇到了很多疑難點，通過組員的討論， 并在教師指導下，綜合運用所學知識，最終完成基于單片機的籃球比賽計時器設計。是一個24秒和3秒計時電路，并具有時間顯示的功能。 當然，要做好本次的課程設計，熟練地掌握課本上的理論知識是前提。而且這次的課程設計老師在驗收時還要求學生進行現(xiàn)場操作，答辯。這就更加促進了我們去認真的去完成這次課程設計，同時也只有這樣才能督促學生對設計中出現(xiàn)的問題進行一定的分析和調試。雖然這次課程設計過程中我們遇到了很多問題，比如說程序、流程圖以及Proteus的仿真，我們還不能如魚得水，還不是很熟練，經(jīng)常熬夜對程序進行修改和仿真調試，但是我仍然非常感謝有這么一個機會，老師的耐心指導也讓我們懂得了不少知識?？傮w來說，這次課程設計讓我受益匪淺。在摸索改如何設計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中培養(yǎng)了我的設計思維，增加了實際動手能力，在讓我體會到了設計電路的艱辛的同時，更讓我體會到了成功的喜悅.7.2對未來的展望單片機的應用還是很廣泛的，使用比較靈活，尤其是在對成本要求較為苛刻的地方，可以說在中國的社會主義初級階段時間里，單片機還是能夠占有一席之地的。經(jīng)過兩周的科研實踐，我深刻明白了理論知識與社會實踐相結合的道理，也得到了以前書本知識所不曾得到的知識，更加明白了如今信息時代電子技能知識的重要性。 本設計增強了我對單片機、C語言等技能方面的認識，掌握了分析、處理問題的方法、邏輯思維能力等基本技能的訓練，具有了一定程度的實際工作能力。 面對如此激烈的市場競爭體系，只有努力掌握好單片機知識方可在競爭中立于不敗之地，我對從事電子設計、C語言編程和研究產生了濃厚的興趣。希望自己以后能通過自己的不懈努力取得更大的進步。 從上述單片機計術的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢來看，可以認為單片機又一次進入了蓬勃發(fā)展的新高潮。而這一次發(fā)展高潮涉及的范圍更廣，技術更新更難，影響力和影響面也更寬，勢必對整個信息產業(yè)產生更加深遠的影響，也將對下一世紀的社會經(jīng)濟發(fā)展產生巨大影響，值得密切注視和研究。附錄2.元器件清單序號文字標號名稱數(shù)量規(guī)格型號備注1R1-R8電阻器81K2R9電阻器110k3R10電阻器14k4R11電阻器14k5C1 C2電容230PF無極性6C3 電容110uF無極性7U1單片機1AT89C527LCD顯示器1LMO16L8D1-D8二極管8LED-RED9SW1-SW8按鈕8TD-03B10START等按鈕8TD-03B11X1晶振1CRYSTA12VCC電源15V13Key1開關1控制電源3原理圖4.程序代碼（C語言）：/電機測速/宏定義#define uchar unsigned char#define uint unsigned int /頭函數(shù)聲明#include #include Lcd.h/光耦sbit GO=P33;/鍵盤定義sbit K=P12;/采集轉速完成標志uchar DOK=0;ucharDFOK=0;/時間/Suint time=0;/Fuint time_F=0;/電機轉速uint DZ1=0;uint DZ2=0;uint DZ3=0;uint DZ4=0;/uchar DZ_S=0;/每秒鐘圈數(shù)uchar QS=0;/每分鐘圈數(shù)uint QF1=0;uint QF2=0;void Init(void);/主函數(shù)void main()uchar i=0;/寄存器初始化Init();Init_LCD();while(1)if(DOK=1)DOK=0;time=0;display_S(QS);QS=0;if(DFOK=1)DFOK=0;time_F=0;display_F(QF1,QF2);QF1=0;QF2=0;display_LC(DZ1,DZ2,DZ3,DZ4);if(K=0)delay(100);while(K=0);DZ1=0;DZ2=0;DZ3=0;DZ4=0;QS=0;QF1=0;QF2=0;/初始化void Init(void)/定時器0開TMOD = 0x01;/50msTH0 = 0x3C;TL0 = 0x0B0;ET0 = 1;TR0 = 1;/總中斷開EA = 1;/T0計數(shù)器優(yōu)先級最高PT0=1;/低電平有效IT1=0;/外部中斷1開EX1=1; /外部中斷1void INT1_Init() interrupt 2DZ4+;if(DZ4=10000)DZ4=0;DZ3+;if(DZ3=10000)DZ3=0;DZ2+;if(DZ2=10000)DZ2=0;DZ1+;/數(shù)據(jù)讀取完畢if(DOK=0)QS+;/數(shù)據(jù)讀取完畢if(DFOK=0)QF2+;if(QF2=1000)QF2=0;QF1+;if(QF1=1000)QF1=0;/等待中斷結束while(GO=0);/T0計數(shù)器中斷void T0_Init() interrupt 1 /0初始化50ms TH0 = 0x4C; TL0 = 0x00; time+; time_F+; if(time=20&DOK=0)/1s轉速采集完畢 time=0;DOK=1; if(time_F=1200&DFOK=0)/1Fen轉速采集完畢 time_F=0;DFOK=1; /此函數(shù)提供與屏幕顯示相關的函數(shù)及聲明/管腳定義sbit rs=P27;sbit lcden=P26;/屏幕初始化/待機開始尋找溫濕度傳感器uchar code table0=00R/S 00000R/Min;uchar code table1= 0000000000000R ;/等待函數(shù)void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/LCD寫命令void write_(uc