基于單片機的汽車數(shù)字里程表系統(tǒng)設(shè)計.doc

計算機控制技術(shù)課 程 設(shè) 計成績評定表設(shè)計課題 ： 基于單片機的汽車數(shù)字里程表系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級 ： 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號 ： 指導(dǎo)教師 ： 王黎 設(shè)計地點 ： 中原路校區(qū)2號樓421 設(shè)計時間 ： 2010.6.272010.7.3 指導(dǎo)教師意見：成績: 簽名： 年 月 日計算機控制技術(shù)課 程 設(shè) 計 課題設(shè)計名稱： 基于單片機的汽車數(shù)字里程表系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè) 班 級 ： 學(xué) 生 姓 名 ： 學(xué) 號 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 王黎 課程設(shè)計地點： 中原路校區(qū)2號樓421 課程設(shè)計時間： 2010.6.272010.7.3 學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號題 目基于單片機的汽車數(shù)字里程表系統(tǒng)設(shè)計課題性質(zhì)工程設(shè)計課題來源自擬指導(dǎo)教師王黎主要內(nèi)容（參數(shù)）本設(shè)計介紹一種基于單片機的智能電子里程表，該電子式里程表是一種數(shù)字式儀表，主要由車速表和里程表兩部分組成。包括系統(tǒng)輸入、單片機控制部分和系統(tǒng)輸出。其主要模塊有報警裝置，用來發(fā)生超速時作出報警；鍵盤輸入，用來切換6位LED顯示器的總里程和單班里程的顯示；光電傳感器，將車速的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號；顯示，總里程、單班里程以及車速的顯示；單片機以及EEPROM存儲器。任務(wù)要求（進度）第1天：熟悉課程設(shè)計任務(wù)及要求，針對課題查閱技術(shù)資料。第2天：確定設(shè)計方案。要求對設(shè)計方案進行分析、比較、論證，畫出方框圖，并簡述工作原理。第3 - 4天：按照確定的方案設(shè)計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計要有詳細(xì)論述。第5天：撰寫課程設(shè)計報告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計正確，篇幅不少于6000字。主要參考資料1 陳杰.黃鴻. 傳感器與檢測技術(shù). 北京：高等教育出版設(shè)，20022 朱玉璽.崔如春. 計算機控制技術(shù)技術(shù)M. 北京：電子工業(yè)出版社，20103 馮博琴.吳寧. 微型計算機原理與接口技術(shù) 北京：清華大學(xué)出版社， 20074 劉燦軍. 實用傳感器M. 北京：國際工業(yè)出版社， 20045 黃遵熹. 單片機原理接口與應(yīng)用M. 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社， 2000審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日計算機控制技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書摘 要隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子式里程表得以廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在很多轎車儀表已經(jīng)使用電子車速里程表，本設(shè)計介紹一種基于單片機的智能電子里程表。該電子式里程表是一種數(shù)字式儀表，主要由車速表和里程表兩部分組成，其傳感器采用無接觸測量的光電傳感器。它不僅可顯示車輛行駛的總里程，也可顯示一段時間的階段里程，還可顯示車速，以及實現(xiàn)超速報警等功能。它的實現(xiàn)方式是，通過安裝在汽車轉(zhuǎn)軸上的測量盤，用光電式轉(zhuǎn)速傳感器檢測轉(zhuǎn)速的脈沖信息，在脈沖狀態(tài)下，將轉(zhuǎn)速的變化轉(zhuǎn)換成光通量的變化，再通過光電轉(zhuǎn)換元件將光通量的變化轉(zhuǎn)換成電量的變化，接著通過頻率測量電路將脈沖信號輸入到單片機中，然后依據(jù)電量與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量，再通過計算，從而得出里程、車速的信息，并由LED顯示器顯示出來。并且該電子式里程表累積的里程數(shù)字存儲在非易失性的EEPROM存儲器內(nèi)，在無電狀態(tài)下數(shù)據(jù)也能保存。關(guān)鍵詞：AT89S51單片機；里程表；光電傳感器；LED顯示器；存儲器 目錄1引言32 總體方案設(shè)計32.1控制器的選擇32.2傳感器的選擇32.3鍵盤模塊的選擇52.4顯示模塊的選擇52.5存儲模塊的選擇63 硬件各單元電路設(shè)計73.1 傳感器的設(shè)計73.2 單片機與光電傳感器的接口設(shè)計83.3 單片機與外部存儲器的接口設(shè)計93.4 單片機與超速報警電路的接口設(shè)計103.5 單片機與鍵盤和7段顯示器的接口設(shè)計104 系統(tǒng)軟件設(shè)計114.1 脈沖測量部分134.2 鍵盤輸入部分134.3 數(shù)據(jù)處理部分144.4 存儲器部分144.5 超速報警部分154. 6 顯示部分16總結(jié)18參 考 文 獻19附 錄201引言隨著經(jīng)濟的全球化,國外汽車零部件廠商也大舉進入中國參與競爭。電子式儀表及新型傳感器是各類車型汽車的首選配套產(chǎn)品，通用性好，市場前景廣闊。目前國外汽車車速里程表已廣泛采用電子式機芯結(jié)構(gòu)，而國內(nèi)汽車儀表一直是機械式車速里程表的天下，少數(shù)采用動圈式電子儀表。一般汽車的常規(guī)儀表有車速里程表、轉(zhuǎn)速表、機油壓力表、水溫表、燃油表、充電表等。儀表盤中最常用的是車速里程表，目前很多轎車儀表已經(jīng)使用電子車速表，它通過變速器上的速度傳感器獲取信號，通過脈沖頻率的變化使指針偏轉(zhuǎn)或者顯示數(shù)字。隨著汽車電子半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，多功能、高精度、高靈敏度、讀數(shù)直觀的電子數(shù)字顯示及圖像顯示的儀表已不斷應(yīng)用于汽車。本作品利用安裝在汽車轉(zhuǎn)軸上的測量盤，由光電傳感器輸出采樣脈沖，采取單片機控制，用一個六位LED數(shù)碼管和一個四位LED數(shù)碼管作為顯示設(shè)備，從而得出里程、車速的信息。在里程信息的存儲功能上，采用了新型轎車中廣泛使用的串行EEPROM芯片24C16。該電子式里程表以AT89S51單片機為核心，由系統(tǒng)輸入、單片機部分和系統(tǒng)輸出組成。其主要模塊有報警裝置、鍵盤輸入、光電傳感器、顯示、單片機以及EEPROM存儲器。其系統(tǒng)組成框圖如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)組成框圖單片機控制模塊是該作品的重要組成部分。為了提高單片機的使用效率，以及可以實現(xiàn)在線編程，而采用了AT89C51單片機的升級產(chǎn)品AT89S51單片機。當(dāng)電源正常供電時給電容器充電，電源掉電時，利用電容器電流將單片機中的數(shù)據(jù)寫入EEPROM中。超速報警部分本作品采用了簡單的軟件設(shè)計，由程序產(chǎn)生，鈴聲是為了達(dá)到提示的目的，因此，選用了一個簡單的蜂鳴器，通過軟件定時產(chǎn)生的嘀嘀聲作為提示音，并且接一個紅色的發(fā)光二極管，使報警效果更加理想。在車速里程顯示方面，本作品采用了常用的6位共陽極LED顯示器，通過按鍵的轉(zhuǎn)換以及對單片機的軟件編程，可在一個6位共陽極LED顯示器中實現(xiàn)系統(tǒng)總里程和單班里程的顯示，而車速則通過另一個4位的共陽極LED顯示器實時顯示。而本系統(tǒng)的車速脈沖采樣部分，采用了非接觸式的高靈敏度光電傳感器，它有利于提高脈沖測量的精度，并提高了系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)用時將測量盤固定在車輛的轉(zhuǎn)軸上，再通過光電傳感器來測量。根據(jù)電子式里程表的具體設(shè)計要求：（1）顯示車輛行駛的總里程，用6位LED顯示；（2）顯示一段時間的階段里程，用6位LED顯示；（3）顯示車速，用4位LED顯示；（4）實現(xiàn)超速報警；本作品設(shè)計的電子式里程表擁有以下單元功能模塊：（1）光電傳感器的脈沖信號檢測與轉(zhuǎn)換；（2）超速報警功能；（3）里程信息存儲功能；（4）車速和里程的LED顯示功能；根據(jù)電子式里程表的一些基本要求，從而結(jié)合實際情況對具體的單元功能模塊作軟件或硬件上的不同分工，具體如下：在車輛轉(zhuǎn)軸上安裝的光電傳感器的脈沖檢測單元必須使用具體硬件電路來實現(xiàn)。鍵輸入和鍵處理、脈沖記數(shù)處理等功能模塊使用軟件編程方式要比硬件電路簡單得多，實現(xiàn)也很容易。超速報警、里程信息存儲、車速和里程的LED顯示都采用硬件電路和軟件編程相結(jié)合的方式。其中超速報警采用一個蜂鳴器和一個紅色發(fā)光二極管的報警方式，通過單片機的軟件中斷請求，實現(xiàn)蜂鳴器的嘀嘀聲及發(fā)光二極管的閃爍顯示。2 總體方案設(shè)計2.1控制器的選擇本系統(tǒng)使用了單片機AT89S51，它是AT89C51的升級產(chǎn)品，能實現(xiàn)在線編程。單片機AT89S51是由ATMEL公司生產(chǎn)的51單片機。 AT89S51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外部中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，AT89S51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 2.2傳感器的選擇轉(zhuǎn)速是指每分鐘內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。機械式轉(zhuǎn)速儀和電模擬式測速儀已經(jīng)無法滿足自動化程序日益提高的需要，它們只能測量精度不高的轉(zhuǎn)速，而且輸出不能直接供計算機使用，因此，非接觸式的光電數(shù)字轉(zhuǎn)速儀表就越來越廣泛地得到應(yīng)用。光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此在檢測和控制領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。 經(jīng)過比較，由于光電傳感器的結(jié)構(gòu)簡單、可靠、測量精度高等優(yōu)點，因而本設(shè)計中選用了光電傳感器。光電傳感器的選擇光電傳感器的類型按照光電傳感器中光電元件輸出電信號的形式可以將光電傳感器分為模擬式和脈沖式兩大類。 (1)模擬式光電傳感器 這種傳感器中光電元件接受的光通量隨被測量連續(xù)變化，因此，輸出的光電流也是連續(xù)變化的，并與被測量呈確定的函數(shù)關(guān)系。 (2)脈沖式光電傳感器 在這種傳感器中，光電元件接受的光信號是斷續(xù)變化的，因此光電元件處于開關(guān)工作狀態(tài)，它輸出的光電流通常是只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的脈沖形式的信號，多用于光電計數(shù)和光電式轉(zhuǎn)速測量等場合。通過兩種形式的光電傳感器比較，我選用了脈沖式光電傳感器，因其多用于光電計數(shù)和光電式轉(zhuǎn)速測量等場合。脈沖式光電轉(zhuǎn)速傳感器從光路系統(tǒng)看，有透射式和反射式兩種。（1）透射式光電傳感器這種儀表的測量盤裝在被測轉(zhuǎn)軸上，在它旁邊裝有不動的讀數(shù)盤。測量盤沿外緣圓周源射來的光線就將照射到光敏元件上一次，這個光脈沖將引起光敏元件的輸出電脈沖，在孔數(shù)一定時，該列電脈沖數(shù)就和轉(zhuǎn)速成正比。電脈沖經(jīng)測量電路整形放大后再送入頻率計計數(shù)和顯示，經(jīng)核算或標(biāo)定后，就可以得到一個便于測量計刻有等距徑向透明光縫，在讀數(shù)盤上刻有同樣間距的透光縫隙，當(dāng)測量盤隨被測軸一起轉(zhuǎn)動時，每轉(zhuǎn)過一個縫隙，由光數(shù)的信號，此時被測轉(zhuǎn)速為n= f/N式中f測得的脈沖頻率；N每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，它等于圓周上之縫數(shù)。（2）反射式光電傳感器在轉(zhuǎn)軸上不便于安裝測量轉(zhuǎn)盤時，還可以采用在測量轉(zhuǎn)軸上加反射鏡的方法。只有光線入射時，轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一周就有數(shù)次光反射作用。再用簡單光學(xué)系統(tǒng)將反射光投到光敏元件上，就可以輸出相應(yīng)的電脈沖。其它部分與透射式一樣，通過測脈沖頻率就可以求出轉(zhuǎn)速。反射式轉(zhuǎn)速表使用方便，它不給轉(zhuǎn)軸帶來附加載荷，可以在距被測物數(shù)十毫米外非接觸地測量其轉(zhuǎn)速，但要求轉(zhuǎn)軸不能太細(xì)，便于貼反射鏡，它適于測量的轉(zhuǎn)速范圍為30-4.8r/min。通過比較，可知透射式光電傳感器比反射式光電傳感器的測量精度高，因而本設(shè)計中我采用了透射式光電傳感器，并且采用了60條縫隙的測量盤。經(jīng)過比較，本系統(tǒng)采用了透射式光電測速脈沖整形電路。每當(dāng)安裝在汽車轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)測量盤上的長方孔與光電傳感器上的透光孔重合，則光敏三極管受光而通過電流，使三極管飽和導(dǎo)通，故用于脈沖整形的施密特觸發(fā)器CD4093輸出高電平，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)至透光孔被遮時，CD4093輸出低電平。隨著圓盤不停地轉(zhuǎn)動，CD4093便輸出脈沖序列。測出輸出脈沖個數(shù)，結(jié)合圓盤每一周的孔數(shù)，使可算出轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，進而可算出車輛的行駛速度。2.3鍵盤模塊的選擇單片機系統(tǒng)所用的鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。編碼鍵盤是只要按下它的某一個鍵，就能產(chǎn)生這個鍵的代碼，與此同時還產(chǎn)生一個脈沖信號，以通知CPU接收鍵碼。編碼鍵盤使用方便，也不用編寫太復(fù)雜的程序。但硬件電路復(fù)雜，比非編碼簡易鍵盤成本要高。非編碼鍵盤也稱簡易鍵盤，它的按鍵是排列成行、列矩陣形式的。按鍵的作用只是簡單地實現(xiàn)接點的接通或斷開，因此必須有一套相應(yīng)的程序與之配合，才能產(chǎn)生相應(yīng)的鍵碼，它基本上不需要附加什么硬件電路。但需要通過軟件來解決按鍵的識別、防抖動以及如何產(chǎn)生鍵碼的問題。本系統(tǒng)的鍵盤輸入部分，采用了2個功能鍵，用這2個鍵既可以選擇6位LED顯示器顯示是單班里程還是總里程。為了節(jié)約成本，本作品選用簡易鍵盤即兩個按鍵開關(guān)來實現(xiàn)車速與里程的轉(zhuǎn)換顯示。2.4顯示模塊的選擇單片機所用的顯示有LED和LCD兩種，從設(shè)計的難度和成本造價來說LCD都要高于LED。液晶顯示器LCD的最大優(yōu)點是電源電壓低和功耗低，但液晶為非發(fā)光型物質(zhì)，它是利用外界光源的被動式顯示器件，環(huán)境越明亮顯示越清晰，不能用于暗處。壽命與使用條件有關(guān)，強光下使用壽命會減小。此外，它的響應(yīng)速度較低（在10-200ms范圍），這就限制了它在快速系統(tǒng)中的應(yīng)用。LED 數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，一個LED數(shù)碼管可用來顯示一位0-9十進制數(shù)和一個小數(shù)點，在小型專用微機系統(tǒng)和單板機等場合，它是主要的顯示器件，在通用微機系統(tǒng)中，也常用來作為狀態(tài)等顯示。對于共陽極顯示器，要點亮的顯示段引腳需接低電平“0”。本作品要顯示的是總里程、單班里程以及車速，為數(shù)字顯示。基于液晶顯示器的成本以及在實際應(yīng)用中的需要，因此，本作品選用了由LED組成的共陽極7段發(fā)光顯示器，它有簡單、經(jīng)濟、易于與單片機接口等優(yōu)點。2.5存儲模塊的選擇此部分是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一，它的工作情況直接決定了系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全保存的可靠性。EEPROM是電可擦除可編程只讀存儲器。在平常情況下，EEPROM與EPROM一樣是只讀的，需要寫入時，在指定的引腳加上一個高電壓即可寫入或擦除，而且其擦除的速度極快。經(jīng)過翻閱大量的文獻資料，發(fā)現(xiàn)使用串行EEPROM芯片作為本系統(tǒng)的外部存儲器，是比較常用的一種方法，而且在做電路板時布線簡單，單片機編程時也穩(wěn)定可靠，當(dāng)失電時數(shù)據(jù)能得以安全的保存，因而采用了串行EEPROM芯片24C16。本系統(tǒng)所用的24C16是美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是內(nèi)含2K8位存儲空間，具有工作電壓寬（2.5-5.5V）、擦寫次數(shù)多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點。24C16的1、2、3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在AT89S51試驗開發(fā)板上它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負(fù)電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向I2C總線串行傳送，在AT89S51試驗開發(fā)板上和單片機的P1.4連接。第6腳SCL為串行時鐘輸入線，在AT89C51試驗開發(fā)板上和單片機的P1.3連接。SDA和SCL都需要和正電源間各接一個10K的電阻上拉。第7腳需要接地。24C02中帶有片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達(dá)8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。3 硬件各單元電路設(shè)計3.1 傳感器的設(shè)計汽車開動后，監(jiān)測傳感器對汽車轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動進行采樣，將脈沖采樣信號輸入到單片機管腳，單片機的定時計數(shù)器T1工作于計數(shù)器方式，累計脈沖個數(shù)，根據(jù)一段時間內(nèi)的脈沖個數(shù)和車輪的大小，就可以由單片機計算出運行的速度和公里數(shù)，并驅(qū)動顯示器進行顯示。測量盤上具有相同間距的縫隙，當(dāng)測量盤轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)過一條縫隙，光線便產(chǎn)生一次明暗變化，使光敏元件感光一次，用這種結(jié)構(gòu)可以大大增加轉(zhuǎn)盤上的縫隙數(shù)，因此使每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)相應(yīng)地增加。光電傳感器的脈沖整形電路施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用很廣。施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。而且由于具有滯回特性，所以抗干擾能力也很強。它可用于波形變換、脈沖整形以及脈沖幅度鑒別。根據(jù)以上施密特觸發(fā)器的應(yīng)用特性，因而用施密特觸發(fā)器作為本系統(tǒng)的主要脈沖整形元件。圖3-1是本系統(tǒng)所采用的透射式光電測速脈沖整形電路圖。每當(dāng)旋轉(zhuǎn)圓盤上的長方孔與光電開關(guān)上的透光孔重合，則光敏三極管受光而通過電流，使三極管飽和導(dǎo)通，故施密特觸發(fā)器CD4093輸出高電平，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)至透光孔被遮時，CD4093輸出低電平。隨著圓盤不停地轉(zhuǎn)動，CD4093便輸出脈沖序列。測出輸出脈沖個數(shù)，結(jié)合圓盤每一周的孔數(shù)，使可算出旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角。圖中的CD4093用于脈沖整形。 圖3-1 透射式光電測速脈沖整形電路圖3.2 單片機與光電傳感器的接口設(shè)計單片機測量頻率有兩種方法：測頻法和測周期法。測量頻率就是在單位定時時間里對被測信號脈沖進行計數(shù)；測量周期是在被測信號周期時間里對其一基準(zhǔn)時鐘脈沖進行計數(shù)。測周期法常用于脈沖頻率較低的場合，所以在本系統(tǒng)中我采用了測頻法。測量頻率最簡單的方法是將被測信號整形為脈沖，然后連接到單片機的定時器/記數(shù)器（T/C）的外部脈沖輸入端，本系統(tǒng)中將被測信號脈沖AT89S51的T1端?？蓪T89S51的一個T/C0用作定時器，另一個T/C1用作計數(shù)器。在T/C0定時時間里，由T/C1對頻率脈沖進行計數(shù)。T/C1的計數(shù)值是單位定時時間里的脈沖個數(shù)。但應(yīng)注意如下問題：（1）由于AT895S51對輸入T/C的外部脈沖計數(shù)，是通過在每個機器周期的第10個時鐘周期對輸入端T1采樣，故需要兩個機器周期（等于24個時鐘周期）識別一個脈沖的負(fù)跳變，每識別到一個脈沖的負(fù)跳變將計數(shù)器加1。（2）在定時記數(shù)時會出現(xiàn)丟失脈沖的情況。第一個脈沖的丟失，是由于開始檢測時脈沖寬度已小于機器周期T；第二個脈沖丟失是由于脈沖的負(fù)跳變在定時之處出現(xiàn)。定時時間里出現(xiàn)脈沖丟失，將引起測量精度降低。脈沖頻率越低，這種誤差越大。為解決第一個脈沖的丟失，可用門電路實現(xiàn)記數(shù)開始與脈沖上升沿的同步控制。圖3-2是用AT80S51的T/C0作定時器，T/C1作計數(shù)器，對頻率測量的接口電路。 圖3-2 帶同步控制的頻率測量接口控制時，首先由P1.6發(fā)一個清0負(fù)脈沖，使U1、U2兩個D觸發(fā)器復(fù)位，其輸出封鎖與門G1和G2。接著由P1.5發(fā)一個啟動正脈沖,其有效上升沿使Q1=1，門G1被開放，使被測脈沖得以通過門G1，使Q2置為1，從而將門G2打開。之后，被測脈沖上升沿通過G2送T1計數(shù)；同時Q2輸出的高電平使INT0=1，定時器0的門控GATE有效，啟動T/C0開始定時。直到定時結(jié)束時，從P1.6發(fā)出一個負(fù)脈沖，將U2清零，從而封鎖G2，使T/C1停止計數(shù)，至此一次頻率采樣過程結(jié)束。3.3 單片機與外部存儲器的接口設(shè)計本系統(tǒng)采用的是串行EEPROM芯片24C16，24C16的13腳分別為器件編址端A0、A1、A2（用于與系統(tǒng)中的同類器件編碼），4腳為電源地，5腳為I2C總線的數(shù)據(jù)線SDA，在系統(tǒng)中與單片機的P1.3口相接，6腳為I2C總線的時鐘SCL，在系統(tǒng)中與單片機的P1.4口相接，7腳為測試輸入端，在系統(tǒng)中接地，8腳為電源。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；當(dāng)SCL線為高電平時，SDA線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)椤敖Y(jié)束”信號。在5腳SDA，6腳SCL上分別接兩個10K的上拉電阻，并外接了一個瓷介電容，當(dāng)電源正常供電時給電容器充電，電源掉電時，利用電容器電流將單片機中的數(shù)據(jù)寫入EEPROM中。3.4 單片機與超速報警電路的接口設(shè)計本部分采用一個蜂鳴器和一個紅色發(fā)光二極管與單片機的P1.0口相接的報警實現(xiàn)方式，。若實時的車速值與單片機設(shè)定的最大車速值相比較，當(dāng)車速值大于最大車速值時，通過單片機的軟件中斷請求，以1秒鐘為周期，從而實現(xiàn)P1.0口高低電平的通斷。當(dāng)P1.0口為高電平時，輸出正5V的電壓，使紅色發(fā)光二極管得以導(dǎo)通。而且電流由另一條通路使NPN三極管導(dǎo)通，射極輸出電流驅(qū)動蜂鳴器工作。當(dāng)P1.0為低電平時，則不能使紅色發(fā)光二極管和NPN三極管導(dǎo)通，因而不能工作。正因為P1.0口高低電平的通斷作用，實現(xiàn)蜂鳴器的嘀嘀聲及發(fā)光二極管的閃爍顯示，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)超速報警的功能。其電路圖如下圖3-4所示： 圖3-4 超速報警電路圖3.5 單片機與鍵盤和7段顯示器的接口設(shè)計本系統(tǒng)的鍵盤輸入部分，采用2個功能鍵，用這2個鍵，既可以選擇顯示是單班里程還是總里程。本系統(tǒng)采用的是常見的按鈕開關(guān)。開關(guān)的接入方法是先將按鈕開關(guān)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬰娖剑缓罂芍苯咏拥絾纹瑱C的某一條I/O線。但由于機械開關(guān)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時有信號的抖動，故在接入開關(guān)的同時，必須考慮防抖動的問題。其圖3-5如下所示： 圖3-5 鍵盤輸入電路圖而七段LED顯示器一般都是同時使用幾個LED顯示器，它有兩種連用方法：一是每一位都用各自的8位輸出口控制，在顯示某一字符時，相應(yīng)的段恒定發(fā)光或不發(fā)光，這種顯示方法屬于靜態(tài)顯示，它占用較多的I/O口線。二是動態(tài)顯示，即將多個7段LED的段選端復(fù)接在一起，只用一個8位輸出控制段選，段選同時加到各個7段LED顯示器上，通過控制各個顯示器公共陽極/陰極輪流接電/接地的方法，逐一輪流地啟動各個LED。這種方法中，只要恰當(dāng)?shù)剡x擇點亮?xí)r間和時間間隔，就會給人以為是各位LED同時顯示的假象。這里使用了一個6位和一個4位動態(tài)顯示的共陽極數(shù)碼管顯示器。其中LED顯示器的段選碼都由單片機的P0口連接控制，4位LED顯示器的位選碼由單片機的P2.6和P2.7口通過譯碼器74LS139控制，譯碼器74LS139對單片機的P2.6和P2.7口分時選。74LS139是一個2-4譯碼器，它將單片機輸出的地址信號譯碼后動態(tài)驅(qū)動相應(yīng)的LED。但74LS139的電流驅(qū)動能力較小，為此，使用了末級驅(qū)動PNP三極管C9015作為地址驅(qū)動。而6位LED顯示器的位選碼，則由單片機的P2.0至P2.5口控制。再通過軟件編程，從而控制各自的7節(jié)LED是否被點亮。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)的主程序流程如圖4-0所示。 圖4-0 系統(tǒng)主程序流程圖 本系統(tǒng)的控制、運算和管理功能都要通過軟件設(shè)計來完成，本系統(tǒng)采用模塊式設(shè)計技術(shù)來進行軟件設(shè)計，整個軟件在功能上可分為初始化模塊，鍵輸入和鍵處理模塊，脈沖計數(shù)處理模塊，顯示模塊，段碼表子程序塊，存儲模塊。AT89S51單片機硬件中斷人口地址為0013H，并且在這里按鍵輸入、顯示子程序和脈沖計數(shù)均用到了T/C(計時/計數(shù)器)中斷功能。系統(tǒng)的初始化，除了分配一些功能寄存器、定義一些常量、設(shè)置AT89S51單片機的輸人輸出口的工作模式外，還要將24C16設(shè)置為串行傳輸模式，清除P0、P2、P1 3個口的寄存器以及接收號碼計數(shù)器等一些功能寄存器及開中斷等。下面，就各單元功能模塊分別進行說明。4.1 脈沖測量部分由于脈沖測量過程中，開始檢測時脈沖寬度已小于機器周期T，因而會導(dǎo)致脈沖的丟失。為了避免脈沖的丟失，可用門電路實現(xiàn)記數(shù)開始與脈沖上升沿的同步控制。所以在控制時，首先由P1.6發(fā)一個清0負(fù)脈沖，其輸出封鎖與門G1和G2。接著由P1.5發(fā)一個啟動正脈沖，從而將門G2打開。之后，被測脈沖上升沿通過G2送T1計數(shù)；同時Q2輸出的高電平使INT0=1，定時器0的門控GATE有效，啟動T/C0開始定時。圖4-1 脈沖測量部分流程圖4.2 鍵盤輸入部分這個部分是比較簡單的一個部分，鍵盤輸入部分采用2個功能鍵，用這2個鍵既可以選擇顯示是單班里程還是總里程。由于機械開關(guān)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時有信號的抖動，故在接入開關(guān)的同時，必須考慮防抖動的問題。鍵盤分析 程序應(yīng)包括：是否有鍵按下以及識別哪個鍵按下。一旦找到某鍵，是否按下此鍵，即可將程序轉(zhuǎn)到該鍵的功能程序段。本單元采用了單片機的P1.1和P1.2口，通過外接兩個按鍵開關(guān)，從而控制一個6位LED顯示器的總里程和單班里程的顯示。圖4-2 鍵盤輸入部分流程圖4.3 數(shù)據(jù)處理部分本系統(tǒng)中采用t=1S，P=60，則C=N；取P為60時，則在1S內(nèi)可測量1r/min單位的轉(zhuǎn)速。而要從轉(zhuǎn)速算出車速值和里程值，就要知道輪胎的規(guī)格，得出輪胎外直徑，從而獲得輪胎的周長。根據(jù)輪胎的ISO國際標(biāo)準(zhǔn)，可知：輪胎規(guī)格的ISO表示方法為：A B C D E F G 其含義為： A：斷面寬。B：高寬比（斷面高除以斷面寬乘以100%）。C：輪胎結(jié)構(gòu)代號。 D：內(nèi)輪轂直徑。E：單胎負(fù)荷指數(shù)。F：雙胎負(fù)荷指數(shù)。G：速度符號。如輪胎規(guī)格：195/65 R15 91 V，本設(shè)計中由于不涉及A、E、F、G，所以沒有提及輪胎外直徑的計算公式：（斷面寬X高寬比%X2）+（內(nèi)輪轂直徑X25.4）4.4 存儲器部分存儲器部分主要解決單片機的里程數(shù)據(jù)的保存，因而要處理好24C16的字節(jié)讀寫問題。當(dāng)24C16的時鐘線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；當(dāng)SCL線為高電平時，SDA線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)椤敖Y(jié)束”信號。開始和結(jié)束信號都是單片機產(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)束信號以后的一段時間內(nèi)，總線被認(rèn)為是空閑的。對于24C16的數(shù)據(jù)傳送，在24C16的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)后面必須跟一個認(rèn)可位（第9位），也叫應(yīng)答位（ACK）。每次都是先傳最高位，通常從單片機上接收到每個字節(jié)后都會做出響應(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)，單片機可繼續(xù)傳送。圖4-4 存儲器部分流程圖4.5 超速報警部分當(dāng)車速值大于最大車速值時，通過單片機的軟件中斷請求，以1秒鐘為周期，實現(xiàn)蜂鳴器的嘀嘀聲及發(fā)光二極管的閃爍顯示。當(dāng)車速值回落到最大車速值以下時，則通過單片機控制，關(guān)閉超速報警。本超速報警部分采用內(nèi)部T0計數(shù)，外部輸入脈沖，使LED以1s周期閃爍，蜂鳴器以1s周期發(fā)出嘀嘀聲，由P1.0輸出信號。采用一個蜂鳴器和一個紅色發(fā)光二極管與單片機的P1.0口相接的報警實現(xiàn)方式，光電傳感器檢測汽車轉(zhuǎn)軸的脈沖信號，并經(jīng)過頻率測量電路，輸入到單片機的T1口，通過單片機的T1口記數(shù)，由單片機進行數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)換成車速值。這時的車速值與單片機設(shè)定的最大車速值相比圖4-5 超速報警流程圖4. 6 顯示部分本功能模塊主要是完成LED的動態(tài)顯示，而動態(tài)掃描的頻率有一定的要求，頻率太低，LED將出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。如頻率太高，由于每個LED點亮的時間太短，LED的亮度太低，肉眼無法看清，所以一般均取幾個ms左右為宜，這就要求在編寫程序時，選通某一位LED使其點亮并保持一定的時間，程序上常采用的是調(diào)用延時子程序。在C51指令中，延時子程序是相當(dāng)簡單的，并且延時時間也很容易更改。動態(tài)顯示子程序的設(shè)計要點： （1）建立顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)存放待顯示數(shù)字，字符在字型編碼表中的序號；（2）軟件譯碼利用查表方法獲得字型編碼(段選碼)；（3）位掃描輸出采用移位方法逐位點亮LED顯示器；（4）延時子程序控制點亮?xí)r間和時間間隔。 本系統(tǒng)的顯示程序設(shè)計成子程序的形式，每調(diào)用一次，可以將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)顯示一次，每個字符顯示時間為10ms，為了使顯示的字符穩(wěn)定下來，必須反復(fù)調(diào)用