【基于單片機的轉速表設計20000字（論文）】

基于單片機的轉速表設計摘要本設計主要研究以單片機為核心的電子式轉速表，此次設計可以比較簡潔的實現(xiàn)汽車速度、行駛里程的測量和顯示，它使用起來相當方便，并且它具有很多優(yōu)點，比如精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等，它對我們日常生活和汽車生產業(yè)的發(fā)展起到了重要作用，它還可以被當作測速處理模塊鑲入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展?；魻杺鞲衅髋cSTC89C52系列單片機結合實現(xiàn)最簡的測速系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有結構簡單、抗干擾能力強等特點，可以適合于惡劣環(huán)境下進行速度里程測量，有廣泛的應用前景。關鍵詞：里程/速度；霍爾元件；單片機目錄TOC\o"1-3"\h\u6214第一章前言 127172第二章系統(tǒng)總體方案設計 126102第一節(jié)任務分析與實現(xiàn) 13951第二節(jié)轉速表硬件設計 110403第三節(jié)轉速表軟件設計 35852第三章轉速表硬件電路設計 128328第一節(jié)概述 120496第二節(jié)傳感器及其測量系統(tǒng) 116608第三節(jié)單片機概況 3264第四節(jié)單片機外圍電路設計 1121438第四章轉速表軟件程序設計 18321第一節(jié)概述 1810805第二節(jié)總體程序設計 1829583第三節(jié)中斷子程序設計 20211第四節(jié)數(shù)據(jù)處理子程序設計 2115168第五節(jié)顯示子程序設計 2219131第五章系統(tǒng)仿真與調試 2428602第六章實物介紹及演示 2627070結論 112075參考文獻 126254附錄1 329749附錄2 4前言轉速表在我們的生活中出現(xiàn)的很普遍，我們所接觸到的傳統(tǒng)的汽車轉速表有兩個功能他們分別是：一個是顯示汽車行駛過程中的的瞬時速度，它通過儀表盤上的指針來顯現(xiàn)出來，另一個是記錄汽車機械計數(shù)的方式，記錄汽車累計行駛過的路程。隨著社會的發(fā)展，我們生活質量的提高，現(xiàn)在生活節(jié)奏的加快，汽車也向高速化方向發(fā)展，車速在逐步提高，而用軟軸驅動的傳統(tǒng)的轉速表慢慢顯得落后，正在面臨著很大的挑戰(zhàn)。主要因為在高速旋轉中，軟軸受到鋼絲交變應力極限的限制容易發(fā)生斷裂。同時，軟軸布置過長會出現(xiàn)運動減緩或形變過大等現(xiàn)象，而且在不同車型中轉速表的安裝位置也會受到軟軸長度、彎曲度的極限的影響。綜上所述，用電子式傳感器控制的電子式轉速表在現(xiàn)代生活中得到了很好的發(fā)展，前景光明。系統(tǒng)總體方案設計任務分析與實現(xiàn)本文的設計任務為：以單片機控制原理為基礎，采用霍爾傳感器與其它控制器構建出一個車輪旋轉頻率監(jiān)測模塊，并通過將脈沖信號轉換為單片機能夠識別的數(shù)字信號，然后通過單片機將這些信號的再次轉換為LCD顯示模塊能夠識別的信號，顯示給用戶。本文的設計思路為：首先將車輪的輪徑定義為L，并假設車輪上裝配有磁鐵塊m個，傳感器監(jiān)測出的里程參數(shù)誤差范圍用L/m表示，通過分析，本次設計中把m值取為2，由此，當轉輪每轉一圈將會采集到兩個信號，此時霍爾傳感器會主動將這兩個信號轉換為脈沖信號，并通過P3.2引腳將脈沖信號傳送給單片機，在每完成一個脈沖信號的傳輸，就意味著對系統(tǒng)狀態(tài)的一次沖斷過程結束，在兩個沖斷過程結束后，即表示車輪完成了一周的旋轉，2n表示沖斷兩次，沖斷過程中的車輪行程為2nL。車輪每完成一圈周轉后，計數(shù)器會完成一個計時過程，時間表示符號為t。據(jù)此可以得出汽車瞬時速度的計算公式，并完成對瞬時速度v的求解。設有超速報警系統(tǒng)，一旦汽車的行駛速度超出預警值，系統(tǒng)就會立即激活報警系統(tǒng)，并發(fā)出提示信號，此時信號燈會持續(xù)閃爍。各項標準指標的實現(xiàn)方法為：1.轉速表中的數(shù)字每變動一次就會產生一個霍爾脈沖信號。2.計算脈沖信號在單位時間內的產生數(shù)量。 實現(xiàn)過程：霍爾傳感器的脈沖信號的計算參考值為單片機中的計數(shù)器T1所計算出的信號時序。3.處理相關數(shù)據(jù)，采用LCD模塊將行駛的總里程數(shù)與瞬時狀態(tài)下的速度參數(shù)顯示出來。實現(xiàn)：采用編程軟件將計算得出的數(shù)據(jù)進行轉化，即可得出目標數(shù)值。目標：使轉速表能夠顯示自行車的行駛速度與里程數(shù)。在單片機微系統(tǒng)的控制下，可以進行里程數(shù)與行駛速度的監(jiān)測，并將相關數(shù)值顯示在顯示模塊中。轉速表硬件設計速度監(jiān)測：首先要完成參數(shù)的采樣過程，并借助單片機組件中的傳感器來實現(xiàn)對速度的動態(tài)監(jiān)測，脈沖計數(shù)法算是比較簡單的一種方法。通過轉軸的旋轉產生的脈沖送入單片機進行計算，轉軸每旋轉一周，產生一個或固定的多個脈沖，由此可得出實時的轉速值。使用較多的測速軟件為：霍爾傳感器、光電傳感器、光電編碼器。其中，里程值的測量會用到傳感器中的多種方案，具體為：第一種是基于光敏電阻值對電流強度經常測量的里程測量方案。第二種是基于編碼器測量技術的輪圈測量方案。第三種是基于霍爾傳感器的行駛距離測量方案。第四種是基于干簧管傳感器的行駛里程測量方案。光敏電阻在強光照射下會產生較大誤差，尤其是在日光照射較強的環(huán)境下行駛時，外界光源會對光敏電阻的信號測量產生干擾。同時光敏電阻還懼怕你傻與灰塵的覆蓋，一旦光敏或者發(fā)光二極管被遮擋，其測量的偏差范圍就會迅速擴大，甚至無法繼續(xù)進行測量；編碼器的安裝位置集中在車軸上，安裝的流程較多，操作比較復雜；而霍爾傳感器與干簧管對天氣、溫度、濕度、泥沙、灰塵等方面的抗干擾能力較強，切安裝效率較高。因此，本文在對電子轉速表與速度表進行設計的過程中，選擇采用霍爾傳感器作為測量器件。車輪的輪盤上設計有多個磁鐵，前叉是霍爾傳感器安裝的主要位置，在車子轉動的過程中，，霍爾元件靠近固定住的磁鐵就會產生信號并且輸出，轉軸不停旋轉時產生的脈沖信號將會不斷輸出。一個磁鐵就會有一個輸出信號，多個磁鐵就會獲得多個脈沖的輸出。由此簡單的結構可使霍爾傳感器獲得脈沖信號。霍爾傳感器對磁場的方向比較敏感，在粘貼磁鐵時要多加注意，粘貼前可用手持磁鐵在霍爾傳感器較緊的位置接觸一下，以檢查轉速表是否會顯示數(shù)值，如果沒有顯示，應調換磁極進行再次測試，有信號輸出再進行粘貼?；魻杺鞲衅鲗Υ判缘母袘浅Ｃ翡J，是一種高性能的傳感元件。常見的型號為A44E型，這種型號的傳感器中具有三個外接引腳，在結構上與三極管非常詳實，其中一個引腳可以作為接地電源使用，在工況狀態(tài)下，傳感器的工作電壓具有較廣的范圍，性能非常穩(wěn)定，結構形態(tài)見下圖所示：1-電源引腳（Vcc）2-信號接收引腳（GND）3-信號輸出引腳（OUT）圖2-1A44E型傳感器結構圖單片機中的數(shù)據(jù)處理器與存儲器，以及各個接口都集中在統(tǒng)一的芯片中，這對控制功能的優(yōu)化提供了極大的便利，使其具有諸多的優(yōu)點：1.結構簡單、體積較小、運行效率高。2.功耗系數(shù)低、抗電磁干擾性能強。3.控制精度高、成本較低、穩(wěn)定性強。4.電路結構簡單、線路結構清晰。5.幾乎所有的數(shù)據(jù)都是由單片機負責傳接?；趩纹瑱C的設備在人們的日常生活中比較常見，如：測控系統(tǒng)、智能化儀表、遙控器、一體化機電產品、電冰箱、汽車儀表、航空電子設備等。本文在設計中選擇的單片機型號為STC89C52，下圖2-2為本次設計的總體框架。外界信號外界信號傳感器接收數(shù)據(jù)存儲器STC89C52單片機顯示監(jiān)測值顯示速度值超標預警圖2-2總體框架圖轉速表軟件設計單片機的主要特點和優(yōu)點是通過用軟件控制單片機的功能，程序的設計要考慮到是否合理和可讀，設計的原則為：按照由上至下的順序來確保模塊化功能的完整性，確保程序的數(shù)據(jù)接發(fā)效率與處理質量。軟件部分的設計主要是對控制機構的子程序、里程計算程序、延遲監(jiān)測程序、服務啟停程序、顯示程序等方面的數(shù)據(jù)結構設計。其中，中斷子程序主要是通過對傳感器信號的初始化，來暫停傳感器的工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)處理程序主要是通過調用編程軟件來動態(tài)編寫顯示數(shù)值，并將這些信號傳輸給單片機，使其將數(shù)字信號轉換為脈沖控制信號，最后通過對監(jiān)測數(shù)值與脈沖信號之間的相關性，來找出需要顯示的數(shù)值。顯示子程序主要負責為顯示模塊提供數(shù)據(jù)處理服務，其提供的數(shù)據(jù)都會在顯示模塊中直接顯示出來。系統(tǒng)軟件的交互流程與設計結構見下圖所示：初始化初始化P3.0=1?里程參數(shù)計算顯示計算結果計算測量的速度顯示計算的速度值N開始圖2-3軟件總體流程圖轉速表硬件電路設計概述在設計完速度轉速表的硬件結構后,要想使其能夠進入運行狀態(tài),就必須對其電路結構進行設計。電路的設計內容主要為：信號捕獲線路設計、信號放大電路設計、信號處理電路設計、顯示電路設計等，傳感器和單片機是該設計的主要的兩大器件。傳感器主要負責在行駛狀態(tài)下采集活動信息，是整個轉速表中的核心器件，其采集到的信息對整個設備的運行具有重要的支撐作用。磁傳感器主要負責將電磁信號轉變?yōu)殡娦盘?，是信號轉換的重要裝置。隨著科學技術的不斷進步，各種信息化產業(yè)與工業(yè)產業(yè)以更快的速度朝著自動化與智能化的方向發(fā)展，而傳感器在其中具有核心的應用地位，其通過將各種數(shù)據(jù)信號轉換為計算機能夠識別和讀取的電信號，為控制系統(tǒng)提供信號支持，使系統(tǒng)能夠根據(jù)這些信號來生成各項指令，實現(xiàn)精準控制。作為信號輸入的重要器件，磁傳感器技術成為各個行業(yè)產業(yè)的重要研究對象，這對磁傳感器的發(fā)展起到了巨大的促進作用，并逐漸形成了以磁傳感器技術為核心的產業(yè)，其中最典型的產品就是霍爾傳感器?，F(xiàn)代系統(tǒng)的自動檢測功能幾乎都是利用霍爾傳感器測量轉速。本節(jié)內容主要是對單片機控制模組的設計，單片機完成信號采集與處理后，會將信號輸出到轉速表的數(shù)據(jù)處理程序中，例如：時鐘程序、數(shù)據(jù)運算程序、信息處理程序等。傳感器及其測量系統(tǒng)本文為轉速表選配了霍爾傳感器，該傳感器的優(yōu)點為：結構簡單、重量較輕、體積小巧、穩(wěn)定性高、精度準、安裝簡單、功耗低、抗震性能強、抗灰塵、耐油污、不易腐蝕等。整個傳感器采用了無觸點式設計，在運行狀態(tài)下具有極高的穩(wěn)定性，可以始終在相同的精度下工作，最低工作溫度為－55℃，最高為150℃。從霍爾傳感器的功能上可以將其劃分為兩種類型：第一種是不需要任何外部設備支持的直接應用型傳感器；第二種是需要配件輔助才能工作的間接應用型傳感器。其中，直接應用型主要以通過對被監(jiān)測目標的磁場與磁性的變化作為監(jiān)測的依據(jù)，所有監(jiān)測信息均是以磁場數(shù)據(jù)進行表示。這種傳感器能夠將各種電磁之外的物理變量轉換為力矩信號、位置信號、移動信號、轉速信號、角度信號、轉數(shù)信號，進而來完成整個監(jiān)測與控制過程。一、霍爾傳感器測量原理霍爾傳感器對電磁信號與常規(guī)磁信號比較敏感，主要以霍爾效應原理為核心。當輸入的電流I位于磁場中的導體或半導體中，且輸入的電流為垂直磁場B，此時會在磁場與電流相垂直的方向上產生Uh電勢差，即霍爾效應。傳感器中的元器件體積非常小，組合的結構較為簡單，具有較大的響應帶寬，信號的傳輸頻率高，監(jiān)測靈敏度高、監(jiān)測范圍大、抗干擾性能強、額定工況壽命長等是其顯著額特點，是目前各個行業(yè)領域常用的傳感器?；诨魻栃膫鞲衅鞅O(jiān)測原理見下圖所示：圖3-1霍爾監(jiān)測原理圖二、集成開關型霍爾傳感器A44E型傳感器是集成式霍爾傳感器中的典型代表，其內部集成了五個信號處理電路，具體如圖3-2（a）所示。集成霍爾開關的三個引出端點用圖中(1)、(2)、(3)來表示。加入電壓Vcc在電源端之后，霍爾傳感器中的電勢轉換器兩端的穩(wěn)壓器A會立即對電壓進行抑制，使其穩(wěn)定在標準范圍。在霍爾效應的原理中，如果霍爾片位于磁場的覆蓋范圍，且內部接收到的電流會與磁場相垂直，進而會在兩者之間產生一個電勢差值VH，放大器對電勢差進行放大處理后，會將其直接傳輸至施密特觸發(fā)器完成方波化整形過程，然后再將其傳輸至OC端，如果施加的電磁場達到一定強度，就會激活觸發(fā)器的運行狀態(tài)；而觸發(fā)器在運行過程中會向三極管輸出高電平電流，使其進入導通狀態(tài)，在完成這一系列的控制與轉換后，OC端會持續(xù)輸出低電平，傳感器即為開啟狀態(tài)。在磁場的強度達到釋放標準時，觸發(fā)器會轉向低電壓輸出狀態(tài)，進而階段三極管上的電流輸出，OC即會轉為高電壓輸出狀態(tài)，霍爾傳感器隨之進入關停狀態(tài)。每完成兩次電壓變換過程，霍爾傳感器的開關狀態(tài)就實現(xiàn)了一次轉換過程?；魻杺鞲衅鳠o論在任何環(huán)境下其釋放點與工作點之間的電勢差VO都是恒定的，進而確保了開關狀態(tài)轉換的穩(wěn)定性。信號輸出是傳感器的主要特性，輸出的電流強度介于感應強度B與電壓VO之間的電勢差。A44E霍爾開關是一款單頻穩(wěn)態(tài)傳感器，會自動將采集的數(shù)據(jù)整理為線性數(shù)據(jù)，并傳輸給目標程序或軟件中。在工作狀態(tài)下，加入5V直流電壓在1、2兩端,并與2k負載電阻對接，其輸出通道會轉向第3端口與第1端口，詳情見圖3-3所示：圖3-2A44E型集成傳感器圖3-3集成霍爾開關線路結構圖單片機概況一、單片機原理簡介單片機的集成芯片中存儲著微程序，各個元件的電路均與芯片的引腳相連，從而構建了一個功能完成的獨立芯片。單片機的內部元件為：CentralProcessingUnit（中央處理器）、RandomAccessMemory（數(shù)據(jù)閃存器）、Read-onlyMemory（只讀時存儲器）、Input/Output（信號輸入輸出轉換電路）、時鐘控制器、定時器、計數(shù)器等。各個部件的連接結構見下圖所示：時鐘電路時鐘電路關?？刂破鰿PU數(shù)據(jù)存儲器并行I/O口串口I/O口TXD TXDRXDTINTP0-P3圖3-4單片機的功能結構（一）單片機主要組成1．CPU中央處理器該元件是單片機數(shù)據(jù)處理和運算的核心部件。2．RAM存儲器單片機中的RAM主要安裝在集成芯片中，是存儲檢測數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)的關鍵部件。3．定時/計數(shù)器雖然從字面上看兩者為不同的功能，但實際上屬于一個完整結構，兩者之間都是通過對外部事件的計數(shù)，為單片機提供數(shù)字信號。4．中斷系統(tǒng)計算機中最關鍵的控制系統(tǒng)即為中斷系統(tǒng)，它能應對突發(fā)事件并且進行及時處理作為一種實時控制技術被現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中被廣泛應用，從而使得系統(tǒng)的實時大幅增強。5．I/O口I/O口是一個串行電信號傳接端口，這種端口最大的優(yōu)點就是成本較低，具有獨立的信號傳接通道；但傳輸?shù)男什桓?，只能適用于靜態(tài)顯示。6．并行I/O口該端口上的所有數(shù)據(jù)均采用了統(tǒng)一傳輸?shù)牟呗?，其最大的?yōu)點就是傳輸?shù)男瘦^高，能夠滿足動態(tài)顯示需求，但電路結構比較復雜，成本較高。STC89C是對傳統(tǒng)8051單片機改良后得出的一種全新的單片機，傳輸效率較高，功耗非常低，具有極強的抗干擾性能，內部集成了8.51單片機的所有指令代碼，用戶可以在12個時鐘周期與機器周期中任意選擇。（二）單片機主要特性改進后得8.51單片機，具有多個時鐘周期與機器周期供用戶選擇，能夠識別和兼容傳統(tǒng)8051單片機的所有程序和代碼。額定電壓：5V單片機最高5.5V，最低3.3V；3V單片機介于3.8V～2.0V之間。信號輸出頻率為：最小0MHz，最大40MHz，普通8051單片機為0MHz～80MHz，峰值狀態(tài)下頻率能夠達到48MHz。RAM閃存器最大存儲字節(jié)為8K。內部集成了可存儲512字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)存儲器自帶32個I/O口，在復位狀態(tài)下P1、P2、P3、P4口為弱上拉電流，能夠實現(xiàn)信號的雙向接發(fā)，P0口主要負責漏極開路信號的輸出，當處于總線擴展端口使用時，不用對電阻進行調整；上拉電阻后，會轉換為I/O口。ISP為系統(tǒng)編程工具、IAP為應用編程工具，在沒有任何編程器與模擬器的支持下，僅需通過RxD/P3.0和TxD/P3.1口的對接，即可完成應用程序的下載與安裝。自帶EEPROM閃存功能集成了看門狗預警功能定時器的數(shù)量為3個，計數(shù)器為16位通道；定時器的數(shù)據(jù)端口味T0、T1、T2擴張電路為4個，電路中具有4個外部中斷通道，在下降沿為低電平輸時，會進入電路輸出通道，在PowerDown模式下會被外部低電平信號激活。自帶有UART串行端口，能夠在定時軟件的支持下擴展串口數(shù)量。工業(yè)級在工況狀態(tài)下的環(huán)境溫度適應范圍，最低-40℃，最高+85℃，商業(yè)級最低為0℃，最高為75℃。均采用一體化PDIP封裝工藝制成。工作模式在掉電狀態(tài)下的功耗低于<0.1μA,，被激活后會立即執(zhí)行初始化程序設置。在待機狀態(tài)的功耗僅為2mA。常態(tài)模式下的：最低功耗為4Ma，峰值為7mA在待機狀態(tài)下隨時都能夠被外部中斷喚醒。二、單片機引腳功能說明STC89C52單片機上的引腳機構見圖（3-5）。引腳功能為：VCC電源輸出端的引腳數(shù)量為40個：主要負責電源電壓的輸出。VSS端的引腳數(shù)量為20個，均為接地引腳。P0端上的P0.0口～P0.7口分別與39引腳至32引腳相對應：P0口具有8個電源通道，具有I/O雙向輸出功能，任何一個引腳輸出的電流都能夠作為8個TTL的驅動電流，當端口作為高阻抗輸入，可以對P0端口寫入“1”。在單片機與外部程序或存儲器進行數(shù)據(jù)交互時，PO端口能夠作為8通道的數(shù)據(jù)傳接線路使用。在這種情況下PO端口上的電阻會達到最佳狀態(tài)。在調用FlashROM中的數(shù)據(jù)進行編程時，PO口會成為字節(jié)接收端，在對程序進行效驗時，PO口會轉向字節(jié)輸出端。在對數(shù)據(jù)或字節(jié)進行驗證時，端口的電阻會增加。本文為單片機設計的P0端口與顯示模塊相連，控制顯示器輸出里程及速度。圖3-5STC89C52引腳圖P1口上的引腳數(shù)量為8個，分別對應P1.0～P1.7端口；p1端口中帶有一個8通道的I/O轉換口，端口中輸出的電流能夠為4個ttl提供驅動。當端口的參數(shù)為1，電阻會上拉，并輸出高電平信號，成為會信號輸入口。由于內部電阻被拉高，是的外部低電流引腳會輸出一個強電流脈沖信號。P1.0對應的引腳可以作為時鐘定時器與計數(shù)器的外部擴展接口。P1.1上的引腳能夠作為定時器與計數(shù)器2的電流輸入通道。詳情見下表所示：表3-1P1.0與P1.1上的引腳功能型號功能P1.0引腳T2信號輸入線路，為時鐘模塊提供驅動電流P1.1引腳T2EX指令輸出端，為定時器/計數(shù)器2傳輸控制信號。P2端口主要由P2.0至P2.7之間的端口組成，對應的引腳序號為21～28引腳：P2端口為中的電阻較高，具有8通道雙向i/o轉換功能，其主要負責向緩沖器輸出電流信號，能夠同時為4個TTL提供電流，如果P2端口上的參數(shù)為“1”，則對應的管腳上的電阻會提高，并輸出高電平電流，此時轉入電流的輸入狀態(tài)。因為其內部電流上拉，導致該端口作為輸入端時，外部的引腳上的電阻會下降，并成為電流的輸出端。如果將該端口用于數(shù)據(jù)的傳輸端，當數(shù)據(jù)地址為1時，其內部電阻會進入上拉狀態(tài)。當讀取的數(shù)據(jù)地址達到8位時，P2端口將成為寄存器的數(shù)據(jù)接收口與傳輸口。當FlashROM為編程狀態(tài)時，P2端口會成為高8位地址信號與其它控制信號的接收端。P3端口上額定引腳數(shù)量共有8個，分別為10～17引腳，這些引腳分別對應P3.0～P3.7口。P3端口的引腳均為I/O轉換端口，電阻為上拉狀態(tài)，能夠從TTL中接收4組電流信號。當端口上的電流值顯示為1時，其內部的電阻會增加，此時轉入高電平電流輸入狀態(tài)。同時，因為外部電平的下拉，導致其輸出的電流為ILL。FlashROM編程軟件被啟動時，P3口會成為控制信號的接收通道。P3口在具有I/O口所有功能的基礎上，還具備較強的復用性。P3口上的引腳功能見下圖所示：表3-2P3口引腳復用功能序號功能P3.0引腳RXD串行指令接收通道P3.1引腳TXD串行指令信號輸出通道P3.2引腳內部數(shù)據(jù)接收端P3.3引腳外部中斷數(shù)據(jù)輸出端P3.4引腳T0為0定時器的外部電流接收端P3.5引腳T1為1號定時器的外部電流接收端P3.6引腳內部數(shù)據(jù)存儲器的讀寫通道P3.7引腳外部數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)讀選通道RST由9個管腳組成，是復位控制參數(shù)的輸入通道。此引腳是用來完成單片機單片機的復位初始化操作，只有輸入連續(xù)兩個機器周期以上的高電平時才會生效，當看門狗完成一個計時周期后，RST引腳輸出的晶振電流信號數(shù)量為96個。AUXR寄存器在接收8位地址信號的過程中，DISRTO位會成為該功能的開關控制機構。當DISRTO處于初始化狀態(tài)時，會轉入復位高電平狀態(tài)。ALE/PROG中含有30個管腳：在訪問外部程序儲存器時，地址鎖存控制信號（ALE）會自動存儲8位地址的脈沖信號。當Flash編程狀態(tài)被激活后，該引腳可以作為脈沖信號的輸入通道。通常情況下，作為外部定時器或時鐘使用時，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖。但是，在每次對外部數(shù)據(jù)進行訪問的過程中，ALE脈沖并不會成為信號指令的輸入通道。在需要的情況下，可以將地址位8EH中的SFR參數(shù)修改為“1”，ALE會立即從當前的狀態(tài)轉變?yōu)閿?shù)據(jù)的輸入通道。但這種指令僅能夠在MOVX或MOV指令被執(zhí)行的過程中才能生效。否則，ALE上的電阻將會上升。。在ALE電阻的影響下，標志位的參數(shù)設置會激活微控制器的無效模式。PSEN是單片機中的第29號引腳，其主要負責為外部程序存儲器提供選通信號。如果STC89C52單片機與外部存儲設備對接，并調用存儲器上的代碼，則所有機器周期都會被激活兩次，在無數(shù)據(jù)調用的狀態(tài)下，激活無效。VPP為單片機中的31管腳，主要負責對外部存儲器中的數(shù)據(jù)信號進行控制。要想確保外部程序儲存器能夠從0000H至FFFFH對接的外部程序存儲器中接收指令信號，需要將該管腳與GND對接。當管腳電流參數(shù)為1時，將自動轉入RESET指令通道。在執(zhí)行內部程序指令時，需要將該管教與VCC引腳對接。當激活Flash編程任務時，管腳會接收12伏大小的VPP電流。XTAL1是單片機中的19管腳，在時鐘電路與振蕩器工作狀態(tài)下，會成為信號的輸入端。XTAL2為單片機中的18管腳，主要負責為單片機輸入震蕩信號。三、單片機最小系統(tǒng)STC89C51單片機集成了內外時鐘信號的產生機制，內部具有一個專用的時鐘信號震蕩電路，當XTAL1與XTAL2與外部晶振模塊連接時，會構建出自動化震蕩模組，為單片機提供時鐘脈沖信號。電容具有穩(wěn)定信號頻率，降低震蕩范圍的作用，電容的峰值電阻值為30pF，最小為5pF。CYS晶振器的最小震蕩頻率為1.2MHz、最大為12MHz，在峰值狀態(tài)下通常會維持在12MHz~11.0592MHz之間。STC89C51單片機上的RST引腳接收到高電平電流時，會穩(wěn)定在兩個時鐘周期內，此時可以對單片機參數(shù)進行初始化操作。初始化的方式主要有兩種，一種為自動初始化；另一種為手動初始化。這兩種初始化操作都需要在RST與VCC對接的情況下才能實現(xiàn)。最小系統(tǒng)如圖3-6所示。-圖3-6單片機最小系統(tǒng)的電路結構單片機的最小系統(tǒng)主要由時鐘電路、電源電路、復位電路等部分組成，在這些電路與組件同時運行時，能夠讓單片機時鐘處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)。尤其是電源電路與時鐘電路的運行狀態(tài)對單片機的運行質量具有決定性影響。最小系統(tǒng)是單片機控制的核心，能夠通過與外部設備的對接來完成更多的復雜功能。STC89C51單片機中自帶有ROM/EPROM存儲功能，為最小系統(tǒng)的運行提供了良好的支持。以STC89C52單片機中的最小系統(tǒng)為主控系統(tǒng)時，僅需將單片機上的各個電路對接后，即可借助單片機的硬件功能與系統(tǒng)功能來完成各種控制。但這種控制僅適用于小規(guī)模的控制單元。單片機最小系統(tǒng)的連接結構見圖3-7所示：時鐘電路復位電路時鐘電路復位電路STC89C51單片機I/O口時鐘電路復位電路51系列單片機I/O接口圖3-7最小系統(tǒng)功能架構四、單片機中斷系統(tǒng)介紹當單片機系統(tǒng)在正常運行狀態(tài)下，出現(xiàn)了需要處理的緊急事件，中央處理器會立即發(fā)出中斷當前運行狀態(tài)的質量，并轉向執(zhí)行突發(fā)事件的應急程序，在處理完成后，CPU會轉回正常狀態(tài)，并繼續(xù)執(zhí)行之前的各項控制任務。STC89C52單片機集成了5個中斷控制組件，其中2個為優(yōu)先出發(fā)等級，能夠同時完成對2種不同服務程序。中央處理器是否響應中斷請求是由片內特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器IE控制的；中斷控制程序的優(yōu)選等級設置主要是依據(jù)數(shù)據(jù)寄存器的IP地址長度為依據(jù)。在相同界別中的各個終端會同時向單片機控制系統(tǒng)發(fā)出中斷請求，系統(tǒng)在接收到這些請求后，會根據(jù)不同中斷信號的存儲邏輯來自動劃分響應的順序。外部中斷的方式主要有兩種，一種為基于/P3.2引腳的中斷0；另一種為基于/P3.3引腳的中斷1。外部中斷信號的發(fā)送同樣具有兩種方式，即電平觸發(fā)與電脈沖信號觸發(fā)。其中，電平觸發(fā)方式發(fā)出的中斷信號為低電平信號，當與引腳均為低電平狀態(tài)，會立即生成外部中斷信號。電脈沖信號的中斷控制只能在脈沖副調有效的情況下才能生效。在發(fā)出脈沖中斷信號的過程中，相鄰的兩個機器周期對應的與引腳會產生電平轉換現(xiàn)象，在第一個機器周期中，這兩個引腳為低電平狀態(tài)，進入第二個機器周期后悔立即轉換為高電平狀態(tài)。反之，第一個機器周期中這兩個引腳為高電平狀態(tài)，進入第二周期后會轉為低電平狀態(tài)，而外部中斷同樣會被觸發(fā)。由此可以看出，在脈沖信號觸發(fā)中斷狀態(tài)的過程中，中斷信號的高低電平狀態(tài)會始終穩(wěn)定在一個相同的機器周期中，以確保CPU能夠采集到的穩(wěn)定的電平數(shù)據(jù)。本文結合設計需求，為中斷控制選擇了脈沖觸發(fā)方式。（一）中斷允許控制當寄存器IE對系統(tǒng)中所有中斷源的控制得到處理器允許的情況下，采用程序軟件將IE狀態(tài)設定為1，即可使相關的中斷源進入中中斷狀態(tài)；如果將IE狀態(tài)調整為0，則對應的中斷源都會進入控制屏蔽狀態(tài)。當中央處理器進入初始化狀態(tài)后，IE上的數(shù)值會歸0，此時無法進行任何中斷控制。IE寄存器的功能定位為：IE參數(shù)為0：外接引腳允許中斷信號傳輸；IE參數(shù)為1：能夠實現(xiàn)對定時與計數(shù)器功能的中斷；IE參數(shù)為2：對應的引腳允許中斷；IE參數(shù)為3：定時與計數(shù)器中的T1引腳進入中斷狀態(tài)；IE參數(shù)為4：激活串行接口的中斷機制；IE參數(shù)為7：中央處理器CPU允許所有中斷操作；（二）中斷優(yōu)先級控制STC89C52單片機中的中斷優(yōu)先級主要有兩種，能夠同時對兩個服務程序進行中斷控制。其中，調用有限寄存器IP地址對應的狀態(tài)信號即可來定義不同中斷源的控制順序。運用軟件對中斷優(yōu)先級進行管理的過程中，將優(yōu)先級寄存器的IP狀態(tài)參數(shù)調整為1，則相關的中斷源即為第一個中斷目標。如果將狀態(tài)參數(shù)設定為0，則目標中斷源即為最后一個中斷源。本文選擇的單片機在初始化參數(shù)設置的過程中，所有IP狀態(tài)均會恢復到初始參數(shù)0，每個中斷源都為低優(yōu)先級中斷。IP寄存器的中斷控制定義為：IP參數(shù)為0：為首個中斷通道；IP參數(shù)為1：系統(tǒng)定時器與計數(shù)器成為首個中斷源；IP參數(shù)為2為優(yōu)先級中斷源；IP參數(shù)為3：定時/計數(shù)器為優(yōu)先級中斷位；IP參數(shù)為4：優(yōu)先中斷的目標為串行口。五、單片機定時/計數(shù)功能介紹STC89C52單片機的控制單元主要為內外部寄存器，能夠實現(xiàn)對定時/計數(shù)器狀態(tài)的控制。設置其工作方式的時候使用TMOD；在對啟動與中斷請求進行控制的過程中，需要運用工作狀態(tài)寄存器。（一）TMOD寄存器TMOD是單片機內部的工作寄存器，主要用來控制定時器與計數(shù)器的工作狀態(tài)和運行模式。GATE為通道控制位。在GATE=0的狀態(tài)下，將TCON對應的TR0與TR1的狀態(tài)數(shù)值調整為1，會立即激活定時器與計數(shù)器；當GATE=1、且或均為高電平狀態(tài)，將TR0或TR1的狀態(tài)參數(shù)修改為1，定時與計數(shù)器會進入工作狀態(tài)。為定時/計數(shù)模式的選擇控制。在定時模式開啟時，=0；當單片機進入計數(shù)模式時，=1。M1M2為工作方式的調整位，能夠完成單片機定時/計數(shù)器的工作方式切換，切換模式的數(shù)量為4種。本文在設計中將TMOD設定為90H，定時/計數(shù)器的初始狀態(tài)參數(shù)為1，表明定時功能被激活，并處于方式1的工作狀態(tài)。單片機外圍電路設計一、時針電路設計時鐘控制電路是單片機的核心，所有功能部件均是在時鐘電路的控制下才能正常運行，一步一步的井井有序地工作。因此，時鐘電路的運行質量與頻率對于單片機的運行效率和質量密切相關。STC89C52系列單片機內由振蕩器產生時鐘，它是由一個反相放大器構成的。我們經常用到的時鐘電路有內部時鐘方式與外部時鐘方式。本文在設計中選擇采用內部時鐘方式。單片機中集成了一個高增益反相放大器，它用來構成振蕩器，其輸入端口為XTAL1引腳，輸出通道為XTAL2引腳，這兩個引腳的一端與電容相連，另一端與石英晶體振蕩器的引腳相連。單片機時鐘電路的連接結構見下圖所示：圖3-8內振蕩電路連接結構從上圖中可以看出，電容C1與C2的額定電流容量為30p，雖然外接電容的要求較低，但為了確保振蕩器的穩(wěn)定性，必須選擇合理的電容。同時，外接晶體的振蕩頻率取決于單片機的工作頻率，不同單片機在工作頻率上存在較大差異，必須選擇合理的晶體振蕩頻率才能確保單片機的工作頻率不會受到振蕩信號的干擾。此外，如果單片機中設置有串行通信接口，就應當以振蕩頻率與通訊頻率的除數(shù)是否為1，來判斷振蕩晶體的選擇是否合理。因為本文在設計中選擇的振蕩晶體額定頻率為12MHz，由此得出技術周期為1。二、復位電路設計STC89C52單片機的復位指令主要通過RET引腳輸入，該引腳以由上至下的順序向各個部件發(fā)送復位控制程序，執(zhí)行程序的起點是程序存儲器中的0000H地址單元。單片機上的時鐘電路被激活后，RET引腳需要在多個機器周期內重復發(fā)送高電平信號，單片機中的各個部件才會執(zhí)行復位指令。而RET引腳時鐘處于高電平輸出狀態(tài)時，單片機會進入到循環(huán)復位狀態(tài)。本文為復位電路配置的為按鍵式復位控制電路，這種控制電路在單片機控制系統(tǒng)中的應用較為廣泛。在操作人員按下復位按鍵后，單片機會禮金進入復位狀態(tài)。在電源接通的瞬間，電容C會產生瞬時短路現(xiàn)象，+5V的電壓會立即被傳送至RET/VPD端，這個位置上的高電平信號會激活單片機的復位功能，進而完成上電復位的國政。程序在運行過程中，如果因為緊急故障需要進行復位，僅需按下復位按鍵即可。按下按鍵后，+5V的電流會直接傳送到RET/VPD端，進而激活單片機各個組件的復位狀態(tài)。隨后，P0與P3之間的所有端口均會輸出高電平，而余下的寄存器會進行初始化，但SBUF寄存器不一定會同時進入復位狀態(tài)。圖3-9按鍵復位控制電路按鍵復位的原理為：按鍵電流導通的瞬間，RC電容開始積聚電流，此時RST引腳輸出的為高電平電流，當輸出的時間達到10ms，單片機就可以有效的復位。按鍵電路設計本文為復位按鍵設計了較低的按鍵布局，在單片機初始化狀態(tài)下，復位按鍵輸出的為高電平，在按下按鍵后，會立即向單片機發(fā)送一個低電平信號。單片機的鍵盤布局形式主要有兩種，一種為獨立鍵盤布局，另一種為矩陣鍵盤布局，其中，獨立鍵盤中的所有I/O口都具有一個對應的按鍵，而按鍵的另一個端頭與接地電源對接，這種電路結構能夠有效提高程序的穩(wěn)定性。矩陣鍵盤的結構非常復雜，且電路的設計非常繁瑣，但占用的I/O通道數(shù)量非常少?；诖耍疚脑谠O計中采用了獨立鍵盤電路結構。獨立鍵盤的控制方法主要是借助單片機中的i/o端口來實現(xiàn)對電平參數(shù)的讀取來判斷鍵盤是否被激活。按鍵對應的電路具有一個接地端和一個I/O連接段，程序啟動后，I/O口會立即進入高電平輸出狀態(tài)，在未按下按鍵時，程序會對高電平進行保護。在按下案件后，I/O口發(fā)生瞬時短路，進而轉向低電平輸出裝填。在放下按鍵后，單片機中的電阻值會上升，從而使I/O口穩(wěn)定在高電平輸出狀態(tài)。單片機在對鍵盤指令進行處理的過程中，具有一個關鍵問題，即消除鍵盤的抖動。本文所說的抖動實際上是單片機的機械振動，鍵盤按下的力度較淺，則極有可能未達到電平轉換的臨界范圍，進而產生的電平強度非常不穩(wěn)定，并引發(fā)抖動問題。正常情況下，抖動的持續(xù)時間為10~200毫秒，雖然這段時間對操作者來說是一個瞬時過程，但對于計算周期為微秒的單片機而言，則這個時間較長。抖動消除的方式主要有兩種，一種是基于電路優(yōu)化的硬件去抖動；另一種是基于時間需優(yōu)化的抖動消除方式。基于兩種抖動形式的優(yōu)點與不足，本文結合設計需求，選擇采用軟件去抖動方式。復位按鍵的控制電路見下圖所示：圖3-10復位按鍵電路結構四、報警電路設計蜂鳴器的結構是一個完整的整體，供電電流為直流電，在各種電子設備、玩具、打印機、手機、電話、定時器、計算器等能夠發(fā)聲設備中的應用非常廣泛。蜂鳴器的常見類型主要有兩種，一種是壓電式蜂鳴器；另一種為電磁式蜂鳴器。蜂鳴器的電路中都含有H、HA、FM、LB等標識。壓電式蜂鳴器內部集成了多諧振振蕩器、蜂鳴電片、阻抗調節(jié)器，在外部殼體的封裝下，構成了一個整體結構。多諧振蕩器主要由集成電路、晶體管、外接引腳組成。額定電源為1.5~15V，在連接電源后會立即向蜂鳴器發(fā)出1.5~2.5kHZ震蕩信號，使蜂鳴器發(fā)聲。壓電式蜂鳴器中的蜂鳴片的常用材料為：壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛、鋯鈦酸鉛三種。其中，陶瓷蜂鳴片的兩端都含有一個由銀材料制成的電極，具有極強的耐老化性能。電磁式蜂鳴器的結構較為簡單，主要由內部振蕩器、電磁感應圈、電磁鐵、振動片組成。振蕩器在接通電源后，會立即進入運行狀態(tài)，并生產一系列的音頻信號發(fā)送給電流線圈，使其產生磁場信號。蜂鳴器的驅動電路中含有一個三極管、蜂鳴器、阻流器。蜂鳴器實際上就是一個結構簡的發(fā)聲元件，體積非常小，耗電量非常微弱，但工作頻率較高，發(fā)聲的大小取決于電流的強度。本文在設計中采用的是具有獨立電源驅動模塊的蜂鳴器。三極管中的Q1端為開關控制端，在開啟狀態(tài)下電路上輸出的為低電平，能夠使三極管進入導通狀態(tài)，進而為蜂鳴器提供驅動電流，使其發(fā)聲。在Q1為關停狀態(tài)時，輸出的為高電平，三極管會停止導通，蜂鳴器停止工作。報警電路圖如圖3-11所示。圖3-11報警電路圖五、液晶電路設計液晶顯示電路采用LCD1602液晶顯示屏。其顯示的內容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符。LCD1602A主要負責顯示光度、煙霧濃度、窗戶狀態(tài)、溫濕度。是一種工業(yè)級液晶顯示組件，其顯示的內容主要為字符，最大顯示數(shù)量為32個，顯示格式為16x02。液晶顯示器是人們日常生活中常見的顯示器件，基于液晶顯示模塊的各種設備早已經與人們的日常生活融為一體，例如：電子表、計算器、電視、手機、空調遙控器等。基于單片機系統(tǒng)的設備采用的液晶顯示組件通常是由LCD數(shù)碼顯示管、液晶顯示屏、發(fā)光管等部分組成。在單片機中加入液晶顯示器具有以下優(yōu)點：液晶顯示器亮度比較均衡，能夠在各種溫濕度變量較大的環(huán)境中保持恒定的顯示效果，且畫質不存在任何閃爍問題。液晶顯示器主要以數(shù)字顯示為主，能夠有效滿足單片機系統(tǒng)的顯示需求，并且能夠與所有單片機的接口兼容。液晶顯示器主要是通過電流對顯示屏中的液晶分子產生的電刺激，來激活分子的發(fā)光，從而實現(xiàn)顯示過程，體積較小，且重量很輕，維護性較高。液晶顯示器的功耗量較小，大部分電能的消耗都集中在驅動IC端，具有極高的經濟性。（1）液晶顯示器上的引腳概況：液晶顯示模塊上的引腳一共有16個。其中，VSS引腳為1#引腳，與接地電源相連。VDD引腳為2#引腳，直接與5V電源正極對接；VL引腳為3#引腳，該引腳是顯示器的對比度調節(jié)端，與正電源導通時，輸出的電流較弱，在接地狀態(tài)下輸出的電流較強，對顯示器的對比度具有決定性影響；RS引腳為4#引腳，該引腳與數(shù)據(jù)寄存器對接，主要負責傳接各種數(shù)據(jù)；R/W引腳與傳感器對接，主要負責傳接各種信號以及數(shù)據(jù)的讀寫過程。R/W引腳與RS引腳同時處于低電平狀態(tài)時，會進入指令寫入模式，并顯示地址對應的數(shù)據(jù)。RS引腳上的電流為低電平，而R/W上的電流為高電平，則能夠進入信號讀取狀態(tài)。E引腳是顯示組件上的使能端，初始情況下E引腳為高電平狀態(tài)，在轉變?yōu)榈碗娖胶螅瑫蔀轱@示模塊的指令輸入端。D0至D7之間的引腳分別對應編號7#至14#，所有引腳均為雙向數(shù)據(jù)線路，能夠同時傳接8組數(shù)據(jù)。15#引腳與發(fā)光組件的正極相連；16#引腳與發(fā)光組件的負極對接。（2）1602LCD顯示模塊的RAM地址映射特性與相關字庫表LCD1602顯示模塊的內部字符存儲器在出廠狀態(tài)下，自帶有160種字符與數(shù)字圖形，能夠顯示市面上所有的字符、數(shù)字、字母、阿拉伯數(shù)字、大寫數(shù)字等。每一種字符都具有對應的代碼集，例如：A的顯示代碼為01000001B，顯示格式為41H，在激活狀態(tài)下，會根據(jù)41H格式將目標字符或圖形顯示出來。顯示模塊的所有數(shù)據(jù)讀寫過程與光標的移動顯示都是在指令編寫的基礎上實現(xiàn)的。顯示模組中具有6組顯示指令，其中，顯示指令為1時，指令代碼為01H，此時光標會自動恢復到初始位置。顯示指令為2，則光標會返回00H的位置上。顯示指令為3，光標與顯示模式會自動對I.D進行設置，在光標移動過程中，屏幕不同區(qū)域中的發(fā)光液晶電平狀態(tài)也會隨之變化。S表示屏幕上的文字左右移動，此時為高電平狀態(tài)。如果顯示指令為4，顯示器會進入到工作狀態(tài)，并將接受到的各種數(shù)據(jù)顯示出來。顯示指令為5時，光標與顯示區(qū)域同時發(fā)生變化，高電平區(qū)域主要顯示文字，而低電平區(qū)域主要顯示光標。顯示指令為6時，控制指令為DL，高電平的總線數(shù)量為4，低電平的線路綜述為8。顯示指令為7時，進入到RAM數(shù)據(jù)地址的編寫狀態(tài)。顯示指令為8時，進入DDRAM的數(shù)據(jù)地址編寫狀態(tài)。當顯示指令為9式，顯示器會自動讀取光標的地址與系統(tǒng)發(fā)出的工作信號。如果顯示的標志位BF，則表明當前處于高電平忙碌狀態(tài)，此時無法實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的傳接。而如果系統(tǒng)的低電平，則表明整個顯示模塊能夠順利接受各種命令字符與數(shù)據(jù)，同時顯示模塊能夠快速執(zhí)行相關的操作。顯示指令為10，則表明系統(tǒng)正處于數(shù)據(jù)存儲狀態(tài)。指令為11時，表明系統(tǒng)正在讀取數(shù)據(jù)。液晶顯示模塊的顯示效率較慢，在需要顯示一條指令之前，需要首先執(zhí)行模塊上的電平信號，在不忙的狀態(tài)下，即可立即顯示目標指令。在顯示字符之前，會首先調用輸入字符的地址，以實現(xiàn)對顯示效果的自動規(guī)劃。地址顯示流程見下圖所示：圖3-12數(shù)據(jù)顯示地址與顯示規(guī)格如果需要顯示的第二個行列中的首個字符為40H，直接在后端寫入40H將無法實現(xiàn)對光標位置的控制與選擇。因為寫入顯示地址的過程中，最高的電平強度應當為D7=1，由此可以推導出實際寫入的數(shù)據(jù)為01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。如果需要對液晶模塊初始化設置，應首先完成顯示模式的設置過程，所有字符顯示順序均是由左向右，不需要任何設置。在輸入指令的前期，首先需要對液晶模塊的工作狀態(tài)進行觀察。顯示模塊內部的字符存儲器為CGROM，在初始化狀態(tài)下集成了160多種字符與圖形，，省去了字符編寫流程，極大的提高了使用效率。液晶顯示器的顯示原理非常簡單，主要是在液晶的電物理特性的基礎上來完成對字符的顯示過程，通過對不同液晶分子的電壓進行控制，即可顯示出目標圖形。液晶顯示器的厚度具有較強的選擇性，在各個工業(yè)領域與家電設備上都能看看到液晶顯示器的身影。隨著科學技術的不斷進步，液晶顯示器正朝著小型化與微型化的方向發(fā)展。人們日常使用的手機、遙控器等均采用了微型液晶顯示組件。電路中液晶接口圖如圖3-13所示：圖3-131602顯示模塊轉速表軟件程序設計概述在完成硬件部分的設計之后，就需要對軟件部分進行設計，軟件是硬件功能發(fā)揮作用的基礎，其重要性與硬件相同。軟件設計實際上就是根據(jù)功能需求來構建各種程序模塊，以實現(xiàn)對各種功能的支持。模塊化設計的內容主要是在完成對個系統(tǒng)功能的獨立設計后，在后臺構建出于各個功能相對的功能模塊。模塊化設計能夠有效簡化軟件功能的設計流程，提高軟件的設計效率。尤其是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，可以按照各個故障的狀況來判斷出現(xiàn)問題的模塊，從而更加高效的解決這些問題?；趩纹瑱C的電子式轉轉速表的軟件部分主要有速度監(jiān)測程序、上電程序、里程監(jiān)測程序、顯示程序、中斷程序等部分組成。由于設計的功能較多，且流程非常復雜，本文選擇以模塊化的方式來簡化設計的流程。總體程序設計主程序模塊的設計內容較多，包括對各個接口芯片連接結構的設計、芯片選項、車輛里程參數(shù)初始化、速度參數(shù)初始化、中斷控制電路設計、顯示模塊設計等等。此外，本文在設計主程序控制模塊的過程中還特地設計了三種存儲器：第一種為啟動寄存器；第二種為里程數(shù)據(jù)寄存器；第三種為速度數(shù)據(jù)寄存器。在設置完這些存儲器后，本文首先對這些存儲器的數(shù)據(jù)參數(shù)進行了初始化設置。然后依據(jù)主程序需要寄存的內容，在各個存儲器中構建了對應的數(shù)據(jù)集，以實現(xiàn)對不同功能數(shù)據(jù)的獨立存儲。P1.0口是里程數(shù)據(jù)的輸出端口。P1.1口是速度數(shù)據(jù)的輸出端口。P1.2端口、P1.3、P1.6、P1.7口主要負責對車輪行駛圈數(shù)的設置，必須在低電平狀態(tài)下才能生效。P3.0口主要負責控制里程與速度數(shù)據(jù)的切換，在低電平狀態(tài)下顯示的為速度數(shù)據(jù)，高電平狀態(tài)下顯示的為里程數(shù)據(jù)。在對車輪圈數(shù)進行計數(shù)的過程中，要想中斷當前狀態(tài)可將狀態(tài)參數(shù)調整為0.?；魻杺鞲衅髟谲囕喢客瓿梢蝗D動時，都會輸出一個低電平脈沖信號。中斷狀態(tài)1主要是用來對定時器T1啟停的控制，在狀態(tài)參數(shù)為0時，定時器為關閉狀態(tài)。該控制信號是通過對輪子轉動頻率的計算來得出的。定時器T1的開啟時序與車輪的轉完一圈的時序達到了一直，在明確車輪周長L的基礎上，即可計算出當前的行駛速度。具體流程見下圖所示：開始開始初始化P1.2=1?NP1.3=1?P1.6=1?P1.7=1?出錯提示將車圈周長調入21H開中斷，啟動定時器P3.0=1?調用里程處理子程序調用速度處理子程序NNNYYYYNY圖4-1主程序流程圖中斷子程序設計定時中斷的目的主要是為了滿足技術的時序需求。單片機內部集成了兩組定時計數(shù)器，能夠實現(xiàn)對車輪行程與轉速的計數(shù)。如果定時的時間長度與計數(shù)得出的數(shù)據(jù)達到峰值，結構計數(shù)就會發(fā)生溢出效應，這種狀態(tài)下溢出的信號會生成中斷請求信號，并形成一個單片機可識別的溢出標識，使其生成中斷指令。由于中斷請求指令是在單片機芯片中生成的，并不需要接入外部輔助器件。TCON為單片機中的定時器與計數(shù)器的數(shù)據(jù)寄存器，最大支持8位字符，數(shù)據(jù)寄存地址為88H。前4位字符主要為定時器與計數(shù)器的中斷控制指令，后4位位外部中斷指令，主要由中斷標志與觸發(fā)電流，以及地址數(shù)據(jù)構成。本文在設計中選擇的為定時中斷機制。中斷程序的交互流程見下圖所示：關中斷關中斷開始現(xiàn)場保護開中斷中斷處理關中斷現(xiàn)場恢復開中斷中斷返回圖4-2中斷信號的傳輸機制圖數(shù)據(jù)處理子程序設計一、里程計算子程序單片機上的P3.2口中輸入的脈沖信號計數(shù)主要由外部中斷服務程序負責。計數(shù)器具有16位數(shù)據(jù)長度，60H時表明計數(shù)器為低位狀態(tài)，62H時為高位狀態(tài)。在每完成一輪計數(shù)周期后，得出的里程數(shù)據(jù)就會被自動保存在存儲器中。車輪每轉一圈都會產生脈沖信號，并在霍爾傳感器的傳輸下被單片機接收，然后由計數(shù)器對脈沖信號的數(shù)量和頻率進行計算；最后通過調用里程運算程序來完成里程數(shù)的求解過程。里程計數(shù)程序交互圖如下所示：里程指示燈亮起里程指示燈亮起啟動計數(shù)車圈數(shù)并換算里程數(shù)在顯示模塊顯示里程值循環(huán)圖4-3里程計算流程圖二、速度計算子程序車輪每完成一圈轉動后，外中斷服務程序就會進行一次時序計算。在OOH標志位的狀態(tài)為1時，計數(shù)值達到溢出范圍，加入最大時間參數(shù)#0FFH；當標志位的狀態(tài)為0時，在68H至6BH單元中引入6CH、TH1、6DH、TL1單元。定時器會立即計算出車輪每完成一圈轉動的時序值，并通過車輪的周長與時間的除值作為行駛的速度。速度處理流程見下圖所示：啟動啟動速度指示燈點亮檢測速度發(fā)出警報顯示速度值NY判斷是否超速？返回第一步圖4-4行駛速度顯示流程圖顯示子程序設計接口電路的采用了動態(tài)掃描機制，能夠實時顯示接口電路上的8個數(shù)據(jù)，I/O總線是顯示器上的所有公共級的控制線路。中央處理器向各個字段輸出的字形碼的過程中，會同時向顯示器發(fā)出相同的信息；在信息接收以后，COM端會自動對信息中的數(shù)據(jù)地址進行識別，從而來制定顯示順序。顯示器中COM的控制機制主要以分時算法為基礎，能夠確保顯示器中所有顯示區(qū)域的液晶分子都能夠被激活，從而確保顯示效果。在按照點亮順序進行顯示的過程中，不同區(qū)域的點亮延遲時長僅為1ms，但在余暉效應的影響下，人們看到的顯示數(shù)據(jù)并不存在延遲效果，而是一組流暢的數(shù)據(jù)。信號選擇通路主要由P2.0口、P2.1口、P2.2口、P2.3口組成，P0.0口與P0.7口之間的端口構成了段碼信號選擇通路，采用編程軟件將需要顯示的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)存儲器中，然后將這些數(shù)據(jù)匹配至對應的選通地址，最后采用LED將這些數(shù)據(jù)顯示出來。實現(xiàn)流程見下圖所示：起始起始展示單元地址采集顯示數(shù)據(jù)匹配通道識別斷碼地址延遲顯示傳輸至P2口4位顯示結束返回YN修改顯示地址計算下一個選碼圖4-5顯示子程序流程圖系統(tǒng)仿真與調試在明確電路連接結構與交互機制之后，需要對系統(tǒng)的軟件交互流程進行仿真測試，原理圖的具體設計流程如圖5-1所示。新建文檔新建文檔定義編程環(huán)境規(guī)劃線路置入元件檢測電器狀態(tài)建立網絡表評估狀態(tài)結束Y存盤、報表輸出優(yōu)化N啟動圖5-1原理圖設計流程圖在原理圖的布線工作結束后，從PROTEUSISIS編程工具中選擇電器規(guī)則檢查命令對各個線路的信號傳接性能進行檢查，并依據(jù)檢測結果來制作錯誤報告，然后分析原因，解決問題。PROTEUSVSM是一款功能強大的仿真軟件，是單片機系統(tǒng)模擬檢測領域中的一項全新技術。仿真軟件能夠將所有程序源代碼整個在一個目標環(huán)境中，從而大幅簡化代碼的編輯流程，提高代碼的編輯效率，使們能夠清晰的觀察源程序的設計結果與優(yōu)化后得效果。仿真的測試必須在源代碼編譯完成后才能開展。在仿真開始后，我們贏詳細記錄各個測試數(shù)據(jù)，并不斷分析各種問題，找出解決方案，對設計中的不足進行優(yōu)化，直至得到完美的測試結果。PROTEUS在具備實例虛擬化功能的基礎上，還能夠模仿單片機中的各項實例功能。實例虛擬化知識對程序整體效果的演示，而功能模擬能夠幫助我們分析各項功能的設計效果是否達到預期。所有元器件與電路與真實的軟件高度一致。從而取代了傳統(tǒng)的實驗室研發(fā)測試工作，大幅提高了程序的研發(fā)效率。在軟件仿真過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，一個問題是數(shù)碼管不顯示，因為本次設計中數(shù)碼管是采用的共陰極接法，我猜測在仿真的時候可能錯用共陽極數(shù)碼管所以導致數(shù)碼管不顯示，然后我進行調整之后問題得到了解決。還有一個問題是P0口顯示高阻態(tài)，正常情況下P0口輸出應為高低互換（也就是紅藍互換），但在仿真時P0口出現(xiàn)了高阻態(tài)（灰色），然后我通過翻閱資料查得P0口做I/O口時應該在其上接入上拉電阻。最后將上拉電阻加上之后，P0口輸出恢復正常。實物介紹及演示實物制作成品展示一、應部件的安裝過程與調試（一）焊接后得硬件實體結構：圖6-1LCD1602顯示速度里程值圖6-1是LCD1602顯示的里程和即時速度，圖6-2是焊接完成的實物制作圖。如圖5-2中顯示的是本次設計的成品，本次設計主要用到了STC89C52系列單片機、LCD1602液晶顯示、霍爾傳感器。首先需要準備多個萬用板，實際只需要一個，其他的為了焊接失敗作為備用。其次準備好本次設計所需要的各個元器件，最后根據(jù)之前所學過的焊接知識進行本次試驗的焊接工作。根據(jù)本次設計的電路原理圖找好每個管腳所對應的位置進行焊接，注意不要把管腳搞混，尤其是單片機，如果焊接出現(xiàn)問題可能會導致單片機燒壞。在焊接開始前我做足了準備，首先，我按照已經設計完美的原理圖，找到了相應的位置，將每一個元器件插到面包板相應的位置，以便進行接下來的焊接工作。排列元器件過程中，我遵循的原則是先大后小，先左后右，我先將LCD1602顯示器、STC89C52RC單片機、霍爾傳感器和3V直流電機焊接至面包板上，并將它們做好保護措施后，開始小型元器件焊接，小型元器件包括，蜂鳴器、發(fā)光二極管、201電位器等，按照原理圖焊接至洞洞板上，最后我開始布線，爭取以最短距離，不飛線的原則進行連線，全部焊接完畢后進行調試。圖6-2實物整體顯示圖（二）硬件調試在電源沒有連接的狀態(tài)下，我們需要采用萬用對各個元器件之間的線路焊接質量進行檢測，并認真查看焊接的元器件的類型與型號是否正確，以及尺寸規(guī)格是否與設計的要求相符。其中，最重要的一個環(huán)節(jié)就是需要認真觀察電源中是否存在電路故障，尤其是正負極的對接是否正確。對于其它類型的元器件，我們需要認真檢查地址線路、電源線路、數(shù)據(jù)線路、控制線路等方面是否存在故障隱患。本文通過一場檢測并未發(fā)現(xiàn)任何問題，因此，在調試過程中如果出現(xiàn)問題，可以不考慮硬件電路問題。此外，我們還需要采用仿真插兜將需要接通的電路與芯片對接，為后續(xù)的軟件調試做好基礎準備。雖然在系統(tǒng)硬件調試的過程中遇到了不少款南，但經過對問題原因的分析，最終得以完美解決。但電源電壓有時存在波動現(xiàn)象，會引發(fā)單片機無法正常工作，而這一問題目前尚未找出原因，使得本文還需要在未來的研究中進行分析和有效，以確保系統(tǒng)的有效性。結論轉眼間，6個多月的畢業(yè)論文撰寫工作即將告一段落。論文的撰寫過程是一個非常復雜的過程，設計的內容中有很多都是在筆者知識能力之外，好在對各種資料的查閱，使得本文的研究與設計得以順利完成。在這段寫作期間，我學到了很多新知識，并深深感受到了學習的重要性，這對本人未來的成長具有重要的促進作用。這次畢業(yè)設計可謂是一波三折，但讓我收獲了大量的知識與技能。例如：元器件的型號、適用范圍、選配標準、傳感器類別、傳感器功能、傳感機制、單片機控制原理等等。在設計過程中，由于知識所限，使我遇到了大量的困難與挑戰(zhàn)，甚至一度對自己完成設計的能力產生了質疑，但好在有老師與同學們的鼓勵，使我一次次鼓起勇氣，面對苦難與挑戰(zhàn)，奮勇向前，從而完成了設計工作。基于此，本次畢業(yè)設計，凝結了老師與同學們的熱情與關懷，沒有他們的幫助與指導，本文的設計工作將難以進行。再次，我要向所有幫助過我的老師與同學們表示衷心的感謝。至此，我的畢業(yè)論文就真的要告一段落了，我不會忘記這幾個月以來自己的辛苦付出，更不會忘記老師同學們對我的幫助，這些都會成為我日后美好的回憶。在這段時間中，我從同學老師以及自己身上看到了腳踏實地、實事求是、認真嚴謹?shù)膶Υ龑W習的態(tài)度，在這個過程中也學習到了扎實、寬泛的專業(yè)知識，收獲了滿滿的感動，再此我要向所有幫助過我的老師同學朋友們獻上我最崇高的敬意和深深地感謝。參考文獻張建峰.電子式車速轉速表、轉速表誤差分析[J].計量與測試技術，2018年第32卷第12期：30-30.鐘金德，馬興.電子計數(shù)式轉速表原理測量結果的數(shù)據(jù)處理[J].電子元器件與信息技術，2018年12月總第18期：102-104.姚金明，楊俊杰.自行車轉速表的設計[J].上海力學院學報，第29卷第3期2019年6月：250-265.程顯敏.電子車速轉速表的單片機實現(xiàn)方案[J].黑龍江交通科技，2021年第9期：263-263.田勝.汽車轉速表與轉速表信號發(fā)生器制作[J].汽車電器，2021年第7期：33-34.劉燕.基于霍爾傳感器的電子式車速轉速表設[J].現(xiàn)代計算機,2017年第9期：36-42.王鎖弘.電子車速轉速表的單片機實現(xiàn)方案[J].國外電子元器件，2019年第5期2004年5月：7-9.劉宏綱，楊坪照，龔愛蘭.摩托車數(shù)字式轉速/轉速表應用[J].摩托車技術，2020年第3期：35-36.李光舉，馬印忠，李兆軍.基于CS8190的車輛轉速/轉速表設計與實現(xiàn)[J].農業(yè)裝備與車輛工程，2019年第9期（總第218期）：13-15.楊學友，任大海，段發(fā)階，葉聲華.汽車用交叉線圈電腦式轉速表及轉速表的研究[J].光電工程，第2卷第3期：65-68.趙華峰.基于單片機的語音式轉速表設計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術，第12卷第19期2019年7月：253-254古敏雄.汽車電子式車速轉速表研究[J].中國高新技術企業(yè)，2019年第9期（總第324期）：18-19.LanceHammond,BasemA.Nayfeh,KunleOlukotun.ASingle-ChipMultiprocessor[J]IEEEComputerSocietyPressLosAlamitos,CA,USA.Volume30Issue9,September1997:Pages79-85.KouroshGharachorloo,RobertMcNamara?,AndreasNowatzyk,ShazQadeer?.BartonSano,ScottSmith,RobertStets,andVerghese.Piranha:AScalableArchitectureBasedonSingle-ChipMultiprocessing[J].ConferencePaper,January2000:282-293.MathildeFran?ois,PhilippeCrave,Fran?oisOsiurak,AlexandraFort,JordanNavarro.Digital,analogue,orredundantspeedometersfortruckdriving:Impactonvisualdistraction,effificiencyandusability[J].AppliedErgonomics,65(2017)12-22.附錄1仿真圖附錄2程序#include<reg52.h> //頭文件#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint //宏定義sbitCOUNT_IN=P3^2; //信號輸入引腳定義//定義1602相關管腳sbitrs=P2^7; //定義液晶的引腳RSsbiten=P2^6; //定義液晶的引腳EN，這里要說明的是，液晶還有一個RW，因為我們只需要寫數(shù)據(jù)到液晶，所以RW直接接地就可以了//按鍵定義sbitadd=P3^3; //按鍵加sbitdec=P3^4; //按鍵減sbitBUZZ=P1^0; //蜂鳴器引腳uintcount; //計數(shù)變量unsignedlongVelocity,Mileage; //速度和里程變量bitflag; //定義位變量ucharcodetab1[]={"V:km/hVH:"}; //液晶的第一行初始化顯示ucharcodetab2[]={"Mileage:.km"}; //液晶的第二行初始化顯示charVH=25; //初始報警值bitflag_alarm=0; //報警變量voiddelay(uintx) //延時函數(shù)，大約延時1ms{ uinti,j; for(i=0;i<x;i++) for(j=0;j<121;j++);}voidinit() //定時器初始化{ IT0=1; //INT0負跳變觸發(fā) TMOD=0x01;//定時器工作于方式1 TH0=0x3c; //50ms TL0=0xb0; EA=1;//CPU開中斷總允許 ET0=1;//開定時中斷 EX0=1;//開外部INTO中斷TR0=1;//啟動定時}/********液晶寫入指令函數(shù)與寫入數(shù)據(jù)函數(shù)，以后可調用**************/voidwrite_1602com(uch