單片機(jī)測(cè)速儀課程設(shè)計(jì).doc

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 科研實(shí)踐題目：基于單片機(jī)的測(cè)速器設(shè)計(jì)二級(jí)學(xué)院（直屬學(xué)部）： 延陵學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí)： 10電Y1 學(xué)生姓名： 葉翔 學(xué)號(hào)： 10120731 指導(dǎo)教師姓名： 范力旻 職稱(chēng)： 副教授 2013年12月30日至2014年1月10日1.緒論31.1 課題研究背景及意義31.2 課題研究的內(nèi)容32.測(cè)速器的系統(tǒng)概論52.1 系統(tǒng)的主要功能52.2 系統(tǒng)需求分析52.3 測(cè)速器的工作流程53總體設(shè)計(jì)方案83.1 單片機(jī)的選擇83.1.1單片機(jī)的引腳功能介紹83.2測(cè)速器方案論證93.2.1方案的提出93.2.2方案的比較及確定114.硬件設(shè)計(jì)124.1總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖124.2最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)124.2.1時(shí)鐘頻率電路圖124.2.2復(fù)位電路圖設(shè)計(jì)134.3輸入電路設(shè)計(jì)164.3.1鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)164.3.2功能鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)164.4輸出電路設(shè)計(jì)174.4.1數(shù)碼管顯示電路174.4.2報(bào)警電路的設(shè)計(jì)185.Proteus仿真195.1 proteus軟件的介紹及使用195.2測(cè)速器proteus軟件的仿真196.實(shí)物制作226.1電路板焊接226.2電路板調(diào)試227.總結(jié)和展望237.1科研實(shí)踐總結(jié)237.2對(duì)未來(lái)的展望23附錄241.參考文獻(xiàn)242.元器件清單243原理圖264實(shí)物圖275.程序代碼（C語(yǔ)言）：281.緒論1.1 課題研究背景及意義隨著汽車(chē)工業(yè)和高速公路建設(shè)的發(fā)展，每年由各種交通事故造成的人員傷亡數(shù)目驚人，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，造成各種交通事故的主要原因是車(chē)輛的超載和超速行駛，而后者隨機(jī)性很大，糾章困難，而且由于中國(guó)公路條件復(fù)雜，不同等級(jí)的公路允許的最高速度不同，現(xiàn)有的限速裝置難以適應(yīng)這種情況。 針對(duì)這種狀況，開(kāi)發(fā)具有智能決策模塊的汽車(chē)。近年來(lái)隨著科技的飛速本設(shè)計(jì)是發(fā)展，為了克服傳統(tǒng)模擬車(chē)速顯示儀表顯示數(shù)不準(zhǔn)確及沒(méi)有超速提示的缺點(diǎn)，數(shù)字化儀表迅速的進(jìn)入汽車(chē)儀表行業(yè)，成為一種趨勢(shì)，本文從駕駛員自身安全角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)車(chē)輛超速的報(bào)警系統(tǒng)。該報(bào)警系統(tǒng)允許駕駛員通過(guò)自帶鍵盤(pán)設(shè)置本車(chē)輛安全行駛的最高速度 當(dāng)車(chē)輛處于行駛狀態(tài)中，該系統(tǒng)通過(guò)速度傳感器時(shí)刻監(jiān)測(cè)機(jī)動(dòng)車(chē)輛。并通過(guò)LED顯示車(chē)輛的實(shí)際車(chē)速和用戶(hù)設(shè)置的安全參數(shù)當(dāng)發(fā)現(xiàn)車(chē)輛速度超過(guò)駕駛員設(shè)置的最高值時(shí)，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警，警告燈不斷閃爍，提醒駕駛員減速。達(dá)到防患于未然的目的。單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用。此設(shè)計(jì)就是一種利用8051單片機(jī)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)超速行駛情況進(jìn)行蜂鳴報(bào)警和燈光報(bào)警的系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，操作方便，可廣泛應(yīng)用于摩托車(chē)、汽車(chē)等機(jī)動(dòng)車(chē)輛。1.2 課題研究的內(nèi)容本文要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有數(shù)字顯示功能的單片機(jī)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)車(chē)輛當(dāng)前速度輸出，當(dāng)達(dá)到所設(shè)定的速度上限時(shí)并報(bào)警，以保證駕駛?cè)藛T的人身安全。首先要進(jìn)行系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中一般應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：(1) 遵循從整體到局部的設(shè)計(jì)原則。在過(guò)程中，應(yīng)遵循從整體到局部的設(shè)計(jì)原則，把復(fù)雜難處理的問(wèn)題分為若干個(gè)較為簡(jiǎn)單的、容易處理的問(wèn)題，分別加以解決。(2) 經(jīng)濟(jì)性要求。為了獲得較高的性能價(jià)格比，設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)盲目追求復(fù)雜高級(jí)的方案。在滿(mǎn)足性能指針的前提下，應(yīng)盡可能采用簡(jiǎn)單的方案，因?yàn)榉桨负?jiǎn)單意味著所用的元器件少，可靠性高，而且比較經(jīng)濟(jì)。(3) 可靠性要求。所謂可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)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(wú)故障時(shí)間、故障率、失效率或平均壽命等來(lái)表示。2.測(cè)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(wù)子程序、LED數(shù)碼顯示子程序、聲光報(bào)警器報(bào)警程序等。主程序主要完成硬件初始化、子程序調(diào)用以及顯示、報(bào)警等功能。數(shù)據(jù)處理子程序主要完成監(jiān)測(cè)車(chē)輛速度即主要是計(jì)算出車(chē)輛的時(shí)速，為報(bào)警子程序提供參考數(shù)據(jù)；按鍵中斷子程序主要實(shí)現(xiàn)合法參數(shù)的輸入；報(bào)警子程序主要實(shí)現(xiàn)在車(chē)輛超速行駛狀態(tài)下發(fā)出報(bào)警信號(hào)，包括SPEAKER輸出子程序和警報(bào)燈的閃爍子程序；顯示子程序設(shè)計(jì)采用數(shù)字化顯示用戶(hù)設(shè)定的最高時(shí)速和車(chē)輛實(shí)際時(shí)速，用MAX7219芯片驅(qū)動(dòng)LED進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示2.2 系統(tǒng)需求分析1. 利用霍爾傳感器產(chǎn)生里程數(shù)的脈沖信號(hào)。2. 對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。實(shí)現(xiàn)：利用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器T1對(duì)霍爾傳感器脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。3. 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，要求用LED顯示里程總數(shù)和即時(shí)速度。實(shí)現(xiàn)：利用軟件編程，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到需要的數(shù)值。最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：自行車(chē)的速度里程表具有里程、速度測(cè)試與顯示功能，采用單片機(jī)作控制，顯示電路可顯示里程及速度。2.3 測(cè)速器的工作流程對(duì)于本課題所研制的車(chē)速報(bào)警系統(tǒng)而言，其基本出發(fā)點(diǎn)就是利用現(xiàn)有工藝條件，采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件處理技術(shù)，提高系統(tǒng)的精度等級(jí)和工作的穩(wěn)定性，拓展其功能，并賦予其智能化特征，使報(bào)警器不僅能夠及時(shí)準(zhǔn)確地顯示車(chē)輛的當(dāng)前速度信息，同時(shí)盡可能地減少不必要的人工操作，使報(bào)警能隨時(shí)隨地不間斷進(jìn)行并保證報(bào)警的工作效率。有鑒于此，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)的要求，確定系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案如圖所示：搶答器工作流程圖如圖2-1所示開(kāi)始初始化初始化T0關(guān)中斷按鍵輸入Vm聲光報(bào)警結(jié)束顯示計(jì)算車(chē)速開(kāi)中斷接收傳感信號(hào)VVmYN圖2-1 速度儀工作流程圖工作過(guò)程描述：因條件有限改選為使用按鍵測(cè)速，計(jì)數(shù)器T1計(jì)算每按鍵一次所用的時(shí)間t，就可以計(jì)算出即時(shí)速度v。當(dāng)里程鍵按下時(shí)，里程指示燈亮，LED切換顯示當(dāng)前里程，與當(dāng)速度鍵按下時(shí)，速度指示燈亮，LED切換顯示當(dāng)前速度。當(dāng)顯示當(dāng)前速度超過(guò)設(shè)定上限速度，便產(chǎn)生報(bào)警提示。3總體設(shè)計(jì)方案3.1 單片機(jī)的選擇 ATMEL公司的89C52單片機(jī),是增強(qiáng)型RISC內(nèi)載Flash的單片機(jī),芯片上的Flash存儲(chǔ)器附在用戶(hù)的產(chǎn)品中,可隨時(shí)編程,再編程,使用戶(hù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)容易,更新?lián)Q代方便。89C52單片機(jī)采用增強(qiáng)的RISC結(jié)構(gòu),使其具有高速處理能力,在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令,每MHz可實(shí)現(xiàn)1MIPS的處理能力。89C52單片機(jī)工作電壓為2.76.0V,可以實(shí)現(xiàn)耗電最優(yōu)化。由于單片機(jī)的種類(lèi)很多，在選擇單片機(jī)時(shí)要依據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求選擇合適的單片機(jī)。例如當(dāng)設(shè)計(jì)僅僅需要一個(gè)單片機(jī)定時(shí)器那么選擇89C1051或89C2051即可，而不選擇89C52,因?yàn)楹笳叩膬r(jià)格較高一些。當(dāng)然若程序和數(shù)據(jù)區(qū)的要求較高那么選擇的單片機(jī)還要滿(mǎn)足程序空間的要求。表3-1 51和52的比較 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器定時(shí)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(jī)，即選用ATMEL公司的AT89C52。3.1.1單片機(jī)的引腳功能介紹 AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K Bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和256 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制場(chǎng)合應(yīng)用。圖3-2 AT89C52引腳圖AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線(xiàn)，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)具有振蕩器及時(shí)鐘電路。AT89C52管腳圖如圖3-2所示。3.2測(cè)速器方案論證車(chē)速報(bào)警系統(tǒng)系統(tǒng)組成主要由單片機(jī)控制模塊、霍爾傳感器、LED數(shù)碼顯示器及聲光報(bào)警器組成。針對(duì)任務(wù)要求，我們發(fā)現(xiàn)此項(xiàng)設(shè)計(jì)在單片機(jī)接口芯片以及按鍵電路上有不同的選擇。因此，設(shè)計(jì)方案的比較主要對(duì)此展開(kāi)。3.2.1方案的提出方案一：采取通過(guò)帶有I/O接口和計(jì)時(shí)器的靜態(tài)RAM8155芯片與設(shè)定速度的鍵盤(pán)電路，速度顯示電路，8155芯片具有256個(gè)字節(jié)的RAM，兩個(gè)8位、一個(gè)6位的可編程I/O口和一個(gè)14為計(jì)數(shù)器。系統(tǒng)的硬件電路簡(jiǎn)圖如圖1-1所示。節(jié)氣門(mén)開(kāi)度8155鍵盤(pán)輸入LED 數(shù)碼管機(jī)車(chē)車(chē)輪霍爾傳感器AT89S52單片機(jī)圖3-3 系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)圖霍爾傳感器用來(lái)產(chǎn)生脈沖方波，鍵盤(pán)輸入用來(lái)設(shè)定限制速度，當(dāng)車(chē)速超過(guò)最大速度Vm時(shí)，聲光報(bào)警電路將發(fā)出報(bào)警信號(hào)。單片機(jī)外部中斷口接霍爾傳感器的輸出，車(chē)輪每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一次INT0中斷請(qǐng)求，單片機(jī)對(duì)INT0中斷請(qǐng)求的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。并將在1秒內(nèi)的計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換成機(jī)動(dòng)車(chē)的時(shí)速，送至顯示緩沖區(qū)以供顯示程序調(diào)用。具體算法如下：設(shè)單片機(jī)每秒計(jì)數(shù)值為n，即n r/s。設(shè)機(jī)車(chē)車(chē)輪的周長(zhǎng)為d m，則機(jī)車(chē)的時(shí)速V=dn36km/h。硬件電路方框圖霍爾傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)AT89C51的INT0口輸入并存儲(chǔ)在內(nèi)部R0M 中，AT89C51外擴(kuò)一片8155芯片，其PB口作為L(zhǎng)ED數(shù)碼管的段選線(xiàn)，PA4PA0作為L(zhǎng)ED的位選線(xiàn)和鍵盤(pán)的列線(xiàn)，PCO和PC1口作為鍵盤(pán)的行線(xiàn)，從而組成10個(gè)按鍵的鍵盤(pán)。AT89C51的P26口外接三極管放大器用來(lái)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路，P26不斷地輸出101010 的高低電平，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路報(bào)警。只要使聲光報(bào)警電路報(bào)警重復(fù)輸出256Hz及350Hz的叫聲各073s，便可以模擬警車(chē)的叫聲，產(chǎn)生警示作用。機(jī)車(chē)的上限速度Vm通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置并存儲(chǔ)起來(lái)。單片機(jī)檢測(cè)霍爾傳感器輸出的信息，計(jì)算出機(jī)車(chē)當(dāng)前的速度v，并送LED顯示。當(dāng)VVm時(shí)，控制聲光報(bào)警電路報(bào)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(qū)動(dòng)顯示器MAX7219及按鍵電路實(shí)現(xiàn)。MAX7219芯片用來(lái)顯示當(dāng)前及設(shè)定速度，當(dāng)速度超過(guò)最大速度Vm時(shí)，聲光報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警，按鍵設(shè)定用來(lái)設(shè)定報(bào)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(jī)引腳較多，采用鍵盤(pán)電路較復(fù)雜，而且只能顯示當(dāng)前速度，駕駛員對(duì)速度上限透明度不高，總體電路較復(fù)雜；方案二采用的MAX7219是一個(gè)高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED驅(qū)動(dòng)顯示器，每片可驅(qū)動(dòng)8位7段加小數(shù)點(diǎn)的共陰極數(shù)碼管，可以數(shù)片級(jí)聯(lián)，而與微處理器的連接只需3根線(xiàn)，且速度設(shè)定只需通過(guò)幾個(gè)按鈕實(shí)現(xiàn)即可，并且可以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)速度上限的增減，因而硬件電路簡(jiǎn)單，人眼視覺(jué)效果好，可以方便的為駕駛員提供信息，易于實(shí)現(xiàn)維護(hù)，且MAX7219內(nèi)部設(shè)有掃描電路，除了更新顯示數(shù)據(jù)時(shí)從單片機(jī)接收數(shù)據(jù)外，平時(shí)獨(dú)立工作，極大地節(jié)省了MCU有限的運(yùn)行時(shí)間和程序資源。 4.硬件設(shè)計(jì)4.1總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 數(shù)字搶答器的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4-1： 圖4-1測(cè)速器總體結(jié)構(gòu)圖4.2最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)4.2.1時(shí)鐘頻率電路圖 單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作.由之前所學(xué)的單片機(jī)原理最小系統(tǒng)內(nèi)容，在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路,只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元,決定單片機(jī)的工作速度，晶振電路的選擇在軟件部分有描述。 時(shí)鐘頻率電路見(jiàn)圖4-2:圖4-2時(shí)鐘頻率電路圖4.2.2復(fù)位電路圖設(shè)計(jì)AT89C52單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳RET為AT89C52提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開(kāi)始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行程序。在89C52的時(shí)鐘電路工作后，只要在RET引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。只要RET保持高電平，則89C52循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RET由高電平變成低電平以后，89C52才從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的電路，如圖2.12所示，是常用復(fù)位電路之一。單片機(jī)復(fù)位通過(guò)按動(dòng)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱(chēng)手動(dòng)復(fù)位。上電時(shí)，剛接通電源，電容C相當(dāng)于瞬間短路，+5V立即加到RET/VPD端，該高電平使89C52全機(jī)自動(dòng)復(fù)位，這就是上電復(fù)位；若運(yùn)行過(guò)程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動(dòng)按鈕即可。按下按鈕，則直接把+5V加到了RET/VPD端從而復(fù)位稱(chēng)為手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位后，P0到P3并行I/O口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器狀態(tài)不確定。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需要給8051的復(fù)位引腳RST加上大于兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就可得到8051復(fù)位，復(fù)位時(shí)，PC初始化為0000H，時(shí)8051從OUT單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)正常初始化之外由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或者操作錯(cuò)誤而使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需要按復(fù)位鍵使得RST腳為高電平，使8051重新啟動(dòng)。在系統(tǒng)中，有時(shí)出現(xiàn)顯示不正常，也為了調(diào)試方便，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位電路，在系統(tǒng)中，復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)用戶(hù)的按鍵復(fù)位功能。復(fù)位可以由簡(jiǎn)單的RC電路構(gòu)成，也可使用其他的相對(duì)復(fù)雜但功能更完善的電路。本系統(tǒng)采用的電路如圖3-3所示，工作原理是：上電瞬間，RC電路充電，RESET引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RESET保持10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHZ時(shí)，其中C=22uF，R3=1K歐姆，R4=200歐姆單片機(jī)的第9腳RST為硬件復(fù)位端,只要將該端持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期即4us的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位,復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，復(fù)位按鈕按下后即可輸入高電平。 復(fù)位時(shí)間計(jì)算：當(dāng)取100us時(shí)為高電平，所以可以達(dá)到復(fù)位作用。復(fù)位電路見(jiàn)圖4-3所示:圖4-3復(fù)位電路圖4.2.3電源電路的設(shè)計(jì)：直流穩(wěn)壓電源又稱(chēng)直流穩(wěn)壓器。它的供電電壓大都是交流電壓，當(dāng)交流供電電壓的電壓或輸出負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直接輸出電壓都能保持穩(wěn)定。穩(wěn)壓器的參數(shù)有電壓穩(wěn)定度、紋波系數(shù)和響應(yīng)速度等。前者表示輸入電壓的變化對(duì)輸出電壓的影響。紋波系數(shù)表示在額定工作情況下，輸出電壓中交流分量的大小；后者表示輸入電壓或負(fù)載急劇變化時(shí)，電壓回到正常值所需時(shí)間。直流穩(wěn)壓電源分連續(xù)導(dǎo)電式與開(kāi)關(guān)式兩類(lèi)。前者由工頻變壓器把單相或三相交流電壓變到適當(dāng)值，然后經(jīng)整流、濾波，獲得不穩(wěn)定的直流電源，再經(jīng)穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定電壓(或電流)。這種電源線(xiàn)路簡(jiǎn)單、紋波小、相互干擾小，但體積大、耗材多，效率低(常低于4060)。后者以改變調(diào)整元件(或開(kāi)關(guān))的通斷時(shí)間比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，從而達(dá)到穩(wěn)壓。這類(lèi)電源功耗小，效率可達(dá)85左右，但缺點(diǎn)是紋波大、相互干擾大。所以，80年代以來(lái)發(fā)展迅速。從工作方式上可分為：可控整流型。用改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)調(diào)整輸出電壓。斬波型。輸入是不穩(wěn)定的直流電壓，以改變開(kāi)關(guān)電路的通斷比得到單向脈動(dòng)直流，再經(jīng)濾波后得到穩(wěn)定直流電壓。變換器型。不穩(wěn)定直流電壓先經(jīng)逆變器變換成高頻交流電，再經(jīng)變壓、整流、濾波后，從所得新的直流輸出電壓取樣，反饋控制逆變器工作頻率，達(dá)到穩(wěn)定輸出直流電壓的目的。電源電路的功能和組成每個(gè)電子設(shè)備都有一個(gè)供給能量的電源電路。電源電路有整流電源、逆變電源和變頻器三種。常見(jiàn)的家用電器中多數(shù)要用到直流電源。直流電源的最簡(jiǎn)單的供電方法是用電池。由于系統(tǒng)要求我們使用7805進(jìn)行穩(wěn)壓，所以我們選擇9V的直流電池，由于電池具有成本低、體積小、攜帶方便、不需要隨時(shí)跟換等優(yōu)點(diǎn)，因此比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。7805三端穩(wěn)壓集成電路，電子產(chǎn)品中，常見(jiàn)的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78 系列和負(fù)電壓輸出的79系列。顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 78系列三端穩(wěn)壓IC來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。7805表示輸出電壓為+5V。電源電路見(jiàn)圖4-4所示:圖4-4 電源電路4.3輸入電路設(shè)計(jì)4.3.1鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤(pán)用得最多的形式是獨(dú)立鍵盤(pán)及矩陣鍵盤(pán)。本實(shí)驗(yàn)用的是獨(dú)立式鍵盤(pán)，圖中SW1-SW4表示設(shè)置測(cè)速上限，SW5表示按鍵測(cè)速。鍵盤(pán)掃描電路圖見(jiàn)圖4-5：圖4-5搶答器獨(dú)立鍵盤(pán)圖4.3.2功能鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)，如型號(hào)為：TD-03B，可以滿(mǎn)足條件。功能鍵及對(duì)應(yīng)的功能見(jiàn)表4-1：表4-1 功能鍵及對(duì)應(yīng)功能序號(hào)字符功能1START開(kāi)始2N左起3P加14E/C測(cè)速5PUSH暫停6USEING中斷7STOP停止功能鍵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖4-5：圖4-6功能鍵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.4輸出電路設(shè)計(jì)4.4.1數(shù)碼管顯示電路顯示電路由MAX7219芯片完成，MAX7219是一種高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED顯示驅(qū)動(dòng)器。每片可驅(qū)動(dòng)8位7段加小數(shù)點(diǎn)的共陰極數(shù)碼管。SEGASEGG（圖中為A到G）為L(zhǎng)ED七段顯示器段驅(qū)動(dòng)端，SEGDP為小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)端；（SEGASEGG，DP驅(qū)動(dòng)顯示器7段及小數(shù)點(diǎn)的輸出電流，一般為40 mA左右，可軟件調(diào)整，關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，接入GND。）DIG7DIG0：8位數(shù)值驅(qū)動(dòng)線(xiàn)。輸出位選信號(hào)，從每個(gè)LED公共陰極吸入電流，吸收顯示器共陰極電流的位驅(qū)動(dòng)線(xiàn)。其最大值可達(dá)500 mA，關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，輸出VCC。MAX7219與LED數(shù)碼管連接如下圖圖2-3 MAX7219與LED數(shù)碼管連接電路圖4.4.2報(bào)警電路的設(shè)計(jì)報(bào)警模塊豐要負(fù)責(zé)聲音報(bào)警和燈光報(bào)警，報(bào)警電路均比較簡(jiǎn)單，聲音報(bào)警由單片機(jī)引腳接上拉電阻，晶體管及揚(yáng)聲器構(gòu)成，燈光報(bào)警由兩個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如下圖 圖2-2 聲光式報(bào)警電路 5.Proteus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(shè)計(jì)與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來(lái)完成PCB的設(shè)計(jì)，而ISIS模塊用來(lái)完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢(shì)就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機(jī)外圍電路，比如按鍵、LED、數(shù)碼管等等。通過(guò)Proteus仿真軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個(gè)功能齊全、實(shí)用方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)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(shí)只需在AT89C52單片機(jī)中加載Keil軟件生成的.HEX格式文件，即可啟動(dòng)仿真。5.2測(cè)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(jìn)行連線(xiàn)；（3）是用來(lái)寫(xiě)線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，即下圖所示的P11等坐標(biāo)；（4）加載所寫(xiě)完的C程序生成的.HEX文件即可以仿真。通過(guò)以上步驟，來(lái)實(shí)現(xiàn)搶答器設(shè)計(jì)的仿真實(shí)現(xiàn)，仿真如下圖所示：仿真開(kāi)始時(shí)的仿真如圖6-1：圖5-1 開(kāi)始時(shí)的proteus仿真圖測(cè)速器開(kāi)始時(shí)用按鍵來(lái)調(diào)制速度上限的仿真如圖5-2： 5-2 設(shè)置速度上限的proteus仿真圖測(cè)速器開(kāi)始按鍵測(cè)速仿真如圖5-3： 圖5-3 測(cè)速器按鍵測(cè)速的proteus仿真圖測(cè)速器速度超過(guò)速度上限的仿真如圖5-4： 圖5-4 測(cè)速器速度超過(guò)速度上限的proteus仿真圖6.實(shí)物制作6.1電路板焊接一般來(lái)說(shuō)，造成硬件問(wèn)題的首要問(wèn)題就是焊接了，也就是說(shuō)焊接的好與壞直接響產(chǎn)品的正常運(yùn)行。造成焊接質(zhì)量不高的常見(jiàn)原因是:焊錫用量過(guò)多,形成焊點(diǎn)的錫堆積；焊錫過(guò)少,不足以包裹焊點(diǎn)。冷焊。焊接時(shí)烙鐵溫度過(guò)低或加熱時(shí)間不足,焊錫未完全熔化、浸潤(rùn)、焊錫表面不光亮(不光滑),有細(xì)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(diǎn)下有一層黃褐色松香膜；若加熱溫度太高,則焊點(diǎn)下有一層碳化松香的黑色膜。對(duì)于有加熱不足的松香膜的情況,可以用烙鐵進(jìn)行補(bǔ)焊。對(duì)形成的黑膜,要吃?xún)艉稿a,清潔被焊元器件或印刷板表面,重新進(jìn)行焊接才行。焊錫連橋。指焊錫量過(guò)多,造成元器件的焊點(diǎn)之間短路。這在對(duì)超小元器件及細(xì)小印刷電路板進(jìn)行焊接時(shí)要尤為注意。焊劑過(guò)量,焊點(diǎn)明圍松香殘?jiān)芏?。?dāng)少量松香殘留時(shí),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(wú)水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊劑。焊點(diǎn)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(guò)少,以及烙鐵離開(kāi)焊點(diǎn)時(shí)角度不當(dāng)浩成的內(nèi)。6.2電路板調(diào)試 最小系統(tǒng)的電路不工作，首先應(yīng)該確認(rèn)電源電壓是否正常。用電壓表測(cè)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(lái)就是檢測(cè)復(fù)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(bǔ)焊電源后最小系統(tǒng)還是不能工作，有可能是AT89C52單片機(jī)壞掉了，重新選擇一個(gè)AT89C52單片機(jī)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(jī)方法調(diào)試，但在此之前可以選擇檢查對(duì)應(yīng)的模塊是否有焊接問(wèn)題，若沒(méi)有再進(jìn)行更換。 7.總結(jié)和展望7.1科研實(shí)踐總結(jié) 此系統(tǒng)充分利用了單片機(jī)小而靈活、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，以其為心，成功的設(shè)計(jì)出了能測(cè)算出物體轉(zhuǎn)速的產(chǎn)品，即讓我回故了以前所學(xué)的知識(shí)，又有新的心德體驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了我的智力。在大學(xué)畢業(yè)之前，能設(shè)計(jì)出一個(gè)電子產(chǎn)品，我深感欣慰，也感到無(wú)比的興奮和激動(dòng)，大學(xué)幾年有所收獲。本次設(shè)計(jì)有個(gè)遺憾，就是這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)用價(jià)值不怎樣太高，產(chǎn)品功能較少，當(dāng)然，這是選題時(shí)的一些不足之處。希望下一次，能設(shè)計(jì)出可以大量生產(chǎn)的產(chǎn)品，一個(gè)更好更實(shí)用的產(chǎn)品，來(lái)服務(wù)于現(xiàn)代化建設(shè)。7.2對(duì)未來(lái)的展望 經(jīng)過(guò)這次的基于單片機(jī)的測(cè)速儀的設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到很多東西，但就我個(gè)人感覺(jué)而言，學(xué)到的東西，對(duì)我今后的學(xué)習(xí)有重要的指導(dǎo)作用，這次學(xué)習(xí)對(duì)我的確很重要，至少我認(rèn)可了自己，在過(guò)去的三年里，還是學(xué)到了一些有用的課本知識(shí)。我學(xué)到了如何務(wù)實(shí)，如何去學(xué)一門(mén)技術(shù)，同時(shí)也知道了如何學(xué)習(xí)，什么才是學(xué)習(xí)。如果每天都能像這樣的學(xué)習(xí)，大學(xué)三年的課程，一年就夠了，或許還不要。這次的學(xué)習(xí)比我在讀高三時(shí)都還累。技術(shù)學(xué)到了，也許會(huì)忘記，學(xué)習(xí)的方法學(xué)到了，是一輩子的財(cái)富。同時(shí)這也是值得回憶的?，F(xiàn)在看看自己以前自學(xué)的一點(diǎn)東西，學(xué)了都有將近一年了，還是一個(gè)新手。這次學(xué)習(xí)讓我知道了，只要想學(xué)，一個(gè)月就夠了，關(guān)鍵是有沒(méi)有毅力和壓力。自學(xué)的更是這樣的，沒(méi)有周?chē)说膲毫Γ鸵约喝フ覊毫Α，F(xiàn)在學(xué)到的東西，在書(shū)本上是學(xué)不來(lái)的，在以后的工作中一定也會(huì)用到的，一定要自己經(jīng)歷了，在實(shí)踐中才學(xué)得到。這短暫的時(shí)間也許會(huì)對(duì)我的未來(lái)有大的影響。很感激學(xué)院提供這次學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)給我，這次學(xué)習(xí)絕對(duì)是一次成長(zhǎng)的機(jī)會(huì)。希望在以后的工作中，我今天學(xué)到的東西，能有用武之地。附錄1.參考文獻(xiàn)1 范力旻.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).電子工業(yè)出版社2 李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)M.北京： 高等教育出版社，2004.3 蔡朝陽(yáng).單片機(jī)控制實(shí)習(xí)與專(zhuān)題制作M.北京:北航出版社,2006年. 4 .高偉.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2008年.5 胡文金 楊健.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)教程.重慶大學(xué)出版社. 6 楊加國(guó).單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社,2006年.7 樓然苗，李光飛. 51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例M. 北京航空航天大學(xué)出版社，2006.8 郭培源.電子電路及電子器件.高等教育出版社,2003年.9 張齊 朱寧西.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(C51).電子工業(yè)出版社,2013年.2.元器件清單序號(hào)文字標(biāo)號(hào)名稱(chēng)數(shù)量規(guī)格型號(hào)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(wú)極性6C3 電容110uF無(wú)極性7U1單片機(jī)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(kāi)關(guān)1控制電源3原理圖4實(shí)物圖葉翔張凱強(qiáng) 10電Y15.程序代碼（C語(yǔ)言）：/電機(jī)測(cè)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(pán)定義sbit K=P12;/采集轉(zhuǎn)速完成標(biāo)志uchar DOK=0;ucharDFOK=0;/時(shí)間/Suint time=0;/Fuint time_F=0;/電機(jī)轉(zhuǎn)速u(mài)int 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(shí)器0開(kāi)TMOD = 0x01;/50msTH0 = 0x3C;TL0 = 0x0B0;ET0 = 1;TR0 = 1;/總中斷開(kāi)EA = 1;/T0計(jì)數(shù)器優(yōu)先級(jí)最高PT0=1;/低電平有效IT1=0;/外部中斷1開(kāi)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(jié)束while(GO=0);/T0計(jì)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(zhuǎn)速采集完畢 time=0;DOK=1; if(time_F=1200&DFOK=0)/1Fen轉(zhuǎn)速采集完畢 time_F=0;DFOK=1; /此函數(shù)提供與屏幕顯示相關(guān)的函數(shù)及聲明/管腳定義sbit rs=P27;sbit lcden=P26;/屏幕初始化