基于單片機(jī)的速度里程表設(shè)計(jì)

1、湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)實(shí)踐任務(wù)書 系 名 稱 電 氣 工 程 系 專業(yè)及班級(jí) 學(xué)生姓名 _ 學(xué) 號(hào) _ 畢業(yè)實(shí)踐題目： 基于單片機(jī)的汽車?yán)锍瘫碓O(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師（簽字）： 教研室主任（簽字）： 系 主 任（簽字）： 2008年 1 月 20 日畢業(yè)實(shí)踐課題及任務(wù)課題簡(jiǎn)介該課題主要是利用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行的一項(xiàng)軟、硬件開發(fā)技術(shù)。其目的是培養(yǎng)學(xué)生利用單片機(jī)技術(shù)解決生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問題，對(duì)提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力動(dòng)手能力和工程實(shí)踐技能有較重要的意義。學(xué)生應(yīng)具備電路分析、電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)等方面的相關(guān)知識(shí)，熟悉單片機(jī)系統(tǒng)流程圖、硬件結(jié)構(gòu)圖及匯編語(yǔ)言，能進(jìn)行單片機(jī)控制電路的連接、程序編寫、輸入、修改及調(diào)試等

2、課題任務(wù)要求一、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容概述：汽車?yán)锍瘫硎且环N具有速度測(cè)量，行程測(cè)量、超速報(bào)警及LCD顯示功能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，利用硬件電路和軟件控制來實(shí)現(xiàn)上述功能。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的要求與數(shù)據(jù)：1、寫出汽車?yán)锍瘫淼目刂埔蠓治?、畫出硬件電路接線圖3、畫出控制系統(tǒng)流程圖4、編寫控制程序5、寫出汽車?yán)锍瘫淼氖褂谜f明三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作：1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)有詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案、控制電路、控制程序及分析說明2、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成3、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)規(guī)范打印、裝訂進(jìn)程安排參考資料1、單片機(jī)原理及應(yīng)用 北京航空航天大學(xué)出版社 孫涵芳主編2、電子技術(shù) 高教出

3、版社 胡宴如主編3、電子線路CAD 機(jī)械工業(yè)出版社 王廷才主編4、單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù) 北京航空航天大學(xué)出版社 周航慈主編湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)實(shí)踐開題報(bào)告書 系 專業(yè) 學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)課題名稱 課題準(zhǔn)備情況思路和方法擬重點(diǎn)解決的問題計(jì)劃進(jìn)度指導(dǎo)教師意見 簽名：年 月 日湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)實(shí)踐考核表 系 專業(yè) 學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)課題名稱 課題完成情況及自我評(píng)價(jià)指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)評(píng)語(yǔ)評(píng)分 （共40分）簽名： 年 月 日評(píng)閱教師評(píng)價(jià)評(píng)語(yǔ)評(píng)分 （共30分）簽名： 年 月 日答辯小組評(píng)價(jià)評(píng)語(yǔ)評(píng)分 （共30分）組長(zhǎng)簽名： 年 月 日畢業(yè)實(shí)踐評(píng)審組審核 經(jīng)綜合考核該學(xué)生畢業(yè)實(shí)踐得分 分，評(píng)定為 組長(zhǎng)簽名

4、：年 月 日目錄實(shí)驗(yàn)原理。3方案論證和選擇。3所用設(shè)備、器材。3硬件方案（完整的電路原理圖）。4軟件方案（程序流程圖，源程序（含注釋）。10調(diào)試過程。13運(yùn)行結(jié)果及分析。16實(shí)驗(yàn)的收獲體會(huì)及建議。17組長(zhǎng)對(duì)本人及組員評(píng)價(jià)。17參考文獻(xiàn)：作者、名稱、出版社、出版日期。17實(shí)驗(yàn)原理：本設(shè)計(jì)能實(shí)時(shí)地將所測(cè)的速度與累計(jì)里程數(shù)顯示出來，主要是將傳感器輸入到單片機(jī)的脈沖信號(hào)的頻率（傳感器將不同車速轉(zhuǎn)變成不同頻率的脈沖信號(hào)）實(shí)時(shí)地測(cè)量出來，考慮到信號(hào)的衰減、干擾等影響，在信號(hào)送入單片機(jī)前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行放大整形。本設(shè)計(jì)用兩個(gè)按鍵來控制顯示速度或里程。單片機(jī)利用定時(shí)器T0的控制功能測(cè)出輸入信號(hào)的周期后，再利用單片機(jī)

5、的算術(shù)運(yùn)算功能將周期轉(zhuǎn)換成速度，同時(shí)每秒鐘進(jìn)行一次里程累計(jì)，從而計(jì)算出總里程。最后將得出的速度、里程值存儲(chǔ)在EEPROM中，并根據(jù)兩個(gè)按鍵的選擇情況來顯示速度或里程。為了方便計(jì)算要顯示數(shù)據(jù)值的段碼，可再將其轉(zhuǎn)換成壓縮的BCD碼，然后通過查表將要顯示的數(shù)據(jù)值中每一位的壓縮BCD碼轉(zhuǎn)換成8段碼送到顯示緩沖區(qū)，最后經(jīng)串口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器送至LED顯示模塊以顯示所測(cè)的速度或里程。本設(shè)計(jì)的里程數(shù)的算法是一種大概的算法（假設(shè)在一定時(shí)間內(nèi)汽車是勻速行進(jìn)，平均速度與時(shí)間的乘積即為里程數(shù)）。      設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮測(cè)速精度和系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間。本設(shè)計(jì)用測(cè)量脈沖頻率來計(jì)算速度，因

6、而具有較高的測(cè)速精度。在計(jì)算里程時(shí)取了汽車的理想狀態(tài)。實(shí)際中，誤差控制在幾米之內(nèi)，相對(duì)于整個(gè)里程來說不是很大。為了保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)的速度轉(zhuǎn)換模塊和顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)BCD碼模塊都采用快速算法。另外，還應(yīng)盡量保證其他子模塊在編程時(shí)的通用性和高效性。本設(shè)計(jì)的速度和里程值采用8位顯示，并包含兩個(gè)小數(shù)位。 方案論證和選擇本速度里程表設(shè)計(jì)以單片機(jī)和光電傳感器為核心。傳感器將不同車速轉(zhuǎn)變成的不同頻率的脈沖信號(hào)輸入到單片機(jī)進(jìn)行控制與計(jì)算，再采用LED模塊進(jìn)行顯示，使得速度里程數(shù)據(jù)能直觀的顯示給使用者。 所用設(shè)備、器材組成本速度里程表由信號(hào)預(yù)處理電路、AT89C51單片機(jī)、串口液晶顯示電路、串口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和系

7、統(tǒng)軟件組成。其中信號(hào)預(yù)處理電路包含信號(hào)放大、波形變換和波形整形。信號(hào)預(yù)處理電路中的放大器用于對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大，以降低對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求；波形變換和波形整形電路則用來將放大的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可與單片機(jī)接口的TTL信號(hào)；通過單片機(jī)的設(shè)置可使INT0引腳能夠?qū)?nèi)部定時(shí)器T0的工作進(jìn)行控制，這樣能精確地測(cè)出加到INT0引腳的正脈沖數(shù)（即測(cè)出脈沖信號(hào)的周期）；設(shè)計(jì)中速度顯示采用LED模塊，所得的數(shù)據(jù)采用I2C總線并通過EEPROM來存儲(chǔ)，因而節(jié)省了所需單片機(jī)的口線和外圍器件，同時(shí)也簡(jiǎn)化了顯示部分的軟件編程系統(tǒng)軟件包括單片機(jī)和LED模塊的初始化模塊、LED模塊的寫數(shù)據(jù)命令子模塊、周期測(cè)量模塊、速度里程計(jì)算模

8、塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、速度和里程顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)BCD碼模塊、顯示數(shù)據(jù)消多余零模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊以及實(shí)時(shí)中斷服務(wù)模塊等,系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。                                   圖1 系統(tǒng)的原理框圖 硬件方案（完整的電路原理圖）一、

9、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1 信號(hào)預(yù)處理電路 信號(hào)預(yù)處理電路如圖3所示，系統(tǒng)的信號(hào)預(yù)處理電路由二級(jí)電路構(gòu)成，第一級(jí)是由開關(guān)三極管組成的零偏置放大器，采用開關(guān)三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應(yīng)。當(dāng)輸入信號(hào)為零或負(fù)電壓時(shí)，三極管截止，電路輸出高電平；而當(dāng)輸入信號(hào)為正電壓時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)輸出電壓隨著輸入電壓的上升而下降，這使得速度里程表既可以測(cè)量任意方波信號(hào)的頻率，也可以測(cè)量正弦波信號(hào)的頻率。由于放大器的放大功能降低了對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求，因此，系統(tǒng)能對(duì)任意大于0.5V的正弦波和脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。預(yù)處理電路的第二級(jí)采用74LS14把放大器生成的單相脈沖轉(zhuǎn)換成與COMS電平相兼容的方波信號(hào)（如圖

10、4所示），同時(shí)將輸出信號(hào)加到單片機(jī)的P3.2口上。                             圖3 信號(hào)預(yù)處理電路圖                

11、;            圖4 施密特觸發(fā)器對(duì)脈沖的整形        利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋?zhàn)饔?，可以把邊沿變化緩慢的周期性信?hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。輸入的信號(hào)只要幅度大于VT+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號(hào)。       從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當(dāng)傳輸線上的電容較大時(shí)，波形的上升沿將

12、明顯變壞；當(dāng)傳輸線較長(zhǎng)，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時(shí)，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當(dāng)其他脈沖信號(hào)通過導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號(hào)時(shí)，信號(hào)上將出現(xiàn)附加的噪聲。無論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。只要施密特觸發(fā)器的VT+和VT-設(shè)置得合適，均能受到滿意的整形效果。    2 EEPROM AT24C02的應(yīng)用       AT24C02是CMOS 2048位串行EEPROM，在內(nèi)部組織成256×8位。AT24C

13、02的特點(diǎn)是具有允許在簡(jiǎn)單的二線總線上工作的串行接口和軟件協(xié)議。      如圖5所示，在本設(shè)計(jì)中用芯片AT24C02的SDA端與單片機(jī)的P3.7口相連，SCL端與單片機(jī)的P3.5口相連。因?yàn)樵谶@個(gè)I2C總線上只有一個(gè)器件，所以把AT24C02的地址設(shè)為000，即把A0、A1、A2都接地。單片機(jī)計(jì)算出來的里程數(shù)據(jù)通過SDA、SCL向AT24C02輸送數(shù)據(jù)。單片機(jī)首先向AT24C02發(fā)送寫信號(hào)，當(dāng)確認(rèn)后從單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元提取數(shù)據(jù)然后向AT24C02的內(nèi)部地址傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)顯示里程時(shí)，單片機(jī)首先向AT24C02發(fā)送讀信號(hào)，然后確認(rèn)后，單片機(jī)從

14、AT24C02內(nèi)部的地址向單片機(jī)的讀出單元字節(jié)讀出數(shù)據(jù)，供顯示所用。                                  圖5 AT24C02與單片機(jī)的接口電路圖3顯示部分       本設(shè)計(jì)的顯

15、示模塊包括MC14511BCP、CD4076、74LS138和8個(gè)LED顯示管等器件。MC14511是將鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)三種功能集于一身的“三合一”器件。鎖存器的作用是避免在計(jì)數(shù)過程中出現(xiàn)跳數(shù)現(xiàn)象，便于觀察和記錄。用譯碼器將BCD碼轉(zhuǎn)換成7段碼，再經(jīng)過大電流反相器，驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管。譯碼器屬于非時(shí)序電路，其輸出狀態(tài)與時(shí)鐘無關(guān)，僅取決于輸入的BCD碼。    74LS138的作用相當(dāng)于位選的功能，當(dāng)C，B，A的輸入分別為“000、001、010、011、100、101、110、111”時(shí)分別選擇不同的MC14511，從而在不同位上顯示不同的數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)。CD4

16、076是CMOS 4位三態(tài)輸出D寄存器,通過74LS138的Y6，Y7來控制其CP的工作，從而使CD4076來控制小數(shù)點(diǎn)顯示。圖6是顯示模塊   圖6 顯示模塊框圖       圖7為系統(tǒng)顯示部分的電路。系統(tǒng)中用74LS138的Y0Y5選擇MC14511以驅(qū)動(dòng)LED顯示，Y6、Y7來控制CD40756的CP，從而達(dá)到以CD4076的Q1Q4控制小數(shù)點(diǎn)的顯示，另一個(gè)CD4076只用到其Q1和Q2，圖中字符相對(duì)應(yīng)的地方表示其引腳相連。8 圖7 系統(tǒng)顯示部分的電路 二、原理原理圖電路見圖1，由檢測(cè)傳感器、單片機(jī)

17、電路和數(shù)碼顯示電路等部分組成。 圖1軟件方案（程序流程圖，源程序（含注釋）系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)        1 系統(tǒng)軟件框圖       如圖8所示，本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法。整個(gè)系統(tǒng)由初始化模塊、頻率測(cè)量模塊、速度，里程計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼模塊、速度顯示模塊、里程顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，讀取模塊、定時(shí)器中斷服務(wù)模塊以及其他功能模塊組成。圖8 系統(tǒng)軟件框圖 2 數(shù)據(jù)處理       待測(cè)信號(hào)經(jīng)預(yù)處理電路后加至單片機(jī)的P3.

18、4（T0）引腳可為單片機(jī)測(cè)量信號(hào)頻率提供有效的輸入信號(hào)。單片機(jī)通過檢測(cè)P3.4引腳電平來決定是否啟動(dòng)測(cè)量頻率程序。當(dāng)該引腳為高電平時(shí)，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，要一直到該引腳出現(xiàn)低電平時(shí)才開始測(cè)頻率。       我們可從硬件的鋁盤上知道兩個(gè)過孔之間在圓周上的距離。而這個(gè)距離M正好為計(jì)算速度和距離起到了基本的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備作用。同時(shí)可以從TL0寄存器知道在兩秒內(nèi)單片機(jī)檢測(cè)到的N個(gè)脈沖。而M×N所得到的正是這兩秒內(nèi)鋁盤在圓周上所走得距離S。（此時(shí)假設(shè)在這個(gè)兩秒內(nèi)車子是勻速前進(jìn)的），距離S除以2s的時(shí)間，就可以大概的算出這2s內(nèi)鋁盤的線速度。

19、再根據(jù)鋁盤與汽車的輪子保持著一樣的角速度，得到鋁盤的線速度與輪子線速度的關(guān)系，從而算出汽車在這2s的平均速度。       至于里程的計(jì)算，根據(jù)速度計(jì)算的分析，在得到2s內(nèi)鋁盤在其圓周上走過的距離后。根據(jù)它與汽車輪子的圓周走過的距離有一定比例關(guān)系（通過兩者角速度一樣的算法）可以通過單片機(jī)的算出汽車在這兩秒內(nèi)走過的路程S1。把這個(gè)路程S1與存儲(chǔ)器原來的里程數(shù)相加即可得到目前的總里程數(shù)。       通過單片機(jī)計(jì)算出來的速度和里程的數(shù)據(jù)，必須通過BCD碼的轉(zhuǎn)換才能輸出給顯示模塊。

20、總里程數(shù)的顯示是設(shè)定出現(xiàn)在電動(dòng)汽車開動(dòng)，單片機(jī)開機(jī)經(jīng)過初始化后顯示出來，這樣以來用戶可以清楚的知道自己的車子已經(jīng)運(yùn)行了多少公里了。而速度的顯示則是在計(jì)算出速度里程后立刻顯示出來，體現(xiàn)實(shí)時(shí)性。 速度里程表流程圖程序：速度里程表-程序程序的基本思路如流程圖（速度里程表流程圖）所示，用定時(shí)器設(shè)定每一圈的時(shí)間。里程記圈數(shù)，用記數(shù)總?cè)?shù)除以一公里需要的圈數(shù)即要顯示的公里數(shù)。SDABITP1.7;I2C總線定義SCLBITP1.6RSTBITP1.0KEY_INTBITP3.2MTDEQU40H;發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器MRDEQU49H;接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū);定義器件地址,變ZLG7290EQU70H;ZLG7290的

21、器件地址ACKBIT10H;應(yīng)答標(biāo)志位SLADATA50H;器件的從地址SUBADATA51H;器件的子地址NUMBYTEDATA52H;讀/寫的字節(jié)數(shù)變量ORG8000HLJMPMAINORG8100H ;-主程序如下：MAIN:MOV SP,#70H MOV TMOD,#56H MOV TL0,#0FFH MOV TH0,#0FFHMOV TL1,#0FEHMOV TH1,#0FFHSETB EA SETB ET0 SETB ET1 CLR TR0 CLR TR1 BEGIN: JB P3.0,BEGIN SETB TR1 MOV R2,#03HMOV P1,#0FCHLOOP: JNB

22、P3.1,MAINJMP LOOPINTT0:INC R2MOV 30H,R2XRL 30H,#0FFHMOV P1,30HRETIINTT1:CLR ET1SETB TR0RETICLRRSTLCALL DELAYSETBRSTLCALL DELAYMAINLOOP:JBT0,KEY_HANDLESJMPMAINLOOPKEY_HANDLE:MOVSLA,#ZLG7290;指定器件地址MOVSUBA,#01H;指定子地址MOVNUMBYTE,#01H;發(fā)送2字節(jié)數(shù)據(jù)LCALLIRDNBYTE;調(diào)用寫2字節(jié)數(shù)據(jù)程序LCALLDELAYMOV R7,#08HMOV A,P1 MOV R6,#60

23、HHANDLELOOP:MOV MTD,R6MOV MRD,APUSHACCMOV30H,R7MOVMTD+1,MRDMOVSLA,#ZLG7290;指定器件地址MOVSUBA,#07H;指定子地址MOVNUMBYTE,#02H;發(fā)送2字節(jié)數(shù)據(jù)LCALLIWRNBYTE;調(diào)用寫2字節(jié)數(shù)據(jù)程序LCALL DELAYUSING2MOVR7,30HPOPACCINCR6DJNZR7,HANDLELOOPSJMPMAINLOOPDELAY:MOV R7,#80HMIN:DJNZ R7,YS500RETYS500:LCALL YS500USLJMP MINYS500US:MOV R6,#80HDJNZ R6,$RETDELAY1:MOV R7,#20HDJNZ R7,$RET$INCLUDE(VI2C_ASM.INC);包含VIIC軟件包END  調(diào)試過程運(yùn)行結(jié)果及分析：程序運(yùn)行沒有錯(cuò)誤，但是沒有數(shù)據(jù)顯示。分析： 可能程序中的輸出數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)少了結(jié)論：       本設(shè)計(jì)以MCS-51為核心，通過光電傳感器來檢測(cè)汽車的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的速度，里程的計(jì)算及里程的累計(jì)，存儲(chǔ)，最后用8位的LED能直觀的將速度與里程顯示給用戶，從而達(dá)到