基于單片機(jī)電子式里程表設(shè)計(jì)論文

速里程表已廣泛采用電子式機(jī)芯結(jié)構(gòu)，而國(guó)內(nèi)汽車儀表一直是機(jī)械式車速里程表的天車成本的30%,然而我國(guó)汽車行業(yè)起步較晚，技術(shù)十分落后，電子產(chǎn)品僅占整車成本的過(guò)變速器上的速度傳感器獲取信號(hào)，通過(guò)脈沖頻率的變化使指針偏轉(zhuǎn)或者顯示數(shù)字。示值誤差小于1%,報(bào)警值非常準(zhǔn)確。由于采用的芯片都是廣泛使用的通用芯片，成本光電傳感器單單片機(jī)顯示存儲(chǔ)器(3)顯示車速，用4位LED顯示；(1)光電傳感器的脈沖信號(hào)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換；(2)超速報(bào)警功能；(3)里程信息存儲(chǔ)功能；片機(jī)PO口和P2口，編程恰當(dāng)?shù)剡x擇各個(gè)7段LED顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間，實(shí)現(xiàn)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)至機(jī)AT89S51是由ATMEL公司生產(chǎn)的51單片機(jī)。簡(jiǎn)單介紹如下：內(nèi)含有4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)本系統(tǒng)的鍵盤輸入部分，采用了2個(gè)功能鍵，用這2個(gè)鍵既可以選擇6位LED顯應(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(gè)LED數(shù)碼管可用來(lái)顯示一位EEPROM是電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器。在平常情況下速度極快!通常EEPROM芯片又分為串行EEPROM和并行EEPROM兩種，串行EEPROM在讀寫時(shí)數(shù)據(jù)的輸入/輸出是通過(guò)2線、3線、4線或SPI總線等接口方式進(jìn)行的，而并行EEPROM的數(shù)據(jù)輸入/輸出則是通過(guò)并行總線進(jìn)行的。在汽車上串行EEPROM用得最存儲(chǔ)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，24C02中帶有片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加1,以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)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2.3軟件模塊通過(guò)上面分析，設(shè)計(jì)中決定選用S51系列單片機(jī)作為控制器，那么它的軟件編寫就由于脈沖測(cè)量過(guò)程中，開始檢測(cè)時(shí)脈沖寬度已小于機(jī)器周期T,因而會(huì)導(dǎo)致脈沖的在控制時(shí)，首先由P1.6發(fā)一個(gè)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(gè)啟動(dòng)正脈沖，從而將門G2打開。之后，被測(cè)脈沖上升沿通過(guò)G2送T1計(jì)數(shù)；同時(shí)Q2輸出從P1.6發(fā)出一個(gè)負(fù)脈沖，將U2清零，從而封鎖G2,使T/C1停止計(jì)數(shù)，至此一次頻率采樣過(guò)程結(jié)束。計(jì)數(shù)器1采用計(jì)數(shù)值滿后自然清零再計(jì)數(shù)的方法。將T/C0設(shè)為高優(yōu)先級(jí)，本單元采用了單片機(jī)的P1.1和P1.2口，通過(guò)外接兩個(gè)按鍵開關(guān)，從而控制一個(gè)6位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,6腳為I2C總線的時(shí)鐘SCL,7腳為測(cè)試輸入端，在系統(tǒng)中接地，8腳為電源。當(dāng)時(shí)鐘線SCL程序中多處調(diào)用了DELAY子程序(僅兩條NOP指令),這是為了滿足I2C總線上數(shù)據(jù)本單元采用一個(gè)蜂鳴器和一個(gè)紅色發(fā)光二極管與單片機(jī)的P1.0口相接的報(bào)警實(shí)現(xiàn)斷請(qǐng)求，以1秒鐘為周期，實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的嘀嘀聲及發(fā)光二極管的閃爍顯示。當(dāng)車速值回制，譯碼器74LS139對(duì)單片機(jī)的P2.6和P2.7口分時(shí)選通，這樣任何一個(gè)時(shí)刻，都只有一3硬件單元電路設(shè)計(jì)機(jī)管腳，單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器T1工作于計(jì)數(shù)器方式，累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)3.1.1傳感器的選擇(1)傳感器采用無(wú)接觸測(cè)量，不增加被測(cè)物旋轉(zhuǎn)力矩，測(cè)量小里矩的旋轉(zhuǎn)物能獲得很(2)光電傳感器是利用光波作為媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的，抗電磁干擾能力強(qiáng)，如果采(3)傳感器利用光電效應(yīng)方便地將轉(zhuǎn)速換成電量信號(hào)。故此類傳感器測(cè)量范圍寬、非(4)光電傳感器易受環(huán)境霧塵，粉塵、油塵、水霧及雜光的影響。3.1.2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(hào)的形式可以將光電傳感(1)透射式光電傳感器若在調(diào)制盤上開60個(gè)小孔，則可在1秒的記數(shù)值上直接讀出轉(zhuǎn)速大小。它可以測(cè)量1r/min的車速。如果開600個(gè)孔，則它的測(cè)量精度為0.1r/min。(2)反射式光電傳感器接觸地測(cè)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(cè)量的轉(zhuǎn)速范圍為中我采用了透射式光電傳感器，并且采用了60條縫隙的測(cè)量盤。如圖3.1所示，為透縫隙h轉(zhuǎn)速3.1.3光電傳感器的脈沖整形電路抗干擾能力也很強(qiáng)。它可用于波形變換、脈沖整形以及脈沖幅度鑒別。下圖3.2為其應(yīng)形元件。圖3.3是本系統(tǒng)所采用的透射式光電測(cè)速脈沖整形電路圖。每當(dāng)旋轉(zhuǎn)圓盤上的的孔數(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。3.2單片機(jī)與光電傳感器的接口設(shè)計(jì)測(cè)量頻率最簡(jiǎn)單的方法是將被測(cè)信號(hào)整形為脈沖，然后連接到單片機(jī)的定時(shí)器/記數(shù)器(T/C)的外部脈沖輸入端，本系統(tǒng)中將被測(cè)信號(hào)脈沖AT89S51的T1端?？蓪T89S51的一個(gè)T/C0用作定時(shí)器，另一個(gè)T/C1用作計(jì)數(shù)器。在T/C0定時(shí)時(shí)間里，由T/C1對(duì)頻率脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。T/C1的計(jì)數(shù)值是單位定時(shí)時(shí)間里的(1)由于AT895S51對(duì)輸入T/C的外部脈沖計(jì)數(shù)，是通過(guò)在每個(gè)機(jī)器周期的第10個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)輸入端T1采樣，故需要兩個(gè)機(jī)器周期(等于24個(gè)時(shí)鐘周期)識(shí)別一個(gè)脈沖的負(fù)跳變，每識(shí)別到一個(gè)脈沖的負(fù)跳變將計(jì)數(shù)器加1。因此被測(cè)脈沖的最高頻率必須小于Fnx=f.24。此外，還要求被測(cè)頻率脈沖的寬度應(yīng)大于一個(gè)機(jī)器周期T。本系統(tǒng)所采用的時(shí)鐘頻率fosc為12MHz,則被測(cè)脈沖的最高頻率不應(yīng)超過(guò)Fmax=12MHz/24=500kHz;其寬度必須大于T=12/fsc=1μs。(2)在定時(shí)記數(shù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)如圖3.4所示的丟失脈沖的情況。第一個(gè)脈沖的丟失，是由于開始檢測(cè)時(shí)脈沖寬度已小于機(jī)器周期T;第二個(gè)脈沖丟失是由于脈沖的負(fù)跳變?cè)诙ǘ〞r(shí)定時(shí)輸入脈沖丟失丟失為解決圖3.4中第一個(gè)脈沖的丟失，可用門電路實(shí)現(xiàn)記數(shù)開始與脈沖上升沿的同步控制。圖3.5是用AT80S51的T/CO作定時(shí)器，T/C1作計(jì)數(shù)器，對(duì)頻率測(cè)量的接口電控制時(shí)，首先由P1.6發(fā)一個(gè)清0負(fù)脈沖，使U1、U2兩個(gè)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(gè)啟動(dòng)正脈沖，其放，使被測(cè)脈沖得以通過(guò)門G1,使Q2置為1,從而將門G2打開。之后，被測(cè)脈沖上升沿通過(guò)G2送T1計(jì)數(shù)；同時(shí)Q2輸出的高電平使INTO=1,定時(shí)器0的門控GATE有效，啟動(dòng)T/C0開始定時(shí)。直到定時(shí)結(jié)束時(shí)，從P1.6發(fā)出一個(gè)負(fù)脈沖，將U2清零，從而封鎖G2,使T/C1停止計(jì)數(shù)，至此一次頻率采樣過(guò)程結(jié)束。在本系統(tǒng)中f,為汽車轉(zhuǎn)軸上安裝的測(cè)量盤縫隙對(duì)應(yīng)的頻率，測(cè)量T/C定時(shí)時(shí)間為1S,這樣長(zhǎng)時(shí)間的定時(shí)，先由T/C0定時(shí)100ms,之后軟件循環(huán)10次來(lái)完成(10×100ms=1s)。T/C作頻率脈沖的計(jì)數(shù)器，若單片機(jī)工作在計(jì)數(shù)方式1,最大計(jì)數(shù)值為65536。若100ms計(jì)數(shù)65536次，則脈沖的頻率為655.36kHz,這已經(jīng)超過(guò)了AT89S51的計(jì)數(shù)器的最高頻率500kHz,能夠發(fā)揮出T/C的最大計(jì)數(shù)能力。T/C0定時(shí)100ms的計(jì)數(shù)初值設(shè)為3CBOH,并設(shè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式字TMOD=59h。計(jì)數(shù)器1采用計(jì)數(shù)值滿后自然清零再計(jì)數(shù)的方法。將T/C03.3單片機(jī)與外部存儲(chǔ)器的接口設(shè)計(jì)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(jī)的P1.3口相接，6腳為I2C總線的時(shí)鐘SCL,在系統(tǒng)中與單片機(jī)的P1.4口相接，7腳為測(cè)試輸入端，在系統(tǒng)中接地，8腳為電源。當(dāng)時(shí)在5腳SDA,6腳SCL上分別接兩個(gè)10K的上拉電阻，并外接了一個(gè)瓷介電容，當(dāng)電源正常供電時(shí)給電容器充電，電源掉電時(shí)，利用電容器電流將單片機(jī)中的數(shù)據(jù)寫入3.4單片機(jī)與超速報(bào)警電路的接口設(shè)計(jì)本部分采用一個(gè)蜂鳴器和一個(gè)紅色發(fā)光二極管與單片機(jī)的P1.0口相接的報(bào)警實(shí)現(xiàn)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?yàn)镻1.0口高低電平的通圖3.6超速報(bào)警電路圖3.5單片機(jī)與鍵盤和7段顯示器的接口設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的鍵盤輸入部分，采用2個(gè)功能鍵，用這2個(gè)鍵，既可以選擇顯示是單班里態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬰娖?，然后可直接接到單片機(jī)的位都用各自的8位輸出口控制，在顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的段恒定發(fā)光或不發(fā)光，這種選端復(fù)接在一起，只用一個(gè)8位輸出控制段選，段選同時(shí)加到各個(gè)7段LED顯示器上，通顯示器的位選碼，則由單片機(jī)的P2.0至P2.5口控制。再通過(guò)軟件編程，從而控制各自的整電路原理圖)。NYNY圖4.1系統(tǒng)主程序流程圖AT89S51單片機(jī)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(jì)數(shù)均用到了T/C(計(jì)時(shí)/計(jì)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(jī)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PO、P2、P13個(gè)口的寄存器以及接收號(hào)碼計(jì)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(jìn)行說(shuō)明。4.1脈沖測(cè)量部分由于脈沖測(cè)量過(guò)程中，開始檢測(cè)時(shí)脈沖寬度已小于機(jī)器周期T,因而會(huì)導(dǎo)致脈沖的丟失。為了避免脈沖的丟失，可用門電路實(shí)現(xiàn)記數(shù)開始與脈沖上升沿的同步控制。所以在控制時(shí)，首先由P1.6發(fā)一個(gè)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(gè)啟動(dòng)正脈沖，從而將門G2打開。之后，被測(cè)脈沖上升沿通過(guò)G2送T1計(jì)數(shù)；同時(shí)Q2輸出的高電平使INT0=1,定時(shí)器0的門控GATE有效，啟動(dòng)T/C0開始定時(shí)。直到定時(shí)結(jié)束時(shí)，從P1.6發(fā)出一個(gè)負(fù)脈沖，將U2清零，從而封鎖G2,使T/C1停止計(jì)數(shù)，至此一次頻率采樣過(guò)程結(jié)束。計(jì)數(shù)器1采用計(jì)數(shù)值滿后自然清零再計(jì)數(shù)的方法。將T/C0設(shè)為高優(yōu)先級(jí)，允許計(jì)數(shù)過(guò)程中定時(shí)中斷。電路圖在圖3.5。4.2鍵盤輸入部分這個(gè)部分是比較簡(jiǎn)單的一個(gè)部分，在硬件設(shè)計(jì)部分本人對(duì)簡(jiǎn)易鍵盤做了比較詳細(xì)的介紹，這里就不再重復(fù)。鍵盤輸入部分采用2個(gè)功能鍵，用這2個(gè)鍵既可以選擇顯示是單班里程還是總里程。由于機(jī)械開關(guān)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)有信號(hào)的抖動(dòng)，故在接入開關(guān)的同時(shí)，必須考慮防抖動(dòng)的問(wèn)題。防抖動(dòng)的方法之一是軟件延時(shí)去抖動(dòng)。既在開關(guān)狀態(tài)改變時(shí)，執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序，待電平穩(wěn)定后再讀入開關(guān)狀態(tài)信息。鍵的去抖動(dòng)方法由軟件延時(shí)來(lái)解決。鍵盤分析程序應(yīng)包括：是否有鍵按下以及識(shí)別哪個(gè)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。4.3數(shù)據(jù)處理部分平均轉(zhuǎn)速測(cè)量中，最普通的方法是當(dāng)旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)一圈，由脈沖轉(zhuǎn)換器發(fā)生60或600個(gè)脈沖，并將它在一秒鐘之內(nèi)通過(guò)門，用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，從而用r/min直流值表示的方法。若設(shè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為C,脈沖轉(zhuǎn)換器每轉(zhuǎn)的檢測(cè)脈沖數(shù)為P,計(jì)數(shù)時(shí)間為t秒，轉(zhuǎn)速為N(r/min),則有如下關(guān)系式成立：本系統(tǒng)中采用t=1S,P=60,則C=N;取P為60時(shí)，則在1S內(nèi)可測(cè)量1r/min單位而要從轉(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(zhǎng)。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(hào)。示例：195/60R14=(195X0.6X2)+因而輪胎外直徑為145/70R12=(1假設(shè)系統(tǒng)的脈沖計(jì)數(shù)值設(shè)為K,車速為N,周長(zhǎng)為C,則車速計(jì)算公式為：以下為雙字節(jié)二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)乘法程序MULD以及無(wú)符號(hào)除法程序D457,本程序可套用4.4存儲(chǔ)器部分結(jié)束信號(hào)都是單片機(jī)產(chǎn)生。在開始信號(hào)以后，總個(gè)字節(jié)必須為8位，而且每個(gè)傳送的字節(jié)后面必須跟一個(gè)認(rèn)可位(第9位),也叫應(yīng)答位 放SCL線返回高電平，準(zhǔn)備接收下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，單片機(jī)可繼續(xù)傳送。當(dāng)單片機(jī)發(fā)送完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后，接著發(fā)出對(duì)應(yīng)于SCL線上的一個(gè)時(shí)鐘(ACK)認(rèn)可;寫串行E2PROM子程序EEPW;R3=10100000(命令1010+器件3位地址+讀/寫。器件地址一個(gè)芯片，是000);(R1)=欲寫數(shù)據(jù)存放地址指針;(R7)=連續(xù)寫字節(jié)數(shù)n脈沖)。另外，在讀最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)時(shí)，置應(yīng)答信號(hào)為“1”,表示讀操作即將完成。為0或由0寫為1的次數(shù)。而實(shí)際上寫入EEPROM的數(shù)據(jù)，對(duì)于某一位來(lái)說(shuō)，寫入的數(shù)據(jù)并寫一次，只能寫150天左右，顯然，這是不能滿足要求的。為此，可采用一種利用存儲(chǔ)個(gè)固定的基地址加上EEPROM內(nèi)的一個(gè)單元的內(nèi)容(即偏移地址)作為真正的地址；若發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)單元已壞(寫入和讀出的內(nèi)容不同),則偏移地址加一，重新寫入。如果采用1004.5超速報(bào)警部分器以1s周期發(fā)出嘀嘀聲，由P1.0輸出信號(hào)4.6顯示部分(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(hào)；(2)軟件譯碼——利用查表方法獲得字型編碼(段選碼);(4)延時(shí)子程序——控制點(diǎn)亮?xí)r間和時(shí)間間隔。以下圖4.2為顯示子程序的流程框圖：√業(yè)業(yè)在整個(gè)的軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，最麻煩的是R寄存器的選取，由于只有7個(gè)R寄存器能使用，而本系統(tǒng)完成的功能比較強(qiáng)大，簡(jiǎn)單一個(gè)延時(shí)程序都會(huì)用到兩個(gè)或兩個(gè)以上的R寄存器，這使在很多調(diào)用的時(shí)候出現(xiàn)R寄存器不夠用的情況，特別是在中斷的時(shí)候，有些寄存器在用后的值會(huì)發(fā)生改變，可能會(huì)使得系統(tǒng)出現(xiàn)混亂情況。解決的辦法也就只好在不夠用的時(shí)候把寄存器先存起來(lái)，用完后再存回去。到此軟件程序設(shè)計(jì)完畢。(1)微機(jī)一臺(tái)；(2)示波器；(3)萬(wàn)用表；(4)直流穩(wěn)壓電源；(5)單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)一套。按照電路圖的要求以及元器件的選取，接好了電路圖，并接好+5V直流電源后，通過(guò)示波器的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，示波器里的脈沖試，這直接關(guān)系到此部分的成敗。1、判斷基極和管子類型(PNP或NPN):由于基極與發(fā)歐姆檔(R×100或R×1K)測(cè)量時(shí)，先將任一支表筆接到某一個(gè)認(rèn)定的管腳上，另一表筆先后接到其余兩個(gè)管腳上。如果測(cè)量得到的阻值都很大(或都很小),然后對(duì)換表筆，重復(fù)上述測(cè)量時(shí)，阻值恰好與上述相反。都很小(或都很大)。則可斷定所認(rèn)定的管腳觀察表針偏轉(zhuǎn)情況。然后將黑表筆所接管腳與已斷定的基極用手捏住(注意不能使其相碰),這時(shí)人體電阻相當(dāng)于電阻Rb,比較測(cè)量出的阻值變化。然后更換黑、紅表筆，再定引腳是a,b,c等，位選也是拿萬(wàn)用表的黑表筆去探試的。如程混亂了。而4位的LED顯示器的第一位總是顯示8,把驅(qū)動(dòng)的三級(jí)管拆下來(lái)檢查發(fā)現(xiàn)并不是三極管的問(wèn)題，這花了比較長(zhǎng)的時(shí)間，經(jīng)過(guò)仔細(xì)間，就能聽見硬件系統(tǒng)中的蜂鳴器傳來(lái)的報(bào)警聲，并且紅色發(fā)光二極管也So