基于單片機(jī)智能速度里程表的設(shè)計

1、前 言汽車是現(xiàn)代生活中不可或缺的一種重要交通工具，傳統(tǒng)的指針式的里程表伴隨著汽車的誕生就一直為人們接受，不過，新生事物不會因傳統(tǒng)的存在而停止它前進(jìn)的步伐，數(shù)碼科技在今天已滲透到工業(yè)，農(nóng)業(yè)，民用等產(chǎn)品的點點滴滴。新概念的車速里程表最直觀的變化就是用大屏幕的液晶取代指針式表盤，直接用數(shù)字顯示時速，里程，以及其他一些諸如油耗、時鐘、環(huán)境溫度等參數(shù)。直觀的呈現(xiàn)給使用者。由于單片機(jī)體積小，可以把它做到產(chǎn)品的內(nèi)部，取代老式機(jī)械零件，縮小產(chǎn)品體積，增強(qiáng)功能，實現(xiàn)智能化。因此廣泛的被用在智能產(chǎn)品中。intel公司的mcs-51系列單片機(jī)在近年來廣泛流行。本文即介紹一種基于mcs-51單片機(jī)的里程表的設(shè)計與實現(xiàn)

2、?；魻杺鞲衅髋cat89c51結(jié)合實現(xiàn)最簡測速系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行速度里程測量，有廣泛的應(yīng)用前景。 本文先對里程表設(shè)計中所需設(shè)備作了詳細(xì)介紹，對設(shè)計中存在的問題進(jìn)行了說明；對硬件和軟件部分的設(shè)計和實現(xiàn)作了認(rèn)真的分析；給出了系統(tǒng)的建模過程及相應(yīng)的系統(tǒng)模型，在proteus仿真實驗系統(tǒng)上進(jìn)行了仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：at89c51;速度里程表。（1）里程、速度采集的模擬；（2）單片機(jī)處理、計算；（3）led顯示。目錄1.設(shè)計背景11.1課題背景11.2設(shè)計內(nèi)容12.課程設(shè)計題目13.系統(tǒng)概述24.基本原理24.1霍爾傳感器簡介24.2at89c51芯

3、片簡介44.3 51單片機(jī)定時器/計數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理54.4頻率測量105.設(shè)計方案115.1 元器件介紹115.1.1 led顯示模塊115.1.2 74hc138簡介125.1.3 74hc573簡介135.2 實驗仿真電路圖145.3 仿真結(jié)果155.4 源程序166.課程設(shè)計總結(jié)197.參考文獻(xiàn)191.設(shè)計背景1.1課題背景 在出租車是城市交通的重要組成部分，行業(yè)健康和發(fā)展也獲得越來越多的關(guān)注。汽車計價器是乘客與司機(jī)雙方的交易準(zhǔn)則，它是出租車行業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志，是出租車中最重要的工具。它關(guān)系著交易雙方的利益。具有良好性能的計價器無論是對廣大出租車司機(jī)朋友還是乘客來說都是很必要的

4、。因此，汽車計價器的研究也是十分有一個應(yīng)用價值的。1.2設(shè)計內(nèi)容 本設(shè)計主要是介紹了單片機(jī)控制下的出租車計價器設(shè)計，詳細(xì)介紹了其硬件和軟件設(shè)計，并對其各功能模塊做了詳細(xì)介紹，其主要功能和指標(biāo)如下：（1）里程、速度采集的模擬；（2）單片機(jī)進(jìn)行處理、計算；（3）將里程數(shù)和速度進(jìn)行l(wèi)ed顯示。2.系統(tǒng)概述 系統(tǒng)軟件包括單片機(jī)和頻率測量模塊、速度里程計算模塊、速度和里程顯示數(shù)據(jù)lcd顯示模塊等。脈沖信號單片機(jī)lcd 圖2.1 系統(tǒng)原理框圖3.基本原理3.1霍爾傳感器簡介 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的外形圖和與磁場的作用關(guān)系如2圖所示。磁場由磁鋼提供，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對使用?；魻杺鞲衅鳈z測

5、轉(zhuǎn)速示意圖如圖3。在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近。圓盤每轉(zhuǎn)動一圈，霍爾傳感器便輸出一個脈沖。通過單片機(jī)測量產(chǎn)生脈沖的頻率就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速。霍爾電流傳感器本身已經(jīng)存在濾波電路，輸出無須再加裝濾波，可直接供單片機(jī)的05v的 ad采集或直接送到單片機(jī)的中斷輸入引腳，信號非常穩(wěn)定，而且抗干擾能力很強(qiáng)。 霍爾電流傳感器反應(yīng)速度一般在7微妙，不用考慮單片機(jī)循環(huán)判斷的時間.若在圓盤上貼上多塊磁鋼，則圓盤每轉(zhuǎn)一圈，輸出的脈沖信號將相應(yīng)增加，單位時間內(nèi)測到的脈沖數(shù)將增多，測出的轉(zhuǎn)速也將更加精細(xì)。本設(shè)計建模時采用一個圓盤上貼一個磁鋼進(jìn)行模擬。實際制作中可以貼上多塊磁鋼，即可以克

6、服因車輪轉(zhuǎn)速太慢而在設(shè)定時間內(nèi)測不到脈沖的問題。 圖3.1 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的外形圖 圖3.2 霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖3.2 at89c51芯片簡介at89c51是一個低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的at89c51提供了高性價比的解決方案。at89c51是一個低功耗高性能單片機(jī)，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端

7、口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，at89c51可以按照常規(guī)方法進(jìn)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。at89c51具有如下功能特性： （1）兼容mcs51指令系統(tǒng)；（2）32個雙向i/o口；（3）兩個16位可編程定時/計數(shù)器；（4）1個串行中斷；（5）兩個外部中斷源；（6）4k可反復(fù)擦寫(1000次）flash rom；（7）128x8bit內(nèi)部ram；（8）6個中斷源；（9）低功耗空閑和掉電模式；(10)軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。3.3 51單片機(jī)定時器/計數(shù)

8、器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 mcs-51單片機(jī)內(nèi)部設(shè)有兩個16位的可編程定時器/計數(shù)器?？删幊痰囊馑际侵钙涔δ埽ㄈ绻ぷ鞣绞健⒍〞r時間、啟動方式等）均可由指令來確定和改變。在定時器/計數(shù)器中除了有兩個16位的計數(shù)器之外,還有兩個特殊功能寄存器（控制寄存器和方式寄存器）。（1）定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)如下。從上面定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖中我們可以看出,16位的定時/計數(shù)器分別由兩個8位專用寄存器組成,即:t0由th0和tl0構(gòu)成;t1由th1和tl1構(gòu)成。其訪問地址依次為8ah-8dh。每個寄存器均可單獨訪問。這些寄存器是用于存放定時或計數(shù)初值的。此外,其內(nèi)部還有一個8位的定時器方式寄存器tmod和一個8位

9、的定時控制寄存器tcon。這些寄存器之間是通過內(nèi)部總線和控制邏輯電路連接起來的。tmod主要是用于選定定時器的工作方式;tcon主要是用于控制定時器的啟動停止,此外tcon還可以保存t0、t1的溢出和中斷標(biāo)志。當(dāng)定時器工作在計數(shù)方式時,外部事件通過引腳t0（p3.4）和t1（p3.5）輸入。 （2）定時計數(shù)器的原理16位的定時器/計數(shù)器實質(zhì)上就是一個加1計數(shù)器,其控制電路受軟件控制、切換。當(dāng)定時器/計數(shù)器為定時工作方式時,計數(shù)器的加1信號由振蕩器的12分頻信號產(chǎn)生,即每過一個機(jī)器周期,計數(shù)器加1,直至計滿溢出為止。顯然,定時器的定時時間與系統(tǒng)的振蕩頻率有關(guān)。因一個機(jī)器周期等于12個振蕩周期,所

10、以計數(shù)頻率 fcount=1/12osc。如果晶振為12mhz,則計數(shù)周期為: t=1/（12106）hz1/12=1s 。這是最短的定時周期。若要延長定時時間,則需要改變定時器的初值,并要適當(dāng)選擇定時器的長度（如8位、13位、16位等）。當(dāng)定時器/計數(shù)器為計數(shù)工作方式時,通過引腳t0和t1對外部信號計數(shù),外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。計數(shù)器在每個機(jī)器周期的s5p2期間采樣引腳輸入電平。若一個機(jī)器周期采樣值為1,下一個機(jī)器周期采樣值為0,則計數(shù)器加1。此后的機(jī)器周期s3p1期間,新的計數(shù)值裝入計數(shù)器。所以檢測一個由1至0的跳變需要兩個機(jī)器周期,故外部事件的最高計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。例如,

11、如果選用12mhz晶振,則最高計數(shù)頻率為0.5mhz。雖然對外部輸入信號的占空比無特殊要求,但為了確保某給定電平在變化前至少被采樣一次,外部計數(shù)脈沖的高電平與低電平保持時間均需在一個機(jī)器周期以上。 當(dāng)cpu用軟件給定時器設(shè)置了某種工作方式之后,定時器就會按設(shè)定的工作方式獨立運行,不再占用cpu的操作時間,除非定時器計滿溢出,才可能中斷cpu 當(dāng)前操作。cpu也可以重新設(shè)置定時器工作方式,以改變定時器的操作。由此可見,定時器是單片機(jī)中效率高而且工作靈活的部件。（3）控制寄存器 定時器計數(shù)器t0和t1有2個控制寄存器tmod和tcon,它們分別用來設(shè)置各個定時器計數(shù)器的工作方式,選擇定時或計數(shù)功能

12、,控制啟動運行,以及作為運行狀態(tài)的標(biāo)志等。其中,tcon寄存器中另有4位用于中斷系統(tǒng)。 定時器/計數(shù)器方式寄存器tmod定時器方式控制寄存器tmod在特殊功能寄存器中,字節(jié)地址為89h,無位地址。tmod的格式如下圖所示。 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0gatectm1m0gatectm1m0控制定時器t1控制定時器t0gate：門控位。gate=0時，定時器由軟件控制位tr0或tr1來控制啟停。tri位為1時，定時器啟動開始工作；為0時定時器停止工作。gate=1時，定時器的啟動停止由外部中斷引腳和tri位共同控制。只有當(dāng)外部中斷引腳int0或int1為高時，tr0或tr1置

13、1才能啟動定時器工作。ct：功能選擇位。當(dāng)ct=0時設(shè)置為定時器工作模式；當(dāng)ct=1時設(shè)置為計數(shù)器工作模式。m1、m0：工作方式選擇位。定時器計數(shù)器有4種工作方式，由m0、m1來定義：m0m1操作方式功能說明00方式013位定時器計數(shù)器，tli只用低5位01方式116位定時器計數(shù)器10方式2自動重裝初值的8位定時器計數(shù)器，thi的值在保持不變，tli溢出時，thi的值自動裝入tli中。11方式3僅適用于t0，t0分成2個獨立的8位計數(shù)器；t1停止計數(shù)。定時器/計數(shù)器方式控制寄存器tmod不能進(jìn)行位尋址,只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置定時器工作方式,低半字節(jié)定義為定時器0,高半字節(jié)定義為定時器1。復(fù)時,

14、tmod所有位均為0。 定時器/計數(shù)器控制寄存器tcontcon在特殊功能寄存器中,字節(jié)地址為88h,位地址(由低位到高位)為88h一8fh,由于有位地址,十分便于進(jìn)行位操作。 tcon的作用是控制定時器的啟、停,標(biāo)志定時器溢出和中斷情況。 tcon的格式如下圖所示。其中,tfl,trl,tf0和tr0位用于定時器計數(shù)器;iel,itl,ie0和it0位用于中斷系統(tǒng)。 8fh 8eh 8dh 8ch 8bh 8ah 89h 88h (位地址)tf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it0各位定義如下: tf1和tf0： 分別為定時器1和定時器0溢出標(biāo)志。當(dāng)計數(shù)器計滿產(chǎn)生溢出時，由硬件自動置“

15、1”，并可申請中斷。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件自動清零。tr1和tr0： 定時器1和定時器0啟動控制位。ie1和ie0： 外部中斷引腳int0或int1中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)外部中斷源有請求時其對應(yīng)的中斷標(biāo)志位置“1”。其復(fù)位方式由觸發(fā)方式來設(shè)置。it1和it0： 為外部中斷1和外部中斷0的觸發(fā)方式選擇位。iti設(shè)置為“0”時為電平觸發(fā)；設(shè)置為“1”時為邊沿觸發(fā)方式。tcon中低4位與中斷有關(guān)。由于tcon 是可以位尋址的,因而如果只是清溢出或啟動定時器工作,可以用位操作命令。例如:執(zhí)行“clr tf0”后則清定時器0的溢出;執(zhí)行“setb tr1”后可啟動定時器1開始工作。 （4）定時器/計數(shù)器

16、的初始化由于定時器/計數(shù)器的功能是由軟件編程確定的,所以一般在使用定時/計數(shù)器前都要對其進(jìn)行初始化,使其按設(shè)定的功能工作。初始化的步驟如下: 1、確定工作方式（即對tmod賦值）;2、預(yù)置定時或計數(shù)的初值（可直接將初值寫入th0、tl0或th1、tl1）;3、根據(jù)需要開放定時器/計數(shù)器的中斷（直接對ie位賦值）; 4、啟動定時器/計數(shù)器（若已規(guī)定用軟件啟動,則可把tr0或tr1置“1”;若已規(guī)定由外中斷引腳電平啟動,則需給外引腳步加啟動電平。當(dāng)實現(xiàn)了啟動要求后,定時器即按規(guī)定的工作方式和初值開始計數(shù)或定時）。 （5）定時器/計數(shù)器的四種工作方式定時器t0或t1無論用作定時器或計數(shù)器都有4種工作

17、方式:方式0、方式1、方式2和方式3。除方式3外,t0和t1有完全相同的工作狀態(tài)。通過對方式寄存器tmod中m1、m2位的設(shè)置，可選擇四種工作方式。工作方式0工作方式0是一個13位的定時/計數(shù)器，16位計數(shù)器只用了高8位thi和低5位（tli的d4d0位），tli的高3位未用。工作方式116位的定時/計數(shù)器，原理同工作方式0 工作方式2自動重裝計數(shù)器。16位計數(shù)器拆成兩個8位計數(shù)器，低8位作計數(shù)器用，高8位用于保存計數(shù)初值。當(dāng)?shù)?位計數(shù)產(chǎn)生溢出時，將tfi位置1，同時又將保存在高8位中的計數(shù)初值重新裝入低8位計數(shù)器中，又繼續(xù)計數(shù)，循環(huán)重復(fù)不止。工作方式3方式3只適用定時器t0，t0在該模式下被

18、拆成兩個獨立的8位計數(shù)器th0和tl0。其中tl0使用原來t0的一些控制位和引腳，它們是：c/t，gate，tr0，tf0和t0（p3.4）引腳int0（p3.2）引腳。此方式下的tl0除作8位計數(shù)器外，其功能和操作與方式0，方式1完全相同，可作計數(shù)也可作定時用。該方式下的th0，此時只可作簡單的內(nèi)部定時器功能。它借用原定時器1的控制位和溢出標(biāo)志位tr1和tf1，同時占用了t1的中斷源。th0的啟動和關(guān)閉幕式僅受tr1的控制，tr1=1，th0啟動定時；tr1=0，th0停止定時工作。該方式下的t1仍可設(shè)置為方式0、方式1、方式2，用于任何不需要中斷的場合。3.4頻率測量本設(shè)計所采用的霍爾傳感

19、器由一個磁鋼和一個霍爾器件組成。磁鋼被貼在非磁性圓盤上，隨圓盤一起旋轉(zhuǎn)，霍爾器件固定在圓盤附近，圓盤每轉(zhuǎn)一圈，霍爾器件將產(chǎn)生一個脈沖，一個脈沖即代表了一個圓盤的周長。本設(shè)計中霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖將被送到單片機(jī)的內(nèi)部定時計數(shù)器timer1的t1口。timer1工作在模式1。timer1將對加到t1腳的脈沖進(jìn)行計數(shù)。timer0工作在定時方式，測量出一個脈沖的長度。若是將磁鋼貼于汽車的輪軸上，則汽車輪子每轉(zhuǎn)一圈，霍爾器件產(chǎn)生一個脈沖。對脈沖頻率進(jìn)行處理，即可轉(zhuǎn)化為車速。對脈沖數(shù)進(jìn)行累加再乘以輪子的長度，即可得到里程數(shù)據(jù)。4.設(shè)計方案4.1 元器件介紹元件庫件數(shù)51單片機(jī)at89c511電阻res1

20、7電解電容crystal3開關(guān)switch1led數(shù)碼管7seg-mpx4-ca2譯碼器74hc1381脈沖觸發(fā)器dclock14.1.1 led顯示模塊圖4.1.1 led管腳配置圖led顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段led。這種顯示塊有共陰極和共陽極兩種，如上圖所示，共陰極led顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地，如圖中所示，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮。共陽極led顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接，當(dāng)某個二極管的陰極為低電平時，該二極管點亮。通常的七段led顯示塊中有八個發(fā)光二極管，故也稱為八段顯示器。其中七個二極管構(gòu)成七筆字型“8”，一

21、個發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點。控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示各種字符。設(shè)8位控制器按低到高的次序依次控制led顯示塊的af和小數(shù)點dp,我們稱控制器輸出的控制led顯示塊顯示字符的 8位字節(jié)數(shù)據(jù)為段選碼。共陽極與共陰極的段選碼互為反碼。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用led還可構(gòu)成任意位的led顯示器。4.1.2 74hc138簡介 74hc138是一款高速cmos器件，74hc138引腳兼容低功耗肖特基ttl（lsttl）系列。圖4.2.2 74hc138引腳圖 74hc138譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（a0,a1和a2）,并當(dāng)使能時，提供8個互斥的低有效輸出（y0至y7）。74hc138特有3

22、個使能輸入端：兩個低有效（e1和e2）和一個高有效（e3）。除非e1和e2至低且e3至高，否則74hc138將保持所有輸出為高。利用這種復(fù)合使能特性，僅需4片74hc138芯片和1個反相器，即可輕松實現(xiàn)并行擴(kuò)展，組合成為一個1-32（5線到32線）譯碼器。任選一個低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，而把其余的使能輸入端作為選通端，則74hc138亦可充當(dāng)一個8輸出多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。74hc138與74hc238邏輯功能一致，只不過74hc138為反相輸出。4.1.3 74hc573簡介74hc573包含八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，span是一種

23、高性能硅門cmosspan器件。sl74hc573跟ls/al573的管腳一樣。器件的輸入是和標(biāo)準(zhǔn)cmos輸出兼容的，加上拉電阻他們能和ls/alsttl輸出兼容。圖5.1.3 74hc573引腳圖輸入是和標(biāo)準(zhǔn) cmos 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和 ls/alsttl 輸出兼容。當(dāng)鎖存使能端le為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當(dāng)鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。u36755x出能直接接到 cmos，nmos 和 ttl 接口上u25805x作電壓范圍：2.0v6.0vu20302x輸入電流：1.0uacmos 器件的高噪聲抵抗特性三態(tài)總線驅(qū)

24、動輸出置數(shù)全并行存取緩沖控制輸入使能輸入有改善抗擾度的滯后作用原理說明：m54hc563/74hc563/m54hc573/74hc573的八個鎖存器都是透明的d 型鎖存器，當(dāng)使能（g）為高時，q 輸出將隨數(shù)據(jù)（d）輸入而變。當(dāng)使能為低時，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動總線，而不需要外接口。特別適用于緩沖寄存器，i/o 通道，雙向總線驅(qū)動器和工作寄存器。4.2 實驗仿真電路圖 圖4.2仿真電路圖（1） p3.5，p3.2管腳做脈沖輸入（2）

25、 p0管腳做段選輸出（3） p2.0-p2.3做位選輸出4.3 仿真結(jié)果 圖4.3 仿真結(jié)果圖圖4.4仿真結(jié)果圖4.4源程序#include #define pi 3.14159 #define dia 1.0 sbit p3_2=p32; unsigned char code led_num10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; unsigned char code led_bit6=0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd; void delay(unsigned int dat) unsigned in

26、t k,j; for(k=0;kdat;k+) for(j=0;j2000;j+); void init_timer0(void) th0=0x00; tl0=0x00; tr0=1;void init_timer1(void) th1=0x00; tl1=0x00; tr1=1; void main(void) unsigned char i,j; unsigned char cnt=0;unsigned int temp=0,a; unsigned int tab=0,wap=0; double way = 0,sudu = 0; unsigned char led6; tmod=0x51; init_timer0();while(1) th0=0x00;