汽車車速檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄摘要1關(guān)鍵詞1Abstract1Key words1引言21 論文綜述21.1 車速檢測(cè)系統(tǒng)的背景和意義21.2 車速檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展前景32 車速檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路33 系統(tǒng)單元模塊選型33.1傳感器選擇33.2 單片機(jī)選型43.3 顯示模塊的選型43.4 報(bào)警電路選擇53.5 程序語(yǔ)言的選擇54 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)64.1 AT89C51主控電路64.1.1 AT89C51的管腳說(shuō)明64.1.2 復(fù)位電路74.1.3 晶振電路84.1.4 存儲(chǔ)器AT24CO294.2 傳感器電路模塊介紹94.2.1 霍爾式車速傳感器104.2.2 霍爾傳感器的特性114.2.3 霍爾傳感器引腳說(shuō)明124.2

2、.4 霍爾傳感器車速測(cè)量原理124.2.5 霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法124.2.6 霍爾傳感器設(shè)計(jì)電路124.3 顯示模塊的介紹134.3.1 LED數(shù)碼管介紹134.3.2 LED數(shù)碼管特性134.3.3 74HC573作用144.3.4 顯示電路164.4 DM74LS14工作原理174.4.1 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)184.5 硬件總體設(shè)計(jì)195 軟件設(shè)計(jì)196 總結(jié)19參考文獻(xiàn)20附錄A21附錄B22致謝29汽車車速檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)汽車車速檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要;本次論文設(shè)計(jì)的是以AT89C51為核心，使用霍爾傳感器CS3020測(cè)速，并于數(shù)碼管上顯示，當(dāng)超速時(shí)具有語(yǔ)音警報(bào)功能的車速檢測(cè)系統(tǒng)。論文簡(jiǎn)單的

3、介紹了霍爾元件的原理及應(yīng)用，AT89C51單片機(jī)在系統(tǒng)中應(yīng)用，分析了系統(tǒng)部分的硬件和軟件的實(shí)現(xiàn)以及個(gè)單元硬件模塊的選擇。該系統(tǒng)采用霍爾元件非接觸式車速傳感器代替軟軸傳動(dòng)，使車速表的安裝位置不受距離的限制。該系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單顯示直觀且價(jià)格便宜，因此具有良好的發(fā)展前景和市場(chǎng)價(jià)值。關(guān)鍵詞:單片機(jī)；霍爾傳感器；數(shù)碼顯示；語(yǔ)音報(bào)警The Design Of Vehicle speed detectionAbstract：In this paper , the vehicle speed detection system using the AT89C51 as the core.In this paper

4、the design is speed detection system with voice alarm function when the speed limit.The system uses Hall-sensor CS3020 to measure speed with the AT89C51 as the core.This paper simply introduces the principle and adhibition of hall element and the application of the SCM AT89C51 in this system,analyze

5、d the parts of the system hardware and software implementation as well as the choice of a unit of hardware module.This system use Hall-element non-contact speed sensor instead of soft shaft transmission,that makes the installation position of the speed table not restricted by distance.The system is

6、easy to install display intuitive and cheaper prices,so it has good development prospects and market value.Keywords：Single-chip microcomputer；Hall-sensor；Digital display；Voice alarm 引言 如今汽車已經(jīng)得到普及，高速公路上屢屢出現(xiàn)因汽車超速而引發(fā)的交通事故，汽車的安全性和人性化越來(lái)越受到人們的重視。以往傳統(tǒng)的接觸式傳感器，采用電位計(jì)原理，電刷與電阻基體的摩擦極易導(dǎo)致觸點(diǎn)磨損、電阻基體磨損，影響位置傳感器的輸出特性和使

7、用壽命。然而傳統(tǒng)接觸式傳感器的以上缺點(diǎn)使得人們對(duì)其安全性產(chǎn)生了疑問(wèn)。傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息反饋，其性能高低直接影響到汽車控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。所以非接觸式傳感器替代電位計(jì)式傳感器代表著技術(shù)進(jìn)步的發(fā)展方向。近幾年來(lái)霍爾技術(shù)的快速發(fā)展，其抗電磁干擾能力和抗溫漂能力大大提高，價(jià)格也逐步下降?；魻柺轿恢脗鞲衅魅〈娢挥?jì)式成了大勢(shì)所趨。目前已得到了廣泛應(yīng)用特別是在其測(cè)速方面?；魻柶骷性S多優(yōu)點(diǎn)。它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高(可達(dá)1MHz)，耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及煙霧等的污染或腐蝕1。因此霍爾元件適合應(yīng)用于汽車車速的檢測(cè)中。汽車上所使用的控制系統(tǒng)從

8、功能上可分為傳感器單元、控制單元和執(zhí)行單元部分。其中傳感器單元體現(xiàn)的是汽車智能化技術(shù)的高低，有其獨(dú)特的重要地位。對(duì)于傳感器監(jiān)測(cè)而言，汽車工況要求監(jiān)視控制參數(shù)有很多都是非電量常數(shù)，因此汽車傳感器被稱為汽車控制系統(tǒng)的“眼睛”。傳感器質(zhì)量的好壞勢(shì)必會(huì)對(duì)汽車各部位各組件監(jiān)測(cè)和控制的質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，進(jìn)而汽車的整體性能也將會(huì)有一定影響。如今霍爾型車速傳感器已成為現(xiàn)代汽車控制系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于這類車速傳感器的特性進(jìn)行測(cè)試和研究成為測(cè)試領(lǐng)域的又一重要研究方向。本系統(tǒng)簡(jiǎn)單說(shuō)明了霍爾型車速傳感器和測(cè)試系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)原理和測(cè)試的方法，進(jìn)而成功地研制了車速傳感器測(cè)速系統(tǒng)，本系統(tǒng)是利用霍爾型車速傳感器來(lái)研制與

9、開(kāi)發(fā)的。1 論文綜述1.1 車速檢測(cè)系統(tǒng)的背景和意義 傳統(tǒng)的機(jī)械式車速測(cè)量通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用于轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)，讓轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)和車速表指針一同發(fā)生同向偏轉(zhuǎn)。而當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩和彈簧產(chǎn)生的阻力矩互相平衡的時(shí)候，指針的偏轉(zhuǎn)就會(huì)停留在某一角度。使指針偏轉(zhuǎn)角與車速成正比，所以可用來(lái)表示其車速。 機(jī)械式汽車車速檢測(cè)系統(tǒng)具有明顯的缺陷。因?yàn)楸肀P(pán)指針偏轉(zhuǎn)角度與軟軸的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的磁力成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低的時(shí)候，所具有的磁力較小，使得隨轉(zhuǎn)速變化波動(dòng)較大。所以低速的時(shí)候車速表指針的擺動(dòng)較為劇烈、其測(cè)量和顯示的精度通常不高。如果車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是后置式的，需要讓車速表指針的偏轉(zhuǎn)動(dòng)力從變速箱經(jīng)過(guò)軟軸等傳到駕駛室，此時(shí)軟軸必然需要布置得很長(zhǎng)

10、，此時(shí)要將這種長(zhǎng)度較長(zhǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軟軸在結(jié)構(gòu)上布置合理，將會(huì)是件很困難的事情。 如今電子式測(cè)速測(cè)量系統(tǒng)更加智能，車速測(cè)量系統(tǒng)的功能也更加人性化，速度的顯示更加直觀功能也更加豐富，加上了里程累計(jì)、超速提醒等功能。當(dāng)今用于測(cè)速的方法有很多，其中使用得多的有激光檢測(cè)技術(shù)、紅外檢測(cè)技術(shù)、超聲檢測(cè)技術(shù)、視頻檢測(cè)技術(shù)、雷達(dá)檢測(cè)、感應(yīng)線圈檢測(cè)和磁傳感器檢測(cè)技術(shù)。目前用于測(cè)速的傳感器大多使用光電測(cè)速傳感器，但是由于光電傳感器極易受到外界光源的影響，使其誤差存在甚至失去意義?；魻杺鞲衅饔捎谄浒l(fā)展速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)和操作方便，還可以通過(guò)增加鋼磁個(gè)數(shù)使其準(zhǔn)確度加強(qiáng)。目前越來(lái)越廣泛的運(yùn)用于車速測(cè)速系統(tǒng)中并得到大眾的肯定。本論

11、文設(shè)計(jì)的汽車測(cè)速系統(tǒng)是為了降低高速上車輛超速造成的交通事故, 同時(shí)能將測(cè)得的車速實(shí)時(shí)顯示,并自動(dòng)判斷是否超速。1.2 車速檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展前景隨著汽車技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代汽車上的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代汽車的機(jī)構(gòu)日趨復(fù)雜，各種功能裝置也不斷增多，各種信息不斷增加，汽車車速已經(jīng)成為汽車信息中心。新的技術(shù)快速發(fā)展，促使各生產(chǎn)商家積極進(jìn)行新型汽車車速儀表的研究開(kāi)發(fā)和大量生產(chǎn)。以往的車速檢測(cè)一般都是軟軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)的誤差大且不易實(shí)現(xiàn)，因此霍爾傳感器的出現(xiàn)與發(fā)展，很快的應(yīng)用于各種測(cè)速系統(tǒng)中，而且已有較成熟的技術(shù)在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中可供參考。本次設(shè)計(jì)的汽車測(cè)速檢測(cè)系統(tǒng)

12、具有實(shí)時(shí)檢測(cè)顯示速度功能，當(dāng)超速時(shí)還具有自報(bào)警功能，而且可以通過(guò)手動(dòng)看里程。本次設(shè)計(jì)的汽車測(cè)速檢測(cè)系統(tǒng)就是利用霍爾傳感器進(jìn)行測(cè)速，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)速準(zhǔn)確、穩(wěn)定性高、使用壽命長(zhǎng)具有良好的發(fā)展前景。2 車速檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路本款汽車車速檢測(cè)系統(tǒng)是利用霍爾傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)速的主要用于高速公路汽車行駛超速報(bào)警。當(dāng)霍爾傳感器采集到信號(hào)并將其放大，通過(guò)波形變換與整形傳入到單片機(jī)P3.2口，單片機(jī)根據(jù)所寫(xiě)程序判斷是否超速（超速標(biāo)準(zhǔn)為120公里每小時(shí)），如果超速通過(guò)P3.3口將信號(hào)傳輸給蜂鳴器，此時(shí)蜂鳴器發(fā)出響聲。單片機(jī)還會(huì)根據(jù)傳感器傳入的信號(hào)在LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示速度，當(dāng)想要知道所走里程可按一下按鈕，此時(shí)LED

13、數(shù)碼管上將會(huì)顯示出里程，長(zhǎng)按時(shí)消除里程,當(dāng)離手時(shí)又變回速度顯示。上電時(shí)本汽車測(cè)速系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)復(fù)位。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的流程圖如圖2-1。3 系統(tǒng)單元模塊選型3.1 傳感器選擇目前測(cè)速傳感器用得比較廣泛的有光電測(cè)速傳感器和霍爾測(cè)速傳感器。光電測(cè)速傳感器開(kāi)孔圓盤(pán)的轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸相連接，光源的光通過(guò)開(kāi)孔盤(pán)的孔和縫隙反射到光敏元件上，開(kāi)孔盤(pán)隨旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)一周，光敏元件上照到光的次數(shù)等于盤(pán)上的開(kāi)孔數(shù)從而測(cè)出旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)速度2。靈敏度較高，但容易受外界光源影響。利用霍爾元件測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)，其內(nèi)部擁有穩(wěn)壓電路，霍爾電勢(shì)發(fā)生器，放大器，施密特觸發(fā)器以及輸出電路，其輸出的電平和TTL電平互相兼容。在待測(cè)的旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)圓盤(pán)，在圓

14、盤(pán)上安裝幾對(duì)小鋼磁，如果小鋼磁數(shù)量越多其分辨率也將越高?；魻栐惭b于小鋼磁附近并固定好，直到旋轉(zhuǎn)體以角速度W旋轉(zhuǎn)的時(shí)，如果一個(gè)小鋼磁轉(zhuǎn)過(guò)霍爾元件時(shí)，霍爾元件就將輸出一個(gè)脈沖，從而計(jì)算出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，就可確定旋轉(zhuǎn)體的速度，來(lái)達(dá)到測(cè)速的要求。 光電測(cè)速傳感器受外界光源影響很大，不適合運(yùn)動(dòng)性物體的測(cè)速。集成化霍爾元件傳感器擁有靈敏度好、可靠性強(qiáng)、體積較為小巧、傳感器無(wú)需觸點(diǎn)、不會(huì)造成磨損、其使用壽命長(zhǎng)并且功耗低以及無(wú)需擔(dān)心塵土、油污、濕熱的影響等優(yōu)點(diǎn)，在綜合了汽車運(yùn)動(dòng)環(huán)境的需求，本系統(tǒng)選擇使用霍爾傳感器來(lái)進(jìn)行速度檢測(cè)。 是否超速 YCS3020波形整形51單片機(jī)蜂鳴器報(bào)警顯示速度圖2-1 汽車

15、車速檢測(cè)系統(tǒng)流程圖3.2 單片機(jī)選型單片機(jī)是一種可通過(guò)編程控制的微處理器，單片機(jī)芯片自身不能單獨(dú)運(yùn)用于某項(xiàng)工程或產(chǎn)品上，它需要靠外圍數(shù)字器件或模擬器件的協(xié)調(diào)才可實(shí)現(xiàn)其本身的功能3。電子器件內(nèi)部無(wú)一不用到單片機(jī)，而且大多數(shù)電器內(nèi)部的主芯片就是由一塊單片機(jī)來(lái)控制的。本次使用的是8051單片機(jī)，它的資料比較全，用的人多，市場(chǎng)大，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適于本次編程使用。本次單片機(jī)選用AT89C51為核心。AT89C51應(yīng)用廣泛操作簡(jiǎn)單，也為大多數(shù)人所熟識(shí)。AT89C51提供了4K字節(jié)FLASH 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)和一個(gè)全雙工

16、串行通信口，還具有片內(nèi)振蕩器以及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。AT89C51價(jià)格便宜且功能豐富運(yùn)用靈活I(lǐng)/O口豐富，符合汽車車速檢測(cè)系統(tǒng)所需的要求。3.3 顯示模塊的選型目前用于顯示的基本有液晶LCD顯示板和二極管LED數(shù)碼管顯示。由于此次的車速檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單且設(shè)計(jì)方便，汽車測(cè)速顯示需要較高的刷新速率才能更加好的實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)速度顯示。所以本次選用的是比較簡(jiǎn)單的LED數(shù)

17、碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的顯示。LED數(shù)碼管顯示中分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)位器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是每個(gè)數(shù)碼管需要占用一個(gè)鎖存器，硬件電路復(fù)雜。因?yàn)閿?shù)碼管都處于被點(diǎn)亮狀態(tài)，所以需要的電流很大，當(dāng)數(shù)碼管的數(shù)量增多時(shí)，對(duì)電源的要求也就隨之增高。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的顯示方式之一，每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，位元選通COM端電路由單片機(jī)控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位元就顯示出字形，沒(méi)有選通

18、的數(shù)碼管就不會(huì)亮。數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示其實(shí)是每個(gè)數(shù)碼管輪流出現(xiàn)相應(yīng)的字碼，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺(jué)暫留作用，使人感覺(jué)好像數(shù)碼管每位都同時(shí)顯示，而其實(shí)只是數(shù)碼管每位的顯示輪流速度過(guò)快，以至于人眼已經(jīng)無(wú)法從中分辨出來(lái)。數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示需要在編程中寫(xiě)入消影程序，所以相對(duì)于靜態(tài)顯示來(lái)說(shuō)編程復(fù)雜。但是動(dòng)態(tài)顯示在電路連接卻大大簡(jiǎn)化了靜態(tài)顯示的復(fù)雜性，一般2個(gè)74HC573鎖存就可以控制8個(gè)數(shù)碼管，硬件電路簡(jiǎn)單。所以本次選用的是LED數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。3.4 報(bào)警電路選擇蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印件、報(bào)警器、玩具、汽車電子設(shè)備、定時(shí)器等的電子產(chǎn)品中，用

19、做發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。本論文選擇的電磁式蜂鳴器來(lái)進(jìn)行超速報(bào)警。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片以及外殼等組成4。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻電流信號(hào)通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。電磁式蜂鳴器的外圍電路簡(jiǎn)單，可以通過(guò)單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)使其發(fā)出不同音調(diào)的聲音的電子訊響器。蜂鳴器的音調(diào)可以通過(guò)程序控制，適合用于對(duì)超速的報(bào)警來(lái)提醒司機(jī)們降低并控制好時(shí)速。 3.5 程序語(yǔ)言的選擇由于C語(yǔ)言的使用非常方便，所以得到廣泛的應(yīng)用，有許多硬件開(kāi)發(fā)都將應(yīng)用到C語(yǔ)言編程，C語(yǔ)言的程序編程本身無(wú)需依賴機(jī)

20、器的硬件系統(tǒng)，通常無(wú)需修改或僅需簡(jiǎn)單的改動(dòng)就能夠把程序從不同系統(tǒng)中移植過(guò)來(lái)并直接利用。C語(yǔ)言里提供了許多的數(shù)學(xué)函數(shù)，并且支持浮點(diǎn)運(yùn)算，C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)效率很高，能夠有效的縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，并增加了程序可讀性以及可維持性5。C語(yǔ)言常用語(yǔ)法不多，尤其是單片機(jī)的C語(yǔ)言常用語(yǔ)法更少，便于此次的程序編寫(xiě)。C語(yǔ)言簡(jiǎn)便、快捷、便于利用，所以本次使用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序。4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 AT89C51主控電路AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)

21、6。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存具有可編程可擦除且只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。51單片機(jī)的可擦除和只讀存儲(chǔ)器能夠反復(fù)的擦除1000次。該器件是利用ATMEL高密度的非易失的存儲(chǔ)器制造技術(shù)來(lái)制造的，其與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳互相兼容。由于把多 功能8位CPU以及閃速存儲(chǔ)器組合于單個(gè)芯片里面，ATMEL的51單片機(jī)成為一種高效的微控制器。AT89C51單片機(jī)能夠提供一種較高靈活性以及價(jià)格相對(duì)低廉的方案給嵌入式控制系統(tǒng)來(lái)使用。4.1.1 AT89C51的管腳說(shuō)明AT89C51芯片如圖4-1圖4-1 AT89C51引腳圖AT89C51有40個(gè)管腳，其中包括32個(gè)I/O口引腳和2個(gè)電源

22、引腳還有2個(gè)時(shí)鐘引腳以及8個(gè)編程控制引腳。32個(gè)I/O口引腳又分為P0口、P1口、P2口和P3口，每個(gè)口都有八個(gè)引腳。P0口是雙向的8位三態(tài)I/O口，每個(gè)口可獨(dú)立控制，內(nèi)部不具有上拉電阻，為高阻狀態(tài)，不能正常的輸出高/底電平需要外接電阻7。 P1口是準(zhǔn)雙向的I/O口每個(gè)口可獨(dú)立控制，內(nèi)自帶上拉電阻，輸入不具備鎖存功能。當(dāng)輸入時(shí)必須先進(jìn)行寫(xiě)1操作，因?yàn)槠渥鳛檩敵鍪褂脮r(shí)沒(méi)有高阻狀態(tài)。P1.0和P1.1都具有另外一種功能分別為，T2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的外部輸入和T2的外部控制端。P2口與P1口相似，不過(guò)P2口只有準(zhǔn)雙向的輸入輸出功能。P3口不僅具有準(zhǔn)雙向的輸入輸出功能，而且每個(gè)管腳都具有第二功能。其中P

23、3.0和P3.1分別具有串行輸入輸出功能；P3.2和P3.3分別具有外部中斷0和外部中斷一功能；P3.4和P3.5分別課作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入端和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端；P3.6和P3.7分別具有外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)脈沖和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖功能。P3口功能表如表4-1表4-1 P3口第二功能說(shuō)明標(biāo)號(hào)引腳第二功能說(shuō)明P3.010RXD串行輸入口P3.111TXD串行輸出口P3.212INT0外部中斷0P3.313INT1外部中斷1P3.414T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入P3.515T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸如P3.616WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)脈沖P3.717RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖 編程控

24、制引腳分別有外接時(shí)鐘引腳為18腳和19腳；單片機(jī)復(fù)位引腳為第9引腳；程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端為第29腳；第30腳用于單片機(jī)擴(kuò)展外部RAM時(shí)，ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存，來(lái)實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離；31管腳用于EA接高電平時(shí)，單片機(jī)讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。4.1.2 復(fù)位電路用戶應(yīng)用程序在運(yùn)行過(guò)程中，有時(shí)會(huì)有特殊需求，需要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)恢復(fù)（熱啟動(dòng)之一），傳統(tǒng)的8051單片機(jī)由于硬件上不支持此功能，所以用戶需要用軟件模擬實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較麻煩。由于本次汽車車速檢測(cè)系統(tǒng)是基于單片機(jī)來(lái)控制編程的，單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，且用軟件模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的恢復(fù)比較麻煩。所以在單片機(jī)的

25、外圍電路就需要復(fù)位電路。復(fù)位電路有3種分別為手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位以及積分型上電復(fù)位。本次所設(shè)定的復(fù)位電路比較特殊，由于需要看里程的需要所以復(fù)位電路采用的是手動(dòng)復(fù)位的外圍電路設(shè)計(jì)，但是功能確是上電自動(dòng)復(fù)位，開(kāi)關(guān)是看里程時(shí)使用的。復(fù)位信號(hào)及產(chǎn)生：?jiǎn)纹瑱C(jī)上第九引腳為RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)為高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)晶振周期以上。若使用6MHZ的晶振，那么復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間需要超過(guò)4微秒，這樣才能完成復(fù)位操作。其中整個(gè)復(fù)位電路中包括內(nèi)外芯片兩部分。復(fù)位信號(hào)由外部電路所產(chǎn)生并將其傳送到施密特觸發(fā)器，然后由內(nèi)復(fù)位電路在其機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻來(lái)進(jìn)行施密特觸發(fā)器的輸出采樣，這樣才能得到內(nèi)

26、部復(fù)位操作所需求的信號(hào)8。 AT89C51單片機(jī)的復(fù)位基本思路原理復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入并被傳送至芯片中的施密特觸發(fā)器。如果系統(tǒng)正處于正常工作狀態(tài)，并且振蕩器穩(wěn)定，那么此時(shí)的RST引腳具有一個(gè)高電平并且已經(jīng)維持了2個(gè)機(jī)器周期(即為24個(gè)振蕩周期)以上，那么CPU就能夠響應(yīng)并使系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位電路外接電路如圖4-2圖4-2 復(fù)位電路的外接電路圖4.1.3 晶振電路單片機(jī)系統(tǒng)中都需要晶振，晶振在單片機(jī)系統(tǒng)中發(fā)揮著很大的作用，又稱為晶體振蕩器，它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，從而產(chǎn)生單片機(jī)所需求的時(shí)鐘頻率，晶體振蕩器提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)的運(yùn)行速度也將更快，單片機(jī)所有的指令能夠準(zhǔn)確執(zhí)行全都是建

27、立于單片機(jī)晶振所產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率。常用波特率通常按規(guī)范取為1200,2400,4800,9600，.，若采用晶振12MHZ或6MHZ，計(jì)算得出的T1定時(shí)初值將不是一個(gè)整數(shù)，這樣通訊便會(huì)產(chǎn)生積累誤差，進(jìn)而產(chǎn)生波特率誤差，影響串行通信的同步性能。能解決的方法只有調(diào)整單片機(jī)的時(shí)鐘頻率Fosc,通常采用11.0592MHZ晶振。因?yàn)樗芊浅?zhǔn)確地計(jì)算出T1定初值，即使對(duì)于較高的波特率（16900,19200），只要是標(biāo)準(zhǔn)通信速率，常采用11.0592MHZ的晶振可以得到非常準(zhǔn)確的數(shù)值。正常的工作條件下，一般的晶振頻率絕對(duì)精度通常能夠處于百萬(wàn)分之五十。高級(jí)晶振的精度當(dāng)然也就更高。有些單片機(jī)晶振能夠由外加電

28、壓在一定范圍內(nèi)來(lái)進(jìn)行頻率的調(diào)整，這個(gè)稱之為壓控振蕩器。晶振用一種可以將電能以及機(jī)械能共同轉(zhuǎn)化的晶體使其在共振狀態(tài)下工作，用來(lái)提供穩(wěn)定且精確的單頻振蕩。晶體振蕩器能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供所需的時(shí)鐘信號(hào)。正常情況下一個(gè)系統(tǒng)下只共用一個(gè)晶振，這是為了使各部分組件保持同步。當(dāng)然有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻會(huì)使用不同的晶振，然后利用電子調(diào)整頻率來(lái)保持系統(tǒng)各部分的同步9。本次汽車車速檢測(cè)系統(tǒng)所使用的51單片機(jī)所用晶振頻率為11.0592MHZ，外圍電路圖如下4-3。圖4-3晶振外圍電路4.1.4 存儲(chǔ)器AT24CO2AT24C02是一個(gè)2K位串行CMOSE2PROM，內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié)，CATALYST公司的先進(jìn)

29、CMOS技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。AT24C02有一個(gè)16字節(jié)頁(yè)寫(xiě)緩沖器。該器件通過(guò)IIC總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門(mén)的寫(xiě)保護(hù)功能。AT24C02的特性：數(shù)據(jù)線上的看門(mén)狗定時(shí)器；可編程復(fù)位門(mén)欄電平；高數(shù)據(jù)傳送速率為400KHz和1C總線兼容；2.7V至7V的工作電壓；低功耗CMOS工藝；16字節(jié)頁(yè)寫(xiě)緩沖區(qū)；片內(nèi)防誤擦除寫(xiě)保護(hù)；高低電平復(fù)位信號(hào)輸出；100萬(wàn)次擦寫(xiě)周期；數(shù)據(jù)保存可達(dá)100年；商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)和汽車溫度范圍。AT24C02的功能描述：支持總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議I2C，總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止

30、信號(hào)的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式，由于A0、A1和A2可以組成000111八種情況，即通過(guò)器件地址輸入端A0、A1和A2可以實(shí)現(xiàn)將最多8個(gè)AT24C02器件連接到總線上，通過(guò)進(jìn)行不同的配置進(jìn)行選擇器件。本次系統(tǒng)AT24C02的外圍電路如圖4-4。4.2 傳感器電路模塊介紹霍爾傳感器是一個(gè)換能器，將變化的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化?；魻杺鞲衅魇紫仁怯脕?lái)測(cè)磁場(chǎng)的，此外還可以被用來(lái)測(cè)量產(chǎn)生和影響磁場(chǎng)的物理量?；魻杺鞲衅魇怯捎谌藗兏鶕?jù)霍爾效應(yīng)用半導(dǎo)體材料制成的原件所以叫霍爾元件?；魻杺鞲衅魇且环N磁場(chǎng)傳感器?；魻杺鞲衅魇菍?duì)磁敏感的傳感元

31、件，由磁鋼、霍爾元件等組成。霍爾傳感器廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面?；魻柶骷抢冒雽?dǎo)體材料制成的一種器件，施加外磁場(chǎng)B使之與垂直于平面的方向一致，然后施加兩外電場(chǎng)于平面方向兩端，那么電子將會(huì)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，最后在器件的兩個(gè)側(cè)面間隙內(nèi)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)。它的大小與電流大小以及外磁場(chǎng)成比例?；魻栭_(kāi)關(guān)傳感器具有體積小，無(wú)需觸點(diǎn)，良好的動(dòng)態(tài)特性，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)物體轉(zhuǎn)速領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用十分廣泛。本系統(tǒng)采用的CS3020是根據(jù)檢測(cè)鋼磁轉(zhuǎn)過(guò)的次數(shù)轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的檢測(cè)，同時(shí)也可以測(cè)里程。 圖4-4 AT24C02外圍電路4.2.1 霍爾式車速傳感器 如今在汽車的應(yīng)用中霍

32、爾效應(yīng)傳感器具有十分重要的地位，其主要是因?yàn)樽兯倨髦車目臻g位置存在沖突?；魻栃?yīng)傳感器作為一種固體傳感器，它主要應(yīng)用于曲軸轉(zhuǎn)角以及凸輪軸的位置上，主要用于開(kāi)關(guān)點(diǎn)火以及燃油噴射電路的觸發(fā)；它還可應(yīng)用于其它要求控制轉(zhuǎn)動(dòng)部件的位置以及對(duì)速度控制有要求的電路中?；魻栃?yīng)傳感器（開(kāi)關(guān)），是由一個(gè)理論上完全閉合的并包含永久磁鐵以及磁極部分的磁路共同組成的，一個(gè)軟磁鐵葉片轉(zhuǎn)子通過(guò)磁鐵和磁極間的氣隙，由葉片轉(zhuǎn)子上的窗口可允許磁場(chǎng)不受影響的通過(guò)并最終到達(dá)了霍爾效應(yīng)傳感器，然而沒(méi)有窗口的部分則會(huì)中斷磁場(chǎng)，所以，葉片轉(zhuǎn)子窗口所起到的作用是用于開(kāi)關(guān)磁場(chǎng)，讓霍爾效應(yīng)如同開(kāi)關(guān)一般達(dá)到打開(kāi)或關(guān)閉的功能，因此一些設(shè)計(jì)者會(huì)將

33、霍爾效應(yīng)傳感器以及一些類似的電子設(shè)備，稱為霍爾開(kāi)關(guān)。此組件實(shí)際上就是一個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備，然而它的關(guān)鍵功能部件就是霍爾效應(yīng)傳感器來(lái)充當(dāng)?shù)摹y(cè)試步驟把驅(qū)動(dòng)輪頂起以便用來(lái)模擬行使?fàn)顟B(tài)，或者可以將汽車示波測(cè)試線加長(zhǎng)用來(lái)進(jìn)行行駛的測(cè)試。如若車輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾效應(yīng)傳感器就會(huì)產(chǎn)生一連串的脈沖信號(hào)，此脈沖個(gè)數(shù)會(huì)隨著車速增加而增加，但其位置的占空比無(wú)論何種速度狀態(tài)下將保持恒定不變。當(dāng)車速傳感器變高，相應(yīng)的示波器上的波形脈沖相應(yīng)的也將變多。如果確認(rèn)從一個(gè)脈沖到另一個(gè)脈沖之間的幅度、頻率以及形狀都是一致的，那么就是說(shuō)明幅度夠大，正常情況下它等于傳感器的供電電壓，而且它兩脈沖間隔相同，形狀一致，并與預(yù)期的相同。在確定波形的

34、頻率和車速同步以及占空比恒定不變之后，還要觀察以下內(nèi)容：1、觀察波形是否具有一致性，并且檢查波形頂部以及底部的尖角。2、觀察幅度是否具有一致性，它的波形高度也應(yīng)該相等，那時(shí)由于所給傳感器的供電電壓一直沒(méi)變。有一些實(shí)例表現(xiàn)出波形底部或者頂部出現(xiàn)缺口或不規(guī)則。其實(shí)關(guān)鍵的是波形的穩(wěn)定性不變，如果波形對(duì)地電位過(guò)高，也就是說(shuō)明電阻過(guò)大或者傳感器可能接地不良。3、觀察因?yàn)樾旭傂阅軉?wèn)題的產(chǎn)生以及故障碼出現(xiàn)而導(dǎo)致的波形異常，就能夠確定與他人反映的故障還有行駛性能故障產(chǎn)生的根本原因直接有關(guān)信號(hào)問(wèn)題。即使霍爾效應(yīng)傳感器通常被設(shè)計(jì)在能高至150的溫度下正常運(yùn)行，但霍爾效應(yīng)傳感器的工作依然會(huì)受到溫度的影響，有些霍爾效

35、應(yīng)傳感器依然在一定的溫度下(冷或熱)就會(huì)失效。當(dāng)示波器顯示的波形不正常時(shí)，可檢查被干擾的線以及連接不良的線束，還需要檢查示波器和連線，來(lái)確定有關(guān)部件轉(zhuǎn)動(dòng)是否正常(輸出軸，傳感器轉(zhuǎn)軸等)。如果示波器顯示故障，可以搖動(dòng)線束，它可以為我們進(jìn)一步判斷，用來(lái)確定故障的根本原因是不是由于霍爾效應(yīng)傳感器的故障所造成的。4.2.2 霍爾傳感器的特性霍爾元件工作是需要加控制電流的，這就需要知道控制電極間的電阻?；魻栯姌O輸出霍爾電勢(shì)，對(duì)外它是電源，這就需要知道霍爾電極之間的電阻。當(dāng)霍爾元件有控制電流使其本身在空氣中產(chǎn)生10攝氏度時(shí)，對(duì)應(yīng)的控制電流值稱為額定控制電流。因霍爾電勢(shì)隨控制電流的增加而線性增加，所以使用中

36、選用盡可能大的控制電流，因而需要知道元件的最大允許控制電流。當(dāng)沒(méi)有外加磁場(chǎng)，霍爾元件用交流控制電流時(shí)，霍爾電極的輸出有交流不等位電勢(shì)，還有一個(gè)直流電勢(shì)10。(一)線性型霍爾傳感器的特性 輸出電壓和外加磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系，如圖4-5。圖4-5 霍爾傳感器的線性關(guān)系 可見(jiàn)，在B1到B2磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍里具有良好的線性度，如果磁感應(yīng)強(qiáng)度不在此范圍內(nèi)則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。(二)開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的特性如果外加磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)了動(dòng)作點(diǎn)Bop時(shí)，此時(shí)將會(huì)有低電平由霍爾傳感器輸出，如果磁感應(yīng)強(qiáng)度降低至動(dòng)作點(diǎn)Bop以下時(shí)，此時(shí)傳感器的輸出信號(hào)保持不變，直到磁感應(yīng)強(qiáng)度降至釋放點(diǎn)BRP時(shí)，傳感器會(huì)由低電平變?yōu)楦唠娖?。Bop與

37、BRP之間的滯后讓此開(kāi)關(guān)動(dòng)作更加可靠。如果磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)動(dòng)作點(diǎn)Bop時(shí)，傳感器輸出將會(huì)使高電平變?yōu)榈碗娖剑?dāng)外磁場(chǎng)消失后，傳感器保持之前的輸出狀態(tài)（即鎖存狀態(tài)），必須施加反向磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到BRP時(shí)，才能使電平產(chǎn)生變化。4.2.3 霍爾傳感器引腳說(shuō)明 霍爾傳感器包括線性型霍爾傳感器以及開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器。該設(shè)計(jì)采用的是開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器。它內(nèi)部包含了穩(wěn)壓器，霍爾元件，差分放大器，施密特觸發(fā)器以及集電極開(kāi)路輸出級(jí)。CS3020霍爾傳感器有3個(gè)引腳。第一引腳接的是5V的電源；第二引腳接地；第三引腳為輸出。由于傳感器內(nèi)部為集電極開(kāi)路輸出，所以需外接一個(gè)上拉電阻，其阻值與電源電壓大小有關(guān)，一般取12k。上拉

38、電阻在第一與第三引腳之間。4.2.4 霍爾傳感器車速測(cè)量原理霍爾傳感元件對(duì)磁敏感，通常用在開(kāi)關(guān)信號(hào)采集的有CS3020和CS3040等，這種傳感器具有3引腳的器件，外形和三極管類似，只需接上電源，就可以工作，輸出大多數(shù)為集電極開(kāi)路（OC）門(mén)輸出，它具有較寬的工作電壓范圍可供操作，而且方便使用。將鋼磁貼在車輪上，車輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈霍爾傳感器便輸出一個(gè)脈沖。通過(guò)單片機(jī)測(cè)量產(chǎn)生脈沖的頻率，就可以得出車輪的轉(zhuǎn)速。同樣道理，根據(jù)車輪的轉(zhuǎn)速，再結(jié)合圓盤(pán)的周長(zhǎng)就是計(jì)算出物體的位移也就是里程。通過(guò)電壓比較器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)脈沖的輸出，既可在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量，也可直接將輸出接到頻率計(jì)或脈沖計(jì)數(shù)器，得到單位時(shí)間內(nèi)的脈

39、沖數(shù)，進(jìn)行換算即可得電機(jī)轉(zhuǎn)速這樣可少用硬件，不需編程。4.2.5 霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法很多，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法主要有M法(測(cè)頻法)，T法(測(cè)周期法)以及MPT法(頻率周期法)。本系統(tǒng)采用的是M法(測(cè)頻法)。因?yàn)檗D(zhuǎn)速是利用單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)變換得到的，其變換過(guò)程中通常是有一定規(guī)律的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。依據(jù)霍爾效應(yīng)原理，把一塊永久磁鋼安裝于車輪轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)盤(pán)邊沿。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)跟著側(cè)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，小磁鋼也會(huì)同步旋轉(zhuǎn)，把一個(gè)霍爾器件安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)下方，轉(zhuǎn)盤(pán)跟著軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，其經(jīng)過(guò)磁鋼時(shí)，磁鋼所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)其產(chǎn)生影響，此時(shí)霍爾器件有脈沖信號(hào)輸出，脈沖信號(hào)的頻率與車輪旋轉(zhuǎn)速度成正比。脈沖信號(hào)的周期和車輪的

40、轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系：n=60/（PT） r/min其中n為車輪轉(zhuǎn)速，P為車輪旋轉(zhuǎn)一圈的信號(hào)個(gè)數(shù)，T為方波信號(hào)輸出周期。根據(jù)公式就可以計(jì)算出小車的轉(zhuǎn)速。4.2.6 霍爾傳感器設(shè)計(jì)電路本次論文設(shè)計(jì)的是用霍爾傳感器CS3020來(lái)進(jìn)行信號(hào)的采集輸出工作達(dá)到測(cè)速的目的，其外接電路圖4-6。圖4-6 傳感器外接電路4.3 顯示模塊的介紹4.3.1 LED數(shù)碼管介紹LED數(shù)碼管以發(fā)光二極管作為發(fā)光單元，顏色有單紅，黃，藍(lán)，綠，白，七彩效果。單色，分段全彩管可用大樓，道路，河堤輪廓亮化，LED數(shù)碼管可均勻排布形成大面積顯示區(qū)域，可顯示圖案及文字，并可播放不同格式的視頻文件。通過(guò)電腦下flash、動(dòng)畫(huà)、文字等文件，

41、或使用動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)個(gè)性化動(dòng)畫(huà)，播放各種動(dòng)感變色的圖文效果。LED數(shù)碼管（LEDSegmentDisplays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等，LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類。顯示效果：由于LED基本上屬于電流敏感元件，它的正向壓降分散性很大，而且還和溫度有關(guān)，只有當(dāng)數(shù)碼管具有恒定的工作電流，并不受溫度和其它因素的影響，才能使其具有良好的亮度均勻度。此外，如果溫度發(fā)生變

42、化，那么驅(qū)動(dòng)晶片還必須可以自動(dòng)調(diào)節(jié)電流大小的輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)色差平衡溫度補(bǔ)償11。安全性：僅僅是短時(shí)間的電流超載也能夠?qū)Πl(fā)光管造成不可挽回的損壞。使用恒流驅(qū)動(dòng)電路可有效防止因?yàn)殡娏鞴收隙鴮?dǎo)致數(shù)碼管內(nèi)發(fā)光管的大面積損壞。此外，我們所使用的超大型積體電路具有級(jí)聯(lián)延時(shí)開(kāi)關(guān)特性。用來(lái)防止發(fā)光二極管因反向尖峰電壓而帶來(lái)的損害。超大型積體電路還具有熱保護(hù)功能，當(dāng)任何一片的溫度超過(guò)一定值時(shí)可自動(dòng)關(guān)斷，并且可在控制室內(nèi)看到故障顯示。4.3.2 LED數(shù)碼管特性(1)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與CMOS、ITL電路兼容。(2)發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短(01s)，高頻特性好，單色性好，亮度高。(3)體積小，重量輕，抗

43、沖擊性能好。(4)壽命長(zhǎng)，使用壽命在10萬(wàn)小時(shí)以上，甚至可達(dá)100萬(wàn)小時(shí)。成本低。性能：防水，防塵，防紫外線，耐壓，耐破裂，耐高低溫，耐燃，超強(qiáng)抗沖擊老化。本次所用的就是LED數(shù)碼管的共陰極接法其所顯示數(shù)字對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制電平信號(hào)如表4-2。表4-2共陰極數(shù)碼管顯示字段顯示字符GFEDCBA十六進(jìn)制001111113F1000011006210110115B310011114F4110011066511011016D611111017D7000011107811111117F911011116FA111011177B11111007CC011100139D101111051E111100179F1

44、11000171 單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式是數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)碼管內(nèi)有a,b,c,d,e,f,g,dp8個(gè)筆畫(huà)，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)能將全部的顯示筆劃同名端連在一起，此外增加位選通控制電路提供給各個(gè)數(shù)碼管的公共極COM，各自獨(dú)立的I/O線控制著各自的位選通。當(dāng)單片機(jī)字形碼輸出時(shí)，各個(gè)數(shù)碼管都將收到相同的字形碼。因此我們只需將要顯示字型碼的數(shù)碼管的位選通COM端打開(kāi)，該數(shù)碼管界面就會(huì)顯示所需字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。本次選用的共陰極紅色8位數(shù)碼管。數(shù)碼管功耗低壽命長(zhǎng)操作簡(jiǎn)便。本次數(shù)碼管與鎖存器74HC573利用上拉電阻和單片機(jī)實(shí)行互聯(lián)，由單片機(jī)輸出信號(hào)，在鎖存器上鎖存由數(shù)碼管顯示,直到下一條

45、指令到來(lái)并在鎖存器里實(shí)現(xiàn)鎖存在數(shù)碼管上得以顯示。一個(gè)數(shù)碼管可以顯示的數(shù)有0到9還有包括英文字母A到F，本次由于是速度的顯示所以只需要0到9的顯示。4.3.3 74HC573作用74HC573是一種數(shù)字芯片，8數(shù)據(jù)鎖存器主要用于數(shù)碼管、按鍵等的控制。74HC573具有驅(qū)動(dòng)能力，每個(gè)口輸出電流可達(dá)35MA，也可作緩沖器使用。74HC573芯片器件的輸入是和標(biāo)準(zhǔn)CMOS 輸出兼容的；加上拉電阻，它們能和LS/ALSTTL 輸出兼容。當(dāng)鎖存使能端為高時(shí)，這些器件的鎖存對(duì)于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說(shuō)輸出同步）。當(dāng)鎖存使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存。74HC573引腳圖如圖4-7。圖4-7

46、74HC573引腳圖74HC573的八個(gè)鎖存器都是透明的D型鎖存器，當(dāng)使能（G）為高時(shí)，Q 輸出將隨數(shù)據(jù)（D）輸入而變。當(dāng)使能為低時(shí)，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(shí)，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)器和工作寄存器。74HC573功能表如表4-3。表4-3 74HC573功能表輸入輸出輸出使能（OE）鎖存使能（LE）DQLHHHLHLLLLX不變HXXZX不用關(guān)心；Z表示高阻抗由真值表可以看出，當(dāng)OE為高電

47、平時(shí)，無(wú)論LE與D端為何種電平狀態(tài)，其輸出都為高阻態(tài)。很明顯，此時(shí)該芯片處于不可控狀態(tài)，而我們將74HC573接入電路是必須要控制它的，因此再設(shè)計(jì)電路時(shí)也就必須將OE接低電平，所以實(shí)驗(yàn)板上的兩個(gè)鎖存器的OE都要接地。LE為使能信號(hào)端，LE有效時(shí)，輸出端進(jìn)入觸發(fā)器，并被保存。OE為輸出允許信號(hào)端，當(dāng)OE為低電平時(shí)，存儲(chǔ)在寄存器中的數(shù)據(jù)輸出到輸出端12。 當(dāng)OE為低電平時(shí)，若LE為H時(shí)，D與Q同時(shí)為H或L；而當(dāng)LE為L(zhǎng)時(shí)，無(wú)論D為何種電平狀態(tài)，Q都保持上一次的數(shù)據(jù)狀態(tài)，也就是說(shuō)，當(dāng)LE為高電平時(shí)，Q端數(shù)據(jù)狀態(tài)緊隨D端數(shù)據(jù)狀態(tài)變化；而當(dāng)LE為低電平時(shí)，Q端數(shù)據(jù)將保持住LE端變化為低電平之前Q端的數(shù)據(jù)

48、狀態(tài)。因此我們將鎖存器的LE端與單片機(jī)的某一引腳相連，再將鎖存器的數(shù)據(jù)輸入端與單片機(jī)的I/O口相連，便可通過(guò)控制鎖存器的鎖存端與鎖存器的數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)狀態(tài)來(lái)改變鎖存器的數(shù)據(jù)輸出端的數(shù)據(jù)狀態(tài)。4.3.4 顯示電路兩個(gè)鎖存器的數(shù)據(jù)輸入端連接單片機(jī)的P0口，P0口同時(shí)加了上拉電阻。數(shù)碼管中WE1，WE2，WE3是它們的位選端，每一個(gè)數(shù)碼管對(duì)應(yīng)一個(gè)位選端與第二個(gè)鎖存器74HC573的數(shù)據(jù)輸入端的低六位中的3位相連。第一個(gè)鎖存器的數(shù)據(jù)輸出端與數(shù)碼管的引腳a,b,c,d,e,f,g,dp分別相連。兩個(gè)鎖存器的鎖存端分別與P2.6和P2.7相連。單片機(jī)可以控制鎖存端進(jìn)而控制鎖存器的數(shù)據(jù)輸出，便可控制任意數(shù)

49、碼管顯示任意數(shù)字。數(shù)碼管顯示電路如圖4-8。圖4-8數(shù)碼管顯示電路4.4 DM74LS14工作原理DM74LS14是密特觸發(fā)反相器，具有14個(gè)引腳。施密特觸發(fā)電路是一種波形整形電路，當(dāng)任何波形的信號(hào)進(jìn)入電路時(shí)，輸出在正、負(fù)飽和之間跳動(dòng)，產(chǎn)生方波或脈波輸出。不同于比較器，施密特觸發(fā)電路有兩個(gè)臨界電壓且形成一個(gè)滯后區(qū)，可以防止在滯后范圍內(nèi)的噪聲干擾電路的正常工作。DM74LS14芯片引腳圖如圖4-9。圖4-9 DM74LS14引腳圖施密特觸發(fā)器在性能上有兩個(gè)特點(diǎn)：第一，輸入信號(hào)從低電平上升的過(guò)程中電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電平，與輸入信號(hào)從高電平下降過(guò)程中對(duì)應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同。第二，在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換

50、時(shí)，通過(guò)電路內(nèi)部的正反饋過(guò)程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡13。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)施密特觸發(fā)器，如果輸入電壓比正向閾值電壓高，那么輸出高電平；如果輸入電壓比負(fù)向閾值電壓低，那么輸出低電平；如果輸入電壓處于正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓之間，那么輸出電平保持不變。也就是說(shuō)輸出高電平躍變?yōu)榈碗娖脚c低電平躍變高電平各自所處的閾值電壓不同。只有輸入電壓具有足夠的變化，輸出電平才會(huì)翻轉(zhuǎn)，所以把這種元件稱為觸發(fā)器。這種雙閾值動(dòng)作稱為遲滯現(xiàn)象，表明施密特觸發(fā)器有記憶性。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，施密特觸發(fā)器是一種雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。施密特觸發(fā)器的作用：施密特觸發(fā)器可作為波形整形電路，能將模擬信號(hào)波形整形為數(shù)字電路能夠處理的方波波形，而且

51、由于施密特觸發(fā)器具有滯回特性，所以可用于抗干擾，其應(yīng)用包括在開(kāi)環(huán)配置中用于抗干擾，以及在閉環(huán)正反饋配置中用于實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器。施密特觸發(fā)器可以利用簡(jiǎn)單的隧道二極管實(shí)現(xiàn)，這種二極管的伏安特性在第一象限中是一條“N”形曲線。振蕩輸入會(huì)使二極管的伏安特性從“N”形曲線的上升分支移動(dòng)到另一分支，然后在輸入值超越上升和下降翻轉(zhuǎn)閾值時(shí)回到起點(diǎn)。不過(guò)，這類施密特觸發(fā)器的性能可以利用基于晶體管的元件來(lái)提升，因?yàn)榛诰w管的元件可以通過(guò)非常直接的利用正反饋來(lái)提升翻轉(zhuǎn)性能。施密特觸發(fā)器可以增強(qiáng)單輸入閥值的電路的抗干擾能力，由于只有一個(gè)輸入閾值，閾值附近的噪聲輸入信號(hào)會(huì)導(dǎo)致輸出因噪聲來(lái)回地快速翻轉(zhuǎn)。但是對(duì)于施密特觸發(fā)

52、器，閾值附近的噪聲輸入信號(hào)只會(huì)導(dǎo)致輸出值翻轉(zhuǎn)一次，若輸出要再次翻轉(zhuǎn)，噪聲輸入信號(hào)必須達(dá)到另一閾值才能實(shí)現(xiàn)，這就利用了施密特觸發(fā)器的回差電壓來(lái)提高電路的抗干擾能力。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是利用DM74LS14施密特觸發(fā)反相器來(lái)實(shí)現(xiàn)波形整流的。施密特觸發(fā)電路的滯后特性如表4-4。表4-4 施密特觸發(fā)電路滯后特性表上臨界電壓V1下臨界電壓V2滯后寬度V3V2噪聲V1輸入端信號(hào)上升到比上臨界電壓V1大時(shí)，觸發(fā)電路使V0轉(zhuǎn)態(tài)輸入端信號(hào)下降到下比臨界電壓V2小時(shí)，觸發(fā)電路使V0轉(zhuǎn)態(tài)上、下臨界電壓的差值V3=V2-V1噪聲在容許的滯后寬度范圍內(nèi)，V0維持穩(wěn)定4.4.1 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)信號(hào)的預(yù)處理電路由二級(jí)電路構(gòu)成。開(kāi)關(guān)三極管組成的零偏置放大器被作為第一級(jí)，利用開(kāi)關(guān)三極管能夠保證放大器具備良好的高頻響應(yīng)