基于AT89C2O51的電動(dòng)車車速顯示電路設(shè)計(jì)硬件說明書

1、基于AT89C2O51的電動(dòng)車車速顯示電路設(shè)計(jì)硬件說明書 江蘇廣播電視大學(xué)五年制高職畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)課題基于AT89C2051的電動(dòng)車車速顯示電路設(shè)計(jì) 學(xué) 校 江蘇城市職業(yè)學(xué)院 年 級(jí) 城五07電子 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù)姓 名 黃俊欣學(xué) 號(hào) 0726080107 指導(dǎo)教師 蔣芳菲 職稱 副教授二一 二 年三月目 錄摘要31 引 言4 11 選題背景4 12 研究意義4 13 研究?jī)?nèi)容42 總體設(shè)計(jì)方案63 系統(tǒng)單元模塊概述8 31 傳感器選擇8 32 單片機(jī)選型10 33 顯示模塊選型10 34 報(bào)警電路選擇11 35 速度算法概述114 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)15 41單片機(jī)主控電路15 42 變換

2、電路設(shè)計(jì)18 43 傳感器電路設(shè)計(jì)19 44 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)21 45 存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)22 46 報(bào)警電路設(shè)計(jì)24 47 顯示電路設(shè)計(jì)28 48 掉電保護(hù)電路設(shè)計(jì)29 49 數(shù)據(jù)處理過程315 系統(tǒng)仿真與分析32 51仿真結(jié)果32 52仿真分析336 小結(jié)34致謝35參考文獻(xiàn)36附錄B 電路圖37摘要 隨著科技的迅速發(fā)展單片機(jī)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛并帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)不斷更新現(xiàn)在的車速表大多是電子式的用LED數(shù)碼管或LCD即時(shí)顯示顯示更加直觀電子式車速表采用接觸車速傳感器代替軟軸傳動(dòng)可使車速表的安裝位置不受距離限制進(jìn)一步有效地克服了機(jī)械式車速表中的諸多不足 本次設(shè)計(jì)給出了以AT89C2051為

3、核心利用單片機(jī)的運(yùn)算和控制功能并采用系統(tǒng)化LED顯示模塊實(shí)時(shí)顯示所測(cè)速度的設(shè)計(jì)方案以及串口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和系統(tǒng)軟件 該方案由于使用了數(shù)碼管顯示模塊和E2PROM以及高效快速算法因而可在節(jié)約系統(tǒng)資源和簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上保證測(cè)量精度和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性其中信號(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(lái)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 引腳的正脈沖寬度即測(cè)出脈沖信號(hào)的期 速度顯示部分采用數(shù)碼顯示 所得

4、的數(shù)據(jù)采用I2C總線 并通過E2PROM來(lái)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 本方案實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車速度即時(shí)顯示并可通過控制兩個(gè)按鍵顯示速度或里程同時(shí)加入了超速語(yǔ)音報(bào)警功能使之更加人性化 關(guān)鍵詞單片機(jī)霍爾傳感器數(shù)碼顯示語(yǔ)音報(bào)警DCDC變換器1 引 言11 選題背景 在全球倡導(dǎo)綠色環(huán)保的大趨勢(shì)下我國(guó)加大了對(duì)車輛排放和噪聲的管理由于電動(dòng)自行車具有無(wú)污染低噪聲和輕便快捷等優(yōu)點(diǎn)是一種綠色環(huán)保的交通工具隨著我國(guó)城市規(guī)模的迅速擴(kuò)大及農(nóng)村道路的日益改善長(zhǎng)期依靠腳踏自行車的人們將會(huì)把目標(biāo)轉(zhuǎn)向電動(dòng)自行車對(duì)電動(dòng)自行車需求也會(huì)越來(lái)越大人們對(duì)環(huán)境的關(guān)注以及相關(guān)技術(shù)的更新有力地促進(jìn)了

5、電動(dòng)自行車的發(fā)展 我國(guó)電動(dòng)車的研究相比歐美國(guó)家起步較晚直到上個(gè)世紀(jì)90年代中期我國(guó)才掀起開發(fā)研究的高潮但主要集中在上海北京廣東等地到90年代后期基本覆蓋全國(guó)主要經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)如江蘇浙江山東等省雖然我國(guó)電動(dòng)車研究起步晚但從技術(shù)角度來(lái)看我們并不落后于世界我國(guó)電動(dòng)自行車產(chǎn)業(yè)基本保持與世界同步發(fā)展水平12 研究意義 傳統(tǒng)的機(jī)械式車速表是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用于轉(zhuǎn)動(dòng)盤使轉(zhuǎn)動(dòng)盤連同車速表指針發(fā)生同向的偏轉(zhuǎn)當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與彈簧產(chǎn)生的阻力矩平衡時(shí)指針偏轉(zhuǎn)停留在某一角度上指針偏轉(zhuǎn)角與車速成正比因而可用其表示車速 機(jī)械式車速表的缺陷是明顯的由于表盤指針偏轉(zhuǎn)程度正比于軟軸的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的磁力當(dāng)轉(zhuǎn)速較低的時(shí)候磁力較小隨轉(zhuǎn)速變化波動(dòng)較

6、大因此低速時(shí)車速表指針擺動(dòng)劇烈測(cè)量及顯示精度不高對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)后置的車輛要將車速表指針的偏轉(zhuǎn)動(dòng)力由變速箱經(jīng)軟軸等傳至駕駛室軟軸必然布置的較長(zhǎng)如何將這種長(zhǎng)長(zhǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軟軸從結(jié)構(gòu)上布置妥當(dāng)肯定是一件十分困難的事情 現(xiàn)在的車速表大多是電子式的用LED數(shù)碼管或LCD顯示使速度顯示更加直觀采用接觸車速傳感器代替軟軸傳動(dòng)可使車速表的安裝位置不受距離限制有效地克服了機(jī)械式車速表中的諸多不足 電子式車速表更加智能車速表的功能也更加人性化如加上了里程累計(jì)超速提醒等功能13 研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)以AT89C2051為核心通過霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)自行車的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行車的速度最后用2位的LED能直觀的將速度與里程顯示給用

7、戶并且在速度高于一定的值時(shí)可自動(dòng)向用戶報(bào)警從而達(dá)到智能化 主要研究?jī)?nèi)容 1傳感器電路模塊設(shè)計(jì) 2電源電路設(shè)計(jì) 3存儲(chǔ)器電路模塊設(shè)計(jì) 4報(bào)警電路設(shè)計(jì) 5顯示電路設(shè)計(jì) 6掉電保護(hù)電路設(shè)計(jì)2 總體設(shè)計(jì)方案 本速度里程表由信號(hào)預(yù)處理電路AT89C2051單片機(jī)數(shù)碼管顯示電路串口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和系統(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(lái)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

8、沖寬度即測(cè)出脈沖信號(hào)的周期速度顯示部分采用數(shù)碼顯示模塊 所得的數(shù)據(jù)采用I2C總線 并通過E2PROM來(lái)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)和液晶模塊的初始化模塊液晶模塊的寫數(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 該設(shè)計(jì)能實(shí)時(shí)地將所測(cè)的速度顯示出來(lái) 同時(shí)也能夠累計(jì)顯示總里程數(shù)該速度表能將傳感器輸入到單片機(jī)的脈沖信號(hào)的寬度傳感器將車速轉(zhuǎn)變成相應(yīng)寬度的脈沖信號(hào) 實(shí)時(shí)地測(cè)量出來(lái)然后通過單片機(jī)計(jì)算出速度和里程 再將所得的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到串口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

9、器 并由動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示模塊實(shí)時(shí)顯示出所測(cè)速度本設(shè)計(jì)用兩個(gè)按鍵來(lái)控制顯示速度或里程考慮到信號(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 然后再輸入到單片機(jī)進(jìn)行測(cè)速單片機(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)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E2PROM中 并根據(jù)兩個(gè)按鍵的選擇情況來(lái)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)串口送至液晶顯示模塊以顯示所測(cè)的速度或里程設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)綜合

10、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(lái)計(jì)算速度 因而具有較高的測(cè)速精度為了保證系統(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)盡量保證其它子模塊在編程時(shí)的通用性和高效性本設(shè)計(jì)的速度和里程值采用2位顯示系統(tǒng)方框圖如圖2-1所示 圖2-1 系統(tǒng)方框圖3 系統(tǒng)單元模塊概述31 傳感器選擇 方案一光電傳感器 光電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一種器件各種各樣的形式如透射式反射式等基本原理就是當(dāng)發(fā)射管光照射到接收管時(shí)接收管導(dǎo)通反之關(guān)斷以透射式為例如圖3-1所示當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)開關(guān)管關(guān)斷否則打開為此可以制作一個(gè)遮光葉片如圖3-2所示安裝在轉(zhuǎn)軸上當(dāng)

11、扇葉經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào) 圖3-1 光電傳感器的原理圖圖3-2 遮光葉片 將光敏電阻安裝在自行車前又的一側(cè)在同等高度的另一側(cè)安上一個(gè)高亮度的發(fā)光二極管在同等高度的輻條上貼上一圈黑色材料并在黑色材料上打上等間距的小孔這樣當(dāng)小孔經(jīng)過光敏電阻時(shí)光敏電阻根據(jù)光電流的變化發(fā)出脈沖 從而測(cè)量里程 方案二光電編碼器 光電編碼器的工作原理與光電傳感器一樣不過它已將光電傳感器電子電路碼盤等做成一個(gè)整體只要用連軸器將光電傳感器的軸與轉(zhuǎn)軸相連就能獲得多種輸出信號(hào)它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)臺(tái)伺服傳動(dòng)機(jī)器人雷達(dá)軍事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)角度的裝置和設(shè)備中如圖3-3所示是某光電編碼器的外

12、形圖3-3 成品光電編碼器 將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在車軸上這樣每當(dāng)車輪轉(zhuǎn)過一定的距離編碼器就會(huì)發(fā)出一個(gè)脈沖利用脈沖數(shù)對(duì)里程進(jìn)行測(cè)量 方案三霍爾傳感器 霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件常用于開關(guān)信號(hào)采集的有CS3020CS3040A04E等這種傳感器是一個(gè)3端器件外形與三極管相似只要接上電源地即可工作輸出通常是集電極開路OC門輸出工作電壓范圍寬使用非常方便圖3-4 霍爾元件和磁鋼實(shí)際圖 使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡(jiǎn)單只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼就有信號(hào)輸出轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出如果在圓周上粘上多粒磁鋼可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周獲得多個(gè)脈沖輸出 單片機(jī)根據(jù)脈

13、沖數(shù)來(lái)計(jì)算里程霍爾元件和磁鋼如圖3-4所示在粘磁鋼時(shí)要注意霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器如果沒有信號(hào)輸出可以換一個(gè)方向再試這種傳感器不怕灰塵油污在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛 光敏電阻對(duì)光特別敏感當(dāng)白天行駛時(shí)外界光敏電阻對(duì)光特別敏感當(dāng)白天行駛時(shí)外界光源導(dǎo)致光敏電阻發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)光敏電阻對(duì)環(huán)境的要求相當(dāng)高如果光敏電阻或發(fā)光二極管被泥沙或灰塵所覆蓋光敏電阻就不能再進(jìn)行測(cè)量在霧天和雨天光敏電阻的測(cè)量的效果也不好而編碼器必須安裝在車軸上這樣安裝就會(huì)給用戶帶來(lái)很多不便霍爾元件不受天氣的影響即便被泥沙或灰塵覆蓋對(duì)測(cè)量也不會(huì)有任何影響由霍爾元件加整形電路構(gòu)成的霍爾開關(guān)系統(tǒng)具有輸出響應(yīng)快數(shù)字脈沖性能

14、好安裝方便性能可靠不受光線泥水等因素影響價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)所以本設(shè)計(jì)采用方案三霍爾傳感器32 單片機(jī)選型 速度里程測(cè)量電路選用AT89C2051 作為頻率計(jì)的信號(hào)處理核心AT89C2051 包含2kB 閃存128B 的RAM15 根I O 口線2 個(gè)16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器5 個(gè)向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu)和1 個(gè)全雙工串行口 同時(shí)還具有加密陣列的二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖功能設(shè)計(jì)中用到了AT89C2051 的T0T1 定時(shí)器和INT0 引腳以及P1 端口的6 個(gè)口線 由于該單片機(jī)與89C51 相兼容 因此在硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程方面更加方便考慮到AT89C2051 本身固有的特點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)需注意以下幾點(diǎn) 首先 它的程序存儲(chǔ)器

15、空間為2kB 因此所有的跳轉(zhuǎn)和分支轉(zhuǎn)移指令都要限制在這個(gè)范圍內(nèi)其次 它沒有MOVX指令 也就是說 它不支持外部存儲(chǔ)器操作 這一點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)定要考慮到此外AT89C2051 自身還有一些其它特點(diǎn) 譬如可以使用命令使其工作在低功耗模式等單片機(jī)利用T0 定時(shí)器和INT0 引腳來(lái)測(cè)量輸入方波信號(hào)周期而使用外部中斷來(lái)控制定時(shí)器T0 是否開始定時(shí)當(dāng)定時(shí)器T0 的運(yùn)行控制位復(fù)位時(shí) 不管P3 2 引腳是何值定時(shí)器都不工作只有當(dāng)定時(shí)器T0 的運(yùn)行控制位置位后才能根據(jù)P3 2 引腳狀態(tài)來(lái)決定定時(shí)器是否工作當(dāng)P3 2 引腳出現(xiàn)高電平時(shí)定時(shí)器T0 開始定時(shí)而在其出現(xiàn)低電平時(shí)定時(shí)器T0 停止工作并將測(cè)量信號(hào)的周期保存在定時(shí)

16、器的16 位寄存器中系統(tǒng)初始化時(shí)可通過設(shè)置使T0 和T1 定時(shí)器工作在模式1 方式T1 定時(shí)器主要用于形成1 秒鐘定時(shí)信號(hào)用以為測(cè)量里程提供時(shí)間條件33 顯示模塊選型 單片機(jī)系統(tǒng)中常用的顯示器有發(fā)光二極管LED顯示器液晶LCD顯示器等在這里由于單片機(jī)測(cè)速系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單所以只考慮LED靜態(tài)動(dòng)態(tài)顯示器和LCD顯示器LED顯示器工作方式有兩種靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式 方案一 LED靜態(tài)顯示器 靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是每個(gè)數(shù)碼管的段選必須接一個(gè)8位數(shù)據(jù)線來(lái)保持顯示字形碼當(dāng)送入一次字形碼后顯示字形可一直保持直到送入新字形碼為止這種方法的優(yōu)點(diǎn)是占用CPU時(shí)間少顯示便于監(jiān)測(cè)和控制缺點(diǎn)是硬件電路比較復(fù)雜成本較高 方案

17、二LED動(dòng)態(tài)顯示器 動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效這樣一來(lái)就沒有必要每一位數(shù)碼管配一個(gè)鎖存器從而大大地簡(jiǎn)化了硬件電路選亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示動(dòng)態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些所以在選擇限流電阻時(shí)應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的 方案三用液晶顯示器LCD顯示信息 LCD顯示器工作原理就是利用液晶的物理特性通電時(shí)排列變得有序使光線容易通過不通電時(shí)排列混亂阻止光線通過說簡(jiǎn)單點(diǎn)就是讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透 LCD的好處有與CRT顯

18、示器相比LCD的優(yōu)點(diǎn)主要包括零輻射低功耗散熱小體積小圖像還原精確字符顯示銳利等 LED背光源技術(shù)能夠大幅度提升電視畫面的對(duì)比度和色彩表現(xiàn)力同時(shí)具有節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)勢(shì)必成為未來(lái)電子顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)LED技術(shù)具有非常明顯的三大優(yōu)勢(shì)第一它顯示的色彩更加豐富色彩數(shù)量可超過目前傳統(tǒng)CCFL冷陰極熒光管背光燈的1倍以上第二LED背光源亮度可以隨著畫面亮度進(jìn)行主動(dòng)調(diào)節(jié)可節(jié)能30以上第三LED背光源不含鉛和汞等有毒有害物質(zhì)是真正的綠色環(huán)保光源 LED技術(shù)的優(yōu)勢(shì)還在于LED比LCD更高的刷新速率使得LED在視頻方面有更好的性能表現(xiàn)靜態(tài)LED硬件電路比較復(fù)雜成本較高另外電動(dòng)車速度是不斷變化的明顯用靜態(tài)LED不

19、合適所以我們?cè)谶@個(gè)系統(tǒng)中采用動(dòng)態(tài)LED34 報(bào)警電路選擇 為了讓電動(dòng)車的超速報(bào)警系統(tǒng)更加人性化該報(bào)警系統(tǒng)使用語(yǔ)音報(bào)警報(bào)警電路的核心是WTV040語(yǔ)音芯片之所以選擇WTV040語(yǔ)音芯片作為電動(dòng)車超速報(bào)警器電路的核心是因?yàn)閃TV040語(yǔ)音芯片不僅僅能滿足電動(dòng)車超速報(bào)警器性能的各種要求而且芯片價(jià)格便宜外圍電路簡(jiǎn)單容易制作最重要的是語(yǔ)音內(nèi)容可以由自己決定選用35 速度算法概述 速度測(cè)量是工控系統(tǒng)中最基本的需求之一最常用的是用數(shù)字脈沖測(cè)量某根軸的轉(zhuǎn)速再根據(jù)機(jī)械比直徑換算成線速度脈沖測(cè)速最典型的方法有測(cè)頻率M法和測(cè)周期T法 M法是測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的脈數(shù)換算成頻率因存在測(cè)量時(shí)間內(nèi)首尾的半個(gè)脈沖問題可能會(huì)有2個(gè)

20、脈的誤差速度較低時(shí)因測(cè)量時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)變少誤差所占的比例會(huì)變大所以M法宜測(cè)量高速如要降低測(cè)量的速度下限可以提高編碼器線數(shù)或加大測(cè)量的單位時(shí)間使用一次采集的脈沖數(shù)盡可能多 T法是測(cè)量?jī)蓚€(gè)脈沖之間的時(shí)間換算成周期從而得到頻率因存在半個(gè)時(shí)間單位的問題可能會(huì)有1個(gè)時(shí)間單位的誤差速度較高時(shí)測(cè)得的周期較小誤差所占的比例變大所以T法宜測(cè)量低速如要增加速度測(cè)量的上限可以減小編碼器的脈沖數(shù)或使用更小更精確的計(jì)時(shí)單位使一次測(cè)量的時(shí)間值盡可能大 本系統(tǒng)采用多倍周期法M法T法各且優(yōu)劣和適應(yīng)范圍編碼器線數(shù)不能無(wú)限增加測(cè)量時(shí)間也不能太長(zhǎng)得考慮實(shí)時(shí)性計(jì)時(shí)單位也不能無(wú)限小所以往往候M法T法都無(wú)法勝任全速度范圍內(nèi)的測(cè)量因此產(chǎn)生

21、了M法T法結(jié)合的多倍周期法低速時(shí)測(cè)周期高速時(shí)測(cè)頻率 當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)霍爾元件輸出連續(xù)脈沖信號(hào)此時(shí)的車速計(jì)算就是將脈沖頻率轉(zhuǎn)換為車輪的轉(zhuǎn)速目前常用的轉(zhuǎn)速計(jì)算方法有以下幾種頻率法周期法和多倍周期法在總結(jié)多倍周期法的計(jì)算原理分析計(jì)算誤差的基礎(chǔ)上提出了一種新的轉(zhuǎn)速計(jì)算方法-轉(zhuǎn)速計(jì)算的精度自適應(yīng)方法這種方法在保證各頻帶轉(zhuǎn)速計(jì)算精度的同時(shí)也能滿足本系統(tǒng)檢測(cè)的實(shí)時(shí)性的要求較好地克服了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速計(jì)算方法的局限性 輪速V計(jì)算公式見式3-1 V2z f 3-1 式中r滾筒半徑z磁片數(shù)量f轉(zhuǎn)速脈沖頻率 對(duì)于確定的系統(tǒng)2z為常數(shù)所以車速計(jì)算的誤差分析轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速輸出脈沖頻率的誤差分析 對(duì)于轉(zhuǎn)速低頻測(cè)量周期法有較高的精度而對(duì)于

22、轉(zhuǎn)速高頻測(cè)量頻率法有較高精度因此如果把周期法與頻率法結(jié)合起來(lái)采用轉(zhuǎn)速脈沖周期倍乘的措施可以展寬轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍提高測(cè)量精度這就是多倍周期法轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)按固定分頻數(shù)進(jìn)行分頻使得被測(cè)周期得到倍乘計(jì)算轉(zhuǎn)速脈沖頻率f 3-2 式中周期倍乘數(shù) 實(shí)際轉(zhuǎn)速輸出脈沖信號(hào)的周期 T分頻脈沖周期 在實(shí)際的軟件實(shí)現(xiàn)過程中分頻脈沖周期T總是換算成N 個(gè)時(shí)標(biāo)信號(hào)周期進(jìn)行計(jì)算這時(shí)可認(rèn)為代入式2-2有 3-3 由于采用轉(zhuǎn)速周期倍乘措施這樣所測(cè)得的為個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖周期的平均值由于每個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖周期都存在著的誤差如磁片在滾筒端面的圓周邊緣分布不均勻等有正有負(fù)所以取個(gè)轉(zhuǎn)速周期的平均值的誤差必然小于單個(gè)周期的誤差從而提高了轉(zhuǎn)速測(cè)量的精度轉(zhuǎn)速

23、計(jì)算多倍周期法對(duì)于不同轉(zhuǎn)速頻率范圍都能達(dá)到很高的測(cè)量精度但是由于這種方法對(duì)低頻轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)進(jìn)行了倍乘所以多倍周期法在提高高額轉(zhuǎn)速計(jì)算精度的同時(shí)拉大了低頻轉(zhuǎn)速計(jì)算的時(shí)間間隔從而降低了低速檢測(cè)時(shí)的實(shí)時(shí)性具體測(cè)量原理如圖3-5所示圖3-5 多倍周期法測(cè)量原理圖 此方法是以多倍周期法為基礎(chǔ)并結(jié)合轉(zhuǎn)速的計(jì)算精度和檢測(cè)的實(shí)時(shí)性的要求設(shè)計(jì)完成的這種方法和多倍周期法的區(qū)別在于多倍周期法的轉(zhuǎn)速脈沖倍乘數(shù)為固定值造成了低速計(jì)算實(shí)時(shí)性差的歃點(diǎn)而精度自適應(yīng)方法則克服了這一缺點(diǎn)在保證高速低速計(jì)算精度的同時(shí)很好地保證了低速檢測(cè)的實(shí)時(shí)性此方法關(guān)鍵是式3-2中值的選取須根據(jù)精度的要求和時(shí)間限制等條件來(lái)確定首先為保證檢測(cè)的實(shí)時(shí)

24、性設(shè)定最大的測(cè)試周期為由時(shí)問限制條件可以確定的上限值為3-4 然后根據(jù)精度要求的限制條件可求出的下限值由式3-3可得3-5 由式3-5可知測(cè)量誤差來(lái)自兩部分一部分是時(shí)標(biāo)信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)誤差N這種誤差即±1字誤差此時(shí)dN士1另一部分為時(shí)標(biāo)精度誤差這是一種常值誤差通常單片機(jī)用晶體振蕩器定時(shí)精度相當(dāng)高保證在以下所以此項(xiàng)誤差一般可以忽略根據(jù)以上分析誤差主要來(lái)自時(shí)標(biāo)信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)誤差即 3-6若精度要求為a即 3-7 3-8綜合式3-4和式3-8即可確定值 3-9 在實(shí)際計(jì)算過程中以每個(gè)測(cè)試周期中的第一個(gè)轉(zhuǎn)速周期作為求解值的試算脈沖得到的下限值再由測(cè)試周期計(jì)算出的上限值從中取一個(gè)合適的整數(shù)值作為當(dāng)前

25、測(cè)試周期內(nèi)的轉(zhuǎn)速脈沖分頹值 由于固定轉(zhuǎn)速計(jì)算精度所以轉(zhuǎn)速越高值越大轉(zhuǎn)速越低值越小這樣既保證了轉(zhuǎn)速計(jì)算精度又提高了低速檢測(cè)的實(shí)時(shí)性 精度自適應(yīng)方法的軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于計(jì)算出每個(gè)測(cè)試周期內(nèi)的的值由于在具體的檢測(cè)系統(tǒng)中是已知的由式3-4可知求的上限值只須求出此測(cè)試周期內(nèi)的值利用AT89C2051單片機(jī)中的定時(shí)器計(jì)數(shù)器T的門控位GATE測(cè)量INTOP32引腳上出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速脈沖寬度的值即為轉(zhuǎn)速脈沖寬度的2倍同理利用的值可求出的下限值然后再用插值法從下限值和上限值得到一個(gè)整數(shù)值即為當(dāng)前測(cè)試周期內(nèi)的分頻值求出值后再按多倍周期法的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式利用89C2051單片機(jī)的定時(shí)器計(jì)數(shù)器在時(shí)間內(nèi)對(duì)時(shí)標(biāo)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)其值為N

26、這樣即可求出車速 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)41單片機(jī)主控電路411 單片機(jī)概述 AT89C2051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2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器PEROM和128bytes的隨機(jī)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)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(chǔ)單元功能強(qiáng)大at89c2051單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合它具有如下主要特性和MCS-51產(chǎn)品的兼容2K字節(jié)可重編程閃速存儲(chǔ)器耐久性1000寫擦除周期27V6V的操作范圍全靜態(tài)操作0Hz24MHz兩級(jí)加密程序存儲(chǔ)器128&#

27、215;8位內(nèi)部RAM15根可編程IO引線兩個(gè)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器六個(gè)中斷源可編程串行UART通道直接LED驅(qū)動(dòng)輸出片內(nèi)模擬比較器低功耗空載和掉電方式 AT89C2051是一個(gè)有20個(gè)引腳的芯片引腳如圖101所示與8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比可發(fā)現(xiàn)AT89C2051減少了兩個(gè)對(duì)外端口即P0P2口使它最大可能地減少了對(duì)外引腳因而芯片尺寸有所減少AT89C2051引腳圖4-1所示圖4-1 AT89C2051引腳圖 AT89C2051芯片的20個(gè)引腳功能為 1 Vcc電源電壓 2 P1口P1口是一8位雙向IO口P10和P11要求外部上拉電阻P10和P11還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入AIN0和反相

28、輸入AIN1P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示當(dāng)P1口引腳寫入1時(shí)其可用作輸入端當(dāng)引腳P12P17用作輸入并被外部拉低時(shí)它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流IIL P1口還在閃速編程和程序校驗(yàn)期間接收代碼數(shù)據(jù) 3 P3口P3口的P30P35P37是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個(gè)雙向I0引腳P36用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)并且它作為一通用IO引腳而不可訪問P3口緩沖器可吸收20mA電流用作輸入時(shí)被外部拉低P3口引腳將用上拉電阻而流出電流IIL P3口還用于實(shí)現(xiàn)AT89C2051的各種功能如下表4-1所示P3口還接收一些用于閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào) 4 RST復(fù)位輸入RS

29、T一旦變成高電平所有的IO引腳就復(fù)位到1當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)持續(xù)給出RST引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平便可完成復(fù)位每一個(gè)機(jī)器周期需12個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期 5 XTAL1作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入 6 XTAL2作為振蕩器反相放大器的輸出 表4-1 P3口的功能 P3口引腳 功能 P30 P31 P32 P33 P34 P35 RXD串行輸入端口 TXD串行輸出端口 INT0外中斷0 INT1外中斷1 TO定時(shí)器0外部輸入 T1定時(shí)器1外部輸入412 復(fù)位電路 80C2051的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2斯密

30、特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)圖4-2 80C2051復(fù)位電路 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式 按鍵手動(dòng)復(fù)位電路見圖4-2最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位時(shí)鐘頻率用6MHZ時(shí)C取22uFR取1K 除了上電復(fù)位外有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的時(shí)鐘頻率選用6MHZ時(shí)C取22uFRs取200RK取1K413 晶振電路 晶振電路由晶振和兩個(gè)負(fù)

31、載電容組成晶振電路部分電路連接如圖4-3所示圖4-3 晶振電路連接圖 晶振是給單片機(jī)提供工作信號(hào)脈沖的這個(gè)脈沖就是單片機(jī)的工作速度比如此系統(tǒng)所用的12MHz晶振單片機(jī)工作速度就是每秒12M在調(diào)試時(shí)要注意將PC串口波特率設(shè)為1200至于兩個(gè)電容的大小它是根據(jù)晶振廠家提供的晶振要求選值的換句話說晶振的頻率就是在它提供負(fù)載電容下測(cè)得能最大限度的保證頻率值誤差兩個(gè)電容取值都是相同的大部分在二十三十pF沒有相同電容的情況下可以用兩個(gè)相差不大電容代替但不能相差太大容易造成諧振不平衡容易造成停振或者干脆不起振5晶振電路在本系統(tǒng)中是并聯(lián)方式最后連接在AT89c2051的45引腳42 變換電路設(shè)計(jì) 由于電動(dòng)車電

32、瓶的電源電壓大多是24V36V48V等所以把電瓶電源24V轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所需要的電壓5V本系統(tǒng)采用的是MC34063制作的降壓變換電源 MC34063引腳圖及原理框圖如圖4-4所示圖4-4 MC34063引腳圖及原理框圖 MC34063是一單片雙極型線性集成電路專用于直流-直流變換器控制部分片內(nèi)包含有溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)源一個(gè)占空比周期控制振蕩器驅(qū)動(dòng)器和大電流輸出開關(guān)能輸出15A的開關(guān)電流它能使用最少的外接元件構(gòu)成開關(guān)式升壓變換器降壓式變換器和電源反向器特點(diǎn)能在30-40V的輸入電壓下工作短路電流限制低靜態(tài)電流輸出開關(guān)電流可達(dá)15A無(wú)外接三極管輸出電壓可調(diào)工作振蕩頻率從100HZ到100KHZ MC

33、34063是一種開關(guān)型高效DCDC變換集成電路它的內(nèi)部含有具有溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓源比較器具有限電流電路的占空比可控的振蕩器驅(qū)動(dòng)器和大電流輸出開關(guān)管 圖4-5 降壓變換電源 用MC34063制作的降壓變換電源其特點(diǎn)是VI24VIo500mA時(shí)線性調(diào)整率為12mV±012負(fù)載調(diào)整率為3mV±003紋波電壓為120mV如果加一級(jí)濾波器如圖4-5中所示輸出紋波降為40mV變換效率為82短路限制電流為11A43 傳感器電路設(shè)計(jì) 在信號(hào)脈沖發(fā)生源上本系統(tǒng)采用的是開關(guān)型霍爾傳感器 以磁場(chǎng)作為媒介利用霍爾傳感器可以檢測(cè)多種物理量如位移振動(dòng)轉(zhuǎn)速加速度流量電流電功率等它不僅可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量并

34、且采用永久磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)不需附加能源另外霍爾傳感器尺寸小價(jià)格便宜應(yīng)用電路簡(jiǎn)單性能可靠因而獲得極為廣泛的應(yīng)用除了直接利用霍爾傳感器外還利用它開發(fā)出各種派生的傳感器 金屬或半導(dǎo)體薄片的兩個(gè)端面通以控制電流Ic并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電勢(shì)Uh稱為霍爾電勢(shì)或霍爾電壓如圖l所示霍爾電勢(shì)UhKhIcB其中Kh為霍爾元件靈敏度它與所用的材料及幾何尺寸有關(guān)這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)而用這種效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件由于霍爾元件輸出的電壓信號(hào)較小并且有一定溫度誤差目前已較少直接使用霍爾元件作傳感器霍爾傳感器原理圖如圖4-6所示圖4-6 霍爾傳感器磁場(chǎng)效應(yīng) 本系統(tǒng)采用

35、開關(guān)型霍爾傳感器A04E開關(guān)型霍爾傳感器是一種集成傳感器它內(nèi)部含有霍爾元件放大器穩(wěn)壓電源帶一定滯后特性的比較器及集電極開路輸出部分等如圖4-7所示 圖4-7 開關(guān)型霍爾傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 開關(guān)型霍爾傳感器的工作特性如圖4-8 所示圖4-8 開關(guān)型霍爾傳感器工作特性 當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過動(dòng)作點(diǎn)Bop時(shí)傳感器輸出低電平但磁感應(yīng)強(qiáng)度降到動(dòng)作點(diǎn)Bop以下時(shí)傳感器輸出電平不變一直要降到釋放點(diǎn)BRE時(shí)傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖紹op與Bre之間的滯后或稱為回差使開關(guān)動(dòng)作更為可靠 圖4-9 霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)速示意圖 霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)速示意圖4-9如下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

36、附近圓盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈霍爾傳感器便輸出一個(gè)脈沖通過單片機(jī)測(cè)量產(chǎn)生脈沖的頻率就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速同樣道理根據(jù)圓盤車輪的轉(zhuǎn)速再結(jié)合圓盤的周長(zhǎng)就是計(jì)算出物體的位移如果要增加測(cè)量位移精度可以在圓盤車輪上多增加幾個(gè)磁鋼 由于傳感器內(nèi)部為集電極開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如圖4-10所示圖4-10 傳感器輸出電路44 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) 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

37、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05V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)采用帶施密特觸發(fā)器的反相器DM74LS14來(lái)把放大器生成的單相脈沖轉(zhuǎn)換成與COMS電平相兼容方波信號(hào)同時(shí)將輸出信號(hào)加到單片機(jī)的P34口上 利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋?zhàn)饔每梢园堰呇刈兓徛闹芷谛孕盘?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)波形的上升沿將明顯變壞當(dāng)傳輸線較長(zhǎng)

38、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(wú)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信號(hào)預(yù)處理電路如圖4-11所示 圖4-11 信號(hào)預(yù)處理電路圖45 存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì) 451 I2C總線概述 I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線它通過SDA串行數(shù)據(jù)線及SCL串行時(shí)鐘線兩根線在連到總線上器件之間傳送信息并根據(jù)地址識(shí)別每個(gè)器件不管是單片機(jī)存儲(chǔ)器LCD驅(qū)動(dòng)器還是鍵盤接口

39、采用I2C總線標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)或IC器件其內(nèi)部不僅有I2C接口電路而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對(duì)獨(dú)立模塊通過軟件尋址實(shí)現(xiàn)片選減少了器件片選線連接CPU不僅能通過指令將某個(gè)功能單元電路掛靠或摘離總線還可對(duì)該單元的工作狀況進(jìn)行檢測(cè)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件系統(tǒng)的既簡(jiǎn)單又靈活的擴(kuò)展與控制 傳統(tǒng)的單片機(jī)串行接口發(fā)送和接收一般都各用一條線如MCS51系列的TXD和RXD而I2C總線則根據(jù)器件的功能通過軟件程序使其可工作于發(fā)送或接收方式當(dāng)某個(gè)器件向總線上發(fā)送信息時(shí)它就是發(fā)送器也叫主器件而當(dāng)其從總線上接收信息時(shí)又成為接收器也叫從器件主器件用于啟動(dòng)總線上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時(shí)鐘以開放傳送的器件此時(shí)任何被尋址的器件均被認(rèn)為是

40、從器件I2C總線的控制完全由掛接在總線上的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定在總線上既沒有中心機(jī)也沒有優(yōu)先機(jī) I2C總線的數(shù)據(jù)傳送格式是在I2C總線開始信號(hào)后送出的第一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)是用來(lái)選擇從器件地址的其中前7位為地址碼第8位為方向位RW方向位為0表示發(fā)送即主器件把信息寫到所選擇的從器件方向位為1表示主器件將從從器件讀信息開始信號(hào)后系統(tǒng)中的各個(gè)器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進(jìn)行比較如果與主器件發(fā)送到總線上的地址一致則該器件即為被主器件尋址的器件其接收信息還是發(fā)送信息則由第8位RW確定 在I2C總線上每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限但每一個(gè)字節(jié)必須為8位而且每個(gè)傳送字節(jié)后面必須跟一個(gè)認(rèn)可位第9位也叫應(yīng)答

41、位ACK數(shù)據(jù)的傳送過程如圖3所示每次都是先傳最高位通常從器件在接收到每個(gè)字節(jié)后都會(huì)作出響應(yīng)即釋放SCL線返回高電平準(zhǔn)備接收下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)主器件可繼續(xù)傳送如果從器件正在處理一個(gè)實(shí)時(shí)事件而不能接收數(shù)據(jù)時(shí)例如正在處理一個(gè)內(nèi)部中斷在這個(gè)中斷處理完之前就不能接收I2C總線上的數(shù)據(jù)字節(jié)可以使時(shí)鐘SCL線保持低電平從器件必須使SDA保持高電平此時(shí)主器件產(chǎn)生1個(gè)結(jié)束信號(hào)使傳送異常結(jié)束迫使主器件處于等待狀態(tài)當(dāng)從器件處理完畢時(shí)將釋放SCL線主器件繼續(xù)傳送452 存儲(chǔ)器電路 AT24C02是美國(guó)ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM它是內(nèi)含256×8位存儲(chǔ)空間具有工作電壓寬2555V擦寫次數(shù)多大于

42、10000次寫入速度快小于10ms等特點(diǎn) AT24C02的123腳是三條地址線用于確定芯片的硬件地址在AT89C2051試驗(yàn)開發(fā)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)輸入輸出數(shù)據(jù)通過這條雙向I2C總線串行傳送在AT89C2051試驗(yàn)開發(fā)板上和單片機(jī)的P35連接第6腳SCL為串行時(shí)鐘輸入線在AT89C2051試驗(yàn)開發(fā)板上和單片機(jī)的P36連接SDA和SCL都需要和正電源間各接一個(gè)51K的電阻上拉第7腳需要接地 AT24C02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寫入時(shí)間一次操作可

43、寫入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù) AT24C02是CMOS2048位串行E2PROM在內(nèi)部的組織成256×8位AT24C02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)議在本設(shè)計(jì)中用芯片AT24C02的SDA端與單片機(jī)的P37口相連SCL端與單片機(jī)的P35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A0A2A3都接地單片機(jī)計(jì)算出來(lái)的里程數(shù)據(jù)通過SDASCL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

44、認(rèn)后單片機(jī)從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)供顯示所用與單片機(jī)的接口如圖4-12所示圖4-12 AT24CO2與單片機(jī)的接口電路46 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 電動(dòng)車行使超過預(yù)設(shè)速度時(shí)提供語(yǔ)音報(bào)警的電路應(yīng)用講述語(yǔ)音報(bào)警電路的核心是WTV040語(yǔ)音芯片之所以選擇WTV040語(yǔ)音芯片作為電動(dòng)車超速報(bào)警器電路的核心是因?yàn)閃TV040語(yǔ)音芯片不僅僅能滿足電動(dòng)車超速報(bào)警器性能各種要求而且芯片價(jià)格便宜外圍電路簡(jiǎn)單容易制作最重要是語(yǔ)音內(nèi)容可以由自己決定選用我們先來(lái)認(rèn)識(shí)一下WTV040語(yǔ)音芯片根據(jù)語(yǔ)音芯片的各項(xiàng)功能規(guī)劃一下電動(dòng)車超速報(bào)警器的工作框圖然后設(shè)計(jì)出整套電動(dòng)車超速報(bào)警器461 語(yǔ)音芯片概述

45、WTV040語(yǔ)音芯片是一款功能強(qiáng)大的一次性編程語(yǔ)音芯片工作電壓范圍為DC2535V所加載的語(yǔ)音為6K采樣率時(shí)播放時(shí)間可達(dá)到40秒音頻輸出為DAC和PWM模式PWM輸出時(shí)能直接推動(dòng)05W8揚(yáng)聲器聲音清晰洪亮芯片特點(diǎn)可編程一次性燒錄OTP語(yǔ)音芯片6KHZ頻率時(shí)語(yǔ)音長(zhǎng)度可分別達(dá)到40秒80秒170秒340秒內(nèi)置16bits DAC數(shù)字仿真轉(zhuǎn)換器DAC內(nèi)置PSG語(yǔ)音合成器和音質(zhì)優(yōu)化算法音質(zhì)高PWM和DAC兩種語(yǔ)音輸出方式可任意插入靜音且不占用語(yǔ)音的空間相同語(yǔ)音可重復(fù)調(diào)用且不占用語(yǔ)音空間多種工作模式按鍵控制模式按鍵組合控制模式并口控制模式串口控制模式等播放語(yǔ)音時(shí)BUSY腳可根據(jù)需要設(shè)定輸出高電平或低電平

46、內(nèi)置05W喇叭直推線路Direct-Drive不需要外加器件音質(zhì)與音量比傳統(tǒng)"Cout三極管"更佳且耗電量更少工作電壓范圍25V至35V省電模式時(shí)耗電2uA在省電模式下芯片上電后1秒鐘或者語(yǔ)音停止播放后1秒自動(dòng)休眠DIP16SOP16SSOP20QFP44等多種封裝形式可供選擇強(qiáng)大的可編程能力可以根據(jù)需要定制各種繁雜的功能 可選擇語(yǔ)音控制方式有按鍵控制模式按鍵組合控制模式并口控制模式串口控制模式按鍵模式下又有脈沖可重復(fù)觸發(fā)脈沖不可重復(fù)觸發(fā)電平保持可循環(huán)觸發(fā)電平保持不循環(huán)觸發(fā)等十幾種觸發(fā)方式控制模式觸發(fā)方式和報(bào)警語(yǔ)音可以由上位機(jī)軟件隨意進(jìn)行更改設(shè)定WTV040語(yǔ)音芯片可根據(jù)自

47、身的設(shè)計(jì)要求應(yīng)用在多種場(chǎng)合中 在很多需要高音質(zhì)功能靈活多變等要求的產(chǎn)品中WTV系列語(yǔ)音芯片是最具性價(jià)比的方案之一也是在某些場(chǎng)合替換ISD系列語(yǔ)音芯片的最佳選擇WTV040語(yǔ)音芯片的語(yǔ)音段數(shù)如表4-2所示 表4-2 WTV040語(yǔ)音芯片語(yǔ)音段數(shù)封裝形式語(yǔ)音長(zhǎng)度工作模式所對(duì)應(yīng)的最多語(yǔ)音段數(shù)按鍵模式按鍵組合并口模式串口模式DIP16SSOP2040秒40秒4段8段7段128段8段128段208段208段462 語(yǔ)音報(bào)警電路 當(dāng)電動(dòng)車的行使速度達(dá)到或超過測(cè)速器預(yù)設(shè)速度時(shí)測(cè)速器單片機(jī)往外發(fā)出一個(gè)低電平直接拉低IO口P01的電平使WTV040語(yǔ)音芯片被觸發(fā)點(diǎn)亮報(bào)警指示進(jìn)行提示并觸發(fā)語(yǔ)音進(jìn)行報(bào)警由于測(cè)速器送

48、出的電壓是恒定的只要超速就一直有電壓輸出并且要求持續(xù)提供語(yǔ)音報(bào)警直到電動(dòng)車速度低于預(yù)設(shè)速度為止這是一種電平保持供給的信號(hào)我們?cè)谏衔粰C(jī)軟件上將WTV040芯片的控制方式設(shè)置為按鍵模式觸發(fā)方式為電平保持可循環(huán)觸發(fā) 按鍵控制模式指所定義的管腳可以直接觸發(fā)芯片放音即每一個(gè)管腳可控制播放一段語(yǔ)音每個(gè)開關(guān)的觸發(fā)方式可單獨(dú)設(shè)置按鍵控制模式的防抖動(dòng)時(shí)間為10ms 端口的分配如表4-3所示 表4-3 按鍵控制模式端口分配封裝形式管腳T07T06T05T04T03T02T01T00DIP16SOP16-K8-K7-K6-K5K4K4K4K3K3K3K2K2K2K1K1K1SSOP20 該芯片采用的觸發(fā)方式為電平保持可循環(huán)觸發(fā) 可循環(huán)觸發(fā)為負(fù)脈沖觸發(fā)時(shí)序圖如圖4-13所示當(dāng)IO口檢測(cè)到有下降沿時(shí)該IO口對(duì)地短路一下觸發(fā)播放語(yǔ)音在語(yǔ)音播放期間再檢測(cè)到下降沿芯片會(huì)打斷正在播放的語(yǔ)音重新播放只要有下降沿信號(hào)就重新播放圖4-13 可循環(huán)觸發(fā)時(shí)序圖 電平保持觸發(fā)方式如圖4-14所示當(dāng)IO口為低電平時(shí)保持播放高電平則停止當(dāng)?shù)谝槐榻Y(jié)束后還保持低電平則繼續(xù)重新播放直到轉(zhuǎn)變?yōu)楦?/p>