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文檔簡介
1、湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)實踐任務(wù)書 系 名 稱 電 氣 工 程 系 專業(yè)及班級 學(xué)生姓名 _ 學(xué) 號 _ 畢業(yè)實踐題目: 基于單片機的汽車里程表設(shè)計 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)實踐課題及任務(wù)課題簡介該課題主要是利用單片機技術(shù)進行的一項軟、硬件開發(fā)技術(shù)。其目的是培養(yǎng)學(xué)生利用單片機技術(shù)解決生產(chǎn)、生活中的實際問題,對提高學(xué)生設(shè)計能力動手能力和工程實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)、單片機技術(shù)等方面的相關(guān)知識,熟悉單片機系統(tǒng)流程圖、硬件結(jié)構(gòu)圖及匯編語言,能進行單片機控制電路的連接、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(論文)的內(nèi)容概述:汽車里程表是一種具有速度測量,行程測量、超速報警及LCD顯示功能的單片機應(yīng)用系統(tǒng),利用硬件電路和軟件控制來實現(xiàn)上述功能。二、畢業(yè)設(shè)計(論文)的要求與數(shù)據(jù):1、寫出汽車里程表的控制要求分析2、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、寫出汽車里程表的使用說明三、畢業(yè)設(shè)計(論文)應(yīng)完成的工作:1、畢業(yè)設(shè)計(論文)應(yīng)有詳細的設(shè)計方案、控制電路、控制程序及分析說明2、畢業(yè)設(shè)計(論文)應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)完成3、畢業(yè)設(shè)計(論文)應(yīng)嚴格按設(shè)計規(guī)范打印、裝訂進程安排參考資料1、單片機原理及應(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 機械工業(yè)出版社 王廷才主編4、單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(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)實踐開題報告書 系 專業(yè) 學(xué)生姓名班級學(xué)號課題名稱 課題準備情況思路和方法擬重點解決的問題計劃進度指導(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)實踐考核表 系 專業(yè) 學(xué)生姓名班級學(xué)號課題名稱 課題完成情況及自我評價指導(dǎo)教師評價評語評分 (共40分)簽名: 年 月 日評閱教師評價評語評分 (共30分)簽名: 年 月 日答辯小組評價評語評分 (共30分)組長簽名: 年 月 日畢業(yè)實踐評審組審核 經(jīng)綜合考核該學(xué)生畢業(yè)實踐得分 分,評定為 組長簽名
4、:年 月 日目錄實驗原理。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運行結(jié)果及分析。16實驗的收獲體會及建議。17組長對本人及組員評價。17參考文獻:作者、名稱、出版社、出版日期。17實驗原理:本設(shè)計能實時地將所測的速度與累計里程數(shù)顯示出來,主要是將傳感器輸入到單片機的脈沖信號的頻率(傳感器將不同車速轉(zhuǎn)變成不同頻率的脈沖信號)實時地測量出來,考慮到信號的衰減、干擾等影響,在信號送入單片機前應(yīng)對其進行放大整形。本設(shè)計用兩個按鍵來控制顯示速度或里程。單片機利用定時器T0的控制功能測出輸入信號的周期后,再利用單片機
5、的算術(shù)運算功能將周期轉(zhuǎn)換成速度,同時每秒鐘進行一次里程累計,從而計算出總里程。最后將得出的速度、里程值存儲在EEPROM中,并根據(jù)兩個按鍵的選擇情況來顯示速度或里程。為了方便計算要顯示數(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)存儲器送至LED顯示模塊以顯示所測的速度或里程。本設(shè)計的里程數(shù)的算法是一種大概的算法(假設(shè)在一定時間內(nèi)汽車是勻速行進,平均速度與時間的乘積即為里程數(shù))。 設(shè)計時,應(yīng)綜合考慮測速精度和系統(tǒng)反應(yīng)時間。本設(shè)計用測量脈沖頻率來計算速度,因
6、而具有較高的測速精度。在計算里程時取了汽車的理想狀態(tài)。實際中,誤差控制在幾米之內(nèi),相對于整個里程來說不是很大。為了保證系統(tǒng)的實時性,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的通用性和高效性。本設(shè)計的速度和里程值采用8位顯示,并包含兩個小數(shù)位。 方案論證和選擇本速度里程表設(shè)計以單片機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輸入到單片機進行控制與計算,再采用LED模塊進行顯示,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預(yù)處理電路、AT89C51單片機、串口液晶顯示電路、串口數(shù)據(jù)存儲電路和系
7、統(tǒng)軟件組成。其中信號預(yù)處理電路包含信號放大、波形變換和波形整形。信號預(yù)處理電路中的放大器用于對待測信號進行放大,以降低對待測信號的幅度要求;波形變換和波形整形電路則用來將放大的信號轉(zhuǎn)換成可與單片機接口的TTL信號;通過單片機的設(shè)置可使INT0引腳能夠?qū)?nèi)部定時器T0的工作進行控制,這樣能精確地測出加到INT0引腳的正脈沖數(shù)(即測出脈沖信號的周期);設(shè)計中速度顯示采用LED模塊,所得的數(shù)據(jù)采用I2C總線并通過EEPROM來存儲,因而節(jié)省了所需單片機的口線和外圍器件,同時也簡化了顯示部分的軟件編程系統(tǒng)軟件包括單片機和LED模塊的初始化模塊、LED模塊的寫數(shù)據(jù)命令子模塊、周期測量模塊、速度里程計算模
8、塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、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)顯示模塊以及實時中斷服務(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 1 信號預(yù)處理電路 信號預(yù)處理電路如圖3所示,系統(tǒng)的信號預(yù)處理電路由二級電路構(gòu)成,第一級是由開關(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)。當輸入信號為零或負電壓時,三極管截止,電路輸出高電平;而當輸入信號為正電壓時,三極管導(dǎo)通,此時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量任意方波信號的頻率,也可以測量正弦波信號的頻率。由于放大器的放大功能降低了對待測信號的幅度要求,因此,系統(tǒng)能對任意大于0.5V的正弦波和脈沖信號進行測量。預(yù)處理電路的第二級采用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(如圖
10、4所示),同時將輸出信號加到單片機的P3.2口上。 圖3 信號預(yù)處理電路圖
11、; 圖4 施密特觸發(fā)器對脈沖的整形 利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用,可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入的信號只要幅度大于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。 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。當傳輸線上的電容較大時,波形的上升沿將
12、明顯變壞;當傳輸線較長,而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時,在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象;當其他脈沖信號通過導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號時,信號上將出現(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的特點是具有允許在簡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)計中用芯片AT24C02的SDA端與單片機的P3.7口相連,SCL端與單片機的P3.5口相連。因為在這個I2C總線上只有一個器件,所以把AT24C02的地址設(shè)為000,即把A0、A1、A2都接地。單片機計算出來的里程數(shù)據(jù)通過SDA、SCL向AT24C02輸送數(shù)據(jù)。單片機首先向AT24C02發(fā)送寫信號,當確認后從單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)儲存單元提取數(shù)據(jù)然后向AT24C02的內(nèi)部地址傳送數(shù)據(jù)。當顯示里程時,單片機首先向AT24C02發(fā)送讀信號,然后確認后,單片機從
14、AT24C02內(nèi)部的地址向單片機的讀出單元字節(jié)讀出數(shù)據(jù),供顯示所用。 圖5 AT24C02與單片機的接口電路圖3顯示部分 本設(shè)計的顯
15、示模塊包括MC14511BCP、CD4076、74LS138和8個LED顯示管等器件。MC14511是將鎖存、譯碼、驅(qū)動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)動共陰極LED數(shù)碼管。譯碼器屬于非時序電路,其輸出狀態(tài)與時鐘無關(guān),僅取決于輸入的BCD碼。 74LS138的作用相當于位選的功能,當C,B,A的輸入分別為“000、001、010、011、100、101、110、111”時分別選擇不同的MC14511,從而在不同位上顯示不同的數(shù)字和小數(shù)點。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LED顯示,Y6、Y7來控制CD40756的CP,從而達到以CD4076的Q1Q4控制小數(shù)點的顯示,另一個CD4076只用到其Q1和Q2,圖中字符相對應(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,由檢測傳感器、單片機
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 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)計方法。整個系統(tǒng)由初始化模塊、頻率測量模塊、速度,里程計算模塊、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,讀取模塊、定時器中斷服務(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 待測信號經(jīng)預(yù)處理電路后加至單片機的P3.
18、4(T0)引腳可為單片機測量信號頻率提供有效的輸入信號。單片機通過檢測P3.4引腳電平來決定是否啟動測量頻率程序。當該引腳為高電平時,系統(tǒng)處于等待狀態(tài),要一直到該引腳出現(xiàn)低電平時才開始測頻率。 我們可從硬件的鋁盤上知道兩個過孔之間在圓周上的距離。而這個距離M正好為計算速度和距離起到了基本的數(shù)據(jù)儲備作用。同時可以從TL0寄存器知道在兩秒內(nèi)單片機檢測到的N個脈沖。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。(此時假設(shè)在這個兩秒內(nèi)車子是勻速前進的),距離S除以2s的時間,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。 至于里程的計算,根據(jù)速度計算的分析,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)可以通過單片機的算出汽車在這兩秒內(nèi)走過的路程S1。把這個路程S1與存儲器原來的里程數(shù)相加即可得到目前的總里程數(shù)。 通過單片機計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)在電動汽車開動,單片機開機經(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)運行了多少公里了。而速度的顯示則是在計算出速度里程后立刻顯示出來,體現(xiàn)實時性。 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,用定時器設(shè)定每一圈的時間。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)試過程運行結(jié)果及分析:程序運行沒有錯誤,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)計以MCS-51為核心,通過光電傳感器來檢測汽車的運轉(zhuǎn)情況進而實現(xiàn)電動汽車的速度,里程的計算及里程的累計,存儲,最后用8位的LED能直觀的將速度與里程顯示給用戶,從而達到
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