【汽車智能轉(zhuǎn)速表和里程表設(shè)計(jì)10000字（論文）】

目錄TOC\o"1-3"\h\u第一章緒論 1.1課題研究目的及意義 1.2單片機(jī)概述 1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容 第二章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.1總體設(shè)計(jì)方案 第三章系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3.1主控芯片的選擇 3.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng) 3.1.2單片機(jī)核心芯片 3.1.3STC89C52RC單片機(jī)的工作模式 3.1.4STC89C52各部分功能 3.2復(fù)位電路 3.3液晶顯示模塊 3.4光電傳感器的選擇及原理 3.5DS1302時(shí)鐘芯片 3.5.1DS1302芯片概述 3.5.2DS1302芯片原理 3.5.3DS1302的內(nèi)存存取操作 3.6汽車車速里程表原理圖 第四章系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4.1軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.2顯示設(shè)計(jì) 4.3速度處理部分 4.4電路仿真 4.4.1仿真軟件簡(jiǎn)介 4.4.2仿真結(jié)果 總結(jié) 參考文獻(xiàn) 附件源程序代碼 第一章緒論1.1課題研究目的及意義21世紀(jì)的今天經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人們開始不斷提高生活質(zhì)量，汽車也不再是可望不可求的奢侈品，逐漸走進(jìn)了尋常百姓家，成為人們?nèi)粘５拇焦ぞ?，與此同時(shí)，人們也開始對(duì)汽車的性能及安全保障等有了越來越高的要求。汽車普及度越來越高。在汽車高速行駛中，行駛中的故障是所有駕駛者最為擔(dān)心和最難預(yù)防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。所以這類車上安裝汽車行駛里程速度記錄儀具有十分重要的安全意義和較大的應(yīng)用價(jià)值。此類記錄儀的工作原理十分簡(jiǎn)單，具體而言，安裝在車圈上的相關(guān)傳感器將記錄的轉(zhuǎn)速、里程等數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后傳輸至主控芯片中，再由主控芯片進(jìn)行相應(yīng)的處理與分析，并將其傳輸至顯示模塊中，從而進(jìn)行相應(yīng)的顯示。此時(shí)，我們便可對(duì)車輛的行駛里程、轉(zhuǎn)速等車況信息進(jìn)行清楚的了解和及時(shí)的掌握。本文所研究的汽車智能轉(zhuǎn)速表和里程表對(duì)于駕駛員及時(shí)掌握車況信息、預(yù)防行駛途中的車輛故障具有十分重要的安全意義和較高的應(yīng)用價(jià)值。利用該儀表殼以幫助駕駛員對(duì)車輛的行駛里程、行駛速度、行駛時(shí)間等進(jìn)行清楚的了解和及時(shí)的掌握，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而有效防止在高速行駛的過程中車輛發(fā)生意外故障。此外，本文涉及的儀表在顯示車輛行駛里程、轉(zhuǎn)速等基本信息的基礎(chǔ)之上，還有更多其他功能，比如顯示日期時(shí)間等。1.2單片機(jī)概述單片機(jī)是一種典型的嵌入式微控制器，在設(shè)計(jì)之處，設(shè)計(jì)者們對(duì)單片機(jī)的定義便是一種具有高度集成化特性的小型芯片，具體而言，便是將CPU與各類外圍的功能電路集成在小小的一片芯片上，從而使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從傳統(tǒng)的大型設(shè)備逐步走向小型化、微型化，以便更好的適應(yīng)各類對(duì)設(shè)備體積有嚴(yán)格要求的控制系統(tǒng)之中，取代體積較大的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制，改為體積較小的單片機(jī)控制，在不降低控制效率的情況下，大幅縮減設(shè)備體積。在其問世之初，主要的應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)控制領(lǐng)域，該領(lǐng)域在單片機(jī)的加持之下，其生產(chǎn)效率得到了大幅提高。在這種“小型、集成”的設(shè)計(jì)思想下，Intel公司率先研制出了Z80微控制器，而隨著該微控制器的問世，也標(biāo)志著單片機(jī)開始在通用化的道路向前發(fā)展，從而與專用處理器開始“分道揚(yáng)鑣”。在上世紀(jì)末，主流單片機(jī)基本都是4位或者8位的，其中，最具代表性的、也是在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用且廣受好評(píng)的單片機(jī)便是8031單片機(jī)，各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)的設(shè)計(jì)者們利用該型號(hào)的單片機(jī)設(shè)計(jì)出了各式各樣、具有較高可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性的單片機(jī)系統(tǒng)。該單片機(jī)的問世，使各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)、各類產(chǎn)品對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用越來越多，如我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫挠?jì)算器、手機(jī)等，除此之外，在工業(yè)制造領(lǐng)域，如車輛制造等，也將各種型號(hào)的單片機(jī)應(yīng)用在其各個(gè)零部件中，甚至出現(xiàn)了一個(gè)系統(tǒng)中使用了幾十個(gè)單片機(jī)的“盛況”，開啟了多單片機(jī)協(xié)同控制的局面。由此可見，單片機(jī)的已經(jīng)滲透在了我們?nèi)粘Ｉ钪械姆椒矫婷妫瑸槲覀兊纳钐峁┍憬莸姆?wù)。無論集成了何種功能，單片機(jī)的基本構(gòu)成都是不會(huì)改變的，即CPU、I/O端口、存儲(chǔ)等，這些組成部分和計(jì)算機(jī)的組成十分相似，但是，由于其進(jìn)行了微型化的處理，因此，在體積被壓縮的同時(shí)，性能也相應(yīng)被壓縮了一些，但與此同時(shí)，價(jià)格也得到了一定的“壓縮”——與計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)的價(jià)格便宜了不少。雖然單片機(jī)的性能在某些方面被壓縮了，但是，對(duì)于普通的設(shè)備而言，如家用電器等，往往已經(jīng)足夠“應(yīng)付”其相應(yīng)的功能需求和性能需求了。單片機(jī)對(duì)于這些應(yīng)用設(shè)備而言，就相當(dāng)于人體的大腦，是整個(gè)設(shè)備最為核心的控制部分。單片機(jī)在問世之初，其控制程序的編寫一般都是采用較為低級(jí)的編程語言——匯編語言，雖然在功能實(shí)現(xiàn)方面不會(huì)造成阻礙，但是，匯編語言的可讀性較差，晦澀難懂，會(huì)設(shè)計(jì)人員耗費(fèi)大量時(shí)間在程序控制程序的編寫上。相比而言，高級(jí)編程語言則具有較高的可視化程度，無論是不是該程序的編寫者，都能夠很容易的讀懂程序每一句語句的意義和功能，而這恰恰是匯編語言無法企及的。但是，在早期的單片機(jī)控制程序編寫中，大多數(shù)設(shè)計(jì)者還是使用著匯編語言，這主要是受到當(dāng)時(shí)單片機(jī)內(nèi)存的限制，具體而言，由于當(dāng)時(shí)的單片機(jī)內(nèi)存往往僅有幾十Kb的大小，因此，無法完整的存儲(chǔ)利用高級(jí)語言編寫出來的程序，但匯編語言編寫出來的程序卻不會(huì)遇到這樣的煩惱，因此，在單片機(jī)的內(nèi)存得到有效擴(kuò)展之前，設(shè)計(jì)者們只能選擇匯編語言來進(jìn)行控制程序的編寫。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容本文設(shè)計(jì)的汽車智能里程表和轉(zhuǎn)速表將圍繞單片機(jī)和光電傳感器這兩個(gè)核心器件展開，具體而言，傳感器用于接收脈沖信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后傳輸至微控制器中進(jìn)行處理與分析，從而得到相應(yīng)的里程和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，微控制器再將上述兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸至顯示模塊進(jìn)行相應(yīng)的顯示。`第二章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)方案本文設(shè)計(jì)的汽車智能里程表和轉(zhuǎn)速表將圍繞單片機(jī)和光電傳感器這兩個(gè)核心器件展開，具體而言，傳感器用于接收脈沖信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后傳輸至微控制器中進(jìn)行處理與分析，從而得到相應(yīng)的里程和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，微控制器再將上述兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸至顯示模塊進(jìn)行相應(yīng)的顯示。因此，本文的設(shè)計(jì)思路主要包括以下幾點(diǎn)：①將光電傳感器安裝至汽車的鋼圈上；②光電傳感器輸出為脈沖信號(hào)，一個(gè)脈沖中斷一次；③傳感器的每一個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)于汽車鋼圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，而主控芯片接收到一個(gè)脈沖信號(hào)便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷，以此來進(jìn)行計(jì)數(shù)，若將中斷次數(shù)用m表示，鋼圈周長用L表示，則汽車行駛的歷程可用L*m進(jìn)行表示；④根據(jù)主控芯片的內(nèi)部時(shí)鐘以及③中計(jì)算得到的汽車行駛里程，即可計(jì)算得到當(dāng)前的汽車行駛速度。本文設(shè)計(jì)的汽車智能里程表和轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)框圖第三章系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1主控芯片的選擇本系統(tǒng)的控制器核心部件為單片機(jī)，而目前單片機(jī)具有多種型號(hào)，其具備的功能以及使用成本、開發(fā)的難易程度也都不盡相同。針對(duì)不同系統(tǒng)的不同功能需求，應(yīng)當(dāng)綜合考慮各方面的因素，來選擇最為合適單片機(jī)。本系統(tǒng)在對(duì)單片機(jī)進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)確保其具有較強(qiáng)的開發(fā)能力，且運(yùn)算速度能夠達(dá)到本系統(tǒng)的性能需求。通過綜合考慮，提出了以下三種方案。方案一：選用PIC16F877A，該芯片集成度高，功能強(qiáng)大，片內(nèi)資源也十分豐富，但是，該芯片的開發(fā)極具挑戰(zhàn)性，不是一開發(fā)人員能有駕馭的，而且成本頗高，主要應(yīng)用于高精尖工業(yè)產(chǎn)品。方案二：選用性能好、成本低廉且低功耗的嵌入式芯片——STM32，該芯片具備高度集成化的設(shè)計(jì)，因此極大縮減了外圍電路的規(guī)模，與此同時(shí)，芯片程序模塊化可擴(kuò)展性強(qiáng)，性能高，而豐富的功能借口使該芯片能夠很好的與無線灌溉系統(tǒng)的功能需求相匹配。方案三：主控芯片選用STC89C52微控制器，該芯片在保障高性能的同時(shí)，具有較低的功耗。與傳統(tǒng)的51單片機(jī)相比，包含了51單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)其功能進(jìn)行了完善與提高。從以上可以看出，STC89C52雖說是微控制器芯片，同樣也是作為計(jì)算機(jī)必須具備的主要部分而啟用的，所以實(shí)際上它已經(jīng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的微處理器系統(tǒng)了。綜合上述的描述，考慮到系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本以及開發(fā)的難易程度最終決定采用宏晶科技的STC89C52單片機(jī)作為主控芯片。3.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)主控芯片選用的是STC89C52微控制器，該芯片在保障高性能的同時(shí)，具有較低的功耗，配有8K字節(jié)大小的可編程Flash存儲(chǔ)器。與此同時(shí)，該型號(hào)單片機(jī)上配備了256個(gè)RAM驅(qū)動(dòng)器，其中前128個(gè)驅(qū)動(dòng)器可注冊(cè)為用戶注冊(cè)表，而專用注冊(cè)表則占用最后128個(gè)驅(qū)動(dòng)器。因此，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)通常指前128個(gè)驅(qū)動(dòng)器，或者簡(jiǎn)單地說，指隨機(jī)訪問的內(nèi)部存儲(chǔ)，用于存儲(chǔ)可讀和可寫的數(shù)據(jù)。此外，該型號(hào)單片機(jī)共有4個(gè)8位輸入輸出端口(P0、P1、P2、P3)。不僅可以和同步轉(zhuǎn)換，還能夠?qū)崿F(xiàn)全雙工異步通信收發(fā)器的強(qiáng)大能力。因此，可以完全滿足本文所設(shè)計(jì)的無線灌溉系統(tǒng)對(duì)主控芯片的需求。STC89C52微控制器的最小系統(tǒng)如圖3.1所示。圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)圖復(fù)位電路是微控制器外圍電路的其中一個(gè)重點(diǎn)，如圖3.2所示，電容和電阻大小分別為10uF和10K。將高電平引入單片機(jī)的RST引腳，并持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)將會(huì)進(jìn)行復(fù)位操作，除此之外，按鍵手動(dòng)復(fù)位可分為電平和脈沖兩種復(fù)位方式，其中的電平復(fù)位就是通過RST接口接通電VCC進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)按下復(fù)位電路的復(fù)位按鍵后，單片機(jī)將恢復(fù)到一個(gè)特定的初始狀態(tài)，并從該初始狀態(tài)開始重新運(yùn)行。當(dāng)RST/VPD或RS1T引腳輸入了持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，單片機(jī)將會(huì)識(shí)別到復(fù)位信號(hào)，從而在第二個(gè)機(jī)器周期開始執(zhí)行復(fù)位操作。3.1.2單片機(jī)核心芯片圖3.2STC89C5RC實(shí)物圖STC89C521單片機(jī)具有低功耗、高性能等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的511單片機(jī)相比，包含了511單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)其功能進(jìn)行了完善與提高。（1）中央處理器（CPU）微控制器的重要組成部分為中央處理器，主要進(jìn)行計(jì)算和相關(guān)控制程序的執(zhí)行。該型號(hào)單片機(jī)可對(duì)八位二進(jìn)制數(shù)或者代碼進(jìn)行處理。（2）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部1R1A1M）該型號(hào)單片機(jī)上配備了2561個(gè)R1A1M1驅(qū)動(dòng)器，其中前1281個(gè)驅(qū)動(dòng)器可注冊(cè)為用戶注冊(cè)表，而專用注冊(cè)表則占用最后128個(gè)驅(qū)動(dòng)器。因此，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)通常指前128個(gè)驅(qū)動(dòng)器，或者簡(jiǎn)單地說，指隨機(jī)訪問的內(nèi)部存儲(chǔ)，用于存儲(chǔ)可讀和1可寫的數(shù)據(jù)1。（3）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部1ROM）STC89C521具有4KB的ROM1掩碼，稱為程序存儲(chǔ)器或內(nèi)部1ROM，用于存儲(chǔ)程1序、原始數(shù)據(jù)或表格。（4）定時(shí)/1計(jì)數(shù)器STC89C521芯片的組成包括16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器兩個(gè)，主要用來進(jìn)行數(shù)據(jù)指令1的定時(shí)與計(jì)數(shù)，從而計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令是其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果。（5）并行I/O口MCS-51共有4個(gè)8位輸入輸出端口(P0、P1、P2、P3)，可以進(jìn)行并行數(shù)據(jù)輸入輸出。（6）串行口STC89C521單片機(jī)具有全雙工串行端口，能夠進(jìn)行與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳1輸。不僅可以和同步轉(zhuǎn)換，還能夠?qū)崿F(xiàn)全雙工異步通信收發(fā)器的強(qiáng)大能力。（7）中斷控制系統(tǒng)該型號(hào)單片機(jī)具有強(qiáng)大的中斷功能，可滿足系統(tǒng)控制程序在執(zhí)行過程中的相關(guān)需求。此外，該單片機(jī)有五個(gè)中斷源，即一個(gè)串行中斷、兩個(gè)同步/1計(jì)數(shù)中1斷和兩個(gè)外部中斷。所有中斷分為高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)兩種。(8)時(shí)鐘電路在STC89C52芯片系統(tǒng)設(shè)置下，其震動(dòng)頻率一般分為6Mhz和12Mhz兩種，在該芯片內(nèi)部的時(shí)鐘電路會(huì)對(duì)半導(dǎo)體晶體和電容進(jìn)行微調(diào)，進(jìn)而產(chǎn)生單片機(jī)脈沖序列。3.1.3STC89C52RC單片機(jī)的工作模式該主控芯片的工作模式可分為三類，其一為掉電模式，該模式下功耗為0.1A，且外部中斷可喚醒該模式；其二為空閑模式，該模式下的功耗低至12mA；其三1為正常工作模式，該模式下功耗大約在4~71mA1。3.1.4STC89C52各部分功能STC89C52共有四十個(gè)引腳，各引腳的定義如圖3.3所示。圖3.3STC89C52RC引腳圖該芯片的各引腳的功能：STC89C52主控芯片相關(guān)引腳設(shè)置（1）電源引腳VCC：＋5V電源輸入端口GND：地線端口（2）晶振引腳XTAL1：外接晶振輸入端口XTAL2：外接晶振輸出端口（3）控制引腳RST/VPP：1系統(tǒng)重置端口，實(shí)現(xiàn)對(duì)為微控制器的重置。ALE/PROG：1地址鎖存允許端口PSEN：1外部存儲(chǔ)器讀取端口EA/VPP：11外部程序存儲(chǔ)器通過低電平電位來讀取指令，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器通過高電平電位來讀取指令。（4）可編程輸入/1輸出引腳（132根）STC89C521單片機(jī)擁有有4組、共32可編程輸入/1輸出端口，具體輸入、輸出1端口為P01、P11、P21和1P3，其中，P01為18位雙向I/O端口，P1~P3為位準(zhǔn)雙11向1I/O1端口。P3端口的其他功能如表3.11所1示。表3.1P3端的其他功能3.2復(fù)位電路將高電平引入單片機(jī)的RST引腳，并持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)將會(huì)進(jìn)行復(fù)位操作，除此之外，按鍵手動(dòng)復(fù)位可分為電平和脈沖兩種復(fù)位方式，其中的電平復(fù)位就是通過RST接口接通電源VCC進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)按下復(fù)位電路的復(fù)位按鍵后，單片機(jī)將恢復(fù)到一個(gè)特定的初始狀態(tài)，并從該初始狀態(tài)開始重新運(yùn)行。當(dāng)RST/VPD或RST引腳輸入了持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，單片機(jī)將會(huì)識(shí)別到復(fù)位信號(hào)，從而在第二個(gè)機(jī)器周期開始執(zhí)行復(fù)位操作。該主控芯片的復(fù)位電路如圖3.4所示。。圖3.4復(fù)位電路3.3液晶顯示模塊顯示輸出電路選擇了順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的具有壓倒性優(yōu)勢(shì)的LCD1602液晶顯示器，該液晶屏可對(duì)多種符號(hào)、數(shù)字、字符進(jìn)行顯示，因此，可以為用戶呈現(xiàn)出更加豐富、多種多樣的信息。而開發(fā)人員也可根據(jù)實(shí)際需求，設(shè)置需要顯示的相應(yīng)信息。LCD1602采用并行或串行數(shù)據(jù)傳輸，控制簡(jiǎn)單，常用于低功耗設(shè)備中。LCD1602有兩種控制方案——串行或者并行。串行使用的接口少，但是軟件設(shè)計(jì)代碼復(fù)雜，需要通過大量的代碼去操作。并行數(shù)據(jù)輸入控制方案可以更快的完成對(duì)液晶的控制，軟件操作簡(jiǎn)單，所以使用并行數(shù)據(jù)輸入控制方案。通過對(duì)顯示數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中保存時(shí)與顯示器上顯示微店對(duì)應(yīng)位置的相關(guān)性的控制，從而達(dá)到對(duì)于顯示器的設(shè)計(jì)及控制效果。1602液晶顯示模塊遵循傳統(tǒng)液晶顯示模塊的構(gòu)成規(guī)則，由左右兩部分獨(dú)立液晶屏組成，每一個(gè)屏幕中分別配套各自的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，對(duì)于不同獨(dú)立液晶屏，分別受不通過的片選信號(hào)控制。此外，為優(yōu)化用戶設(shè)計(jì)過程，一些廠家進(jìn)行模塊改良，減少片選信號(hào)為一個(gè)，增加模塊中的電路數(shù)量，從而使得使用更加人性化。在對(duì)于液晶屏進(jìn)行位點(diǎn)點(diǎn)亮控制的過程中，首先需要根據(jù)位點(diǎn)地址進(jìn)行片選信號(hào)的選擇，如點(diǎn)亮40列的位點(diǎn)，由于其列點(diǎn)數(shù)為40，小于64，因此選擇左半邊屏幕的片選信號(hào)，從而進(jìn)行點(diǎn)亮控制。LCD16021的電路原理圖如圖13.51所示。圖3.5LCD液晶顯示電路3.4光電傳感器的選擇及原理光電測(cè)速傳感器是一種以光電轉(zhuǎn)換器件為核心的測(cè)試傳感器，按照接受光1信號(hào)的不同形式，可分為透光式和反光式兩種。透光式光電測(cè)速傳感器的組成主要分為三大模塊，其一為有孔或者缺口的圓盤，其二為光源，其三為光電管。該類型傳感器的具體工作原理為：圓盤固定于車軸上并隨之同步轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，光源發(fā)射的光信號(hào)只能當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)至其孔或缺口與光源、光電管呈三點(diǎn)一線時(shí)才能透過去，照射至光電管上，光電管將此刻照射過來的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而輸出一個(gè)脈沖。而當(dāng)圓盤上的孔或缺口與光源、光電管之間不再同一直線上時(shí)，光線無法透過圓盤照射到光電管，此時(shí)，光電管因?yàn)闆]有接受到光信號(hào)從而不會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)的輸出。根據(jù)圓盤上孔或缺口的數(shù)量不同，圓盤每轉(zhuǎn)一周所輸出的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)也會(huì)隨之不同，但兩者的在數(shù)量上時(shí)相等的。因此，當(dāng)圓盤上的孔或缺口個(gè)數(shù)為60時(shí)，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，即車軸旋轉(zhuǎn)一周，傳感器便會(huì)輸出60個(gè)脈沖信號(hào)。反光式光電測(cè)速傳感器的工作方式與上文所述的透光式的類似，都是將采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)之后，傳輸至主控芯片中，但不同之處在于反光式的是利用反射光來進(jìn)行測(cè)量的，因此，光源和光電管將安置在轉(zhuǎn)盤的同一側(cè)。而在反光材料的選擇上，往往是將需要反光的部位圖上白漆。通常情況下，光源與反光部位的相對(duì)距離一般在5~15m。圖3.6光電傳感器原理圖光電傳感器從本質(zhì)上來說就是一個(gè)紅外線傳感器，其中的原理是利用了紅外線探測(cè)，當(dāng)紅外線探測(cè)到障礙物時(shí)，將導(dǎo)致接受到的光信號(hào)增強(qiáng)，從而輸出高電平；反之，則輸出低電平。光電傳感器模塊的實(shí)物如圖3.7所示，該模塊雖然構(gòu)造十分簡(jiǎn)單，但是，其測(cè)量精度很高，且具有較寬的頻響范圍以及較強(qiáng)的康外界干擾能力，不僅如此，該模塊可測(cè)量的參數(shù)很多、形式靈活多樣等特點(diǎn)，基于以上特點(diǎn)，光電傳感器在測(cè)量檢測(cè)與控制中非常廣泛。圖3.7光電傳感器3.5DS1302時(shí)鐘芯片3.5.1DS1302芯片概述DS1302作為一款簡(jiǎn)潔、小巧時(shí)的鐘芯片，其在引腳設(shè)置上較為簡(jiǎn)單明了，共有8只引腳，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，也十分容易上手，因此，本文選用該芯片作為本系統(tǒng)外接時(shí)鐘電路的核心芯片。該芯片可以為使用者提供從“秒”到“年”的全部時(shí)間信息，可謂是相當(dāng)?shù)呢S富。在提供信息豐富之余，其硬件電路的設(shè)計(jì)則十分簡(jiǎn)單——只需要占用主控芯片的三個(gè)端口，即復(fù)位端口、數(shù)據(jù)端口、串行時(shí)鐘端口，即可實(shí)現(xiàn)主控芯片與該時(shí)鐘芯片之間的數(shù)據(jù)通信。此外，該芯片對(duì)工作電壓的范圍要求也不是非常的嚴(yán)苛，可在+2~+5V范圍正常工作。不僅如此，在其正常工作期間，能耗也是十分低的，僅有0.5W左右。該時(shí)鐘芯片的引腳定義如圖3.8所示。圖3.8DS1302引腳圖DS1302芯片每個(gè)引腳的作用如表3.2所示。表3.2DS1302各引腳功能3.5.2DS1302芯片原理DS1302時(shí)鐘芯片主要包括六個(gè)模塊，即控制模塊、移位寄存器模塊、復(fù)位模塊、內(nèi)部存儲(chǔ)模塊、振蕩電路模塊以及時(shí)鐘顯示模塊。其中，控制模塊又包含有VCC1、VCC2、GND這三個(gè)端口；移位寄存器模塊又包含有I/O和SCLK這兩個(gè)端口；復(fù)位模塊則包含有RST這一個(gè)端口。上述六個(gè)模塊在該時(shí)鐘芯片中各司其職，分別實(shí)現(xiàn)不同的功能，但其共同目標(biāo)則是提供準(zhǔn)確的、豐富的時(shí)鐘信息。具體而言，在芯片上電之初，則由復(fù)位模塊來對(duì)芯片進(jìn)行初始化，二移位寄存器模塊則將芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至其相對(duì)于的位置，并在需要讀取時(shí)隨時(shí)調(diào)用。而內(nèi)存模塊則擁有高達(dá)512的容量，最多可存儲(chǔ)512個(gè)數(shù)據(jù)，因此，對(duì)于時(shí)間信息而言綽綽有余。3.5.3DS1302的內(nèi)存存取操作當(dāng)利用DS1302時(shí)鐘芯片來實(shí)現(xiàn)時(shí)間顯示的功能時(shí)，其實(shí)質(zhì)就是調(diào)用、讀取移位寄存器模塊的中相應(yīng)的數(shù)據(jù)。移位寄存器模塊中有多達(dá)十個(gè)寄存器，可分別對(duì)秒、分鐘、小時(shí)、星期、日、月、年等數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，且配有寫保護(hù)和涓流充電，具體的控制字符操作如表3.3所示。表3.3時(shí)鐘芯片控制字各寄存器范圍D7D6D5D4D3D2D1D0秒00~59CH十位個(gè)位分00~590十位個(gè)位小時(shí)01~12或00~2312/240A/PHR個(gè)位日01~3100十位個(gè)位月01~120001/0個(gè)位星期01~070000周幾年01~90十位個(gè)位寫保護(hù)WR11111111涓流充電/TCSTCSTCSDSDSRSRSRS上表中各個(gè)寄存器的具體使用方法如下：（1）小時(shí)寄存器的D7位用于控制12小時(shí)制或24小時(shí)制，具體而言，D7為1則為12,小時(shí)制，D7為0則為24小時(shí)制；D5位用于控制AM和PM，具體而言，D5為1時(shí)為PM，D5為0時(shí)為AM。（2）分鐘寄存器D7位用于控制是否正常計(jì)時(shí)，具體而言，只有當(dāng)D7為0時(shí)，才能正常計(jì)時(shí)。（3）秒鐘寄存器D7位為暫停位，具體而言，只有當(dāng)D7為0時(shí)，才會(huì)正常計(jì)時(shí)。（4）日寄存器與秒鐘寄存器的使用方式一致。（5）月寄存器與秒鐘寄存器的使用方式一致。（6）年寄存器（7）控制寄存器當(dāng)D7位為0時(shí)，開啟寫保護(hù)功能，各個(gè)寄存器均無法對(duì)存儲(chǔ)器模塊進(jìn)行相應(yīng)的寫操作。因此，若要是時(shí)鐘芯片正常工作，則應(yīng)當(dāng)將D7位設(shè)置為1。3.6汽車車速里程表原理圖本文設(shè)計(jì)的汽車智能里程表和轉(zhuǎn)速表的原理圖如圖3.9所示。該系統(tǒng)主要由前文所述的主控芯片及其外圍電路、復(fù)位模塊、液晶顯示模塊、光電傳感器模塊、DS1302時(shí)鐘模塊等各個(gè)功能模塊共同組成。圖3.9汽車行駛里程速度表原理圖第四章系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖4.1系統(tǒng)流程圖本文設(shè)計(jì)的汽車智能里程表和轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)軟件工作流程如圖4.1所示。在系統(tǒng)軟件運(yùn)行伊始，首先需要做的則是進(jìn)行相應(yīng)的初始化操作，這不僅僅只針對(duì)主控芯片的初始化，還需要對(duì)液晶顯示模塊、時(shí)鐘模塊等各個(gè)功能模塊進(jìn)行初始化。在完成初始化之后，則開始正常工作，安裝在汽車鋼圈上的光電傳感器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并輸出為脈沖信號(hào)，一個(gè)脈沖中斷一次；傳感器的每一個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)于汽車鋼圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，而主控芯片接收到一個(gè)脈沖信號(hào)便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷，以此來進(jìn)行計(jì)數(shù)，若將中斷次數(shù)用m表示，鋼圈周長用L表示，則汽車行駛的歷程可用L*m進(jìn)行表示；根據(jù)主控芯片的內(nèi)部時(shí)鐘以及③中計(jì)算得到的汽車行駛里程，即可計(jì)算得到當(dāng)前的汽車行駛速度。軟件設(shè)計(jì)的主程序請(qǐng)參見附錄。4.2顯示設(shè)計(jì)LCD1602的顯示函數(shù)設(shè)計(jì)主要參照液晶屏廠商提供的相關(guān)設(shè)計(jì)說明來進(jìn)行，并嚴(yán)格按照其時(shí)序進(jìn)行編寫。具體而言，首先讀取需要顯示的部位的地址，然后根據(jù)該地址將數(shù)據(jù)一次寫入，每次寫入后，地址自動(dòng)加一。顯示函數(shù)流程圖如4.2所示。顯示模塊的軟件程序代碼請(qǐng)參見附錄。圖4.2顯示流程圖4.3速度處理部分本文針對(duì)汽車的行駛速度還在顯示轉(zhuǎn)速的功能基礎(chǔ)之上，增加了超速報(bào)警功能，即若主控芯片檢測(cè)到當(dāng)前車速超過程序預(yù)先設(shè)定好的安全車上閾值上限時(shí)，將會(huì)向蜂鳴器發(fā)送控制指令，從而觸發(fā)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，并在顯示屏中顯示當(dāng)前的實(shí)時(shí)車速，以此來保障駕駛員的生命財(cái)產(chǎn)安全。車速處理的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4.3所示，其具體程序代碼請(qǐng)參見附錄。圖4.3速度處理流程圖4.4電路仿真4.4.1仿真軟件簡(jiǎn)介本文的軟件開發(fā)采用C語言以及KeilμVision4編程軟件來進(jìn)行控制程序的編寫、調(diào)試、下載、燒錄等操作。在編程語言方面，相較于匯編語言，C語言在程序編寫方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，不僅容易上手，而且可讀性更強(qiáng)，維護(hù)方面也更具優(yōu)勢(shì)。當(dāng)C語言與KeilμVision4編程軟件相結(jié)合時(shí)，系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)便已經(jīng)事半功倍了。Protues仿真軟件則主要針對(duì)硬件電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，廣泛用于各大高校、科研院所以及電子設(shè)計(jì)行業(yè)。該仿真軟件能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員在實(shí)際焊接電路之前進(jìn)行電路的模擬仿真，以確保電路在邏輯、接線等方面沒有任何錯(cuò)誤，從而使后續(xù)的實(shí)際電路PCB設(shè)計(jì)及焊接能夠順利進(jìn)行。因此，該軟件能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者們節(jié)省出大量的設(shè)計(jì)時(shí)間，避免了設(shè)計(jì)者們走很多不必要的彎