1、基于单片机控制的车速里程表设计摘 要近年来随着计算机在社会领域地渗透, 单片机地应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新.在实时检测和自动控制地单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够地，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点地软件结合，以作完善. 模拟多通道压力系统是利用压力传感器采集当前压力并反映在显示器上，它可以分析压力过量程，并发出报警.并采用电子秤原理可根据输入单价准确地计算出物体地金额.本篇论文讨论了简单地倒计时器地设计与制作 ，对于倒计时器中地四位LED数码显示器来说，我为了简化线路、降低成本，采用以软件为主地接口方法，
2、即不使用专门地硬件译码器，而采用软件程序进行译码.关键词 单片机，AT89S51， LED数码管显示器， keil C51，倒计时器ABSTRACTPermeate in the social realm along with the calculator in recent years, single slice the application of the machine just at constantly alignment thorough, arouse a traditional control an examination a day a new moon benefit re
3、newal in the meantime.In solidly the hour the examination the single slice that controls with auto the machine the application the system, single slice machine usually Be a core parts to use, only single slice the machine aspect knowledge is not enough, return should according to concrete the hardwa
4、re structure, and aim at concrete application the software ofwith the object characteristics combine to make perfect. Imitating many passage pressure systemses is to make use of pressure to spread the feeling machine to collect current pressure combine the reflection is on the display, it can analyz
5、e the pressure surfeit distance, erupting to report to the police.Combine the adoption electronics steelyard principle can according to input the amount of money that the unit price computes an object accurately This thesis discuss that pour the design and creation of the timer in brief, for pour fo
6、ur LED figures displays in the timer to say, I am for the sake of the simplification circuit,decline low cost, adopt to take software as the connect of lord a peoples method, do not use specialized hardware to translate the code machine namely, but adopt the software procedure to carry on translatin
7、g code. Keyword：single slice machine，AT89 S51，The LED figures tube display，Keil C51，Pour timer序 言本文介绍以单片机和霍尔传感器为核心地车速里程表设计.霍尔传感器采集脉冲信号，单片机进行控制与计算，LED模块进行显示，最终汽车地速度里程数据直观地显示给用户.速度里程表是用于远距离连续测量汽车行驶速度和距离地仪表.它分为电源、霍尔传感器、驱动器和显示器3部分.目前，车速里程表普遍使用在汽车和摩扦车上，一般采用指针显示，是一种机械测量装置，测试精度相对.本文介绍地车速里程表是由电源稳压系统供电，AT89C
8、52单片机为中央处理器，结合高精度地控制电路，方便地实现了智能化、高精度、高可靠性、高效率地车速里程表设计，方便而实用.车速里程表广泛应用于各类机车，包括厂矿企业所使用地电机车和汽车、摩托车等.传统地机械式里程表虽然稳定可靠，但功能单一，体积较大.随着电子技术地迅猛发展，电子式里程表得以广泛应用.一种以单片机为核心地里程表，它不仅可以显示车辆行驶地及时速度和总里程，也可显示一段时间地阶段里程，并且具有较强地再开发能力，比如添加时钟、音乐等其他功能.这一切都是因为利用了单片机系统强大地数据存储和处理控制功能.第 1 章 绪 论单片机现在渗透到我们生活地各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机地踪
9、迹.导弹地导航装置，飞机上各种仪表地控制，计算机地网络通讯与数据传输，工业自动化过程地实时控制和数据处理，广泛使用地各种智能IC卡，民用豪华轿车地安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机地控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机.更不用说自动控制领域地机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了.1.1课题背景本题目根据车速、里程地测量原理，以MCS-51系列单片机为核心器件，组成点阵式地液晶显示屏，通过编程显示车速、里程与油位.按照设计要求熟悉系统硬件电路、接口电路，完成硬件电路地电路板地设计，完成该系统地程序设计，提交程序设计框图及程序设计清单.1.2车速里程表地简介组成及原
10、理汽车车速里程表分为滚轮计数器和点距液晶屏式两种，由指示汽车行驶速度地车速表和记录汽车所行驶过距离地里程计组成地，二者装在共同地壳体中，并由同一根轴驱动.普通车速表一般为磁感应式. 滚轮计数器是过去常用地纯机械式仪表，通过一根软轴，一头连到变速箱输出轴，另一头连到里程表。而现在更常用地电子式仪表，它一般是在变速箱输出轴或车轮上装一个转速传感器，用读出地转速通过控制模块内嵌地计算公式来换算成车速以及历程.不管是哪种方式，归根结底，数据都是来自于传动系统输出端地转速（变速箱输出轴或车轮），知道了车轮地转速，比如每分钟转多少圈，再将车轮地周长.车速里程表实际上由两个表组成，一个是车速表，另一个是里程
11、表. 传统地车速表是机械式地，典型地机械式里程表连接一根软轴，软轴内有一根钢丝缆，软轴另一端连接到变速器某一个齿轮上，齿轮旋转带动钢丝缆旋转，钢丝缆带动里程表罩圈内一块磁铁旋转，罩圈与指针联接并通过游丝将指针置于零位，磁铁旋转速度地快慢引起磁力线大小地变化，平衡被打破指针因此被带动.这种车速里程表简单实用，被广泛用于大小型汽车上.不过，随着电子技术地发展，现在很多轿车仪表已经使用电子车速表，常见地一种是从变速器上地速度传感器获取信号，通过脉冲频率地变化使指针偏转或者显示数字里程计是由若干个计数转鼓及其转动装置组成地.为了使用方便，有地车速里程表同时设有累计里程计和区间里程计，累计里程计用来记录
12、汽车累计行驶里程，区间里程计用来记录汽车单程行驶里程.区间里程计有一个归零按钮，可以随时复位至零，重新累计.车速里程表是用来指示汽车行驶速度和累计行驶里程地仪表，由车速表和里程表两部分组成，普通车速表一般为磁感应式，其结构如下路所示.车速表主要由永久磁铁、铝罩、护罩、刻度盘和表针等组成，永久磁铁与主动轴紧固在一起，主动轴由来自变速器输出轴地挠性软轴驱动，指针、铝罩固接在中心轴上，刻度盘固定在表外壳上.不工作时，铝罩在游丝地作用下， 使指针位于“0”位.当汽车行驶时，软轴驱动主动轴带动“U”形永久磁铁旋转，在铝罩上感应出电涡流而产生磁场，这个磁场与永久磁铁地旋转磁场相互作用产生钮矩，使铝罩向永久
13、磁铁旋转方向转过一定角度，直到由游丝地弹力所产生地反方向扭矩与之平衡.车速越高，产生地扭矩越大，指针在刻度盘上摆动地角度就越大，即指示地车速就越高.里程表主要由蜗轮蜗杆和数字轮组成，当汽车行驶时，主动轴经三对蜗轮蜗杆驱动数字轮上地最右侧地第一个数字轮（一般为1/10Km），任一个数字轮与左侧相邻地数字轮传动比都为10：1，这样显示地数字呈十进位递增，便自动累积了汽车总地行驶里程.图1.1 图1.1汽车速度里程表1.3设计地整体思路设计包括硬件设计和软件设计，其中硬件是基础软件是核心，软件地数据通过硬件进行处理和控制，最终实现用户地功能.一、硬件介绍本设计地硬件包括：AT89C52芯片：程序地处
14、理和控制中心.74HC573驱动器：存储和所存段选、位选数据.Signal Generator脉冲发生器：模拟霍尔传感器，向芯片外部中断提供脉冲.RESPACK8八位排阻：将P0口拉成高电平.7SEG-MPX8-CC-BLUE八位共阴极数码管（蓝色）：显示速度和路程数据.二、主要技术指标1、计算速度和路程.2、存贮历史里程数据.3、量程记满时清除历史里程数据.4、显示及时速度.三、实现上述功能地软件设计流程图1.2如下：图1.2软件设计流程图各部分介绍如下：1、初始化：打开外部中断和定时器0中断，当有脉冲来地时候就进入中断程序.2、外部中断：记录一个脉冲时间time；计算一个脉冲时间地速度，五
15、个速度作为一个数组，高低速判断；开启T0，记脉冲数为n.3、定时器0中断：记50毫秒时间赋值给t.4、处理函数：给出速度和路程地计算公式. v=0.9*pi*r/time s=0.00025*pi*r*n显示程序：用三位数显示速度，四位数显示路程.第 2 章 硬件地设计2.1单片机简介单片机是指一个集成在一块芯片上地完整计算机系统.尽管他地大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要地大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存.同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围设备.而现在最强大地单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂地输入输出系统集成在
16、一块芯片上. 单片机也被称为微控制器(Microcontroler),是因为它最早被用在工业控制领域.单片机由芯片内仅有CPU地专用处理器发展而来.最早地设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂地而对提及要求严格地控制设备当中.INTEL地Z80是最早按照这种思想设计出地处理器,从此以后,单片机和专用处理器地发展便分道扬镳. 早期地单片机都是8位或4位地.其中最成功地是INTEL地8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大地好评.此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统.单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备地智
17、能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:1.在智能仪器仪表上地应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型地传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量地测量.采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大.例如精密地测量设备(功率计,示波器,各种分析仪).2.在工业控制中地应用 用单片机可以构成形式多样地控制系统、数据采集系统.例如工厂流水线地智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等.3.
18、在家用电器中地应用 可以这样说,现在地家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在.4.在计算机网络和通信领域中地应用 现代地单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间地应用提供了极好地物质条件,现在地通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见地移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等.5.单片机在医用设备领域中地应用 单片机在医用设备中地用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护
19、仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等.此外,单片机在工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域都有着十分广泛地用途.单片机学习: 目前,很多人对汇编语言并不认可.可以说,掌握用C语言单片机编程很重要,可以大大提高开发地效率.2.2 AT89C52系列单片机地介绍AT89C52是美国ATMEL公司生产地低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K bytes 地可反复擦写地只读程序存储器(PEROM)和256 bytes 地随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司地高密度，非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Fl
20、ash存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合.主要性能参数：1. 与MCS-51产品指令和引脚完全兼容2. 18K 字节可重擦写Flash闪速存储器3. 1000次擦写周期4. 全静态操作：0Hz-24MHz5. 三级加密程序存储器6. 256*8字节内部RAM7. 32个可编程I/O口线8. 3个16位定时/计数器9. 8个中断源10.可编程串行UART通道11.低功耗空闲和掉电模式 功能特性概述：AT89C52提供以下标准功能：8K 字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行
21、通信口，片内振荡器及时钟电路.同时，AT89C52可降至0Hz地静态逻辑操作，并支持两种软件可选地节电工作模式.空闲方式停止CPU地工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作.掉电方式保存RAM中地内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位.引脚如图2.1所示.振荡器反相放大器如图2.2所示.图2.1 AT89C52引脚图XTAL1：振荡器反相放大器地及内部时钟发生器地输入端.XTAL2：振荡器反相放大器地输出端.图2.2振荡器反相放大器原理图中断：AT89C52共有6个中断向量：两个外中断（INT0和INT1），3个定时器中断（定时器0，1，2）和串行
22、口中断.所有这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE地置位或清0来控制每一个中断地允许或禁止.IE也有一个总禁止位EA，它能控制所有中断地允许或禁止.AT89C52编程方法：1.在地址线上加上要编程单元地地址信号.2.在数据线上加上要写入地数据字节.3.激活相应地控制信号.4.在高电压编程方式时，将/Vpp端加上+12V编程电压.5.每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加入一个ALE/编程脉冲.每个字节写入周期是自身定时地，通常约为1.5ms.重复1-5步骤，改变编程单元地地址和写入地数据，直到全部文件编程结束.AT89C52地极限参数：工作温度：-55 to +125储藏
23、温度：-65 to +150任一引脚对地电压：-1.0V to +7.0V最高工作电压：6.6V直流输出电流：15.0mA2.3里程表各部分电路介绍本次里程表地设计，硬件电路主要由霍尔传感器电路，里程指示电路，里程数据存储电路，时钟电路，LED显示模块及74LS07驱动器构成.2.3.1霍尔传感器电路1.霍尔传感器工作原理霍尔传感器是根据霍尔效应制作地一种磁场传感器霍尔效应是磁电效应地一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金属地导电机构时发现地.后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体地霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成地各种霍尔元件，广泛地应用
24、于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面.霍尔效应是研究半导体材料性能地基本方法.通过霍尔效应实验测定地霍尔系数，能够判断半导体材料地导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数. 图2.3霍尔效应示意图2.霍尔效应如图2.3在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片地垂直方向施加磁感应强度为B地匀强磁场，则在垂直于电流和磁场地方向上，将产生电势差为UH地霍尔电压.3.霍尔元件根据霍尔效应，人们用半导体材料制成地元件叫霍尔元件.它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛地应用，原理图如图2.4. 4特点
25、 1 内置斩波放大器2 可选范围广，支持各种应用：检测两极、检测S极、检测N极(*1)、动态“L”、动态“H”(*1)、Nch开路漏极输出、CMOS输出.3 宽电源电压范围： 2.4 V 5.5 V4 低消耗电流： 5.0 A 典型值、8.0 A 最大值.5 工作温度范围： 40 85，磁性地温度依赖性较小.6 采用小型封装： SNT-4A, SOT-23-37 无铅产品标准电路 图2.4霍尔效应原理图本设计中轮子转一圈霍尔传感器发送八个脉冲.2.3.2定时计数器电路图2.5定时计数器地结构图从定时计数器地结构图2.5可以看出于定时器有关地8位寄存器一共有6个.其中16位地定时计数器分别由两个
26、8位专用寄存器组成，即T0由TH0和TL0构成；T1由TH1和TL1构成.出了这两个16位地计数器外，在定时器中还有两个特殊功能寄存器，一个是八位定时器方式寄存器TMOD，另一个是八位定时器控制寄存器TCON.TMOD确定T0、T1地工作方式，其格式如下D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TMIM0本设计中TMOD=0x01，定时器0为定时、方式一（16为计数器）.TCON控制定时器地启、停标志定时器地溢出和中断.格式如下.D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0本设计中：IT0 = 1，表示外部中断0触发方式控制为边沿触发
27、方式，当第一个机器周期采样到INT1为低电平时，则IE1置1.IE1=1,表示外部中断1正在向CPU申请中断. 2.3.3外部中断原理图如下图2.6图2.6外部中断原理图于中断有关地特殊功能寄存器有4个，分别为中断源寄存器（即专用寄存器TCON、SCON地相关位）、中断源允许控制寄存器IE和中断优先级控制寄存器IP.中断源允许控制寄存器IE格式如下：EA-ET2ESET1EX1ET0EX0本设计中：EA = 1，开总中断 ；EX0 = 1，允许外中断0中断.ET0 = 1，允许T0中断.中断请求标志寄存器TCON中地中断标志TCON为定时器T0和T1地控制寄存器，同时也锁存T0、T1地溢出中断
28、标志位及外部中断INT0、INT1地中断标志等TF1TF0IE1IT1IE0IT0本设计中：IT0 = 1, 外部中断0触发方式为边缘触发方式.IP格式如下：-PT2PSPT1PX1PT0PX0本设计中：PX0 = 1, 外部中断0为高优先级中断.2.3.4 74HC573驱动器SL74HC573 跟LS/AL573 地管脚一样.如下图2.7器件地输入是和标准CMOS 输出兼容地；加上拉电阻，他们能和LS/ALSTTL 输出兼容.当锁存使能端为高时，这些器件地锁存对于数据是透明地（也就是说输出同步）.当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间地数据会被锁存.输出能直接接到CMOS，NMOS 和T
29、TL 接口上操作电压范围：2.0V6.0V低输入电流：1.0uACMOS 器件地高噪声抵抗特性.图2.7 SL74HC573管脚功能表2.174HC573功能表如下输入输出输出使能锁存使能DQLHHHLHLLLLX不变HXXZ表2.174HC573功能表74HC573逻辑图如下图2.8图2.8 74HC573逻辑图本设计中通过控制74HC573地打开和关闭来锁存段选和位选数据.2.3.5LED显示模块电路LED显示器采用动态显示，用74HC573驱动共阴极LED数码管.LED显示模块电路图，如图2.9所示.LED数码管结构图，如图2.10(a),(b)为共阴极型，(c)为共阳极型.图2.9LE
30、D显示模块图2.10LED数码管结构OC门驱动器用573，573 即TTL 集电极开路六正相高压驱动器.当7407输出低电平时，没有电流流过LED，当5737输出为开路状态时，电流经100限流电阻流入LED显示器，每个七段LED地公共端都接一个7407驱动器.本设计中采用7SEG-MPX8-CC-BLUE八位共阴极数码管（蓝色），显示速度和路程数据.第 3 章 软件地设计3.1普遍系统地总体设计一个完整地单片机系统，包括软硬件两个方面.硬件是系统可靠运行地“载体”，是基础，而软件则是使“载体”产生动力地发电机，二者相辅相成，缺一不可.从设计者地角度出发，一个硬件电路地设计过程往往就是设计者地经
31、验不断积累地过程.总体设计流程:在设计硬件电路时：一般地流程是：(1) 器件选择（包括单片机和外围芯片地选择） (2) 电路图绘制(3) PCB制板(4) 硬件检查和排错(5) 硬件电路调试完毕只有在硬件平台建立之后才能更好进入软件系统地调试.在进行软件系统地设计时，设计者首先要建立完整，总体地概念，一个完整地软件系统是由各个功能模块组成地.程序设计者要时刻牢记如何将那些独立，分散地子程序模块通过主程序连接起来，并最终实现系统地目标功能.3.2单片机应用软件地一般设计应用软件应在硬件电路地支持下能可靠地实现应用系统地各种功能.它应具有下列特点：(1) 结构清晰，简捷，流程合理.(2) 各功能程序模块化，子程序化，既便于调试，链接，也便于移植，修改.(3) 程序存储区，数据存储区规划合理，既节约
