超速報(bào)警器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 的信號，送人單片機(jī)記數(shù)。同時(shí)傳感器電路輸出幅度為 12v 的脈沖經(jīng)光電耦合后降為 5v，保持同 AT89C51 邏輯電平相一致?？刂朴?jì)數(shù)時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值對應(yīng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速值。CPU 將該值數(shù)據(jù)處理后，在LCD1602 上顯示出來。一旦超速，CPU 通過蜂鳴器和 LCD 燈發(fā)出聲音報(bào)警信號。故可以畫出以下的超速報(bào)警系統(tǒng)總框圖。12圖 8 主控芯片 AT89C51單片機(jī)(SingleChipMicroputer)又稱為單片微控制器，其基本結(jié)構(gòu)是將微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器（CPU）、存儲器、輸入口、輸出口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等全部集中在一個半導(dǎo)體芯片上。單片機(jī)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，在硬件、指令系統(tǒng)及 I/O 能力等方面都有獨(dú)到之處，具有較強(qiáng)而有效的控制功能。雖然單片機(jī)只是一個芯片，但無論從組成還是從其邏輯功能上來看，都具有微機(jī)系統(tǒng)的含義。另一方面，單片機(jī)畢竟是一個芯片，只有外加所需的輸入、輸出設(shè)備，才可以構(gòu)成實(shí)用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) [8]。 AT89C51 芯片AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容 [9]。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)格低廉的方案。其引腳圖如圖 9 所示。時(shí)鐘電路復(fù)位電路聲音報(bào)警按鍵電路顯示電路單片機(jī)光電耦合霍爾傳感器電機(jī)13圖 9 AT89C51 引腳圖 定時(shí)器8051 單片機(jī)內(nèi)部有兩個 16 位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，記為 T0 和 T1。它的工作方式可以通過指令對相應(yīng)的特殊功能寄存器編程來設(shè)定，或作定時(shí)器用，或作外部事件計(jì)時(shí)器用。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在硬件上由雙字節(jié)加法計(jì)數(shù)器 TH 和 TL組成。作定時(shí)器使用時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖由單片機(jī)內(nèi)部振蕩器提供，計(jì)數(shù)頻率為f /12,每個機(jī)器周期加 1[10]。OSC8051 單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式由特殊功能寄存器 TMOD 編程決定，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟動運(yùn)行由特殊功能寄存器 TCON 編程控制。不論用作定時(shí)器還是計(jì)數(shù)器，每當(dāng)產(chǎn)生溢出時(shí)，都會向 CPU 發(fā)出中斷請求。單片機(jī)的定時(shí)器的工作原理是利用了寄存器的溢出來觸發(fā)中斷的,所以在寫定時(shí)器的時(shí)候就要去算計(jì)數(shù)的增量,再根據(jù)單片機(jī)的晶振的頻率就可以算出確定的時(shí)間了。定時(shí)器主要用到了 2 個寄存器,一個為 TCON,另一個為 TMOD。TCON 是用來控制定時(shí)器的啟動與停止的。TMOD 是用來設(shè)置定時(shí)器的模式的。8051 單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是可編程的，在進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)操作之前要進(jìn)行初始化編程。通常 8051 單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化編程包括如下幾個步驟:，即給方式控制寄存器 TMOD 寫入控制字。器/計(jì)數(shù)器初值,并將初值寫入 TH 和 TL。 IE 置初值，決定是否開放定時(shí)器中斷。 TCON 中的 TR0 或 TR1 置“1”，啟動定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。在初始化過程中，要設(shè)置定時(shí)或計(jì)數(shù)的初始值，這時(shí)需要進(jìn)行一點(diǎn)運(yùn)算。由于計(jì)數(shù)器是加法計(jì)數(shù)，并在溢出時(shí)產(chǎn)生中斷，因此初始值不能是所需要的計(jì)14數(shù)模值，而是要從最大計(jì)數(shù)值減去計(jì)數(shù)模值所得才是應(yīng)當(dāng)設(shè)置的計(jì)數(shù)初始值。假設(shè)計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值為 M（根據(jù)不同工作方式，M 可以是 2 、2 或 2 ） ，1368則計(jì)算初值 X 的公式如下：計(jì)數(shù)方式：X=M要求的計(jì)數(shù)值 定時(shí)方式：X=M OSCf/12要 求 的 計(jì) 數(shù) 值 外部中斷外部中斷：對某個中央處理機(jī)而言，它的外部非通道式裝置所引起的中斷稱為外部中斷。51 單片機(jī)的外部中斷有兩種觸發(fā)方式可選：電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)。選擇電平觸發(fā)時(shí)，單片機(jī)在每個機(jī)器周期檢查中斷源口線，檢測到低電平，即置位中斷請求標(biāo)志，向 CPU 請求中斷。選擇邊沿觸發(fā)方式時(shí)，單片機(jī)在上一個機(jī)器周期檢測到中斷源口線為高電平，下一個機(jī)器周期檢測到低電平，即置位中斷標(biāo)志，請求中斷。 光電耦合單元 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電—光—電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等。在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換 [11]。 光電耦合器分為很多種類，圖 10 所示為常用的三極管型光電耦合器原理圖。當(dāng)電信號送入光電耦合器的輸入端時(shí)，發(fā)光二極管通過電流而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，CE 導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無信號，發(fā)光二極管不亮，光敏三極管截止，CE 不通。對于數(shù)位量，當(dāng)輸入為低電平“0”時(shí)，光敏三極管截止，輸出為高電平“1” ；當(dāng)輸入為高電平“1”時(shí)，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“0” 。若基極有引出線則可滿足溫度補(bǔ)償、檢測調(diào)制要求。采用光電耦合器 PC817 傳輸車速信號的目的是為了隔離車速傳感器與單片機(jī)的直接聯(lián)系，消除車速傳感器信號對單片機(jī)的不利影響。15圖 10 信號耦合電路圖 圖 11 光電耦合器接線原理 報(bào)警單元磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲 [12]。報(bào)警模塊主要負(fù)責(zé)聲音報(bào)警和燈光報(bào)警，共同組成報(bào)警電路來進(jìn)行報(bào)警作用。以此來通知駕駛員進(jìn)行調(diào)速，減少發(fā)生交通事故。報(bào)警電路均比較簡單，聲音報(bào)警由單片機(jī)引腳接上兩個 10K 電阻，電源，一只三極管 8550 和一只蜂鳴器組成，燈光報(bào)警發(fā)光二極管構(gòu)成。當(dāng)速度沒有超速的時(shí)候，紅燈不亮，不報(bào)警。當(dāng)速度大于設(shè)定速度的時(shí)候單片機(jī)就將 口置為高電平,將紅燈點(diǎn)亮， 高電平就將三極管發(fā)射極導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn) speak 報(bào)警。 圖 12 報(bào)警電路16 按鍵電路本著系統(tǒng)簡單的原則，為了方便的自行設(shè)定最高上限速度，故設(shè)計(jì)了按鍵電路，我們選用單片機(jī)的 、 口分別與 KKK3 相連。通過軟件設(shè)置按鍵開關(guān)功能： 按 K1 調(diào)高上限速度按 K2 調(diào)低上限速度按 K3 雨雪/霧霾 60km/h此按鍵電路為低電平有效，當(dāng)無按鍵按下時(shí)，單片機(jī)輸入引腳、 端口均為高電平。當(dāng)其中任一按鍵按下時(shí)，其對應(yīng)的P1 端口變?yōu)榈碗娖剑谲浖欣眠@個低電平設(shè)計(jì)其功能。本設(shè)計(jì)軟件中還設(shè)置了按鍵防抖動誤觸發(fā)功能，軟件中設(shè)置定時(shí)器 100ms 中斷一次，每次中斷都對按鍵進(jìn)行掃描，如果掃描到有按鍵按下，則延遲 10ms，再次進(jìn)行鍵掃描，若仍有按鍵按下，則按鍵為真，并從 P1 口讀取數(shù)據(jù)，低電平對應(yīng)的即為有效按鍵，如圖 13 所示。圖 13 單片機(jī)與按鍵電路的連接 最小系統(tǒng) 復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。復(fù)位電路的原理是單片機(jī)RST引腳接收到2US以上的電平信號，只要保證電容的充放電時(shí)間大于2US，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，所以電路中的電容值是可以改變的。按鍵按下系統(tǒng)復(fù)位，是電容處于一個短路電路中，釋放了所有的電能，電阻兩端的電壓增加引起的。本系統(tǒng)采用電平式開關(guān)復(fù)位與上電復(fù)位方式，當(dāng)上電時(shí)，C1相當(dāng)于短路，使單片機(jī)復(fù)位，在正常工作時(shí)，按下復(fù)位鍵時(shí)單片機(jī)復(fù)位 [15]。在有時(shí)碰到干擾時(shí)會造成錯誤復(fù)位，但在大多數(shù)條件下，不會出現(xiàn)單片機(jī)錯誤17復(fù)位，而可能會引起內(nèi)部某些寄存器錯誤復(fù)位，如果在復(fù)位端加一個電容，則會得到很好的效果。單片機(jī)采用的復(fù)位方式是自動復(fù)位方式。AT89C51 單片機(jī)只要接一個電容至 VCC即可。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在 RST 端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長，就可以使 AT89C51 單片機(jī)有效的復(fù)位。RST 端在加電時(shí)應(yīng)保持的高電平時(shí)間包括 VCC的上升時(shí)間和振蕩器起振的時(shí)間，所以一般為了可靠的復(fù)位，RST 在上電應(yīng)保持 20ms 以上的高電平。RC 時(shí)間常數(shù)越大，上電 RST 端保持高電平的時(shí)間越長圖 14 復(fù)位電路 晶振電路 晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。電容C1和C2的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率f起微調(diào)作用（CC2大，f變?。?。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為30μF。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄18生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作圖15 晶振電路 1602 顯示器電路字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣式LCD，目前常用 16*1，16*2，20*2 和 40*2 行等的模塊。下面以長沙太陽人電子有限公司的 1602 字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。字符型 LCD1602 通常有14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD，多出來的 2 條線是背光電源線 VCC(15 腳)和地線 GND(16 腳)，其控制原理與 14 腳的 LCD 完全一樣 [13]。一般 1602 字符型液晶顯示器實(shí)物如圖 16 所示圖 16 LCD1602 液晶顯示實(shí)物圖 LCD1602 主要技術(shù)參數(shù)顯示容量:162個字符芯片工作電壓:—工作電流:()模塊最佳工作電壓:19字符尺寸:(WH)mm 1602LCD 引腳1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表1。表3 引腳接口說明表編 號 符 號 引 腳 說 明 編 號 符 號 引 腳 說 明1 VSS 電 源 地 9 D2 數(shù) 據(jù)2 VDD 電 源 正 極 10 D3 數(shù) 據(jù)3 VL 液 晶 顯 示 偏 壓 11 D4 數(shù) 據(jù)4 RS 數(shù) 據(jù) /命 令 選 擇 12 D5 數(shù) 據(jù)5 R/W 讀 /寫 選 擇 13 D6 數(shù) 據(jù)6 E 使 能 信 號 14 D7 數(shù) 據(jù)7 D0 數(shù) 據(jù) 15 BLA 背 光 源 正 極8 D1 數(shù) 據(jù) 16 BLK 背 光 源 負(fù) 極第1腳：VSS 為地電源。第2腳：VDD 接5V 正電源。第3腳：VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會產(chǎn)生“鬼影” ，使用時(shí)可以通過一個10K 的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W 為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。20 圖 17 單 片 機(jī) 與 LED1602連