基于單片機的車輛里程計算系統設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 C51 單片機的升級產品 AT89S51 單片機。當電源正常供電時給電容器充電，電源掉電時，利用電容器電流將單片機中的數據寫入 EEPROM 中。超速報警部分本作品采用了簡單的軟件設計，由程序產生，鈴聲是為了達到提示的目的，因此，選用了一個簡單的蜂鳴器，通過軟件定時產生的嘀嘀聲作為提示音，并且接一個紅色的發光二極管，使報警效果更加理想。 單片機軟件設計程序主要包括里程設計模塊；存儲歷史里程數據設計模塊；里程的顯示 設計模塊；里程公里數的累計設計模塊；里程公里數的清 0 設計模塊。里程計數時有一盞指示燈閃爍；用存儲器進行對歷史里程數據存儲；用共陰 7 段動態顯示的數碼管進行顯示公里數；用個開關實現對里程公里數的清 0 功能；用霍爾傳感器實現對里程車輪圈數的累計功能。原理圖如 11 所示。 傳 感 器 接 受的 脈 沖 信 號A T 8 9 S 5 1 單 片 機L E D 顯 示 屏超 速報 警鍵 盤輸 入E E P R O M 存儲 器 11 里程設計原理圖 其設計的具體功能要求 ： （ 1） 實現速度的測量（單位：米 /秒）； （ 2） 能測量行程（單位：米）； （ 3） 超速報警功能； （ 4） LED 的顯示。 此設計 的難點： 重慶郵電大學移通學院本科畢業設計（論文） 10 （ 1） 用霍爾元件數據采集的具體安裝及實現； （ 2） 單片機對里程和速度的計算，液晶輸出的中斷與數據采集造成的誤差； （ 3） 液晶顯示的輸入輸出處理。 主要內容 該系統原理圖傳感器檢測原理圖如圖 12所示。 A T 8 9 S 5 1 單 片 機P 3 . 4 /I N T 0霍 爾傳 感 器小 磁 鐵車 輪 12 系統原理圖 重慶郵電大學移通學院本科畢業設計（論文） 11 第 2 章 硬件的設計 單片機簡介 單片機就是一塊半導體硅片集成了微處理器（ CPU），存儲器（ RAM,ROM,EPROM)和各種輸入、輸出接口 （定時器 /計數器，并行 I/O 口，串行口， A/D 轉換器以及脈寬調制器 PWM等），它具有計算機的屬性。如圖 21所示。 圖 21 單片機的片內結構 單片機是計算機技術發展史上的一個重要里程碑，標志著計算機正式形成了通用計算機系統和嵌入式計算機系統兩大分支。 單片機體積小、成本低，嵌入到工業控制單元、機器人、智能儀器儀表、汽車電子系統、武器系統、家用電器、辦公自動化設備、金融電子系統、玩具、個人信息終端及通訊產品中。 單片機的引腳結構如圖 2— 2 所示。 重慶郵電大學移通學院本科畢業設計（論文） 12 圖 22 AT89S51 單片機的 引腳 主要性能參數： 4k Bytes Flash 片內程序存儲器； 128 bytes 的隨機存取數據存儲器（ RAM）； 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口； 2 個中斷優先級、 2 層中斷嵌套中斷； 6 個中斷源； 2 個 16 位可編程定時器 /計數器； 2 個全雙工串行通信口； 看門狗（ WDT）電路； 片內振蕩器和時鐘電路； 與 MCS51 兼容； 1全靜態工作： 0Hz33MHz； 1三級程序存儲器保密鎖定； 1可編程串行通道； 1低功耗的閑置和掉電模式。 單片機與一般的非單片型微型機相比，具有以下特點： 具有較強的通用性又有相當的專用性，尤其適合于各種控制系統。 重慶郵電大學移通學院本科畢業設計（論文） 13 片內帶有定時器 /計數器。 片內設有多個 I/O 接口，便于系統擴展及信息交換。 使用匯編語言，指令系統的指令字節數較少，程序執行速度快，節省存貯器。 多品種，多系列 。 單片機的發展 隨著單片機的對于生產逐漸的重要，單片機的發展逐漸向大容量、高性能化，外圍電路內裝化等方面發展。 1. CPU 的發展 （ 1）采用雙 CPU 結構，以提高處理能力； （ 2）增加數據總線寬度； （ 3)串行總線結構。 2. 存儲器的發展 （ 1）加大存儲容量； （ 2）片內 EPROM 采用 E2PROM 或閃爍（ Flash）存儲器； （ 3）程序保密化。 3. 片內 I/O 的改進 （ 1）增加并行口的驅動能力； （ 2）增加 I/O 口的邏輯控制功能； （ 3）有些單片機設置了一些特殊的串行接口功能，為構成分布式、網絡化系統提供了方便條件。 4. 外圍電路內裝化 5. 低功耗化 具體功能 重慶郵電大學移通學院本科畢業設計（論文） 14 各引腳的功能 XTAL1： 片內 振蕩器 反相放大器和時鐘發生器的輸入端 ； XTAL2： 片內 振蕩器 反相放大 器的輸出端 ； VCC：電源電壓輸入端 ； GND： 電源地； RST：復位輸入端，高電平有效 。 ； ALE/PROG： 地址鎖存 允許 /編程 脈沖信號端 。 PSEN： 外部 外部存儲器 的選通信號，低電平有效 。 EA/VPP： 外部 程序存儲器 訪問允許。 。 P0口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL門電流 。 。 P1口： P1口是一個內部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P2口： P2口為一個內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口 。 P3口： P3口管腳是 8個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口 。 P3口還可提供第二功能。具體功能如表 21所示。 重慶郵電大學移通學院本科畢業設計（論文） 15 表 21 P3口的第二功能 P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些 控制信號； I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數據，而是把端口 鎖存器 的內容讀入到 內部總線 ，經過某種運算或變換后再寫回到端口 鎖存器 。只有讀端口時才真正地把外部的數據讀入到 內部總線 。 89C51的 P0、P P P3口作為輸入時都是 準雙向口 。除了 P1口外 P0、 P P3口都還有其他的功能。 AT89S51 的極限參數： 操作溫度： 0℃ to +70℃ 或 — 40℃ to +85℃ 儲藏溫度： — 65℃ to +150℃ EA/Vpp 腳相對于 Vss 的電壓： 0V to +13V 其他任何腳相對于 Vss 的電壓： — to + 每個 I/O 腳的最大 IOL： 15MA 功率損耗指器件表面的發熱而非器件的功耗： 重慶郵電大學移通學院本科畢業設計（論文） 16 傳感器的介紹 轉速是指每分鐘內旋轉軸轉動的圈數。機械式轉速儀和電模擬式測速儀已經無法滿足自動化程序日益提高的需要，它們只能測量精度不高的轉速，而且輸出不能直接供計算機使用，因此，光電傳感器和霍爾傳感器等就越來越廣泛地得到應用。 霍爾傳感器的特點 霍耳效應： 1879年 . 霍爾發現，如果對位于磁場 (B)中的導體 (d)施加一個電壓 (v)，該磁場的方向垂直于所施加電壓的方向，那么則在既與磁場垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會產生另一個電壓 (UH)，人們將這個電壓叫做霍爾電壓，產生這種現象被稱為霍爾效應。如圖 23所示。 23 霍爾效應原理圖 霍爾傳感器是一種能實現磁電轉換的傳感器，用它們可以檢測磁場及其變化。霍爾傳感器具有許多優點，它們的結構牢固，體積小，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高，耐震動，不怕灰塵、油污 及鹽霧等的污染或腐蝕?；魻栭_關器件具有無觸點、輸出波形清晰、無抖動、位置重復精度高等優點。 霍爾爾傳感器，直流和交流電流都可以測量，普通電流互感器只能測量交流電流，普通電流互感器，使用時，二次側不能開路，霍爾電流傳感器可以開路。霍爾電重慶郵電大學移通學院本科畢業設計（論文） 17 流傳感器輸出電壓與流過一次側電流大小成正比 ,一次側電流方向改變輸出極性也改變，所以可以測量交流電和直流電，對波形也沒有特別的要求 。適用頻率范圍也較寬。一般應用在電子電路 ,如變頻器上。交流互感器只能夠測量交流 ,而且頻率必須是額定頻率 ,如 50Hz 互感器測量 60Hz 誤差比較大 ,輸出信號不能夠直接進電子檢測電路。 總結優點： ：在工作溫度區內精度優于 1%，該精度適合于任何波形的測量。而普通互感器一般精度為 3%至 5%且適合 50Hz正弦波形。 ：響應時間小于 1μs 跟蹤速度 di/dt 高于 50A/μs ，霍爾傳感器模塊這種優異的動態性能為提高現代控制系統的性能提供了關鍵的基礎。與此相比普通的互感器響應時間為 1012ms，它已不能適應工作控制系統發展的需要。 ：在 0100kHz頻率范圍內精度為 1%。在 05kHz頻率范圍內精度為 %。 ：霍爾傳感器模塊為系統產品，電流測量可達 50KA，電壓測量可達 6400V。 ：當原邊電流超負荷，模塊達到飽和，可自動保護，即使過載電流是額定值的 20倍時，模塊也不會損壞。 此外，霍爾傳感器還具有體積小、重量輕、靈敏度高、抗電磁干擾能力強的優點。這使得霍爾傳感器在工業領域應用越來越多，市場空間逐步增大 。 ：優于 %線 光電傳感器的特點 光電傳感器采用無接觸測量，不增加被測物旋轉力矩，測量小里矩的旋轉物能獲得很高的精度；光 電傳感器是利用光波作為媒介來實現轉速測量的，抗電磁干擾能力強，如果采用調制光源或調制型發光器件，傳感器還可具有抗外界雜光干擾能力；傳感器利用光電效應方便地將轉速換成電量信號。故此類傳感器測量范圍寬、非接觸檢測距離遠，隨著激光技術的發展，使光電檢測技術獲得了新發展，能達到超遠距離的測量；光電傳感器易受環境霧塵，粉塵、油塵、水霧及雜光的影響。 重慶郵電大學移通學院本科畢業設計（論文） 18 傳感器的選擇 由此，知道光電傳感器對周圍的環境要求比較高，容易受到周圍其他光源和空氣清晰度還有粉塵的影響，降低了檢測精度；同時做實驗室利用電動機轉速作為速 度檢測操作復雜。由于霍爾元件具有在靜止狀態下感受磁場的能力，且結構簡單，形小體輕，頻帶寬 (可從直流到微波 )，動態特性好、動態范圍大，壽命長和可進行非接觸測量等優點，故在檢測技術、自動控制技術和信息處理等方面得到日益廣泛應用，所以本設計選擇霍爾傳感器。 霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器。霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是霍爾于 1879年在研究金屬的導電機構時發現的。后來發現半導體、導電流體等也有這種效應，而半導體的霍爾效應比金屬強得多，利用這現象制成的各種霍爾元件，廣泛地應用于工業自動化技術、檢 測技術及信息處理等方面?；魻栃茄芯堪雽w材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。 存儲模塊的選擇 此部分是整個系統的關鍵部分之一，它的工作情況直接決定了系統數據安全保存的可靠性。 EEPROM 是電可擦除可編程只讀存儲器。在平常情況下， EEPROM 與 EPROM 一樣是只讀的，需要寫入時，在指定的引腳加上一個高電壓即可寫入或擦除，而且其擦除的速度極快。 經過翻閱大量的文獻資料，發現使用串行 EEPROM 芯片作為本系統 的外部存儲器，是比較常用的一種方法，而且在做電路板時布線簡單，單片機編程時也穩定可靠，當失電時數據能得以安全的保存，因而采用了串行 EEPROM 芯片 24C16。 本系統所用的 24C16 是美國 ATMEL 公司的低功耗 CMOS 串行 EEPROM，它是內含 2K 8 位存儲空間，具有工作電壓寬（ ）、擦寫次數多（大于 10000 次）、寫入速度快（小于 10ms）等特點。 24C16 的 3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在 AT89S51 試驗開發板上它們都接地，第 8腳和第 4 腳分別為正、負電源。第 5腳 SDA 為串行數據輸入 /輸出，數據通過這條重慶郵電大學移通學院本科畢業設計（論文） 19 雙向 I2C 總線串行傳送，在 AT89S51 試驗開發板上和單片機的 連接。第 6 腳 SCL 為串行時鐘輸入線，在 AT89S51 試驗開發板上和單片機的 連接。 SDA 和 SCL 都需要和正電源間各接一個 10K 的電阻上拉。第 7 腳需要接地。 24C02 中帶有片內地址寄存器。每寫入或讀出一個數據字節后，該地址寄存器自動加 1，以實現對下一個存儲單元的讀寫。所有字節均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達 8 個字節的數據。 顯示模塊 LED 數碼管