新型车速监控装置的设计论文.doc

序号: 电 子 实 训题 目 新型车速监控装置 学 生 xxxxxxxx 学 院 xxxxx 专 业 班 级 xxxxx 校内指导教师 xxxxxxx 专业技术职务 xxxxxx 校外指导老师 专业技术职务 二一三年六月2新型车速监控装置的设计摘 要：本文设计一款用于实时监控车辆行驶过程中速度变化的装置。系统以STC89C51单片机为控制核心，ADC0809芯片将检测到的模拟信号转化成数字信号，74LS138是为了将三个端口转为八位输出，74HC245增强负载输出，OP07构成的反相器用来将采集到的负值转为正值，拨码开关作为系统输入设备用来选择对应的程序，NOKIA5110液晶显示器用于系统参数显示。该车速监控装置是根据预先设置的速度（电压值）范围，对给定的电压值进行检测。实现以下功能：实时动态超速报警：系统运行时，能实时监测限速范围，一旦车辆超出该范围，即发出声光报警。实时动态限速：系统运行时，能实时监测限速范围（LCD显示），并自动根据限速范围限制车行速度（通过控制电压实现）。动感显示：用8只发光管排成圆形，依次点亮，以显示车辆前进、倒退和行驶速度。点亮时间与行驶速度成反比。前进时，发光管顺时针点亮；倒退时，发光管逆时针点亮。实时监测并数字显示车辆行驶速度和限速范围（LCD显示）。三档功能转换：0挡-关闭功能和；1档-开启功能；2档-开启功能。实验结果表明，该设计具有成本低、可靠性高、测量精度高、安装调试方便等特征，非常适用于厂家提高车辆速度智能化控制程度，提高市场竞争力，具有较好的应用前景。关键字：车速；实时监控；STC89C51；LCD显示；声光报警IThe Design of the New Speed Monitoring DeviceAbstract: In this paper, the software of real-time monitoring speed changes of vehicle was designed. This control system takes the STC12C89C51 microcomputer as its core. We use the ADC0809 chip to detect the analog signals into digital signals, use 74LS138 to turn the three outputs to eight, use 74HC245 to enhance the output of the load. Meanwhile, the inverter made up of OP07 is able to turn negative to positive. We also use dial-code switch as the input device to select the corresponding program system, and NOKIA5110 LCD display for system parameters. The device is designed for a given voltage for testing, according to a preset speed range (voltage). Function as follows: Real-time dynamic overspeed alarm：When the system is running, it can real-time monitor the speed limit. Once the vehicle is beyond the scope, it will send out sound and light alarm. Real-time dynamic speed limit：When the system is running, it can real-time monitor the speed limit range (LCD display), and automatically limit the car speed range (by controlling the voltage), according to the speed limit.Light show：We use eight light-emitting tube arranged in round, light in order, to display the vehicle forward, backward and moving Speed. Light time is inversely proportional to the speed. When forward, Light-emitting tube lights clockwisely; Backward, light-emitting tube lights reversely.Real-time monitoring and digital display vehicle traffic speed and speed range (LCD display). Three function transformation：Swith 0- turn off functionand；Switch 1-turn on function；Switch 2- turn on function.The experimental results show that this design has low cost, high reliability, high accuracy, convenience. And its very suitable for manufacturer to improve the vehicle speed intelligent control level and market competitiveness, which enjoys a great prospect.Key words: speed; Real-time monitoring; STC89C51; LCD display; Audible and visual alarm. 目 录摘 要目 录III1 引言11.1 课题的开发背景及意义11.2 新型车速监控装置的研究现状11.3 课题任务及要求22 系统分析与总体方案设计22.1 新型车速监控装置的基本原理22.2 新型车速监控装置的整体设计22.3 新型车速监控装置监控方案3 2.3.1 实时动态车速检测方案3 2.3.2 实时动态限速方案33 系统硬件电路设计43.1 单片机系统43.1.1 单片机选型43.1.2 单片机晶振电路和复位电路53.2 数据采样电路63.2.1 A/D模数转换63.2.2 OP07反相电路83.3 系统供电模块83.4 显示输出模块93.4.1 LED发光二极管输出电路93.4.2 LCD液晶显示输出电路103.5 报警电路114 软件设计114.1 软件开发环境114.2 I/O端口分配124.3 软件主程序构架124.4 系统主程序设计145 系统调试205.1 PROTEUS仿真205.2 数据采集调试215.3 软件调试225.4 实物展示226 结束语24参考文献25致 谢25附录A26附录B32III电子综合设计1 引言1.1 课题的开发背景及意义 随着汽车技术和电子计算机技术的发展以及现代先进制造技术、电子技术和计算机技术在现代汽车上的广泛应用，现代汽车的机构日趋复杂，各种功能装置也不断增多，各种信息不断增加，汽车车速已经成为汽车信息中心。新的技术快速发展，促使各生产厂家积极进行新型汽车车速仪表的研究开发和大量生产，为了降低车辆超速造成的交通事故，同时能将测得车速实时显示，并自动判断是否超速，设计了一种利用89C51单片机对机动车超速行驶情况进行蜂鸣报警的系统，以及对速度进行限制。另外它低廉的造价和经实验证明的较高的精确度大大提高到了它的可用性。汽车速度监控系统的使用，对车辆超速等交通违章、约束驾驶人员的不良行为、分析、保障车辆运行安全都具有重要的作用和现实意义。车速监控系统就是在驾驶人员身边实时监督其操作行为的仪器。它可在车辆超速等严重交通违章、约束驾驶人员的不良驾驶行为、预防道路交通事故、保障车辆行驶安全、提高营运管理水平等诸多方面发挥重要的作用。 1.车速监控系统能带来显著地经济效益，主要表现在以下几个方面： （1）可以高效的对车辆进行限制，从而降低其运营成本。 （2）通过改变内部员工行驶的不良习惯，减少轮胎、刹车片等耗件的损耗，降低车辆运行、维修成本。 （3）通过里程计算，防止公车私用等现象，杜绝因此而造成的公司资本流失。 2.车速监控系统同时也带来了显著的社会效益，主要表现在以下几个方面： （1）提高行车安全，更好的保障社会群众及乘客的生命安全。 （2）遇到交通事故，记录仪上留下的数据为公安交警部门的事故处理，协助破案提供了有效的手段和依据。 总之，使用了车速监控系统，可减少汽车由于小问题以及未及时处理而酿成的事故，大幅度提高了行车安全，保障了人民的性命和财产安全，降低企业的成本，为企业提高经济效益提供了先进的生产管理手段。1.2 新型车速监控装置的研究现状从目前我国车速监控系统的应用情况分析，车辆安装汽车行驶记录仪有以下使用效果：一是汽车行驶记录仪能真实，准确反映车辆运行中的实际状况，记录相关的监控数据。为安全行车管理和事故的分析，以及今后路面执法监督提供了可靠的依据。二是车辆超速行驶时能发出警报声警告司机减速，督促司机安全行车，起到防止和减少交通事故的作用。三是司机在行驶中能保持车辆中速行驶，对延长车辆使用寿命、节约燃料、减轻轮胎耗损都起到重要的作用，可减少企业经营管理成本。1.3 课题任务及要求 该设计能够实现车辆行驶过程中车速的智能监控，可实现如下功能： （1）实时动态超速报警：系统运行时，能实时监测限速范围，一旦车辆超出该范围，即发出声光报警。 （2）实时动态限速：系统运行时，能实时监测限速范围，并自动根据限速范围限制车行速度（通过控制最大油通量实现）。 （3）动感显示：用8只发光管排成圆形，依次点亮，以显示车辆前进、倒退和行驶速度。点亮时间与行驶速度成反比。前进时，发光管顺时针点亮；倒退时，发光管逆时针点亮。 （4）实时监测并数字显示车辆行驶速度和限速范围。 （5）三档功能转换：0挡-关闭功能（1）和（2）；1档-开启功能（1）；2档-开启功能（2）。 （6）限速信号S(公里/小时)由电压信号U（伏特）模拟，且，如下表：限速S2030405060708090100110120130140电压U1.41.61.82.02.22.42.62.83.03.23.43.63.8 注：监控对象汽油内燃机由直流电机代替2 系统分析与总体方案设计2.1 新型车速监控装置的基本原理预先通过程序输入限速范围（电压值范围），由拨码开关可以选择三个档位，分别实现三种不同的功能。给定某个电压值，通过A/D转换，输出数字信号给单片机，经过单片机的处理运算，然后下达指令输出。假设选择0档，则系统只是纯粹的通过圆形摆放的LED发光二极管动态显示速度的大小及车辆的前进与后退（前进时，发光管顺时针点亮；倒退时，发光管逆时针点亮。）若选择1档，系统运行时，能实时通过液晶显示器显示当前的速度及限速范围。监测限速范围，一旦车辆超出该范围，即发出声光报警。如果选择2档，系统运行时，能实时通过液晶显示器显示当前的速度及限速范围。并自动根据限速范围限制车行速度（通过控制电压值实现）。2.2 新型车速监控装置的整体设计 新型车速监控装置主要由五个模块组成： 1、数据采集模块。该模块的作用是将检测到的模拟信号转换成为数字信号，经电平保护后输出到数据处理部分。 2、信号处理模块。用单片机作为信息处理单元，实现对数据的采样及数据分析运算，并发出控制指令。 3、系统供电模块。使用7805稳压芯片确保输出电压稳定在+5V。 4、显示输出模块。圆形摆放的LED可以直观的表示出速度变化的快慢，使用NOKIA5110液晶显示器可以提供丰富、直观、友好的信息界面。5、报警模块。当报警程序启动时，蜂鸣器发出声音、发光二极管点亮。 新型车速监控装置系统框图如图1：单片机STC89C51 系统供电模块A/D转换数据采集显示输出模块报警模块图（1）新型车速监控装置系统框图2.3 新型车速监控装置监控方案 动态车速检测和动态限速是新型车速监控装置的最重要部分之一，它是实现其他功能的基本条件，这一部分性能的好坏将关系到整个系统的性能，所以设计一个成本低、可靠性高、测量精度高、安装调试方便的车速检测和限速系统是该设计的关键。2.3.1 实时动态车速检测方案本装置中系统车速的检测，用电压值代替。不同的速度对应不同大小的电压。限速信号S(公里/小时)由电压信号U（伏特）模拟，且，如下表：限速S2030405060708090100110120130140电压U1.41.61.82.02.22.42.62.83.03.23.43.63.8所以实时变换的车速是人为设定的，只要在检测端口给定某个电压值，经过模数转换成数字信号，输出给单片机进行运算处理，通过查表得出此时电压所对应的速度，然后输出到液晶显示器上，即可显示当前车速。2.3.2 实时动态限速方案 为了确保车速运行在一个正常、安全的范围之内。该车速范围是通过电压选取的，不同的电压对应不同的速度，比如，若想选择限速范围为3040km/h，可以通过输入端口，给定电压值为1.7V，该电压值即对应上述限速范围，当然前提是电压值与限速范围的表在程序中给定，当输入电压时，模数转换为数字信号，输出给单片机，然后运算处理检测到是该电压值，然后查表可知此时的限速范围，判断检测到的车速与该限速范围，如若该车速大于限速范围的最大值，则系统将计算超出值大小，给出相应的百分比（相当于油门），超出越多，给的油门就会越小。3 系统硬件电路设计3.1 单片机系统单片机是集成在一块芯片上的完整计算机系统。单片机很多功能集成在一块小芯片上，它具有一个完整计算机所需要的大部分组件：外部总线系统、内存和CPU同时集成实时时钟通讯接口、定时器和实时时钟等外围设备。单片机也称作单片微电脑或单片微型计算机，它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/O）等主要计算机功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。3.1.1 单片机选型世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位到16位再到32位，数不胜数，应有尽有，有很多与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，相辅相成，为单片机的应用提供广阔的天地。STC89C51是一种高性能、低功耗8位微控制器。STC89C51使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单片机上，拥有8 位CPU 和在可编程可多次擦写Flash，使得STC89C51为很多单片机微型系统提供有效、灵活的解决方案。单片机系统如图2所示：51系列单片机具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构，兼容传统51的5向量2级中断结构，全双工串行口。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。特点和硬件资源有：l 增强型8051 单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择。l 工作频率：040MHz，实际工作频率可达48MHz。l 通用I/O 口复位后为P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉， P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。l 不需要专用编程器和专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）快速下载用户程序。l 用友3个16位定时器/计数器。定时器T0、T1、T2，与传统8051的定时器/计数器兼容。l 外部中断4 路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。图（2）单片机引脚图 l 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。 3.1.2 单片机晶振电路和复位电路（1）晶振电路晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，给单片机提供工作所需要的时钟信号。STC89C51内部有一个高增益反相放大器用于构成振荡器。单片机引脚X1和X2分别是输入端和输出端。电路如图3所示，在X1和X2引脚上外接定时元件，单片机内部振荡器就会产生自激振荡，给单片机提供工作所需要的时钟信号。通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路来形成振荡电路。晶体振荡的频率可以在1.212MHz之间选择，电容值可以在530pF之间选择，电容值的大小对单片机工作频率起到微调的作用。本系统采用了12 MHZ的晶振。图（3） 单片机时钟原理图（2）复位电路复位是单片机的初始化操作。其主要功能使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化功能之外，当程序运行出错或者操作错误导致系统处于死机状态时，需按复位键重新启动。本系统采用通用硬件复位方式，RST引脚是复位信号的输入端。STC89C51复位高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为12MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过2us才能完成复位操作。其电路如图4所示：图（4） 单片机复位原理图电容的作用就是缓冲使RST端保持高电平一段时间，以达到有效复位，电容越大，保持的时间就越久。单片机的复位需要至少持续两个机器周期以上的高电平的时间，所以在刚开始上电的时候图4中的电容C45 充电，所以在单片机的复位引脚RST上会出现大于2个机器周期的高电平，使单片机复位。在排针上插上跳帽可以实现手动的复位清零。3.2 数据采样电路分别需检测三种电压值，分别是ADIN0（正电压）、ADIN1（负电压）和ADIN2（限速范围对应的电压值）。其中正电压ADIN0和ADIN2可直接通过ADC0809模数转换芯片，转换为对应的八位二进制数输出给单片机，如+5V电压对应的ADOUT（81）=1111 1111。+4V对应的则为42555=204=1100 1100，如果+xV代入公式255x/5=51x化为对应的八位二进制数由ADOUT（81）输出给单片机进行运算。而ADIN1（负电压）则需先通过由OP07构成的反相器将负电压转换为绝对值输出给ADC0809端的ADIN1(2)，然后继续重复正电压输入的相同步骤。即可完成对数据的采样工作。图（5）数据采样模块图3.2.1 A/D模数转换 本实验中选用的A/D模数转换芯片为ADC0809，它是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。主要特性如下：1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间为100s(时钟为640kHz时)，130s（时钟为500kHz时）4）单个+5V电源供电5）模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-40+85摄氏度7）低功耗，约15mW。内部结构 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。外部特性（引脚功能） ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图（6）所示： 图（6）ADC0809内部结构图下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。 2-12-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 VCC：电源，单一+5V。 GND：地。工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。工作 时序图如图7。 图（7）ADC0809工作时序图 转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。（1）定时传送方式 对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。（2）查询方式 A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。（3）中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。3.2.2 OP07反相电路 OP07反相电路是用来将输入的负值转换为该值的绝对值输出，即该值的正数形式。输出电压ADIN1（2）和输入电压ADIN1是反相比例运算关系，比例系数为上方电阻/左边电阻的负数，负号表示两电压反相，当所选电路如图都为2K时，该电路即为反相器。如左图所示，本电路选用OP07作为运放。1.OP07芯片的功能 OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性（双电源供电）运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25V），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。 特点：超低偏移： 150V最大。 低输入偏置电流： 1.8nA 。低失调电压漂移： 0.5V/ 。 超稳定，时间： 2V/month最大高电源电压范围： 3V至22VOP07芯片引脚功能说明： 1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚 6为输出，7接电源。3.3 系统供电模块 系统所需的电压为+5V，选用7805稳压芯片来输出+5V电压。两边的电容起滤波作用，使得输出的+5V稳定。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。如图8所示：图（8）系统稳压电源电路图3.4 显示输出模块 LED输出电路用来显示车速大小，车速越快则圆形摆放的8只LED依次点亮的越快。车辆前进，LED顺时针点亮；后退时，LED逆时针点亮。LCD输出电路用来实时显示车速及限速范围。3.4.1 LED发光二极管输出电路 由单片机输出的三路信号经由74LS138可扩展为8位输出，由于74LS138承受不住LED上的电流，需要加入74HC245驱动负载来提高138的承受能力。8个LED发光二极管通过330并联在一起，通过5v电压可保证每个LED都能正常工作。如右图所示：1. 74LS138的功能 74LS138 为3 线8 线译码器u A0A2：地址输入端u STA（E1）：选通端u /STB（/E2）、/STC（/E3）：选通端（低电平有效）u /Y0/Y7：输出端（低电平有效）u VCC：电源正 GND：接地工作原理当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2)和/(E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。可用在8086的译码电路中，扩展内存。 2. 74HC245的功能 由于单片机或CPU的数据/地址/控制总线端口都有一定的负载能力，如果负载超过其负载能力，一般应加驱动器。另外，也可以使用74HC245等其他缓冲门电路。74HC245是双向总线收发器（bus transceiver），典型的CMOS型三态缓冲门电路。第1脚DIR，为输入输出端口转换用，DIR=“1”高电平时信号由“A”端输入“B”端输出，DIR=“0”低电平时信号由“B”端输入“A”端输出。第29脚“A”信号输入输出端，A0=B0，A7=B7，A0与B0是一组，如果DIR=“1”OE=“0”则A1输入B1输出，其它类同。如果DIR=“0”OE=“0”则B1输入A1输出，其它类同。第1118脚“B”信号输入输出端，功能与“A”端一样，不再描述。第19脚OE，使能端，若该脚为“1”A/B端的信号将不导通，只有为“0”时A/B端才被启用，该脚也就是起到开关的作用。第10脚GND，电源地。第20脚VCC，电源正极。3.4.2 LCD液晶显示输出电路NOKIA5110 LCD显示器 LCD液晶显示输出电路选用NOKIA 5110 84x48 的点阵LCD，可以显示4 行汉字。采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅有9 条。支持多种串行通信协议（如AVR 单片机的SPI、MCS51 的串口模式等），传输速率高达4Mbps，可全速写入显示数据，无等待时间。可通过导电胶连接模块与印制版，而不用连接电缆，用模块上的金属钩可将模块固定到印制板上，因而非常便于安装和更换。LCD 控制器驱动器芯片已绑定到LCD 晶片上， 模块的体积很小。 采用低电压供电，正常显示时的工作电流在200A 以下，且具有掉电模式。 5110引脚说明： 1脚：REST1为5110的复位脚。 2脚：CE为片选引脚。 3脚：DC为数据和命令切换脚。 4脚：SDIN数据输入。 5脚：SCLK时钟引脚。 6脚：VCC接电源正极。 7脚：BLC为背光控制开关，低电平打开背光。 8脚：GND接地。 如左图所示。3.5 报警电路 报警电路选用8550 PNP型三极管，基极为低电平时导通，即P05端低电平时，三极管导通，报警启动，蜂鸣器发出声音，LED点亮。如图8所示： 图（9）报警电路图4 软件设计 根据设计要求，本系统将软件部分分为单片机控制模块、显示输出模块、A/D数据读取及处理模块等组成。系统工作时，单片机对各路电压、电流采样，并实时显示。同时，在测试过程中，控制车速大小（电压），车行方向（正负），显示测试过程中的电压变化等功能。4.1 软件开发环境本系统使用的单片机开发环境是Keil Vision4。KeiluVision4是德国Keil Software公司出品的51系列C语言软件开发系统，使用传统C语言的语法来开发，C语言在可维护性、结构性以及可读性有着明显的优势，可以大大的提高工作效率和项目开发周期，Keil C51为8051单片机的软件开发提供了C语言环境，同时还有着汇编代码高效和快速的特点。C51编译器可以更加贴近CPU本身。C51已被完全集成到uVision4的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：实时操作系统，编译器以及调试器等等。uVision4 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。Keil Vision4 IDE开发界面图如图10所示。图（10） Keil Vision4 开发界面Keil C51软件提供丰富的库函数。C51工具包可以完成编辑、编译、连接、调试等整个流程。程序员可用IDE或其它编辑器编辑C文件。4.2 I/O端口分配89C51共有40只引脚，P0P3四个引脚组各有8只引脚。对于本系统而言，引脚数量还是够用的。引脚功能分配如下:n P00P03 外接74LS138芯片并控制芯片的选通端口（P03控制），使得三路信号八位输出，用于8个LED的输出来动态的显示车速的快慢。n P05 用于输出报警信号来控制报警电路的通断。n P06、P07 将拨码开关输出的信号送给单片机来选择对应的程序。n P10P17 用于ADC0809输出信号接收端，将A/D转换的信号进行处理运算。n P20P24 用于 LCD显示的数据端口。分别接至液晶的REST1（复位）、CE（片选）、DC（数据和命令切换）、SDIN（数据输入）、SCLK（时钟）引脚上。n P25P27 用于通道选择输入，分别选择8个不同的通道中的前三路通道ADIN0、ADIN1（2）和ADIN2。n P33P35 用于接至ADC0809的ALE（通道锁存控制）、STA（启动转换控制）、EOC（转换结束信号输出）引脚上。 还有一些单独的接口，比如单片机的晶振端口，时钟端口，启动端口和单片机自带的电源、接地等。4.3 软件主程序构架本系统的设计主要由三大模块构成，软件程序主要是实现对这些功能模块的控制，以及最终对数据进行分析计算得出性能测量结果。程序执行时，首先对整个系统进行初始化，这部分包括参数初始化、IO初始化和器件初始化三个操作。参数初始化时对一些全局系统参数进行初始化，保证程序执行的可靠性；IO初始化是将所有IO的电平和功能设置为关闭状态，防止发生误操作；器件初始化是对外围的A/D芯片、模拟开关、LCD进行初始化，保证器件能够正常运行。程序流程图如图11所示。初始化完毕后，延时等待所有模块准备好，向液晶显示器发送数据，显示初始的人机界面。此时，整个系统可以开始进行数据采集工作，但参数均处于默认状态，如果需要调整，则可以实时通过拨码开关控制，系统根据读取的开关信号执行相应的操作，分别是执行超速报警、动态限速、动感显示、实时监测并数字显示车速和限速范围，更改系统参数，读取A/D采样值等。等待这部分操作完成后，系统屏幕根据需要实时刷新显示一些数据和状态，显示新的参数或采样信息。开始液晶初始化定时器中断AD转换是否超过设定电压转换成速度字符串报警转换成电压液晶显示速度YN剩余流程图接下页判断AD输入通道通过查表，找到对应电压的速度范围液晶显示限速范围计算LED显示时间判断AD输入通道LED反转LED正转结束ADIN0ADIN2ADIN1ADIN1ADIN2ADIN0图（11）软件主框架流程图4.4 系统主程序设计先进行系统的初始化，初始化模块主要对单片机的堆栈指针，中断寄存器，全局变量定义和赋初值和定时器的初始化。定时器主要作为AD转换时间的设定。然后进行电压转换，判断是否超过设定电压，转换速度字符通过液晶显示，反馈速度的大小来计算LED显示时间并判断正转还是反转（即前进或后退）。参数设定完毕，系统启动数据采集和控制程序，实现车速的实时监控。相应子程序详见附录A。主程序如下所示：#include reg51.h#include nokia_5110.h#include bmp_pixel.h#includeintrins.hsbit A10 = P10;sbit A11 = P11;sbit A12 = P12;sbit A13 = P13;sbit A14 = P14;sbit A15 = P15;sbit A16 = P16;sbit A17 = P17;sbit ALE = P33; sbit OE = P34; sbit EOC = P35; sbit STA = P36; sbit CLK = P37;sbit ADDA = P25;sbit ADDB = P26;sbit ADDC = P27;sbit A0 = P00; sbit A1 = P01;sbit A2 = P02;sbit E3 = P03;sbit Alert = P05;sbit P06 = P06;sbit P07 = P07;int ad_dat = 0; /AD转换后的数字量unsigned char vz9 = 0;unsigned int flag = 0; /0232int num2 = 0;void delay_1us();void delay_1ms();void delay_nms(unsigned int);void T0_int() interrupt 1TH0 = 0xB1; TL0 = 0xE0;OE = 0;ALE = 0;STA = 0;ALE = 1;STA = 1; /AD转换开始ALE = 0;STA = 0; /地址锁存_nop_();_nop_(); while(EOC=0); /等待转换结束OE = 1; /允许读数据 ad_dat = P1; /取出转换结果/*if(A17) vz0 = 1+0;else vz0 = 0+0;if(A16) vz1 = 1+0;else vz1 = 0+0;if(A15) vz2 = 1+0;else vz2 = 0+0;if(A14) vz3 = 1+0;else vz3 = 0+0;if(A13) vz4 =