毕业设计47智能速度里程表的设计

1、课程设计题目：智能速度里程表的设计专业：计算机科学与技术班级：姓名：学号：实验地点：电子系统设计室指导老师：成绩：(2006.6 ) TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第1节系统概述1 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 系统组成1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.2系统工作原理1 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 第2节系统硬件设计3 HYPERLINK l bo

2、okmark26 o Current Document 2.1信号预处理电路3 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 单片机的选择3 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 液晶显示电路和数据存储电路4 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 第3节系统软件设计5 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 数据处理过程5 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 软件设计5 HY

3、PERLINK l bookmark53 o Current Document 系统软件框图6液晶显示模块的初始化6第4节结束语8 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 参考文献8 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 附录9智能速度里程表的设计第1节系统概述1.1系统组成本速度里程表由信号预处理电路、AT89C2051单片机、串口液晶显示电路、串口 数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形 整形。系统硬件框图如图1所示。信号预处理电路中的放大器用于对待测信号进行放 大

4、，以降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转 换成可与单片机接口的TTL信号；通过单片机的设置可使INT0引脚能够对内部定时 器T0的工作进行控制，这样能精确地测出加到INT0引脚的正脉冲宽度（即测出脉冲 信号的周期）；速度显示部分采用串口液晶显示模块，所得的数据采用I2C总线 并 通过E2PROM来存储，因而节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示 部分的软件编程。图1.系统硬件框图系统软件包括单片机和液晶模块的初始化模块、液晶模块的写数据/命令子模 块、周期测量模块、速度里程计算模块、数据存储模块、速度和里程显示数据转BCD 码模块、显示数据消多余零模

5、块、数据显示模块以及实时中断服务模块等。1.2系统工作原理该设计能实时地将所测的速度显示出来，同时也能够累计显示总里程数。该速度 里程表能将传感器输入到单片机的脉冲信号的宽度（传感器将车速转变成相应宽度的 脉冲信号）实时地测量出来，然后通过单片机计算出速度和里程，再将所得的数据存 储到串口数据存储器，并由串口液晶显示模块实时显示出所测速度。本设计用两个按 键来控制显示速度或里程。考虑到信号的衰减、干扰等影响，在信号送入单片机前应 对其进行放大整形，然后再输入到单片机进行测速。单片机利用定时器T0的控制功 能测出输入信号的周期后，再利用单片机的算术运算功能将周期转换成速度，同时每 秒钟进行一次里

6、程累计，从而计算出总里程。最后将得出的速度、里程值存储在E2PROM 中，并根据两个按键的选择情况来显示速度或里程。为了方便计算要显示数据值的段 码，可再将其转换成压缩的BCD码，然后通过查表将要显示的数据值中每一位的压缩 BCD码转换成8段码送到显示缓冲区，最后经串口送至液晶显示模块以显示所测的速 度或里程。设计时，应综合考虑测速精度和系统反应时间。本设计用测量脉冲频率来计算速 度，因而具有较高的测速精度。为了保证系统的实时性，系统的速度转换模块和显示 数据转BCD码模块都采用快速算法。另外，还应尽量保证其它子模块在编程时的通用 性和高效性。本设计的速度和里程值采用8位显示，并包含两个小数位

7、。第2节系统硬件设计2.1信号预处理电路系统的信号预处理电路如图2所示。它由二级电路构成，第一级是由开关三极管 组成的零偏置放大器，采用开关三极管可以保证放大器具有良好的高频响应。当输入 信号为零或负电压时，三极管截止，电路输出高电平；而当输入信号为正电压时，三 极管导通，此时输出电压随着输入电压的上升而下降，这使得速度里程表既可以测量 任意方波信号的频率，也可以测量正弦波信号的频率。由于放大器的放大功能降低了 对待测信号的幅度要求，因此，系统能对任意大于0.5V的正弦波和脉冲信号进行测 量。预处理电路的第二级采用带施密特触发器的反相器CT74LS14来把放大器生成的 单相脉冲转换成与COMS

8、电平相兼容的方波信号 同时将输出信号加到单片机的P3.2 口上。图2.信号预处理电路2. 2单片机的选择速度里程测量电路选用AT89C2O51作为频率计的信号处理核心。AT89C2O51包含 2KB闪存、128B的RAM、15根I/O 口线、2个16位定时计数器、5个向量二级中断结 构和1个全双工的串行口，同时还具有加密阵列的二级程序存储器加锁功能。设计中 用到了 AT89C2O51的T0、T1定时器和INT0引脚，以及P1端口的6个口线。由于该 单片机与89C51相兼容，因此在硬件电路设计和软件编程方面更加方便。考虑到 AT89C2O51本身固有的特点，设计时需注意以下几点：首先，它的程序存

9、储器空间为 2KB，因此所有的跳转和分支转移指令都要限制在这个范围内。其次，它没有MOVX 指令，也就是说，它不支持外部存储器操作，这一点设计时一定要考虑到。此外， AT89C2O51自身还有一些其它特点，譬如可以使用命令使其工作在低功耗模式等。单 片机利用T0定时器和INT0引脚来测量输入方波信号的周期，而使用外部中断0来控 制定时器T0是否开始定时。当定时器T0的运行控制位复位时，不管P3.2引脚是何 值，定时器都不工作。只有当定时器T0的运行控制位置位后，才能根据P3.2引脚状 态来决定定时器是否工作。当P3.2引脚出现高电平时，定时器T0开始定时；而在其 出现低电平时，定时器T0停止工

10、作，并将测量信号的周期保存在定时器的16位寄存 器中。系统初始化时，可通过设置使T0和T1定时器工作在模式1方式。T1定时器 主要用于形成1秒钟定时信号，用以为测量里程提供时间条件。3液晶显示电路和数据存储电路本设计的显示部分采用液晶显示模块LCM0825该模块与单片机的接口电路如图3 所示。LCM0825是8位段码式液晶显示模块，它内部集成有LCD控制器、LCD驱动器 和RAM因而可方便显示数据的编程。液晶显示模块采用34线串行数据输入，可直接 与单片机接口。由于串行接口方式节省了所需的口线和系统资源，因而使系统具有较 高的资源利用率。该模块可在2.7V5.2V电压下工作，其低功耗及背光可调

11、特性使得 设计更具有经济性和通用性。LCM0825能够显示8位数据，每一个数据均以8段码的 形式放在其内部显示RAM区，并用模块内RAM的两个存储地址来放置一个数据的8 段码。8位数据共占用内部16个地址。每一个数据位的8段码存放形式及高低地址 存放段码的顺序都和表1所列的第8位数据的8段码存放格式一样，只是段码的存放 地址不同。所以，编程时一定要考虑数据的存放地址和形式。在使用该液晶显示模块 时，VCC与VLCD之间可用一个50KQ的电位器来调整背光。表1第8位数据段码与LCM0825内部RAM的对应关系D3D2D1D0ADDR8A8B8CDP8000008F8G8E8D00001数据存储电

12、路采用C总线的E2PROM存储器24C64。24C64是串行的E2PROM存储 器，其存储容量为8KB。SCL为时钟线，SDA为数据线。里程数据保存在24C64，因此 中可保证掉电时数据不丢失。此外，使用串口也节省了数据口线。图3液晶显示模块与单片机的接口电路第3节系统的软件设计3. 1数据处理过程待测信号经预处理电路后加全单片机的P3.2 (INT0)引脚可为单片机测量信号 周期提供有效的输入信号。单片机通过检测P3.2引脚电平来决定是否启动测量周期 程序。当该引脚为高电平时，系统处于等待状态，要一直到该引脚出现低电平时才开 始测周期。测量时，首先将零赋给TH0、TL0两个寄存器，以将定时器

13、T0的运行控制 位TR0置位，同时也将ET0置位以允许定时器T0中断。然后再判断P3.2引脚是否还 为低电平，如为低电平则等待，直到出现高电平再开始判断P3.2引脚是否为低电平， 当其不是低电平时再等待。一旦出现低电平，则立即复位TR0以终止定时器，以结束 测周期程序。测周期过程中可能会发生定时器T0的中断，每发生一次中断则将R0 寄存器加一，因此R0实际上是周期值的高字节。测出的周期值存储在R0、TH0、TL0 三个寄存器中，然后将其转换成速度。速度是用车轮的周长除以脉冲周期得到的。由 于所测周期的单位是M s，因此在相除转换时应将被除数扩大106倍，以保证得出 正确的速度。每秒进行一次里程

14、数累加时，可用当前的速度值加上一秒前的里程数得 出当前的总里程数，得出的速度和总里程值放到E矛ROM中。通过K1、K2键可显示速 度或里程值，K1键为速度键，K2键为里程键，两个键可以随时设置。要显示的速度 或里程放到R1、R2、R3三个寄存器后即可调用转换BCD代码模块，以将数据值转换 成压缩的BCD代码并显示处理。考虑到对响应时间的要求，BCD代码模块采用快速算 法。数据转变成相应的压缩BCD代码后，可调用显示消多余零和显示数据存储模块， 并将要显示的数据值通过查表转换成相应数据的8段码放到显示缓冲区以备显示。当 然，编程时要把十进制数据的相应8段码放在表格中，这样才能进行查表以得到相应

15、数值的段码。此过程的另一个重要目的是消除最高有效位前面的多余零，以使多余零 的段码处于不显示状态，从而保证数据以正常的格式显示出来。最后，将显示缓冲区 的8位8段码经串口送至液晶显示模块进行显示。2软件设计软件设计包括主程序，行车过程中速度和里程计算子程序，延时子程序，60个记 忆单元后移一单元子程序,T1中断服务程序，显示子程序以及掉电模式中断服务程序 等.主程序设计流程如下：1）清楚9位显示器2）初始化.设定T0工作于计数器方式1,计数器初始值设为0;T1工作于定时器 方式1,定时时间12MS.串行口设置位移位寄存器方式;其他参数设置;开放中 断.3）设置报警速度值.在显示速度状态下,当显

16、示器上出现闪烁的限速值时，按下 P3.3,按一次，报警速度+1公里/小时;当达到26公里/小时，回到初始值，重 新设置.开车自动退出报警速度设置.如果时用在汽车活摩托车上，报警速度 值可设置大些.4）超速设蜂鸣5）去蜂鸣转显示速度6）记忆查询.在停车状态下，按下P3.3,查询记忆速度值（可查询停车前2分钟 内速度值），共60个.退出记忆查询.7）单班里程显示转总里程显示.按下P3.5,6位总里程显示，再按下P3.5,回到 单班里程显示.按下P3.3,可清楚单班里程.3. 3系统软件框图本系统软件采用模块化设计方法。整个系统由初始化模块、周期测量模块、速度 转换模块、里程计算和存储模块、数据转B

17、CD码模块、显示数据处理模块、数据显示 模块、定时器中断服务模块以及其它功能模块组成，图4给出了其软件框图。上电后， 首先进入系统初始化模块，此后系统软件将开始运行，以实时地将所测数值显示在液 品模块上。3.4液晶显示模块的初始化LCM0825是串行8位8段液晶显示模块。使用时，要在上电后对该模块进行初始 化。在初始化之前，应延时200MS以上再送命令。它的初始化工作过程如下：首先 定义液晶模块（当其命令代码为：00101001），其次定义振荡器方式（当其命令代 码为00011000时，将模块定义为内部RC振荡方式，命令代码为00010100时，定 义为外部晶体振荡方式）。然后分别用命令代码0

18、0000001和00000011开振荡器和 开显示器。以上命令送入后，便可以在需要显示数据时将相应的段码直接送入模块 内部的显示RAM中。在送显示数据的段码数据时，要考虑到显示RAM的高和低地址 所对应的数据段码的存放形式。其第8位数据的段码与LCM0825内部的RAM地址的 对应关系见表1。以后随地址的增加依次存放第7位至第1位数据段码。为了正确地 显示数据，应使要显示的8位字符在显示屏幕中为左起第一位，右止第8位。另外，写命令和写数据程序应分别编写，因为它们的命令格式及时序不同，见图 5。由时序图可见，编写传输子程序时，所传数据的高位先移入模块，否则模块不能 正常工作或显示。同样，为了能正

19、确读/写命令或数据，必须在时序中加入相应的延 时；此外，为保证系统的低功耗，每次读/写命令或数据之后，都应将CS、RD、WR、 DATA置高电平。写命夺格式：1011 C7C6C5C4C3C2C1C0 。写皴据格式：川1仙队*2心耕呻。：匡。3模式命令代码结束位模式 R.AM AD.1R DAT1布 n n m 11 tzzi 11 t ii n n m i t 11 iATAXXXIXXXX/XXXXIXIXIXIXXXXZ/EXX命行或故据横丈地址1或数据1帝令或数据模式地，ll. 2或数据1图5写命令/数据时序及格式结束语本设计以AT89C2051为核心，利用单片机的运算和控制功能，并采

20、用串口液晶显 示模块实时显示所测速度和里程的速度里程表设计方案。由于使用了串口液晶显示模 块和E2PROM，以及高效快速算法，因而可在节约系统资源和简化程序设计的基础上保 证测量精度和系统实时性。该智能速度里程表除用于工矿各类电机车外，只要对有关参数稍加修改，就可用 于各类汽车（包括计程车）、摩托车等机动车辆上。该速度里程表性能稳定，效果好。 由于该仪表具有体积小、功耗低、功能全、性价比高等有点，在汽车仪表、商业、工 业、甚至军事领域都有着广泛的应用前景。参考文献何立民，单片机高级教程M.北京航空航天大学出版社.2000.孙育才,MCS-51系列单片机微型计算机及其应用M.东南大学出版社.19

21、97.徐爱钧.单片机高级语言C51应用程序设计M.电子工业出版社.2002.谢自美.电子线路设计.实验.测试（第二版）M.华中科技大学出版社，2000.江国强.现代数字逻辑电路.电子工业出版社，2002 .附录1.给出部分程序下面给出部分程序：（1）显示子程序：DISPLY:PUSHACCMOVA,#80H；显示第一个数据MOVR1,#LED；显示缓冲区首址送R1DSPY1:MOVSBUF,R1；显示缓冲区内容送SBUFWAIT1:JNBT1,WAIT1；等待内容发送完毕CLRT1；T1 清 0MOVP1,A；A送位选ACALLDELAY05MS；延时0.5msMOVP1,#00H；清除8个数

22、据显示INCR1；缓冲区地址加1CLRC；CY 清 0RRCA；A右移一位JNZDSPY1；8个数据未显示完，继续MOVSBUF,R1；第 9个数据送SBUFWAIT2:JNBT1,WAIT2；等待内容发送完毕CLRT1；Y1 清 0SEIBP3.7；显示第9个数据ACALLDELAY05MS；延时0.5msCLRP3.7；清除第9个数据显示MOVSBUF， #00H；清除显示POPACCRET；返回（2）初始化程序：初始化程序主要功能时将T1设为外部控制定时器方式，外中断INT0及INT1设 为边沿触发方式，将部分内存单元清0,设置车轮周长值，开中断，启动定时器，设 置车轮圈出错处理程序。程

23、序如下：CLEARMEN: MOV TMOD,#90H； T1为16位外部控制定时器MOVSP,#75H;堆栈再75H开始SETBPX0;外中断0优先级为1SETBIT0;外中断0用边沿触发SETBIT1;外中断1用边沿触发MOVA,#00H；清AMOV20H,A；清内存中特定单元MOV6CH,AMOV6DH,AMOV70H,AMOV71H,AMOV72H,AMOV73H,AMOV60H,AMOV61H,AMOV62H,AMOV63H,A；清内存中特定单元DECA；A 为 #0FFHMOV68H,A;内存置数据为#0FFHMOV69H,A；内存置数据为#0FFHMOV6AH,A;内存置数据为#

24、0FFHMOV6BH,A;内存置数据为#0FFHMOVP1,A；P1 口置 1CLEAR1:JBP1.2,KEY1；根据 P1.2,P1.3,P1.6,P1.7 设置状态；在21H地址单元设置自行车周长值MOV21H,#OFH;22英寸自行车周长系数LJMPCLEAR2；转 CLEAR2KEY1:JBP1.3,KEY2MOV21H,#12H;24英寸自行车周长系数LJMPCLEAR2；转 CLEAR2KEY2:JBP1.6,KEY3MOV21H,#14H；26英寸自行车周长系数LJMPCLEAR2；转 CLEAR2KEY3:JBP1.7,ERRMOV21H,#19H；28英寸自行车周长系数CLEAR2:SETBTR1zpp单M些可 T1；开定时器开关11SETBEA；开中断允许SETBEX0；开外中断INT0SETBET1；开定时中断T1SETBP3.1；关报警器LCALL VIICREAD；将E2PROM中原里程数据调入内存RET；子程序返回ERR:CLPP3.1；转周长设置出错，LED灯闪烁提醒LCALLDLSS5；延时LJMPCLEAR1；重新初始化，等待轮周长设置开关合上（3） 里程计数子程序：Z/L r+i 1 业匚 TMTC HP 夕 工口rn r*x宫FH/，rh 44* $