基于单片机电子式里程表设计论文

速里程表已广泛采用电子式机芯结构，而国内汽车仪表一直是机械式车速里程表的天车成本的30%,然而我国汽车行业起步较晚，技术十分落后，电子产品仅占整车成本的过变速器上的速度传感器获取信号，通过脉冲频率的变化使指针偏转或者显示数字。示值误差小于1%,报警值非常准确。由于采用的芯片都是广泛使用的通用芯片，成本光电传感器单单片机显示存储器(3)显示车速，用4位LED显示；(1)光电传感器的脉冲信号检测与转换；(2)超速报警功能；(3)里程信息存储功能；片机PO口和P2口，编程恰当地选择各个7段LED显示器的点亮时间和间隔时间，实现使三极管饱和导通，故用于脉冲整形的施密特触发器CD4093输出高电平，当圆盘转至机AT89S51是由ATMEL公司生产的51单片机。简单介绍如下：内含有4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数本系统的键盘输入部分，采用了2个功能键，用这2个键既可以选择6位LED显应速度较低(在10~200ms范围),这就限制了它在快速系统中的应用。LED数码管是目前最常用的数字显示器，一个LED数码管可用来显示一位EEPROM是电可擦除可编程只读存储器。在平常情况下速度极快!通常EEPROM芯片又分为串行EEPROM和并行EEPROM两种，串行EEPROM在读写时数据的输入/输出是通过2线、3线、4线或SPI总线等接口方式进行的，而并行EEPROM的数据输入/输出则是通过并行总线进行的。在汽车上串行EEPROM用得最存储空间，具有工作电压宽(2.5～5.5V)、擦写次数多(大于10000次)、写入速度快(小板上它们都接地，第8脚和第4脚分别为正、负电源。第5脚SDA为串行数据输入/输出，24C02中带有片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1,以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的2.3软件模块通过上面分析，设计中决定选用S51系列单片机作为控制器，那么它的软件编写就由于脉冲测量过程中，开始检测时脉冲宽度已小于机器周期T,因而会导致脉冲的在控制时，首先由P1.6发一个清0负脉冲，其输出封锁与门G1和G2。接着由P1.5发一个启动正脉冲，从而将门G2打开。之后，被测脉冲上升沿通过G2送T1计数；同时Q2输出从P1.6发出一个负脉冲，将U2清零，从而封锁G2,使T/C1停止计数，至此一次频率采样过程结束。计数器1采用计数值满后自然清零再计数的方法。将T/C0设为高优先级，本单元采用了单片机的P1.1和P1.2口，通过外接两个按键开关，从而控制一个6位A2(用于与系统中的同类器件编码),4脚为电源地，5脚为I2C总线的数据线SDA,6脚为I2C总线的时钟SCL,7脚为测试输入端，在系统中接地，8脚为电源。当时钟线SCL程序中多处调用了DELAY子程序(仅两条NOP指令),这是为了满足I2C总线上数据本单元采用一个蜂鸣器和一个红色发光二极管与单片机的P1.0口相接的报警实现断请求，以1秒钟为周期，实现蜂鸣器的嘀嘀声及发光二极管的闪烁显示。当车速值回制，译码器74LS139对单片机的P2.6和P2.7口分时选通，这样任何一个时刻，都只有一3硬件单元电路设计机管脚，单片机的定时计数器T1工作于计数器方式，累计脉冲个数，根据一段时间内3.1.1传感器的选择(1)传感器采用无接触测量，不增加被测物旋转力矩，测量小里矩的旋转物能获得很(2)光电传感器是利用光波作为媒介来实现转速测量的，抗电磁干扰能力强，如果采(3)传感器利用光电效应方便地将转速换成电量信号。故此类传感器测量范围宽、非(4)光电传感器易受环境雾尘，粉尘、油尘、水雾及杂光的影响。3.1.2光电传感器的选择光电传感器的类型按照光电传感器中光电元件输出电信号的形式可以将光电传感(1)透射式光电传感器若在调制盘上开60个小孔，则可在1秒的记数值上直接读出转速大小。它可以测量1r/min的车速。如果开600个孔，则它的测量精度为0.1r/min。(2)反射式光电传感器接触地测量其转速，但要求转轴不能太细，便于贴反射镜，它适于测量的转速范围为中我采用了透射式光电传感器，并且采用了60条缝隙的测量盘。如图3.1所示，为透缝隙h转速3.1.3光电传感器的脉冲整形电路抗干扰能力也很强。它可用于波形变换、脉冲整形以及脉冲幅度鉴别。下图3.2为其应形元件。图3.3是本系统所采用的透射式光电测速脉冲整形电路图。每当旋转圆盘上的的孔数，使可算出旋转的转速及转角。图中的CD4093用于脉冲整形。3.2单片机与光电传感器的接口设计测量频率最简单的方法是将被测信号整形为脉冲，然后连接到单片机的定时器/记数器(T/C)的外部脉冲输入端，本系统中将被测信号脉冲AT89S51的T1端。可将AT89S51的一个T/C0用作定时器，另一个T/C1用作计数器。在T/C0定时时间里，由T/C1对频率脉冲进行计数。T/C1的计数值是单位定时时间里的(1)由于AT895S51对输入T/C的外部脉冲计数，是通过在每个机器周期的第10个时钟周期对输入端T1采样，故需要两个机器周期(等于24个时钟周期)识别一个脉冲的负跳变，每识别到一个脉冲的负跳变将计数器加1。因此被测脉冲的最高频率必须小于Fnx=f.24。此外，还要求被测频率脉冲的宽度应大于一个机器周期T。本系统所采用的时钟频率fosc为12MHz,则被测脉冲的最高频率不应超过Fmax=12MHz/24=500kHz;其宽度必须大于T=12/fsc=1μs。(2)在定时记数时会出现如图3.4所示的丢失脉冲的情况。第一个脉冲的丢失，是由于开始检测时脉冲宽度已小于机器周期T;第二个脉冲丢失是由于脉冲的负跳变在定定时定时输入脉冲丢失丢失为解决图3.4中第一个脉冲的丢失，可用门电路实现记数开始与脉冲上升沿的同步控制。图3.5是用AT80S51的T/CO作定时器，T/C1作计数器，对频率测量的接口电控制时，首先由P1.6发一个清0负脉冲，使U1、U2两个D触发器复位，其输出封锁与门G1和G2。接着由P1.5发一个启动正脉冲，其放，使被测脉冲得以通过门G1,使Q2置为1,从而将门G2打开。之后，被测脉冲上升沿通过G2送T1计数；同时Q2输出的高电平使INTO=1,定时器0的门控GATE有效，启动T/C0开始定时。直到定时结束时，从P1.6发出一个负脉冲，将U2清零，从而封锁G2,使T/C1停止计数，至此一次频率采样过程结束。在本系统中f,为汽车转轴上安装的测量盘缝隙对应的频率，测量T/C定时时间为1S,这样长时间的定时，先由T/C0定时100ms,之后软件循环10次来完成(10×100ms=1s)。T/C作频率脉冲的计数器，若单片机工作在计数方式1,最大计数值为65536。若100ms计数65536次，则脉冲的频率为655.36kHz,这已经超过了AT89S51的计数器的最高频率500kHz,能够发挥出T/C的最大计数能力。T/C0定时100ms的计数初值设为3CBOH,并设定时器/计数器方式字TMOD=59h。计数器1采用计数值满后自然清零再计数的方法。将T/C03.3单片机与外部存储器的接口设计A2(用于与系统中的同类器件编码),4脚为电源地，5脚为I2C总线的数据线SDA,在系统中与单片机的P1.3口相接，6脚为I2C总线的时钟SCL,在系统中与单片机的P1.4口相接，7脚为测试输入端，在系统中接地，8脚为电源。当时在5脚SDA,6脚SCL上分别接两个10K的上拉电阻，并外接了一个瓷介电容，当电源正常供电时给电容器充电，电源掉电时，利用电容器电流将单片机中的数据写入3.4单片机与超速报警电路的接口设计本部分采用一个蜂鸣器和一个红色发光二极管与单片机的P1.0口相接的报警实现不能使红色发光二极管和NPN三极管导通，因而不能工作。正因为P1.0口高低电平的通图3.6超速报警电路图3.5单片机与键盘和7段显示器的接口设计本系统的键盘输入部分，采用2个功能键，用这2个键，既可以选择显示是单班里态转变为逻辑电平，然后可直接接到单片机的位都用各自的8位输出口控制，在显示某一字符时，相应的段恒定发光或不发光，这种选端复接在一起，只用一个8位输出控制段选，段选同时加到各个7段LED显示器上，通显示器的位选码，则由单片机的P2.0至P2.5口控制。再通过软件编程，从而控制各自的整电路原理图)。NYNY图4.1系统主程序流程图AT89S51单片机硬件中断人口地址为0013H,并且在这里按键输入、显示子程序和脉冲计数均用到了T/C(计时/计数器)中断功能。系统的初始化，除了分配一些功能寄存器、定义一些常量、设置AT89S51单片机的输人输出口的工作模式外，还要将24C16设置为串行传输模式，清除PO、P2、P13个口的寄存器以及接收号码计数器等一些功能寄存器及开中断等。下面，就各单元功能模块分别进行说明。4.1脉冲测量部分由于脉冲测量过程中，开始检测时脉冲宽度已小于机器周期T,因而会导致脉冲的丢失。为了避免脉冲的丢失，可用门电路实现记数开始与脉冲上升沿的同步控制。所以在控制时，首先由P1.6发一个清0负脉冲，其输出封锁与门G1和G2。接着由P1.5发一个启动正脉冲，从而将门G2打开。之后，被测脉冲上升沿通过G2送T1计数；同时Q2输出的高电平使INT0=1,定时器0的门控GATE有效，启动T/C0开始定时。直到定时结束时，从P1.6发出一个负脉冲，将U2清零，从而封锁G2,使T/C1停止计数，至此一次频率采样过程结束。计数器1采用计数值满后自然清零再计数的方法。将T/C0设为高优先级，允许计数过程中定时中断。电路图在图3.5。4.2键盘输入部分这个部分是比较简单的一个部分，在硬件设计部分本人对简易键盘做了比较详细的介绍，这里就不再重复。键盘输入部分采用2个功能键，用这2个键既可以选择显示是单班里程还是总里程。由于机械开关在状态转换时有信号的抖动，故在接入开关的同时，必须考虑防抖动的问题。防抖动的方法之一是软件延时去抖动。既在开关状态改变时，执行一个延时程序，待电平稳定后再读入开关状态信息。键的去抖动方法由软件延时来解决。键盘分析程序应包括：是否有键按下以及识别哪个键按下。一旦找到某键，是否按下此键，即可将程序转到该键的功能程序段。4.3数据处理部分平均转速测量中，最普通的方法是当旋转体每转一圈，由脉冲转换器发生60或600个脉冲，并将它在一秒钟之内通过门，用计数器计数，从而用r/min直流值表示的方法。若设计数器的计数值为C,脉冲转换器每转的检测脉冲数为P,计数时间为t秒，转速为N(r/min),则有如下关系式成立：本系统中采用t=1S,P=60,则C=N;取P为60时，则在1S内可测量1r/min单位而要从转速算出车速值和里程值，就要知道轮胎的规格，得出轮胎外直径，从而获得轮胎的周长。其含义为：A:断面宽。B:高宽比(断面高除以断面宽乘以100%)。C:轮胎结构代号。示例：195/60R14=(195X0.6X2)+因而轮胎外直径为145/70R12=(1假设系统的脉冲计数值设为K,车速为N,周长为C,则车速计算公式为：以下为双字节二进制无符号数乘法程序MULD以及无符号除法程序D457,本程序可套用4.4存储器部分结束信号都是单片机产生。在开始信号以后，总个字节必须为8位，而且每个传送的字节后面必须跟一个认可位(第9位),也叫应答位 放SCL线返回高电平，准备接收下一个数据字节，单片机可继续传送。当单片机发送完一个字节的数据后，接着发出对应于SCL线上的一个时钟(ACK)认可;写串行E2PROM子程序EEPW;R3=10100000(命令1010+器件3位地址+读/写。器件地址一个芯片，是000);(R1)=欲写数据存放地址指针;(R7)=连续写字节数n脉冲)。另外，在读最后一个数据字节时，置应答信号为“1”,表示读操作即将完成。为0或由0写为1的次数。而实际上写入EEPROM的数据，对于某一位来说，写入的数据并写一次，只能写150天左右，显然，这是不能满足要求的。为此，可采用一种利用存储个固定的基地址加上EEPROM内的一个单元的内容(即偏移地址)作为真正的地址；若发现存储单元已坏(写入和读出的内容不同),则偏移地址加一，重新写入。如果采用1004.5超速报警部分器以1s周期发出嘀嘀声，由P1.0输出信号4.6显示部分(1)建立显示数据缓冲区——存放待显示数字，字符在字型编码表中的序号；(2)软件译码——利用查表方法获得字型编码(段选码);(4)延时子程序——控制点亮时间和时间间隔。以下图4.2为显示子程序的流程框图：√业业在整个的软件设计过程中，最麻烦的是R寄存器的选取，由于只有7个R寄存器能使用，而本系统完成的功能比较强大，简单一个延时程序都会用到两个或两个以上的R寄存器，这使在很多调用的时候出现R寄存器不够用的情况，特别是在中断的时候，有些寄存器在用后的值会发生改变，可能会使得系统出现混乱情况。解决的办法也就只好在不够用的时候把寄存器先存起来，用完后再存回去。到此软件程序设计完毕。(1)微机一台；(2)示波器；(3)万用表；(4)直流稳压电源；(5)单片机开发系统一套。按照电路图的要求以及元器件的选取，接好了电路图，并接好+5V直流电源后，通过示波器的观测，发现随着电机转速的变化，示波器里的脉冲试，这直接关系到此部分的成败。1、判断基极和管子类型(PNP或NPN):由于基极与发欧姆档(R×100或R×1K)测量时，先将任一支表笔接到某一个认定的管脚上，另一表笔先后接到其余两个管脚上。如果测量得到的阻值都很大(或都很小),然后对换表笔，重复上述测量时，阻值恰好与上述相反。都很小(或都很大)。则可断定所认定的管脚观察表针偏转情况。然后将黑表笔所接管脚与已断定的基极用手捏住(注意不能使其相碰),这时人体电阻相当于电阻Rb,比较测量出的阻值变化。然后更换黑、红表笔，再定引脚是a,b,c等，位选也是拿万用表的黑表笔去探试的。如程混乱了。而4位的LED显示器的第一位总是显示8,把驱动的三级管拆下来检查发现并不是三极管的问题，这花了比较长的时间，经过仔细间，就能听见硬件系统中的蜂鸣器传来的报警声，并且红色发光二极管也So