新型车速监控装置的设计论文(编辑修改稿)

新型车速监控装置的设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

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：  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。  工作频率： 0～ 40MHz，实际工作频率可达 48MHz。  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。  不需要 专用编程 器和 专用仿真器，可通过串口（ RxD/， TxD/） 快速 下载用户程序。  用友 3 个 16 位定时器 /计数器。 定时器 T0、T T2，与 传统 8051 的定时器 /计数器兼容。  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。  通用异步串行口（ UART），还可用定时器软件实现多个 UART。 图（ 2）单片机引脚图 电子综合设计 第 5 页 共 32 页 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～ 12MHz 之间选择，电容值 可以 在 5～ 30pF 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，所新型车速监控装置设计 第 6 页 共 32 页 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。 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（ 8~1） =1111 1111。 +4V 对应的则为 4255247。 5=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（ 8~1） 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 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 100μ s(时钟为 640kHz 时 )， 130μ s（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 ： 电子综合设计 第 7 页 共 32 页 图（ 6） ADC0809内部结构图 下面说明各引脚功能。  IN0～ IN7： 8路模拟量输入端。  21～ 28： 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 新型车速监控装置设计 第 8 页 共 32 页 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 128μ s，相当于 6MHz 的 MCS51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。 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。 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 25μ V），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177。 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： 150μ V最大。 低输入偏置电流：。 低失调电压漂移： V/℃。 超稳定，时间： 2μ V/month 最大高电源电压范围： 177。 3V至177。 22V OP07 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。 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，而且价格电子综合设计 第 9 页 共 32 页 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 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。 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 330Ω 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  A0~A2：地址输入端  STA（ E1）：选通端  /STB（ /E2）、 /STC（ /E3）：选通端（低电平有效）  /Y0~/Y7：输出端（低电平有效）  VCC：电源正 GND： 接 地 工作原理 ①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、 A 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。 ②利用 E 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。 ③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。 ④可用在 8086 的译码电路中，扩展内存。 新型车速监控装置设计 第 10 页 共 32 页 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 2~9 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 11~18 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。