精品毕业论文--基于at89s52单片机的汽车仪表操作系统设计

精品毕业论文--基于at89s52单片机的汽车仪表操作系统设计内容摘要：

络的时间特性。 （ 5）安装与维护中的布线。 （ 6）网络节点的增加与软硬件更新 (可扩展性 )。 经分析，由于本设计面向的是大众化的传统汽车，成本成为器件选用的最重要标准。 尽管方案一具备许多方案二没有的特点，但是由于其技术还不十分成熟以及存在的技术瓶颈。 还有其昂贵的价格，使其仅在一些中高档轿车得到应用。 而单片机控制的车用 数字仪表其卓越的性能价格比已引起我国车用仪表界的广泛关注。 与此同时，采用基于单片机控制的车用数字仪表，可以避免出现上述问题，这种基于单片机技术设计、制造的汽车仪表，具有集成度高、功能强、体积小、速度快、存储量大、指令丰富、 抗干扰性强、通用性好、推广范围大、工作可靠、指示准确、易于匹配、使用寿命长、标准化系数高等一系列优势和特点，完全可以代替传统汽车仪表。 基于此，本系统中采用方案二作为本系统的最终总体设计方案 [6]。 10 第 3 章 车用数字仪表系统的硬件设计 在上一章中论证了各方案 的优缺点，并且最终确定了方案。 本章将要介绍车用数字仪表系统的硬件设计，包含：单片机最小系统、各传感器的功能简介及其应用、 A/D转换、液晶显示等几部分。 单片机最小系统 单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。 目前主要型号为：803 AT89C5 AT89S5 AT892051。 本系统采用的是 AT89S52单片机， AT89S52单片机是低功耗，高性能，采用 CMOS工艺的 8位单片机，它在硬件资源和功能、软件指令及编程上与 Inter80C3X单片机完全相同，在应用中可直接替换。 AT89S52内部有 FLASH程序存贮器，既可用常规的编程器编程，也可在线使之处于编程状态对其编程。 变成编程速度快，擦除时也无需紫外线，非常方便。 AT89S52 芯片功能简介 AT89S52是一种低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K在系统可编 Flash存储器。 使用 Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8位 CPU和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52为众多嵌 入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 主要性能 ● 与 MCS51单片机产品兼容 ● 8K字节在系统可编程 Flash存储器 ● 1000次擦写周期 ● 全静态操作： 0Hz～ 33Hz ● 三级加密程序存储器 ● 32个可编程 I/O口线 ● 三个 16位定时器 /计数器 ● 八个中断源 11 ● 全双工 UART串行通道 ● 低功耗空闲和掉电模式 ● 掉电后中断可唤醒 ● 看门狗定时器 ● 双数据指针 ● 掉电标识符 功能特性概述 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节 Flash， 256字节 RAM， 32位 I/O口线，看门狗定时器， 2个数据指针，三个 16位定时器 /计数器，一个 6向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 另外， AT89S52可降至 0Hz静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下 RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 振荡器特性： XTAL1和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外 部时钟源驱动器件 ,XTAL2应不接。 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器 ,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求 ,但必须保证脉冲高低电平要求的宽度。 芯片擦除： 整个 PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合 ,并保持 ALE管脚处于低电平 10ms来完成。 在芯片擦操作中 ,代码阵列全被写“ 1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外 ,AT89S52设有稳态逻辑 ,可以在低到零频率的条件下静态逻辑 ,支持两种软件可选的掉电模式。 在闲置模式下 ,CPU停止工作。 但 RAM,定时器 ,计数器 ,串口和中断系统仍在工作。 在掉电模式下 ,保存 RAM的内容并且冻结振荡器 ,禁止所用其他芯片功能 ,直到下一个硬件复位为止。 看门狗定时器 WDT是一种需要软件控制的复位方式。 WDT由 13位计数器和特殊功能寄存器中的看门狗定时器复位存储器（ WDTRST）构成。 WDT在默认情况下无法工作；为了激活 WDT，户用必须往 WDTRST 寄存器（地址： 0A6H）中依次写入 01EH和 0E1H。 当 WDT激活后，晶振工作， WDT 12 在每个机器周期都会增加。 WDT计时周期依赖于外部时钟频率。 除了复位（硬件复位或 WDT溢出复位） ，没有办法停止 WDT工作。 当 WDT溢出，它将驱动 RSR引脚一个高个电平输出。 （ 1） WDT的使用 为了激活 WDT，用户必须向 WDTRST寄存器（地址为 0A6H的 SFR）依次写入 0E1H和 0E1H。 当 WDT激活后，用户必须向 WDTRST写入 01EH和 0E1H喂狗来避免 WDT溢出。 当计数达到8191(1FFFH)时， 13位计数器将会溢出，这将会复位器件。 晶振正常工作 WDT激活后，每一个机器周期 WDT都会增加。 为了复位 WDT，用户必须向 WDTRST写入 01EH和 0E1H（ WDTRST是只读寄存器）。 WDT计数器不能读或写。 当 WDT计数器溢出时，将给 RST引脚产生一个复位脉冲输出，这个复位脉冲持续 96个晶振周期（ TOSC），其中 TOSC=1/FOSC。 为了很好地使用WDT，应该在一定时间内周期性写入那部分代码，以避免 WDT复位。 （ 2） 掉电和空闲方式下的 WDT 在掉电模式下，晶振停止工作，这意味这 WDT也停止了工作。 在这种方式下，用户不必喂狗。 有两种方式可以离开掉电模式：硬件复位或通过一个激活的外部中断。 通过硬件复位退出掉电模式后，用户就应该给 WDT喂狗，就如同通常 AT89S52复位一样。 通过中断退出掉 电模式的情形有很大的不同。 中断应持续拉低很长一段时间，使得晶振稳定。 当中断拉高后，执行中断服务程序。 为了防止 WDT在中断保持低电平的时候复位器件， WDT直到中断拉低后才开始工作。 这就意味着 WDT应该在中断服务程序中复位。 为了确保在离开掉电模式最初的几个状态 WDT不被溢出，最好在进入掉电模式前就复位 WDT。 在进入待机模式前，特殊寄存器 AUXR的 WDIDLE位用来决定 WDT是否继续计数。 默认状态下，在待机模式下，WDIDLE＝ 0， WDT继续计数。 为了防止 WDT在待机模式下复位 AT89S52，用户应该建立一个定时 器，定时离开待机模式，喂狗，再重新进入待机模式。 空闲模式 在空闲工作模式下， CPU处于睡眠状态，而所有片上外部设备保持激活状态。 这种状态可以通过软件产生。 在这种状态下，片上 RAM和特殊功能寄存器的内容保持不变。 空闲模式可以被任一个中断或硬件复位终止。 由硬件复位终止空闲模式只需两个机器周期有效复位信号，在这种情况下，片上硬件禁止访问内部 RAM，而可以访问端口引脚。 空闲模式被硬件复位终止后，为了防止预想不到的写端口，激活空闲模式的那一条指令的下一条指令不应该是写端口或外部存储器。 掉电模式 在掉电模式 下，晶振停止工作，激活掉电模式的指令是最后一条执行指令。 片上 RAM 13 和特殊功能寄存器保持原值，直到掉电模式终止。 掉电模式可以通过硬件复位和外部中断退出。 复位重新定义了 SFR的值，但不改变片上 RAM的值。 在 VCC未恢复到正常工作电压时，硬件复位不能无效 ,并且应保持足够长的时间以使晶振重新工作和初始化 [7]。 表 31空闲模式和掉电模式下的外部引脚的状态 模式 程序存储器 ALE PSEN PORT0 PORT1 PORT2 PORT3 空闲 内部 1 1 数据 数据 数据 数据 空闲 外部 1 1 浮 空 数据 地址 数据 掉电 内部 0 0 数据 数据 数据 数据 掉电 外部 0 0 浮空 数据 数据 数据 单片机的时钟电路硬件设计 单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准，这个时钟信号可由单片机内时钟电路产生，可以直接使用外部时钟信号。 因此，单片机时钟电路通常可以有两种形式内部振荡方式和外部振荡方式。 （ 1）内部振荡方式 MCS单片机内有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚 XTAL1和 XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。 把放大器与作为反馈元 件的晶体振荡器或陶瓷谐振器连接就构成了内部自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。 这种方式为内部振荡方式，如下图 31： 图 31 内部振荡方式 图 32 外部振荡方式 图中 C1， C2起稳定振荡频率，快速起振的作用，其容值一般在 5～ 30pF。 （ 2）外部振荡方式 外部振荡方式就是把外部自己有时钟信号引入单片机内。 这种方式是用来使单片机的 时钟与外部信号保持同步。 外部振荡方式电路接法如上图 32： 14 本系统中利用内部振荡方式，电路见图 31，其 参数选择如下： fosc= C1=C2=30pF 单片机的复位电路硬件设计 复位操作可以使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动，计算机在启动时，都需要复位，使 CPU和系统中其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 在振荡器正在运行的情况下，复位是靠在 RST/Vn或 RST引脚处至少保持 2个机器周期 (24个振荡器周期 )的高电平而实现的。 单片机复位电路包括片内，片外两部分。 片外复位信号通过引脚 RST加到内部复位电路上。 内部复位电路在每个机器周期 S5P2对片外复位信号采样一次，当 RST引脚出现连续两个机器周期的高电平时，单片机就能完成一次复位。 RST端的外部复位电路有两种复位操作形式：上电自动复位电路和按键手动电平复位电路。 在本系统中采用手动电平自动复位。 如下图 34： 单片机复位的工作过程如下： （ 1） 上电自动复位电路 对于 MCS51系列来说，最简单的上电复位电路就是由一个电阻和一个电容构成的。 在系统上电时，经 C1与 R1充电，使 VRST端为高电平，持续时间 2T，完成复位。 电容充电结束后，系统复位结束，开始正常工作。 一般为了可靠的复位， RST在上电 时应保持 20ms以上的高电平。 在图 33中， RC时间常数越大，上电时 RST保持的高电平的时间越长。 当晶振频率为 12MHz时，典型值为 C=10uF， R= [8]。 （ 2） 按键手动复位电路 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。 按键脉冲复位电路则是利用 RC微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路图这里略过。 按键电平复位电路是通过是使复位端经电阻与 Vcc接通来实现的，按下按键， VREST =5V  持续时间 2T,完成复位。 其电路如图 34： 15 图 33 上电自动复位电路 图 34 手动电平复位电路 经以上分析设计，有关系统中 AT89S52单片机最小系统硬件设计原理图如图 35所示。 图 35 AT89S52单片机的最小系统硬件。