基于单片机的车辆里程计算系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的车辆里程计算系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

C51 单片机的升级产品 AT89S51 单片机。 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 EEPROM 中。 超速报警部分本作品采用了简单的软件设计，由程序产生，铃声是为了达到提示的目的，因此，选用了一个简单的蜂鸣器，通过软件定时产生的嘀嘀声作为提示音，并且接一个红色的发光二极管，使报警效果更加理想。 单片机软件设计程序主要包括里程设计模块；存储历史里程数据设计模块；里程的显示 设计模块；里程公里数的累计设计模块；里程公里数的清 0 设计模块。 里程计数时有一盏指示灯闪烁；用存储器进行对历史里程数据存储；用共阴 7 段动态显示的数码管进行显示公里数；用个开关实现对里程公里数的清 0 功能；用霍尔传感器实现对里程车轮圈数的累计功能。 原理图如 11 所示。 传 感 器 接 受的 脉 冲 信 号A T 8 9 S 5 1 单 片 机L E D 显 示 屏超 速报 警键 盘输 入E E P R O M 存储 器 11 里程设计原理图 其设计的具体功能要求 ： （ 1） 实现速度的测量（单位：米 /秒）； （ 2） 能测量行程（单位：米）； （ 3） 超速报警功能； （ 4） LED 的显示。 此设计 的难点： 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 10 （ 1） 用霍尔元件数据采集的具体安装及实现； （ 2） 单片机对里程和速度的计算，液晶输出的中断与数据采集造成的误差； （ 3） 液晶显示的输入输出处理。 主要内容 该系统原理图传感器检测原理图如图 12所示。 A T 8 9 S 5 1 单 片 机P 3 . 4 /I N T 0霍 尔传 感 器小 磁 铁车 轮 12 系统原理图 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 11 第 2 章 硬件的设计 单片机简介 单片机就是一块半导体硅片集成了微处理器（ CPU），存储器（ RAM,ROM,EPROM)和各种输入、输出接口 （定时器 /计数器，并行 I/O 口，串行口， A/D 转换器以及脉宽调制器 PWM等），它具有计算机的属性。 如图 21所示。 图 21 单片机的片内结构 单片机是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。 单片机体积小、成本低，嵌入到工业控制单元、机器人、智能仪器仪表、汽车电子系统、武器系统、家用电器、办公自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端及通讯产品中。 单片机的引脚结构如图 2— 2 所示。 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 12 图 22 AT89S51 单片机的 引脚 主要性能参数： 4k Bytes Flash 片内程序存储器； 128 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM）； 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）口； 2 个中断优先级、 2 层中断嵌套中断； 6 个中断源； 2 个 16 位可编程定时器 /计数器； 2 个全双工串行通信口； 看门狗（ WDT）电路； 片内振荡器和时钟电路； 与 MCS51 兼容； 1全静态工作： 0Hz33MHz； 1三级程序存储器保密锁定； 1可编程串行通道； 1低功耗的闲置和掉电模式。 单片机与一般的非单片型微型机相比，具有以下特点： 具有较强的通用性又有相当的专用性，尤其适合于各种控制系统。 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 13 片内带有定时器 /计数器。 片内设有多个 I/O 接口，便于系统扩展及信息交换。 使用汇编语言，指令系统的指令字节数较少，程序执行速度快，节省存贮器。 多品种，多系列。 单片机的发展 随着单片机的对于生产逐渐的重要，单片机的发展逐渐向大容量、高性能化，外围电路内装化等方面发展。 1. CPU 的发展 （ 1）采用双 CPU 结构，以提高处理能力； （ 2）增加数据总线宽度； （ 3)串行总线结构。 2. 存储器的发展 （ 1）加大存储容量； （ 2）片内 EPROM 采用 E2PROM 或闪烁（ Flash）存储器； （ 3）程序保密化。 3. 片内 I/O 的改进 （ 1）增加并行口的驱动能力； （ 2）增加 I/O 口的逻辑控制功能； （ 3）有些单片机设置了一些特殊的串行接口功能，为构成分布式、网络化系统提供了方便条件。 4. 外围电路内装化 5. 低功耗化 具体功能 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 14 各引脚的功能 XTAL1： 片内 振荡器 反相放大器和时钟发生器的输入端 ； XTAL2： 片内 振荡器 反相放大 器的输出端 ； VCC：电源电压输入端 ； GND： 电源地； RST：复位输入端，高电平有效。 ； ALE/PROG： 地址锁存 允许 /编程 脉冲信号端。 PSEN： 外部 外部存储器 的选通信号，低电平有效。 EA/VPP： 外部 程序存储器 访问允许。 P0口： P0口为一个 8位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL门电流。 P1口： P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P1口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P2口： P2口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口。 P3口： P3口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O 口。 P3口还可提供第二功能。 具体功能如表 21所示。 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 15 表 21 P3口的第二功能 P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些 控制信号； I/O 口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。 读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口 锁存器 的内容读入到 内部总线 ，经过某种运算或变换后再写回到端口 锁存器。 只有读端口时才真正地把外部的数据读入到 内部总线。 89C51的 P0、P P P3口作为输入时都是 准双向口。 除了 P1口外 P0、 P P3口都还有其他的功能。 AT89S51 的极限参数： 操作温度： 0℃ to +70℃ 或 — 40℃ to +85℃ 储藏温度： — 65℃ to +150℃ EA/Vpp 脚相对于 Vss 的电压： 0V to +13V 其他任何脚相对于 Vss 的电压： — to + 每个 I/O 脚的最大 IOL： 15MA 功率损耗指器件表面的发热而非器件的功耗： 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 16 传感器的介绍 转速是指每分钟内旋转轴转动的圈数。 机械式转速仪和电模拟式测速仪已经无法满足自动化程序日益提高的需要，它们只能测量精度不高的转速，而且输出不能直接供计算机使用，因此，光电传感器和霍尔传感器等就越来越广泛地得到应用。 霍尔传感器的特点 霍耳效应： 1879年 . 霍尔发现，如果对位于磁场 (B)中的导体 (d)施加一个电压 (v)，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么则在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压 (UH)，人们将这个电压叫做霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应。 如图 23所示。 23 霍尔效应原理图 霍尔传感器是一种能实现磁电转换的传感器，用它们可以检测磁场及其变化。 霍尔传感器具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污 及盐雾等的污染或腐蚀。 霍尔开关器件具有无触点、输出波形清晰、无抖动、位置重复精度高等优点。 霍尔尔传感器，直流和交流电流都可以测量，普通电流互感器只能测量交流电流，普通电流互感器，使用时，二次侧不能开路，霍尔电流传感器可以开路。 霍尔电重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 17 流传感器输出电压与流过一次侧电流大小成正比 ,一次侧电流方向改变输出极性也改变，所以可以测量交流电和直流电，对波形也没有特别的要求。 适用频率范围也较宽。 一般应用在电子电路 ,如变频器上。 交流互感器只能够测量交流 ,而且频率必须是额定频率 ,如 50Hz 互感器测量 60Hz 误差比较大 ,输出信号不能够直接进电子检测电路。 总结优点： ：在工作温度区内精度优于 1%，该精度适合于任何波形的测量。 而普通互感器一般精度为 3%至 5%且适合 50Hz正弦波形。 ：响应时间小于 1μs 跟踪速度 di/dt 高于 50A/μs ，霍尔传感器模块这种优异的动态性能为提高现代控制系统的性能提供了关键的基础。 与此相比普通的互感器响应时间为 1012ms，它已不能适应工作控制系统发展的需要。 ：在 0100kHz频率范围内精度为 1%。 在 05kHz频率范围内精度为 %。 ：霍尔传感器模块为系统产品，电流测量可达 50KA，电压测量可达 6400V。 ：当原边电流超负荷，模块达到饱和，可自动保护，即使过载电流是额定值的 20倍时，模块也不会损坏。 此外，霍尔传感器还具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗电磁干扰能力强的优点。 这使得霍尔传感器在工业领域应用越来越多，市场空间逐步增大。 ：优于 %线 光电传感器的特点 光电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高的精度；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，如果采用调制光源或调制型发光器件，传感器还可具有抗外界杂光干扰能力；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、非接触检测距离远，随着激光技术的发展，使光电检测技术获得了新发展，能达到超远距离的测量；光电传感器易受环境雾尘，粉尘、油尘、水雾及杂光的影响。 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 18 传感器的选择 由此，知道光电传感器对周围的环境要求比较高，容易受到周围其他光源和空气清晰度还有粉尘的影响，降低了检测精度；同时做实验室利用电动机转速作为速 度检测操作复杂。 由于霍尔元件具有在静止状态下感受磁场的能力，且结构简单，形小体轻，频带宽 (可从直流到微波 )，动态特性好、动态范围大，寿命长和可进行非接触测量等优点，故在检测技术、自动控制技术和信息处理等方面得到日益广泛应用，所以本设计选择霍尔传感器。 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。 霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔于 1879年在研究金属的导电机构时发现的。 后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检 测技术及信息处理等方面。 霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。 通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。 存储模块的选择 此部分是整个系统的关键部分之一，它的工作情况直接决定了系统数据安全保存的可靠性。 EEPROM 是电可擦除可编程只读存储器。 在平常情况下， EEPROM 与 EPROM 一样是只读的，需要写入时，在指定的引脚加上一个高电压即可写入或擦除，而且其擦除的速度极快。 经过翻阅大量的文献资料，发现使用串行 EEPROM 芯片作为本系统 的外部存储器，是比较常用的一种方法，而且在做电路板时布线简单，单片机编程时也稳定可靠，当失电时数据能得以安全的保存，因而采用了串行 EEPROM 芯片 24C16。 本系统所用的 24C16 是美国 ATMEL 公司的低功耗 CMOS 串行 EEPROM，它是内含 2K 8 位存储空间，具有工作电压宽（ ）、擦写次数多（大于 10000 次）、写入速度快（小于 10ms）等特点。 24C16 的 3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。 在 AT89S51 试验开发板上它们都接地，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，数据通过这条重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 19 双向 I2C 总线串行传送，在 AT89S51 试验开发板上和单片机的 连接。 第 6 脚 SCL 为串行时钟输入线，在 AT89S51 试验开发板上和单片机的 连接。 SDA 和 SCL 都需要和正电源间各接一个 10K 的电阻上拉。 第 7 脚需要接地。 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。 为降低总的写入时间，一次操作可写入多达 8 个字节的数据。 显示模块 LED 数码管。