【正文】 現(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)為汽車電子儀表的多樣性、個性化設(shè)計大開方便之門。 信息化，網(wǎng)絡(luò)化。汽車電子控制裝置的增多，使得連接汽車電子控制裝置之間的導(dǎo)線也變得更為復(fù)雜。為了減少布線的數(shù)量，解決眾多控制裝置和電子儀表之間數(shù)據(jù)交換問題，車載電子裝置間的數(shù)據(jù)通信變得越來越為重要。為此，需要一種既造價低廉，又能經(jīng)受惡劣工作環(huán)境的通訊系統(tǒng)。用這樣的系統(tǒng)控制裝置或儀表，可以通過網(wǎng)絡(luò)和其他裝置使數(shù)據(jù)交換變得非常簡單。汽車信息系統(tǒng)以清晰、準(zhǔn)確、及時反映汽車行駛時 各項信息為目的，不限于信息的顯示，還能進(jìn)行故障自診斷，且能全面反映汽車的工作狀況及各種通信聯(lián)絡(luò)信息，使駕駛室朝著自動、智能的方向發(fā)展。 汽車電子儀表作為信息處理和顯示的系統(tǒng)，隨著半導(dǎo)體器件集成度的進(jìn)一步提高，電子技術(shù)和電子板制造工藝的改進(jìn)，汽車電子儀表將向著多功能、更高的智能化的方向發(fā)展。汽車技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的聯(lián)姻，使汽車技術(shù)得到了快速發(fā)展。汽車儀表的電子數(shù)字化，也必將促進(jìn)汽車儀表向高新技術(shù)領(lǐng)域迅速發(fā)展。種類繁多、性能卓越的電子數(shù)字儀表，會把我們的汽車裝點得更現(xiàn)代，更漂亮。 8 第二章 方案 論證 單片機(jī)的選擇 20 世紀(jì) 80 年代以來，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速，就通用單片機(jī)而言，世界上一些著名的計算機(jī)廠家已投放市場的產(chǎn)品就有 50 多個系列，數(shù)百個品種。目前世界上較為著名的 8 位單片機(jī)的生產(chǎn)廠家和主要機(jī)型如下： 美國 Intel 公司： MCS— 51 系列及其增強(qiáng)型系列 美國 Motorola 公司： 6801 系列和 6805 系列 美國 Atmel 公司： 89C51 等單片機(jī) 美國 Zilog 公司： Z8 系列及 SUPER8 美國 Fairchild 公司： F8 系列和 3870 系列 美國 Rockwell 公司： 6500/1 系列 美國 TI（德克薩司儀器儀表）公司： TMS7000 系列 NS（美國國家半導(dǎo)體）公司： NS8070 系列 等等。 盡管單片機(jī)的品種很多，但是在我國使用最多的還是 Intel 公司的 MCS— 51 系列單片機(jī)和美國 Atmel 公司的 89C51 單片機(jī) MCS— 51 系列單片機(jī)包括三個基本型 803 805 8751 8031 內(nèi)部包括一個 8 位 CPU、 128 個字節(jié) RAM， 21 個特殊功能寄存器（ SFR）、4 個 8 位并行 I/O 口、 1 個全雙工串行口、 2 個 16 位定時器 /計數(shù)器，但片內(nèi)無程序存儲器，需外擴(kuò) EPROM 芯片。比較麻煩，不予采用 8051 是在 8031 的基礎(chǔ)上，片內(nèi)集成有 4K ROM，作為程序存儲器，是一個程序不超過 4K 字節(jié)的小系統(tǒng)。 ROM 內(nèi)的程序是公司制作芯片時，代為用戶燒制的，出廠的 8051 都是含有特殊用途的單片機(jī)。所以 8051 適合與應(yīng)用在程序已定，且批量大的單片機(jī)產(chǎn)品中。也不予采用。 8751 是在 8031 基礎(chǔ)上，增加了 4K 字節(jié)的 EPROM，它構(gòu)成了一個程序小于 4KB的小系統(tǒng)。用戶可以將程序固化在 EPROM 中，可以反復(fù)修改程序。但其價格相對8031 較貴。 8031 外擴(kuò)一片 4KB EPROM 的就相當(dāng) 于 8751，它的最大優(yōu)點是價格低。隨著 大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)的外圍接口電路也可以是大規(guī)模的。也不予采用。 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ ROM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 9 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元。功能強(qiáng)大 AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。此設(shè)計就采用AT89C51。 測速傳感器的選擇 方案一、使用光敏電阻對里程進(jìn)行測量。將光敏電阻安裝在自行車前叉的一側(cè)，在同等高度的另一側(cè)裝上高亮度的發(fā)光二極管。在同等高度的輻條上貼上一圈黑色材料，并在黑色材料上打上等間距的小孔，這樣當(dāng)小孔經(jīng)過光敏電阻時，光敏電阻根據(jù)光電流的變化發(fā)出脈沖，從而測量出速度。 方案二、利用編碼器對車輪的圈數(shù)進(jìn)行測量。將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在車軸上，這樣每當(dāng)車輪轉(zhuǎn)過一定的距離編碼器就會發(fā)出一個脈沖。利用脈沖數(shù)對速度進(jìn)行測量。 方案三、利用霍爾型非接觸式轉(zhuǎn)速傳感器對里程進(jìn)行測量。將霍爾元件安 裝在車前叉的一側(cè)，在輪圈側(cè)面貼一個磁片。當(dāng)磁片經(jīng)過霍爾元件時，霍爾元件輸出端的電壓發(fā)生變化產(chǎn)生脈沖，單片機(jī)根據(jù)脈沖數(shù)計算速度。 方案四、利用干簧管型傳感器測量里程。將干簧管安裝在車子前叉的一側(cè)，在輪圈側(cè)面貼一個磁片。當(dāng)磁片經(jīng)過干簧管時，干簧管輸出端的電壓發(fā)生變化產(chǎn)生脈沖，單片機(jī)根據(jù)脈沖數(shù)來計算速度。 光敏電阻對光特別敏感，當(dāng)白天行駛時，外界光源將導(dǎo)致光敏電阻發(fā)出錯誤信號；光敏電阻對環(huán)境的要求相當(dāng)高，如果光敏電阻或發(fā)光二極管被泥沙或灰塵所覆蓋，光敏電阻就不能再進(jìn)行準(zhǔn)確測量；在霧天和雨天光敏電阻的測量的效果也 不好。而編碼器必須安裝在車軸上，安裝較為復(fù)雜，這樣就會給用戶帶來很多不便?；魻栐蚋苫晒懿坏皇芴鞖獾挠绊?，即使被泥沙或灰塵覆蓋對測量也不會有影響。而且安裝方便，不受光線、泥水等因素影響的優(yōu)點。由于干簧管屬于金屬觸片接觸型開關(guān)，其存在防振動、抖動性能差造成計數(shù)準(zhǔn)確性不高和響應(yīng)速度慢等缺點。故本設(shè)計采用方案三。 霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關(guān)信號采集的有CS30 CS3040 等，這種傳感器是一個 3 端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（ OC）門輸出，工作電 壓范圍寬，使用非常方便。如圖 1 所示是 CS3020的外形圖，將有字面對準(zhǔn)自己，三根引腳從左向右分別是 Vcc，地，輸出。 10 圖 1 CS3020 外形圖 使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。 這種傳感 器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛 。本設(shè)計就是采用的這種CS3020 霍爾傳感器。 LED 顯示電路選擇 LED 顯示器是由 N 個 LED 顯示塊拼接成 N 位 LED 顯示器。 N 個 LED 顯示塊有N 跟位選線，根據(jù)顯示方式的不同，位選線和段選線的連接方法也各不相同，段選線控制顯示字符的字型，而位選線為各個 LED 顯示塊的公共端，它控制該 LED 顯示位的亮、暗。 LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。 LED 靜態(tài)顯示方式 LED 顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或 +5V）；每位的段選線（ a~dp）分別與一個 8 位的鎖存器輸出相連。所以稱為靜態(tài)顯示。各個 LED 的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個字符為止。也正因此如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。這種顯示方式接口編程容易。付出的代價是占用口線較多，若用 I/O 接口，則要占用 4 個 8 位 I/O 口，若用鎖存器接口，則要用 4 片 74LS373 芯片。如果顯示器位數(shù)增多，則靜態(tài)顯示方式更是無法適應(yīng)，因此在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動態(tài)顯示方式。 LED 動態(tài)顯示方式 在多位 LED 顯示時，為了簡化硬 件電路，通常將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，有一個 8 位 I/O 口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陽極或共陰極分別由相應(yīng)的 I/O 線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。其中段選線占用一個 8 位 I/O 口，而位選線占用一個 4 位 I/O 口。由于各位的段選線并聯(lián)，段碼的輸出對各位來說都是相同的，因此，同一時刻，如果各位位選線都處于選通狀態(tài)的話， 4 位 LED 將顯示相同的字符。若要各位 LED 能夠顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時刻，只讓某一位的位選線狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)， 11 同時，段選線上輸出 相應(yīng)位要顯示字節(jié)的段碼。在確定 LED 不同位顯示的時間間隔，不能太短，因為發(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的延時，導(dǎo)通時間太短，發(fā)光太弱人眼無法看清。但也不能太長，因為畢竟要受限于臨界閃爍頻率，而且此時間越長，占用 CPU時間也越多，另外，顯示位增多，也將占用大量的 CPU時間，因此動態(tài)顯示實質(zhì)是一犧牲 CPU時間來換取元件的減少。 所以，由于本系統(tǒng)涉及到 6 位顯示輸出，就采用了 LED 動 態(tài)顯示方式。 鍵盤輸入電路 矩陣式鍵盤接口 ： 矩陣式鍵盤（也稱行列式鍵盤）適用于按鍵數(shù)目較多的場合，它由行線和 列線組成，按鍵位于行列的交點上。一個 3 3 的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個有 9 個按鍵的鍵盤。同理，一個 4 4 的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個 16 鍵的鍵盤，很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場合，矩陣式鍵盤與獨立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的 I/O 口線。按鍵設(shè)置在行列線交點上，行列線分別接到按鍵開關(guān)兩端。行線通過上拉電阻接到 +5V上。平時無按鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由于此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平如果為低電平，則行線電平為低電平，列線電平如果為高電平，則行線電平為高電平。這是識別矩陣鍵盤按鍵是否按下的 關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤中行列線為多鍵公用，各按鍵均影響該鍵所在行列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行列信號配合起來比做適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。 獨立式按鍵接口 ： 獨立式按鍵就是各按鍵相互獨立，每個按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵按下了。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。但每個按鍵需要占用一個輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用 于按鍵較少或操作速度較高的場合。 由于此系統(tǒng)中只有 0~9 的十個數(shù)字鍵，比較多。所以就采用矩陣式鍵盤接口電路。 12 第三章 車速檢測主電路 主電路核心器件介紹 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ ROM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元 。功能強(qiáng)大 AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89C51 主要性能參數(shù) （ 1）與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 （ 2） 4K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 （ 3） 1000 次擦寫周期 （ 4）全靜態(tài)操作： 0Hz24MHz （ 5）三級加密程序存儲器 （ 6） 128 8字節(jié)內(nèi)部 RAM （ 7） 32 個可編程 I/O 口線 （ 8） 2個 16位定時 /計數(shù)器 （ 9） 6個中斷源 （ 10）可編程串行 UART 通道 （ 11） 低功率空閑和掉電模式 AT89C51 功能特性概述 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個 I/0 口線，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C51 可將至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止 13 工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 Vcc：電源電壓 GND：地 P0口 ： P0 口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口 。 作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“