【正文】 處理 轉(zhuǎn)速、車速兩路頻率信號通過限幅、濾波，再經(jīng)過施密特觸發(fā)器整形變成符合要求的脈沖信號送CPU計數(shù)器:水溫、燃油量信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)限幅濾波送入A/D轉(zhuǎn)換器，得到數(shù)字量再送CPU.（單片機(jī)系統(tǒng)供電模塊、單片機(jī)電源模塊） 系統(tǒng)的電路由于有模擬電路和數(shù)字電路兩部分，電源的要求也會不同。通常模擬電路的電源為+，經(jīng)過一般穩(wěn)壓即可。數(shù)字電路的電源則不同，一般電路為+9V，可以用集成穩(wěn)壓電源實現(xiàn)，CPU則為+5V，而且要求相當(dāng)嚴(yán)格，可以采用開關(guān)穩(wěn)壓電源實現(xiàn)，尤其是脈寬調(diào)制型開關(guān)穩(wěn)壓器件組成開關(guān)的開關(guān)電源，具有體積小效率高、外圍元件少、應(yīng)用簡單、輸出電壓可調(diào)、誤差小、輸出電流大、轉(zhuǎn)換速率快、保護(hù)功能強(qiáng)等特點(diǎn)，特別適合于給單片機(jī)供電。 除了對電源電壓的大小有要求外，還要考慮電源對系統(tǒng)硬件的干擾。在單片機(jī)儀表系統(tǒng)中，危害最嚴(yán)重的是來自電源的噪聲干擾，而電源內(nèi)阻是引起電源干擾噪聲的主要原因，如果沒有這種電阻，任何噪聲都會被電源短路，在線路中不會建立任何干擾電壓，但事實上，電源內(nèi)阻不可能不存在。電源噪聲主要來源于一些大功率設(shè)備的使用及電源本身的配置的不合理性。單片機(jī)數(shù)據(jù)采集的電源干擾主要原因是因過壓、欠壓或尖峰電壓的出現(xiàn)引發(fā)。過壓與欠壓的危害是顯而易見的，它會使系統(tǒng)的直流工作電壓偏離允許范圍，而處于非正常工作狀態(tài)。而對于尖峰電壓，由于它持續(xù)時間很短，一般不會毀壞系統(tǒng)，但單片機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行破壞性很大。解決以上問題的辦法是使用具有噪聲抑制能力的交流電源調(diào)節(jié)器或穩(wěn)壓器。對于抗干擾的問題，本文在后面的章節(jié)中還會詳細(xì)介紹。 單片機(jī)模塊 單片機(jī)模塊是整個系統(tǒng)的核心，完成以下功能:輸入數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換并驅(qū)動表頭、驅(qū)動液晶顯示里程、按鍵處理、系統(tǒng)標(biāo)定等所有功能。根據(jù)系統(tǒng)的要求和現(xiàn)實的考慮，選用宏晶公司生產(chǎn)的STC 12C5410通用單片機(jī)。 STC 12C5410單片機(jī)簡介 STC 12C5410是由宏晶公司生產(chǎn)的和Atmel公司生產(chǎn)的AT89C52性能相當(dāng)?shù)囊环N8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROMFalsbProgrammable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOSS位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，它是一種高效微控制器，為很多嵌式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。和Intel公司的MCS51系列單片機(jī)相兼容，是廣泛應(yīng)用的單片機(jī)之一。STC 12C5410芯片圖： STC 12C5410芯片圖 LED顯示模塊 由單片機(jī)直接控制LED數(shù)碼管顯示車速和溫度。 LED數(shù)碼顯示管原理簡介： 發(fā)光二極管LED在工作的時候只有兩種狀態(tài),或者熄滅或者點(diǎn)亮,相應(yīng)的一個點(diǎn)或一條被點(diǎn)亮,。靜態(tài)顯示是各個LED管腳能穩(wěn)定的顯示字符。動態(tài)顯示是指各LED輪流一次一次的顯示各自字符,其實每次只有一個數(shù)碼管在顯示,但是由于人視覺的惰性,而動態(tài)顯示則需要很少的端口就能實現(xiàn)。動態(tài)顯示是一位一位的輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管,由一個8為的I/O口控制。各位的位選線有另外的I/,要使其穩(wěn)定顯示必須采取動態(tài)掃描方式,即在每一時刻只選通一位數(shù)碼管,并送出相應(yīng)的段碼,在另一時刻選通另外的一位數(shù)碼管,并送出相應(yīng)的碼段。 ，CS1，CS2，CS3三個引腳為片選，而A到DP為八段顯示。而3個三極管是起到擴(kuò)流作用，分別向?qū)?yīng)三個數(shù)碼管提供充足電流，圖上使用的為三位一體的共陰數(shù)碼管。而CS1B，CS2B，起到片選作用。. 串口通信模塊 單片機(jī)的串口通信模塊主要是用于擴(kuò)展單片機(jī)的功能，使其功能更加強(qiáng)大，操作更加方便，在有串口通信模塊的情況下，可以實現(xiàn)在電腦上直接對整個系統(tǒng)進(jìn)行操作，如監(jiān)控該系統(tǒng)，直接獲取相關(guān)信息到電腦上，如車速，溫度；也可以在計算上直接對該系統(tǒng)單片機(jī)進(jìn)行讀寫控制，如可以直接寫入本設(shè)計需要的程序，直接控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，直接控制與測溫相關(guān)的溫度調(diào)節(jié)。串口通信模塊最主要的功能是用于后續(xù)功能擴(kuò)展，以使單片機(jī)具備更多的功能。 盡管此次設(shè)計中沒有用到這個串口通信模塊，但有了此模塊后，本單片機(jī)系統(tǒng)在以后的功能擴(kuò)展上將具備更多的便利，如和溫度監(jiān)控系統(tǒng)，汽車超速報警監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行連接，以實現(xiàn)更多的功能。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 采用STC 12C5410單片機(jī)，實現(xiàn)單片機(jī)模塊各項功能。 單片機(jī)模塊單片機(jī)模塊管腳連接簡介：1. 對從測溫傳感器和測速傳感器兩個信號輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。2. 驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動表頭，使儀表能指示車速。A0,B0,C0,D04個管腳連接的是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊芯片ST188,用于單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)。3. 將從測溫傳感器和測速傳感器兩個信號中獲得的數(shù)據(jù)處理后，直接驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示管，分別顯示水溫和車速。a,b,c,..dp這8個管腳用于連接4個LED數(shù)碼管，CS1,CS2,CS3,CS4，這4個管腳為片選管腳，用于根據(jù)程序選擇4個LED數(shù)碼管中其中一個數(shù)碼管點(diǎn)亮。4. ~（用于選擇測速或測溫），以及系統(tǒng)復(fù)位鍵。 采用DS18B20溫度傳感器，實現(xiàn)測溫模塊各項功能。DS18B20的性能特點(diǎn)：DS18B20溫度傳感器是美國Dallas半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)可歸納如下：1. 獨(dú)特的單線接口僅需要一個端口進(jìn)行通信。2. 多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的3線上，實現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能3. 無需外部器件4. 可通過數(shù)據(jù)線供電，5. 零待機(jī)功耗6. 溫度以9或12位數(shù)字量7. 用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置8. 報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件。9. 負(fù)電壓特性，電源極性相反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作。 采用ST188芯片來實現(xiàn)測速模塊的各項功能。ST188芯片特點(diǎn)：1. 采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。2. 檢測距離可調(diào)整范圍大，413mm可用。3. 采用非接觸檢測方式。 應(yīng)用范圍：1. IC卡電度表脈沖采樣2. 集中抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集3. 傳真機(jī)紙張檢測 ST188芯片光電特性表 采用4個LED數(shù)碼管來實現(xiàn)顯示模塊的各項功能。 顯示模塊該模塊由單片機(jī)直接控制,顯示水溫。 采用ULN2803A芯片來實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制模塊各項功能。 步進(jìn)電機(jī)控制模塊 東芝ULN2803芯片系列是高電壓，高電流達(dá)林頓驅(qū)動芯片，由8對NPN達(dá)林頓管腳組成。可應(yīng)用于繼電器，燈，顯示器（LED)驅(qū)動。東芝ULN2803芯片特性：1. 輸出電流（單輸出）500mA(最大）2. 持續(xù)高電壓輸出 50V（Min)3. 輸出箝位二極管4. 輸入兼容各類型電平5. 封裝AP型號：DIP18pin6. 封裝AFW型號：SOL18pin特性表：特性符號范圍單位輸出持續(xù)高電壓VCE(SUS)－V輸出電流 Iout500mA輸入電壓Vin－V箝位二極管反相電壓VR50V箝位二極管前向電壓IF500mA電能消耗PDW工作溫度Topr－4085176。C存儲溫度Tstg－55150176。C 采用MAX232A來實現(xiàn)串口通信模塊各功能，用以向單片機(jī)寫入程序。MAX232A芯片簡介： MAX232A系列芯片為MAXIM公司推出的驅(qū)動器/接收器,?專為EIA/，尤其是為無法提供＋－12V的電源的應(yīng)用。 這些芯片特別適合電池供電的系統(tǒng)，這是由于其低功耗關(guān)斷模式可以將功耗減小到5μW以內(nèi)。應(yīng)用于：便攜式計算機(jī)，低功耗調(diào)制解調(diào)器?、單片機(jī)系統(tǒng)電源模塊 采用U3LM芯片實現(xiàn)單片機(jī)供電系統(tǒng)模塊各項功能，用以向單片機(jī)中各其它模塊提供電源。 采用MC7805T來實現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)電源模塊各項功能，用以向單片機(jī)芯片提供電源。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 本系統(tǒng)的軟件功能主要是完成數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)換、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動、數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)的顯示、系統(tǒng)的復(fù)位等等，它包含主程序和若干個子程序。如何使電機(jī)平滑地轉(zhuǎn)動(尤其是在車速和轉(zhuǎn)速較高時)是設(shè)計重點(diǎn)。要保證這一點(diǎn)，需要做好兩方面的工作:一是信號的采樣頻率的選定。二是表頭驅(qū)動程序的合理設(shè)計。在編程過程中采用模塊化的編程技術(shù)，對所有項目分模塊進(jìn)行編程。 根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)分析，程序分為系統(tǒng)初始化、中斷處理、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、車速轉(zhuǎn)速測量、水溫測量、串行通信、顯示等模塊。1. 初始化模塊。初始化模塊用于系統(tǒng)程序運(yùn)行之前完成系統(tǒng)功能參數(shù)的初始化。2. 中斷處理模塊。獲取程序所需的各種參數(shù)。3. 車速里程測量模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成車速里程的計算、轉(zhuǎn)換、存儲。4. 轉(zhuǎn)速測量模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成轉(zhuǎn)速的計算、轉(zhuǎn)換。5. 水溫測量模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成燃油水溫的計算、轉(zhuǎn)換。6. 串行通信模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成數(shù)據(jù)段的發(fā)送。 現(xiàn)在單片機(jī)的編程語言主要有三種:匯編語言、C語言和PLM語言。其中C語言和PLM語言屬于高級語言，它們的優(yōu)點(diǎn)是本身具有豐富的庫函數(shù)和數(shù)據(jù)類型封裝，程序編制簡單，可讀性強(qiáng)，缺點(diǎn)是程序生成機(jī)器代碼的效率低。匯編語言則相反。本系統(tǒng)既對機(jī)器代碼的效率有較高的要求，又對數(shù)據(jù)的計算和處理要求也較高。因此，系統(tǒng)軟件程序采用匯編語言和C語言混編的形式編程。 系統(tǒng)的軟件是由一個主程序和若干子程序構(gòu)成，主程序的主要功能是設(shè)定程序執(zhí)行過程中用到的相關(guān)變量，分配寄存器，對所需要的參數(shù)進(jìn)行初始化，然后按照要求在恰當(dāng)?shù)臅r間調(diào)用相應(yīng)的處理模塊和子程序，來對系統(tǒng)進(jìn)行處理。主程序具體簡述如下:1. 定義系統(tǒng)運(yùn)行過程中所需的變量。2. 分配硬件系統(tǒng)所提供的相關(guān)資源，如寄存器、ROM以及中斷資源和堆棧:3. 完成系統(tǒng)的自檢。4. 在程序的運(yùn)行過程中，按要求依次完成對系統(tǒng)各模塊的調(diào)用，并將結(jié)果提供給用戶。5. 在各模塊的調(diào)用過程中，實現(xiàn)調(diào)用過程的現(xiàn)場保護(hù)，以確保程序正確執(zhí)行。保存系統(tǒng)運(yùn)行過程中的必要參數(shù)。圖 。開始顯示時間測速到10秒？步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)過一定角度LED顯示轉(zhuǎn)速 主程序流程圖 在進(jìn)行表頭驅(qū)動程序的設(shè)計時，要使表頭指針能夠平滑無抖動地轉(zhuǎn)動，關(guān)鍵是要做到信號采樣頻率的選定和表頭驅(qū)動程序的合理設(shè)計這兩點(diǎn)。 由于步進(jìn)電機(jī)在工作時要保持步距角恒定，如果采集頻率選擇不當(dāng)?shù)脑?，將會引起儀表指針的抖動，為使指針能夠平滑地轉(zhuǎn)動，選擇恰當(dāng)?shù)牟杉l率是非常重要