【正文】 音、發(fā)光二極管點(diǎn)亮。 新型車速監(jiān)控裝置系統(tǒng)框圖如圖1：?jiǎn)纹瑱C(jī)STC89C51 系統(tǒng)供電模塊A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集顯示輸出模塊報(bào)警模塊圖（1）新型車速監(jiān)控裝置系統(tǒng)框圖 新型車速監(jiān)控裝置監(jiān)控方案 動(dòng)態(tài)車速檢測(cè)和動(dòng)態(tài)限速是新型車速監(jiān)控裝置的最重要部分之一，它是實(shí)現(xiàn)其他功能的基本條件，這一部分性能的好壞將關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能，所以設(shè)計(jì)一個(gè)成本低、可靠性高、測(cè)量精度高、安裝調(diào)試方便的車速檢測(cè)和限速系統(tǒng)是該設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)車速檢測(cè)方案本裝置中系統(tǒng)車速的檢測(cè)，用電壓值代替。不同的速度對(duì)應(yīng)不同大小的電壓。限速信號(hào)S(公里/小時(shí))由電壓信號(hào)U（伏特）模擬，且，如下表：限速S2030405060708090100110120130140電壓U所以實(shí)時(shí)變換的車速是人為設(shè)定的，只要在檢測(cè)端口給定某個(gè)電壓值，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸出給單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，通過(guò)查表得出此時(shí)電壓所對(duì)應(yīng)的速度，然后輸出到液晶顯示器上，即可顯示當(dāng)前車速。 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)限速方案 為了確保車速運(yùn)行在一個(gè)正常、安全的范圍之內(nèi)。該車速范圍是通過(guò)電壓選取的，不同的電壓對(duì)應(yīng)不同的速度，比如，若想選擇限速范圍為30~40km/h，可以通過(guò)輸入端口，該電壓值即對(duì)應(yīng)上述限速范圍，當(dāng)然前提是電壓值與限速范圍的表在程序中給定，當(dāng)輸入電壓時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸出給單片機(jī)，然后運(yùn)算處理檢測(cè)到是該電壓值，然后查表可知此時(shí)的限速范圍，判斷檢測(cè)到的車速與該限速范圍，如若該車速大于限速范圍的最大值，則系統(tǒng)將計(jì)算超出值大小，給出相應(yīng)的百分比（相當(dāng)于油門(mén)），超出越多，給的油門(mén)就會(huì)越小。3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)是集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)很多功能集成在一塊小芯片上，它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分組件：外部總線系統(tǒng)、內(nèi)存和CPU同時(shí)集成實(shí)時(shí)時(shí)鐘通訊接口、定時(shí)器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。單片機(jī)也稱作單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)，它是把中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、輸入/輸出端口（I/O）等主要計(jì)算機(jī)功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 單片機(jī)選型世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位到16位再到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有很多與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，相輔相成，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。STC89C51是一種高性能、低功耗8位微控制器。STC89C51使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單片機(jī)上，擁有8 位CPU 和在可編程可多次擦寫(xiě)Flash，使得STC89C51為很多單片機(jī)微型系統(tǒng)提供有效、靈活的解決方案。單片機(jī)系統(tǒng)如圖2所示：51系列單片機(jī)具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。特點(diǎn)和硬件資源有：l 增強(qiáng)型8051 單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。l 工作頻率：0～40MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz。l 通用I/O 口復(fù)位后為P0/P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉， P0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。l 不需要專用編程器和專用仿真器，可通過(guò)串口（RxD/，TxD/）快速下載用戶程序。l 用友3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。定時(shí)器T0、TT2，與傳統(tǒng)8051的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器兼容。l 外部中斷4 路，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。圖（2）單片機(jī)引腳圖 l 通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART。 單片機(jī)晶振電路和復(fù)位電路（1）晶振電路晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，給單片機(jī)提供工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。STC89C51內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器用于構(gòu)成振蕩器。單片機(jī)引腳X1和X2分別是輸入端和輸出端。電路如圖3所示，在X1和X2引腳上外接定時(shí)元件，單片機(jī)內(nèi)部振蕩器就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，給單片機(jī)提供工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路來(lái)形成振蕩電路?！?2MHz之間選擇，電容值可以在5～30pF之間選擇，電容值的大小對(duì)單片機(jī)工作頻率起到微調(diào)的作用。本系統(tǒng)采用了12 MHZ的晶振。圖（3） 單片機(jī)時(shí)鐘原理圖（2）復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能使單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化功能之外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或者操作錯(cuò)誤導(dǎo)致系統(tǒng)處于死機(jī)狀態(tài)時(shí)，需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。本系統(tǒng)采用通用硬件復(fù)位方式，RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。STC89C51復(fù)位高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。若使用頗率為12MHz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過(guò)2us才能完成復(fù)位操作。其電路如圖4所示：圖（4） 單片機(jī)復(fù)位原理圖電容的作用就是緩沖使RST端保持高電平一段時(shí)間，以達(dá)到有效復(fù)位，電容越大，保持的時(shí)間就越久。單片機(jī)的復(fù)位需要至少持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平的時(shí)間，所以在剛開(kāi)始上電的時(shí)候圖4中的電容C45 充電，所以在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上會(huì)出現(xiàn)大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平，使單片機(jī)復(fù)位。在排針上插上跳帽可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)的復(fù)位清零。 數(shù)據(jù)采樣電路分別需檢測(cè)三種電壓值，分別是ADIN0（正電壓）、ADIN1（負(fù)電壓）和ADIN2（限速范圍對(duì)應(yīng)的電壓值）。其中正電壓ADIN0和ADIN2可直接通過(guò)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的八位二進(jìn)制數(shù)輸出給單片機(jī)，如+5V電壓對(duì)應(yīng)的ADOUT（8~1）=1111 1111。+4V對(duì)應(yīng)的則為4255247。5=204=1100 1100，如果+xV代入公式255x/5=51x化為對(duì)應(yīng)的八位二進(jìn)制數(shù)由ADOUT（8~1）輸出給單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算。而ADIN1（負(fù)電壓）則需先通過(guò)由OP07構(gòu)成的反相器將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換為絕對(duì)值輸出給ADC0809端的ADIN1(2)，然后繼續(xù)重復(fù)正電壓輸入的相同步驟。即可完成對(duì)數(shù)據(jù)的采樣工作。圖（5）數(shù)據(jù)采樣模塊圖 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換 本實(shí)驗(yàn)中選用的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為ADC0809，它是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。主要特性如下：1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130μs（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）4）單個(gè)+5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為40～+85攝氏度7）低功耗，約15mW。內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。外部特性（引腳功能） ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖（6）所示： 圖（6）ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖下面說(shuō)明各引腳功能。216。 IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。216。 21～28：8位數(shù)字量輸出端。216。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路216。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。216。 START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。216。 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。216。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。216。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。216。 REF（+）、REF（）：基準(zhǔn)電壓。216。 VCC：電源，單一+5V。216。 GND：地。工作過(guò)程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。工作 時(shí)序圖如圖7。 圖（7）ADC0809工作時(shí)序圖 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。（1）定時(shí)傳送方式 對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μs，相當(dāng)于6MHz的MCS51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（2）查詢方式 A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（3）中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過(guò)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。 OP07反相電路 OP07反相電路是用來(lái)將輸入的負(fù)值轉(zhuǎn)換為該值的絕對(duì)值輸出，即該值的正數(shù)形式。輸出電壓ADIN1（2）和輸入電壓ADIN1是反相比例運(yùn)算關(guān)系，比例系數(shù)為上方電阻/左邊電阻的負(fù)數(shù)，負(fù)號(hào)表示兩電壓反相，當(dāng)所選電路如圖都為2K時(shí)，該電路即為反相器。如左圖所示，本電路選用OP07作為運(yùn)放。 OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性（雙電源供電）運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于OP07A最大為25μV），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為177。2nA）和開(kāi)環(huán)增益高（對(duì)于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。 特點(diǎn)：超低偏移： 150μV最大。 低輸入偏置電流： 。低失調(diào)電壓漂移： ℃ 。 超穩(wěn)定，時(shí)間： 2μV/month最大高電源電壓范圍： 177。3V至177。22VOP07芯片引腳功能說(shuō)明： 1和8為偏置平衡(調(diào)零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳 6為輸出，7接電源。 系統(tǒng)供電模塊 系統(tǒng)所需的電壓為+5V，選用7805穩(wěn)壓芯片來(lái)輸出+5V電壓。兩邊的電容起濾波作用，使得輸出的+5V穩(wěn)定。用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909表示輸出電壓為負(fù)9V。如圖8所示：圖（8）系統(tǒng)穩(wěn)壓電源電路圖 顯示輸出模塊 LED輸出電路用來(lái)顯示車速大小，車速越快則圓形擺放的8只LED依次點(diǎn)亮的越快。車輛前進(jìn)，LED順時(shí)針點(diǎn)亮；后退時(shí)，LED逆時(shí)針點(diǎn)亮。LCD輸出電路用來(lái)實(shí)時(shí)顯示車速及限速范圍。 LED發(fā)光二極管輸出電路 由單片機(jī)輸出的三路信號(hào)經(jīng)由74LS138可擴(kuò)展為8位輸出，由于74LS138承受不住LED上的電流，需要加入74HC245驅(qū)動(dòng)負(fù)載來(lái)提高138的承受能力。8個(gè)LED發(fā)光二極管通過(guò)330Ω并聯(lián)在一起，通過(guò)5v電壓可保證每個(gè)LED都能正常工作。如右圖所示：1. 74LS138的功能 74LS138 為3 線－8 線譯碼器u A0~A2：地址輸入端u STA（E1）：選通端u /STB（/E2）、/STC（/E3）：選通端（低電平有效）u /Y0~/Y7：輸出端（低電平有效）u VCC：電源正 GND：接地工作原理①當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端（(/E2))和/(E3)）為低電平時(shí)，可將地址端（A0、AA2）的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：A2A1A0=110時(shí)