【正文】 1 目 錄 緒論 3 第 1 章 了解單片機 4 單片機的前景 與發(fā)展 4 單片機簡述 與 分類 5 第 2 章 信息監(jiān)測系統(tǒng)的組成及工作原 理 6 系統(tǒng)的組成 與工作原理 7 控制要求 9 第 3 章 信息監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計 10 80C51 單片機的簡介 11 復(fù)位電路及時鐘電路 10 鍵盤 電路 11 發(fā)射電路和 接收電路 13 顯示電路 15 第 4 章 信息監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計 16 初始化程序 16 主程序 16 中斷接收程序 16 信息碼發(fā)送程序 17 結(jié) 論 18 參考文獻 19 附錄 20 2 緒 論 本課題來源于生活實踐中，利用單片機在監(jiān)測儀中的應(yīng)用，主要用于車輛行駛狀態(tài)的檢測。 單片機 發(fā)展 極為迅速 ,當(dāng)前世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機 ,從8 位、 16位到 32 位等 ,但它們各具特色 ,互成互補 ,為單片機的應(yīng)用提供廣闊的天地。 以單片機為核心進行紅外遙控的汽車行駛監(jiān)測儀具有安全可靠，成本低、性價比高的優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。 例 如：汽車超車及轉(zhuǎn)彎是經(jīng)常容易出交通意外，特別是雨霧天氣，轉(zhuǎn)向及剎車指示燈能見度減小，使駕駛員不能及時了解前后車的行車意向。但有汽車行駛信息監(jiān)測儀，通過汽車間行駛信息紅外線自動接收發(fā)送電 路，能自動顯示前后車的轉(zhuǎn)向、剎車情況并用聲響提醒， 可 以提高汽車行駛的安全性，對駕駛員的人身安全有了更好的保障。 隨著 人均購買力的上升及 汽車 的增加，汽車安全 系統(tǒng)的 重要 性問題必將成為影響 人們選擇車輛購買的一大重要約束條件 ， 一個完善、安全、可靠的汽車行駛監(jiān)測儀必將成為車輛必不可少的一部分。同時，汽車行駛監(jiān)測儀的完善性、安全性、可靠性也將是汽車品牌之間競爭的另一大亮點。所以，可以 預(yù)測 汽車 行駛 監(jiān)測 儀 的 市場將興起 。在日常生活中，汽車超車及轉(zhuǎn)彎 ,特別是雨霧天氣 ,轉(zhuǎn)向及剎車指示燈能見度小 ,使駕駛員不能及時了解前后車的行車意向 時 ,經(jīng)常容易出現(xiàn)交通意外。本文介紹了一種簡易汽車行駛信息接收與發(fā)送器的設(shè)計 ,敘述了系統(tǒng)基本組成結(jié)構(gòu)，該設(shè)計能自動顯示前后車的轉(zhuǎn)向、剎車情況并用聲響提醒 ,對提高汽車行車安全具有一定的現(xiàn)實意義。 3 第一章 了解單片機 單 片 機的前景 與發(fā)展 知己知彼，方能百戰(zhàn)不殆；學(xué)習(xí)單片機，就需要了解單片機。特別是初次接觸單片機，準(zhǔn)備著手學(xué)習(xí)單片機的朋友，這是他們最關(guān)心的內(nèi)容之一。 在電子專業(yè)領(lǐng)域，單片機是必學(xué)科目，是所有電子專業(yè)的基礎(chǔ)課程，從中可以看出其重要性；在電子泛濫的今天，只要涉及電子線路的，可 以說都離不開單片機，或者說類似單片機的模塊，依然證明了單片機的價值所在。 很多關(guān)于單片機、嵌入式的消息與信息充斥在 IT 行業(yè)，前景有目共睹。相信你的眼光，相信你的選擇 —— 單片機，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的第一步。 1971 年 intel 公司研制出世界上第一個 4位的微處理器； Intel 公司的霍夫研制成功世界上第一塊 4位微處理器芯片 Intel 4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世，微處理器和微機時代從此開始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國《經(jīng)濟學(xué)家》雜志列為“二戰(zhàn)以來最有影響力的 7 位科學(xué)家”之一 。 1971 年 11 月， Intel 推出 MCS4微型計算機系統(tǒng)（包括 4001 ROM 芯片、 4002 RAM芯片、 4003 移位寄存器芯片和 4004 微處理器 ）其中 4004（下圖）包含 2300 個晶體管，尺寸規(guī)格為 3mm 4mm，計算性能遠遠超過當(dāng)年的 ENIAC，最初售價為 200 美元。 1972 年 4月，霍夫等人開發(fā)出第一個 8 位微處理器 Intel 8008。由于 8008 采用的是 P溝道 MOS 微處理器，因此仍屬第一代微處理器。 1973 年 intel 公司研制出 8 位的微處理器 8080； 1973 年 8 月，霍夫等人研制出 8位微處理器 Intel 8080，以 N 溝道 MOS 電路取代了 P 溝道，第二代微處理器就此誕生。 主頻 2MHz 的 8080 芯片運算速度比 8008 快 10 倍，可存取 64KB 存儲器，使用了基于6 微米技術(shù)的 6000 個晶體管，處理速度為 （ Million Instructions Per Second ）。 1975 年 4月， MITS 發(fā)布第一個通用型 Altair 8800，售價 375 美元，帶有 1KB 存儲器。這是世界上第一臺微型計算機。 1976 年 intel 公司研制出 MCS48系列 8位的單片機，這也是單片機的問世。 Zilog 公司于 1976 年 開發(fā)的 Z80 微處理器，廣泛用于微型計算機和工業(yè)自動控制設(shè)備。當(dāng)時， Zilog、 Motorola 和 Intel 在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。 4 20 世紀(jì) 80 年代初， Intel 公司在 MCS48系列單片機的基礎(chǔ)上，推出了 MCS51系列 8 位高檔單片機。 MCS51系列單片機無論是片內(nèi) RAM容量， I/O口功能，系統(tǒng)擴展方面都有了很大的提高。 單片機簡述 與分類 單片機，英文為： Signal Chip Microputer。單片微型計算機，就是單片機的全稱。與個人計算機相比，單片機很小，功能單一，但與之換來的是低 成本，低功耗。 在日常生活中，需要實現(xiàn)自動控制，我們并不需要一個像個人計算機的功能的機器，因為浪費，因為體積太大，功耗太高；此時單片機的低成本、低功耗和一定的功能即可滿足此類控制，并且可以批量定制的生產(chǎn)，并投入使用。 說的清晰點，單片機就是有著好多腳的集成芯片，通過特定程序控制這些引腳的電平的特定變化，從而起到自動控制的需求。例如下圖： 圖中是最簡單的控制，通過對 口的電平的變化，可以使得 LED 產(chǎn)生變化?？梢赃@樣設(shè)計，我們程序中設(shè)定每過一秒種閃爍一次，好比閃光燈一樣； 如果我們多加幾個燈，程序中，我們使得一個一個的亮，再一個一個的滅，這樣的跑馬燈，是不是很有意思?。? 倘若我們有成千上萬個 LED，看看周圍的顯示屏，是不是貌似就是這樣做出來的呢？答案是肯定的。 單片機指的是總線寬度為不超過 16 位的微型控制器， 32 位總線寬度的我們稱為微處理器；因此，此時，我們描述的是 16 位向下 的，主要描述 8 位單片機。 8 位單片機適合初學(xué)者。一方面， 8 位單片機的性能能夠滿足一般的控制要求，技術(shù)、資源較為成熟，已經(jīng)形成一個體系，初學(xué)者可以很容易獲取相關(guān)資料；另一方面，我們 5 計算機中，一個 byte 的數(shù)據(jù)時 8bit 組成的， 8 位單片機能夠使初學(xué)者更好的理解，容易接受。當(dāng)然，都是個人愚見。 單片機的分類其實就是不同芯片生產(chǎn)廠家之間的分類，其內(nèi)在的關(guān)系與區(qū)別這里就不論述，實力有限；對已單片機內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也不進行論述，相信那不是該文的重點。 第二章 信息監(jiān)測系統(tǒng)的組成及工作原理 系統(tǒng)的組成 與工作原理 本 系統(tǒng)電路主要有：單片機最小系統(tǒng)；發(fā)射 /接收裝置；左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車 、超車 指示等組成。 系統(tǒng)設(shè)計原理框圖 如圖 11所示 ： 圖 11 系統(tǒng)設(shè)計原理圖 基本系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)采用 12MHz 晶振時鐘頻率， 30pF 的瓷片補償電容，上電復(fù)位采用最簡單的 RC電路，片外存儲器選擇腳 (31腳 EA)接正電源。 見圖 22。 輸入系統(tǒng)接口電路 輸入接口電路有處理紅外線接收的紅外接收器及用于轉(zhuǎn)向、剎車信號輸入的電平轉(zhuǎn)換電路。紅外接收器采用通用遠紅外接收解調(diào)一體化成品，其器件為三 引腳結(jié)構(gòu)，安裝使用方便，其信號腳可直接接單片機 、 及中斷輸入端口。 用于接收后車的行駛信息信號， 用于接收前車的行駛信息信號 .電平轉(zhuǎn)換接口電路采用 9013 三極管。當(dāng)轉(zhuǎn)向開關(guān)或剎車開關(guān) 閉 合時，其 、 、 三端口相應(yīng)的電平變?yōu)榱恪? 6 為左轉(zhuǎn)彎輸入， 為右轉(zhuǎn)彎輸入， 為剎車。 見圖 23。 輸出電路 單片機從 ～ 輸出前后車的行駛信息提示信號 ， 其中 用于前車左轉(zhuǎn)彎指示及提醒 ， 用于前車右轉(zhuǎn)彎指示及提醒， 用于后車超 車指示 及 提醒， 用于前車剎車提示及提醒 。 當(dāng)某一輸出端口為低電平時，相應(yīng)的字符燈點亮并發(fā)出聲響提醒 .本車行駛信息的發(fā)送是從 (T1)輸出 ， 是一組調(diào)制頻率為 40kHz 的方波脈沖 (見圖 12)，通過三極管放大，由安裝在汽車前后位置的紅外線發(fā)射管發(fā)出。 圖 12 工作原理 編碼幀的格式 本系統(tǒng)采用脈沖個數(shù)編碼，分別代表左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車 3 種狀態(tài) ， 其中左轉(zhuǎn)彎為 2個脈沖，右轉(zhuǎn)彎為 5 個脈沖，剎車為 8 個脈沖。為了增加接收的可靠性 ， 第一位碼寬為 3ms，其 余為 1ms，數(shù)據(jù)幀間隔大于 10ms，如圖 13所示 ： 7 圖 13 紅外線接收器輸出的一幀數(shù)據(jù)的波形 數(shù)據(jù)幀的發(fā)送過程 當(dāng)單片機檢測到 ～ 端口為低電平時，先設(shè)置發(fā)送標(biāo)志，然后依次發(fā)送數(shù)據(jù)幀。發(fā)送數(shù)據(jù)時，中斷將被禁止。當(dāng)剎車（轉(zhuǎn)向）開關(guān)閉合時，數(shù)據(jù)幀將被重復(fù)連續(xù)地發(fā)射，直到開關(guān)松開為止。 數(shù)據(jù)幀的接收過程 當(dāng)紅外線接收器輸出數(shù)據(jù)幀脈沖時 ， 第一位碼的低電平將啟動中斷程序，實時接收數(shù)據(jù)幀。在數(shù)據(jù)幀接收時，中斷將被關(guān)斷，并且對第一（起始位）位碼的碼寬進行驗證。若第一位低電平碼 的脈寬小于 2ms，將作誤幀處理。當(dāng)間隔位的高電平脈寬大于 3ms 時，接收結(jié)束，然后根據(jù)累加器 A 中的脈沖個數(shù)，使相應(yīng)的輸出口（ ～ ）為低電平，驅(qū)動顯示 電路。 控制要求 接收 本系統(tǒng)的接收裝置采用的是紅外接收器 ， 采用通用遠紅外接收解調(diào)一體化成品，其器件為三引腳結(jié)構(gòu)，安裝使用方便，其信號腳可直接接單片機 、 及中斷輸入端口，汽車在行駛過程中進行轉(zhuǎn)向或剎車，并發(fā)射相應(yīng)的信號。 按鍵 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或剎車按鍵按下時，將其動作轉(zhuǎn)化為電信號輸入單片機。當(dāng)轉(zhuǎn)向開關(guān)或剎車開關(guān) 閉 合時，其 、 、 三端口相應(yīng)的電平變?yōu)榱恪? 為左轉(zhuǎn)彎輸入， 為右轉(zhuǎn)彎輸入， 為剎車。 發(fā)射 本系統(tǒng)的發(fā)射裝置采用的是紅外發(fā)射器，用來發(fā)射汽車行駛過程中轉(zhuǎn)向或剎車時發(fā)出的信號。本車轉(zhuǎn)彎或剎車時其動作經(jīng)按鍵轉(zhuǎn)化為電信號通過單片機，再轉(zhuǎn)化為其他信號通過單片機 T1 口發(fā)射出去，通知前后車，你車下一步的動作，讓別人做出相應(yīng)準(zhǔn)備。 8 顯示 在汽車行駛過程中，當(dāng)前車轉(zhuǎn)彎、剎車或后車超車時都能在本汽車上顯示，并發(fā)出相應(yīng)人性化語音進行提醒。 該監(jiān)測儀采用了單片語音錄放 電路 ISD400416 作為放音芯片。 ISD400416 芯片工作電壓為 ，單片錄放時間為 16 分鐘，最多可分 2400 段，音質(zhì)好，適用便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用 CMOS 技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存儲陣列。芯片設(shè)計是基于所有操作必須由單片機控制，操作命令可通過串行通信接口 SPI 送入；同時采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，每個采樣值直接存儲在片內(nèi)的閃爍存儲器中，因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量 化噪聲和 “ 金屬聲 ”； 采樣頻率為 ，片內(nèi)信息存于閃爍存儲器中 ， 可在斷電情況下保存 100 年 (典型值 )， 反復(fù)錄音 10萬次。在該檢測儀儀中，將語音報警內(nèi)容分為 64 段，在放音時可進行自由組合。 第 3 章 信息監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計 80C51 單片機的簡介 80C51 單片機屬于 Intel 公司 MCS51 系列單片機， MCS51 系列單片機最初是 HMOS制造工藝，其芯片根據(jù)片內(nèi) ROM 結(jié)構(gòu)可分為 80C31（片內(nèi)無 ROM）， 80C51（片內(nèi)有 4KB掩膜 BOM）， 8751（片內(nèi)有 4KB EPORM） ，統(tǒng)稱 51 系 列單片機。 80C51 芯片大大降低了功耗，并引入了低功耗管理模式，使低功耗具有可行信。 80C51 單片機一般采用雙列直插 DIP 封裝，共 40 個引腳（ 如圖 21） 。 40 引腳大致可分為 4類：電源、時鐘、控制和 I/O 引腳。 9 A a)引腳排列 b）邏輯符號 圖 21 80C51單片機 引腳圖 （ 1） 電源 :① VCC 芯片電源，接 +5V； ② VSS 接地端； （ 2） 時鐘 :XTAL XTAL2 晶體振蕩