【正文】 目 錄 摘要 ??????????????????????????????? ?? ? 2 1 引言 ??????????????????????????????? ?? 3 2 方案設(shè)計(jì) ??????????????????????????????? 4 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方案論證 ????????????????????????? 4 第一方案 ?????????????????????????? 4 第二方案 ??????????????????????????? 4 第二方案 的 總體設(shè)計(jì)框圖 ????????????????????? 4 3 系統(tǒng)硬件部分 ????????????????????????????? 5 主控芯片 ????????????????????????????? 5 濾波電路及 LM324 芯片 ??????????????????????? 7 顯示設(shè)備 ??????????????????????????????? 8 控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)???????????????????????????? 9 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)??????????????? ??????????????? 10 設(shè)計(jì)思路????????????????????????????? 10 程序流程圖???????????????????????????? 10 5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試????????????????????????????? 12 Proteus 仿真軟件????????????????????????? 12 仿真圖建立???????????????????????????? 12 仿真調(diào)試結(jié)果???????????????????????? ??? 14 結(jié)論 ?????????????????????????????????? 18 致謝 ?????????????????????????????????? 19 參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? 20 附錄 A 原理圖 ?????????????????????????????? 21 附錄 B 程序編譯圖 ???????????????????????????? 22 附錄 C 仿真圖 ?????????????????????????????? 23 附錄 D 程序 代碼 ????????????????????????????? 25 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 電控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及仿真 1 摘 要 現(xiàn)在汽車的安全性很重要，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高低也在安全的范圍之列。 本文介紹用 AT89C52單片機(jī)設(shè)計(jì) 制作發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電控系統(tǒng) ,僅需 AT89C52最小系統(tǒng) ,外接一個(gè) LCD160濾波電路和作為控制機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī) 。 這樣就能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)并相應(yīng)控制電機(jī)運(yùn)作，并將轉(zhuǎn)速顯示在 LCD1602 上。 關(guān)鍵詞： 轉(zhuǎn)速 單片機(jī) 顯示 控制 LCD1602 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 電控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及仿真 2 1 引 言 問題的提出 目前汽車上轉(zhuǎn)速表顯示過于復(fù)雜，并且處于安全的 考慮，要用單片機(jī)知識(shí)及常見的元器件搭建出能檢測(cè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)或者其它裝置的轉(zhuǎn)速，并相應(yīng)的進(jìn)行控制將其顯示在監(jiān)視員的視野之內(nèi)，這樣將減少因發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而造成的人身危害。 任務(wù)與分析 本文是應(yīng)用 MCS51單片機(jī)原理和控制理論設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)并 控制的硬件電路，利用 C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。通過 檢測(cè) 單片機(jī) 的外部中斷觸發(fā)信號(hào)來啟動(dòng) 內(nèi)部的定時(shí)器 定時(shí)兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間 ， 所得時(shí)間在程序中進(jìn)行加權(quán)濾波、轉(zhuǎn)換，最后將轉(zhuǎn)速在 LCD 上顯示，以此提醒駕駛?cè)藛T注意發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 電控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及仿真 3 2 方案設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證 第一方案 本設(shè)計(jì)程序采用定時(shí)計(jì)數(shù)器 0定時(shí)一段時(shí)間，在此段時(shí)間內(nèi)設(shè)置定時(shí)器計(jì)數(shù) 1 對(duì)外部進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后將所得的個(gè)數(shù)進(jìn)行濾波、轉(zhuǎn)換，最后在數(shù)碼管上顯示。但是，這種方案采用數(shù)碼管顯示，較為復(fù)雜。 第二方案 與方案一相比，本方案將轉(zhuǎn)速在 LCD 上顯示并相應(yīng)的控制其執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)顯示部分很簡(jiǎn)潔，系統(tǒng)穩(wěn)定性較高。 第二方案的總體設(shè)計(jì)框圖 本設(shè)計(jì)采用 89C52 作為主控芯片，通過濾波電路處理輸入信號(hào)， LCD 作為輸出設(shè)備顯示轉(zhuǎn)速。其中 作為信號(hào)的輸入， P1 口用作 LCD 的數(shù)據(jù)線， 、 、 口用作LCD 的 控制信號(hào)。 設(shè)計(jì)框圖如圖一所示。 8 9 C 5 2 主 控 芯 片信 號(hào) 濾 波 輸 入輸 出 鎖 存顯 示執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)（ 電 動(dòng) 機(jī) ） 圖 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 電控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及仿真 4 3 系統(tǒng)硬件介紹 主控芯片 設(shè)計(jì)中所采用主控芯片為 AT89C52。因其價(jià)格便宜，在市場(chǎng)上已經(jīng)很成熟，各個(gè)方面都能夠滿足設(shè)計(jì)要求故選擇它。其采用標(biāo)準(zhǔn)雙列直插式引腳 DIP40大規(guī)模集成電路封裝。 它的引腳排列如下圖 圖 AT89C52 的引腳排列 引腳介紹： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳 可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 電控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及仿真 5 P2 口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8個(gè) 帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3 口管腳 備選功能 : RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0外部輸入） T1（記時(shí)器 1外部輸入） WR（外部數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 PSEN： 外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 電控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及仿真 6 EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端 保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 圖 系統(tǒng)最小系統(tǒng) 濾波電路及 LM324 芯片 LM324 芯片是 差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。該 運(yùn)放放 大器可以工作在低到 伏或者高到 32 伏的電源下，靜態(tài)電流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算 放大器 可用圖 三 所示的符號(hào)來表示，它有 5 個(gè)引出腳，其中 “+” 、 “ ” 為兩 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 電控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及仿真 7 個(gè)信號(hào)輸入端， “V+” 、 “V ” 為正、負(fù)電源端， “Vo” 為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的 相 位相反； Vi+為同相輸入端，表 示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 圖 LM324 管腳圖 霍爾傳感器輸出信號(hào)為正弦信號(hào)，而單片機(jī)只能處理高低電平信號(hào)，為此必須將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成 TTL 電平信號(hào)。設(shè)計(jì)中利用 LM324 的比較作用將輸入信號(hào)與參考電壓進(jìn)行比較，到大于時(shí) LM324 輸出端為高電平，否則為低電平。由于 LM324 為模擬器件，其驅(qū)動(dòng)能力不足。設(shè)計(jì)中在輸入端串聯(lián)了一片 74LS04 的六非門芯片，提高輸入的驅(qū)動(dòng)能力，以便于單片機(jī)處理。 圖 信號(hào)輸入濾波電路 顯示設(shè)備 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 電控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及仿真 8 圖 轉(zhuǎn)速顯示設(shè)備 LCD1602 控制執(zhí)行機(jī)構(gòu) 通過汽車?yán)碚撝R(shí)學(xué)習(xí)，我們知道汽車發(fā)動(dòng)機(jī)不能超過某一轉(zhuǎn)速。如果長(zhǎng)期在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)作，對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命將大打折扣。為此，防止發(fā)動(dòng)機(jī)高速情況發(fā)生，系統(tǒng)特意采用 LED 作為顯示燈，提醒駕駛員此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速運(yùn)行情況，使其做相應(yīng)的處理。同時(shí)電機(jī)運(yùn)作，將控制汽車油路的電磁閥逐漸閉合，使供油減小，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，直至電磁閥完全閉合，停止供油。 圖 控制機(jī)構(gòu)及指示燈原理圖 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 電控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及仿真 9 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路 利用 80C52 單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器和外部中斷功能，通過檢測(cè) 端口的信號(hào)啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)下一次觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，定時(shí)器停止計(jì)時(shí)并保存當(dāng)前值。再啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，如此循環(huán)。保存值達(dá)到五次后，對(duì)其進(jìn)行加權(quán)濾波處理。最后將所得的值賦給數(shù)碼管顯示。當(dāng)轉(zhuǎn)速值大于設(shè)定值時(shí)，控制電機(jī)運(yùn)作，指示燈亮。 程序流程圖 開 始定 時(shí) 器 、 外 部 中 斷及 參 數(shù) 初 始 化F l a g _ s = 1調(diào) 用 S m o o t h （ ）F l a g _ s = 0調(diào) 用 顯 示 函 數(shù)否是轉(zhuǎn) 速 值 大 于 設(shè)定 值電 機(jī) 運(yùn) 作指 示 燈 亮電 機(jī) 停 止指 示 燈 滅否是 圖 主程序流程圖 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 電控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及仿真 10 定 時(shí) 器 0中斷 開 始COUNT++TH0=0TL0=0退 出 圖 定時(shí)器 0 中斷函數(shù)流程圖 外 部 中 斷 0開 始F l a g = 1S t a t i c u n s i g n e d c h a r m = 0T [ M ] = T H 0 * 2 5 6 + T L 0 + 6 5 5 3 6 * C O U N TT