【正文】 前 言汽車是現(xiàn)代生活中不可或缺的一種重要交通工具，傳統(tǒng)的指針式的里程表伴隨著汽車的誕生就一直為人們接受，不過，新生事物不會(huì)因傳統(tǒng)的存在而停止它前進(jìn)的步伐，數(shù)碼科技在今天已滲透到工業(yè)，農(nóng)業(yè)，民用等產(chǎn)品的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。新概念的車速里程表最直觀的變化就是用大屏幕的液晶取代指針式表盤，直接用數(shù)字顯示時(shí)速，里程，以及其他一些諸如油耗、時(shí)鐘、環(huán)境溫度等參數(shù)。直觀的呈現(xiàn)給使用者。由于單片機(jī)體積小，可以把它做到產(chǎn)品的內(nèi)部，取代老式機(jī)械零件，縮小產(chǎn)品體積，增強(qiáng)功能，實(shí)現(xiàn)智能化。因此廣泛的被用在智能產(chǎn)品中。Intel公司的MCS51系列單片機(jī)在近年來(lái)廣泛流行。本文即介紹一種基于MCS51單片機(jī)的里程表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本文先對(duì)里程表設(shè)計(jì)中所需設(shè)備作了詳細(xì)介紹，對(duì)設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行了說明；對(duì)硬件和軟件部分的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)作了認(rèn)真的分析；給出了系統(tǒng)的建模過程及相應(yīng)的系統(tǒng)模型，在Lab2000p仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。一 系統(tǒng)概述 本系統(tǒng)由信號(hào)采集處理模塊、單片機(jī)803系統(tǒng)化LCD顯示模塊、系統(tǒng)軟件組成。其中信號(hào)采集處理模塊以霍爾傳感器為核心器件，將不同的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號(hào)，并送到單片機(jī)的T1引腳；對(duì)單片機(jī)進(jìn)行設(shè)置，使內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器timer0工作在定時(shí)狀態(tài)，timer1工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)，利用內(nèi)部定時(shí)器T0對(duì)脈沖輸入引腳T1進(jìn)行控制，這樣就能精確地檢測(cè)到設(shè)定時(shí)間內(nèi)加到T1引腳的脈沖數(shù)，一個(gè)脈沖即代表著車子前進(jìn)一個(gè)輪長(zhǎng)，對(duì)脈沖數(shù)進(jìn)行處理就可得到里程和速度的數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)送到LCD顯示模塊進(jìn)行顯示。該系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)軟件包括單片機(jī)和液晶模塊的初始化模塊、液晶模塊的寫數(shù)據(jù)／命令子模塊、頻率測(cè)量模塊、速度里程計(jì)算模塊、速度和里程顯示數(shù)據(jù)LCD字庫(kù)顯示模塊等。脈沖信號(hào)單片機(jī)LCD 圖1 系統(tǒng)原理框圖 二 基本原理與設(shè)計(jì)方案（一）元器件簡(jiǎn)介 1 霍爾傳感器簡(jiǎn)介 霍耳效應(yīng)：. 霍爾發(fā)現(xiàn)，如果對(duì)位于磁場(chǎng)(B)中的導(dǎo)體(d)施加一個(gè)電壓(v)，該磁場(chǎng)的方向垂直于所施加電壓的方向，那么則在既與磁場(chǎng)垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)電壓(UH)，人們將這個(gè)電壓叫做霍爾電壓，產(chǎn)生這種現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場(chǎng)的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的積累，從而形成附加的橫向電場(chǎng)。 通有電流 I 的金屬或半導(dǎo)體板置于磁感強(qiáng)度為 B 的均勻磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的方向和電流方向垂直，在金屬板的第三對(duì)表面間就顯示出橫向電勢(shì)差 U H 的現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)。U H 就稱為霍耳電勢(shì)差。 實(shí)驗(yàn)測(cè)定，霍耳電勢(shì)差的大小，和電流 I 及磁感強(qiáng)度B成正比,而與板的厚度d 成反比。即霍耳電勢(shì)差 UH = RHIB/d , 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的外形圖和與磁場(chǎng)的作用關(guān)系如2圖所示。磁場(chǎng)由磁鋼提供，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對(duì)使用。霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)速示意圖如圖3。在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近。圓盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，霍爾傳感器便輸出一個(gè)脈沖。通過單片機(jī)測(cè)量產(chǎn)生脈沖的頻率就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速?；魻栯娏鱾鞲衅鞅旧硪呀?jīng)存在濾波電路，輸出無(wú)須再加裝濾波，可直接供單片機(jī)的0~5V的 AD采集或直接送到單片機(jī)的中斷輸入引腳，信號(hào)非常穩(wěn)定，而且抗干擾能力很強(qiáng)。 霍爾電流傳感器反應(yīng)速度一般在7微妙，不用考慮單片機(jī)循環(huán)判斷的時(shí)間.若在圓盤上貼上多塊磁鋼，則圓盤每轉(zhuǎn)一圈，輸出的脈沖信號(hào)將相應(yīng)增加，單位時(shí)間內(nèi)測(cè)到的脈沖數(shù)將增多，測(cè)出的轉(zhuǎn)速也將更加精細(xì)。本設(shè)計(jì)建模時(shí)采用一個(gè)圓盤上貼一個(gè)磁鋼進(jìn)行模擬。實(shí)際制作中可以貼上多塊磁鋼，即可以克服因車輪轉(zhuǎn)速太慢而在設(shè)定時(shí)間內(nèi)測(cè)不到脈沖的問題。 圖2 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的外形圖 圖3 霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)速示意圖2 AT89C51芯片簡(jiǎn)介AT89C51是一個(gè)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Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51提供了高性價(jià)比的解決方案。AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。AT89C51具有如下功能特性： （1）兼容MCS—51指令系統(tǒng)；（2）32個(gè)雙向I/O口；（3）兩個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器；（4）1個(gè)串行中斷；（5）兩個(gè)外部中斷源；（6）4k可反復(fù)擦寫(1000次）Flash ROM；（7）128x8bit內(nèi)部RAM；（8）6個(gè)中斷源；（9）低功耗空閑和掉電模式；(10)軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。 3 液晶顯示模塊SED1520芯片介紹本設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用的液晶顯示屏內(nèi)置控制器為SED1520，點(diǎn)陣為122x32,需要兩片SED1520組成，由EE2分別選通，以控制顯示屏的左右兩半屏。圖形液晶顯示模塊有兩種連接方式。一種為直接訪問方式，一種為間接控制方式。本設(shè)計(jì)采用直接控制方式。直接控制方式就是將液晶顯示模塊的接口作為存儲(chǔ)器或I／O 設(shè)備直接掛在計(jì)算機(jī)總線上。計(jì)算機(jī)通過地址譯碼控制 E1和 E2的選通；讀／寫操作信號(hào) R／W由地址線 A1控制；命令/數(shù)據(jù)寄存器選擇信號(hào) AO 由地址線 A0控制。實(shí)際電路如圖4所示。地址映射如下（地址中的X由LCD CS決定，可參見地址譯碼部分說明）0X000H0X001H0X002H0X003H0X004H0X005H0X006H0X007H寫E1指令寫E1數(shù)據(jù)讀E1狀態(tài)讀E1數(shù)據(jù)寫E2指令寫E2數(shù)據(jù)讀E2狀態(tài)讀E2數(shù)據(jù) 圖4 液晶屏顯示控制電路SED1520芯片介紹SED1520液晶顯示驅(qū)動(dòng)器是一種點(diǎn)陣圖形式液晶顯示驅(qū)動(dòng)器，它可直接與8位微處理器相連，集行、列驅(qū)動(dòng)器于一體，因此使用起來(lái)十分方便，作為內(nèi)藏式控制器被廣泛應(yīng)用于點(diǎn)陣數(shù)較少的液晶顯示模塊。（1）SED1520的特性①內(nèi)置顯示RAM區(qū)RAM容量為2560（32行80列）位。RAM中的1位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一個(gè)點(diǎn)的亮滅狀態(tài)：“1”表示亮， “0”表示暗。②具有16個(gè)行驅(qū)動(dòng)口和16個(gè)列驅(qū)動(dòng)口，并可級(jí)聯(lián)兩個(gè)SED1520實(shí)現(xiàn)32行驅(qū)動(dòng)。③可直接與80系列微處理器相連，亦可直接與68系列微處理器相連。④驅(qū)動(dòng)占空比為1／16或1／32。⑤可以與SED1520配合使用，以便擴(kuò)展列驅(qū)動(dòng)口數(shù)目。（2）SED1520指令與顯示RAM結(jié)構(gòu)SED1520指令系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，共13條，除讀狀態(tài)指令、讀顯示RAM數(shù)據(jù)指令外，其他指令均為寫操作，并且讀寫指令均為單字節(jié)指令。在送出每條指令時(shí)，必須進(jìn)行控制器狀態(tài)檢測(cè)，狀態(tài)字節(jié)的含義如下： D7：1/0，模塊忙/準(zhǔn)備就緒； D5：1/0，模塊顯示關(guān)/開； D4：1/0，模塊復(fù)位/正常； D3D0：未用 在指令使用中，關(guān)鍵要分清顯示行、列設(shè)置和顯示頁(yè)面設(shè)置的關(guān)系。單片SED1520可驅(qū)動(dòng)6116液晶屏，其內(nèi)部顯示RAM相對(duì)于COM0每8行為一個(gè)顯示頁(yè)面。本設(shè)計(jì)所用的字符液晶模塊由兩塊SED1520級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)，其中一個(gè)工作在主工作方式下，另一個(gè)工作在從方式下，主工作方式SED1520負(fù)責(zé)上半屏16行的驅(qū)動(dòng)和左半屏的61列驅(qū)動(dòng)，從工作方式的SED1520則負(fù)責(zé)下半屏16行的驅(qū)動(dòng)和右半屏的61列驅(qū)動(dòng)，使能信號(hào)EE2用來(lái)區(qū)分具體控制的是那一片SED1520。這樣兩片SED1520級(jí)聯(lián)可驅(qū)動(dòng)12232圖形點(diǎn)陣液晶顯示屏,可完成圖形顯示,也可顯示七個(gè)半（1616點(diǎn)陣）漢字。（3）指令系統(tǒng)SED1520液晶顯示驅(qū)動(dòng)器共有13種顯示指令。本文用到的部分指令見下表表1 部分傳送指令表指 令代 碼功 能R/WD/ID7D6D5D4D3D2D1D0　顯示開/關(guān)指令0010101111/0全部顯示開關(guān),0：關(guān) 1：開顯示開始行00110開始行（0～31）顯示RAM中數(shù)據(jù)的起始行頁(yè)地址設(shè)置001011100～3設(shè)置顯示頁(yè)地址 X address列地址設(shè)置000列地址（0～121）設(shè)置顯示列地址 Y address寫顯示數(shù)據(jù)01　寫入的數(shù)據(jù)寫顯示數(shù)據(jù)到RAM靜態(tài)驅(qū)動(dòng)0010100100/11：靜態(tài)驅(qū)動(dòng),0：動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)刷新率設(shè)置0010101000/11：1/32,0：1/16結(jié)束0011101111釋放讀寫復(fù)位0011100011設(shè)置為初始狀態(tài)（二） 設(shè)計(jì)方法1 51單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理MCS51單片機(jī)內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。可編程的意思是指其功能（如工作方式、定時(shí)時(shí)間、啟動(dòng)方式等）均可由指令來(lái)確定和改變。在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中除了有兩個(gè)16位的計(jì)數(shù)器之外,還有兩個(gè)特殊功能寄存器（控制寄存器和方式寄存器）。（1） 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)如下。從上面定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖中我們可以看出,16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器分別由兩個(gè)8位專用寄存器組成,即:T0由TH0和TL0構(gòu)成。T1由TH1和TL1構(gòu)成。其訪問地址依次為8AH8DH。每個(gè)寄存器均可單獨(dú)訪問。這些寄存器是用于存放定時(shí)或計(jì)數(shù)初值的。此外,其內(nèi)部還有一個(gè)8位的定時(shí)器方式寄存器TMOD和一個(gè)8位的定時(shí)控制寄存器TCON。這些寄存器之間是通過內(nèi)部總線和控制邏輯電路連接起來(lái)的。TMOD主要是用于選定定時(shí)器的工作方式。TCON主要是用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)停止,此外TCON還可以保存T0、T1的溢出和中斷標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)器工作在計(jì)數(shù)方式時(shí),外部事件通過引腳T0（）和T1（）輸入。 （2）定時(shí)計(jì)數(shù)器的原理16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)加1計(jì)數(shù)器,其控制電路受軟件控制、切換。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為定時(shí)工作方式時(shí),計(jì)數(shù)器的加1信號(hào)由振蕩器的12分頻信號(hào)產(chǎn)生,即每過一個(gè)機(jī)器周期,計(jì)數(shù)器加1,直至計(jì)滿溢出為止。顯然,定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間與系統(tǒng)的振蕩頻率有關(guān)。因一個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期,所以計(jì)數(shù)頻率 fcount=1/12osc。如果晶振為12MHz,則計(jì)數(shù)周期為: T=1/（12106）Hz1/12=1μs 。這是最短的定時(shí)周期。若要延長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間,則需要改變定時(shí)器的初值,并要適當(dāng)選擇定時(shí)器的長(zhǎng)度（如8位、13位、16位等）。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為計(jì)數(shù)工作方式時(shí),通過引腳T0和T1對(duì)外部信號(hào)計(jì)數(shù),外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平。若一個(gè)機(jī)器周期采樣值為1,下一個(gè)機(jī)器周期采樣值為0,則計(jì)數(shù)器加1。此后的機(jī)器周期S3P1期間,新的計(jì)數(shù)值裝入計(jì)數(shù)器。所以檢測(cè)一個(gè)由1至0的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期,故外部事件的最高計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。例如,如果選用12MHz晶振,。雖然對(duì)外部輸入信號(hào)的占空比無(wú)特殊要求,但為了確保某給定電平在變化前至少被采樣一次,外部計(jì)數(shù)脈沖的高電平與低電平保持時(shí)間均需在一個(gè)機(jī)器周期以上。 當(dāng)CPU用軟件給定時(shí)器設(shè)置了某種工作方式之后,定時(shí)器就會(huì)按設(shè)定的工作方式獨(dú)立運(yùn)行,不再占用CPU的操作時(shí)間,除非定時(shí)器計(jì)滿溢出,才可能中斷CPU 當(dāng)前操作。CPU也可以重新設(shè)置定時(shí)器工作方式,以改變定時(shí)器的操作。由此可見,定時(shí)器是單片機(jī)中效率高而且工作靈活的部件。（3）控制寄存器 定時(shí)器／計(jì)數(shù)器T0和T1有2個(gè)控制寄存器TMOD和TCON,它們分別用來(lái)設(shè)置各個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的工作方式,選擇定時(shí)或計(jì)數(shù)功能,控制啟動(dòng)運(yùn)行,以及作為運(yùn)行狀態(tài)的標(biāo)志等。其中,TCON寄存器中另有4位用于中斷系統(tǒng)。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式寄存器TMOD定時(shí)器方式控制寄存器TMOD在特殊功能寄存器中,字節(jié)地址為89H,無(wú)位地址。TMOD的格式如下圖所示。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0GATEC\TM1M0GATEC\TM1M0控制定時(shí)器T1控制定時(shí)器T0GATE：門控位。GATE=0時(shí)，定時(shí)器由軟件控制位TR0或TR1來(lái)控制啟停。TRi位為1時(shí)，定時(shí)器啟動(dòng)開始工作；為0時(shí)定時(shí)器停止工作。GATE=1時(shí)，定時(shí)器的啟動(dòng)停止由外部