【正文】 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 目 錄 1 前言 ............................................................. 1 2 總體方案設(shè)計(jì) ...................................................... 2 方案比較 .......................................................... 2 方案論證 .......................................................... 3 方案選擇 .......................................................... 3 3 硬件設(shè)計(jì) .......................................................... 4 各單元模塊功能介紹及電路設(shè) 計(jì) ...................................... 4 單片機(jī)最小系統(tǒng) .............................................................................................. 4 LCD 顯示電路 ................................................................................................. 5 按鍵電路的設(shè)計(jì) .............................................................................................. 5 報(bào)警電路 .......................................................................................................... 6 串口通信接口模塊 ........................................................................................ 6 電源電路 .......................................................................................................... 7 特殊器件的介紹 .................................................... 7 單片機(jī)介紹 ...................................................................................................... 8 LCD 顯示器 ................................................................................................. 10 各單元模 塊的連接 ................................................. 12 4 軟件設(shè)計(jì) ......................................................... 14 軟件設(shè)計(jì)原理 ..................................................... 14 軟件設(shè)計(jì)流程圖 ................................................... 14 軟件實(shí)現(xiàn) ......................................................... 14 按鍵掃描模塊 ................................................................................................ 14 中斷測(cè)頻 ......................................................................................................... 15 1602 顯示 ....................................................................................................... 16 5 系統(tǒng)調(diào)試 ......................................................... 20 6 結(jié)論 ............................................................ 21 7 總結(jié)與體會(huì) ....................................................... 22 設(shè)計(jì)小結(jié) ......................................................... 22 設(shè)計(jì)收獲體會(huì) ..................................................... 22 設(shè)計(jì)改進(jìn) ......................................................... 22 謝辭 ............................................................. 22 8 參考文獻(xiàn) ......................................................... 23 附錄 1：軟件設(shè)計(jì)流程圖 .............................................. 24 附錄 2：原理圖 ..................................................... 25 附錄 3： PCB 圖 ...................................................... 26 附錄 4：實(shí)物圖 ..................................................... 27 第 1 頁(yè) 西華大學(xué)電氣 信息學(xué)院智能化測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 1 前言 在當(dāng)今時(shí)代里，汽車(chē)是最普通的交通運(yùn)輸工具，然而人們往往忽略高速行駛所帶來(lái)的危險(xiǎn)后果。每年由于司機(jī)的超速行駛而產(chǎn)生的交通事故很多，因此造成的直接和間接經(jīng) 濟(jì)損失更是無(wú)法估量，然而很多因超速行駛而造成事故的肇事者不是想開(kāi)很快，而是他們根本沒(méi)有意識(shí)到自己在超速行駛，因此在交通事故發(fā)生之后大都感到后悔。但是如果在他們的汽車(chē)上安裝汽車(chē)的速度顯示及超速報(bào)警器，在很大程度上可以提醒司機(jī)適當(dāng)放慢車(chē)速，以確保能及時(shí)避免發(fā)生此類(lèi)事故。 我們?cè)O(shè)計(jì)的限速路段超速自動(dòng)提示和報(bào)警系統(tǒng)與安全氣囊等設(shè)施相比，更為主動(dòng)有效，將可能產(chǎn)生的交通事故防患于未燃，它與警察用的雷達(dá)測(cè)速等防止司機(jī)超速裝置相比，顯得實(shí)用有效， 司機(jī) 可以在不同路段根據(jù)不同情況設(shè)定不同的最高限速值，主動(dòng) 自覺(jué)地 有效限制車(chē)速。 本 身設(shè)計(jì)主要是計(jì)算汽車(chē)在一秒內(nèi)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)即轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，但考慮本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，為使電路簡(jiǎn)單，僅以轉(zhuǎn)動(dòng)頻率來(lái)模擬汽車(chē)的速度，并將計(jì)得的速度通過(guò) LCD 顯示出來(lái)，速度顯示每 1秒鐘刷新一次，并在實(shí)時(shí)速度超過(guò)設(shè)置的報(bào)警速度時(shí)發(fā)出報(bào)警聲。司機(jī)可以根據(jù)不同的情況需要設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)置合適的報(bào)警速度，以使司機(jī)能在合適的速度范圍內(nèi)安全行駛。在實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)中單片機(jī)是一個(gè)核心部件，此設(shè)計(jì)就是采用的 8052 單片機(jī)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)的超速行駛進(jìn)行燈光報(bào)警。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，操作方便，可廣泛用于摩托車(chē)、汽車(chē)等機(jī)動(dòng)車(chē)輛的速度監(jiān)控。 該電路只要由單片 機(jī)最小系統(tǒng)、按鍵模塊、 LCD 顯示模塊組成。單片機(jī)可以產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，來(lái)計(jì)算 1秒鐘內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，通過(guò)計(jì)算可得到其實(shí)時(shí)速度，并在 LCD 上顯示出來(lái)。按鍵模塊設(shè)有暫停 /開(kāi)始鍵，設(shè)置報(bào)警速度時(shí)的加速、減速鍵，模擬輪子轉(zhuǎn)速頻率的加速、減速鍵。 在設(shè)計(jì)中一般考慮一下幾點(diǎn)： 1遵循從整體到局部的設(shè)計(jì)原則，把復(fù)雜難處理的問(wèn)題劃分為若干個(gè)簡(jiǎn)單的、較易處理的問(wèn)題，分別加以解決，在組合起來(lái)完成較復(fù)雜的功能。 2為獲得較高的性?xún)r(jià)比，設(shè)計(jì)不應(yīng)盲目的追求復(fù)雜高級(jí)的方案，在滿(mǎn)足性能指標(biāo)的前提下，采用盡可能簡(jiǎn)單的方案，用盡可能少的元器 件，能得到更高的性?xún)r(jià)比。 3在滿(mǎn)足指標(biāo)的前提下，保證盡可能高的平均無(wú)故障時(shí)間、無(wú)故障率、無(wú)失效率、平均壽命，也是設(shè)計(jì)的一個(gè)很重要的考慮因素。 第 2 頁(yè) 西華大學(xué)電氣 信息學(xué)院智能化測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 2 總體方案設(shè)計(jì) 方案比較 方案一：采用數(shù)字芯片，用 555 定時(shí)器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波信號(hào)，將產(chǎn)生的波形整形后輸入計(jì)數(shù)器，對(duì)波形脈沖進(jìn)行加計(jì)數(shù)，記錄產(chǎn)生脈沖的個(gè)數(shù)，最后通過(guò)譯碼器和數(shù)碼管對(duì)模擬的速度進(jìn)行顯示。其原理框圖如圖 21 所示： 圖 21 數(shù)字芯片實(shí)現(xiàn)框圖 方案二：基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 FPGA，通過(guò) EDA 技術(shù)，采用 Verilog HDL 硬件語(yǔ)言描述。用分頻器產(chǎn)生方波脈沖，用下降沿觸發(fā)加一計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)結(jié)果在數(shù)碼管中顯示。其原理框圖如圖 22 所示： 圖 22 FPGA實(shí)現(xiàn)框圖 方案三：基于單片機(jī)，通過(guò) C 語(yǔ)言編程控制各模塊的相互作用，實(shí)現(xiàn)速度測(cè)試功能的設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)思想為： 單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生模擬時(shí)鐘脈沖； 利用外部中斷對(duì)產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖技術(shù)； 按鍵功能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，人為設(shè)置參數(shù)； 將計(jì)數(shù)結(jié)果和設(shè)置的參數(shù)送入 LCD 中顯示出來(lái)。其原理框圖如圖 2— 3 所示： 圖 23 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)框圖 555 定時(shí)器組成的多諧振蕩電路 整形電路 LED顯示 計(jì)數(shù)器 譯碼器 分頻器產(chǎn)生方波脈沖 計(jì)數(shù)器 LED顯示 單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖 外部中斷對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù) 按鍵功能設(shè)置 LCD顯示 第 3 頁(yè) 西華大學(xué)電氣 信息學(xué)院智能化測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 方案論證 方案一采用數(shù)字芯片實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中使用的分離元件電路較多，元件內(nèi)部延時(shí)很大，不容忽視，這就要求精密的計(jì)算，工作量大，而且增加了硬件調(diào)試的時(shí)間，過(guò)程繁瑣；此外各元件受外部環(huán)境影響較大，電路設(shè)計(jì)出來(lái)實(shí)物的穩(wěn)定性較差。方案二基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 FPGA，使用 Verilog HDL 硬件描述語(yǔ)言，需要很清楚的了解此語(yǔ)言的用法，其中的計(jì)數(shù)器模塊采用自底向上的設(shè)計(jì)方式，這種設(shè)計(jì)方 法就如同一磚一瓦建造金字塔，不僅效率低，成本高，而且容易出錯(cuò)；另外， FPGA 器件是基于 SRAM 結(jié)構(gòu)的，由于 SRAM 的易失性，每次加電時(shí)，配置數(shù)據(jù)都必須重新構(gòu)造，過(guò)程比較冗雜；在 FPGA 中