【文章內(nèi)容簡介】 ，已遠遠不能滿足現(xiàn)代汽車新技術、高速度的要求。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車 開發(fā)商 也在儀4 表盤上費盡心思，讓小小的儀表盤變得越來越漂亮，功能越來越多 越來越智能化 ，從實用開始走向時尚、 美觀 ， 未來的汽車儀表必定 完成實用與時尚的完美結合。 汽車 儀表是駕駛員與汽車進行信息交流的重要接口和界面，是車輛安全行駛的重要保證。隨著電子技術的廣泛應用，傳統(tǒng)汽車儀表逐漸被微處理器為核心的電子控制數(shù)字儀表取代。然而，目前國內(nèi)車輛儀表數(shù)字化水平還不高，絕大部分儀表還是模擬式的，而大多數(shù)模擬儀表表頭的體 積較大、數(shù)量多，使得顯示系統(tǒng)擁擠不堪，影響美觀；另外一些模擬儀表故障率高，增加了用戶的經(jīng)濟負擔，減小了車輛行使的安全系數(shù)。為克服這些缺點， 本課題中 提出用單片機、模 /數(shù)轉換器件 、 數(shù)字式溫度傳感器 DS18B ST188 紅外反射 測速傳感器 等對其進行技術改進，設計并實現(xiàn)了新型全數(shù)字儀表系統(tǒng)，該儀表系統(tǒng)有顯示直觀準確、靈敏度高、使用壽命長、靈巧美觀、成本低等優(yōu)點。 . 5 第 二 章 系統(tǒng)硬件設計 方案 硬件是一套系統(tǒng)不可或缺的主要組成部分，它是構成一個系統(tǒng)的物理設備，就如同一個人 的軀體，這里我們主要運用 51 單片機為主控系統(tǒng)，再加上其他的 輔助 芯片，與單片機 一起提供功能控制 。通常我們說的 系統(tǒng) 硬件 一般 都包括：運算器、控制器、寄存器、輸入設備、輸出設備五大部分。 硬件總體設計思想 本 課題所用到的 C51 單片機微處理器，其本身就包含了運算器、控制器、寄存器三部分。我們利用這個優(yōu)勢，在為該單片機添加上輸入和輸出設備，并對他們加以連接，從而構成一個完整的硬件系統(tǒng) 。在經(jīng)過微處理器后，通過液晶屏實時的顯示出我們所需要的數(shù)據(jù)，如水溫、車速、油量、油壓等等 。本課題中最主要的芯片除了 C51 單片機 之外，還有就是 DS18B20 溫度芯片和 ST188 紅外反射測速 傳感器 芯片，這兩個芯片起到了模擬水溫度以及模擬測速的功能，是該課題最重要的兩大功能 。 同時為了是系統(tǒng)更加完美，在設計中加入抗干擾元素， 使 系統(tǒng)的故障率 降低，同時也使得整個系統(tǒng) 更加及時、準確，提高了安全性、可靠性，更具有智能化和人性化。 硬件 總體方框圖的設計 該系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個模塊： AT89C51 主控模塊、 DS18B20 溫度 傳感器模塊、 車速 ST188 紅外反射傳感器模塊、 ADC0809 模 /數(shù)轉換模塊、 LCD12864 顯示模塊等。其中 AT89C51 主要完成外圍硬件的控制以及一些運算功能， DS18B20 傳感器完成對溫度的檢測，并通過單片機轉換為輸出 信號， ST188 測速傳感器通過發(fā)射的紅外線在芯片上面放一個轉動的電機，通過電機帶動葉片轉動，從而使 ST188 將接收到的轉動信號反社會芯片內(nèi)部，從而對外輸出一個脈沖計數(shù)，在通過單片機的信號采集和處理，就可以測出這時候行車的車速，再通過測定的行車時間，并通過計算就可以獲得行車的里6 程， ADC0809 完成將模擬信號轉換成數(shù)字信號的功能， LCD12864 液晶顯示器 模塊 起到匯總的作用，它是對所有的單片機采集和 處理之后輸出的 字符、 信號、數(shù)字等進行 顯示 ，給人一種最直觀的效果。 除了這些最重要的模塊之外，我還在 PCB 設計中添加了 串口模塊以便于程序的下載，能夠?qū)崿F(xiàn)對單片機的遠程控制 。還有很多輔助電路，如復位電路、晶振電路、 4 個共陽極的 LED 報警顯示電路、 4 個按鍵電路。 這些輔助電路 看似 很簡單，但是在一個完整系統(tǒng)中卻是必不可少的。 通過初步的構思和設計，我制定了比較簡單的電路結構圖，如圖 是本課題的硬件設計的總體框圖。 D S 1 8 B 2 0溫 度 傳 感 器信 號 處 理信 號 處 理信 號 處 理L M 3 2 4運 算 放 大 器信 號 處 理STC12C5A08AD單片機油 壓模 擬 傳 感 器壓 力模 擬 傳 感 器油 量模 擬 傳 感 器S T 1 8 8測 速 傳 感 器U S B 電 源 模 塊L C D 1 2 8 6 4 液 晶按 鍵 電 路L E D 報 警串 口 通 信 模 塊復 位 電 路 圖 硬件總體框圖 7 第 三 章 系統(tǒng)硬件電路設計 硬件電路設計是本課題的最重要的環(huán)節(jié)，完成了本課題硬件的設計，就完成了該次設計一大半的工作。 為了達到操作簡單、成本較低、功能較為全面的目的，我在硬件電路設計中，下了苦功夫，力爭把硬件模塊做到最好。 硬件 設計的一般流程是： 1． 本系統(tǒng)所需各種元器件的選擇； 2． 電路原理圖的繪制以及 PCB 板的生成； 3． 焊接 PCB 印制電路板； 4． 硬件的檢查和維護； 5． 硬件的調(diào)試； 在我設計的硬件電路中，主要包括單片機主控模塊、溫度傳感器電路模塊、測速電路模塊、液晶顯示模塊、模擬傳感器電路模塊、串口電路模塊、電源模塊、 按鍵模塊、報警顯示燈模塊 等等 ，下面我將逐一進行介紹。 單片機主控模塊 單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式 微控制器 （ Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫 MCU 表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領域 [1]。單片機又稱 單片微控制器 ，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個 計算機系統(tǒng)集成 到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了 I/O 設備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機 單片機的選型 本課題是汽車電子類典型的儀表設計，最基本的控制系統(tǒng)就是選擇單片機進行控制，微處理器接收經(jīng)過輸入處理電路處理的各種各樣的信號，然后通過各種計算并控制所需 要輸出的值，按照課題要求適時地向執(zhí)行機構發(fā)送控制信號。當前的 MCU 中基本8 上 做實驗使用的 都是 8 位和 16 位的 ，至于 32 位的 MCU 常使用在商業(yè)領域。就該課題而言，出于對安裝空間和儀表板的簡潔性考慮，我們所選用的 MCU 芯片體積必須要盡量的小，而且對儀表的實時性和準確性要求也比較高，同時要求微處理器的運算速度快，精度比較高，同時價格合理。所以綜合考慮之下，本系統(tǒng)選擇的是 宏晶科技 公司生產(chǎn)的STC12C5A08AD 單片機 。 STC12C5A08AD 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM — Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機 。 STC12C5A08AD 是 宏晶 公司生產(chǎn)的 單時鐘 /機器周期的單片機，該單片機指令完全兼容 8051 單片機，但是速度是 8051 單片機的 812倍。 內(nèi)部有專用的復位電路，自帶 8 路高速 10 位 A/D 轉換，主要針對強干擾場合。 單片機的管腳 介紹 STC12C5A08AD 單片機可為你提供許多高性價的應用，靈活的 貢獻 于各種控制領域。 本課題就是借助單片機的價格低廉、性能全面、功能多 等等的優(yōu)越性，再利用外界元器件，與單片機構成一個 可 簡易可行的汽車儀表最小系統(tǒng)。 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728NA29ALE30EX_LVD313233343536373839VCC40STC12C5A 圖 STC12C5A08AD 由圖 可知，圖中 STC12 單片機共有四十個管腳，主要分為 P0 口、 P1 口、 P2口 、 P3 口 。 P0 口是一組 8 位漏極開路行雙向 I/O 口，也 是 地址 /數(shù)據(jù)總線復用口。 在單9 片機中由于單片機內(nèi)部 P0 口中是沒有上拉電阻的，所以在使用 P0 口的時候，必須為其加上上拉電阻。在這里 P0 口作為數(shù)據(jù)輸出口，送入到液晶顯示器中，所以上拉電阻必須要大一點，通常都選用 10K 的電阻。 P1 口 和 P2 口都是 是一個 自帶 內(nèi)部上拉 電阻的 8位雙向 I/O 口， 他們 的輸入緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 在該系統(tǒng)中， P1 口中 三個管腳作為 A/D 轉換功能引腳， 接的是TM12864J 液晶顯示的功能引腳， 管腳接的是溫度傳感器的數(shù)據(jù)輸入管教。 P3 口的作用于 P1 和 P2 口相同，但是 P3 口除了作為一般的 I/O 接口之外還有重要的第二功能，這里的 P3 口所接的使鍵盤按鍵，并未使用其第二功能，所以對 P3 口第二功能只做了解即可， 如表 所示 P3 口的第二功能 。 表 P3口第二功能表 端口 第二功能 串口 1 數(shù)據(jù)接收端 RXD 串口 1 數(shù)據(jù)發(fā)送端 TXD 外部 中斷 0 輸入口 0INT 外部中斷 1 輸入口 1INT 定時器 /計數(shù)器 0 的 外部輸入 T0 和其時鐘輸出 CLKOUT0 定時器 /計數(shù)器 1 的 外部輸入 T1 和其時鐘輸出 CLKOUT1 外部數(shù)據(jù)存儲寫脈沖 WR 外部數(shù)據(jù)存儲讀脈沖 RD 。 STC12 型 單片機的 特點介紹 單片機內(nèi)部一般都分為：中央處理器（ CPU）、內(nèi)部存儲器、定時 /計數(shù)器、中斷信號、串并行 I/O 接口五大部分組成。 其中 CPU 是單片機的核心內(nèi)容，主要用于完成系統(tǒng)的信號計算和控制功能 與一般的非單片微型機相比，單片機具有以下特點： （ 1）具有較強的通用性又有想當?shù)膶Ｓ眯?，尤其適用于各種控制系統(tǒng)； （ 2）片內(nèi)帶有定時器 /計數(shù)器； （ 3）片內(nèi)設有多個 I/O 接口，便于系統(tǒng)擴展及信息交換； 10 （ 4）可以使用匯編語言和 C 語言。其中匯編語言中指令系統(tǒng)的指令字節(jié)數(shù)較少，程序 執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲器。而 C 語言方便大多數(shù)初學者使用。 溫度傳感器模塊 溫度傳感器就是 利用物質(zhì) 的 各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉換為電量的傳感器 。溫度傳感器是 溫度測量儀表 的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類， 按照 傳感器材料 及電子元件特性分為熱電阻和 熱電偶 兩類。 溫度傳感器的選型 溫度傳感器的種類繁多，形狀各異，而且各自的要求和用途也都不一樣，而我們模擬測試汽車水溫的系統(tǒng)，為了操作簡單，易于實現(xiàn)，所以趨向于選擇非接觸式的溫度傳感器，而 且非接觸式傳感器測量的上限不受感溫元件耐溫程度的限制，所以很多非接觸式溫度傳感器對最高可測溫度沒有限制。 綜上所述，本課題我們選用的是 DS18B20 溫度傳感器。 DS18B20 是美國 DALLAS半導體公司繼 DS1820 之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。可以分別在 ms 和 750 ms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量，并且從DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需要一根口線（單線接口 ）讀寫 ,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結構更趨簡單，可 靠 性更高。 它 在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果 。 DS18B20 具有以下特點 [3]： （ 1） 獨特的單線接口方式： DS18B20 與微處理器連接時僅需要一條口線即 可 實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 （ 2） 在使用中不需要任何外圍元件。 （ 3） 可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： +~ + V。 11 （ 4） 測溫范圍： 55 ~+125 ℃ 。固有測溫分辨率為 ℃ 。 （ 5） 通過編程可實現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。 （ 6） 用戶可自設定非易失性的報警上下限值。 （ 7） 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。 （ 8） 負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 溫度傳感器的電路設計 DS18B20 是采取三管腳封裝的元器件，所以接線電路十分簡單，該芯片的三個管腳分別是：電源管腳、 GND 管腳、數(shù)據(jù)輸出管腳。數(shù)據(jù)輸出管腳接入到單片機的 口，傳感器 DS18B20 具有體積小、精度高、適用電壓寬、 可組網(wǎng)等優(yōu)點，在實際應用中取得了良好的測溫效果 。 DS18B20 溫度傳感器的使用十分方便，只要把它的 GND、 VCC引腳分別接地和 +5V ，然后把另一個引腳接單片機的串行通信口就可以使用了。下圖 就是 DS18B20 溫度傳感器和單片機組成的一個測溫 系統(tǒng)