【文章內容簡介】 。方案二：Proteus 是英國Labcenter公司開發(fā)研制的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，該軟件具有如下特點：（1）可以單片機仿真與SPICE電路設計仿真結合?？梢詳?shù)字電路仿真、模擬電路仿真、單片機和其外圍電路組成的電路系統(tǒng)的仿真、I2C測試器、RS232動態(tài)仿真、SPI檢測器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；各種各樣的虛擬儀器設備，如邏輯分析儀、示波器、信號產(chǎn)生器等。（2）可以主流單片機的仿真。目前可以使用的單片機類型有：ARMPIC10/12/16/18系列、AVR、80C51/51系列、HC11系列和多種外圍接口芯片。（3）支持軟件測試功能。硬件電路仿真系統(tǒng)中支持單步、全速、設置斷點等檢測功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和測試環(huán)境，如Keil C51 uVisionWAVE偉福等軟件。（4）具有強大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大?；谝陨戏治?，本次設計決定選取Proteus軟件進行仿真和用altium 。 系統(tǒng)總體軟件方案選擇軟件的設計除了滿足設計功能外還必須要滿足易讀寫，方便下載和編譯。設計目標和硬件總體結構確定的情況下，可以把軟件可以分為主程序，顯示子程序，各種延時子程序，按鍵掃描程序四個主要部分組成。軟件的編寫需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要程序燒錄器下載到單片機中執(zhí)行。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編譯軟件。最后還要選擇一款與所選單片機的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機中執(zhí)行。 單片機編程語言現(xiàn)在主要運用的單片機編程語言為匯編語言和C語言。下面對匯編語言和C語言做一些簡介。匯編語言是一種面向機器的程序設計的語言，在匯編語句中，用地址符或標號替代地址碼，用助記符代替操作碼，這樣符號代替機器語言就可以轉換為匯編語言，于是匯編語言亦稱為符號語言。應用匯編語言代碼編寫的程序，是不能直接被機器識別的，要由一種程序將匯編語言翻譯成機器語言，這種起翻譯作用的程序稱為匯編語言。匯編語言程序是由系統(tǒng)軟件的語言處理系統(tǒng)軟件，匯編語言把匯編程序翻譯成機器能夠識別語言的過程稱為匯編。作為最基本的編程語言之一，匯編語言雖然應用的范圍不算很廣，但重要性卻勿庸置疑，因為它能夠完成許多其他語言所無法完成的功能。C語言是一種結構化語言，可產(chǎn)生壓縮代碼。與匯編相比，C語言有如下特點。（1）C語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活。（2）C語言具備高級語言和低級語言的特征。（3）C語言是結構化語言，具有結構化的控制語句。（4）C語言具有各種各樣的數(shù)據(jù)類型。（5）C語言具有強大的圖形功能，支持多種顯示器和驅動器；而且計算功能、邏輯判斷功能也比較強大，可實現(xiàn)決策目的。（6）C語言適用范圍大。（7）C語言生成目標代碼質量高，程序執(zhí)行效率高。 基于以上分析結果，本次設計決定選取編程語言為C語言。 系統(tǒng)軟件編譯器keil介紹keilKeil C51是美國Keil Software公司推出的51系列兼容各種單片機C語言軟件開發(fā)環(huán)境，與匯編語言相比，C語言在可讀性、結構性、功能上、可維護性上具有很大的優(yōu)勢，因此很容易學習。Keil中包括C語言編譯器、宏匯編、庫管理、連接器和一個具有強大功能的仿真調試器等在內的一體開發(fā)方案，通過一個集成環(huán)境將這些部分有機的組合在一起。運行Keil軟件需要WIN9NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調試工具會使我們的設計事倍功半。3 系統(tǒng)硬件總體設計 系統(tǒng)總體功能模塊采集部分信號調理部分判斷處理部分上位機信號信號指令指令處理結果，整個裝置可劃分為三部分，分別為采集部分，信號調理部分和識別處理部分。在應用中，由于本次設計的是沒有返程的,所以在需要的路段可以將多個裝置分別安裝在各個路段兩側，以采集到有效的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過信號的調理、信號判斷處理等過程，最后將處理結果匯集到最近的上位機節(jié)點，接著將各地方節(jié)點集總到中心工作站，由此對數(shù)據(jù)進行分析、存儲、統(tǒng)計，從而達到道路車流量與車速檢測目的。為了解各路段車輛通行情況，估測車流高峰以及堵車高峰，制定出科學管理和措施提供重要依據(jù)。但本設計沒涉及到這一點。信號采集部分主要采用矩陣理念，應用紅外線發(fā)射和接收管形成檢測區(qū)域矩陣電路，如果有車輛通過檢測區(qū)，就會遮擋部分發(fā)射與接收管，由此引起電路中電平的相應變化。從而對通行車行駛狀況的作出充分分析，構建識別算法，微處理器就能按照算法，將車輛的行駛狀況識別出來。本文將以實驗模型，說明設計思路。矩陣采集區(qū)由發(fā)射電路和對應在其下方的接收電路兩部分組成，發(fā)射部分采用兩排紅外線發(fā)射管，每排分別8個組成。正對著每個發(fā)射管的接收管組成接收電路，一樣是兩個測量層次，和對應的每排八個單元的測量密度。在信號測量應用中，為提升辨別的準確性和匹配道路狀況，可以靈活的增加矩陣中的測量層次和采集點密度，同時還需要根據(jù)具體環(huán)境對識別算法簡要改變。. 信號處理部分此部分主要作用是將采樣的信號進行放大、調整，使微處理器能夠處理，然后根據(jù)處理單元的需要選通矩陣中的測量排。其中(a)部分是將接收管所生成的微弱信號變化進行放大，并在對應的引腳部位體現(xiàn)出來。 單片機信號調理圖并傳輸?shù)剿拥?4HC244芯片部分， 所示。74HC244芯片將放大后的信號進行標準化，當信號達到微處理器能處理的標準信號，主處理芯片AT89C51就開始工作。，每排接收排的引腳接到一片74HC244芯片上，本次設計將用到兩片74HC244芯，分別作為發(fā)射端和接收端各一片。74HC244 74HC244 74HC244 系統(tǒng)總體電路圖信號判斷處理部分也就是系統(tǒng)的重要部分，它采用的是非曲直片AT89C51芯片作為單片機P1口來控制選通兩片74HC244芯片中的一個，即分別選通兩個接收排中的一排，將接收到的數(shù)據(jù)用的P2口接收，通過仿真，可檢測算法在運行中的正確性。另外，微處理器的P1口用于與外部進行通信，如果檢測到有信號的變化，將識別結果發(fā)送到上位機附錄2所示。 電源供電系統(tǒng)設計電路能夠正常工作，電源是必不可少的。單片機屬于數(shù)字電路中的器件，所以這里需要選擇+5V的直流電源。 電源電路圖先將220V交流市電經(jīng)過電源變壓器轉換成交流低壓，然后經(jīng)過橋式整流電路與濾波電容整流和濾波，一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓便會在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的輸入端和地端兩端形成。此直流電壓在經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和電容的濾波作用，便可在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生一個穩(wěn)定度好、精度高的直流輸出電壓。此穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或者單片機應用電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種系列化、標準化的主流線性穩(wěn)壓電源集成電路。這種穩(wěn)壓器以其成本低、體積小、性能高、工作可靠性好、使用十分簡捷方便等特點，成為當前穩(wěn)壓電源中應用十分廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器。在TTL器件電路廣泛采用LM7805三端穩(wěn)壓器作為供電電源的控制器。 51系列單片機簡介單片機（Microcontroller，又稱微處理器）是在一塊硅基片上集成了各種小器件的的微型處理器，這些器件包括數(shù)據(jù)存儲器RAM、中央處理器CPU、程序存儲器ROM、定時器/計數(shù)器和I/O接口電路。單片機最小系統(tǒng)由時鐘電路和復位電路組成。時鐘電路用于產(chǎn)生AT89C51單片機工作時必需的控制信號。單片機的內部電路正是在時鐘信號的控制下，嚴格地按照時序執(zhí)行指令進行工作。復位電路是為單片機初始化操作準備的。只要單片機的復位引腳RST上的復位信號要持續(xù)兩個機器周期（24個時鐘周期）以上，就可以使AT89C51單片機復位。 單片機最小系統(tǒng)電路圖 時鐘電路設計AT89C51單片機各功能部件的運行都以時鐘信號為基準，有條不紊、一拍一拍地工作。因此時鐘頻率直接影響單片機的處理速度，時鐘電路的質量也是直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。本次采用外部時鐘方式。AT89C51單片機芯片內部設有一個由反向放大器構成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的的輸入端和輸出端，時鐘可有內部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，內部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。時鐘頻率fosc采用12MHZ，CC2的電容值取30pF，電容的大小起頻率微測的作用。 時鐘電路圖 復位電路設計AT89C51單片機在啟動運行時或者出現(xiàn)死機時需要復位，使CPU以及其他功能部件處于一個確定的初始狀態(tài)，PC初始化為0000H。單片機從這個狀態(tài)開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當程序行出錯(如程序“跑飛”)或操作錯誤使系統(tǒng)處于 “死鎖”狀態(tài)時，也需要按復位鍵即RST腳為高電平，使AT89C51擺脫“跑飛”“死鎖”狀態(tài)而重新啟動程序。單片機有多種復位方式，常用的復位操作有上電復位和手動按鍵電平復位方式。本設計采用手動按鍵電平復位方式。上電復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的，復位電路產(chǎn)生的復位信號（高電平有效）由RST通過一個施密特觸發(fā)器與復位電路相連，施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲干擾，在每一個機器周期的S5P2，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內部復位操作所需要的信號對AT89C51單片機進行復位。當上電時，C1相當于短路，有時碰到干擾時會造成錯誤復位，可在復位端加個去耦電容，可以復位電路更加可靠。 按鍵電平復位電路圖 通信系統(tǒng)硬件設計兩個計算機或一個計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳輸可以使用并行通訊和二串行通訊種方式。由于串行通訊方式有使用成本低、線路少的特點，特別是在遠程通訊時，避免了多條線路特征的不一致而被廣泛使用。RS232C標準是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會)與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0~20000b/s范圍內的通信。這個標準對串行通信接口的有關問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設備廠商都生產(chǎn)與RS232C制式兼容的通信設備，因此，它作為一種標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用。AT89C51單片機具有全雙工串行UART通道，支持單片機進行數(shù)據(jù)的串行通信傳輸。除了單片機要與PC機制定通信協(xié)議，確定發(fā)送速率外還需要解決的問題就是信號電平問題。RS232C標準規(guī)定了PC機發(fā)送數(shù)據(jù)總線TXD和接收數(shù)據(jù)總線RXD采用EIA電平，即傳送數(shù)字“1”時傳輸線上的電平在－3～－15V之間；傳送數(shù)字“0”時，傳輸線上的電平在＋3～＋15之間。但單片機串行口采用正邏輯TTL電平，即數(shù)字“1”時為＋5V數(shù)字“0”時為5V，所以單片機與計算機不能直接相連進行通信必須將RS232C與TTL電平進行通過芯片轉換。在通用的電平轉換芯片中MAX232系列的芯片以集成度高，單＋5V電源工作，只需外接5個小電容即可完成RS232C與TTL電平之間的轉換而成為單片機系統(tǒng)中的常用芯片。該電路用于測試程序，以及系統(tǒng)軟件的修改。本系統(tǒng)軟件編寫的程序可直接通過PC機的串行口，再經(jīng)過MAX232電平轉換下載到單片機中，從而去執(zhí)行相應的功能。在該顯示系統(tǒng)中，MAX232為通信系統(tǒng)中最重要的硬件組成部分。 串口通信系統(tǒng)下載電路圖 紅外線傳感器紅外線傳感器是使用紅外線的物理特性來進行測量的傳感器。紅外線具有散射、吸收、反射、干涉、折射等性質。任何物體，只要它本身能夠產(chǎn)生一定的溫度（高于絕對零度），都會輻射紅外線。紅外線傳感器測量時可以不與被測目標直接接觸，因此不會產(chǎn)生摩擦，并且有靈敏度高，響應快等優(yōu)點。 紅外線傳感器有轉換電路、檢測元件和光學系統(tǒng)組成。光學系統(tǒng)按結構不同可劃分為反射式和透射式兩類。檢測元件按工作原理有熱敏檢測元件和光電檢測元件兩種。熱敏元件是應用最多的熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時，溫度會升高，電阻也會發(fā)生微小的變化，在經(jīng)過轉換模塊變成電信號輸出。光電檢測元件中最流行的是光敏器件，大多數(shù)情況下是由硒化鉛、砷化銻、砷化銦、硫化鉛、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制作而成。 紅外線傳感器主要應用于無接觸式溫度測量，無損探傷和氣體的成分分析。另外，在空間技術、軍事、醫(yī)學和環(huán)境工程等領域也得到了大規(guī)模應用。例如使用紅外線傳感器從遠距離測量人體表面的溫度的熱像圖，還能夠發(fā)現(xiàn)溫度異常部位，及時對有疾病的患者進行診斷治療；采用人造地球衛(wèi)星上的紅外線傳感器能夠對地球云層進行實時監(jiān)控，能夠實現(xiàn)大范圍的天氣預測；正在運行的飛機上正在運行的發(fā)動機的過熱情況等可以采用紅外線傳感器檢測。紅外線又被叫做紅外光，其實頻帶在700納米以上的不可見光，波長處于可見光與無線電電波之間，具有折射、反射、吸收、干涉、散射等性質。復雜環(huán)境中的可見光不會影響紅外線，因此可在晝夜間進行檢測。采用紅外線原理制造的傳感器又被稱為紅外傳感器，它是一種應用光電效應原理的的接近覺傳感器。紅外線傳感器在進行測量時不與被測目標直接接觸，因此不會產(chǎn)生摩擦，同時有靈敏度好，響應較快等特點。常用基于紅外光電式的傳感器選擇靠近紅外區(qū)，即760～2500nm頻率段，常用的發(fā)光器件由880nm和930nm兩個系列組成。紅外線傳感器由檢測元件、光學元件和轉換模塊組成。光學元件按硬件構成不同可分為透射式和反射式兩類。檢測元件按工作方式可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。光敏元件是光電檢測常用的元件，其元件構成一般為砷化鉀(GaAS）等半導體材料，具有吸收光并能將之轉換成電能，當在不同距離測量時，變化的光的強度將會導致電流的緩慢變化，再把電流信號通過放大和相關處理，就能夠達到檢測距離的目的。紅外線通訊時將發(fā)射紅外線的發(fā)光二極管和接受紅外線二極管組合在一起實現(xiàn)。如果有車量經(jīng)過時，單片機輸出的電平信號為“1”，(a)所示