基于單片機(jī)的汽車數(shù)字里程表系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-24 19:29 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 光電傳感器的測量精度高，因而本設(shè)計(jì)中我采用了透射式光電傳感器，并且采用了60條縫隙的測量盤。經(jīng)過比較，本系統(tǒng)采用了透射式光電測速脈沖整形電路。每當(dāng)安裝在汽車轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)測量盤上的長方孔與光電傳感器上的透光孔重合，則光敏三極管受光而通過電流，使三極管飽和導(dǎo)通，故用于脈沖整形的施密特觸發(fā)器CD4093輸出高電平，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)至透光孔被遮時(shí)，CD4093輸出低電平。隨著圓盤不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，CD4093便輸出脈沖序列。測出輸出脈沖個(gè)數(shù)，結(jié)合圓盤每一周的孔數(shù)，使可算出轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而可算出車輛的行駛速度。單片機(jī)系統(tǒng)所用的鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。編碼鍵盤是只要按下它的某一個(gè)鍵，就能產(chǎn)生這個(gè)鍵的代碼，與此同時(shí)還產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，以通知CPU接收鍵碼。編碼鍵盤使用方便，也不用編寫太復(fù)雜的程序。但硬件電路復(fù)雜，比非編碼簡易鍵盤成本要高。非編碼鍵盤也稱簡易鍵盤，它的按鍵是排列成行、列矩陣形式的。按鍵的作用只是簡單地實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)的接通或斷開，因此必須有一套相應(yīng)的程序與之配合，才能產(chǎn)生相應(yīng)的鍵碼，它基本上不需要附加什么硬件電路。但需要通過軟件來解決按鍵的識(shí)別、防抖動(dòng)以及如何產(chǎn)生鍵碼的問題。本系統(tǒng)的鍵盤輸入部分，采用了2個(gè)功能鍵，用這2個(gè)鍵既可以選擇6位LED顯示器顯示是單班里程還是總里程。為了節(jié)約成本，本作品選用簡易鍵盤即兩個(gè)按鍵開關(guān)來實(shí)現(xiàn)車速與里程的轉(zhuǎn)換顯示。單片機(jī)所用的顯示有LED和LCD兩種，從設(shè)計(jì)的難度和成本造價(jià)來說LCD都要高于LED。液晶顯示器LCD的最大優(yōu)點(diǎn)是電源電壓低和功耗低，但液晶為非發(fā)光型物質(zhì)，它是利用外界光源的被動(dòng)式顯示器件，環(huán)境越明亮顯示越清晰，不能用于暗處。壽命與使用條件有關(guān)，強(qiáng)光下使用壽命會(huì)減小。此外，它的響應(yīng)速度較低（在10200ms范圍），這就限制了它在快速系統(tǒng)中的應(yīng)用。LED 數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，一個(gè)LED數(shù)碼管可用來顯示一位09十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，在小型專用微機(jī)系統(tǒng)和單板機(jī)等場合，它是主要的顯示器件，在通用微機(jī)系統(tǒng)中，也常用來作為狀態(tài)等顯示。對(duì)于共陽極顯示器，要點(diǎn)亮的顯示段引腳需接低電平“0”。本作品要顯示的是總里程、單班里程以及車速，為數(shù)字顯示?；谝壕э@示器的成本以及在實(shí)際應(yīng)用中的需要，因此，本作品選用了由LED組成的共陽極7段發(fā)光顯示器，它有簡單、經(jīng)濟(jì)、易于與單片機(jī)接口等優(yōu)點(diǎn)。此部分是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一，它的工作情況直接決定了系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全保存的可靠性。EEPROM是電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器。在平常情況下，EEPROM與EPROM一樣是只讀的，需要寫入時(shí)，在指定的引腳加上一個(gè)高電壓即可寫入或擦除，而且其擦除的速度極快。經(jīng)過翻閱大量的文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)使用串行EEPROM芯片作為本系統(tǒng)的外部存儲(chǔ)器，是比較常用的一種方法，而且在做電路板時(shí)布線簡單，單片機(jī)編程時(shí)也穩(wěn)定可靠，當(dāng)失電時(shí)數(shù)據(jù)能得以安全的保存，因而采用了串行EEPROM芯片24C16。本系統(tǒng)所用的24C16是美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是內(nèi)含2K8位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬（）、擦寫次數(shù)多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點(diǎn)。24C16的3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在AT89S51試驗(yàn)開發(fā)板上它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負(fù)電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向I2C總線串行傳送。第6腳SCL為串行時(shí)鐘輸入線。SDA和SCL都需要和正電源間各接一個(gè)10K的電阻上拉。第7腳需要接地。24C02中帶有片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加1，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時(shí)間，一次操作可寫入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。3 硬件各單元電路設(shè)計(jì) 傳感器的設(shè)計(jì)汽車開動(dòng)后，監(jiān)測傳感器對(duì)汽車轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行采樣，將脈沖采樣信號(hào)輸入到單片機(jī)管腳，單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器T1工作于計(jì)數(shù)器方式，累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)和車輪的大小，就可以由單片機(jī)計(jì)算出運(yùn)行的速度和公里數(shù)，并驅(qū)動(dòng)顯示器進(jìn)行顯示。測量盤上具有相同間距的縫隙，當(dāng)測量盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)過一條縫隙，光線便產(chǎn)生一次明暗變化，使光敏元件感光一次，用這種結(jié)構(gòu)可以大大增加轉(zhuǎn)盤上的縫隙數(shù)，因此使每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)相應(yīng)地增加。光電傳感器的脈沖整形電路施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用很廣。施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。而且由于具有滯回特性，所以抗干擾能力也很強(qiáng)。它可用于波形變換、脈沖整形以及脈沖幅度鑒別。根據(jù)以上施密特觸發(fā)器的應(yīng)用特性，因而用施密特觸發(fā)器作為本系統(tǒng)的主要脈沖整形元件。圖31是本系統(tǒng)所采用的透射式光電測速脈沖整形電路圖。每當(dāng)旋轉(zhuǎn)圓盤上的長方孔與光電開關(guān)上的透光孔重合，則光敏三極管受光而通過電流，使三極管飽和導(dǎo)通，故施密特觸發(fā)器CD4093輸出高電平，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)至透光孔被遮時(shí)，CD4093輸出低電平。隨著圓盤不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，CD4093便輸出脈沖序列。測出輸出脈沖個(gè)數(shù)，結(jié)合圓盤每一周的孔數(shù)，使可算出旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角。圖中的CD4093用于脈沖整形。 圖31 透射式光電測速脈沖整形電路圖 單片機(jī)與光電傳感器的接口設(shè)計(jì)單片機(jī)測量頻率有兩種方法：測頻法和測周期法。測量頻率就是在單位定時(shí)時(shí)間里對(duì)被測信號(hào)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；測量周期是在被測信號(hào)周期時(shí)間里對(duì)其一基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。測周期法常用于脈沖頻率較低的場合，所以在本系統(tǒng)中我采用了測頻法。測量頻率最簡單的方法是將被測信號(hào)整形為脈沖，然后連接到單片機(jī)的定時(shí)器/記數(shù)器（T/C）的外部脈沖輸入端，本系統(tǒng)中將被測信號(hào)脈沖AT89S51的T1端?？蓪T89S51的一個(gè)T/C0用作定時(shí)器，另一個(gè)T/C1用作計(jì)數(shù)器。在T/C0定時(shí)時(shí)間里，由T/C1對(duì)頻率脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。T/C1的計(jì)數(shù)值是單位定時(shí)時(shí)間里的脈沖個(gè)數(shù)。但應(yīng)注意如下問題：（1）由于AT895S51對(duì)輸入T/C的外部脈沖計(jì)數(shù)，是通過在每個(gè)機(jī)器周期的第10個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)輸入端T1采樣，
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