【文章內(nèi)容簡介】 維護(hù)要求 超速報(bào)警器的總原理圖 超速報(bào)警器的設(shè)計(jì)將車速傳感器產(chǎn)生的車速信號送入霍爾傳感器電路，得到一個(gè)與車速信號頻率一致的信號，送入單片機(jī)記數(shù)。 得到的數(shù)值通過 與單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定值相比較。如果超過了 鍵盤輸入的最大值 則可判斷汽車超速， 然后通過 蜂鳴器報(bào)警提示。該系統(tǒng)由電源電路、時(shí)鐘電 路、復(fù)位電路、速度顯示電路、按鍵電路、鍵盤（設(shè)定報(bào)警車速值）、報(bào)警電路、霍爾傳感器連接電路和控制單片機(jī)組成。 圖 1 總原理圖 超速報(bào)警器的特色 超速報(bào)警器的設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)限速路段超速報(bào)警，并能語音報(bào)警。本系統(tǒng)的功能在車主電源電路 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 報(bào)警電路 按鍵電路 霍爾傳感器連接電路 顯示電路 單片機(jī) 超速時(shí)提醒車主，保證駕駛?cè)藛T的人身安全 。 超速報(bào)警器的設(shè)計(jì)將車速傳感器產(chǎn)生的車速信號與單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定值相比較。如果超過了預(yù)設(shè)值則可判斷汽車超速，蜂鳴器報(bào)警提示。 超速報(bào)警器的設(shè)計(jì)將電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、速度顯示電路、按鍵 電路、報(bào)警電路、霍爾傳感器連接電路等電路組合起來組成超速報(bào)警器。 3 超速報(bào)警器硬件設(shè)計(jì) 主控模塊 本系統(tǒng)采用 MCS 一 51 系列的 8051 單片機(jī)作為控制核心 [1]。 MCS51 系列單片機(jī)是美國Intel 公司于 1980 年推出的一種 8 位單片機(jī)系列。 8051 的片內(nèi)程序存儲器（ ROM）是掩膜型的，即在制造芯片時(shí)已將應(yīng)用程序固化進(jìn)去。 8051 抗干擾性好，適用于惡劣環(huán)境的場合。8051 CPU 的工作頻率采用 12MHZ，方便系統(tǒng)對速度傳感器的計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行快速的處理。 805l的輸入，輸出引腳具有 32 根 I／ O 口線?？梢赃B接 存儲器、 LED 顯示器、速度傳感器等各種外部器件。 8051 具有低功耗和低電壓工作模式的特點(diǎn)，可以利用電池對系統(tǒng)供電。但8051 內(nèi)部只有 256B 的數(shù)據(jù)存儲器，系統(tǒng)可以外接 RAM 芯片以滿足系統(tǒng)的需求 [2]。 圖 2 8051 單片機(jī)引腳圖 8051 單片機(jī)引腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口 作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL門電流，當(dāng) P2 口被寫 1 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng)P3 口寫入后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于 上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。 通過時(shí)鐘電路可以得知計(jì)算機(jī)的工作狀態(tài)。 AT89C51 單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號而異的典型值為 12MHZ， MCS51單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個(gè)由反向放大器構(gòu)成的振蕩器 ， XTAL XTAL2 分別為 振蕩電路 反相放大器輸入和輸出端， 時(shí)鐘可由內(nèi)部或外部生成，在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時(shí)元件 ，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。 外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。 系統(tǒng)采用的定時(shí)元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。 CMOS型單片機(jī)內(nèi)部（如 AT89C51）有一個(gè)可控的負(fù)反饋反相放大器，外接晶振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器，圖為 CMOS 型單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖 [3]。振蕩器工作受 /PD 端控制，由軟件置“ 1” PD（即特殊功能寄存器 ）使 /PD＝ 0，振蕩器停止工作，整個(gè)單片機(jī)也就停止工作，以達(dá)到節(jié)電目的。清“ 0” PD，使振蕩器工作產(chǎn)生時(shí)鐘，單片機(jī)便正常運(yùn)行。圖中 SYS 為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率主要由 SYS 參數(shù)確定（晶振上標(biāo)明的頻率）。電容 C1 和 C2 的作用有兩個(gè)：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率 f起微調(diào)作用（ C C2 大， f 變小），其典型值為 30p。 圖 3 時(shí)鐘電路圖 復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行 [4]。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。復(fù)位電路的原理是單片機(jī) RST 引腳接收到 2US 以 上的電平信號，只要保證電容的充放電時(shí)間大于 2US，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，所以電路中的電容值是可以改變的。按鍵按下系統(tǒng)復(fù)位，是電容處于一個(gè)短路電路中，釋放了所有的電能，電阻兩端的電壓增加引起的。 本系統(tǒng)采用電平式開關(guān)復(fù)位與上電復(fù)位方式，當(dāng)上電時(shí)， C1 相當(dāng)于短路，使單片機(jī)復(fù)位，在正常工作時(shí)，按下復(fù)位鍵時(shí)單片機(jī)復(fù)位 [5]。在有時(shí)碰到干擾時(shí)會造成錯(cuò)誤復(fù)位，但在大多數(shù)條件下，不會出現(xiàn)單片機(jī)錯(cuò)誤復(fù)位，而可能會引起內(nèi)部某些寄存器錯(cuò)誤復(fù)位，如果在復(fù)位端加一個(gè)電容，則會得到很好的效果。 單片機(jī)采用的復(fù)位方式是自動復(fù)位方式。 AT89C51 單片機(jī)只要接一個(gè)電容至 VCC即可。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在 RST 端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長，就可以使 AT89C51 單片機(jī)有效的復(fù)位。 RST 端在加電時(shí)應(yīng)保持的高電平時(shí)間包括 VCC的上升時(shí)間和振蕩器起振的時(shí)間，所以一般為了可靠的復(fù)位， RST 在上電應(yīng)保持 20ms 以上的高電平。 RC 時(shí)間常數(shù)越大，上電 RST 端保持高電平的時(shí)間越長 圖 4 復(fù)位電路 霍爾傳感器連接電路 霍爾 傳感器 是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器 [6]?；魻栃?yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（ 1855— 1938）于 1879 年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后來發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo) 電流 體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬強(qiáng)得多，利用這現(xiàn)象制成的各種 霍爾元件 ，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化技術(shù)、 檢測技術(shù) 及信息處理等方面?；魻栃?yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測定的 霍爾系數(shù) ，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及 載流子遷移率 等重要參數(shù) [7]。 圖 5 霍爾傳感器圖片和管腳圖 霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖如下。在非磁材料的圓盤邊上粘