【正文】 利用 單片機(jī) 或 DSP 的低 成本、高精度、微型化性能及特點 設(shè)計以 其為核心的一種汽車多功能報警器 ，利用 實時控制和數(shù)據(jù)處理功能，完成系統(tǒng)對汽車防盜報警、輪胎欠壓的檢測報警 和 冷卻系統(tǒng)溫度檢測報警 。 汽車報警器的設(shè)計方案 該多功能汽車防盜報警器，采用 AT89S51 單片機(jī)和各種傳感器的組合，構(gòu)成汽車多功能報警 系統(tǒng) 。 本設(shè)計的汽車多功能防盜報警器工作原理：車輛停放，當(dāng)報警器處于設(shè)防狀態(tài)時，若有人試圖砸玻璃實施盜車或搶奪車xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 7 內(nèi)財物時，玻璃破碎引起震動傳感器的變化；若有人試圖將整車搬移或拖行的時候，會引起傾角的變化，而傾角的變化可以通過加速度傳感器感知，當(dāng)采集電路采集到以上警情信號時 AT89S51 立即接通報警驅(qū)動電路實現(xiàn)聲光報警，同時AT89S51 通過無線信號發(fā)射電路發(fā)給車主報警信號，通過 GSM 系統(tǒng)給車主發(fā)短信通知并同時切斷點火系統(tǒng)的電源；車輛行駛中，對汽車各部分各系統(tǒng)工作狀況進(jìn)行自動檢測，汽車報警器用各種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，若輪胎出現(xiàn)漏氣情況，會引起壓力傳感器的變化；行駛中或啟動車輛時，若發(fā)動機(jī)溫度出現(xiàn)異常，會引起溫度傳感器的變化，傳感器采集到以上信息數(shù)據(jù)會送到 AT89S51 單片機(jī)，用AT89S51 單片機(jī)作為主機(jī)進(jìn)行檢測處理， AT89S51 單片機(jī)控制電路根據(jù)傳感器 檢測到信息做出判斷，當(dāng)某一系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，其傳感器檢測的相應(yīng)信號，經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行比較判斷輸出信號，驅(qū)動報警電路，實現(xiàn)聲光報警，以提醒司機(jī)及時處理，避免事故發(fā)生。 汽車防盜報警框圖 圖 11汽車防盜報警器方框圖 振動傳感器 加速度傳感器 壓力傳感器 傳感器系統(tǒng) 溫度傳感器 電源 遙控模塊 中央處理器 聲光報警驅(qū)動電路 無線信號發(fā)射電路 點火系統(tǒng)電源切斷電路 GSM 短信報警電路 xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 8 第 2 章 汽車防盜系統(tǒng)硬件設(shè)計 中央處理單元設(shè)計 單片機(jī)與 DSP 的比較 1． 單片機(jī)的簡介 所謂單片機(jī)就是在一塊芯片上集成了 CPU、 RAM、 ROM(EPROM 或 EEPROM)、時鐘、定時 /計數(shù)器、多種功能的串行和并行 I/O 口。單片機(jī)一般具有如下主要特點： （ 1）適合實時控制和操作任務(wù) （ 2）可預(yù)測的執(zhí)行周期 （ 3）擅長中斷處理，特別是外部異步事件 （ 4）比較多的 I/O 功能 （ 5）程序較大 （ 6）豐富的片上外設(shè) ２ .DSP 的簡介 DSP（ digital signal processor）是一種獨特的微處理器，有自己的完整指令系統(tǒng)，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。 DSP采用的是哈佛設(shè)計，即數(shù)據(jù)總線和地址總線分開，使程序和數(shù)據(jù)分別存儲在兩個分開的空間，允許取指令和執(zhí)行指令完全重疊。另外還允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間進(jìn)行傳輸，因為增加了器件的靈活性。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。由于它運算能力很強(qiáng)，速度很快，體積很小，而且采用軟件編程具有高度的靈活性，因此為從事各種復(fù)雜的應(yīng)用提供了一條有效途徑。 DSP 的比較 目前看來，單片機(jī)比 DSP 應(yīng)用范圍更廣，但是 DSP 比單片機(jī)功能更強(qiáng)大。 DSP適合于要求較高的場合，DSP 主要面向數(shù)字信號處理設(shè)計，而單片機(jī)主要面向系統(tǒng)控制應(yīng)用設(shè)計。它有專門的 FFT 算法需要的特殊指令，流水線指令處理。與單片機(jī)相比， DSP 器件具有較高的集成度。提供高速、同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口。 DSP 器件采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時存取程序和數(shù)據(jù)。 DSP 器件比 16 位單片機(jī)單指令執(zhí)行時間快 8～ 10 倍，完成一次乘加運算快 16～ 30 倍。此外， DSP 器件提供 JTAG 接口，xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 10 具有更先進(jìn)的開發(fā)手段，批量生產(chǎn)測試更方便，開發(fā)工具可實現(xiàn)全空間透明仿真， 不占用用戶任何資源。如果你作一個遙控器，選用 DSP 就沒優(yōu)勢了。單片機(jī)長于控制場合應(yīng)用， DSP 長于信號分析運算，本身針對了不同的需求，應(yīng)該不存在互相替代的問題。 單片機(jī)的選擇 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單 片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 89S51 單片機(jī)的引腳功能介紹 P 0 .732P 0 .633P 0 .534P 0 .435P 0 .336P 0 .237P 0 .138P 0 .039V C C40P 2 .021P 2 .122P 2 .223P 2 .324P 2 .425P 2 .526P 2 .627P 2 .728A L E /P R O G30P S E N29E A / V P P31P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .5 / M O S I6P 1 .6 / M I S O7P 1 .7 / S C K8R E S T9P 3 .0 / R X D10P 3 .1 / T X D11P 3 .2 / IN T 012P 3 .3 / IN T 113P 3 .4 / T 014P 3 .5 / T 115P 3 .6 / W R16P 3 .7 / R D17X T A L 218X T A L 119GND20A T 8 9 S 5 1 圖 21 引腳圖 1 電源和晶振： Vcc—— 運行和 程序校驗時加 +5V。 XTAL1—— 輸入到振蕩器的反相放大器。 當(dāng)用外部振蕩器時， XTAL2 不用， XTAL1 接收振蕩器信號 。 （ 1）輸入： RST—— 復(fù)位輸入信號，高電平有效。 EA/Vpp—— 片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。 （ 2）輸入，輸出： ALE/PROG—— 地址鎖存允許信號，輸出。 ALE 以 1/6 的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用做對外輸出的時鐘或用于定時。輸入編程脈沖。 （ 3）輸出： PSEN—— 片外程序存儲器選通信號，低電平有效。PSEN 可以驅(qū)動 8個 LSTTL 負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)輸出時可鎖存，即輸出新的數(shù)據(jù)之前，通道口上原數(shù)據(jù)一直保持不變，但對輸入信息是不鎖存的，因此從外部輸入的信息必須保持到取數(shù)指令執(zhí)行完為止。 （ 1） P0口介紹 P0口在訪問外部存儲器時， P0口既是一個真正的雙向數(shù)據(jù)總線口，又是從分時輸出 8位地址口。 在編程校驗期間，用做輸入低位字節(jié)地址。 xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 13 (3） P2口介紹 P2口也是雙向口。如果沒有系統(tǒng)擴(kuò)展時，也可以作為用戶的 I/O口使用。外部的程序存儲器由 PSEN信 號選通，數(shù)據(jù)存儲器則由 WR和 RD讀寫信號選通，因為216=64k，所以 89S51最大可外接 64kB的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器 (4） P3口介紹 P3口 是個雙功能口，第一功能作通用 I/O口，第二功能是作變異功能用， 為適應(yīng)引腳的第二功能的需要，增加了第二功能控制邏輯，在真正的應(yīng)用電路中，第二功能顯得更為重要。 P3 口的輸入輸出及 P3 口鎖存器、中斷、定時 /計數(shù)器、串行口和特殊功能寄存器有關(guān)， P3口的第一功能和 P1 口一樣可作為輸入輸出端口，同樣具有字節(jié)操作和位操作兩種方式，在位操作模式 下，每一位均可定義為輸入或輸出 端口引腳 功能特征 串行輸入口（ RXD） 串行輸出口 (TXD) 外中斷 0(INT0) 外中斷 1(INT1) 定時 /計數(shù)器 0的外部輸入口 (T0) 定時 /計數(shù)器 1的外部輸入口 (T1) 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 (WR) 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 (RD) 表 22 P3口的 第二功能 89S51 單片機(jī)的中斷系統(tǒng) 本次畢業(yè)設(shè)計的汽車多功能報警器是利用外部中斷觸發(fā)單片機(jī)中斷處理程序，以 實現(xiàn)防盜報警的功能。 1 中斷：程序執(zhí)行過程中，允許外部或內(nèi)部事件通過硬件打斷程序的執(zhí)行，使其xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 14 轉(zhuǎn)向為處理內(nèi)部事件的中斷服務(wù)程序中去；完成中斷服務(wù)的程序后， CPU繼續(xù)原來被打斷的程序，這樣的過程稱為中斷過程。 89S51 有 5個中斷源： (1) INT0：外部中斷 0 請求，低電平有效。 (2) INT1：外部中斷 1 請求，低電平有效。 (3) T0：定時器 /計數(shù)器 0溢出中斷請求 。 (5) TXD/RXD：串行口中斷請求。 每一個中斷源都對應(yīng)一個中斷請求標(biāo)志位，它們設(shè)置在特殊功能寄存器TCON 和 SCON 中。 3 89S51 中斷系統(tǒng)有以下 4 個特殊功能寄存器： （ 1） 定時器控制寄存器 TCON（用 6 位）； （ 2）串行口控制寄存器 SCON（用 2 位）； （ 3）中斷允許寄存器 IE； （ 4）中斷優(yōu)先級寄存器 IP。通過對以上各特殊功能寄存器的各位進(jìn)行置位或復(fù)位等操作，可實現(xiàn)各種中斷控制功能。 89C51 的CPU 在每個機(jī)器周期的 S5P2 期間順序采樣每個中斷源， CPU 在下一個機(jī)器周期S6期間按優(yōu)先級順序查詢中斷標(biāo)志。中斷系統(tǒng)通過硬件自動將相應(yīng)的中斷矢量地址裝入 PC， 以便進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。 由于 89S51 系列單片機(jī)的兩個相鄰的中斷源中斷服務(wù)程序入口地址相距只xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 15 有八個單元，一般的中斷服務(wù)程序是容納不下的，通常是在相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址中放一條常跳轉(zhuǎn)指令 LJMP，這樣就可以轉(zhuǎn)到 64KB 任何可用區(qū)域了。 RETI 指令的操作一方面告訴中斷系統(tǒng)該中斷服務(wù)程序已執(zhí)行完畢，另一方面把原來壓入堆棧保護(hù)斷點地址從棧頂彈出，裝入程序寄存器 PC，使程序返回到被中斷的程序斷點處繼續(xù)執(zhí)行。 （ 2）在中斷服務(wù)程序中，用戶應(yīng)注意用軟件保護(hù)現(xiàn)場，以免中斷返回后丟失原寄存器、累加器中的信息。 定時器 /計數(shù)器 定時器 /計數(shù)器是單片機(jī)中重要部件，其工作方式靈活、編程簡單。它們都有定時和事件記數(shù)的功能，可用于定時控制、延時、對外部事件計數(shù)和檢測等場合。其中， T0 由兩個 8 位特殊功能寄存器 TH0 和 TL0 構(gòu)成； T1 由 TH1 和 TL1 構(gòu)成。這些功能都中斷源 中斷矢量地址 外部中斷 0（ 0INT ） 0003H 定時器 /計數(shù)器 0（ T0） 000BH 外部中斷 1（ 1INT ） 0013H 定時器 /計數(shù)器 1（ T1） 001BH 串行口中斷（ RI、 TI） 0023H xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 16 由特殊功能寄存器 TMOD 和 TCON 所控制。當(dāng) 89S51采用 12MHZ 晶振時，一個機(jī)器周期為 1us，計數(shù)頻率為 1MHZ。當(dāng)輸入脈沖信號產(chǎn)生由 1至 0的下降沿時，定時器的值加 1。此后的機(jī)器周期 S3P1 期間，新的數(shù)值裝入計數(shù)器。 不管是定時還是計數(shù)工作方式，定時器 T0 或 T1 在對內(nèi)部時鐘或?qū)ν獠渴录嫈?shù)時，不占用 CPU 時間，除非定時器 /計數(shù)器溢出，才可能中斷 CPU 的當(dāng)前操作。 89S51 單片機(jī)的外圍電路的設(shè)計 89S51單片機(jī)內(nèi)含有一個高增益的反相放大器，通過 XTAL XTAL2 外接作為反饋元件的晶體后，構(gòu)成自激振蕩器，所以 89S51單片機(jī)正常工作時需要外接晶振和微調(diào)電容。本系統(tǒng)還采用硬件看門狗電路，以解決因程序跑飛而使系統(tǒng)不能正常工作的問題，提高系統(tǒng)的可靠性。 MAX813L芯片及其工作原理： 加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度典型值為200 ms；獨立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在 1． 6 s 內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖剑? V 門限值檢測器，用于電源故障報警、電池低電壓檢測或＋ 5 V以外的電源；門限電壓為 ；低電平有效的手動復(fù)位輸入。 (2)工作電源端（ VCC）：接 +5V 電源。 (4)電源故障輸入端（ PFI） 當(dāng)該端輸入電壓低于 1． 25 V 時， 5 號引腳輸出端的信號由高電平變?yōu)榈碗娖健? (6)看門狗信號輸入端（ WDI）