毕业设计（论文）智能速度里程表设计.doc

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1、综合毕业实践报告(论文)综合毕业实践题目：智能速度里程表设计系 部:电气工程系专 业：现代应用电器与电子学生姓名：班级：440420000学号：44042016起迄日期：2006.1-2006.6实践地点：指导教师：专业技术职务:副教授顾问教师：2007年6月智能速度里程表设计摘 要：汽车的技术性能随着行驶里程的增加以及各种因素的影响而发生变化。在使用汽车的过程中，对车辆进行定期保养，可以及时发现和消除隐患，防止故障的发生提高车辆的完好率，有效地延长汽车的使用寿命。因此，开车中应时常关注里程表显示的数字，一旦到了保养里程，应及时到特约维修站做定期保养。针对机械式里程表的缺点，开发研制了数字式汽

2、车里程表。该里程表系统主要由AT89C2051单片机为核心、传感器调理、控制键盘输入等硬件电路模块组成。以AT89C2051为核心，利用单片机的运算和控制功能，并采用共阴极八段数码管实时显示所测速度和里程的速度里程表设计方案。该方案由于使用了共阴极八段数码管和E2PROM，以及高效快速算法，因而可在节约系统资源和简化程序设计的基础上保证测量精度和系统实时性。 关键词： AT89C2051单片机；里程表；传感器 目 录摘 要1ABSTRACT2目 录3前 言4第一章 设计概述51.1具体实现方案51.2 软件设计7第二章 硬件描述82.1 系统核心元器件单片机AT89C52芯片简介92.2 车轮

3、转速采集元件霍尔元件简介122.3 显示部分共阴极八段数码管简介132.4 E2PROM存储器24C01芯片简介142.5 分频器TC4024芯片简介14第三章软件描述153.1 系统主要程序设计153.2 汇编程序清单17第四章 系统调试35结 论36谢 辞38前 言新生事物不会因传统的存在而停止它前进的步伐，电子数码科技今天已渗透到工业，农业，民用的产品的点点滴滴。新概念汽车里程表直接用数字显示速度、里程，另外还有时间显示和温度测量以及超速报警。不只是为达到目的，更是为了享受驾驶的快感。 本设计是一个十分实用的设计，是汽车必备的电子仪表。现在汽车制造的电子化程度越来越高，所以像这种电子计程

4、表是一定会在实际应用之中有它的用武之地，市场前景十分广阔。其设计的具体功能要求是：1.实现速度的测量（单位：米/秒）2.具有测量行程的功能（单位：米）；3.速度过快的警告功能；要达到课题要求其难点在于：1.用霍尔元件数据采集的具体安装和实现效果。2.单片机对里程和速度的计算，输出的中断与数据采集造成里程和速度的误差。第一章 设计概述为了达到设计要求，首先要对系统要完成的功能进行分析。系统要通过传感器件对车轮的转动信息进行采集，并将其送入系统中心处理部分进行分析计算，最后得到车子的速度以及里程等信息然后送显示部分输出。所以本设计就要有：信号采集部分、信号预处理电路、AT89C51单片机、显示电路

5、、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路含信号放大、波形变换和波形整形。1.1具体实现方案系统硬件框图如下图1.1：图1.1 系统硬件框图系统基本上有：按键控制以及指示灯部分、霍尔脉冲信号输入以及信号二分频部分、核心控制部分、数码管显示部分组成。其电路原理图如下图1.2：图 1.2 汽车里程/速度计电气原理图按键控制部分以及指示灯按键控制部分的设计采用独立式按键，接在P1口上，使用时给P1置1，当按键按下时对应管脚被置0，通过对P1口扫描过确定是那个键按下了，然后，做出相应的动作。如下图所示P1.0口和P1.1口分别用于显示里程状态和速度状态。P1.2、P1.3、P1.6和P1.7

6、口分别用于设置轮圈的大小。第10脚的开关用于确定显示的方式，当开关闭合时，显示速度；打开时显示里程。霍尔元件脉冲信号输入以及二分频第12脚外中断0用于支轮子的圈数的计数输入，轮子每转一圈，霍尔传感器输出一个低电平脉。将此信号二分频后用于单片机的第13脚外中断1的中断信号，控制定时器T1的启/停，这样每次定时器T1开启的时间刚好是车轮每转一圈的时间，再根据轮子的周长即可得到车速。数码管显示部分单片机的P0口和P2口用于七段LED显示器的扫描输出和段码。P0.0P0.6用于数码管的扫描输出数据入口，将单片机计算出的关于车的里程、速度转化成在LED上显示的代码然后从P0口输入，通过P2口的P2.2、

7、P2.3和P2.4这三个管脚输出控制信号，控制哪个数码管显示里程数或是车速。1.2 软件设计本设计所有程序全部采用汇编言语编写，汇编语言能够很直观看出其是如何对硬件进行操作的，因此十分实合用于小型系统的软件开发，下面是一些关于汇编语言的简介：汇编语言与指令系统汇编语言程序设计的选择完成某项特定任务的指令的几何称为程序。计算机是按照程序一条条依次执行指令而工作的。用户要计算机完成各种任务，就要设计各种应用程序。设计程序就要用到程序设计语言。程序设计语言有三种：机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是及其唯一能“懂” 的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序（源程序）最终都必须翻译成机器语言的程序，

8、计算机才能“看懂”，然后逐一执行。但是，机器语言只是一种用二进制数组成的代码，人们不易辨识、记忆，因此使用不便、易错，很难用它来进行程序设计。高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通用于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多计算机指令，于是用高级育秧编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，所以使用很多。但是编制程序工作两不大、规模较小的计算机系统，使用汇编语言编程也还方便，而且高级语言源程序要通过预存于计算机存储器内的编译程序或解释程序才能翻译成及其语言，而储容量较小的计算机系统容纳不下，因此也无法配用这些工具程序

9、，便必须应用汇编程序编程了。用汇编语言编制程序时，程序的每个语句都与计算机的某条具体指令相对应。根据统计，译成机器语言后，高级语言一般长度增加15%-200%，占用的内存空间相随扩大，执行时间也相应增加50%-300%。可见对于要求反映灵敏与控制及时地工控、检测等实时控制系统以及要求体积小、系统小的许多“电脑化”产品，采用汇编语言编程，其优越性比较明显。也就是说，汇编语言程序设计有其特定的应用范围，用的也相当广泛。MCS-51系列单片机的汇编指令系统一台计算机在设计时已决定了共有多少条指令以及每条指令所能执行的操作功能。根据设计使某型计算机具有指令的集合便构成这一计算机的指令系统。MCS-51

10、系列单片机的指令系统共有111条指令，按照他们的操作性质可划分成数据传送、算术操作、逻辑操作、程序转移、位操作等5大类。MCS-51系列单片机的指令长度较短；单字节指令有49条；双字节指令有46条；最简单的是三字节指令，只有16条。指令周期也短；单机器周期指令64条；双机器周期指令45条；只有乘、除两条指令需要4个机器周期。这些指令在12MHz晶振的情形下，执行时间分别为1s、2s和4s。可见，MCS-51指令系统在存储空间和执行时间方面具有较高的效率，编成的程序占用内存单元少，执行也很快捷，与其应用范围的要求很相适应。在MCS-51指令系统中，有丰富的位操作指令，形成一个相当完整的位操作指令

11、子集，成为该指令系统的重大特点。这对于需要进行大量位操作的程序将带来明显的见解和方便。每条指令通常有操作码和操作数两部分组成，前者表示计算机执行该条指令将进行何种操作，后者表示参加操作的数的本身或操作数所在的地址。一台计算机在设计时也已决定了每条指令的操作码的表示形式，这就是指令的助记符、操作功能、译成机器语言的代码以及存放时占用的字节数和执行时好用的机器周期数。第二章 硬件描述本设计主要由以下部分组成：按键控制以及指示灯部分、霍尔脉冲信号输入以及信号二分频部分、核心控制部分、数码管显示部分。使用的主要元器件如下表：通用单片机 AT89C51 一片E2PROM存储器 24C01 一片分频器 T

12、C4024 一片共阴极八段数码管 LTS547G 三个石英晶体振荡器 一个独立式按键 五个发光二极管 三个三极管 NPN型 二个三极管 PNP型 四个电阻 若干电容 若干2.1 系统核心元器件单片机AT89C52芯片简介单片计算机即单片机，其全称为单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer），亦称为微控制器（Micro controller）,就是将CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种接口电路都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此，一块芯片就构成了一台计算机。其特点是体积小、成本低、功能强、功耗低，是微机应用产品化的最佳机种之一。因而它适合作本设计的核心控

13、制器件。单片机可分为多个品种及系列，AT89C51属于8位通用型51系列单片机的51子系列。故以下介绍的都是这一类的情况。MCS-5l基本组成及主要特点MCS-51系列单片机基本结构如图2.1所示。每一片单片机包括： 中央处理器CPU; 256B内部数据存储器RAM，用以存放可以读、写的数据，如运算中间结果和最终结果等； 4KB内部指令存储器ROM, 用以存放程序，亦可存放一些原始数据和表格； 4个8位输入/输出接口P0、P1、P2、P3。每个口既可以用作输入，也可以用作输出； 2个定时器/计数器。可以用来对外部事件进行计数，也可以设置成定时器，并根据计数或定时的结果对计算机进行控制；图2.1

14、 MCS-51系列单片机基本结构 内部中断控制系统； 1个全双工UART(通用异步接收发送器)串行I/O接口，使得数据可以一位一位在计算机与外设之间传送，可用于单片机之间或单片机与微机之间的串行通信； 内部时钟产生电路，但晶振和微调电容需要外接。振荡频率范围为1.212MHz。以上各部分通过内部总线相连接。单片机工作原理1、电源引脚：接+5V电源。：接电源地端。2、外接晶体引脚XTAL1：片内反相放大器输入端。XTAL2：片内反相放大器输出端。外接晶体时,XTAL1与XTAL2各接晶体一端，借外接晶体与片内反相放大器构成振荡器。3、输入/输出引脚 P0.0P0.7：P0口的8个引脚在不接片外存

15、储器与不扩展P0接口时，可作为准双向输入/输出接口。在接有外存储器或扩展I/O接口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。 P1.0P1.7：P1口的8个引脚。可作为准双向I/O接口使用。对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二种功能：P1.0可用作定时器所数器2的外部控制端T2EX。P2.0P2.7：P2的8个引脚。可作为准双向I/O接口；但在接有片外存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256B时，P2口用作高8位地址总线。P3.0P3.7：P3口的8个引脚。除作为准双向I/O接口使用外，还具有第二功能，详见图2.2引脚 第二功能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD

16、（串行输出口）P3.2 INT0 （外部中断0请求输入端）P3.3 INT1 （外部中断1请求输入端）P3.4 T0 （定时器/计数器0记数脉冲输入端）P3.5 T1 （定时器/计数器1记数脉冲输入端）P3.6 WR （片外数据存储器写选通信信号输出端）P3.7 RD （片外数据存储器读选通信信号输出端）图2.2 P3口引脚第二功能 4、外接附加电路MCS-51单片机的工作方式大体可以归纳为四种；复位方式、程序执行方式、节电方式和EPROM的编程与校验方式。本设计中使用的是复位方式。 MCS-51系列单片机的复位(RST)引脚上只要出现10ms以上的高电平，单片机就实现复位。复位的功能是把程序

17、计数器PC值初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除此之外，复位操作还对些特殊功能寄存器值也有影响。复位工作状态 单片机在RST引脚高电平控制下，特殊功能寄存器和程序计数器PC复位后的状态如表2.3所示。复位不影响片内RAM存放的内容，控制信号ALE、PSEN在复位有效期间将输出高电平。寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HA00HT2CON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUFXXHIE0X000000BPCON（0XXOO00B）

18、TMOD00H图2.3 特殊功能寄存器和程序计数器PC复位后的状态单片机的各个功能模块由特殊功能寄存器控制，而程序的运行由PC管理，所以上述的复位状态决定了单片机的初始状态。复位电路MCS-51单片机系统常常有上电复位和操作复位两种方法。上电复位，是指单片机上电瞬间，要在RST引脚上出现宽度大于10ms的正脉冲，才能使计算机进入复位状态。操作复位是指用户按下“复位”按钮使单片机进人复位状态。本设计使用的是操作复位方法。复位是靠外部电路实现的，图2.4是上电复位及按钮复位的实用电路。图2.4 上电复位及按钮复位实用电路按钮按下时RST上出现高电平，实现了操作复位，在系统运用中，有些外围芯片也需要

19、复位。如果这些芯片复位端的复位电平与单片机的一致，则可以与单平机的复位脚相连。非门在这里不仅起到了倒相作用，还增大了驱动能力。电容Cl、C2起滤波作用，防止干扰窜入复位端产生误动作。2.3 显示部分共阴极八段数码管简介在单片机应用系统中常用的显示器主要有发光二极管显示器，简称LED和液晶显示器，简称LCD。这两种显示器具有耗电省、价格低、配置灵活、线路简单、安装方便、耐振动、寿命长等优点，但因其显示内容有限，且不能显示图形，因而其应用有局限性。近年来对某些要求较高的单片机应用系统开始配置简易形式的显示器(CRT)接口，虽然可进行图形显示，但接口较复杂，成本也较高。LED显示器是由发光二极管显示

20、字段的显示器件，也可称为数码管。其外形结构如图2.6(a)所示，由图可见，它由8个发光二极管(以下简称字段)构成，通过不同的组合可用来显示。09、AF及小数点“”等字符。数码管有共阴极和共阳极两种结构，见图2.6(b)和图2.6(c)。图中电阻为外接。共阴极数码管的发光二极管阴极共地，当某发光二极管的阳极为高电平(般为5v)时，此二极管点亮：共阳极数码管的发光二极管是阳极并接到高电平，对于需点亮的发光二极管使其阴极接低电平(一般为地)即可。显然，要显示某字形就应使此字形的相应字段点亮，实际就是将一个用不同电平组合代表的数据送数码管。这种装入数码管中显示字形的数据称字形码。下面以共阳极数码管为例

21、说明字形与字形码的关系。图2.6 “8”字形数码管 对照图2.6(a)字段，七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8段，因此提供给LED显示器的字形码正好一个字节。字形码各位定义如下： 数据线D0与a字段，D1与b字段对应，依次类推。参考图2.6(a)和(c)可以看出，如要显示“7”字形，a、b、c三字段应点亮，所以对应的字形码为11111000B。如要显示“E” ，对应的a、f、g、e、d字段应点亮所其字形码为10000110B2.3 E2PROM存储器24C01芯片简介2.4 分频器TC4024芯片简介第三章软件描述31 系统主要程序设计初始化程序在本系统初始化程序中，主要完成以下工作：

22、将T1高为外部控制定时方式；外中断0及外中断1高为边沿触发方式；将部分内存单元清0；设置轮子长值；开中断及定时器；将E2PROM中的数据调入内存等。轮圈设置出错处理程序P1.2、P1.3、P1.6和P1.7口的开关用于设定轮子的周长，没有设定时（至少让一个开关闭合），能从引脚11输出一个周期为0.5S的方波信号，用作发光管闪烁及信响器提醒。主程序主程序根据引脚10的开关状态选择里程显示或速度显示，其流程图如下：开始上电初始化判断轮周长按键出错报警开启定时器，开总中断允许外中断0和T1时钟中断将E2PROM中原里程数调入内存判断P3.0显示里程显示速度返回图3.1 主程序流程图里程计数程序（外中

23、断0服务程序）外中断0服务程序用于对12脚输入的圈脉冲进行计数，为十六进制计数器。60H为低位，62H为高位。每半数一次后，对里程数据进行一次存储操作。外中断1服务程序外中断1服务程序用于处理轮子转动一圈后的计时数据。当标志位（00H）为1时，说明计数器溢出，放入最大时间（为0FFH）；当标志位为0时，将计数单元（TL1,TH1,6CH,6DH）的值放入68H6BH单元。E2PROM存取程序本系统使用归一化I2C串口存取子程序，使用一条数据和时钟线，采用ATMEL公司的24C01串口存储器，应用简单方便。显示子程序当显示里程时，先要将圈数计数器中的数据进行运算，求出总里程。娄要显示速度时，要将

24、轮子的周长和转一圈的时间数相除，然后换算成KM/H 单位。最后放入70H73H，进行数据的显示。3.2 汇编程序清单以下是控制系统完整的汇编源程序：；SPEED/MILE FOR BIKE PROGRAM ；60H，61H，62H作里程计数单元，6DH作T1计数扩充单元，；68H，69H，6AH，6BH存放自行车每圈时间数，70H，71H，72H，73H；作显示BCD码存放树用，11H15H存放被除数，16H19H存放除数；定义VSDAEQUP1.5 ；E2PROM数据传送口VSCLEQUP1.4 ；E2PROM时钟传送口SLAEQU50H ；E2PROM器件寻址字节存放单元NUMBYT EQ

25、U51H ；E2PROM传送字节数存放单元MTD EQU30H ；E2PROM放送数据缓冲单元MRD EQU40H ；E2PROM读出数据存放单元SLAWEQU0A0H ；E2PROM寻址字节写SLAREQU0A1H ；E2PROM寻址字节读DPHHEQU62H ；DPTR计数扩展高8位TH1HEQU6CH ；定时器T1扩展高8位TH1HHEQU6DH ；定时器T1扩展高816位 ；PROGRAM INPUT；ORG 0000H ；程序执行开始地址LJMPSTART ；跳至STARTORG 0003H ；外中断0中断程序入口LJMPINTEX0 ；跳至INTEX0中断服务程序ORG 000BH

26、 ；定时器T0 中断程序入口RET1 ；中断返回ORG 0013H ；外中断1中断入口LJMPINTEX1 ；跳至INTEX1中断服务程序ORG 001BH ；定时器T1中断程序入口LJMPINTT1 ；跳至INTT1中断服务程序ORG 0023H ；串口中断入口地址RET1 ；中断返回ORG 002BH ；定时器T2中断入口地址RET1 ；中断返回；PROGRAM CLEAR ；上电初始化程序CLEARMEN：MOV TMOD，#90H ；T1为16位外部控制定时器SETBPX0 ；外中断0优先级为1SETBIT0 ；外中断0用边沿触发SETBIT1 ；外中断1用边沿触发CLR A ；清AM

27、OV 20H，A ；清内存中特定单元MOV 6CH，AMOV 6DH，AMOV 70H，AMOV 71H，AMOV 72H，AMOV 73H，AMOV 60H，AMOV 61H，AMOV 62H，AMOV 63H，A ；请内存中特定单元DEC A ；A为#0FFHMOV 68H，A ；内存置数据#0FFHMOV 69H，A ；内存置数据#0FFHMOV 6AH，A ；内存置数据#0FFHMOV 6BH，A ；内存置数据#0FFHMOV P1，A ；P1口置1CLEAR1：JBP1.2，KEY1 ；根据P1.2，P1.3，和P1.7设置状态 ；在21H地址单元赋自行车周长值MOV 21H，#0F

28、H ；22英寸周长值LJMPCLEAR2 ；转CLEAR2KEY1：JB P1.3，KEY2MOV 21H，#12H；24英寸周长值LJMP CLEAR2；转CLEAR2KEY2：JB P1.6，KEY3MOV 21H，#14H ；26英寸周长值LJMP CLEAR2；转CLEAR2 KEY3：JB P1.7，ERR；4个开关都没合上，转出错处理MOV 21H，#19H；28英寸周长值CLRAT2SETB TR1 ；开定时器T1SETBEA ；开中断允许SETBEX0 ；开外中断0 SETBET1 ；开定时中断T1SETBP3.1 ；关报警器LCALLVIICREAD ；将E2PROM中原里程

29、数据调入内存RET ；子程序返回ERR：CPL P3.1 ；轮周长设置出错，LED灯闪烁提醒CALLDL5S ；延时LJMPCLEAR1 ；重新初始化，等待轮周长设置开关合上；PROGRAM START；START：MOV SP，#75H ；堆栈在75H开始 LCALL CLEARMEN ；上电初始化START1： JB P3.0,DISPLAYS ；引脚11（P3.0）置1，显示里程 LCALL DISPLAYV ；显示速度START2： SJMP START1 ；转START1循环；INTEX0 PROGRAM；里程记数程序，用外中断0实现，记数用60H62H内存单元INTEX0： PUS

30、H ACC ；累加堆栈保护 PUSH PSW ；状态字堆栈保护 INC 60H ；圈加1 CLR A ；清A CJNE A，60H，INTEX0OUT ；记数没溢出转INTEX0OUT INC 61H ；溢出进位（61H加1） CJNE A，61HINTEX0OUT ；记数没溢出转INTEX0OUT INC 62H ；溢出进位（62H加1）INTEX0OUT： LCALL VIICWRITE ；里程数据存入E2PROM SETB EX1 ；开外中断1 POP PSW ；状态字恢复 POP ACC ；累加器恢复 RET1 ；中断返回；INTEX1 PROGRAM；每转1圈时间计数处理程序，每圈时

31、间放在68H6BH单元中INTEX1：PUSHACC；堆栈保护PUSHPSWCLREX1 ；关外中断 JNB00H，INTEX11 ；溢出标志为0转INTEX11MOV TL1，#0FFH ；溢出时计时单元赋#0FFH（显示速度为零）MOV TH1，#0FFHMOV 6CH，#0FFHMOV6DH，#0FFHINTEX11：MOV68H，TL1 ；将时间计数值移入暂存单元68H6BHMOV69H，TH1MOV6AH，6CHMOV6BH，6DHCLRA ；清AMOVTL1，A ；计时单元置0 MOVTH1，AMOV6CH，AMOV6DH，ACLR00H ；清溢出标志POPPSW ；堆栈恢复POP

32、ACCRET1 ；中断返回；INTT1 PROGRAM；T1 计数器中断服务程序（计数器T1由外中断1输入控制，当为高电平平时计时开始）INTT1；PUSH ACC；堆栈保护PUSHPSWINC6CH ；6CH计时单元加1MOV A，6CH ；移入1JNZINTT11 ；不等于0转INTT11INC6DH ；进位，6DH单元加1MOV A，6DH ；移入AJNZINTT11 ；不等于0转INTT11SETB00H ；计时器溢出，置溢出标志INTT1POP PSW；恢复堆栈 POPACCRET1 ；中断返回；DISPLAY S ；里程显示控制程序DISPLAYS：SETB P1.0 ；点亮LED

33、1（显示里程状态）CLRP1.1 ；关闭速度指示灯SETBP3.7 ；显示小数点（最小显示为0.1km）LCALLSSS ；将圈数转为km数LCALLDISPLAY ；显示km数据LJMPSTART1 ；跳回START1；DISPLAY V；速度显示控制程序；DISPLAYV：CLR P1.0 ；关闭LED1（里程）灯SETBP1.1 ；点亮LED2（显示时速状态）CLRP3.7 ；关小数点显示LCALLVVV ；每圈时间换算为km/h程序MOV A，71H ；将十位数（BCD码）值移入ASUBBA，#04H ；与预定报警值比较JNCWARING ；时速超过40时报警SETBP3.1 ；关报警

34、灯V1：LCALL DISPLAY ；显亮一次（为了改善闪烁）RET ；子程序返回WARINGCLR P3.1 ；报警灯LED3点亮（并鸣叫）AJMPV1 ；转V1退出；VIICWRITE；归一化E2PROM存入程序（2MHz时钟），存入数在50H起的单元VIICWRITEFF：ACALL WMOV9MOV SLA，#SLAWMOV NUMBYT，#09HLCALLWRNBYTRETWMOV9： MOV 5FH，#50HMOV R0，#MTDMOV R1，#5FHMOV R2 ，#09HWMOVMOV A，R0，AMOV R0，AINVR0INCR1DJNZ R2,WMOV RET ；VIICREAD ；归一化E