基于单片机的车速里程表的设计.doc

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黑龙江东方学院

毕业论文（设计）

题目：

基于单片机的车速里程表的设计

学生姓名

学号

专业

班级

指导教师

学部

答辩日期

2012年5月19日

黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）任务书

姓名

学号

专业班级

电气工程及其自动化3班

毕业论文（设计）题目：

基于单片机的车速里程表的设计

毕业论文（设计）的立题依据

主要内容及要求

进度安排

12月12日

选题

12月13日～12月29日

接受指导老师的指导

12月3日～1月17日

拟定论文大纲

1月18日～2月26日

搜集、查阅、整理相关资料

2月27日～3月27日

初稿形成

3月28日～4月8日

初稿审定

4月9日～4月17日

第一次修改

4月18日～4月22日

第一次审定

4月23日～5月3日

第二次修改

5月4日～5月9日

定稿

5月1日～5月18日

论文评阅小组评审论文（设计）

5月19日

毕业论文（设计）答辩

学生签字：

指导教师签字：

年月日

黑龙江东方学院本科毕业论文（设计）

基于单片机的控制车速里程表的设计

摘　　要

里程表广泛应用于各类机车，传统的机械式里程表虽然稳定可靠，但功能单一、易受磨损。

随着电子技术的迅猛发展，电子式里程表得以广泛应用，现在很多轿车仪表已经使用电子车速里程表，本设计介绍一种基于单片机的智能电子里程表。

该电子式里程表是一种数字式仪表，主要由车速表和里程表两部分组成，其传感器采用无接触测量的光电传感器。

它不仅可显示车辆行驶的总里程，也可显示一段时间的阶段里程，还可显示车速，以及实现超速报警等功能，并具有较强的再开发能力。

它的实现方式是，通过安装在汽车转轴上的测量盘，用霍尔传感器检测使转速物理量变换成脉冲电量，通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出圆盘的转速，再通过计算，从而得出里程、车速的信息，并由LED显示器显示出来。

并且该电子式里程表累积的里程数字存储在非易失性的EEPROM存储器内，在无电状态下数据也能保存。

关键词：

AT89C52，数码管显示器，霍尔传感器，存储器

［关键词与摘要内容隔行书写，词条用小四号宋体字，词条间用分号（；）隔开，3-5个关键词］

SpeedodometerdesignbasedonsinglechipmicrocomputercontrolAbstract

Permeateinthesocialrealmalongwiththecalculatorinrecentyears,singleslicetheapplicationofthemachinejustatconstantlyalignmentthorough,arouseatraditionalcontrolanexaminationadayanewmoonbenefitrenewalinthemeantime.Insolidlythehourtheexaminationthesingleslicethatcontrolswithautothemachinetheapplicationthesystem,singleslicemachineusuallyBeacorepartstouse,onlysingleslicethemachineaspectknowledgeisnotenough,returnshouldaccordingtoconcretethehardwarestructure,andaimatconcreteapplicationthesoftwareof[with]theobjectcharacteristicscombinetomakeperfect.Imitatingmanypassagepressuresystemsesistomakeuseofpressuretospreadthefeelingmachinetocollectcurrentpressurecombinethereflectionisonthedisplay,itcananalyzethepressuresurfeitdistance,eruptingtoreporttothepolice.Combinetheadoptionelectronicssteelyardprinciplecanaccordingtoinputtheamountofmoneythattheunitpricecomputesanobjectaccurately

Thisthesisdiscussthatpourthedesignandcreationofthetimerinbrief,forpourfourLEDfiguresdisplaysinthetimertosay,Iamforthesakeofthesimplificationcircuit,declinelowcost,adopttotakesoftwareastheconnectoflordapeople'smethod,donotusespecializedhardwaretotranslatethecodemachinenamely,butadoptthesoftwareproceduretocarryontranslatingcode

Keywords:

AT89C52,digitaltubedisplay,countdowntimer,Holzersensor

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-II-

目　　录

摘　　要 I

Abstract II

第1章绪　　论 1

1.1课题背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3主要研究内容 2

第二章车速里程表总体设计 4

2.1总体设计思路 4

2.2子程序和主函数的设计 5

2.3车速里程表的简介组成及原理 8

第三章系统硬件设计 10

3.1AT89C52单片机的的介绍 10

3.2AT89C52单片机的硬件结构 10

3.3主要性能参数 11

3.4霍尔传感器电路 11

3.5LED显示模块电路及74LS07驱动器 14

第四章软件设计 16

4.1主程序设计流程图 19

4.1.1初始化模块 19

4.1.2主程序模块 19

4.1.3中断处理模块 19

4.2车速测量子程序流程图 19

第五章软件调试 21

5.1程序的检测与调试 21

5.2PROTEUS仿真过程 23

结论 27

参考文献 28

致谢 29

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黑龙江东方学院本科毕业论文（设计）

基于单片机的控制车速里程表的设计

第1章绪　　论

1.1课题背景

本题目根据车速、里程的测量原理，以AT89C52系列单片机为核心器件，组成点阵式的液晶显示屏，通过编程显示车速里程。

按照设计要求熟悉系统硬件电路、接口电路，完成硬件电路的电路板的设计，完成该系统的程序设计，提交程序设计框图及程序设计清单。

1.2国内外研究现状

我国汽车工业走过了五十年的历程,与国际发达国家汽车工业相比,电子技术水平相对比较落后,提高国产汽车的电子技术水平,增加汽车电子装备的数量,促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的关键,提高我国的汽车电子技术已势在必行。

随着中国的复关,国外汽车零部件厂商也大举进入中国参与竞争。

电子式仪表及新型传感器是各类车型汽车的首选配套产品，通用性好，市场前景广阔。

目前国外汽车车速里程表已广泛采用电子式机芯结构，而国内汽车仪表一直是机械式车速里程表的天下，少数采用动圈式电子仪表， 通过大量市场调研，我们清楚地看到进入20世纪以来汽车工业迅速发展，而电子产品则是汽车提高技术含量的晴雨表。

国外电子产品占整车成本的30%，然而我国汽车行业起步较晚，技术十分落后，电子产品仅占整车成本的5%。

例如国外汽车早已装配电子式仪表，而我国汽车仍在应用传统的机械仪表，可靠性很差。

目前汽车仪表控制电子化是一种发展趋势，由先进的传感器与显示装置构成的电子仪表已开始全面取代传统的机电式仪表，成为现代汽车的明显标志。

一般汽车的常规仪表有车速里程表、转速表、机油压力表、水温表、燃油表、充电表等。

仪表板中最常用的是车速里程表，目前很多轿车仪表已经使用电子车速表，它通过变速器上的速度传感器获取信号，通过脉冲频率的变化使指针偏转或者显示数字。

　　随着汽车电子半导体技术的发展，多功能、高精度、高灵敏度、读数直观的电子数字显示及图像显示的仪表已不断应用于汽车。

汽车仪表的功能已不仅仅是单纯的显示，而是通过对汽车各部件参数的监测和计算机处理相配套，从而达到控制汽车各种运行工况的目的。

因而电子式里程表的广泛应用将会很大的提高中国的汽车电子技术水平。

1.3主要研究内容

单片机软件设计程序主要包括里程设计模块；存储历史里程数据设计模块；里程的显示设计模块；里程公里数的累计设计模块；里程公里数的清0设计模块。

里程计数时有一盏指示灯闪烁；用AT89C52进行对历史里程数据存储；用共阴7段动态显示的数码管进行显示公里数；用个开关实现对里程公里数的清0功能；用霍尔传感器实现对里程车轮圈数的累计功能。

一、主要技术指标

1、计算速度和路程。

2、存贮历史里程数据。

3、量程记满时清除历史里程数据。

4、显示及时速度。

二、工作内容如下

本设计的硬件包括：

AT89C52芯片：

程序的处理和控制中心。

74HC573驱动器：

存储和所存段选、位选数据。

SignalGenerator脉冲发生器：

模拟霍尔传感器，向芯片外部中断提供脉冲。

RESPACK8八位排阻：

将P0口拉成高电平。

7SEG-MPX8-CC-BLUE八位共阴极数码管（蓝色）：

显示速度和路程数据

各部分介绍如下：

1、初始化：

打开外部中断和定时器0中断，当有脉冲来的时候就进入中断程序。

2、外部中断：

记录一个脉冲时间time；计算一个脉冲时间的速度，五个速度作为一个数组，高低速判断；开启T0，记脉冲数为n。

3、定时器0中断：

记50毫秒时间赋值给t.

4、处理函数：

给出速度和路程的计算公式。

v=0.9*pi*r/time

s=0.00025*pi*r*n

显示程序：

用三位数显示速度，四位数显示路程。

第二章车速里程表总体设计

一个完整的单片机系统，包括软硬件两个方面。

硬件是系统可靠运行的“载体”，是基础，而软件则是使“载体”产生动力的发电机，二者相辅相成，缺一不可。

从设计者的角度出发，一个硬件电路的设计过程往往就是设计者的经验不断积累的过程。

总体设计流程:

在设计硬件电路时：

一般的流程是：

（1）器件选择（包括单片机和外围芯片的选择）

（2）电路图绘制

（3）PCB制板

（4）硬件检查和排错

（5）硬件电路调试完毕

只有在硬件平台建立之后才能更好进入软件系统的调试。

在进行软件系统的设计时，设计者首先要建立完整，总体的概念，一个完整的软件系统是由各个功能模块组成的。

程序设计者要时刻牢记如何将那些独立，分散的子程序模块通过主程序连接起来，并最终实现系统的目标功能。

2.1总体设计思路

第一步程序初始化，当没有产生中断时，程序进入处理程序，接着进入显示程序；当产生中断时，先进入外部中断服务程序和定时器0中断服务程序，后面的和没有产生中断时相同。

在整个程序中中，不停地扫描有没有产生中断。

流程图如下图3.1。

初始化

处理程序

定时器0中断

外部中断

显示程序

是否产生中断

Yes

no

开始

结束

图2.1程序流程图

2.2子程序和主函数的设计

一、子程序的设计

设汽车轮子半径为r,脉冲数为n，t=50毫秒,一个脉冲的时间为time,速度为v（km/h）,路程为s（km）,pi=3.14。

子程序按模块化的思路编写。

各子程序如下:

1．初始化：

设置T0计时器工作方式1，输入口为p3.2

开总中断。

打开外中断0中断控制位.

设置外部中断0优先级控制位。

设置外部中断0触发方式为边沿触发方式。

打开T0中断允许。

2.外部中断：

当P3.2口有脉冲时进入外部中断0。

time=sec+t*0.05，记一个脉冲的时间。

tab_v[5]=0.9*pi*r/time，计算速度并放入数组中。

高低速的判断，当V>=5时为高速，并用flag=0，记高速标志位，

flag=1，记低速标志位；

for（i=0;i<6;i++）

tab_v[i]=tab_v[i+1]; //数组移数据

关闭T0，给T0赋50毫秒初值。

开启T0，当来一个脉冲n++;

当n==50000时，n清零n=0;

3.定时器0中断：

当来一个脉冲进入定时器0中断，给T0定时器赋50毫秒初值，当记满50毫秒t++。

4.处理函数：

计算速度分高速和低速。

速度计算公式：

tab_v[5]=0.9*pi*r/time;（单位km/h）

低速时：

v=tab_v[5]，即显示第五个速度值。

高速时：

v+=tab_v[i];计算五个速度之和。

v=v/5;求得平均速度。

路程公式：

s=0.00025*pi*r*n，随着脉冲n的增加s不断累加。

5.显示程序：

用三位数显示速度，四位数显示路程。

voidshow（ucharj,uchark），j设为断码数，k设为位码数

打开段选，赋P0=tab_duan[j]送断码，然后关闭段选。

打开位选，赋P0=tab_we[k];送位选码，然后关闭位选

二、主函数的设计

主函数在初始化程序之后采用循环设计。

当不断发送脉冲时，程序从外部中断到显示程序一直循环。

其中main函数中调用show函数如下：

show（v1/100,0）; 显示速度百位

show（v1/10%10,1）; 显示速度十位

show（v1%10,2）; 显示速度个位

show（s1/1000%10,4）; 显示路程千位

show（s1/100%10,5）; 显示路程百位

show（s1/10%10,6）; 显示路程十位

show（s1%10,7）; 显示路程个位

2.3车速里程表的简介组成及原理

并汽车车速里程表分为滚轮计数器和点距液晶屏式两种，由指示汽车行驶速度的车速表和记录汽车所行驶过距离的里程计组成的，二者装在共同的壳体中，并由同一根轴驱动。

普通车速表一般为磁感应式。

滚轮计数器是过去常用的纯机械式仪表，通过一根软轴，一头连到变速箱输出轴，另一头连到里程表;而现在更常用的电子式仪表，它一般是在变速箱输出轴或车轮上装一个转速传感器，用读出的转速通过控制模块内嵌的计算公式来换算成车速以及历程。

不管是哪种方式，归根结底，数据都是来自于传动系统输出端的转速（变速箱输出轴或车轮），知道了车轮的转速，比如每分钟转多少圈，再将车轮的周长。

车速里程表实际上由两个表组成，一个是车速表，另一个是里程表。

传统的车速表是机械式的，典型的机械式里程表连接一根软轴，软轴内有一根钢丝缆，软轴另一端连接到变速器某一个齿轮上，齿轮旋转带动钢丝缆旋转，钢丝缆带动里程表罩圈内一块磁铁旋转，罩圈与指针联接并通过游丝将指针置于零位，磁铁旋转速度的快慢引起磁力线大小的变化，平衡被打破指针因此被带动。

这种车速里程表简单实用，被广泛用于大小型汽车上。

不过，随着电子技术的发展，现在很多轿车仪表已经使用电子车速表，常见的一种是从变速器上的速度传感器获取信号，通过脉冲频率的变化使指针偏转或者显示数字　里程计是由若干个计数转鼓及其转动装置组成的。

为了使用方便，有的车速里程表同时设有累计里程计和区间里程计，累计里程计用来记录汽车累计行驶里程，区间里程计用来记录汽车单程行驶里程。

区间里程计有一个归零按钮，可以随时复位至零，重新累计。

车速里程表是用来指示汽车行驶速度和累计行驶里程的仪表，由车速表和里程表两部分组成，普通车速表一般为磁感应式，其结构如下路所示。

车速表主要由永久磁铁、铝罩、护罩、刻度盘和表针等组成，永久磁铁与主动轴紧固在一起，主动轴由来自变速器输出轴的挠性软轴驱动，指针、铝罩固接在中心轴上，刻度盘固定在表外壳上。

不工作时，铝罩在游丝的作用下，使指针位于“0”位。

当汽车行驶时，软轴驱动主动轴带动“U”形永久磁铁旋转，在铝罩上感应出电涡流而产生磁场，这个磁场与永久磁铁的旋转磁场相互作用产生钮矩，使铝罩向永久磁铁旋转方向转过一定角度，直到由游丝的弹力所产生的反方向扭矩与之平衡。

车速越高，产生的扭矩越大，指针在刻度盘上摆动的角度就越大，即指示的车速就越高。

里程表主要由蜗轮蜗杆和数字轮组成，当汽车行驶时，主动轴经三对蜗轮蜗杆驱动数字轮上的最右侧的第一个数字轮（一般为1/10Km），任一个数字轮与左侧相邻的数字轮传动比都为10：

1，这样显示的数字呈十进位递增，便自动累积了汽车总的行驶里程。

图1.1

图1.1汽车速度里程表

注意：

除第一章绪论外，其他每一章都应该有一个本章小结

第三章系统硬件设计

3.1AT89C52单片机的的介绍

在众多的单片机系列中，AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系列可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，也适用于常规编程。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超高效的解决方案。

AT89C52具有以下标准功能：

8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，3个16位定时器/计数器，一个响亮2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89C52可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。

故此选用AT89C52单片机。

3.2AT89C52单片机的硬件结构

如图3-1所示，为AT89C52的硬件结构图。

AT89C52单片机的内部结构与MCS-51系列单片机的构成基本相同。

CPU是由运算器和控制器所构成的。

运算器主要用来对操作数进行算术、逻辑运算和位操作的。

控制器是单片机的指挥控制部件，主要任务的识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。

它的程序存储器为8K字节可重擦写Flash闪速存储器，闪烁存储器允许在线+5V电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。

数据存储器比51系列的单片机相比大了许多为256字节RAM。

AT89C52单片机的指令系统和引脚功能与MCS-51的完全兼容。

CPU

FLASH

串行通讯口

RAM

输入输出接口

计数器

定时器

时钟

图3-1单片机89C52结构框图

3.3主要性能参数

•8K字节可重擦写Flash闪速存储器

•1000次可擦写周期

•全静态操作：

0Hz-24MHz

•三级加密程序存储器

•256×8字节内部RAM

•32个可编程I/O口线

•3个16位定时/计数器

•8个中断源

•可编程串行UART通道

•低功耗空闲和掉电模式

图3-2AT89C52外部引脚图

3.4霍尔传感器电路

1.霍尔传感器工作原理

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。

后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。

霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。

通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

图3.3霍尔效应示意图

2.霍尔效应

如图2.3在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压。

3.霍尔元件

根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。

它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用，原理图如图2.4。

4特点

1内置斩波放大器

2可选范围广，支持各种应用：

检测两极、检测S极、检测N极（*1）、动态“L”、动态“H”（*1）、Nch开路漏极输出、CMOS输出。

3宽电源电压范围：

2.4V~5.5V

4低消耗电流：

5.0μA典型值、8.0μA最大值。

5工作温度范围：

－40℃~＋85℃，磁性的温度依赖性较小。

6采用小型封装：

SNT-4A,SOT-23-3

7无铅产品

标准电路

图3.4霍尔效应原理图

3.5LED显示模块电路及74LS07驱动器

LED显示器采用动态显示，用74LS07驱动共阴极LED数码管。

LED显示模块电路图，

如图3.4.5-1所示。

LED数码管结构图，如图3.4.5-2（a）,（b）为共阴极型，（c）为共阳极型。

图3.4.5-1

图3.4.5-2

OC门驱动器用7407，7407即TTL集电极开路六正相高压驱动器.当7407