以智能速度里程表为主的多功能系统设计.docx
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以智能速度里程表为主的多功能系统设计
《单片机原理及应用》课程设计报告
课题：
以智能速度里程表为主的多功能系统设计
班级学号
学生姓名
指导教师
淮阴工学院
电子与电气工程学院
一、课程设计目的
《单片机原理及应用》课程设计是一项重要的实践性教育环节，是学生在校期间必须接受的一项工程训练。
在课程设计过程中，在教师指导下，运用工程的方法，通过一个简单课题的设计练习，可使学生通过综合的系统设计，熟悉应用系统的设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法，了解必须提交的各项工程文件，也达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。
通过课程设计，应能加强学生如下能力的培养：
（1）独立工作能力和创造力；
（2）综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；
（3）查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；
（4）工程绘图的能力；
（5）编写技术报告和编制技术资料的能力。
二、设计要求
1、总体要求
（1）独立完成设计任务
（2）绘制系统硬件总框图
（3）绘制系统原理电路图
（4）制定编写设计方案，编制软件框图，完成详细完整的程序清单和注释；
（5）制定编写调试方案，编写用户操作使用说明书
（6）写出设计工作小结。
对在完成以上文件过程所进行的有关步骤如设计思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出说明，并对所完成的设计作出评价，对自己整个设计工作中经验教训，总结收获和今后研修方向。
2、具体要求
本次工程实践主要以单片机为基础，进行单片机软件编程，目的是为了提高学生的软件编程和系统设计能力，整个设计系统包括两个部分，硬件及软件部分，硬件部分已经制作成功，学生只需要掌握其原理和焊接相应的元器件，掌握元器件的辨别和元器件的作用以及应用场所即可，另外对所焊接的电路还需要进行仔细的检查，判断是否有焊接错误的地方或者短路的地方，对出现的异常情况要能够根据现象判别原因，并具备解决问题的能力，从而切实提高学生的硬件电子电路的分析、判断能力。
软件编程是本次工程实践的重要环节。
在为期两周的工程实践中，将占据主要时间，学生要完成的软件编程任务主要包括以下几点：
1）、熟悉KeilC51编程平台及Proteus仿真；
2）、编写、调试蜂鸣器、继电器动作、方波程序并进行软硬件联调；
3）、编写、调试LED流水灯（循环显示）程序并进行软硬件联调；
4）、编写、调试键盘扫描子程序并进行软硬件联调；
5）、编写、调试数码管动态扫描程序并进行软硬件联调。
3、具体课题：
本题属于多功能任务设计，基于本实验室所提供的电路模板，具体题目为：
以智能速度里程表为主的多功能任务设计；
课题名字的多功能任务的含义是：
要求所设计的电路和程序必须实现4个功能，电路提供四个按键，要求同学们能编写、调试对应的键盘扫描子程序，从而实现，当按下A按键，实现蜂鸣器或继电器动作，当按下B按键，实现LED流水灯（循环显示），当按下C按键，实现数码管动态扫描显示（显示内容可以自己确定），前3个功能，对于每个课题都是相同，只有最后一个按键不同，其功能取决于所选课题名称，即当按下D按键，要求实现相应课题的最主要的功能，例如，对于“以智能温度计为主的多功能任务设计”的课题，当按下该课题所对应的D按键，就要实现显示温度的功能，其余类似。
三、设计步骤
3.1硬件初步设计
图1硬件总框图
3.1.1按键控制扫描模块：
按键用于控制数码显示、LED显示、扬声器等模块的工作。
通过扫描按键是否按下，来设定上述各模块的工作情况，使各模块可以在按键的控制下，有序地进行工作。
3.1.2扬声器模块：
本设计是通过P3.7口控制扬声器发出连续，断续的声音。
当按键1按下时，则由P3.7口输出方波信号，使扬声器发出声音。
3.1.3LED显示模块：
根据流水灯的形式，建立流水灯显示程序。
本设计中通过P2口控制流水灯的显示，8个LED共阳极，故P2口低电平有效。
3.1.4数码显示模块：
根据实际确定字形码表，建立显示子程序。
本设计中采用四位共阳极数码管，通过单片机AT89C52的P1口控制其位选，以达到动态显示的效果，再通过P0口控制其段选以显示相应的数值。
数码管有共阳和共阴之分，可用静态显示，也可用动态显示。
静态显示，原理简单，容易编程，但电路复杂占用的资源较多。
动态显示电路，控制较难，但电路简单，在资源紧张时是首选。
这里用的是动态显示。
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a，b，c，d，e，f，g，dp"的同名端连在一起。
字型
共阳极段码
字型
共阳极段码
0
C0H
5
92H
1
F9H
6
82H
2
A4H
7
F8H
3
B0H
8
80H
4
99H
9
90H
表1数码管动态显示接口地址
3.2硬件原理电路图
图2硬件原理电路图
本设计中所用的单片机型号为AT89C52，其主要特性为：
1）有CHMOS工艺的节能运行方式
2）兼容MCS51指令系统
3）3个16位可编程定时/计数器中断
4）2个串行中断
5）2个外部中断源
6）2个读写中断口线
7）低功耗空闲和掉电模式
8）8k可反复擦写（>1000次）FlashROM
9）256x8bit内部RAM
10）时钟频率0-24MHz
11）可编程UART串行通道
12）共6个中断源，3级加密位
13）软件设置睡眠和唤醒功能
3.3单元电路设计
3.3.1按键电路
图3按键电路
由于本系统中按键数量较少，且单片机的I/O口相对富余，使用独立式键盘。
同样，由于单片机高电平输出能力比低电平输出能力弱，使用如图所示的按键电路。
读按键前，先将端口设置为高电平。
此时，单片机内部由一个MOS管作为上拉电阻，在按键没被按下时，单片机端口人保持高电平；当按键被按下后，单片机I/O口被强行接地，变为低电平。
按键电路中由于单片机内部MOS管有微弱的上拉作用，所以外部硬件可以不接上拉电阻。
3.3.2流水灯电路
流水灯由单片机的P1口控制。
考虑到单片机I/O口高电平驱动能力弱而低电平驱动能力强的特点以及系统功耗大小，采用如图所示的电路。
现由P1口低电平驱动发光二极管发光。
单片机P1口
图4流水灯显示电路
图中D1-D8为发光二极管，R13-R20为限流电阻。
发光二极管在电流范围
内都能正常发光。
则限流电阻
，一般发光二极管
取
，假设单片机低电平输出能力足够强，即
，则
。
按实际器材条件，选择限流电阻为
。
3.3.3蜂鸣器电路
SPEAK（P3.7）信号控制器件开通关断，使得蜂鸣器发声或不发声。
图5蜂鸣器电路
3.3.4数码显示电路
显示电路是系统人机接口的重要组成部分。
该系统中采用动态显示的方法来驱动四位数码管显示。
数码管为共阳型，所以字形段码为阴码。
显示驱动电路如图所示。
Rf=330Ω
图6数码管显示电路
按照单片机输出端口与数码显示管的连接关系，对应着显示内容的形状，计算字形编码如下表所示。
显示
字形
A
（Px.7）
F
（Px.6）
B
（Px.5）
G
（Px.4）
C
（Px.3）
Dp
（Px.2）
D
（Px.1）
E
（Px.0）
阴码
0
L
L
L
H
L
H
L
L
0x14
1
H
H
L
H
L
H
H
H
0xD7
2
L
H
L
L
H
H
L
L
0x4C
3
L
H
L
L
L
H
L
H
0x45
4
H
L
L
L
L
H
H
H
0x87
5
L
L
H
L
L
H
L
H
0x25
6
L
L
H
L
L
H
L
L
0x24
7
L
H
L
H
L
H
H
H
0x57
8
L
L
L
L
L
H
L
L
0x04
9
L
L
L
L
L
H
L
H
0x05
°
L
L
L
L
H
H
H
H
0x0F
E
L
L
H
L
H
H
L
L
0x2C
r
H
H
H
L
H
H
H
L
0xEE
Null
H
H
H
H
H
H
H
H
0xFF
备注
L为低电平，对应显示段亮；H为高电平，对应显示段灭。
表2显示字形对应驱动阴码计算表
只要在段码输入端输入对应的阴码，再从DR1-DR4的位码信号中给出要显示内容的数码管的选择信号，便可在对应的数码管中按对应段码显示内容。
R13-R20为限流电阻。
三极管饱和开通时，集电极－发射极之间电压
，数码管的压降
，数码管的工作电流
。
则限流电阻可这样计算获得：
。
现取
。
四、软件初步设计
4.1主程序流程图
图7主程序流程图
4.2各模块流程图
图8扬声器程序流程图
图9彩灯循环显示流程图
图10数码管动态显示流程图
图11速度里程表程序流程图
4.3各模块软件设计
4.3.1扬声器电路的设计
本次设计中，设计扬声器产生简单的“嘟嘟”声。
只需在P3.7口输出方波即可。
当KEY1按下后，单片机则会发出10个方波信号，频率约为1960HZ。
信号结束后，调用0.5秒延时，如此就会使扬声器发出“嘟嘟”声。
4.3.2彩灯循环显示的设计
设计中，由单片机的P2.0~P2.7控制8个发光管。
当KEY2按下后，每隔0.5秒就将对应发光管的P2.X口清零，使发光管一次点亮，如此往复。
4.3.3数码管动态显示的设计
设计中，由P1.0~P1.3口控制数码管的片选，由P0口控制数码管的段选。
当KEY3按下后，分别让4个数码管显示“1”，“2”，“3”，“4”，即当P1.0~P1.3分别为高电平时，将“F9H”、“A4H”、“B0H”、“99H”分别赋给P0口，显示的时间间隔是2毫秒。
对于人来说，已经无法分辨数码是否是轮流点亮的。
4.3.4智能速度里程表的设计
我在本次设计中，我假设车轮周长为一米，在P3.2口加一个方波信号，模拟车轮滚动。
当产生一个下降沿（即视为车轮滚动一圈），就产生一次外部中断。
其中30H~34H记录的是里程，分别对应米，十米，百米，千米，万米。
当产生一次外部中断，里程数就加一。
而40H~43H记录的是单位时间内所走过的里程，即速度。
当产生一次外部中断，里程数加一。
当产生一秒的时间中断，就把40H~43H的内容赋给20H~23H锁存。
显示电路中，首先判断速度里程切换按钮是否按下，没按下则由数码管显示31H~34H的内容，即里程数。
若按下，则显示20H~23H的内容，即速度。
五、硬件系统参数选择
在本次设计中，各端口设置如下：
P0：
数码管段选位
P1:
低四位为数码管片选位
高四位为开关控制位
P2：
流水灯控制位
P3：
P3.2为外部中断0入口位
P3.3为速度里程切换显示开关位
P3.7为扬声器控制位
六、软件设计
在主程序中用到了五条汇编语言指令：
CLR、ACALL、SETB、LJMP、END。
CLR：
是将其后面指定的位清为0，程序中使对应端口输出低电平
CALL：
是子程序调用指令，程序中调用了DELAY延时子程序
SETB：
是将其后面指定的位置成1，程序中使对应端口输出高电平
JMP：
是跳转指令，意思是：
跳转到指定的标号处继续运行
END：
是程序结束的伪指令，意思是告诉编译器，程序到此结束。
伪指令只告诉编译器此程序到此有何要求或条件，它不参与和影响程序的执行。
详细完整的程序清单及注释
ORG0000H;程序执行开始地址
LJMPMAIN;跳转到标号MAIN执行
ORG0003H;外部中断0入口地址
LJMPEXINT0;跳转到标号EXINT0执行
ORG001BH;定时器T1中断程序入口
LJMPINTT1;跳转到标号INTT1执行
ORG0100H;主程序起始地址
MAIN:
MOVSP,#10H;定义起始堆栈指针
SETBIT0;设置外部中断0为边沿触发
SETBEA;允许总中断
SETBET1;允许定时器中断
MOVTMOD,#10H;设置T1工作方式为模式1
MOVTL1,#0B0H;设置定时时间0.05s
MOVTH1,#3CH
MOVR0,#14H;设置循环初值
AJMPSTART;跳转到START
START:
LCALLKEY;调用按键子程序
AJMPSTART;跳转到START
;-----------------------------------------------------------------------------
KEY:
MOVP1,#0F0H;单片机按键口置位
MOVA,P1
MOVB,A
ACALLDELAY2
MOVA,P1
CJNEA,B,K4;判断是否有键按下,没有则转移
CJNEA,#0E0H,K1;判断KEYA键是否按下,没有则转移
AJMPKEYA;KEYA键按下,执行扬声器子程序
K1:
CJNEA,#0D0H,K2;判断KEYB键是否按下,没有则转移
AJMPKEYB;KEYB键按下,执行流水灯子程序
K2:
CJNEA,#0B0H,K3;判断KEYC键是否按下,没有则转移
AJMPKEYC;KEYC键按下,执行数码管动态显示子程序
K3:
CJNEA,#070H,K4;判断KEYD键是否按下,没有则转移
AJMPKEYD;KEYD键按下,执行速度里程表子程序
K4:
RET
;*******扬声器*******
KEYA:
MOVR7,0AH
LP:
MOVR6,#0FFH;设置循环初值
SETBP3.7;P3.7置数
DJNZR6,$;循环次数减一
MOVR6,#0FFH;设置循环初值
CLRP3.7;P3.7清零
DJNZR6,$;循环次数减一
DJNZR7,LP;减一后判断循环次数
LCALLDELAY1;调用延时
RET
;*******流水灯*******
KEYB:
MOVP2,#11111110B;设置对应彩灯亮
LCALLDELAY1;调用延时
MOVP2,#11111101B
LCALLDELAY1
MOVP2,#11111011B
LCALLDELAY1
MOVP2,#11110111B
LCALLDELAY1
MOVP2,#11101111B
LCALLDELAY1
MOVP2,#11011111B
LCALLDELAY1
MOVP2,#10111111B
LCALLDELAY1
MOVP2,#01111111B
LCALLDELAY1
SETBP2.7;熄灭最后一个彩灯
RET
;*******数码管动态显示*******
KEYC:
CLRP1.0
MOVP0,#99H;设置显示值
SETBP1.3;设置片选
ACALLDELAY2;调用延时
MOVP0,#0FFH;数码管输出复位
CLRP1.3
MOVP0,#0B0H
SETBP1.2
ACALLDELAY2
MOVP0,#0FFH
CLRP1.2
MOVP0,#0A4H
SETBP1.1
ACALLDELAY2
MOVP0,#0FFH
CLRP1.1
MOVP0,#0F9H
SETBP1.0
ACALLDELAY2
RET
;*******速度里程表*******
;初始化
KEYD:
SETBEX0;开启外部中断
SETBTR1;开启定时器中断
MOVDPTR,#TABLE;设置查表
;显示程序
DISPALY:
MOVA,P3;判断速度里程切换按键是否按下
ANLA,#08H
JNZS2;没有按下，跳转S2显示里程
;按下，则显示速度
MOVP0,#0FFH;数码管段初始化
CLRP1.0;上一次数码管片选清零
MOVA,20H;存放米的单元地址赋A
MOVCA,@A+DPTR;读取对应数码管的值
MOVP0,A;设置数码管段选
SETBP1.3;设置数码管片选
ACALLDELAY2;调用延时
MOVP0,#0FFH;数码管段初始化
CLRP1.3;上一次数码管片选清零
MOVA,21H;存放十米的单元地址赋A
MOVCA,@A+DPTR;读取对应数码管的值
MOVP0,A;设置数码管段选
SETBP1.2;设置数码管片选
ACALLDELAY2;调用延时
MOVP0,#0FFH;数码管段初始化
CLRP1.2;上一次数码管片选清零
MOVA,22H;存放百米的单元地址赋A
MOVCA,@A+DPTR;读取对应数码管的值
MOVP0,A;设置数码管段选
SETBP1.1;设置数码管片选
ACALLDELAY2;调用延时
MOVP0,#0FFH;数码管段初始化
CLRP1.1;上一次数码管片选清零
MOVA,23H;存放千米的单元地址赋A
MOVCA,@A+DPTR;读取对应数码管的值
MOVP0,A;设置数码管段选
SETBP1.0;设置数码管片选
ACALLDELAY2;调用延时
RET
;里程显示
S2:
MOVP0,#0FFH;数码管段初始化
CLRP1.0;上一次数码管片选清零
MOVA,31H;存放十米的单元地址赋A
MOVCA,@A+DPTR;读取对应数码管的值
MOVP0,A;设置数码管段选
SETBP1.3;设置数码管片选
ACALLDELAY2;调用延时
MOVP0,#0FFH;数码管段初始化
CLRP1.3;上一次数码管片选清零
MOVA,32H;存放百米的单元地址赋A
MOVCA,@A+DPTR;读取对应数码管的值
MOVP0,A;设置数码管段选
SETBP1.2;设置数码管片选
ACALLDELAY2;调用延时
MOVP0,#0FFH;数码管段初始化
CLRP1.2;上一次数码管片选清零
MOVA,33H;存放千米的单元地址赋A
MOVCA,@A+DPTR;读取对应数码管的值
CLRACC.7;在千米位加上小数点
MOVP0,A;设置数码管段选
SETBP1.1;设置数码管片选
ACALLDELAY2;调用延时
MOVP0,#0FFH;数码管段初始化
CLRP1.1;上一次数码管片选清零
MOVA,34H;存放万米的单元地址赋A
MOVCA,@A+DPTR;读取对应数码管的值
MOVP0,A;设置数码管段选
SETBP1.0;设置数码管片选
ACALLDELA2;调用延时
RET
;*******延时程序*******
DELAY1:
MOVR5,#25;延时0.5s
DL1:
MOVR4,#100
DL2:
MOVR3,#100
DJNZR3,$
DJNZR4,DL2
DJNZR5,DL1
RET
DELAY2:
MOVR4,#10;延时2ms
DL3:
MOVR3,#100
DJNZR3,$
DJNZR4,DL3
RET
;总里程与单位里程计算
EXINT0:
PUSHPSW
PUSHACC
;总路程
INC30H;米数加一
MOVA,30H;判断是否溢出
CJNEA,#0AH,LOOP1;未溢出则跳转
MOV30H,#00H;溢出则清零
INC31H;十米加一
MOVA,31H;判断是否溢出
CJNEA,#0AH,LOOP1;未溢出则跳转
MOV31H,#00H;溢出则清零
INC32H;百米加一
MOVA,32H;判断是否溢出
CJNEA,#0AH,LOOP1;未溢出则跳转
MOV32H,#00H;溢出则清零
INC33H;千米加一
MOVA,33H;判断是否溢出
CJNEA,#0AH,LOOP1;未溢出则跳转
MOV33H,#00H;溢出则清零
INC34H;万米米加一
;单位时间内所走的路程
LOOP1:
INC40H;米数加一
MOVA,40H;判断是否溢出
CJNEA,#0AH,LOOP2;未溢出则跳转
MOV40H,#00H;溢出则清零
INC41H;十米加一
MOVA,41H;判断是否溢出
CJNEA,#0AH,LOOP2;未溢出则跳转
MOV41H,#00H;溢出则清零
INC42H;百米加一
MOVA,42H;判断是否溢出
CJNEA,#0AH,LOOP2;未溢出则跳转
MOV42H,#00H;溢出则清零
INC43H;千米加一
LOOP2:
POPACC
POPPSW
RETI
TABLE:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H
;速度计算
INTT1:
MOVTL1,#0B0H;重设定时时间0.05s
MOVTH1,#3CH
DJNZR0,KK1;计数时间是否到1S，没到跳转
MOV20H,40H;将单位时间内所走的里程赋予速度单元
MOV21H,41H
MOV22H,42H
MOV23H,43H
MOV40H,#0H;上一时刻单位时间内所走里程清零
MOV41H,#0H
MOV42H,#0H
MOV43H,#0H
MOVR0,#14H
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