1、實驗題目：速度里程表實驗題目：速度里程表 班級：生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院班級：生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 07 級級 組員：（1）.姓名姓名： 徐健 學(xué)號學(xué)號： （2 2）姓名：）姓名： 朱杰檀 學(xué)號：學(xué)號： （3 3）姓名：）姓名： 黃銀國 學(xué)號：學(xué)號： （4 4）姓名）姓名 陳甜 學(xué)號：學(xué)號： （5 5）姓名：）姓名： 李凌宇 學(xué)號：學(xué)號： 日期：2009 年 6 月 27 日 目錄目錄 實驗原理。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。

2、3 方案論證和選擇。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。3 所用設(shè)備、器材。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。3 硬件方案（完整的電路原理圖） 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。4 軟件方案

3、（程序流程圖，源程序（含注釋） ） 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。10 調(diào)試過程。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。13 運行結(jié)果及分析。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。16 實驗的收獲體會及建議。 。

4、 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。17 組長對本人及組員評價。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。17 參考文獻(xiàn)：作者、名稱、出版社、出版日期。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。17 實驗原理：實驗原理： 本設(shè)計能實時地將所測的速度與累計里程數(shù)顯示出來，主要是將傳感器輸入到單片機(jī)的 脈沖

5、信號的頻率（傳感器將不同車速轉(zhuǎn)變成不同頻率的脈沖信號）實時地測量出來，考慮 到信號的衰減、干擾等影響，在信號送入單片機(jī)前應(yīng)對其進(jìn)行放大整形。 本設(shè)計用兩個按鍵來控制顯示速度或里程。單片機(jī)利用定時器 T0 的控制功能測出輸入 信號的周期后，再利用單片機(jī)的算術(shù)運算功能將周期轉(zhuǎn)換成速度，同時每秒鐘進(jìn)行一次里 程累計，從而計算出總里程。最后將得出的速度、里程值存儲在 EEPROM 中，并根據(jù)兩 個按鍵的選擇情況來顯示速度或里程。為了方便計算要顯示數(shù)據(jù)值的段碼，可再將其轉(zhuǎn)換 成壓縮的 BCD 碼，然后通過查表將要顯示的數(shù)據(jù)值中每一位的壓縮 BCD 碼轉(zhuǎn)換成 8 段碼 送到顯示緩沖區(qū)，最后經(jīng)串口數(shù)據(jù)存儲器

6、送至 LED 顯示模塊以顯示所測的速度或里程。 本設(shè)計的里程數(shù)的算法是一種大概的算法（假設(shè)在一定時間內(nèi)汽車是勻速行進(jìn)，平均速 度與時間的乘積即為里程數(shù)）。 設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮測速精度和系統(tǒng)反應(yīng)時間。本設(shè)計用測量脈沖頻率來計算速度， 因而具有較高的測速精度。在計算里程時取了汽車的理想狀態(tài)。實際中，誤差控制在幾米 之內(nèi)，相對于整個里程來說不是很大。為了保證系統(tǒng)的實時性，系統(tǒng)的速度轉(zhuǎn)換模塊和顯 示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) BCD 碼模塊都采用快速算法。另外，還應(yīng)盡量保證其他子模塊在編程時的通用性 和高效性。本設(shè)計的速度和里程值采用 8 位顯示，并包含兩個小數(shù)位。 方案論證和選擇方案論證和選擇 本速度里程表設(shè)計以單片機(jī)

7、和光電傳感器為核心。傳感器將不同車速轉(zhuǎn)變成的不同頻率 的脈沖信號輸入到單片機(jī)進(jìn)行控制與計算，再采用 LED 模塊進(jìn)行顯示，使得速度里程數(shù)據(jù) 能直觀的顯示給使用者。 所用設(shè)備、器材組成所用設(shè)備、器材組成 本速度里程表由信號預(yù)處理電路、AT89C51 單片機(jī)、串口液晶顯示電路、串口數(shù)據(jù)存 儲電路和系統(tǒng)軟件組成。其中信號預(yù)處理電路包含信號放大、波形變換和波形整形。信號 預(yù)處理電路中的放大器用于對待測信號進(jìn)行放大，以降低對待測信號的幅度要求；波形變 換和波形整形電路則用來將放大的信號轉(zhuǎn)換成可與單片機(jī)接口的 TTL 信號；通過單片機(jī)的 設(shè)置可使 INT0 引腳能夠?qū)?nèi)部定時器 T0 的工作進(jìn)行控制，這樣

8、能精確地測出加到 INT0 引腳的正脈沖數(shù)（即測出脈沖信號的周期） ；設(shè)計中速度顯示采用 LED 模塊，所得的數(shù)據(jù)采 用 I2C 總線并通過 EEPROM 來存儲，因而節(jié)省了所需單片機(jī)的口線和外圍器件，同時也 簡化了顯示部分的軟件編程系統(tǒng)軟件包括單片機(jī)和 LED 模塊的初始化模塊、LED 模塊的寫 數(shù)據(jù)命令子模塊、周期測量模塊、速度里程計算模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、速度和里程顯示 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) BCD 碼模塊、顯示數(shù)據(jù)消多余零模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊以及實時中斷服務(wù)模塊等,系 統(tǒng)的原理框圖如圖 1 所示。 圖 1 系統(tǒng)的原理框圖 硬件方案（完整的電路原理圖）硬件方案（完整的電路原理圖） 一、系統(tǒng)硬件設(shè)計 1 1

9、 信號預(yù)處理電路信號預(yù)處理電路 信號預(yù)處理電路如圖 3 所示，系統(tǒng)的信號預(yù)處理電路由二級電路構(gòu)成，第一級是由開 關(guān)三極管組成的零偏置放大器，采用開關(guān)三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應(yīng)。當(dāng) 輸入信號為零或負(fù)電壓時，三極管截止，電路輸出高電平；而當(dāng)輸入信號為正電壓時，三 極管導(dǎo)通，此時輸出電壓隨著輸入電壓的上升而下降，這使得速度里程表既可以測量任意 方波信號的頻率，也可以測量正弦波信號的頻率。由于放大器的放大功能降低了對待測信 號的幅度要求，因此，系統(tǒng)能對任意大于 0.5V 的正弦波和脈沖信號進(jìn)行測量。預(yù)處理電路 的第二級采用 74LS14 把放大器生成的單相脈沖轉(zhuǎn)換成與 COMS 電平相兼容

10、的方波信號（如 圖 4 所示），同時將輸出信號加到單片機(jī)的 P3.2 口上。 圖 3 信號預(yù)處理電路圖 圖 4 施密特觸發(fā)器對脈沖的整形 利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信 號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入的信號只要幅度大于 VT+，即可在施密特觸發(fā)器 的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號。 從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當(dāng)傳輸線上的電容較大時， 波形的上升沿將明顯變壞；當(dāng)傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時， 在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當(dāng)其他脈沖信號通過導(dǎo)線間的分布電容或公共 電源線疊加到矩形脈沖信號時，信號

11、上將出現(xiàn)附加的噪聲。無論出現(xiàn)上述的那一種情況， 都可以通過用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。只要施密特觸發(fā)器 的 VT+和 VT-設(shè)置得合適，均能受到滿意的整形效果。 2 2 EEPROMEEPROM AT24C02 的應(yīng)用 AT24C02 是 CMOS 2048 位串行 EEPROM，在內(nèi)部組織成 2568 位。AT24C02 的特點是 具有允許在簡單的二線總線上工作的串行接口和軟件協(xié)議。 如圖 5 所示，在本設(shè)計中用芯片 AT24C02 的 SDA 端與單片機(jī)的 P3.7 口相連，SCL 端 與單片機(jī)的 P3.5 口相連。因為在這個 I2C 總線上只有一個器件，所以把 A

12、T24C02 的地址設(shè) 為 000，即把 A0、A1、A2 都接地。單片機(jī)計算出來的里程數(shù)據(jù)通過 SDA、SCL 向 AT24C02 輸送數(shù)據(jù)。單片機(jī)首先向 AT24C02 發(fā)送寫信號，當(dāng)確認(rèn)后從單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)儲存單元提 取數(shù)據(jù)然后向 AT24C02 的內(nèi)部地址傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)顯示里程時，單片機(jī)首先向 AT24C02 發(fā)送 讀信號，然后確認(rèn)后，單片機(jī)從 AT24C02 內(nèi)部的地址向單片機(jī)的讀出單元字節(jié)讀出數(shù)據(jù)， 供顯示所用。 圖 5 AT24C02 與單片機(jī)的接口電路圖 3 顯示部分顯示部分 本設(shè)計的顯示模塊包括 MC14511BCP、CD4076、74LS138 和 8 個 LED 顯示管等器

13、件。 MC14511 是將鎖存、譯碼、驅(qū)動三種功能集于一身的“三合一”器件。鎖存器的作用是避 免在計數(shù)過程中出現(xiàn)跳數(shù)現(xiàn)象，便于觀察和記錄。用譯碼器將 BCD 碼轉(zhuǎn)換成 7 段碼，再經(jīng) 過大電流反相器，驅(qū)動共陰極 LED 數(shù)碼管。譯碼器屬于非時序電路，其輸出狀態(tài)與時鐘無 關(guān)，僅取決于輸入的 BCD 碼。 74LS138 的作用相當(dāng)于位選的功能，當(dāng) C，B，A 的輸入分別為 “000、001、010、011、100、101、110、111”時分別選擇不同的 MC14511，從而在不同 位上顯示不同的數(shù)字和小數(shù)點。CD4076 是 CMOS 4 位三態(tài)輸出 D 寄存器,通過 74LS138 的 Y6

14、，Y7 來控制其 CP 的工作，從而使 CD4076 來控制小數(shù)點顯示。圖 6 是顯示模塊 圖 6 顯示模塊框圖 圖 7 為系統(tǒng)顯示部分的電路。系統(tǒng)中用 74LS138 的 Y0Y5 選擇 MC14511 以驅(qū)動 LED 顯示， Y6、Y7 來控制 CD40756 的 CP，從而達(dá)到以 CD4076 的 Q1Q4 控制小數(shù)點的顯示，另一個 CD4076 只用到其 Q1 和 Q2，圖中字符相對應(yīng)的地方表示其引腳相連。 圖 7 系統(tǒng)顯示部分的電路 8 二、原理原理圖電路見圖 1，由檢測傳感器、單片機(jī)電路和數(shù)碼顯示電路等部分組成。 圖 1 軟件方案（程序流程圖，源程序（含注釋）軟件方案（程序流程圖，

15、源程序（含注釋） ） 系統(tǒng)的軟件設(shè)計系統(tǒng)的軟件設(shè)計 1 1 系統(tǒng)軟件框圖系統(tǒng)軟件框圖 如圖 8 所示，本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計方法。整個系統(tǒng)由初始化模塊、頻率測量 模塊、速度，里程計算模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼模塊、速度顯示模塊、里程顯示模塊、數(shù)據(jù) 存儲，讀取模塊、定時器中斷服務(wù)模塊以及其他功能模塊組成。 圖 8 系統(tǒng)軟件框圖 2 2 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 待測信號經(jīng)預(yù)處理電路后加至單片機(jī)的 P3.4（T0）引腳可為單片機(jī)測量信號頻率 提供有效的輸入信號。單片機(jī)通過檢測 P3.4 引腳電平來決定是否啟動測量頻率程序。當(dāng)該 引腳為高電平時，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，要一直到該引腳出現(xiàn)低電平時才開始測頻率。 我們可從硬件

16、的鋁盤上知道兩個過孔之間在圓周上的距離。而這個距離 M 正好為計 算速度和距離起到了基本的數(shù)據(jù)儲備作用。同時可以從 TL0 寄存器知道在兩秒內(nèi)單片機(jī)檢 測到的 N 個脈沖。而 MN 所得到的正是這兩秒內(nèi)鋁盤在圓周上所走得距離 S。（此時假設(shè) 在這個兩秒內(nèi)車子是勻速前進(jìn)的），距離 S 除以 2s 的時間，就可以大概的算出這 2s 內(nèi)鋁 盤的線速度。再根據(jù)鋁盤與汽車的輪子保持著一樣的角速度，得到鋁盤的線速度與輪子線 速度的關(guān)系，從而算出汽車在這 2s 的平均速度。 至于里程的計算，根據(jù)速度計算的分析，在得到 2s 內(nèi)鋁盤在其圓周上走過的距離 后。根據(jù)它與汽車輪子的圓周走過的距離有一定比例關(guān)系（通過

17、兩者角速度一樣的算法） 可以通過單片機(jī)的算出汽車在這兩秒內(nèi)走過的路程 S1。把這個路程 S1 與存儲器原來的里 程數(shù)相加即可得到目前的總里程數(shù)。 通過單片機(jī)計算出來的速度和里程的數(shù)據(jù)，必須通過 BCD 碼的轉(zhuǎn)換才能輸出給顯示 模塊?？偫锍虜?shù)的顯示是設(shè)定出現(xiàn)在電動汽車開動，單片機(jī)開機(jī)經(jīng)過初始化后顯示出來， 這樣以來用戶可以清楚的知道自己的車子已經(jīng)運行了多少公里了。而速度的顯示則是在計 算出速度里程后立刻顯示出來，體現(xiàn)實時性。 速度里程表流程圖 程序：速度里程表-程序 程序的基本思路如流程圖（速度里程表流程圖）所示， ，用定時器設(shè)定每一圈的時間。里程 記圈數(shù)，用記數(shù)總?cè)?shù)除以一公里需要的圈數(shù)即要顯

18、示的公里數(shù)。 SDABIT P1.7;I2C 總線定義 SCLBIT P1.6 RSTBIT P1.0 KEY_INTBIT P3.2 MTDEQU40H ;發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器 MRDEQU49H ;接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū) ;定義器件地址,變 ZLG7290EQU70H ;ZLG7290 的器件地址 ACKBIT 10H ;應(yīng)答標(biāo)志位 SLADATA50H ;器件的從地址 SUBADATA51H ;器件的子地址 NUMBYTEDATA52H ;讀/寫的字節(jié)數(shù)變量 ORG8000H LJMPMAIN ORG8100H ;-主程序如下： MAIN: MOV SP,#70H MOV TMOD,#56H MOV

19、TL0,#0FFH MOV TH0,#0FFH MOV TL1,#0FEH MOV TH1,#0FFH SETB EA SETB ET0 SETB ET1 CLR TR0 CLR TR1 BEGIN: JB P3.0,BEGIN SETB TR1 MOV R2,#03H MOV P1,#0FCH LOOP: JNB P3.1,MAIN JMP LOOP INTT0: INC R2 MOV 30H,R2 XRL 30H,#0FFH MOV P1,30H RETI INTT1: CLR ET1 SETB TR0 RETI CLRRST LCALL DELAY SETBRST LCALL DELAY

20、 MAINLOOP: JBT0,KEY_HANDLE SJMPMAINLOOP KEY_HANDLE: MOVSLA,#ZLG7290;指定器件地址 MOVSUBA,#01H;指定子地址 MOVNUMBYTE,#01H ;發(fā)送 2 字節(jié)數(shù)據(jù) LCALL IRDNBYTE;調(diào)用寫 2 字節(jié)數(shù)據(jù)程序 LCALL DELAY MOV R7,#08H MOV A,P1 MOV R6,#60H HANDLELOOP: MOV MTD,R6 MOV MRD,A PUSHACC MOV30H,R7 MOVMTD+1,MRD MOVSLA,#ZLG7290;指定器件地址 MOVSUBA,#07H;指定子地址

21、MOVNUMBYTE,#02H ;發(fā)送 2 字節(jié)數(shù)據(jù) LCALL IWRNBYTE ;調(diào)用寫 2 字節(jié)數(shù)據(jù)程序 LCALL DELAY USING2 MOVR7,30H POPACC INC R6 DJNZR7,HANDLELOOP SJMPMAINLOOP DELAY: MOV R7,#80H MIN:DJNZ R7,YS500 RET YS500:LCALL YS500US LJMP MIN YS500US:MOV R6,#80H DJNZ R6,$ RET DELAY1:MOV R7,#20H DJNZ R7,$ RET $INCLUDE(VI2C_ASM.INC);包含 VIIC 軟件

22、包 END 調(diào)試過程調(diào)試過程 運行結(jié)果及分析：運行結(jié)果及分析： 程序運行沒有錯誤，但是沒有數(shù)據(jù)顯示。 分析： 可能程序中的輸出數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)少了 結(jié)論： 本設(shè)計以 MCS-51 為核心，通過光電傳感器來檢測汽車的運轉(zhuǎn)情況進(jìn)而實現(xiàn)電動汽 車的速度，里程的計算及里程的累計，存儲，最后用 8 位的 LED 能直觀的將速度與里程顯 示給用戶，從而達(dá)到智能速度里程表的作用。 實驗的收獲體會及建議：實驗的收獲體會及建議： 單片機(jī)作為我們的主要專業(yè)課之一，雖然在大二下學(xué)期開學(xué)初我對這門課并沒有什么興 趣，覺得那些程序枯燥乏味，但在這次課程設(shè)計后我發(fā)現(xiàn)自己在一點一滴的努力中對單片 機(jī)的興趣也在逐漸增加。這次單片機(jī)課程設(shè)計我們歷時兩個多星期，在我們班里算是倒數(shù) 幾組