微机原理及应用课程设计-基于AT89C52单片机的汽车机油压力检测系统.doc

微机原理及应用课程设计说明书pcb图，仿真 语言程序 原理图等全套设计，联系153893706课程设计说明书课 程 名 称: 微机原理及应用课程设计 课 程 代 码: 题 目: 汽车机油压力检测系统 年级/专业/班: 09级车辆工程汽电(3)班 学 生 姓 名: 学 号: 开 始 时 间: 2012 年 07 月 02 日完 成 时 间: 2012 年 07 月 06 日课程设计成绩：学习态度及平时成绩（30）技术水平与实际能力（20）创新（5）说明书（计算书、图纸、分析报告）撰写质量（45）总 分（100）指导教师签名： 年 月 日目 录摘要 31 引言 41.1 问题提出 4 1.2 用户需求 41.2.1任务分析41.2.2软件需求41.2.3硬件需求42 方案设计 52.1系统方案设计论证52.1.1信号发生方案设计52.1.2 系统显示方案设计52.1.3 最终方案设计 52.2 最终设计方案总体设计框图 63 系统硬件设计 73.1 at89c52单片机 73.1.1 at89c52单片机介绍 73.1.2 选用at89c52单片机原因93.2 ds18b20传感器 93.1.1 ds18b20传感器介绍 93.1.2 选用ds18b20传感器原因103.2 时钟电路 103.3复位电路 104系统软件设计 114.1端口地址及功能介绍114.2程序流程图114.2.1 主程序流程图114.2.2 蜂鸣器子程序流程图124.2.3显示子程序流程图 124.2.4传感器信号输出子程序流程图134.3程序滤波介绍145 系统调试过程 165.1原理图和印制板图绘制和检查 165.1.1 在protel99se绘制原理图并进行相应的erc检查165.1.2 在protel99se生成pcb图165.2 keil程序调试 185.3 proteus仿真调试 18结论21致谢 22参考文献 23附录一 程序源代码 24附录二 电路原理图和pcb图31附录三 proteus仿真截图33摘 要本次课程设计采用at89c52单片机，选定ds18b20数字温度传感器直接产生数字信号模拟机油压力信号的输入。当时钟电路中的晶振产生外部震荡脉冲信号时，单片机开始以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍的工作。再经过中值滤波后送入单片机处理，然后送到单片机中的p0口输入到lm016 lcd液晶显示器进行动态显示，并通过单片机中的p2.4、p2.5和p2.6口实现对lcd显示的控制。同时在超过安全阈值时由单片机p1.0口控制蜂鸣器报警。在keil中用c语言进行程序的编写，在protel中绘制原理图和相应的pcb印制电路板图，并在proteus软件中进行仿真测试。关键词：机油压力 at89c52单片机 lm016 lcd液晶1 引 言1.1 问题的提出机油压力是衡量发动机正常工作的一个重要指标，对汽车发动机的性能起着重要的作用。通过传感器能测机油压力，但传感器输出的信号如何才能呈现出来，这时就需要一个机油压力检测报警电路系统。1.2 用户需求机油压力检测系统是通过声音和文字信息让驾驶员了解润滑系的工作状态。该系统通过压变式压力传感器进行信号检测，传感器输出信号经过放大滤波及ad转换后输入ecu ，经计算后在屏幕上显示机油压力，同时将信号与设定的信号范围进行比较，当不在正常区间内时报警电路则输出语音报警信号，并通过报警线点亮报警灯。1.2.1任务分析本次课程设计的主要任务是设计一个机油压力检测报警系统，由于不需要将设计做成实物，而本着电路应当尽量简单的情况实现系统的功能，所以直接选用了一个ds18b20数字温度传感器，通过其产生数字信号代替压力源模拟量的输入，因此省去了a/d转换，放大和滤波电路等，而在程序中加入中值滤波，将处理后的数据送给p0口将显示码输出并显示。并输出到lm016l液晶显示器，进行动态显示，当压力值超过安全范围时用蜂鸣器报警。1.2.2软件需求为了实现本次设计任务，首先将用户的需求细化分解成各个环节，绘制实现各环节的流程图，采用microsoft visio 2003软件进行流程图的绘制工作；接下来将所绘制的流程图转换成程序代码，所以使用了keil软件来编译程序；然后绘制系统电路原理图和pcb印制电路板图，故采用了常用的protel99进行设计；最后要实现系统的功能仿真，所以使用protues软件进行系统的仿真。1.2.3硬件需求硬件方面主要由四个部分组成，单片机选用了at89c52，显示部分选用了lm016l lcd液晶显示，传感器部分选用ds18b20数字温度传感器产出数字信号代替压力源模拟信号.2方案设计2.1 系统方案设计论证2.1.1信号产生方案设计方案1：采用单片机at89c52，通过ds18b20产生数字信号，通过程序滤波后，送入单片机进行处理，电路较为简单。方案2：采用单片机at89c52，通过电源发生器产生模拟信号，经过放大、滤波、a/d转换电路，送入单片机处理，电路相对于方案1较为复杂，连线时容易出错。2.1.2系统显示方案设计根据指导老师要求，显示需要采用动态显示。方案1：采用数码管显示，数码管按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(com)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极com接到+5v，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(com)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极com接到地线gnd上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。用数码管进行动态显示时，显示子程序的延时时间不能过长，否则会导致显示不全等现象。方案2：采用lcd液晶显示，lcd 液晶显示器是 liquid crystal display 的简称，lcd 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。2.1.3 最终设计方案从给方面考虑后，确定方案：选用单片机at89c52，通过ds18b20产生数字信号，经中值滤波后，送入单片机进行处理，再通过单片机p0口送入lm016l lcd液晶显示器显示，。当输入压力值超过安全范围时由单片机p1.0口控制蜂鸣器报警。由于本次设计需要用到动态显示，同时也要控制蜂鸣器报警，采用lcd液晶管显示时，二者的延时时间长短有冲突。故采用lm016l液晶管进行显示。2.2最终设计方案总体设计框图时钟电路xtal2 p0.00.7p2.4rst p2.5p2.6at89c52单片机p1.0p1.3lm016l液晶显示器d0d7rsrwe蜂鸣器报警机油压力电控系统程序设计及仿真ds18b20传感器复位电路压力信号图2.1 系统总体框图当时钟电路的晶振产生外部振荡脉冲信号送入at89c52单片机的xtal2口时，单片机开始以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。单片机at89c52执行编写在其内部的程序，处理从ds18b20送来的信号，并送到p0口输出到lcd液晶管显示，并通过其p2.4，p2.5和p2.6控制对lcd显示的控制。同时在超过安全阈值时通过单片机p1.0口控制蜂鸣器报警。3 系统硬件设计3.1 at89c52单片机3.1.1 at89c52单片机介绍at89c52是一个低电压，高性能cmos 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash存储单元，功能强大的at89c52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。图3.1 at89c52单片机引脚振荡器及定时电路89c52cpu4k字节可编程闪烁rom256字节*8ram2个16位定时器/计数器64k总线扩展控制32可编程i/o可编程串行口89c52系列单片机都是以8051为核心发展起来的，具有和51系列单片机及基本结构和软件特征，其内部结构如图3.2所示：图3.2 at89c52单片机内部框图at89c52单片机的引脚功能：vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0口：方式驱动8个ttl逻辑门电路，对端口p0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在flash 编程时，p0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。p1口：p1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl 逻辑 门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(iil)。与at89c51 不同之处是，p1.0 和p1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（p1.0/t2）和输入（p1.1/t2ex），p2口：p2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对端口p2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(iil)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行movx dptr 指令）时，p2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行movx ri 指令）时，p2 口输出p2 锁存器的内容。flash 编程或校验时，p2亦接收高位地址和一些控制信号。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。 p3口也可作为at89c52的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断0） p3.3 /int1（外部中断1） p3.4 t0（记时器0外部输入） p3.5 t1（记时器1外部输入） p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性: xtal1和xtal2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，xtal2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.1.2 选用at89c52单片机原因在课程设计里设计只要满足开环设计就可以了，在设计里面使用的引脚较少，占用的资源也比较少。而且该芯片是以8051为核心，性能价格比高，且对其内部结构较为熟悉，芯片功能够用而且适用，从而选用at89c52单片机作为主控芯片。3.2 ds18b20传感器3.2.1 ds18b20传感器介绍ds18b20数字温度传感器是采用美国dallas公司生产的ds18b20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。其特点如下：独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯，每个器件有唯一的 64 位的序列号存储在内部存储器中，简单的多点分布式测温应用，无需外部器件，可通过数据线供电。供电范围为3.0v到5.5v。测温范围为-55125（67257），在1085范围内精确度为5。温度计分辨率可以被使用者选择为912位，最多在 750ms 内将温度转换为 12 位数字。用户可定义的非易失性温度报警设置，报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件与ds1822兼容的软件。应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统。图3.3 ds18b20传感器引脚ds18b20的读写时序和测温原理与ds1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。3.2.2选用ds18b20传感器原因 在本设计里面，由于只需要一个传感器模拟出机油压力信号就可满足要求，而ds18b20产生的是一个数字量信号不需要通过a/d转换就可以直接送入单片机处理，ds18b20的使用范围足够包含通常压力变化范围，使用比较方便，电路简单可靠。故选用ds18b20作为传感器。3.2 时钟电路本设计采用内部时钟方式的电路，其电路如图3.3所示。at89c52单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚xtal1，输出端为引脚xtal2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。电路中的电容c1和c2典型值通常选择为30pf左右。晶体的振荡频率为24mhz。晶体的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。3.3复位电路 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。本次设计采用按键复位电路。按键复位电路是在按键瞬间接地来实现的，其电路如图3.4所示。按下复位按钮后，电源对按键reset端维持两个机器周期的高电平实现复位的。4 系统软件设计4.1端口地址及功能介绍p0口（p0.0p0.7）：位地址为80h87h。本次课程设计中p0口用作输出口，单片机通过其向lcd的8个口输送需要显示的数据。p1口（p1.0和p1.3）：位地址分别为90h和93h。本系统中p1.0口用于控制蜂鸣器的开闭，p1.3口连接传感器，接收从传感器来的信号。p2口（p2.4，p2.5和p2.6）：位地址分别为a4h，a5h和a6h。本系统中用于控制lcd液晶显示的点亮规则。4.2程序流程图4.2.1主程序流程图程序框图采用的是microsoft visio绘制：图4.1 主程序流程图说明：该流程图中，首先对蜂鸣器初始化，关闭蜂鸣器。然后用一个循环while(1)不断地调用采样子程序读入压力值，调用中值滤波函数，取三次采样值的中值，再调用显示子程序进行动态显示。期间如果压力超出安全压力范围，调用蜂鸣器子程序进行报警。4.2.2蜂鸣器子程序流程图图4.2 蜂鸣器子程序流程图说明：该流程图中通过一个for循环让蜂鸣器工作。当蜂鸣器工作后，通过延时，实现喇叭一段时间的响，同时取反电平，并延时，让喇叭不响一段时间。这样重复，可实现间隙的报警声。4.2.3显示子程序流程图图4.3 显示子程序流程图说明：lcd经过初始化后，开始做显示工作，首先将单片机送来的值分别赋给“bai”“shi”“ge”三位进行显示。调用写指令，通过for循环，在lcd管上显示“ oil pressure ”。以上显示完毕，才开始执行对“bai”“shi”“ge”三位的显示指令，在其上动态显示数据。4.2.4传感器信号输出子程序框图图4.4 传感器信号输出子程序框图说明：传感器信号送到单片机p1.3口vout端，根据单片机“写修改读”指令的流程，从该端口输入信号后，在单片机内加以运算，最后再输出。其中写字节程序和读字节程序都是通过一个for循环，循环8次来实现。最后通过一个读取程序调用各子程序读取出所需要的压力信号值。4.3程序滤波介绍本次设计采用中值滤波程序，中值滤波是对某一参数连续输入n次(一般n取奇数),从中选择一个中间值作为本次采样值,若变量变化比较缓慢,采用此方法效果比较好,但对快速变化过程的参数,则不宜采用。中值滤波的c程序函数如下:float middle_filter(float middle_value , int count)float sample_value, data;int i, j;for(i=0; i=i; -j)if(middle_valuej-1middle_valuej data=middle_valuej-1; middle_valuej-1=middle_valuej middle_valuej=data;sample_value=middle_value(count-1)/2;return(sample_value);本次设计对参数连续采样3次,3次采样值存储在数组middle_value3,其中sample-value表示有效采样值,count表示连续采样次数。通过连续3次采样，将3次值进行比较，取中间的值作为最终采样值。5 系统调试过程 通过上面的设计，设计已经基本完成。下面主要实现protell99se的原理图、印制板图的绘制和做相关检测，对keil进行相应的检查和调试，并用proteus对所设计系统进行仿真。5.1原理图和印制板图绘制和检查5.1.1 在protel99se绘制原理图并进行相应的erc检查打开protel99se，绘制系统的原理图。原理图包括能输出时钟电路，驱动电路以及复位电路。绘制完成的原理图如图5.1:图5.1 原理图的绘制绘制完原理图之后，对原理图进行同一网络命名多个网络名称检测、未连接的电路标号检测、未连接的电源检测、电路编号重号检测、元件编号重复检测等检测。erc检测结果如图5.2:图5.2 erc电气规则检查5.1.2 在protell99se生成pcb图在创建完原理图后，对各元器件的引脚进行封装，在原理图中创建网络表(net),然后再protel中新建pcb图并加载网络表。加载网络表截图如图5.3所示：图5.3 加载网络表对于生成的pcb图中各器件进行调整，并布线，最终生成pcb图。结果如图5.4所示:图5.4 生成pcb图5.2 keil程序调试程序调试结果如图5.6所示：creating hex file from “机油压力控制”表明 .hex文件创建成功。“机油压力控制”- 0 error(s),2 warning(s)表明文件编译结果没有错误。图5.6 程序调试结果5.3 proteus仿真调试在proteus中建立仿真图。界面结果如图5.7：图5.7 proteus仿真图按下开始仿真按钮，开始进行仿真实验，结果如图5.8,图5.9,图5.10：图5.8 proteus仿真图（正常运行）图5.9 proteus仿真图（压力过低报警）图5.10 proteus仿真图（压力过高报警）仿真电路图中实现对压力检测的控制，输出到lcd液晶管实现动态显示。初始设定的压力值正常范围是0.150.6mpa。压力在这个范围内时如0.25mpa（图5.8），程序正常运行；当压力过低如0.12mpa（图5.9）或者压力过高如0.67mpa（图5.10时），单片机控制蜂鸣器报警。仿真虽然能运行，但在实际电路中，还需要加入其它的一些电路才能保证单片机能正常工作，实现其功能。 结 论通过ds18b20产生一个数字信号输入到at89c52单片机中进行处理，再通过单片机p0口送入lcd液晶管进行显示，当压力值在超过安全范围时通过单片机p1.0口控制蜂鸣器报警。在本次实验里面，我把电路和单片机必备的一些基本操作技能再次熟悉了一遍，占用了一些时间，但是我个人觉得这么做值得，对于本次课程设计也很有帮助，由于c语言编程的还不熟练，在程序调试环节遇到不少麻烦，日后还需要加强这方面的学习和训练。对于机油压力检测，由于时间较为仓促和种种客观的原因，我只是对机油压力检测系统作了一个最简单的布置，而往往在实际的工程运用中间还需要对其进行扩展和优化设计，在对系统进行仿真时，我只设定了2个大概的上限值，而往往在实际的系统中这些参数是不断变化的，就会牵涉到一个反馈调节控制的问题，在这个设计没有体现出来。对于这些我还只是只了解其表面，需要在下面进一步去学习和深入。致 谢 在课程设计过程和资料搜集期间，前人的资料对我提供了莫大的帮助，这里再次感谢。值此即将完成课程之际，我要衷心地感谢指导教师陈飞老师。在课程设计过程中，得到了他的精心指导和热情帮助，其中无不凝聚着老师的心血和汗水。我还要感谢在编写程序以及应用软件仿真过程中给我提供帮助的同学。在他们的帮助下，我顺利地完成了本次课程设计，感觉到了团队合作的存在，在此由衷感谢。参考文献1谭浩强.c程序设计（第三版）m.北京.清华大学出版社.2005（2007重印）2 张毅刚，彭喜元等. mcs-51单片机应用设计（第3版）m.哈尔滨.哈尔滨工业大学出版社.2001.3徐琤颖.protel99se eda技术及应用.m.北京.机械工业出版社.2009.1重印4古辉，刘均等.微型计算机接口及控制技术.m.北京.机械工业出版社.2009.1附录一 程序源代码#include ds18b20.h#includebeep.h#includesmg.h#includedelay.huint middle_value3=0,0,0;uint temp;uchar table= oil pressure ;/-/名称：显示程序/- void display(uint d)uchar bai,shi,ge;uchar num;static bit flag1=1;bai=d/100;shi=d%100/10;ge=d%10;if(flag1)write_cmd(0x01); /清屏for(num=0;num14;num+)write_data(tablenum);flag1=0;write_cmd(0x80+0x45);write_data(0x30+bai);write_data(0x30+0xfe);write_data(0x30+shi);write_data(0x30+ge);void getdata()/采样子程序uchar i;for(i=0;i3;i+) middle_valuei=readyali(); uchar middle_filter(uint middle_value, uchar count)/中值滤波函数uint sample_value,date;uchar i, j;for(i=0; i=i; -j) if(middle_valuej-1middle_valuej)/从小到大顺序排列 date=middle_valuej-1; /交换位置 middle_valuej-1=middle_valuej; middle_valuej=date;sample_value=middle_value(count-1)/2;return(sample_value);void beepon(void) /蜂鸣器报警子程序uchar