基于单片机监控系统.doc

郑州职业技术学院 毕业设计（论文） 基于单片机监控系统的研究系 别： XXXXXXXXXX 学生姓名： XXXXXXXXXXXX 专业班级： XXXXXXXXXXXXX 学 号： 指导教师： 20XX年XX月X日宋休，四号黑体，三号独创性声明 本人声明所呈交的毕业论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日毕业论文版权使用授权书 本毕业论文作者完全了解学校有关保留、使用毕业论文的规定，即：学校有权保留并向有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权郑州职业技术学院要以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。 保密，在_年解密后适用本授权书. 本论文属于 不保密。（请在以上方框内打“”）毕业论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日页眉摘 要文章所设计的基于单片机监控系统汽车行驶记录仪所实现的主要功能：记录汽车停车前2秒内的行驶速度，并能实时地显示汽车行驶的状态信息，同时还对汽车的超速行驶进行报警并记录一天之内的超速次数。关键词：单片机；模块；监控四号宋体目 录二号，黑体摘要I1单片机介绍（1）1.1单片机的应用领域（2）1.2现在世界上单片机的发展水平（3）2页码加括号电源模块的设计（5）3速度信号采集模块的设计（5）4时钟模块的设计（6）5单片机模块设计（6）6储模块的设计（7）7示模块的设计（7）8键的设计（7）9系统软件流程图的设计（7）参考文献（9） 致谢（10）- 10 -1 单片机介绍单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可.用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！.它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K的尺寸！对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行，家用PC的也是承受不了的。 可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。1.1 单片机的应用领域目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。单片机注定影响一个时代，只要存在计算机的地方就会有他的存在。以下大致介绍一些典型的应用领域和应用特点。l家用电器领域国内各种家用电器已普遍采用单片微机控制取代传统的控制电路，做成单片微机控制系统，如洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭堡、电视机、录像机及其它视频音像设备的控制器。2办公自动化领域比如一台PC机可能嵌入了10个单片微机，如控制键盘、鼠标、显示器、CD-ROM、声卡、打印机、软/硬盘驱动器、调制解调器等。现代办公室中所使用的大量通信、信息产品，如绘图仪、复印机、电话、传真机等，多数都采用了单片微机。3工业自动化领域的在线应用如工业过程控制、过程监测、工业控制器及机电一体化控制系统等，许多都是以单片微机为核心的单机或多机网络系统。如工业机器人的控制系统是由中央控制器、感觉系统、行走系统、擒拿系统等节点构成的多机网络系统。而其中每一个小系统都是由单片微机进行控制的。4.智能仪器仪表与集成智能传感器领域应用单片微机来对传统的仪器仪表行业的产品进行“更新换代”，提供了非常理想的的条件。目前各种变送器、电气测量仪表普遍采用单片微机应用系统替代传统的测量系统，使测量系统具有各种智能化功能，如存储、数据处理、查找、判断、联网和语音功能等。5汽车电子与航空航天电子系统通常在这些电子系统中的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通信系统以及运行监视器（黑匣子）等，都要构成冗余的网络系统。比如一台RMW-7系列宝马轿车就用了63个单片微机，大部分还是16位单片微机。单片微机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片微机通过软件方法实现了。这种以软件取代硬件，并能提高系统性能的控制技术，称之为微控制技术。这标志着一种全新概念的建立。1.2现在世界上单片机的发展水平现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1.低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2.微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。3.主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。2 电源模块的设计记录仪作为车载设备，使用汽车电源。汽车上的电源有两个：汽车发电机和蓄电池。记录仪的电源直接取自蓄电池，在发电机转速和用电负载发生较大变化时，可保持汽车电网电压的相对稳定，同时，还可吸收电路中随时出现的瞬时过电压，以保护电子元件不受损害。车辆使用的车载蓄电池标称值有两种 12V的和 24V的，因此为了得到需要的 5V的电压，我选用了 DC-DC 电源转换芯片。 3 速度信号采集模块的设计速度信号检测模块的原理是：汽车行驶过程中，车轮经过传感器，单位时间内输出一定的脉冲，传感器输出的脉冲通过差动放大电路的放大与整形，然后送到单片机 8051 的 T0端口进行脉冲计数，与此同时 8051 的 T1 进行计时开始待到定时器产生中断请求后，由计数器得到的脉冲数经过速度计算的公式和里程的计算后得到汽车行驶的速度和里程。从而得到汽车的行驶速度和里程，存储与 8051 的 RAM数据存储区。 本系统采用霍尔传感器将速度信号转换为脉冲信号，考虑到传感器的体积要小，便于安装，误差要尽量减小等要求，设计采用车轮旋转一周速度传感器要输出若干个脉冲的方法。本系统采用的是在变速器上安装 3个小磁钢，霍尔传感器可相应的输出 3 个脉冲用于速度信号的采集。速度信号采集模块采用 THS118 型霍尔元件作为速度信号采集部分的速度传感器。 4 时钟模块的设计时钟模块主要是用于对时、分、秒、年、月、日和星期的计时。该模块采用的芯片为DS12C887 时钟芯片。此芯片集成度高，其外围的电路设计非常的简单，且其性能非常好，计时的准确性高。DS12C887为双列直插式封装。其具体与单片机的连接如下所述：AD0AD7双向地址/数据复用线与单片机的P0口相联，用于向单片机交换数据；AS 地址选通输入脚与单片机的 ALE 相联用于对地址锁存，实现地址数据的复用；CS 片选线与单片机的 P2.6 相联，用于选通时钟芯片；DS 数据选通读输入引脚与单片机的读选通引脚相联，用于实现对芯片数据的读控制；R/W 读/写输入与单片机的写选通引脚相联，用于实现对时钟芯片的写控制；MOT 直接接地，选用 INTEL 时序。IRQ引脚与 8051 的 INT1 相连，用于为时间的采集提供时间基准。 5 单片机模块的设计本系统采用两片单片机，两个单片机之间采用串行通讯，用于两者之间的数据交换。其工作时序是由外部晶振电路提供的，本系统采用的晶振频率是 12 兆 HZ。其复位电路为自动上电复位。设计中所采用的单片机为 8051。 单片机在系统中主要是用来对其他模块进行控制，是整个系统的核心部件。主单片机主要是用于对速度信号采集模块、时钟模块和存储模块进行控制，同时还要与从单片机进行数据的交换。其外围的 I/O口主要与这些模块的中心芯片的数据总线或地址总线相连，其控制总线与这些模块的控制线相连。从单片机主要是用于对显示和校时的控制，因此其 I/O口主要与 LCD显示器的 I/O口相连，其控制线与 LCD显示器的控制线相连。由于从单片机的外部中断源只有两个，而我所设计的对时钟的校时主要是通过外部中断完成的，所以要对从单片机的外部中断源进行扩展。本系统采用了 8259A 进行中断源的扩展，从而实现对时钟的校时。 6 储模块的设计汽车行驶记录仪对系统存储数据的实时性及长久性要求很高，因此本系统我采用了ATMEL 生产的 AT29C010A Flash 性存储器。其存储空间为 16K，能够满足设计的要求。AT29C010A是一种 5V在线闪速可电擦除的存储器，具有掉电保护功能；方便的在线编程能力不需要高的输入电压，指令系统在 5V 电压下即可控制对 AT29C010A 的读取数据，这与对 EEPROM 的操作相似。再编程能力是以每一分区为单位的，128 字节的数据装入AT29C010A 的同时完成编程。在一个再编程周期里，存储单元的寻址和 128 字节的数据通过内部锁存器可释放地址和数据总线，这样可为其它操作提供地址和数据总线。编程周期开始，AT29C010A会自动擦除分区的内容，然后对锁存的数据在定时器作用下进行编程。 7 示模块的设计显示器主要是为人机交互提供即时的信息，能让人们与机器进行很好的交流。在众多种类的显示器中，越来越多的仪器仪表及人机交互界面采用液晶显示器。LCD 可分为段位式LCD、字符式 LCD和点阵式 LCD。其中段位式和字