多功能汽车防撞报警器(赵亮).doc

毕毕业业设设计计说说明明书书 多功能汽车防撞报警器的设计多功能汽车防撞报警器的设计 专业专业电气工程及其自动化 学生姓名学生姓名赵亮 班级班级BMZ 电气 061 学号学号0661402133 指导教师指导教师顾光旭 完成日期完成日期2010 年 6 月 5 日 精品文档 。 1欢迎下载 多功能汽车防撞报警器的设计多功能汽车防撞报警器的设计 摘 要：随着电子技术和汽车技术的日益结合，各种电子智能装置已经用于 汽车系统中，使汽车电子产品已经成为电子产品中的一个独立门类，它为保障汽车 行驶安全、降低肇事率起到了很大的作用。 汽车防撞系统是一种可向司机预先发出视听告警信号的探测装置。它安装在汽 车上,能探测企图接近车身的行人、车辆或周围障碍物；能向司机及乘员提前发出 即将发生撞车危险的信号,促使司机采取应急措施来应付特殊险情,避免损失。系统 以单片机 AT89C2051 为控制核心器件，系统的硬件电路主要由超声波测距装置，汽 车测速装置，显示装置组成。一般的汽车防撞装置在精度要求上很难达到标准，设 计的创新在于结合了温度传感技术，使超声波测距更精确。 根据电路设计原则， 首先完成总体方案的论证制定，绘制总体框图，然后分 析系统的工作原理，在此基础上设计出各部分单元电路原理图，分析其工作原理， 进一步完成对系统电路的设计。在对系统工作原理充分研究的基础上，选择合适的 元件型号和参数，再用 protel 绘图软件画出电路原理图。 关键词：AT89C2051；温度传感器；超声波测距；汽车测速 精品文档 。 2欢迎下载 AnticollisionAnticollision AlarmAlarm ofof TheThe Multi-functionalMulti-functional AutomobileAutomobile Abstract:Abstract: The technical of the car along with the electronics technique increasingly combinative, every kind of electronics intelligence equipments have been used in the car system, making the car electronics product have become an independent door in electronics product, it is to guarantees the car drives the safety and lower the cause rate, it rises very big function. The principle of measuring distance with ultrasonic, and the influence of environment on the measuring accuracy ate introduce the reason of measuring error is analyzed. when instrument is designed, the selection of ultrasonic sensor, the ascertainment of frequency count and the influence of blind area on measurement are expounded the approach of improving measuring accuracy is pointed out, the method of correcting error with software is expound emphatically. design aims are achieved, measuring demands on industry are satisfied. According to the principles of circuit design,firstly, I formulate the system overall plan , draw the diagram of the console, and then analyze the working principle of the system , design each parts of circuit schematics,which is based on the working principle of the system , furtherly I complete the design of the system circuits . According to the analysis of the working principle of the system， I select the appropriate component models and parameters, and then draw the system circuits through the protel schematic drawing software. KeyKey Words:Words: AT89C2051；Ultrasonic Distance measuring；Thermometer；Measuring the speed of car 精品文档 。 3欢迎下载 目目 录录 0 概述 .4 1 总体方案设计与实现 .4 1.1 总体方案设计 .4 1.2 超声波测距原理与影响因素 .5 1.3 汽车测速原理 .8 1.4 AT89C2051 单片机功能介绍 .8 2 系统硬件部分的设计实现 .9 2.1 电源电路的设计 .9 2.2 传感器的选择 .11 2.3 超声波测距电路的设计 .12 2.4 汽车测速电路的设计 .13 2.5 报警电路的设计 .16 2.6 显示电路的设计 .17 3 系统软件部分的设计实现.19 3.1 基于汇编语言实现 DSB18B20 程序设计 .19 3.2 基于汇编语言实现显示电路程序设计 .20 3.3 基于汇编语言实现汽车测速程序设计 .21 4 结束语.22 参考文献 .23 致 谢 .24 附 录 .25 附录 1 总程序流程图 .25 附录 1.1 总程序流程图.25 附录 1.2 总程序清单.27 附录 2 设计图纸 .34 附录 2.1 汽车车速测量和超声波测距原理框图.34 附录 2.2：多功能汽车防撞报警器总框图 .35 附录 2.3：多功能汽车防撞报警器总原理图 .36 精品文档 。 4欢迎下载 多功能汽车防撞报警器多功能汽车防撞报警器 0 概述 随着社会经济的不断进步和科技的飞速发展，在日常工作和生活中，汽车已成 为人们理想的交通工具。高速公路上的汽车川流不息，汽车尾气排放日益严重，能 源危机以及汽车行驶安全问题日益突出，为解决汽车的污染、节能、安全问题，汽 车上广泛采用了电子控制技术。 本此设计的多功能汽车防撞报警器是根据定时时间来计算汽车与障碍物的距离， 用计数频率来计算汽车车速，根据汽车与障碍物之间的距离和汽车的车速来判断是 否对应在安全范围之内，若超出安全范围就会产生报警信号，并根据计算和判断的 结果产生 BCD 码和相应频率的脉冲信号，以驱动显示电路。设计以单片机 AT89C205 作为报警装置的核心，能充分发挥 AT89C2051 的数据处理和实时控制功能，使系统 工作于最佳状态。 系统设计的具体要求有以下几点： A设计汽车防撞报警器的硬件电路，编写能够完成防撞报警的软件，实现多 功能的汽车防撞报警系统。 B与超声波的测距技术、传感器技术相结合，检测汽车运行中后方障碍物与 汽车的距离及汽车车速。 C通过数显装置显示距离，并由发声电路根据距离远近情况发出警告声，使 汽车驾驶者可以提前采取应对措施。 软件系统的设计是根据所测距离和车速进行比较，然后根据测量的结果来判断 是否驱动报警电路报警。设定当车速小于等于 30km/h 时,安全即离应大于等于 1m； 当车速小于 80km/h,时安全即离应大于等于 2m；当车速大于 80km/h 时，安全距离 应大于等于 5m。如果将安全距离设为 0.5m，就可作为汽车倒车报警器，提高汽车 倒车时的安全。如果超出设定的值系统就会触发报警电路，产生报警信号。 多功能汽车防撞报警器作为一项先进的汽车防撞装置，它能够预报多种情况下 汽车的防撞事故，该装置以单片机为核心，具有体积小、使用方便的特点，对防撞 报警器的设计具有一定的借鉴作用。在预防和制止事故方面起到了一定的作用，具 有一定的经济价值和社会效益。 精品文档 。 5欢迎下载 1 总体方案设计与实现 1.1 总体方案设计 由超声波测距的原理：S=CT/2（其中 C 为超声波速度，常温下为 344m/S） ， 声速确定以后只要测出声波往返时间，就可以测量出距离。汽车车速的测量是通过 霍尔集成传感器来实现的。系统的硬件电路主要由温度传感器电路、超声波发射电 路、超声波接收电路、汽车测速电路、报警电路、LED 显示电路组成。通过 AT89C2051 芯片处理防撞信号，使报警电路报警，系统总的原理框图如下图所示。 单单 片片 机机 控控 制制 放大电路放大电路 汽车速度测量汽车速度测量声音报警声音报警 LED 显示距离显示距离 温度传感温度传感 器 超声波发射器超声波发射器 锁相环锁相环放大电路放大电路 超声波接受器超声波接受器 信号发射信号发射 信号接收信号接收 图 1-1 系统原理框图 1.2 超声波测距原理与影响因素 1.2.11.2.1 测量原理测量原理 声波是媒质中传播的质点的位置、压强和密度对相应静止值的扰动。高于 2104HZ 时的机械波称为超声波，媒质包括气体、液体和固体。流体中的声波常称 为压缩波或压强波，对一般流体媒质而言，声波是一种纵波，传播速度为 C=Sqrt(E/) (1-1) 式中 E 为媒质的弹性模量， 为媒质的密度, E 为媒质的弹性模量，E 为复数， 其虚数部分代表损耗；C 也是复数,其实数部分代表传播速度，虚数部分则与衰减常 数(每单位距离强度或幅度的衰减)有关，测量后者可求得媒质中的损耗。声波的传 播与媒质的弹性模量密度、内耗以及形状大小(产生折射、反射、衍射等)有关。 利用声波反射原理，已知声速 C，测量发射波与反射波的时间间隔 t，可得到 发射点与反射点的距离 S 为 S=C*T/2 (1-2) 精品文档 。 6欢迎下载 原理图如下： 障障 碍碍 物物 超声波发射超声波发射 超声波接收超声波接收 图 1-2 超声波测距原理 另外，从图中还可以看出，由于超声波利用接收和发射波来进行距离的计算 因而不可避免地存在发射与发射之间的夹角，其大小为 2。当 很小的时候 可以根据公式(1-2)计算，当 比较大的时候，则必须进行距离修正，公式为 S=COSCT/2 (1-3) 在上式中，倾角 与超声波发射装置和接收装置的位置有关。在实际应用中， 应注意适当安装。 1.2.21.2.2 外界因素对测量的影响外界因素对测量的影响 声波传输速度与媒介的弹性模量和密度相关，因此，利用声速测量距离，就要 考虑这些因素对声速影响。在气体中，压强、温度、湿度等因素会引起密度变化， 气体中声速主要受密度影响，液体的深度、温度等因素会引起密度变化，固体中弹 性模量对声速影响较密度影响更大，一般超声波在固体中传播速度最快，液体次之， 在气体中的传播速度最慢。气体中声速受温度的影响最大。声波扰动是机械的，声 波在传播中带有机械能量，声能传播的途中逐渐转变成热，从而出现随距离而逐渐 衰减的现象,称为声吸收。声波的频率越高衰减得越厉害，传播距离也越短，在给 定的频率下，衰减是湿度的函数。 声速受温度的影响可以用以下公式表述： C=C0*Sqrt(1+(/273) (1-4) 根据式(1-4)测量的温度-声速图和温度-声速增量图如图 1-3 和图 1-4 所示。 由式(1-4)和图 1-4 可见，当温度 从 040变化时，将会产生 7%的声速变 化,因此，为了提高测量准确度,计算时必须根据温度进行声速修正。工业测量中， 一般用公式计算超声波在空气中的传播速度 (1-5)6 . 0331C 精品文档 。 7欢迎下载 图 1-3 空气中温度-声速图 图 1-4 空气中温度-声速增量图 由上面的分析可以知道，超声波的速度受外界的影响因素很多，其中主要的影 响因素是温度，所以温度补偿在求取声速过程就成为一个必不可少环节，为了简化 程序的设计，设计之中采用了查表法进行温度补偿，其主要的目的是为了避开复杂 的浮点数运算及浮点结果中各字节的提取操作。这样，既保证了一定的精度要求又 可以避免浮点运算，在基于微处理器的系统中通常可将浮点运算改为定点运算。 1.2.31.2.3 误差修正以及算法误差修正以及算法 经过多次测量发现，在同一温度下测量结果有如下规律: A.对于同一距离进行多次测量所测数据稳定性很好,1.5范围内变化最大不超 过 0.7mm。 B.测量误差随着所测距离的增大而增大。 经过多次实验, 采集了 20时从 40cm 到 150cm 每隔 2cm 的距离的测量误差,即， 40，42，44，148，150cm 时的测量误差，共 56 个值，其中，每一个值都是多 次测量所得的平均误差值。由这 56 个值组成了误差函数表。理论上讲，当采集的 点足够多时，就可以根据逐点查表法达到非线性的完全修正，修正后误差尽可能小。 但这样数据量会非常大。采用分段线性插值法进行误差曲线函数表的数据再生，从 而减少了数据的存储量。根据这些误差值绘出的测量误差曲线，如图 1-5 所示。 精品文档 。 8欢迎下载 图 1-5 测量误差曲线 1.3 汽车测速原理 汽车车速的测量是通过霍尔集成传感器来实现的。即将装有永久磁铁的转盘的 输入轴与车轮的转轴相连，当车轮转动时，转盘随之转动，此时，转盘上的永久磁 铁会经过霍尔集成传感器，从而在霍尔集成传感器的输入端得到一个磁信号，如果 转盘不停转动，霍尔集成传感器便会输出转速信号。可以说，对汽车车速的测量实 质上是对转速信号的频率的测量。 1.4 AT89C2051 单片机功能介绍 AT89C2051 是 ATMEL 公司 AT89 系列的新产品，是当今世界上最新型的电擦写入 八位单片机，体积小、低电压、低电流、低功耗、低价格、高性能。AT89C2051 是 一个低功耗、高性能的 CMOS8 位微处理器，与 MCS-51 系列指令集和引脚兼容，具 有以 下特点：128bytes 内部 RAM，2KbytesEPROM，1 根 I/O 线，2 个 16 位定时/ 计数器，5 个两级中断源，1 个全双工串行口，一个片内精密模拟比较器和片内振 荡器，具有低功耗的闲置和掉电模式。工作电压范围在 4.255.5V，工作频率取 12MHz。它和 MCS-51 软件完全兼容，在家电产品、工业控制、医疗器械、汽车工业 等领域有广阔的应用前景。 AT89C2051 具有以下一些标准特性：2K 字节的闪速存贮器，128 字节 RAM，15 个 I/O 线，2 个 16 位定时器/计数器，5 个两级中断源结构，一个全双工串行口， 一个精确的模拟比较器，片内振荡器和时钟电路，支持两种软件可选的省电模式， 在闲置模式 CPU 停止工作，但 RAM、定时器/计数器、串口和中断系统仍在工作， 在掉电模式下，保存 RAM 中内容，并且冻结振荡器，禁止所有其它芯片功能，直到 下一个硬件复位为止，工作电压范围 2.76V，直接 LED 驱动输出。 精品文档 。 9欢迎下载 图 1-6AT89C2051 管脚封装图 P1 口：8 位双向 I/O 口，P1.2P1.7 有内部上拉电阻，P1.0，P1.1 需外加上 拉 电阻。P1.0，P1.1 具有第二功能，分别作为片内精密比较器的同相，反相输入 端。P1 口输出缓冲器能接收 20MA 电流，并能直接驱动 LED 显示器。P1 口锁存器写 1 时可作为输入口。P1 口在闪烁存储器编程和校验时接收和输出数据代码。 P3 口：P3.0P3.5，P3.7 是 7 位双向 I/O，有内部上拉电阻，P3 口输出驱动 器能提供 20mA 灌电流驱动能力。P3 口锁存器写 1 时可输入口线。P3.6 作为输入口 线和片内比较器输出端相连，无硬件引出端。 P3.0P3.5 具有如下第二功能： P3.0 RXD 串行输入口； P3.1 TXD 串行输出口； P3.2 外部中断口输入端； _ 0INT P3.3 外部中断 1 输入端端； _ 1INT P3.4 T0 计数器 0 外部输入端； P3.5 T1 计数器 1 外部输入端； P3 口在闪烁存储器编程和校验时接收控制信号； RST：复位输入端，引脚电平变高后，所有 I/O 口线马上复位到 1 状态。振荡 器振荡时该引脚保持两个机器周期电平，可复位整个器件； Vcc 供电电压，GND:接地； XTAL1、XTAL2：分别为片内振荡器反相放大器的输入端和输出端。晶体振荡器 精品文档 。 10欢迎下载 2 系统硬件部分的设计实现 2.1 电源电路的设计 2.1.12.1.1 概述概述 78L05 是三端式，固定下稳压输出集成电路，输出电压为 5V，它具有输出稳定， 温度系数小，使用方便等优点，如下图： 图 2-1 78L05 外接电路 2.1.22.1.2 主要特点主要特点 A 外接元件少，适用性强； B 输出电流为 100MA； C 输出电压为 5V； D 内含过热，过流保护。 2.1.32.1.3 最大额定值最大额定值 表表 2-12-1 78L0578L05 的最大额定值的最大额定值 项目项目 符号符号 额定值额定值 单位单位 电压电源 1 V 30 V 消耗功率 T P 800 mV 工作温度 OPY T-20+150 贮存温度 STG T -55+150 2.1.42.1.4 电路设计电路设计 精品文档 。 11欢迎下载 图 2-2 78L05 应用电路 2.2 传感器的选择 2.2.12.2.1 DS18B20DS18B20 功能简介功能简介 传统的温度检测可以使用热敏电阻作为温度敏感元件，热敏电阻主要优点是成 本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，准确度和精度都较低。美国 Dallas 公司最新推出的 DS18B20 数字式温度传感器，与传统的热敏电阻温度传感器 不同，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912 位的数字值读数方式，可以分别在 93.75ms 和 750ms 内将温度值转化 9 位和 12 位 的数字量。因而使用 DS18B20 可使系统结构更简单，可靠性更高。它具有独特的单 总线接口方式，即允许在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传感器，从而使 测温装置与各传感器的接口变得十分简单，克服了模拟式传感器与微机接口时需要 的 A/D 转换器及其它复杂外围电路的缺点，由它组成的温度测控系统非常方便，而 且具有成本低、体积小、抗干扰性好、可靠性高、传输距离远等优点。 DS18B20 的测温原理如图 2-3 所示。低温系数振荡器输出的时钟脉冲信号通过 由高温系数振荡器产生的门开通周期来计数，通过该计数值来测量温度。计数器被 预置为与-55对应的一个基数值，如果计数器在高温系数振荡器输出的门周期结 束前计数到零，表示测量的温度高于-55，被预置在-55的温度寄存器的值就增 加一个增量，同时为了补偿温度振荡器的抛物线特性，计数器被斜率累加器所决定 的值进行预置，时钟再次使计数器计数值至零,如果开门时间仍未结束，那么重复 此过程，直到高温度系数振荡器的门周期结束为止。这时温度寄存器中的值就是被 测的温度值。斜率累加器主要用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修 正计数器的预置值。 2.2.22.2.2 DS18B20DS18B20 特点概述特点概述 A.单线接口，只有一根信号线与 CPU 连接； B.数字信号输出，不需要经信号放大和 A/D 转换； C.能提供 9 到 12 位温度值，精度高，信息传输只需 1 根信号线，接口简单， 两种供电方式； D.每个 DS18B20 都有一个惟一的序列号，允许多个 DS18B20 连接到同一总线上。 E.当电源极性接反时，DS18B20 不会因发热而烧毁； F.测温范围为55+125，增量值为 0.5(9 位温度值)； 精品文档 。 12欢迎下载 G.现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性， 适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子 产品等。 2.2.32.2.3 DS18B20DS18B20 的基本特性的基本特性 DS18B20 数字式温度传感器的外部形状、内部芯片如图所示。它使用总线接口 方式与外部微处理器进行通信，温度的测量范围为55+125，测量精度为 0.5。传感器的供电寄生在通信的总线上，可以从总线通信中的高电平中取得， 这样可以不需要外部的供电电源。作为替代也可直接用供电端(VDD)供电。一般在 检测的温度超过 100时，建议使用供电端供电，供电的范围为 35.5V。当使用 总线寄生供电时，供电端必须接地，同时总线口在空闲的时候必须保持高电平，以 便对传感器充电。每一个 DS18B20 温度传感器都有一个自己特有的芯片序列号，我 们可以将多个这样的温度传感器挂接在一根总线上，可以实现多点温度的检测。 2.2.42.2.4 电路的设计电路的设计 本设计中 DS18B20 与单片机连接电路如图 2-6，其中 DS18B20 外接电源的工作 方式，同时 DS18B20 还有一种寄生电源的工作方式，它的一线工作协议流程是：初 始化ROM 操作指令存储器操作指令数据传输指令，其工作时序包括初始化时 序，写时序和读时序，所有的数据读写均由最低位开始，如果一个线上挂多个 DS18B20 要采用寄生电源的连接方式、需要进行精度配置，对子程序 编写要更复杂 一些。 图 2-3 DS18B20 与微处理器的典型连接图 2.3 超声波测距电路的设计 2.3.12.3.1 超声波发射电路超声波发射电路 超声波发射电路的设计如图 2-7 所示： 精品文档 。 13欢迎下载 图 2-4 超声波发射电路 单片机（AT89C2051）通过外部引脚 P1.7 输出短暂的脉冲宽度为 25，载波 s 为 40HZ 的超声波脉冲串，然后加到射随器的基极，经过功率放大推动超声波发射 出去。电路中的发光二极管 LED 和 R33 给出了电路的电源的供电指示。电路中的 CSB40T 为超声波的换能器，主要功能是发射超声波。发射超声波可以采用软件和硬 件方法，上述就是利用的软件发生法，这种方法的特点就是充分利用软件，灵活性 好。第二种方法就是利用超声波专用发生电路或者通用发生电路产生超声波信号， 并且直接驱动换能器产生超声波。本设计采用了第一种方法。 2.3.22.3.2 超声波接收电路超声波接收电路 超声波接收电路主要由 CSB40R 、LM567 以及 LM385 组成电路组成图如下：超 声波接收器将接收到的反射超声波送到放大器进行放大，然后用锁相环电路进行检 波。经处理后输出低电平，送到 AT89C2051 的引脚启动中断程序，再由软件对其进 行计算、判别这样就可以得出时间 t，如果有危险，则触发报警电路，同时被测的 距离在 LED 上显示出来。在选择超声波接收探头的时候必须采用与发射探头对应的 型号，主要是频率要一致，这里采用了 CSB40R，否则因无法产生共振影响接收效果、 甚至无法接收。 图 2-5 超声波接收电路 由于经探头变换后的信号非常弱因此必须经放大电路放大。由于正弦波信号不 精品文档 。 14欢迎下载 能直接被微处理器接收，因此必须进行波形变换，LM567 就可以起到这样的作用。 2.4 汽车测速电路的设计 本设计中采用的测速器由霍尔器件 3031T、光隔离器 4N37、比较 LM311、发光 二极管显示器、AT89C2051 单片机组成，主要的操作过程有脉冲信号的产生、定时 计数、速度数据处理等过程, 这种电子器件具有实时测速、反应灵敏、测速精度高、 结构简洁、成本较低等特点，且测速精度及灵敏度是可调的，这可通过选用具有不 同磁钢对数的霍尔器件及通过设置不同定时记数的时间常数来实现，因而可以满足 不同测速场合下的精度及灵敏度要求，特别适合于发动机后置、变速箱离驾驶室较 远的场合，硬件框图如下： 霍霍 尔尔 元元 件件 放放 大大 电电 路路 光光 隔隔 离离 器器 整整 形形 电电 路路 AT89C2051 图 2-6 汽车测速原理图 2.4.12.4.1 霍尔效应原理霍尔效应原理 假设在 N 型半导体薄片上通以电流 I，如图所示，则半导体中的载流子(电子) 沿着和电流相反的方向运动(电子速度为 V)，由于在垂直于半导体薄片平面的方向 上施加磁场 B，所以电子受到洛仑磁力 FL 的作用，向一边偏转，并使该边形成电子 积累而另一边则为正电荷积累，于是形成电场 该电场阻止运动电子的继续偏转 当 运动电子受到的电场力 FE 与洛仑磁力 FL 相等时，电子的积累便达到动态平衡，在 薄片前后两横断面之间建立电场，产生相应的霍尔电势 UH(方向见图)，其值为： UH=KHIB (2-1) 式中: KH霍尔元件的灵敏度 V/(A*T)； I控制电流，A； B磁感应强度，T。 由式(2-1)可看出霍尔电势的大小正比于控制电流 I 和磁感应强度 B 当电流固 定不变时，UH 与 B 成正比，因而可用霍尔传感器测量磁感应强度的变化来实现。 精品文档 。 15欢迎下载 图 2-7 霍尔效应原理图 2.4.22.4.2 光隔离器光隔离器 4N374N37 的选用的选用 选用 4N37 主要是考虑到电子车速表是一实时测速装置，需进行有效的隔离， 以提高抗干扰能力 4N37 的工作原理，如图 2-8 所示：4、5 两脚间的电阻随发光二 极管发出的光强度的增加而减少，当 1 脚上有电压时，二极管发光，照射到 4、5 脚间的元件上，使 4、5 引脚间电阻下降，使 4 脚上有信号电压输出，当 1 脚上无 电压时，二极管不发光，4、5 引脚间的电阻很大，4 脚上无信号电压输出。可见 4N37 光隔离器输入、输出间无电的直接连通，只是通过光的作用来进行工作的因而 起到了隔离电的作用。 图 2-8 4N37 外型 2.4.32.4.3 霍尔开关传感器霍尔开关传感器 3031T3031T 的选用的选用 霍尔开关传感器 3031T 的选用 3031T 是一种硅单片集成电路，如图 2-9 所示， 器件内含有稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、史密特触发器和集电极开路输出 电路，3031T 具有工作电压范围宽、可靠性高、外围电路简单、输出电平可与各种 数字电路兼容等特点，同时 3031还具有体积小、无触点、动态特性好、使用寿命 长等特点，故在测量转动物体旋转速度领域得到了广泛应用，器件采用三端平塑封 装。 精品文档 。 16欢迎下载 图 2-9 霍尔器件 3031T 集成电路 2.4.42.4.4 比较器的选用比较器的选用 LM311 是一种常用的线性比较器，它广泛应用于比较和整形电路中，在汽车测 速电路中比较器 LM311 的作用是将脉冲信号整形,它还能对脉冲的幅值进行调节， 在汽车测速的过程中起到了很大的作用，它对控制信号的输入有着很大的影响。 2.4.52.4.5 汽车测速电路的设计汽车测速电路的设计 汽车测速电路主要由霍尔传感器 3031T，光电隔离器 4N37 和比较器 LM311 组成。 霍尔器件 3031T 中产生脉冲信号，其频率与车速成正比(对确定的车型,比例常数一 定) 接着该脉冲信号经过放大，光电隔离和整形，送至 AT89C2051 单片机定时计数， 具体电路设计如下： 图 2-10 测速原理图 2.5 报警电路的设计 2.5.12.5.1 音频功率放大器音频功率放大器 LM386LM386 介绍介绍 A.概述 任何使扬声器发声的电子装置都需要使用音频放大器件。到目前为止，在激励 小型扬声器的音频放大器件中用的最多的是美国国家半导体公司 1975 年推出的集 成电路 LM386，它主要应用于低电压消费类产品。在电路设计中为使外围元件最少， 电压增益内置为 20。但在 1 脚和 8 脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增 益调为任意值，直至 200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压 的一半，在 6V 电源电压下它的静态功耗仅为 24Mw，使得 LM386 特别适用于电池供 电的场合。LM386 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。 LM386 缺点是它需要使用大容量的电容，使整个电路的体积和价格上升，并可 能使声音失真，LM386 的输入阻抗很高，这些对设计的影响可以忽略。 B.特性 a)静态功耗底，约为 4mA,可用于电池供电； b)工作电压范围宽，412V 或 518V； c)外围元件少； d)电压增益可调 20200； 精品文档 。 17欢迎下载 e)低失真度。 2.5.22.5.2 设计电路设计电路 设计电路如图 2-11 所示，报警电路主要由音频功率放大器 LM386 和扬声器组 成，LM386 的 3 脚接单片机 AT89C2051 的 P1.6，管脚 6 接电源，当汽车处于危险的 状态时候，由单片机发出一个脉冲信号，经过音频功率放大器 LM386 放大从而使扬 声器发出报警信号。 图 2 -11 报警电路原理图 2.6 显示电路的设计 2.6.1MC144992.6.1MC14499 显示芯片介绍显示芯片介绍 MC14499 是 Motorola 公司新近生产的一种串行 BCD 码输入十进制码输出的 CMOS 集成电路。一片 MC14499 可直接驱动和控制 4 位共阴极 LED 显示器(联级时可 控制、驱动 4N 个 LED 显示器)，它采用动态扫描显示方式，功耗较低。在单片机 应用系统中，由于 MC14499 具有占用的输入口线少(只 3 根)、单片控制的显示位数 多、使用方便可靠等优点，因而得到了广泛的应用。 MC14499 的引脚排列如图 2-12 所示。片内主要由移位寄存器、锁存器、多路输 出器、译码驱动器及振荡器组成，由多路输出器从锁存器中取出的 BCD 码数据经段 译码器译码后，送到 a-g 及 DP 上，片内振荡器产生的振荡信号经 4 分频后分别送 至 IIV4 条位控制线上,以提供对 4 位显示器的轮流扫描。引脚功能如下：a- g，DP：七段码管及小数点输出；I-IV：字位选择输出；OSC：外接电容端。外接电 容使片内振荡器产生一定频率的扫描信号，以防 LED 显示器闪烁；DATA：串行数据 输入端；CLK：时钟输入端。用于提供串行输入时的时钟控制信号；EN:使能端,此 端为 0 时，MC14499 允许接收串行数据；为 1 时禁止接收串行数据，并将片内移位 寄存器中的数据送入锁存器中锁存。 精品文档 。 18欢迎下载 图 2-12 MC14499 的引脚图 2.6.2MC144992.6.2MC14499 在本设计中的应用在本设计中的应用 在由单片机控制的具有显示功能的系统中，使用 MC14499 来完成其显示功能， 不但使用的外围线路少，而且软件设计也很简单。 单片机与 MC14499 进行接口时有 2 种方式：第 1 种为 I/O 口控制方式，即由单 片机提供 3 根 I/O 口线来和 MC14499 进行串口接口，用软件来模拟串行输出操作， 以提供 MC14499 的 EN、CLK 和 DATA。第 2 种为串行口控制方式，由单片机的串行数 据发送端 TXD 提供 CLK 时钟信号，串行数据接收端 RXD 输出串行数据，再由 P1 口 或 P3 口任意一口提供 EN 信号，串行口控制方式工作于单片机的工作方式。其显示 电路接线如图 2-13 所示。 图 2 -13 显示电路原理图 MC14499 引脚 2、3、4 分别接 AT89C2051 的 P1.0、P3.1、P3.0。 精品文档 。 19欢迎下载 3 系统软件部分的设计实现 3.1 基于汇编语言实现 DSB18B20 程序设计 3.1.13.1.1 初始化初始化 总线上的所有操作前要初始化操作，先发复位信号，通知传感器 DS18B20，并 等待接收命令。 3.1.23.1.2 ROMROM 操作命令操作命令 单片机收到 DS18B20 信号后，就可以发送四个 ROM 操作命令中的一个，这些命 令字均为 8 位的 16 进制数（最低位在前） ，现将这些命令说明如下。 A读命令：通过该命令单片机可以读出 ROM 中 8 位系列产品代码、48 位产品 序列号和 8 位 CRC 码。读命令仅用在单个 DS18B20 在线情况，当多于一个时由于 DS18B20 为开漏输出将产生线路混乱，从而引起数据冲突； B选择定位命令：多片 DS18B20 接线时，单片发出该命令和一个 64 位数列， DS18B20 内部 ROM 与单片数列一致者，才响应单片机发送的寄存器操作命令，其他 DS18B20 等待复位。该命令也可以用在单片 DS18B20 情况； C跳过 ROM 序列号检测命令：对于单片 DS18B20 在线系统，该命令允许主机 跳过 ROM 序列号检测而直接对寄存器操作，从而节省时间。对于多片 DS18B20 在线 系统，该命令将引起数据冲突； D报警查询命令：该命令操作过程同 ROM 查询命令，但是，仅当上次温度测 量值已置位报警标志（由于高于 TH 或低于 TL 时） ，DS18B20 才响应该命令，如果 DS18B20 处于上电状态，该标志将保持有效，直到遇到下列两种情况： a)本次测量温度发生变化，测量值处于 TH、TL 之间； b)TH、TL 改变，温度值处于新的范围之间。设置报警时要考虑到 EEROM 中的值。 3.1.3 存贮器操作命令 A.写入：用此命令把数据写入寄存第 24 字节，从第 2 字节（TH）开始。复 位信号发出之前必须把这三个字节写完。 B.读出：用此命令读出寄存器中的内容，从第 1 字节开始，直到读完第 9 字节， 如果仅需要寄存器中部分内容，主机可以在合适时刻发送复位命令结束该过程。 C.复制：用该命令把暂存器第 24 字节转存到 DS18B20 的 EEROM 中，如果 DS18B20 是由信号线供电，主机发出此命令后，总线必须保证至少 10ms 的上拉，当 发出命令后，主机发出读时隙来读总线，如果转存正在进行，读结果为 0，转存结 束为 1。 D.开始转换：DS18B20 收到该命令后立刻开始温度转换，不需要其他数据。此 时 DS18B20 处于空闲状态，当温度转换正在进行时，主机读总线将收到 0，转换结 束为 1。如果 DS18B20 是由信号线供电，主机发出此命令后主机必须立即提供用于 DS18B20 的上拉电平。 精品文档 。 20欢迎下载 E.回调：执行该命令把 EEROM 中的内容回调到寄存器 TH、TL 和设置寄存器单 元中，DS18B20 上电时能自动回调，因此设备上电后 TH、TL 就存在有效数据。该命 令发出后，如果主机跟着读总线，读到 0 意味着忙，1 为回调结束。 F.读电源标志：主机发出命令后读总线，DS18B20 将发送电源标志，0 为信号 线供电，1 为外接电源。单片 DS18B20 使用时，总线接 5k 电阻，应适当降低上拉电 阻值，调试时，可把上拉电阻换作电位器，逐步调节电位器直到获得正确的温度数 据。读写 DS18B20 时，应严格按照既定的时序操作，否则，读写无效。 3.1.4 DS18B20 的读写操作 A.复位：对 DS18B20 操作时，首先要将它复位。复位时，DQ 线被拉为低电平， 时间为 480960ms；接着将数据线拉为高电平，时间为 1560ms；最后 DS18B20 发出 60240ms 的低电平作为应答信号，这时主机才能进行其他操作。 B.写操作：将数据线从高电平拉至低电平，产生写起始信号。从 DQ 线的下降 沿起计时，在 15ms 到 60ms 这段时间内对数据线进行检测，如数据线为高电平则写 1；若为低电平，则写 0，完成了一个写周期。在开始另一个写周期前，必须有 1ms 以上的高电平恢复期。每个写周期必须要有 60ms 以上的持续期。 C.读操作：主机将数据线从高电平拉至低电平 1ms 以上，再使数据线升为高电 平，从而产生读起始信号。从主机将数据线从高电平拉至低电平起 15ms 至 60ms， 主机读取数据。每个读周期最短的持续期为 60ms。周期之间必须有 1ms 以上的高电 平恢复期。 3.2 基于汇编语言实现显示电路程序设计 3.2.13.2.1 显示电路设计显示电路设计 MC14499 与 AT89C2051 单片机的接口方式有并行口和串行口两种方式，典型显 示电路如图 2-17 所示。 3.2.23.2.2 并行口方式并行口方式 在并行口方式下，选定 AT89C2051 单片机 P1 或 P3 口任意 3 根 I/O 线，以提供 MC14499 所需的时钟信号、使能信号和串行数据。 3.2.33.2.3 串行口方式串行口方式 在串行口方式下, AT89C2051 单片机的串行输出端 TXD 提供时钟信号，串行口 输入端 RXD 输出串行数据，选定 P1 口或 P3 口任意一根 I/O 线以提供 MC14499 所需 的使能信号。在串行口方式下，应将 AT89C2051 单片机串行口的工作方式置为 0 方 式。串行口方式特别适合于硬件系统无相互间通道时的情况。在该控制方式下应注 意: AT89C2051 单片机从串行口输出数据时，发送顺序为从数据低位到高位，而 MC14499 将 BCD 码数据译为十进制数时，却是将原数据的低位作为高位处理的，如 将某次数据的最后八位 10000100B(84H)送入 MC14499 时，从低位到高位被分布于其 移位寄存器的 1320 单元中，即最低位 0 在 13 单元,最高位 1 在 20 单元， MC14499 进行译码时，却是将 0 作为最高位，1 作为最低位处理的，于是成为 00100001B(21H),即段码 3 数据为 0010B,显示器显示“2”,段码 4 数据为 0001B，显 示器显示“1”,因此，必须将欲显示的压缩 BCD 码进行循环位移(即将最低位移至最 精品文档 。 21欢迎下载 高位,第二位移至第七位,其余以次类推)后再送入 MC14499，以保证显示的正确性。 3.2.43.2.4 程序设计要点程序设计要点 MC14499 每次可接收的串行数据最多为 20 位，而 AT89C2051 单片机由于是 8 位 机，每次送出的数据并非一定是 20 位，特别是在串行口控制方式下，串行口每次 送出数据为 8 位，因此 MC14499 每次接收的数据必然多于或少于 20 位。当 AT89C2051 单片机送出的数据多于 20 位时，MC14499 接收的将是最后 20 位数据， 20 位以前多余的数据在移位过程中被后来的数据挤出；当 AT89C2051 单片机送出的 数据少于 20 位时，MC14499 在接收移位过程中将保留一部分移位寄存器中原来的数 据。AT89C2051 单片机每次发送完数据后，必须将 MC14499 使能端置位。这是因为 M