基于单片的电子式里程表的设计

PAGE30基于单片的电子式里程表的设计内容摘要：从上世纪开始随着工业革命如火如荼的进行，也就意味着人类社会开始进行着翻天覆地的变化，工业革命实质上就是科技的革命，在高科技不断发展的同时，许多各式各样的里程表也广泛应用于各类的机车，里程表也随着电子技术的迅速发展而发展，并且得到了广泛的应用。本设计将会介绍一种基于单片机的电子式里程表，该里程表不仅能显示车辆行驶的总里程，而且还能显示车辆在一段时间的阶段里程，还可显示车速，以及超速报警等功能。它的实现方式其实很简单，主要的流程是：将一个测量盘安装在机车底盘的轴承上，通过传感器检测转速并抽样出转速的脉冲信息，而传感器将会采用光电式传感器，这样就可以将转速转换成光通量的变化，然后我们就可以将光通量的变换转换成电量的变化，再通过频率计的测量将电路中的脉冲信息输入到单片机中，然后再通过电量与转速之间的数学函数关系式之间的转换从而实现转速的测量，得出我们所需要的相关数据信息。最后我们可以通过LED显示器来实现所得数据信息的显示。关键词：AT89S51单片机汽车里程表LED显示器

DesignofelectronicodometerbasedonmonolithicAbstract：Fromthelastcenturybeganwiththeindustrialrevolutionofthelikearagingfire,itmeansthathumansocietybegantoturntheworldupsidedownchange,industrialrevolutionistherevolutionofscienceandtechnology,inthehigh-techdevelopmentatthesametime,alotofeverykindofodometeriswidelyusedinvarioustypesoflocomotives,odometeralsodevelopsalongwiththerapiddevelopmentofelectronictechnology,andwidelyused.Thisdesignwillintroduceanelectronicodometerbasedonsinglechipmicrocomputer,theodometercannotonlyshowthetotalmileageofthevehicle,butalsoshowthestagemileagevehiclesinaperiodoftime,canalsodisplayspeed,andoverspeedalarmfunction.Therealizationwayofitisactuallyverysimple,themainprocessis:ameasuringwheelinstalledinthebearingoflocomotivechassis,thesensordetectsthespeedandsamplinginformationpulsespeed,whilethesensorwillusethephotoelectricsensor,whichcanbeconvertedintolightspeedchangesofflux,thenwecansendlighttheamountoftransformationtoconvertthechangesofpowerconsumption,measuredthroughthefrequencyofthecircuitofthepulseinformationinputtothemicrocontroller,andthenthroughtheconversionbetweenthemathematicalfunctionrelationshipbetweenchargeandspeedtypesoastorealizethemeasurementspeed,drawtherelevantdataandinformationweneed.Finally,wecanshowtorealizedatainformationthroughtheLEDdisplay.Keywords:AT89S51automobileodometerLEDdisplay

目录前言 31总体的设计构想 52硬件部分 62.1单片机 62.1.1单片机的简介 62.1.2 领域介绍 92.1.3MCS-51单片机的内部结构 102.2光电传感器 142.2.1光电传感器的简介 142.2.2光电传感器的选择 152.3键盘输入 182.4LED显示器 192.5 警报器 202.6存储器 203软件的设计 233.1仪表系统程序的流程图 233.2按键模块 243.3信息处理模块 253.4存储模块 253.5显示模块 263.6警报模块 264系统调试 274.1硬件调试 274.2 软件调试 274.3整体调试 285结束语 28附录： 30程序1：存储模块 30程序2：报警显示模块 33基于单片机的电子式里程表的设计前言随着世界科技水平的不断提升，我过科技也抱着不甘落后的冲劲儿不断地发展着，我国的汽车工业直到今天也走过了差不多五十年的历程了，但是，与国际水平相比较我国的水平还是相对落后的，因此提高我国汽车方面的电子技术水平和增加每一辆汽车的电子装备的数量，以及促进我国汽车的计算机化和智能化目前在我们国家是势在必行的，这也是我们夺取未来汽车市场的关键所在。随着我们国家政策的不断开放，其他国家的汽车零部件厂商也开始大举进入我国的汽车零部件市场。电子式的汽车仪表以及一些传感器的汽车首选配套产品在我国的市场需求不断增加，而其他国家进入我国市场的零部件厂商所提供的产品通用性和实用性都比较强。因此很快就得到了我过许多需要者的青睐。就拿我们本设计所介绍的汽车里程表来说吧，国外的汽车里程表已经广泛采用了电子式机芯的机构，而我们国家的汽车里程表则是还在采用机械式的里程表。经过大量的市场调研，国外的电子产品在我国的占汽车整个成本的32%左右，而且会成上升的趋势，在这种情况下，我国的汽车电子配件可靠性差的缺点就得到了“淋漓尽致”的体现，因此我们想要争取更多的市场份额，就要在汽车电子配件上创新和改革。一般来说，汽车电子仪表中，里程表是最常用的。汽车车速里程表分为滚轮计数器和点距液晶屏式两种，由指示汽车行驶速度的车速表和记录汽车所行驶过距离的里程计组成的，二者装在共同的壳体中，并由同一根轴驱动。普通车速表一般为磁感应式。滚轮计数器是过去常用的纯机械式仪表，通过一根软轴，一头连到变速箱输出轴，另一头连到里程表;而现在更常用的电子式仪表，它一般是在变速箱输出轴或车轮上装一个转速传感器，用读出的转速通过控制模块内嵌的计算公式来换算成车速以及历程。不管是哪种方式，归根结底，数据都是来自于传动系统输出端的转速（变速箱输出轴或车轮），知道了车轮的转速，比如每分钟转多少圈，再将车轮的周长（也就是车轮转动一圈走过的距离）算上，车速就出来了，里程也是同样的道理。车速里程表实际上由两个表组成，一个是车速表，另一个是里程表。因此，表的精确性是非常总要的。因此本设计将会把精确作为着重考虑的问题，会将误差和偏差保持在可控范围内，同样也要顺应现在汽车电子配件市场的需要往多功能、高精度、高灵敏度、读数直观的方向去设计，采用光电传感器进行抽样检测汽车的轴承转速并输出到单片机，采取单片机控制再经过LED显示进行数据信息的显示。以廉价且功能较强，使用方便，实用价值较高，极容易得到推广为设计目标。本设计的原型出来之后，也作了一系列的调试，也基本上达到了设计前所有的预期目标。1总体的设计构想总得来说本设计将采用我们所学过的AT89S51单片机作为此汽车电子式里程表的核心部件，仪表的总体设计将是由输入、单片机核心部分以及输出三部分组成，输入的部分包括键盘输入和光电传感器所采集到的数据输入，核心部分就是AT89S51单片机，输出部分包括报警输出和数据信息显示，另外本设计还作了一个数据存储设计，而这个存储器将会采用EEPROM存储器。大致的总体设计图如图1.1所示。AT89S51AT89S51单片机键盘输入数据信息输入数据信息输出警报输出储存器图1.1总体设计流程图由流程图可知，单片机是本设计的核心部分，所以为了提高效率我选择采用AT89S51单片机，一是提高仪表的工作效率而是采用此系列单片机可以提供在线输入的功能。输入的两个部分包括键盘输入和数据信息输入两个部分，其中键盘输入是为了在使用仪表的时候方便使用者可以查询所需要的信息；而数据信息的输入主要是是由光电传感器提高，之所以采用光电传感器是因为它具有以下特点：一是它的暂态响应范围宽，谐波测量能力强；二是数字接口和通信能力强；三是它的体积小，重量轻，易升级。EEPROM是一款比较实用的储存器，方便仪表在断电之后能储存我们所需要的数据信息。流程图中的警报指的是超速的警报，可以通过对单片机编写简单的程序来判断汽车的速度是否超速，并且通过一个简单的蜂鸣器把超速的信息传输出来提醒使用者，这样的设计也达到成本低的要求。信息显示方面采用的LED显示器，本设计将采用6位的共阳极LED显示管。总体来说设计是可以达到预想的目标的。2硬件部分2.1单片机2.1.1单片机的简介关于单片机的学习就我所在的大学是从大二开始接触学习的，所以以我对单片机的学期我在这儿将做一个简单的介绍，因为本设计将会以单片机来作为电子式里程表的核心部件，随着科技的进步，半导体技术也在不断地进步，大致的发展过程可以说是从电子管到晶体管，再从晶体管发展到集成电路，最后发展到现在的大规模（超大规模）集成电路，由于电子技术的迅速发展，很多电子产品的高性能才能得以发挥。特别是最近二三十年里，有关计算机方面的技术取得了飞速的发展，它的发展淋漓尽致的体现在农、林、牧、副、渔等各个方面。在改善人们的生活和增强我国国力方面也作出了巨大的变化。早期单片机的诞生是在上个世纪，比如说由Fairchild公司研制的单片微型计算机，它就是采用集成电路来实现数据的存储和处理功能。由这些小的单元通过科学的连接集成就构成一个小的计算机系统，这是早期的单片机形式，相对于现在的单片机而言，少了很多功能和集成模块，比如说现在的单片机有中断单元，而早期的没有；现在的单片机有定时单元，早期的也没有；现在的单片机有数模转换功能，早期的也没有。这些都是随着电子技术的不断发展所带来的革命和改变。而现在的单片机之所以能够得到广泛的应用也就是得益于它所具备的这些强大的功能和创新的结构。说到上世纪的早期单片机，基本上都是很粗糙的做工，因为那时候微电子技术还在处于摸索阶段，很多问题还需要人们去处理解决，因此呢，早期的单片机的特点就是体积大、功能简单、做工粗糙。随着电子技术的发展，单片机在制作方面的许多问题才得以解决，从而达到一定得做工细致。一直到电子技术发展的中期单片机的制作也都是把CPU、RAM和一些简单的I/O口集成到一块小芯片上，因此此类单片机在功能上久比较逊色了，而且在很多用途上都是大打折扣的。直到INTEL公司推出了MCS-48系列的单片机，并且着力于把此款单片机推向市场。这才为此款单片机赢得广泛的应用奠定了基础，也为以后单片机的发展奠定了坚实的市场和技术基础，可以说这次创新是单片机发展史上的一个转折点。在MCS-48系列单片机的问世后，许多的半导体电子技术公司也开始着手于单片机的研究和生产上来。大概十年的发展之后单片机就已经进入了高性能精做工的时代，并赢得了电子市场的份额，在电子市场中站住了自己的脚。与此同时，很多研究生产单片机的公司也相应研制出了属于自己特色的单片机原型，这也为单片机往创新独特的方向发展提供了条件。在这样大的好的发展需要的环境下，单片机已经衍生出了几十个系列，几百个品种之多，这时候的单片机才是真正意义上的单片机单片化的时代。功能越来越强大，做工越来越精细，甚至已经出现了一些数模转换的功能。到这时单片机也就已经发展到了一个全新的阶段。这个全新的阶段也就意味着在许多电器行业方面单片机也就能如鱼得水般地得到广泛的应用了，科技的进步最终的产物也就是给人类带来进步、带来发展、带来文明。早期的单片机发展到8位的单片机再到16位的单片机，单片机的单片机的种类不断地更新和发展，MCS-96系列的单片机就是这个时期的代表作品之一，单片机发展到16位这个时期，16位单片机比起8位机，不管是在数据存储容量上比8位的单片机增加了一倍，而且在数据的处理能力方面，16位的单片机反应更快处理起数据的时间也变得更快了，当然这么强大的功能还得得益于它的集成密度高，一只单片机就可集成集十多万只晶体管，随机储存模块的容量增加了，只读储存模块的容量也增大里几十倍，另外16位的单片机不仅增加了高速的输出、输入接口，还增加了8个中断源，同时增加了数模转换通道的配置，使其更能适用于更许多复杂的控制系统。再到上世纪九十年代以后，单片机就已经取得了飞速的发展，许多著名的电子产品公司都致力于研发功能更为强大的单片机种类。为了获得更多市场份额，许多公司不得不变相地通过研发出独特的单片机种类来获得市场份额而不丢掉单片机所应该具备的功能，并且还要增加单片机的功能去使其不仅独特而且具有创新的功能，不得不说这就是一种值得效仿的创新方法，其中最为引人关注的就是PIC系列的单片机，此系列的单片机与CS51系列的单片机相比较，他们两者是完全不兼容，PIC系列的单片机是由当时著名的电子研发公司美国Microchip公司所研发成功的，在发不出PIC系列单片机后，引起了业界的广泛关注，它之所以引起业界的强烈关注，它的独特性是不言而喻的，特别是它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户，相比其他系列的单片机的指令系统这就是PIC单片机的优势和独特之处。因此PIC单片机才能获得如此之快速的发展，在业界中稳稳地占据了一席之地。随后的时间里，时间也就是科学成果的积累，越来越多新种类的单片机应运而生，像MOTOROLA公司的MC68HC系列单片机，NEC公司生产的uCOM87系列单片机，INTEL等公司投放到市场形成通用单片机--uPC7811是一种性能相当优异的单片机。在如此强烈的竞争下MOTOROLA公司的MC68HC系列单片机在当时的市场下也获得了比当时日本著名的几个研发单片机的公司更多的单片机电子产品的份额。能和MOTOROLA公司的MC68HC系列单片机媲美的公司就是Zilog，这个公司所研发的Z8系列产品就很有代表性，比如代表作是Z8671，内部含有BASICDebug解释程序，此程序极大地方便了用户的使用。与此同时很多美国国家半导体公司研发的COP800系列单片机则是采用最为先进的哈佛结构。比如ATMEL公司则把单片机技术与先进的Flash存储技术完美地结合起来，性能相当优秀的AT89系列单片机就在此时应运而生了，看到如此美好的单片机市场长景，中国的一些电子研发公司也纷纷加入到了单片机的研发中来，希望能从中获得一些有益公司发展的好处。另一个单片机发展史上的重要里程碑就是在1990年初美国INTEL公司推出了80960超级32位单片机引起了计算机界的轰动，产品相继投放市场，高性能加上能够顺应使用者的需求，从而在当时获得了业界很高的评价和一定量的市场份额。从20世纪70年代开始就诞生了单片机，单片机经过了8位、16位、32、等种类的演变，逐渐发展成比较完善的功能比较强大的单片机，就像Fairchild公司研发的F8单片微型计算机，再到后来MOTOROLA公司的MC68HC系列单片机可以完全媲美Zilog公司所研发的单片机，微电子技术不断地发展成熟，集成电路的技术也逐渐完善，各种新材料新工艺渐渐成熟起来，单片机也随着技术的进步逐渐发展成熟完善，并且得到了现在广泛的应用。领域介绍单片机涉及的领域很广泛，主要应用于家用电器、仪器仪表、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，大致可分如下几个领域：在智能仪表上的应用由于单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，它才得以应用于仪器仪表中，仪器仪表就需要高精度、高灵敏度、功能强大的核心、因此单片机就是首选的核心部件，它的特点特性决定了它的价值。单片机可以结合不同类型的传感器，采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。工业控制中的应用应用单片机可以构成形式多种多样的数据采集系统和控制系统。比如工厂流水线上的智能化管理、各种报警系统以及现代电梯的智能化控制系统，而且还可以与计算机联网构成二级控制系统等，涉及领域比较广泛。家用电器中的应用就当今的经济时代来说，人们的生活也逐渐是电气化智能化的，所以现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，不管是电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、还是其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，单片机的应用都是无所不在的。单片机在计算机网络和通信领域的应用单片机在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，实现了现代通信设备上的单片机智能控制，不管是从手机、小型程控交换机、电话机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、还是到日常工作中随处可见的移动电话、无线电对讲机、集群移动通信等，你都可以见到单片机的身影。2.1.3MCS-51单片机的内部结构AT89S51单片机是MCS-51系列单片机中的一种，一般情况下采用40脚DIP封装，1脚～8脚是4个并行输入/输出端口(P0口、P1口、P2口、P3口)中的一个，称为P1口，8条口线用P1.0～P1.7来表示，这几个接口都可以灌电流负载，可以直接驱动发光二极管。如下图硬件电路中D0～D7可以接8只发光二极管，RP1为排阻，第一脚为排阻的公共端，各经30Ω电阻限流后接在+5V直流电源与P1端口之间。S1～S4为按键，接在12～15脚之间，它是单片机P3口的几根I/O口线。AT89S51具有如下特点：40个引脚（引脚图如图所示）、4千字节的Flash片内程序存储器、128字节的随机存取数据存储器，5个中断优先级2层中断嵌套中断，32个外部双向输入/输出口，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。另外，AT89S51单片的设计都配置了振荡频率可为0Hz开始并且可通过软件设置省电模式。不工作的模式下，CPU是暂停工作，而RAM定时计数器，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，是为了适应不同电子产品的需求。图AT89S51单片机管脚图AT89S51单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出端口，同时内含2个外部中断口，2个全双工串行通信口，2个16位可编程定时计数器,AT89S51单片机。可以按照C语言的常规方法进行编程，还可以在线编程。它的主要特性如下：☆4K字节可编程FLASH存储器

☆1000次擦写周期

☆全静态工作：0Hz-24Hz

☆三级程序存储器锁定☆具有双工UART串行通道AT89S51单片机主要用于本系统的控制，包括响应中断、定时、记数、延时、扫描键盘、超速报警、判断、LED数码管显示等等。此系列单片机的控制程序如下：ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPDELAY;ORG0003HCLR20H.0;RETI;MAIN:SETB20H.0;MOVTMOD,#01H;MOVTL0,#00H;SETBIT0;SETBEA;SETBEX0;MOVTH0,#4CH;MOVB,#20;SETBET0;SETBPX0;MOVP1,#00H;MOVB,#250;CJNEB,#00,$;MOVA,P1CPLA;MOVP1,A;SJMPBEGIN;SETBTR0;BEGIN:JB20H.0,DJNZB,LOOPDELAY:MOVTL0,#00H;MOVTH0,#4CHMOVB,#20LOOP:RETIENDAT89S51系列的单片机运行程序如下：知道了单片机通过I/O口与其他部件相连接，所以也就知道了单片机的程序与数据到底是如何保存，程序是如何运行的了。单片机也是和其他微机一样，它也拥有一个中央处理器(CPU核心芯片)，这是整个单片机的核心部件，也是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或者是代码，CPU负责指挥、控制和调度整个单元系统协调的工作，还能完成运算和控制输入输出功能等操作。它单片机通过单片机的内部总线，将单片机内部的各个部分：数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)、并行接口、定时/计数器、、串行接口和中断系统等联系在一起，单片机内部总线有三种：地址总线专门用来传送地址信息，选中各操作单元，数据总线，专门用来传送数据信息，控制总线专门用来传送CPU各种控制命令，以便CPU统一指挥协调工作。完成程序所要执行的各种功能。单片机的CPU执行程序一般包括两个主要过程：一是从程序存储器中取出指令，指令的地址由PC指针提供，PC指针在CPU取指后会自动加一，因此PC指针总是指向下一个将要取出的指令代码或操作数。这样单片机就能保证程序源源不断往下执行。第二就是执指过程，取出的指令代码首先被送到CPU中控制器中的指令寄存器，再通过指令译码器译码变成各种电信号，从而实现指令的各种功能。2.2光电传感器2.2.1光电传感器的简介光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：接收器、发送器和检测电路。工作原理图如图图所示：图工作原理图发送器是对准目标发射光束，而这种发射的光束通常来源于半导体光源，他就是激光二极管、发光二极管(LED)或者是红外发射二极管。光束不间断地发射，接收器有光电三极管、光电二极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出应用该信号和有效信号。另外，光电开关的结构元件中还有光导纤维和发射板。三角反射板是非常结构牢固的发射装置，它是由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有很高的实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。根据分类和工作方式可以分为以下几类，分类如下：△槽型光电传感器这是把一个接收器和一个光发射器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或者是可见光，在没有阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡住，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或者是接通负载电流，从而完成一次控制的动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有5厘米左右的△对射型光电传感器如果把收光器和发光器分离开，就能使检测距离加大。这被称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。光电开关的检测距离可以达到几米乃至几十米。使用时把收光器和发光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器的动作输出一个开关控制信号。△反光板型光电开关一般情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；如果一旦光路被检测物挡住，收光器就会收不到光的时候，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。△扩散反射型光电开关正常情况下发光器发出的光收光器是会找不到的。当检测物通过时挡住了光，并且把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。2.2.2光电传感器的选择通过一系列的比较，由于本设计要用光电传感器测量汽车轴承的转速，所以每当安装在汽车转轴上的旋转测量盘上的长方孔与光电传感器上的透光孔重合时，则光敏三极管受光而通过电流，使三极管饱和导通，故用于脉冲整形的施密特触发器CD4093输出高电平，当圆盘转至透光孔被遮时，CD4093输出低电平。随着圆盘不停地转动，CD4093便输出脉冲序列。测出输出脉冲个数，结合圆盘每一周的孔数，使可算出转轴旋转的转速，进而可算出车辆的行驶速度。光电转速传感器的主要性能如下：▽光电传感器抗电磁干扰能力强，如果采用调制光源或调制型发光器件，传感器就可以抗外界杂光干扰。▽传感器是无接触的测量，不增加被测物旋转力矩，因此当测量小里矩的旋转物能获得的精确度是非常高的。▽光电传感器利用光电效应很方便地将转速换成电量信号。▽光电传感器易受环境，油尘、粉尘、水雾及杂光的影响。就是因为光电传感器具有非接触、反应迅速、精确度高、可以测量的参数多、结构简单等好的特性，因此在现在光电传感器才能得到广泛的应用。这就是本设计采用光电传感器的原因。这样就可以很容易将所需被测转速转换成光量的变化，然后光量的变化再转变成电量的变化，从而很好地帮助本设计完成设计任务和目标。详细的来说光电传感器可分为脉冲式的光电传感器和反射式的光电传感器，透射式光电传感器脉冲式的光电传感器的测量盘装在被测汽车的轴承上，并且在它的旁边会装有一个不动的读数盘。测量盘沿外缘圆周刻有等距径向透明光缝，在读数盘上刻有同样间距的透光缝隙，当测量盘随被测轴一起转动的时候，每转过去一个缝隙，由光源射来的光线就将照射到光敏元件上一次，这个光脉冲将引起光敏元件的输出电脉冲，在孔数一定的时候，该系列电脉冲数就会和转速成正比。电脉冲经测量电路整形放大后再送入频率计计数和显示，经核算或标定后，就可以得到一个我们便于测量和计数的信号，此时被测转速（转速是指每秒轴承所转的圈数）如下：n=f/N（2.2.2-1）式中f——测得的脉冲频率；N——每转脉冲数，它等于圆周上之缝数。若在调制盘上开60个小孔，则可在1秒的记数值上直接读出转速大小。它可以测量1r每分钟的车速。如果开600个孔的话，那么它的测量精度为0.1r每分钟。反射式光电传感器在汽车的轴承上则不便于安装测量转盘，但还是可以采用在测量转轴上加反射镜的方法。有的时候为了提高分辨率，就可以在转轴圆周方向等距贴数块反射镜。只有光线入射时，转轴才能每转一周就有数次光反射作用。如果再用简单光学系统将反射光投到光敏元件上，就可以输出相应的电脉冲。其它部分与透射式一样，通过测脉冲频率就可以求出转速。不过这种光电传感器相对于脉冲式传感器来说，脉冲式光电传感器就能更有利于本设计综上所述，脉冲式光电传感器比反射式光电传感器的测量精度高，因此在本设计中采用了透射式光电传感器，并且采用了60条缝隙的测量盘。如图图所示：图脉冲式光电转速传感器的原理图测量盘上具有相同间距的缝隙，当测量盘转动得时候，转过一条缝隙，光线便产生一次明暗变化，使光敏元件感光一次，用这种结构可以大大增加转盘上的缝隙数，所以使每转的脉冲数相应地增加。另外给出脉冲式光电传感器的整形电路原理图如图所示：图3.3透射式光电测速脉冲整形电路图2.3键盘输入由于本设计只考虑里程表显示出车的总里程和一段时间内的阶段里程，因此我们在设计按键控制的时候，就只需要设计出两个按键就能既简单又方便的使用者的使用，所以可以考虑在单片机的两个I/O口上外接两个机械性的按键作为控制按键的输入，它的设计硬件原理图如图2.3.1图所示：AT89S51AT89S51单片机P1口P2口按键一按键二图2.3.1硬件原理图2.4LED显示器本次设计的显示电路采用LED数码管显示，LED（Light-EmittingDiode）是一种外加电压从而渡过电流并发出可见光的器件。LED是属于电流控制器件，因此在使用时必须加限流电阻。另外LED有单个LED和八段LED之分，也有共阴和共阳两种显示管。常用的七段显示器的结构如图下图所示。发光二极管显示器如图2.4.1图所示,阴极连在一起的称为共阴极显示器。1位显示器由八个发光二极管组成，其中七个发光二极管a~g控制七个笔画（段）的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示器能显示的字符较少，字符的开头有些失真，但是控制比较简单，使用也很方便的。另外，要画出数码管的电路图，首先要弄清楚它的引脚图分布，在了解到正确的引脚图之后才能进行正确的字型段码编码。才能显示出正确的数字来。图2.4.1LED数码管引脚图本设计采用的是6段的共阳极LED显示管显示数据信息的，通过显示管的段选码都与AT89S51单片机的I/O相连接，再通过对单片机的简单编程就可以就可以实现数据信息的动态显示。LED数码管的字型码表如表2.4-1表所示：表2.4-1数码管的字型码表“0”3FH“8”7FH“1”06H“9”6FH“2”5BH“A”77H“3”4FH“b”7CH“4”66H“C”39H“5”6DH“d”5EH警报器超速警报的部分采用了一个蜂鸣器和单片机P1.0口相接的报警实现方式，如果实时的车速值与单片机编程所设定的最大车速值相比较，车速值大于最大车速值时，通过单片机的程序的判断，每2秒的周期，从单片机内的程序可控制P1.0口产生一次高低电平的中断。如果P1.0口为高电平的时候，输出正5V的电压，使电流由另一条通路使NPN三极管导通，射极输出电流驱动蜂鸣器工作。当P1.0为低电平时，则不能够使NPN三极管导通，因此不能工作。正因为P1.0口高低电平的中断作用，实现蜂鸣器发出每2秒一声的滴滴声使使用者听到警报，从而实现了电子式里程表超速报警的功能。其电路图如下图2.5.1图所示：图2.5.1超速报警电路图2.6存储器我们都知道此设计的主要作用是提供车辆的行驶信息，所以有关车辆行驶的信息是尤为重要的，存储器这个部分就是是整个系统的关键部分之一，它的主要工作就是存储所需要的数据信息，它工作是否正常就直接决定了该系统数据信息安全保存的可靠性。因此本设计采用了EEPROM存储器，它是电可擦除可编程只读存储器。在正常工作的情况下，EEPROM与EPROM一样是只读的。经过文献资料的查阅，知道使用串行EEPROM芯片是作为本系统的外部存储器，是比较常用并且简单的方法，单片机编程时也比较稳定和可靠，做电路板也比较方便容易，数据的安全性也可以得到保证，因而此设计就采用了串行EEPROM芯片24C16。在AT89S51单片机试验开发板上它们都是接地的，第8脚和第4脚分别为正、负电源。第5脚SDA为串行数据I/O口，数据通过这条双向I2C总线串行传送，在AT89S51单片机试验开发板上和单片机的P1.4连接。第6脚SCL为串行时钟输入线，在AT89C51单片机试验开发板上和单片机的P1.3相连接。SDA和SCL都需要和正电源间各接一个10K的电阻上，第7脚就需要接地。因为EPROM操作的不便，仪表的主板上BIOSROM芯片大部分都采用EEPROM）。EEPROM的擦除不需要借助于其它设备，EPROM是以电子信号来修改其内容的，而且是以字节为最小修改单位，没有必要将资料全部都洗掉才能写入。EEPROM存储器在写入数据时，仍然要利用一定的编程电压，这时就只需用厂商提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容，所以EEPORM储存器是属于双电压芯片。EEPROM存储器的实物图如图2.6.1图所示：图2.6.1EEPROM储存器实物图EEPROM存储器在本设计中与AT89S51的电路图设计如图2.6.2图所示：图2.6.2EEPROM与单片机的电路原理图3软件的设计3.1仪表系统程序的流程图本设计主要是以AT89S51单片机作为核心部件，通过它来控制键盘的输入以及数据信息的录入，再经过对其进行编程来实现警报和数据显示的功能，因此程序主要包括键盘输入和处理模块、信息处理模块、LED断码表模块、显示模块和存储模块。这样才能构成电子式里程表的整个系统，本设计的流程图如图3.1.1图所示：开始开始程序初始化脉冲抽样数据处理里程显示按键按键总里程显示单里程显示数据储存NONOYEESY图3.1.1程序流程图3.2按键模块这个模块是比较简单的，只需要两个机械性的按键与单片机正确地相连接就可以了，一个按键是控制电子式里程表是否显示汽车行驶的总里程，另一个按键则是控制里程表是否显示汽车在某一段时间内的阶段性里程的。通过按键的开关状态就可以控制电信号的是否输入，但值得注意的是在程序的编写时需要编写防抖动程序。编写的程序如下：KEY：MOVR0，#0FHKEY1：MOVP1，R0CLRCSUBBA，R0MOVA，P1ANLA，R0JZKEY1JNBACC.0，K0ACALLD10MSMOVA，P1JNBACC.1，K1SJMPKEY3.3信息处理模块由转速、脉冲、时间之间的关系式可得出计数计的计数值的关系式如下：（3.3-1）说明：本系统中t=1S，P=60，C=N；取P为60时，则在1S内可测量1r/min单位的转速。要从转速算出车速值和里程值，就要知道轮胎的规格，得出轮胎外直径，才能获得轮胎的周长。根据轮胎的ISO国际标准，可以知道：轮胎规格的ISO表示方法为：ABCDEFG。其含义分别为：A：断面宽。B：高宽比（断面高除以断面宽乘以100%）。C：轮胎结构代号。D：内轮毂直径。E：单胎负荷指数。F：双胎负荷指数。G：速度符号。例如轮胎规格：190/65R1591V，轮胎外直径的计算公式如下：X=（A*B%*2）+（D*25.4）（3.3-2）举例如下：190/60R14=（190X0.6X2）+（14X25.4）=589.6mm（3.3-3）本系统采用的轮胎为小型汽车的轮胎，规格为140/70R12真空胎因而轮胎外直径为507.8mm。根据周长计算公式可得：轮胎周长约为1.6m。假如系统的脉冲计数值设为K，车速为N，周长为C，就可以得到车速计算公式如下：N=K×C×60/1000=____千米/小时（3.3-4）综上所述同理可得出2秒钟脉冲计数的里程值，通过累计就能得到总的里程数。所编写的程序见附录。3.4存储模块存储部分采用的是EEPROM存储器，它是可擦除的可编写存储器，通过简单的程序编写，通过时钟控制再与AT89S51单片机相连接，从而实现单片机内所处理的数据的存储和释放功能，保证了电子式里程表能够显示出汽车在一定时间内的里程积累，详细的程序见附录。3.5显示模块此模块主要是完成的任务是LED显示管的动态显示，根据人眼镜的视觉要求再结合LED显示管的特性，控制好显示管的频率是尤为重要的，这就要求在编写程序时，让某一位LED使其点亮并保持一定的时间，程序上常采用的是调用延时子程序。在AT89S51单片机指令中，应当选择适当的延时子程序。设置好一定的时间延时来控制LED灯的逐一点亮或者点亮和熄灭的时间间隔。此仪表系统的设计显示周期是每个字符显示时间为10ms，因此显示程序设计成子程序的形式，每调用一次，可以将缓冲区中的数据显示一次，每个字符显示时间为10ms，此外还要保证子程序的稳定性。此设计采用到了一个6位LED来显示里程信息，一个4位LED来显示车速。只需要将它们的公共端连接在一起就可以实现显示管的动态显示。程序见附录。3.6警报模块报警部分采用外部计数内部T0计数的方式，当外部输入脉冲，蜂鸣器以2s为周期发出滴滴的警报声。设计程序如下：START：MOVTMOD，#01HCLRTF0MOVTH0，#3CHMOVTL0，#0B0HSETBTR0LP1：MOVTF0，#0AHLP2：JNBTF0，LP2CLRTF0MOVTH0，#3CHMOVTL0，#0B0HDJNZTF0，LP2AJMPLP1CPLP1.0END4系统调试在本设计中系统的调试主要分为三大部分，包括硬件调试、软件调试和整体调试这三部分，调试的工具需要实验室的一整套单片机开发系统以及相应的工具。而调试的部分在所有的设计中都是必不可少的，下面详细说明调试的过程和结果。4.1硬件调试首先本设计的所提供的电源是5V的直流稳压电源，对于电源的调试只需要将电源控制再交流部分的峰峰值为6V左右就可以了。对于光电传感器部分的调试首先要将其电路进行模拟测试，在接通5V电源后用示波器观察随轴承的转动脉冲的电压是否会产生一定周期的跳变，以及光电传感器的反应灵敏度是否正常，经过调试此部分调试成功。接下来所需要调试的部分是显示模块，首先检查器件是否完整，再检查各个管脚在电路中的焊接是否完美，在此过程中就需要用到万用表对显示管的三个管脚以及电路进行测量检查经过测量和判断方法就能够得知显示管是否能正常工作了。然后需要调试的部分是蜂鸣器，接通电源后我们可以试着慢慢增大轴承转动的转速，当轴承的速度大于所设定的转速上限值时，看蜂鸣器是否能发出滴滴的声音，然后再判断发声的周期是否为2s。经过调试此部分能正常工作。接下来需调试的就是按键部分了，因为它于主要控制里程信息的显示，我们也可以用LED显示管与按键相连接之后接通电源改变按键来看LED是否会出现乱码显示从而判断程序和按键是否能正常工作。最后需要调试的是数据储存部分，这个部分尤为重要，但是调试方法也是比较简单的，只需要将仪表先接通电源后让它工作一段时间然后关闭电源后再重新启动看数据是否还存在而且看它能不能累加到以后的数据中就可以了。经过一系列的调试，硬件调试成功。软件调试此部分的调试，需要在KeiluVision4编程环境下进行，还需要一块C51系列的单片机开发板，然后将按键程序、数据抽样程序、显示程序、存储程序、警报程序等程序分别输入到KeiluVision4进行编译、连接、调试、仿真等整个流程。看每个流程是否能达到编写的要求和实现该有的功能。当然在此调试过程中也遇到了很多程序的编写错误的问题，经过自己的摸索和向老师的指导，也逐一把出现的问题一一解决了。顺利完成了软件部分的调试。4.3整体调试通过分析设计，各部分的调试，把出现的问题都一一解决后。就进入到整体调试这个最重要的部分，经过前面步骤的硬件和软件调试，再进行整体调试，没有发现错误，系统正常运行，调试成功。5结束语在这里我首先做一下自我总结吧，在本次设计中，经过自我选题、进行方案的仔细比较，然后确定了所要设计的题目，在确定了题目之后我进行了大量的资料收集和筛选工作，并且收获了有关于本次设计的相关资料。然后我进行了总体设计的构想，然后逐一进行了硬件部分、软件部分的设计并在设计完成之后做了详细认真的系统性调试，从而获得了设计的成功。在整个过程中我学会了如何去收集和筛选我所需要的资料，并对其进行了系统的整理我利用，才能帮助我完成题目的设计。当然此次设计也更好地检验了我平时在相关课程中的学习状况，并让我认清楚我自己，不仅巩固了我所掌握的知识，还让我学到了很多我所不知道的知识。另一方面在这个过程中我也掌握了很多相关设计的工具的使用方法让我得到了一定得提高，这个提高不仅是在我知识领域的提高而且在我的执行能力以及思考交流方面的能力也得到了一定得提高。总得来说，本次设计使本人的实践能力得到了进一步提高，在调试过程中还积累了一些经验。尤其是培养了做事要严谨、认真的作风，吃苦耐劳的精神以及相对应的工程意识。还对以前学过的理论知识起到了回顾作用，并对其加以进一步的消化和巩固。最后我想在结束语中特别感谢一些帮助我顺路完成此次设计的人，他们包括我的同学还有老师，尤其感谢本次指导我设计题目的指导老师，他认真的工作态度、严谨的治学风格使我深受启发。当然此次设计是我在大学里进行的第二次进行的相关设计，在很多方面的知识都是空白的，坦白的说这是一次相当于从零的开始，但是经过上学期的设计我也学会了相关的很多知识。而在此次设计过程中我所进行的是论文的设计写作，所以老师没有对我进行过多的指导，只是给出任务和对各个设计题目的简单介绍，当然这是他的一种严谨的教学风格，目的当然是为了锻炼我们每一位学子，他也是衷心地希望我们能在这短短四年大学生活里学到一些有用的知识，而不是在我们毕业的那天我们只能在一张白纸上画上一个刺眼的句号。所以我很衷心的感谢老师对我们的这种教学方法。附录：程序1：存储模块MULD：MOVA，R3MOVR4，B

MOVR5，A

MOVA，R3MOVB，R7

MULAB

MOVB，R6

MULAB

ADDA，R4

MOVR4，A

CLRA

MOVB，R7

ADDCA，B

MOVR3，A

MOVA，R2MULAB

ADDA，R4MOVR4，A

MOVA，R3CLRA

RLCA

XCHA，R2ADDCA，B

MOVR3，A

MOVB，R

MULAB

MOVA，R2

ADDCA，B

ADDA，R3

MOVR3，A

MOVR2，A

RETD457：CLRCMOVA，R4SETBOVSUBBA，R7JCDV50RETDV5O：MOVR0，#8DV51：MOVA，RMOVA，R4RLCARLCAMOVR5，AMOVR4，AMOVF0，CCLRCSUBBA，R7ANLC，/F0JCDV52MOVR4，ADV52:CPLCMOVA，R6DJNZR0，DV51RLCAMOVR6，AMOVA，R4ADDA，R4JCDV53SUBBA，R7JCDV54DV53:INCR6DV54:CLROVRET

程序2：报警显示模块EEPW：MOVP1，#0FFHCLRP1.0MOVA，R4MOVA，R3ACALLSUBSACALLSUBSAGAIN：MOVA，@R1ACALLSUBSDJNZR7，AGAINCLRP1.0SETBP1.1ACALLDELAYACALLDELAYSETBP1.0RETSUBS：MOVR0，#08HLOOP：CLRP1.1RLCANOPMOVP1.0，CSETBP1.1ACALLDELAYDJNZR0，LOOPSETBP1.1CLRP1.1ACALLDELAYREP：MOVC，P1.0JCREPCLRP1.1RETDELAY：NOPNOPRETEEPR：MOVP1，#0FFHCLRP1.0MOVA，R4ACALLSUBSMOVA，R3ACALLSUBSMOVP1，#0FFHCLRP1.0ACALLSUBMOVA，R3SETBACC.0MORE：ACALLSUBSINCR1MOV@R1，ADJNZR7，MORECLRP1.0ACALLDELASETBP1.0SETBP1.1ACALLDELAYRETSUBR：MOVR0，#08HLOOP2：SETBP1.1ACALLDELAYMOVC，P1.0RLCACLRP1.1CJNER7，#01H,LOWSETBP1.0ACALLDELAYDJNZR0，LOOP2AJMPSETOKLOW：CLRP1.0SETOK：ACALLDELAYSETBP1.1ACALLDELAYRETACALLDELAYCLRP1.1ORG0100HMOVSCON，#00HMAIN：MOVR3，#00HLOOP：MOVR4，#0E8HDELAY：ACALLDISPLAYDJNZR4，DELAYAJMPMAININCR3CJNER3，#0AH，LOOPDISPLAY：CLRP2.0CLRP2.1SETBP2.1ACALLDISPACALLDELAY1SETBP2.1CLRP2.0ACALLDISPACALLDELAY1ACALLDISPACALLDELAY1ACALLDISPACALLDELAY1SETBP2.0SETBP2.1RETDISP：MOVA，R3MOVDPTR，#TABLEMOVBUFF，AMOVCA，@A+DPTRWAIT：JNBTI，WAITCLRTIRETDELAY1：MOVR6，#10HLOOP1：MOVR7，#38HLOOP2：DJNZR7，LOOP2DJNZR6，LOOP1RETTABLE：DB0B0H，99H0C0H，0F9H，0A4H，DB92H，82H，0F8H，80H，90HEND

参考文献：[1]白驹珩、雷晓平:单片计算机及其应用，成都电子科技大学出版社，2003，P18-P145[2]朱定华:微机原理与接口技术,北方交通大学出版社,2002，P45-P87[3]田良、王尧：综合电子设计与实践，东南大学出版社，2002，P29-P188[4]宋文绪、杨帆：传感器与检测技术，北京高等教育出版社，2004，P269-P272[5]陈润泰、许琨：检测技术与智能仪表，长沙中南工业大学出版社，1995，P79-P167基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温