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1、毕业设计说明书(论文)作 者: 学 号：系：专 业:题 目:基于MCS-51单片机的车辆测速仪的设计与制作指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)年 月仅供学习参考毕业设计论文评语学生： 班级、学号 题 目： 基于MCS-51单片机的车辆测速仪的设计与制作 综合成绩： 指导者评语： 指导者(签字)： 年 月 日毕业设计论文评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日辩论委员会小组评语： 辩论委员会小组负责人(签字)： 年 月 日毕业设计说明书论文中文摘要雷达测速仪是利用多普勒原理测量车辆速度的。根据多普勒原理，当雷达把信号发射到运动车辆上时，将会反射回一个
2、与车辆速度成比例的回波信号，回波信号经过处理后得到一个频率的变化值，这个变化值就是多普勒频率，再根据多普勒效应公式就可以得到车辆行驶速度。不管驶近的车辆还是远离的车辆都会产生频率变化，因此，任何行驶方向的车辆都会被测量到速度。本文是基于MCS-51单片机的车辆测速仪的设计，系统以AT89C52单片机为处理控制核心，设计了频率计，实现了信号频率的测量，并根据多普勒效应，将频率转换为速度，最后采用系统化LCD显示模块实时显示所测速度的车辆测速仪的设计方案以及系统软件。关键词 单片机 频率 多普勒效应 LCD 毕业设计说明书论文外文摘要Title The Design and Production
3、of Vehicle Speedometer Based on the MCS-51 MCU AbstractRadar speed gun is using doppler principle of measurement speed. According to the doppler principle, when radar signal to the launch vehicle movement, will be reflected back to a vehicle speed and in proportion of the echo signal, echo signal is
4、 processed get a frequency changes value, the value of this change is doppler frequency, again according to the doppler effect formula can get vehicle speed. No matter the approaching vehicle or away from vehicles will have a change in frequency, therefore, any driving direction of the vehicle will
5、be measured speed.This paper is based on the MCS-51 MCU vehicles speedometer design, system to AT89C52 MCU as processing control core,design the frequency meter, realize the signal frequency measurement,and according to the doppler effect, the frequency conversion for speed, finally through the syst
6、ematic LCD display module real-time display the speed of the vehiclespeedometer design program and system software.Keywords MCU Frequency Doppler Effect LCD 本科毕业设计说明书论文 第 页 共 页 目 次1 绪论11.1 课题的背景与意义11.2 单片机开展概况21.3 主要研究内容32 雷达测速仪原理42.1 车辆测速技术简介42.2 多普勒效应52.3 多普勒信号的提取63 系统硬件设计思想以及原理框图83.1 方案论证83.2 系统总
7、体设计框图83.3 单片机AT89C52介绍83.4 复位电路113.5 晶振电路133.6 放大整形电路143.7 数据显示154 系统软件设计214.1 测频方法的选择214.2 主程序流程图234.3 中断效劳子程序流程图254.4 1602液晶初始化流程图275 系统仿真及调试285.1 Proteus285.2 Keil C51295.3 仿真与调试的步骤295.4 功能的检测305.5 仿真结果32结 论34致 谢35参 考 文 献36附录37 本科毕业设计说明书论文 第 35 页 共 43 页 1 绪论1.1 课题的背景与意义随着雷达技术的开展，雷达的任务不仅是测量目标的距离、方
8、位和仰角，而且还包括测量目标的速度，以及从回波中获取更多有关目标的信息。飞机、导弹、人造卫星、各种舰艇、车辆、兵器、炮弹以及建筑物、山川、云雨等等，都可能作为雷达的探测目标，这要根据雷达用途而定1。二次大战后，特别是20世纪70年代以来，雷达技术有了迅速的开展，雷达已在军事的各个方面获得应用。这些技术成果也同时在民用雷达方面发挥着日益增长的作用。交通测速雷达作为民用雷达的一个重要应用，目前广泛用于道路交通巡逻，车流速度检测等方面，特别是在交通管制方面起着重要的作用。 多年来，超速行驶一直是导致交通事故的主要原因之一。为了减少由于超速引起的交通事故与违章现象，必须采取有效手段，严肃治理违章超速行
9、驶，使司机严格按道路限速规定要求行驶，为此对行进中车辆进行实时的检测，对违章超速车辆进行处理，警告驾驶员按章行车时十分必要的。及时地对违章超速司机进行处分，也可以对广阔驾驶员起到教育、警示作用，使他们能够自觉地遵守交通法规，减少以至杜绝超速行为，最终到达减少交通事故，增加交通平安性的目的2。国内取缔违规超速大多数是以雷达测速仪辅助于照相设备(俗称电子眼)为工具。在新交通法出台后，公安交管部门有了更加明确的对行车超速者进行处分的依据，故雷达测速仪开始普及起来。在电子测量中，频率的测量精确度是非常高的。利用计数法测量频率具有精确度高、测量迅速、使用方便、容易实现测量过程自动化等一系列突出优点，已成
10、为目前频率测量的重要方法。在单片机正朝着高性能和多品种方向开展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面开展的今天，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了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局部功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。本设计根据雷达测速原理，测得多普勒频率的变化，最终测得行车的速度。由于单片内部含有稳定度较高的标准频率源、定时计数器等硬件，能非常方便地对外部信号或标准频率信号进行计数，并且可以进行计数的逻辑控制及数
11、据储存运算等，考虑到单片机的诸多优点，所以本设计采用单片机为处理控制核心。1.2 单片机开展概况1970年微型计算机研制成功后，随后就出现了单片机。美国Inter公司在1971年推出了4位单片机4004；1972年推出了雏形8位单片机8008。特别是在1976年推出MCS-48单片机以后的三十年中，单片机的开展和其相关的技术经历了数次的更新换代。其开展速度大约每三四年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。 尽管单片机出现的历史并不长，但以8位单片机的推出为起点，那么，单片机的开展大致可分为四个阶段3。第一阶段1976年-1978年：初级单片机阶段。以Inter公司MCS-48为代表。这个系列
12、的单片机内集成有8位CPU、I/O接口、8位定时器/计数器，寻址范围不大于4K字节，简单的中断功能，无串行接口。第二阶段1978年-1982年：单片机完善阶段。在这一阶段推出的单片机其功能有较大的加强，能够应用于更多的场合。这个阶段的单片机普遍带有串行I/O口、有多级中断处理系统、16位定时器/计数器，片内集成的RAM、ROM容量加大，寻址范围可达64K字节。一些单片机片内还集成了A/D转换接口。这类单片机的典型代表有Inter公司的MCS-51、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。 第三阶段1982年-1992年：8位单片机稳固开展及16位高级单片机开展阶段。在此阶段，尽
13、管8位单片机的应用已广泛普及，但为了更好满足测控系统的嵌入式应用的要求，单片机集成的外围接口电路有了更大的扩充。这个阶段单片机的代表为8051系列。许多半导体公司和生产厂以MCS-51的8051为内核，推出了满足各种嵌入式应用的多种类型和型号的单片机。第四阶段1993年-现在：百花齐放阶段。现阶段单片机开展的显著特点是百花齐放、技术创新，以满足日益增长的广泛需求。其主要方面有：1单片嵌入式系统的应用是面对最底层的电子技术应用，从简单的玩具、小家电；到复杂的工业控制系统、智能仪表、电器控制；以及开展到机器人、个人通信信息终端、机顶盒等。因此，面对不同的应用对象，不断推出适合不同领域要求的，从简易
14、性能到多全功能的单片机系列。 2大力开展专用型单片机。早期的单片机是以通用型为主的。由于单片机设计生产技术的提高、周期缩短、本钱下降，以及许多特定类型电子产品，如家电类产品的巨大的市场需求能力，推动了专用单片机的开展。在这类产品中采用专用单片机，具有低本钱、资源有效利用、系统外围电路少、可靠性高的优点。因此专用单片机也是单片机开展的一个主要方向。 3致力于提高单片机的综合品质。采用更先进的技术来提高单片机的综合品质，如提高I/O口的驱动能力；增加抗静电和抗干扰措施；宽低电压低功耗等。1.3 主要研究内容本设计是一个基于多普勒效应的简易的车辆测速仪的设计。它采用AT89C52单片机作为处理控制核
15、心，设计了频率计，实现信号频率测量，再通过多普勒效应实现频率与速度的转换，最终以LCD实时显示所测速度，测量精度到达一定的要求，具有一定的实用性。1.3.1 技术指标：1) 速度测量范围：10-150Km小时；2) 显示测量结果，4位有效数字。1.3.2 本文内容包括：1) 第一章 简述了课题的背景和意义以及单片机开展概况。2) 第二章 介绍了车辆测速的几种方法及其优、缺点，雷达测速的原理。3) 第三章 车辆测速仪系统的硬件设计。该硬件设计主要从芯片功能、具体电路、工作原理等方面进行说明和介绍。4) 第四章 系统软件设计。5) 第五章 仿真和调试。2 雷达测速仪原理2.1 车辆测速技术简介在“
16、超速已经成为公路杀手的今天，高速公路测量汽车行使的速度，然后对超速驾驶的司机进行吊证和罚款，无疑对减少交通事故的发生起到积极的作用，那么交通中有哪几种测量汽车行使速度的方法呢？目前，车辆测速技术主要有地感线圈测速、激光测速、雷达测速、视频测速四种。 地感线圈测速技术利用电磁感应原理，当有车辆经过地感线圈区域时，线圈磁通量发生变化，输入触发信号，提示有车经过，因此可以在公路路面一定距离上设置两个地感线圈区域，通过监测出车辆经过这两个区域的时间差，即可计算出车辆速度。但是地感线圈要预先在确定的公路位置铺设，因此现在地感线圈多用在固定地点的车辆监控系统中，如电子警察的超速/闯红灯违章监控。地感线圈施
17、工量大、周期长、维护难、变更麻烦，而且地感线圈受路面车辆压后线圈容易损坏。所以，以地感线圈为代表的固定式测速产品的失效较快4。 激光测速是采用激光测距的原理，即对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，取得在该时段内被测物体的移动距离，从而得到该被测物体的移动速度。激光测距是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，来确定被测物体与测试点的距离。激光测速具有以下几个特点：由于该激光光束根本为射线，相对于雷达测速有效距离远；测速精度高，误差1公里；对测量偏差角度要求高，导致测速成功率低、难度大；鉴于激光测速的原理，激光测速只能在静止状态下应用。在静止状态下使用时，司机
18、很容易发现有检测，因此达不到预期目的。并且激光测速仪价格昂贵5。 雷达测速是应用多普勒效应，通过多普勒频移计算目标的速度。雷达测速系统一般要求测量偏差角度应小于10度。雷达测速多应用于移动式车载超速监控系统。移动测速采用的测速设备的功率都较小，不如固定测速设备探测距离远。雷达测速准确，测速快，可移动测速等优点，得到广泛应用，其缺点是本钱较高，不能用于多车测速，抗电子干扰性差。 视频测速技术是利用车辆图像中车辆的二维位置以及预先测定的一些参数计算出车辆的实际三维位置，假设在一个固定时间间隔内拍摄两幅图像，那么可以根据两幅图像计算出车辆的实际三维位置得到车辆在此固定时间间隔内的位移，从而进一步确定
19、车辆速度。视频测速系统本钱低，抗电子干扰，可用于移动和固定场合，但是它的测速精度低，且需预先进行测速系统中参数测量，并且国内技术还不太成熟。 视频测速、地感线圈测速等非电波测速方式，这些方法在实际应用中只占了很少的比例 5% 以下。由于雷达测速的准确、快速、可移动等优点，本设计是采用以多普勒效应为根底的雷达测速仪的设计。2.2 多普勒效应多普勒效应是指当发射源和接收者之间有相对径向运动时，接收到的信号频率将发生变化6。这一物理现象首先在声学上由物理学家克里斯顿多普勒于1842年发现。1930年左右开始将这一规律运用到电磁波范围。雷达应用的日益广泛及对其性能要求的提高，推动了利用多普勒效应来改善
20、雷达工作质量的进程。 本系统采用的是连续波雷达，故以雷达发射连续波的情况为例，来说明当目标与雷达有相对运动时，雷达接收信号的特征。为方便计算，设目标为理想“点，即目标尺寸远小于雷达分辨单元。 这时发射信号可表示为 (2.1)式中，为发射角频率；为初相；A为振幅。 在雷达发射站处接收到由目标反射的回波信号为 (2.2)式中为回波滞后于发射信号的时间，其中R为目标和雷达站间的距离；c为电磁波传播速度，在自由空间传播时它等于光速；k为回波的衰减系数。如果目标固定不动，那么距离R为常数。回波与发射信号之间有固定相位差 (2.3)它是电磁波往返于雷达与目标之间所产生的相位滞后。 当目标与雷达之间有相对运
21、动时，那么距离R随间变化。设目标以匀速相对于雷达运动，那么在t时刻，目标与雷达间的距离为 (2.4)式中，R0为t=0时的距离；Vr为目标相对于雷达的径向运动速度。 式(2.2.2)说明，在t时刻接收到的波形Sr(t)上的某点，是在t-tr时刻发射的。由于通常雷达和目标间的相对运动速度Vr远小于电磁波速度c，故时延tr可近似写为 (2.5)回波信号比起发射信号来，高频相位差 (2.6)是时间t的函数，在径向速度为常数时，产生频率差为 (2.7)这就是多普勒频率，它正比于相对运动的速度而反比于工作波长。当目标靠近雷达时，多普勒频率为正值，接收信号频率高于发射信号频率；而当目标远离雷达时，多普勒频
22、率为负值，接收信号频率低于发射信号频率7。 多普勒频率可以直观地解释为：振荡源发射的电磁波以恒速c传播，如果接收者相对于振荡源是不动的，那么它在单位时间内收到的振荡数目与振荡源发出的相同，即二者频率相等。如果振荡源与接收者之间有相对接近的运动，那么接收者在单位时间内收到的振荡数目要比它不动时多一些，也就是接收频率增高；当二者做背向运动时，结果相反。2.3 多普勒信号的提取由于回波信号的多普勒频移fd正比于径向速度，而反比与发射波长，即 (2.8) (2.9)多普勒频移的相对值正比于目标速度与光速之比，fd的正负值取决于目标运动的方向。在多数情况下，多普勒频率处于音频范围。雷达工作频率f0与目标
23、回波信号频率fr两者相差百分比是很小的。因此要从接收信号中提取多普勒频率需要采用差拍的方法，即设法取出f0 和fr的差值fd。连续波雷达中，要取出收发信号的频率的差频，可以在接收机检波器输入端引入发射信号作为基准电压，在检波器输出端即可得到收发频率的差频电压，即多普勒频率电压。这时的基准电压通常称为想干电压，而完成差频比拟的检波器成为想干检波器。相干检波器就是一种相位检波器，在其输入端除了加基准电压外，还有需要鉴别其差频率或相对相位的信号电压。图2.1ac画出了连续波雷达的原理性组成框图、获取多普勒频率的差拍矢量图及各主要点的频谱图。a组成框图 b多普勒频率差拍矢量 c频谱图图2.1 连续波雷
24、达原理框图发射机产生频率为f0的等幅连续波高频振荡，其中绝大局部能量从发射天线辐射到空间，很少局部能量耦合到接收机输入端作为基准电压。混合的发射信号和接收信号经过放大后，在相位检波器的输出端取出其差拍电压，隔除其中的直流分量，得到多普勒频率信号送到终端指示器。在检波器中，还可能产生多种和差组合频率，可用低通滤波器取出所需要的多普勒频率fd送到终端指示例如单片机，即可测得目标的径向速度值。本设计中由于采用Protues软件做的硬件原理图，由于Protues功能的限制无法仿真高频发射和接收以及混频，所以只能用信号发生器代替混频器的输出。雷达的工作波长是整机的主要参数，它的选择将影响到诸如发射功率、
25、接收灵敏度、天线尺寸等众多因素，因而在全面权衡之后，本设计中所选用的雷达发射信号的波长为8mm，这样雷达发射频率比拟高，发射天线也相对较小，重量较轻。3 系统硬件设计思想以及原理框图3.1 方案论证雷达测速首要解决的就是多普勒频率。在本方案中，由于proteus软件无法仿真雷达信号的发射与接收，根据设计需要采用信号发生器模拟多普勒频率，频率经过放大整形后，通过单片机设计的频率计测得其大小，再根据多普勒效应公式得到车辆运动速度，最后用LCD实时显示出来。 3.2 系统总体设计框图信号发生器放大电路波形转换电路AT89C52单片机图3.1 系统硬件结构图晶振电路复位电路LCD显示模块通信接口3.3
26、 单片机AT89C52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，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛应用8。图3.2 AT89C52芯片 3.3.1 AT89C52管脚介绍AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部
27、存放器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL119 脚和XTAL218 脚为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd9 脚为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC40 脚和VSS20 脚为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口3239 脚被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS18脚和
28、SCLS19脚端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。图3.3 AT89C52管脚分布图VCC：供电电压。GND：接地。 P0口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每脚以吸收电流的方式驱动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
29、电阻。P1口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，参见表1。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。P1.0和P1.1的第二功能如表3.1所示： 表3.1引脚号功能特性P1.0T2，时钟输出P1.1T2EX定时/计数1器2P
30、2口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口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3
31、 口输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流IIL。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能。P3 口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE地址锁存允许输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目
32、的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲PROG。如有必要，可通过对特殊功能存放器SFR区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条。MOVX 和MOVC指令能将ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。PSEN程序储存允许PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令或数据时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许。
33、欲使CPU 仅访问外部程序存储器地址为0000HFFFFH，EA 端必须保持低电平接地。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平接Vcc端，CPU 那么执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压Vpp。3.3.2 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，
34、但必须保证脉冲的上下电平要求的宽度。3.3.3 芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C52设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，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的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.4 复位电路MCS-51单片机复位电路是指单片机的初始化操作。单片机启运运行
35、时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。本设计中的复位电路： 图3.4 复位电路1) 复位功能： 复位电路的根本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S
36、5P2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位如图3.5 (a)和开关复位(如图3.5(b)两种方式9。图3.5 RC复位电路2) 单片机复位后的状态: 单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC0000H，这说明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能存放器复位后的状态为确定值，见表3.2。 值得指出的是，记住一些特殊功能存放器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的初始化局部是十分必要的。 说明：表3.2中符号*为随机状态。表3.2 存放器复位后状态表特殊
37、功能存放器初始状态特殊功能存放器初始状态ABPSW00H00H00HTMODTCONTH000H00H00HSPDPLDPHP0P3IPIE07H00H00HFFH*00000B0*00000BTL0TH1TL1SBUFSCONPCON00H00H00H不定00H0*BPSW00H，说明选存放器0组为工作存放器组； SP07H，说明堆栈指针指向片内RAM 07H字节单元，根据堆栈操作的先加后压法那么，第一个被压入的内容写入到08H单元中；Po-P3FFH，说明已向各端口线写入1，此时，各端口既可用于输入又可用于输出 。IP00000B，说明各个中断源处于低优先级； IE000000B，说明各个
38、中断均被关断； 系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，假设为高电平那么执行芯片内部的程序代码，假设为低电平便会执行外部程序。51单片机系统在复位时，将其内部的一些重要存放器设置为特定的值，至于内部RAM的数据那么不变。3.5 晶振电路晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频
39、率的上下分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。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。这个放大器与作为反应元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右，两个电容取值都是相同的，没有相同电容的情况下，可以用两个相差不大电容代替，但不能相差太大，这样会导致谐振不平衡，容易造成停振或者干脆不起振1
40、0。系统的电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反应回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的上下、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。本设计中的晶体振荡电路如图3.6所示：图3.6 晶体振荡电路晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。3.6 放大整形电路 在测待测信号时，须将待测信号放大整形才能使用计数器
41、计数，本设计所采用的放大整形电路如下列图所示：图3.7 放大整形电路本设计的放大电路采用低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路OP07。由于OP07具有非常低的输入失调电压对于OP07A最大为25V，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低OP07A为2nA和开环增益高对于OP07A为300V/mV的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。整形电路采用“555定时器接成的施密特触发器对放大后的周期波进行变换，使其输出矩形方波传给单片机。待测信号经过放大整形电路后得到一个待测信号的脉冲信号，
42、然后通过单片机计数器计数，可测得所需要的频率值。3.7 数据显示3.7.1 显示模块选型单片机系统中常用的显示器有：发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器等。在这里由于单片机测速系统比拟简单，所以只考虑LED静态、动态显示器和LCD显示器。LED显示器工作方式有两种静态显示方式和动态显示方式。方案一、LED静态显示器。静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示字形码。当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。这种方法的优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比拟复杂，本钱较高。方案二、LED动态显示器。动态显示的特点是将所有位数码管的
43、段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。这样一来，就没有必要每一位数码管配一个锁存器，从而大大地简化了硬件电路。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好似各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的11。 方案三、用液晶显示器LCD显示信息。LCD显示器工作原理就是利用液晶的物理特性；通电时排列变得有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过，说简单点就是让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。LCD的优点主要包括实时显示、低功耗、散热小、体积小、电路简单、图像复原精