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1、 微机检测系统课程设计说明书交通与汽车工程学院课程设计说明书课 程 名 称: 微机测控系统课程设计 课 程 代 码: 题 目: 车速检测系统 年级/专业/班:2012级/车辆工程/汽电12（3）-1 学 生 姓 名: 学 号: 开 始 时 间: 2014 年 12 月 29 日完 成 时 间: 2015 年 01 月 23 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21 引言31.1 汽车检测技术的发展情况31.2 国内汽车综合性能检测技术的发展方向31.3
2、 任务与分析42 车速检测系统方案设计52.1 系统设计方案52.2 系统总体框图53 车速检测系统硬件电路设计64 车速检测系统软件设计 104.1 系统软件分析105 系统调试过程12结论15致谢16参考文献 17附录1：程序18附录2：电路硬件图22摘 要本课程设计是基于AT89C1单片机为控制核心的车速检测系统。在硬件电路部分，此设计的采用AT89C51单片机、输入脉冲电路、时钟电路、信号处理电路、和复位电路、光电传感器。本设计先测量出光电传感器的电信号，然后通过单片机对所测出的信号在规定范围内进行判断，并通过LED显示车速数值。关键词:AT89C51单片机 车速检测 脉冲输入 LED
3、显示 1 引 言1.1 汽车检测技术的发展情况随着科技的进步，作为代步工具的汽车从简单的机械合成产品逐渐发展成集智能电子机械高度结合的地步。这不仅仅代表增加了汽车的附加功能，而且更巩固了一些传统的机械技术参数，比如舒适性、操作稳定性、安全性。而随着电子技术的高速发展，我相信在不久的未来汽车会更向我们现在处于概念的设想成为现实。同时紧跟着汽车制造的检测技术也实现了从无到有，一步步发展到现在这么先进，利用各种检测技术便能很好的检测出汽车的各个性能。特别是利用微机为中心的检测系统，不仅服务于汽车，也独立出来应用到生活的各个方面。1.2 国内汽车综合性能检测技术的发展方向我国汽车综合性能检测经历了从无
4、到有，从小到大；从引进技术、引进检测设备，到自主研究开发推广应用；从单一性能检测到综合检测，取得了很大的进步。尤其是检测设备的研制生产得到了快速发展，缩小了与先进国家的差距。如今汽车检测中通用的制动试验台、侧滑试验台、底盘测功机等，国内已自给自余，而且结构形式多样。a汽车检测技术基础规范化我国检测技术发展过程中，普遍重视硬件技术，忽略或是轻视了难度大、投入多、社会效益明显的检测方法、限值标准等基础性技术的研究。随着检测手段的完善，与硬件相配套的检测技术软件将进一步完善。制定和完善汽车检测项目的检测方法和限值标准，如驱动轮输出功率、底盘传动系的功率损耗、滑行距离、加速时间和距离、发动机燃料消耗率
5、、悬架性能、可靠性等；制定营运汽车技术状况检测评定细则，统一规范全国各地的检测要求和操作技术；制定用于综合性能检测站的大型检测设备的形式认证规则，以保证综合性能检测站履行其职责。b汽车检测设备智能化目前国外的汽车检测设备已大量应用光、机、电一体化技术，并采用计算机测控，有些检测设备具有专家系统和智能化功能，能对汽车技术状况进行检测，并能诊断出汽车故障发生的部位和原因，引导维修人员迅速排除故障。c汽车检测管理网络化目前我国的汽车综合性能检测站部分已实现了计算机管理系统检测，虽然计算机管理系统采用了计算机测控，但各个站的计算机测控方式千差万别。即使采用采用计算机网络系统技术的，也仅仅是一个站内部实
6、现了网络化。随着技术和管理的进步，今后汽车检测将实现真正的网络化（局域网），从而作到信息资源共享、硬件资源共享、软件资源共享。在此基础上，利用信息高速公路将全国的汽车综合性能检测站，联成一个广域网，使上级交通管理部门可以即时了解各地区车辆状况。1.3 任务与分析本设计的主要任务是通过单片机实现汽车车速检测的检测功能。汽车检测系统是通过文字信息让驾驶员了解汽车的工作状态。该系统通过光电传感器进行信号检测，要求：（1）测量车辆的速度，并且用数码管显示；（2）数码管显示速度精确到两位小数；（3）当车轮改变速度时实时显示车轮的速度；（4）利用单片机I/O实现数据的输入和输出；（5）利用单片机定时/计数
7、器实现定时和计数功能。2 车速检测系统方案设计2.1 系统设计方案设计的核心是以AT89C51单片机作为硬件电路的核心，通过其定时器来实现定时1秒。先应在protell99se中绘制出原理图并作相应的ERC检查，检查无错误后，在相应地方用文本标出注释；其次根据设计思路确定出相应的程序设计方案，并选择最佳的方案，并在Keil软件里面进行程序的编写和调试；最后在程序调试无误后在Proteus中搭建虚拟的单片机仿真平台，并和Keil实现联调，并在Proteus中实现仿真结果。所以本次设计是以单片机AT89C51为核心，通过光电传感器产生数字信号，送入单片机进行处理，再通过单片机送入数码管7SEG-M
8、PX6-CC段码口，通过单片机进行动态显示。2.2 系统总体框图光电信号数据采集信号XTAL2 P0.00.7 P2.02.1AT89C51单片机P1.07SEG-MPX6-CC-数码管进行显示脉冲信号处理图1 系统总体框图 当光电脉冲信号送入AT89C51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AT89C51执行编写在其内部的程序，处理送来的信号，并送到P0口输出到数码管显示，并通过其P2.0和P2.1控制对数码管高低位显示的控制。3 车速检测系统硬件电路设计（1）AT89C51单片机AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器高性能C
9、MOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图2 AT89C51单片机元件振荡器及定时电路89C51CPU4K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
10、控制32可编程I/O可编程串行口 89C51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所示： 图3 AT89C51单片机内部框图AT89C51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：是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口
11、，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。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
12、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。 P3.0 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
13、.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MO
14、VX，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
15、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。 （2） 时钟电路 本设计采用内部时钟方式的电路，其电路如图4所示。AT89C51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
16、荡器。电路中的电容C1和C2典型值通常选择为30pF左右。晶体的振荡频率的范围通常是在1.2MHZ12MHZ之间。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。图4 时钟电路图（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5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。图5 复位电路图（4）输入脉冲电路图5左边接P3.5口（即80C51单片机的15管脚），当OPTOCOVLER-NPN产生脉冲时（即铝盘小孔透光时）形成电平信号，经过74lLS14施密
17、特反向器，经过施密特整形和驱动，形成一个脉冲输入单片机，单片机P3.5口接收脉冲信号，利用定时/计数器对P3.5口脉冲进行计数。图5 脉冲计数电路（5）数码管显示电路设计图6数码管要显示的数据接P0口，通过P0口数据读取，控制要显示的数字。P2.0P2.5控制数码管的位显示，分别从左到右显示（如P2.0控制左边第一位显示，P2.5控制最后一位显示），P2.0P2.6分别接非门，作用是控制位显示，P2口复位为高电平，数码管会开启，所以接非门关闭数码管，电阻是限流作用，保护数码管不被烧坏。图6数码管显示电路图4 车速检测系统软件设计4.1 系统软件分析 任何一个应用系统，它们都有着自己的硬件系统和
18、软件系统，少了任何一个部分都不可能称之为一个完整的应用系统，它们之间是相互依存的一个整体，硬件系统是软件系统的一个基础和前提，为软件系统提供了一个操作平台；而软件系统是硬件系统的灵魂，它对硬件系统起到扩充和完善的作用。可想而知软件系统与硬件系统同等重要。4.1.1主程序框图系统初始化后定时/计数器的初始化开启定时完成？数码管显示速度YN开始程序框图采用的是Microsoft Visio绘制： 图8主程序图系统初始化后，设置定时/计数器，T0定时，T1计数，然后开启定时与计数，开放定时器的中断，显示车轮的速度，判断定时1s是否完成，没有完成就跳到数码管显示，定时完成就跳到定时/计数器初始化及开启
19、。4.1.2中断程序子程序框图 中断开始A入栈，28H加1，TF0置020H减1=0？调用算术程序，关中断A出栈返回定时器重装值开启定时器NY图9中断程序流程图定时器采用中断方法，每次定时50ms，定时20次，进入中断后将A入栈，然后判断定时1s是否完成，完成定时后就关闭定时中断，调用算术程序，将速度算出来，然后将A出栈，返程序；没有完成则定时器值重装，再开定时器，重新定时，将A出栈，返回程序。 5 系统调试过程 通过上面的硬件设计和软件设计过程，设计的工作已经基本完成，接下来的工作就是对所设计好的应用系统进行调试。主要实现Protel99se的原理图、印制板图的绘制和做相关检测，对Keil进
20、行相应的检查和调试，并用Proteus对所设计系统进行仿真。 图10 电路原理图绘制完原理图之后，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。 5.1 Proteus仿真调试在Proteus中建立仿真图。按下开始仿真按钮，开始进行仿真实验，结果如图图11输入频率30HZ仿真图 图12 输入频率60Hz仿真图图13 输入频率为90HZ的仿真图图14 输入频率为150HZ的仿真图结 论通过此这次课程设计的学习，我不仅掌握了单片机的工作原理及其基本知识，并且对各种芯片的使用方法亦有了进一步的认识，对数据存储器和程序存储器
21、的扩展以及I/O并行口的扩展知识有了更深的了解，从整体上把握了单片本的知识，收获很大。单片机应用系统的设计最主要的部分是硬件部分和软件部分，单片机应用系统是指以单片机芯片为核心的，通过配以一定的外围电路和软件，从而达能实现某种或几种功能的应用系统的目的。硬件部分仅仅只是我们实现某种功能的基础和平台，软件部分是硬件部分的灵魂，没有软件部分，单片机无法执行工作，软件是对硬件功能的扩展和完善。致 谢本设计是在徐晓慧老师的悉心指导下完成的。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多为人处世的道理。本设计从选题到完成，每一步都是在她们的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。另外，
22、本设计的完成也离不开各位同学给我的建议和帮助，是他们让我明白了团队合作的精神。在此，谨向老师和同学们表示崇高的敬意和衷心的感谢！参考文献1新编MCS-51单片机应用设计张毅刚、彭喜元等编著名，哈尔滨工业大学出版社2单片机应用技术刘守义主编 , 西安电子科技大学出版社 20023单片机在电子电路设计中的应用赫建国, 郑燕, 薛延侠编著，清华大学出版社 2006.054MCS-51单片机应用开发实用子程序边春远，王志强编著，人民邮电出版社 2005.9.205单片机学习指导李朝青编著，北京航空航天大学出版社2005.10.01附录1：程序ORG 0003H LJMP MAIN ORG 000BH
23、LJMP T0ZD ORG 0100HMAIN: MOV 23H,#00H MOV 24H,#00H MOV 25H,#00H MOV 26H,#00H MOV 27H,#00H LP1: MOV 28H,#00H MOV 20H,#20 MOV TMOD,#01010001B MOV TL1,#00H MOV TH1,#00H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H SETB ET0 CLR IT0 SETB TR0 SETB TR1 SETB EAXIANSHI:MOV R7,#5 MOV R3,#11011111B MOV DPTR,#TAB MOV R0,#23H HD:
24、 DEC R7 MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV P0,AMOV A,R7 CJNE A,#2,CC CLR P0.7CC: MOV A,R3 MOV P2,A LCALL DELAY MOV P0,#0FFH RR A INC R0 MOV R3,A MOV A,R7 CJNE A,#0,HD MOV A,28H CJNE A,#20,XIANSHI LJMP LP1 SUANSHU:MOV A,R1 MOV 21H,A;A MOV B,#1 MUL AB MOV 22H,A MOV B,#2 MOV A,21H MUL AB MOV R2,A MOV A,B CJNE
25、A,#1 MOV A,22H ADD A,#2 MOV 22H,A MOV A,R2 MOV B,#100DIV AB ADD A,22H MOV 22H,A MOV A,B ADD A,#56 MOV B,#100 DIV AB ADD A,22H MOV 22H,A MOV A,B MOV B,#10 DIV AB MOV 24H,A MOV 23H,B LJMP BBAA: MOV A,R2 MOV B,#100 DIV AB ADD A,22H MOV 22H,A MOV A,B MOV B,#10 DIV AB MOV 24H,A MOV 23H,BBB: MOV A,22H MOV
26、 B,#100 DIV AB MOV 27H,A MOV A,B MOV B,#10DIV AB MOV 26H,A MOV 25H,B RET T0ZD: PUSH ACC CLR TF0 INC 28H DJNZ 20H,XX CLR TR0 MOV R1,TL1 LCALL SUANSHU CLR EA LJMP CAXX: MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H SETB TR0CA: POP ACC RETIDELAY:MOV R5,#50FF: MOV R6,#50 GG: DJNZ R6,GG DJNZ R5,FF RET TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB 92H,82H,0F8H,80H END附录2：电路硬件图图15 未工作电路原件图图16 未进行仿真电路图17输入频率30HZ仿真图图18输入频率60Hz仿真图图19输入频率为90HZ的仿真图图20输入频率为150HZ的仿真图- 25 -