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智能速度里程表設計

時間:2023-03-20 04:49:45 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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智能速度里程表設計

摘要:給出了以AT89C2051為核心,利用單片機的運算和控制功能,并采用串口液晶顯示模塊實時顯示所測速度和里程的速度里程表設計方案。該方案由于使用了串口液晶顯示模塊和E2PROM,以及高效快速算法,因而可在節(jié)約系統(tǒng)資源和簡化程序設計的基礎上保證測量精度和系統(tǒng)實時性。

1 系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)組成

本速度里程表由信號預處理電路、AT89C2051單片機、串口液晶顯示電路、串口數(shù)據(jù)存儲電路和系統(tǒng)軟件組成。其中信號預處理電路包含信號放大、波形變換和波形整形。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。信號預處理電路中的放大器用于對待測信號進行放大,以降低對待測信號的幅度要求;波形變換和波形整形電路則用來將放大的信號轉換成可與單片機接口的TTL信號;通過單片機的設置可使INT0引腳能夠?qū)?nèi)部定時器T0的工作進行控制,這樣能精確地測出加到INT0引腳的正脈沖寬度(即測出脈沖信號的周期);速度顯示部分采用串口液晶顯示模塊,所得的數(shù)據(jù)采用I2C總線?并通過E2PROM來存儲,因而節(jié)省了所需單片機的口線和外圍器件,同時也簡化了顯示部分的軟件編程。

系統(tǒng)軟件包括單片機和液晶模塊的初始化模塊、液晶模塊的寫數(shù)據(jù)/命令子模塊、周期測量模塊、速度里程計算模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、速度和里程顯示數(shù)據(jù)轉BCD碼模塊、顯示數(shù)據(jù)消多余零模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊以及實時中斷服務模塊等。

1.2 系統(tǒng)工作原理

該設計能實時地將所測的速度顯示出來,同時也能夠累計顯示總里程數(shù)。該速度里程表能將傳感器輸入到單片機的脈沖信號的寬度(傳感器將車速轉變成相應寬度的脈沖信號)實時地測量出來,然后通過單片機計算出速度和里程,再將所得的數(shù)據(jù)存儲到串口數(shù)據(jù)存儲器,并由串口液晶顯示模塊實時顯示出所測速度。本設計用兩個按鍵來控制顯示速度或里程?紤]到信號的衰減、干擾等影響,在信號送入單片機前應對其進行放大整形,然后再輸入到單片機進行測速。單片機利用定時器T0的控制功能測出輸入信號的周期后,再利用單片機的算術運算功能將周期轉換成速度,同時每秒鐘進行一次里程累計,從而計算出總里程。最后將得出的速度、里程值存儲在E2PROM中,并根據(jù)兩個按鍵的選擇情況來顯示速度或里程。為了方便計算要顯示數(shù)據(jù)值的段碼,可再將其轉換成壓縮的BCD碼,然后通過查表將要顯示的數(shù)據(jù)值中每一位的壓縮BCD碼轉換成8段碼送到顯示緩沖區(qū),最后經(jīng)串口送至液晶顯示模塊以顯示所測的速度或里程。

設計時,應綜合考慮測速精度和系統(tǒng)反應時間。本設計用測量脈沖頻率來計算速度,因而具有較高的測速精度。為了保證系統(tǒng)的實時性,系統(tǒng)的速度轉換模塊和顯示數(shù)據(jù)轉BCD碼模塊都采用快速算法。另外,還應盡量保證其它子模塊在編程時的通用性和高效性。本設計的速度和里程值采用8位顯示,并包含兩個小數(shù)位。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 信號預處理電路

系統(tǒng)的信號預處理電路如圖2所示。它由二級電路構成,第一級是由開關三極管組成的零偏置放大器,采用開關三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應。當輸入信號為零或負電壓時,三極管截止,電路輸出高電平;而當輸入信號為正電壓時,三極管導通,此時輸出電壓隨著輸入電壓的上升而下降,這使得速度里程表既可以測量任意方波信號的頻率,也可以測量正弦波信號的頻率。由于放大器的放大功能降低了對待測信號的幅度要求,因此,系統(tǒng)能對任意大于0.5V的正弦波和脈沖信號進行測量。預處理電路的第二級采用帶施密特觸發(fā)器的反相器CT74LS14來把放大器生成的單相脈沖轉換成與COMS電平相兼容的方波信號?同時將輸出信號加到單片機的P3.2口上。

2.2 單片機的選擇

速度里程測量電路選用AT89C2051作為頻率計的信號處理核心。AT89C2051包含2kB閃存、128B的RAM、15根I/O口線、2個16位定時計數(shù)器、5個向量二級中斷結構和1個全雙工的串行口,同時還具有加密陣列的二級程序存儲器加鎖功能。設計中用到了AT89C2051的T0、T1 定時器和INT0引腳,以及P1端口的6個口線。由于該單片機與89C51相兼容,因此在硬件電路設計和軟件編程方面更加方便?紤]到AT89C2051本身固有的特點,設計時需注意以下幾點:首先,它的程序存儲器空間為2kB,因此所有的跳轉和分支轉移指令都要限制在這個范圍內(nèi)。其次,它沒有MOVX指令,也就是說,它不支持外部存儲器操作,這一點設計時一定要考慮到。此外,AT89C2051自身還有一些其它特點,譬如可以使用命令使其工作在低功耗模式等。單片機利用T0定時器和INT0引腳來測量輸入方波信號的周期,而使用外部中斷0來控制定時器T0是否開始定時。當定時器T0的運行控制位復位時,不管P3.2引腳是何值,定時器都不工作。只有當定時器T0的運行控制位置位后,才能根據(jù)P3.2引腳狀態(tài)來決定定時器是否工作。當P3.2引腳出現(xiàn)高電平時,定時器T0開始定時;而在其出現(xiàn)低電平時,定時器T0停止工作,并將測量信號的周期保存在定時器的16位寄存器中。系統(tǒng)初始化時,可通過設置使T0 和T1定時器工作在模式1方式。T1定時器主要用于形成1秒鐘定時信號,用以為測量里程提供時間條件。

2.3 液晶顯示電路和數(shù)據(jù)存儲電路

本設計的顯示部分采用液晶顯示模塊LCM0825?該模塊與單片機的接口電路如圖3所示。LCM0825是8位段碼式液晶顯示模塊,它內(nèi)部集成有LCD控制

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