基于80C51单片机的汽车行驶监测仪设计资料Word格式文档下载.docx
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本文介绍了一种简易汽车行驶信息接收与发送器的设计,叙述了系统基本组成结构,该设计能自动显示前后车的转向、刹车情况并用声响提醒,对提高汽车行车安全具有一定的现实意义。
第一章了解单片机
1.1单片机的前景与发展
知己知彼,方能百战不殆;
学习单片机,就需要了解单片机。
特别是初次接触单片机,准备着手学习单片机的朋友,这是他们最关心的内容之一。
在电子专业领域,单片机是必学科目,是所有电子专业的基础课程,从中可以看出其重要性;
在电子泛滥的今天,只要涉及电子线路的,可以说都离不开单片机,或者说类似单片机的模块,依然证明了单片机的价值所在。
很多关于单片机、嵌入式的消息与信息充斥在IT行业,前景有目共睹。
相信你的眼光,相信你的选择——单片机,嵌入式系统设计的第一步。
1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器;
Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel4004,标志着第一代微处理器问世,微处理器和微机时代从此开始。
因发明微处理器,霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。
1971年11月,Intel推出MCS-4微型计算机系统(包括4001ROM芯片、4002RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器)其中4004(下图)包含2300个晶体管,尺寸规格为3mm×
4mm,计算性能远远超过当年的ENIAC,最初售价为200美元。
1972年4月,霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel8008。
由于8008采用的是P沟道MOS微处理器,因此仍属第一代微处理器。
1973年intel公司研制出8位的微处理器8080;
1973年8月,霍夫等人研制出8位微处理器Intel8080,以N沟道MOS电路取代了P沟道,第二代微处理器就此诞生。
主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍,可存取64KB存储器,使用了基于6微米技术的6000个晶体管,处理速度为0.64MIPS(MillionInstructionsPerSecond)。
1975年4月,MITS发布第一个通用型Altair8800,售价375美元,带有1KB存储器。
这是世界上第一台微型计算机。
1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机,这也是单片机的问世。
Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器,广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。
当时,Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。
20世纪80年代初,Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上,推出了MCS-51系列8位高档单片机。
MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量,I/O口功能,系统扩展方面都有了很大的提高。
1.2单片机简述与分类
单片机,英文为:
SignalChipMicrocomputer。
单片微型计算机,就是单片机的全称。
与个人计算机相比,单片机很小,功能单一,但与之换来的是低成本,低功耗。
在日常生活中,需要实现自动控制,我们并不需要一个像个人计算机的功能的机器,因为浪费,因为体积太大,功耗太高;
此时单片机的低成本、低功耗和一定的功能即可满足此类控制,并且可以批量定制的生产,并投入使用。
说的清晰点,单片机就是有着好多脚的集成芯片,通过特定程序控制这些引脚的电平的特定变化,从而起到自动控制的需求。
例如下图:
图中是最简单的控制,通过对P0.0口的电平的变化,可以使得LED产生变化。
可以这样设计,我们程序中设定每过一秒种闪烁一次,好比闪光灯一样;
如果我们多加几个灯,程序中,我们使得一个一个的亮,再一个一个的灭,这样的跑马灯,是不是很有意思啊;
倘若我们有成千上万个LED,看看周围的显示屏,是不是貌似就是这样做出来的呢?
答案是肯定的。
单片机指的是总线宽度为不超过16位的微型控制器,32位总线宽度的我们称为微处理器;
因此,此时,我们描述的是16位向下的,主要描述8位单片机。
8位单片机适合初学者。
一方面,8位单片机的性能能够满足一般的控制要求,技术、资源较为成熟,已经形成一个体系,初学者可以很容易获取相关资料;
另一方面,我们计算机中,一个byte的数据时8bit组成的,8位单片机能够使初学者更好的理解,容易接受。
当然,都是个人愚见。
单片机的分类其实就是不同芯片生产厂家之间的分类,其内在的关系与区别这里就不论述,实力有限;
对已单片机内部的结构也不进行论述,相信那不是该文的重点。
第二章信息监测系统的组成及工作原理
2.1系统的组成与工作原理
本系统电路主要有:
单片机最小系统;
发射/接收装置;
左转弯、右转弯、刹车、超车指示等组成。
系统设计原理框图如图1-1所示:
图1-1系统设计原理图
2.1.1基本系统组成
本系统采用12MHz晶振时钟频率,30pF的瓷片补偿电容,上电复位采用最简单的RC电路,片外存储器选择脚(31脚EA)接正电源。
见图2-2。
2.1.2输入系统接口电路
输入接口电路有处理红外线接收的红外接收器及用于转向、刹车信号输入的电平转换电路。
红外接收器采用通用远红外接收解调一体化成品,其器件为三引脚结构,安装使用方便,其信号脚可直接接单片机P1.0、P1.1及中断输入端口。
P1.0用于接收后车的行驶信息信号,P1.1用于接收前车的行驶信息信号.电平转换接口电路采用9013三极管。
当转向开关或刹车开关闭合时,其P0.0、P0.1、P0.2三端口相应的电平变为零。
P0.0为左转弯输入,P0.1为右转弯输入,P0.2为刹车。
见图2-3。
2.1.3输出电路
单片机从P0.3~P0.6输出前后车的行驶信息提示信号,其中P0.3用于前车左转弯指示及提醒,P0.4用于前车右转弯指示及提醒,P0.5用于后车超车指示及提醒,P0.6用于前车刹车提示及提醒。
当某一输出端口为低电平时,相应的字符灯点亮并发出声响提醒.本车行驶信息的发送是从P3.5(T1)输出,是一组调制频率为40kHz的方波脉冲(见图1-2),通过三极管放大,由安装在汽车前后位置的红外线发射管发出。
图1-2P3.5端口输出的编码波形图
2.2工作原理
2.2.1编码帧的格式
本系统采用脉冲个数编码,分别代表左转弯、右转弯、刹车3种状态,其中左转弯为2个脉冲,右转弯为5个脉冲,刹车为8个脉冲。
为了增加接收的可靠性,第一位码宽为3ms,其余为1ms,数据帧间隔大于10ms,如图1-3所示:
图1-3红外线接收器输出的一帧数据的波形
2.2.2数据帧的发送过程
当单片机检测到P0.0~P0.2端口为低电平时,先设置发送标志,然后依次发送数据帧。
发送数据时,中断将被禁止。
当刹车(转向)开关闭合时,数据帧将被重复连续地发射,直到开关松开为止。
2.2.3数据帧的接收过程
当红外线接收器输出数据帧脉冲时,第一位码的低电平将启动中断程序,实时接收数据帧。
在数据帧接收时,中断将被关断,并且对第一(起始位)位码的码宽进行验证。
若第一位低电平码的脉宽小于2ms,将作误帧处理。
当间隔位的高电平脉宽大于3ms时,接收结束,然后根据累加器A中的脉冲个数,使相应的输出口(P0.3~P0.6)为低电平,驱动显示电路。
2.3控制要求
2.3.1接收
本系统的接收装置采用的是红外接收器,采用通用远红外接收解调一体化成品,其器件为三引脚结构,安装使用方便,其信号脚可直接接单片机P1.0、P1.1及中断输入端口,汽车在行驶过程中进行转向或刹车,并发射相应的信号。
2.3.2按键
当汽车转弯或刹车按键按下时,将其动作转化为电信号输入单片机。
2.3.3发射
本系统的发射装置采用的是红外发射器,用来发射汽车行驶过程中转向或刹车时发出的信号。
本车转弯或刹车时其动作经按键转化为电信号通过单片机,再转化为其他信号通过单片机T1口发射出去,通知前后车,你车下一步的动作,让别人做出相应准备。
2.3.4显示
在汽车行驶过程中,当前车转弯、刹车或后车超车时都能在本汽车上显示,并发出相应人性化语音进行提醒。
该监测仪采用了单片语音录放电路ISD4004-16作为放音芯片。
ISD4004-16芯片工作电压为3.3V,单片录放时间为16分钟,最多可分2400段,音质好,适用便携式电子产品中。
芯片采用CMOS技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存储阵列。
芯片设计是基于所有操作必须由单片机控制,操作命令可通过串行通信接口SPI送入;
同时采用多电平直接模拟量存储技术,每个采样值直接存储在片内的闪烁存储器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”;
采样频率为4.0kHz,片内信息存于闪烁存储器中,可在断电情况下保存100年(典型值),反复录音10万次。
在该检测仪仪中,将语音报警内容分为64段,在放音时可进行自由组合。
第3章信息监测系统的硬件设计
3.180C51单片机的简介
80C51单片机属于Intel公司MCS-51系列单片机,MCS-51系列单片机最初是HMOS制造工艺,其芯片根据片内ROM结构可分为80C31(片内无ROM),80C51(片内有4KB掩膜BOM),8751(片内有4KBEPORM),统称51系列单片机。
80C51芯片大大降低了功耗,并引入了低功耗管理模式,使低功耗具有可行信。
80C51单片机一般采用双列直插DIP封装,共40个引脚(如图2-1)。
40引脚大致可分为4类:
电源、时钟、控制和I/O引脚。
A
a)引脚排列b)逻辑符号
图2-180C51单片机引脚图
(1)电源:
①VCC-芯片电源,接+5V;
②VSS-接地端;
(2)时钟:
XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。
(3)控制线:
控制线共有4根,
①ALE/PROG:
地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
a、ALE功能:
用来锁存P0口送出的低8位地址
b、PROG功能:
片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚输入编程脉冲。
②PSEN:
外ROM读选通信号。
③RST/VPD:
复位/备用电源。
a、RST(Reset)功能:
复位信号输入端。
b、VPD功能:
在Vcc掉电情况下,接备用电源。
④EA/Vpp:
内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
a、EA功能:
内外ROM选择端。
b、Vpp功能:
片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间施加编程电源Vpp。
(4)I/O引脚:
80C51共有4个8位并行I/O端口:
P0、P1、P2、P3口,共32个引脚。
P3口还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。
3.2复位电路及时钟电路
该单片机系统主要由电源、复位电路和内部时钟电路组成。
如图2-2为80C51上电复位电路。
RC构成微分电路,上电瞬间RST引脚获得高电平,随着电容C1的充电,RST引脚的高电平将逐渐下降。
RST引脚的高电平只要能保持2个机器周期,单片机就可以进行复位操作。
该电路取22uF电容,1kΩ电阻。
图2-2复位电路和时钟电路
3.3键盘电路
如图2-3所示,当本车左转弯、右转弯或刹车时,按下按钮,此时P0.0(或P0.1或P0.2)输入低电平,并通过:
JZRET_KEY;
无键返回
LCALLDISP;
有键,延时去抖动
ORLP1,#0FFH
MOVA,P1
CPLA
JNBACC.0,S0;
左转弯
JNBACC.1,S1;
右转弯
JNBACC.2,S2;
刹车
这些程序来判断汽车的状态。
图2-3键盘电路
当按下左转弯按键时,其动作转化为电信号输入80C51单片机,左转向开关闭合,通过三极管放大,对应的P0.0端口电平变为低电平,再通过程序转化的编码显示本车的左转弯状态;
当按下右转弯按键时,右转弯开关闭合,P0.1端口电平变为低电平,程序编码显示右转弯状态;
当按下刹车按键时,通过三极管放大,对应P0.2输入端口电平变为低电平,由程序转化的编码显示本车刹车的状态。
3.4发射电路与接收电路
图2-4接收电路和发射电路
(1)发射电路如图2-4所示,当本车左转弯、右转转弯或刹车时,状态经由程序转化成相应编码,通过80C51单片机的15号引脚T1口送出,经由三极管放大,用红外的方式发射出,传送给其他车辆。
具体程序如下:
OUT:
MOVR3,#02H;
1ms脉冲控制
OUT1:
SETBET1;
SETBTR1;
LCALLDELAY;
延时512us,6
(2)×
0.5=3ms
(1)ms
DJNZR3,OUT1;
总延时值不到转OUT1再循环
MOVR3,#02H;
赋1ms脉宽定时值
OUT2:
CLRTR1;
CLRET1;
CLRP3.5;
关红发外线输出
DJNZR3,OUT2;
总延时1ms不到转OUT2
DJNZR4,OUT;
脉冲未发完,转OUT再发
LCALLDL10MS;
脉冲发完延时10ms(帧间隔)
SETBP3.6;
清发送指示
LJMPRET_KEY;
脉冲发送结束退出
(2)接收电路如图2-4所示,后车辆的状态编码信息,通过80C51单片机P1.0接口和外部中断0引脚输入,而后由红外后接收头接收其信号;
前车的状态编码信息,由单片机P1.1接口和外部中断1引脚输入,通过红外前接收头接收信号。
INTEX1:
PUSHACC
PUSHPSW
CLREX1;
CLREA;
JNBP3.3,READ1;
P3.3=0时说明已接收到脉冲
3.5显示电路
如图2-5所示,其他车辆的状态通过接收电路,接收红外的数据帧,并且对第一位码的码宽进行验证。
若当间隔位的高电平脉宽大于3ms时,接收结束,然后根据累加器A中的脉冲个数,使相应的输出口(P0.3~P0.6)为低电平,驱动显示电路。
图2-5显示电路
第4章信息监测系统的软件设计
4.1初始化程序
将P0~P3端口置输入状态,堆栈指针设于70H处,定时器T1设为8位自动重装初值模式,定时时间为13µ
s,用于40kHz的红外线信号调制。
具体程序见附录1。
4.2主程序
顺序检测P0.0~P0.2端口,若端口为低电平,则专发送程序。
结束后延时60ms,再转检测程序循环。
主程序流程图如图3-1所示
图3-1主程序流程图
具体程序见附录2。
4.3中断接收程序
外中断0接收前车信息码,外中断1接收后车信息码。
当外中断允许并且红外线接收头输出脉冲编码时,中断程序实时接收编码并且对脉冲个数进行计数,根据接收脉冲个数分别控制P0.3~P0.6显示端口。
中断接收程序流程图如图3-2
图3-2中断接收程序流程图
具体程序见附录3。
4.4信息码发送程序
将主程序中的脉冲个数设定值调入寄存器,控制发射脉冲个数,其中第一个脉冲的宽度为3ms,其余为1ms,发送完成后延时10ms作结束标志。
当发送编码时,开启定时中断T1,以实现40kHz的编码调制
具体程序见附录4。
结论
读了五年的大学,然而本人对本专业的认识还是寥寥无几!
虽然在书本上学过很多套经典理论知识,似乎通俗易懂,但从未付诸实践过,也许等到真正进入一个公司时,才会体会到难度有多大;
我们在老师那里或书本上看到过很多精彩的,似乎轻而易举,也许亲临其境或亲自上阵才能意识到自己能力的欠缺和知识的匮乏。
实习这几个月期间,我拓宽了视野,增长了见识,体验到社会竞争的残酷,而更多的是希望自己在工作中积累各方面的经验,为将来自己走创业之路做准备。
单片机改变了我们生活,纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等,这些都离不开单片机,单片机有着广阔的应用前景。
在实验研究的过程中,老师给予了指导,并提供了很多与该研究相关的重要信息,培养了我们对科学研究的严谨态度和创新精神。
这将非常有利于我们今后的学习和工作。
在此表示衷心的感谢!
不积跬步何以至千里,本设计能够顺利的完成,也归功于各位任课老师的认真负责,使我能够很好的掌握和运用专业知识,并在设计中得以体现。
正是有了他们的悉心帮助和支持,才使我的毕业论文工作顺利完成
完成这次毕业设计实属不易,但我从中收益也很多,我相信这将在我以后的工作中起着很大的积极作用。
参考文献
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清华大学出版社
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[4]何立民.《单片机高级教程》.北京:
航空航天大学出版社
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北京化学工业出版社
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高等教育出版社
[8]张有德.《单片微机原理、应用与实验》.上海:
复旦大学出版社
[9]何利民.《单片机高级教程》.北京:
北京航空航天大学出版社
附录
附录1初始化程序:
SETUP:
MOV20H,#00H
CLRA
MOVR0,#30H
MOVR7,#32
LP0:
MOV@R0,A
DJNZR7,LP0
MOVP1,#0FFH
MOVP2,#0FFH
MOVP3,#0FFH
MOVSP,#70H
MOVIE,#8FH;
MOVIP,#0DH
SETBIT0;
下降沿触发
CLRIT1;
低电平触发
MOVTMOD,#21H
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
MOVTH1,#0F3H;
置13us初值
MOVTL1,#0F3H
SETBTR0;
MAIN:
LCALLKEY;
LCALLDISP
LJMPMAIN
附录2主程序:
KEY:
ORLP1,#0FFH;
键处理程序
无键返回
有键,延时去抖动
左转弯
右转弯
刹车
RET_KEY:
SETBP3.6;
关发送标志
LCALLDL10MS
SETBP2.4;
关闭左灯输出
SETBP2.5;
关闭右
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