毕业设计论文单片机红外汽车测速.docx
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毕业设计论文单片机红外汽车测速
编号
毕业设计(论文)
题目:
单片机红外汽车测速
本科毕业设计(论文)
诚信承诺书
本人郑重声明:
所呈交的毕业设计(论文)单片机红外测速设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果,其内容除了在毕业设计(论文)中特别加以标注引用,表示致谢的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。
矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
班级:
学号:
作者姓名:
年月日
xx大学xx学院
机电 系 电子信息工程 专业
毕业设计论文任务书
一、题目及专题:
1、题目 单片机红外汽车测速设计
2、专题 单片机红外汽车测速的软硬件设计
二、课题来源及选题依据
红外线传感器应用相当广,在许多地方你都可以看到它的身影,如红外门禁系统,红外报警系统、红外测距系统,红外遥控系统等等。
自从单片机问世以来,在国外,他已广泛应用于自动控制、数据采集和处理、家用电器等各方面,同时也参透到其他各个科技领域。
在国内,虽然起步比较晚,但由于单片机物美价廉、功能强、体积小、使用灵活方便,越来越得到发展,尤其在工业过程控制、自动化仪器等领域得到广泛应用。
所以本次毕业设计我选择了单片机红外汽车测速这个课题。
单片机红外汽车测速精度高,应用广。
聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
三、本设计(论文或其他)应达到的要求:
1.硬件电路的设计
2.用protel画出硬件原理图
3.软件编程程序框图设计
4.软件编程实现汽车速度测量
四、接受任务学生:
班 姓名
五、开始及完成日期:
自年月日至年月日
六、设计(论文)指导(或顾问):
指导教师 签名
签名
签名
教研室主任
〔学科组组长研究所所长〕 签名
系主任 签名
xxxx年xx月xx日
摘要
随着居民生活水平的不断提高,汽车已经成为现代社会中不可缺少的一部分。
本次设计制作的单片机红外汽车测速仪能够显示汽车的行驶速度。
单片机的优点是体积小,重量轻,抗干扰能力强,对环境要求不高,价格低廉,可靠性高,灵活性好,开发较为容易。
。
而且单片机与数字电路完美的搭配组合能够完成前沿先进的设计。
红外线发射与接收的方式有两种,其一是直射式,其二是反射式。
直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端,中间相距一定距离;反射式指发光管与接收管并列一起,平时接收管始终无光照,只在发光管发出的红外光线遇到反射物时,接收管收到反射回来的红外光线才工作。
本产品具有密度大、体积小、易安装、易操作等优点。
这是一般汽车电子产品所没有的。
残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
关键词:
单片机;测速;红外线发射
Abstract
Withthecontinuousimprovementoflivingstandards,carshavebecometheindispensablepartofsociety.Thedesignofmicrocontrollerinfraredspeeddetectorcapableofdisplayingthecarspeed.SCMhastheadvantageofsmallsize,lightweight,anti-interferenceability,lessdemandingontheenvironment,lowcost,highreliability,goodflexibility,developmoreeasily..Microcontrolleranddigitalcircuitsandwiththeperfectcombinationofcutting-edgeadvanceddesigntocompletion.Infraredtransmitterandreceiverintwoways,oneisthedirecttype,theotherisreflective.LEDdirect-typereferstotherelativeplacementandreceivingtubelaunchedandcontrolledatbothendsofthemiddledistanceapart;reflectivemeansLEDtubestiedtogetherwiththereceiver,usuallyreceivingtubehasnolight,onlytheissueofinfraredLEDencounteredlightreflector,thereceivertubereceivetheinfraredlightreflectedbackbeforework.Thisproducthashighdensity,smallsize,easytoinstall,easytooperate.Thisisageneralautomotiveelectronicproductsdonothave.
酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
Keywords:
microcontroller;speed;infraredemission
彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
1绪论
单片机自20世纪70年代问世以来,以极高的性能价格比受到人们的重视和关注,所以应用很广泛,发展很迅速。
单片机的优点是体积小,重量轻,抗干扰能力强,对环境要求不高,价格低廉,可靠性高,灵活性好,开发较为容易。
广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后,也能依靠自己的力量来开发所希望的单片机系统,并可获得较高的经济效益。
而且单片机与数字电路完美的搭配组合能够完成前沿先进的设计。
颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。
目前单片机技术和数字电子技术已经广泛地应用于计算机,自动控制,电子测量仪表,电视,雷达,通信等各个领域。
例如在现代测量技术中,数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高,功能高,而且容易实现测量的自动化和智能化。
随着集成技术的发展,尤其是中,大规模和超大规模集成电路的发展,单片机和数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门,并将产生越来越深刻的影响。
随着现代社会的电子科技的迅速发展,要求我们要理论联系实际。
濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。
2课题研究内容和分析论证
2.1课题研究内容
本次设计的任务是制作一个单片机红外汽车测速仪,使其能够显示汽车的行驶速度。
主要完成以下内容:
(1)系统硬件电路的详细设计
根据系统要求对各部分电路进行细化。
设计出具体电路,并根据各单元电路的功能需求选定具体的器件。
主要包括各种芯片的选择,元器件的类型,与单片机的各引脚如何连接,各个芯片之间怎么连接等。
本部分具体内容在第二章中加以介绍。
銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。
(2)系统软件的详细设计
根据系统软件的结构划分,对各个功能模块进行详细设计,同时画出每个部分的程序框图,最后把单独的程序结合在一起。
本部分具体内容在第三章中加以介绍。
挤貼綬电麥结鈺贖哓类。
2.2整体方案设计与选择
2.2.1显示部分电路选择
这部分硬件和软件部分设计我考虑的两种方案:
方案一:
串行接法
设计中要显示3位数字,用74LS164作为显示驱动,其中带锁存,使用串行接法可以节约I/O口资源,发送数据时容易控制。
赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。
方案二:
并行接法
使用并行接法时要对每个数码管用I/O口独立输入数据,占用资源较大。
由于设计中用一块单片机进行控制,资源有限,选择了方案一。
另外,使用锁存也起到节约资源的作用。
2.2.2计数电路选择
本次设计中主要要记录汽车轮子所转的圈数并同时记录转这些圈数所用的时间,然后通过圈数计算出路程最后得出速度。
在本设计中我想了两个方案:
塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。
方案一:
使用红外中断
将红外发光二极管和红外光敏三极管分别置于车轮俩边,使他们能够通过车轮上小孔进行对射。
当车轮转一圈时,红外光敏三极管接收到红外发光二极管的光,从而红外光敏三极管电路接通,产生高电平,经施密特触发器74LS14整形并传送到单片机的外部中断0执行中断程序记录圈数。
裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。
方案二:
使用电感式接近开关
在汽车轮子侧面装一个金属物体,然后在附近安置一个振荡感应头,当金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时,使物体内部产生涡流。
这个涡流反作用于接近开关,使接近开关振荡能力衰弱,内部电路的参数发生变化,由此识别出有无金属物体接近,进而控制开关的通或断,接通一次就表示轮子转了一圈。
仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。
考虑到取材问题,我采用方案一设计。
综上所述,我所要做出来的系统整体方案为:
红外传感器中断进行汽车轮子所转圈数的计数和所用时间的计数,用74LS164作为显示驱动,串行连接3个数码管。
绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。
2.3系统结构图
本次设计中用到的硬件有红外发光二极管、红外光敏三极管、施密特触发器(74LS14)、单片机(AT89C51)、显示芯片(74LS164)、数码管。
骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。
下图2.1为系统的结构框图。
输
出显
示
图2.1系统结构图
3硬件设计
3.1单片机的最小应用系统[1]
3.1.1单片机发展过程
单片机一词是来自英文SingleChipMicrocomputer,它是80年代初从英文直译而来。
单片机物理含义是把CPU、存储器和各种各样外围设备的接口都集成在一块半导体芯片上,形成单片机的计算机。
但是,目前国内外的多数厂商和学者普遍改称“微控制器”(MicrocomputerUnit)来代替以前的单片机(SingleChipMicrocomputer)。
究其原因,是这类微型计算机,从功能到形态皆由控制计算机演变而来。
因此,单片机改称微控制器后,其含义就更加准确。
瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。
单片机在一块芯片上集成了中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时/计数器和多种功能输入/输出I/O及A/D转换等。
就其组成而言,一片单片机就是一台计算机。
鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。
单片机的发展划分为四个阶段:
第一阶段(1974年开始):
单片机初级阶段。
因工艺限制,单片机采用双片的形式,而且功能比较简单,如仙童公司的F8实际上只包括了8位CPU、64字节RAM和2个并行I/O口,因此,还需加一块3851(由1KROM、定时/计数器和2个并行I/O口构成)才能组成一台完整微型计算机。
栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。
第二阶段(1976年开始):
低性能单片机阶段。
以Intel公司的MCS-48为列,采用了单片结构。
即在一块芯片内就含有8位CPU、并行I/O口、8位定时/计数器、RAM和ROM等,但无串行I/O口,中断处理也比较简单,片内RAM和ROM容量较小,且寻址范围有限,一般都不大于4K字节。
辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。
第三阶段(1978年开始):
高性能单片机阶段。
这一类单片机带有串行I/O,有多极中断处理,定时/计数器为16位,片内的RAM和ROM相对增大,且寻址范围可达64K字节,有的片内还带有A/D转换接口。
这类单片机有Intel公司的MCS-51,Motorola公司的6801和Zilog公司Z8等。
由于这类单片机应用的领域较广,目前还在不断改进和发展着。
峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。
第四阶段(1982年开始):
16位单片机阶段。
16位单片机除了CPU位16位外,RAM和ROM容量进一步增大,实时处理的能力更强。
如Intel公司的MCS-96,其集成度已为120000管子/片,主振幅12MHZ,片内RAM为232字节,ROM为8K字节,中断处理为8级,而且片内带有多通道10位A/D转换和高速输入/输出部件(HSIO),实时处理的能力很强詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。
根据1989年5月的统计,包括单片信号处理机在内,单片机有70几个系列463个机种。
3.1.2AT89C51单片机简介
AT89C51单片机的指令长度较短:
单字节指令有49条;双字节指令有46条;最长的是三字节指令,只有16条。
指令周期也短;单机器周期指令64条;双机器周期指令45条;只有乘、除两条指令需要4个周期。
这些指令在12MHZ晶振的情形下,执行时间分别为1us、2us和4us。
可见,MCS-51指令系统在存储空间和执行时间方面具有较高的效率,编程的程序占用内存单元少,执行也很快捷,与其应用范围的要求很想适应。
则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。
在8051单片机指令系统中,有丰富的位操作(或称位处理)指令,形成一个相当完整的位操作指令子集,成为该指令系统的重大特色。
这对于需要进行大量位处理的程序将带来明显的简捷和方便。
胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。
3.1.3复位电路
MCS-51系列单片机的复位是由外部的复位电路实现的。
复位电路的目的是产生持续时间不小于2个机器周期的高电平。
单片机通常采用2种形式的复位电路:
上电自动复位电路和按钮开关复位电路。
图为上电自动复位电路。
鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。
上电自动复位电路是通过电容充电来实现的。
在接通电源(上电)的瞬间,RC电路充电,由于电容C两端的电压不能突变,在RESET引脚上电压接近电源电压+5V;随着充电时间的延长,充电电流减小,RESET引脚的电位也逐渐下降;当电容C两端的电压接近+5V,RESET引脚也被拉成低电平。
在电容C充电过程中,只要RESET引脚能够保持10ms的高电平,就能使单片机有效地复位。
如图3.1所示稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。
图3.1复位电路
3.1.3振荡电路
AT89C51单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器,XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端。
石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器,自激振荡器与单片机内部的时钟发生器构成单片机的时钟电路。
在单片机应用系统中,常选用晶体振动器作为外接振荡源,简称晶振。
晶振的频率越高,则单片机系统的时钟频率越高,单片机的运行速度越快。
如图3.2所示陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。
图3.2振荡电路
3.1.4管脚说明
图3.3AT89C51引脚图
1.主电源引脚Vcc和Vss
(1)Vcc(40)。
正常操作时接+5V电源。
(2)Vss(20)。
接地。
2.外接晶体引脚XTAL1和XTAL2
(1)XTAL1(19)。
接外部晶体和微调电容的一个引脚。
在单片机内部,它是一个反向放大器的输入端,这个放大器构成了片内振荡器。
当采用外部振荡器时,对HMOS单片机(如8051),此引脚接地。
对CMOS单片机(如80C51),此引脚作为振荡信号的输入端。
沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。
(2)XTAL2(18)。
接外部晶体和微调电容的另一个脚。
在单片机内部,它是反向放大器的输出端。
当采用外部振荡器时,对HMOS单片机,此引脚接收振荡器信号,即把振荡器信号直接送人内部时钟发生器的输入端。
对CMOS单片机,此引脚应浮空。
钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。
3.控制或其他电源复用引脚RST/Vpd,ALE/PROG,RSEN和EA/Vpp
(1)RST/Vpd(9)。
当振荡器工作时,在此引脚上出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。
(2)ALE/PROG(30)。
当访问外部存储器时,地址锁存ALE信号的输出用于锁存低8位地址信息。
即使不访问外部存储器,ALE端仍以不变的频率周期性地发生正脉冲信号。
此信号的频率为振荡器的1/6。
但是要注意的是,每当访问外部数据存储器时,将少发出一个ALE信号。
因此假若要将ALE信号直接作为时钟信号,那么程序中必须不出现访问外部数据存储器的指令,否则将不能将ALE作为时钟信号。
ALE端可以驱动(吸收或输出电流)8个LSTTL电路。
懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。
(3)PSEN(29)。
该端输出外部程序存储器读选通信号。
当CPU从外部程序存储器取指令(或数据)期间,在12个振荡周期内将会出现2次PESN信息(低电平)。
謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。
(4)EA/Vpp(31)访问外部程序存储器控制端。
当EA端保持高电平时,单片机复位后访问内部程序存储器,当PC值超过4KB(对8051/8751)或8KB(对8052/8752)时,将自动转向执行外部程序存储器程序。
当EA端保持低电平时,则只访问外部程序存储器,而不管内部是否有程序存储器。
对于EPROM型单片机,在EPROM编程期间,该引脚用于施加EPROM编程电压。
呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。
4.输入/输出引脚
(1)P0.0~P0.7(39~32)。
P0口是一个8位漏极开路型双向I/O口。
在访问外部存储器时可作为地址(低8位)/数据分时复用总线使用。
当P0作为地址/数据分时复用总线使用时,在访问存储器期间它能激活内部的上拉电阻。
在EPROM型单片机编程时,P0接受指令,而在验证程序时,则输出指令。
验证时,要求外接上拉电阻。
P0能以吸收点流的方式驱动8个LSTTL电路。
莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。
(2)P1.0~P1.7(1~8)。
P1是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。
在对EPROM型单片机编程和验证程序时,它接收低8位地址。
P1能驱动(吸收或输出电流)4个LSTTL电路。
麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。
(3)P2.0~P2.7(21~28)。
P2是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。
在访问外部存储器时,它送出高8位地址。
在对EPROM型单片机编程和验证程序期间,它接收高8位地址。
P2可以驱动(吸收或输出电流)4个LSTTLL电路納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。
(3)P3.0~P3.7(10~17)。
P3是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。
P3能驱动(吸收或输出电流)4个LSTTL电路。
P3口每个引脚分别具有第二功能,如表3-1所示風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。
表3-1P3各口线的第二功能
口线
第二功能
P3.0
RXD(串行口输入)
P3.1
TXD(串行口输出)
P3.2
TNT0(外部中断0外部输入)
P3.3
TNT1(外部中断1外部输入)
P3.4
T0(定时器/计数器0外部输入)
P3.5
T1(定时器/计数器1外部输入)
P3.6
WR(外部数据存储器写选通)
P3.7
WD(外部数据存储器读选通)
3.2整形滤波电路[2]
3.2.1施密特触发器介绍
施密特触发器也有两个稳定状态,但与一般触发器不同的是,施密特触发器采用电位触发方式,其状态由输入信号电位维持;对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号,施密特触发器有不同的阀值电压。
灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。
门电路有一个阈值电压,当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。
施密特触发器是一种特殊的门电路,与普通的门电路不同,施密特触发器有两个阈值电压,分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。
在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压,在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。
正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。
铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。
它是一种阈值开关电路,具有突变输入——输出特性的门电路。
这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化(低于某一阈值)而引起的输出电压的改变。
攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。
利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用,可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。
输入的信号只要幅度大于vt+,即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。
趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。
当输入电压由低向高增加,到达V+时,输出电压发生突变,而输入电压Vi由高变低,到达V-,输出电压发生突变,因而出现输出电压变化滞后的现象,可以看出对于要求一定延迟启动的电路,它是特别适用的.夹覡闾辁駁档驀迁锬減。
从传感器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。
当传输线上的电容较大时,波形的上升沿将明显变坏;当传输线较长,而且接受端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时,在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象;当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号时,信号上将出现附加的噪声。
无论出现上述的那一种情况,都可以通过用施密特反相触发器整形而得到比较理想的矩形脉冲波形。
只要施密特触发器的vt+和vt-设置得合适,均能受到满意的整形效果。
。
视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。
3.2.2施密特触发器的应用
施密特触发器的应用:
1.波形变换
可将三角波、正弦波等变成矩形波。
2.脉冲波的整形
数字系统中,矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变,出现上升沿和下降沿不理想的情况,可用施密特触发器整形后,获得较理想的矩形脉冲。
偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。
3.脉冲鉴幅
幅度不同、不规则的脉冲信号时加到施密特触发器的输入端时,能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。
下面重点说一下施密特触发器的对脉冲波的整形作用。
在数字系统中,矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变:
(1)输入信号是由直流分量和正弦分量叠加而成的,只要输入信号的幅度大于VT+,即可在施密特触发器的输出端得到同频率的矩形脉冲信号。
緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。
(2)当传输线上电容较大时,波形的上升沿和下降沿将明显变化。
(3)当传输线较长,而且接收端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时,在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象。
无论出现上述的哪一种情况,都可以通过施密特触发器整形而获得比较理想的矩形脉冲波形。
3.2.374LS14介绍
在本系统中选用了由TTL电路集成的施密特触发器74LS14。
74LS14是一个6反向器,引脚定义如图3.5:
A端为输入端,Y端为输出端,一片芯片一共6路,即1,3,5,9,11,13为输入端,2,4,6,8,10,12为输出端,输出结果与输入结果反向。
即如果输入端为高电平,那么输出为低电平。
如果输入低电平,输出为高电平騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。
74LS14具有以下特点:
(1)输入信号边沿的变化即使非常缓慢,电路也能正常工作。
(2)对于阈值电压和滞回电压均有温度补偿。
(3)带负载能力和抗干扰能力都很强。
74LS14主要参数如表3-2所示:
表3-274ls14d主要参数的典型值
器件型号
延迟时间(ns)
每门功耗(mW)
VT+(V)
VT-(V)
ΔVT(V)
74LS14
15
8.6
1.6
0.8
0.8
3.3数码管显示电路[3]
3.3.1七段LED数码管
数码管是一种半导体发光器件,其基本单元是发光二极管。
数码管的分类:
(1)数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元(多一个小数点显示)。
疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。
(2)按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管。
(3)按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。
共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时,相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时,相应字段就不亮,共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极CO
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