基于單片機的超速報警系統(tǒng)(可供參考).doc

教學單位 寶雞文理學院 學生學號 200695014034 編 號 本科畢業(yè)設(shè)計題目 基于單片機的超速報警系統(tǒng)學生姓名 查 顯 華專業(yè)名稱 電氣工程及其自動化指導老師 李 雅 莉 2010年5月21日基于單片機的超速報警系統(tǒng)摘要：近年來隨著科技的飛速本設(shè)計是發(fā)展，為了克服傳統(tǒng)模擬車速顯示儀表顯示數(shù)不準確及沒有超速提示的缺點，數(shù)字化儀表迅速的進入汽車儀表行業(yè)，成為一種趨勢，本文從駕駛員自身安全角度出發(fā)，設(shè)計了一種檢測車輛超速的報警系統(tǒng)。該報警系統(tǒng)允許駕駛員通過自帶鍵盤設(shè)置本車輛安全行駛的最高速度 當車輛處于行駛狀態(tài)中，該系統(tǒng)通過速度傳感器時刻監(jiān)測機動車輛。并通過LED顯示車輛的實際車速和用戶設(shè)置的安全參數(shù)當發(fā)現(xiàn)車輛速度超過駕駛員設(shè)置的最高值時，蜂鳴器開始報警，警告燈不斷閃爍，提醒駕駛員減速。達到防患于未然的目的。單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用。此設(shè)計就是一種利用8051單片機對機動車超速行駛情況進行蜂鳴報警和燈光報警的系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，操作方便，可廣泛應(yīng)用于摩托車、汽車等機動車輛。本設(shè)計詳細介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，給出了界面模塊與8051接口電路，系統(tǒng)硬件電路及外圍設(shè)計電路，最后介紹了軟件設(shè)計方法及程序流程圖，最后用Protues給出了系統(tǒng)仿真。關(guān)鍵詞：8051； 傳感器； 界面模塊； 報警Design of Overspeed alarm system Bsaed on the Singlechip MicrocomputerAbstract :Recent years, with rapid scientific and technological development of this design is, in order to overcome the traditional analog speed meter display shows the number of inaccuracies and shortcomings without speeding tips, digital meter instruments quickly into the car industry has become a trend, this article from the drivers own safety point of view, the design of a vehicle speeding detection alarm system. The alarm system allows the driver comes with the keyboard by setting the safety of vehicles traveling at top speed when the vehicle driving state, the system time through the speed sensor to monitor motor vehicles. LED display by the actual vehicle speed and the user to set the security parameters. When they find the driver set the vehicle speed exceeds the maximum value, the buzzer began to alarm, flashing warning lights to alert drivers slow down. To achieve the purpose of preventive measures. Its applications are continually deepening, while the traditional control and test drive the rapidly growing update. In real-time detection and control of the microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core component. This design is a used 8051 vehicle for speeding on the situation of alarm beep alarm and lighting systems. The system is simple, high reliability and easy operation, can be widely used in motorcycle, automobile and other motor vehicles. The design details of the systems overall design scheme, given the interface module and the interface circuit 8051, system hardware and peripheral circuit design, software design methods, introduced last degree program flowchart.Key words：8051； Sensor； Interface module； Alarm目 錄1 緒論52 概述52.1設(shè)計思路52.2方案論證62.3方案的提出62.4方案的比較及確定83系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計93.1 硬件概述103.1.1 AT89C51單片機103.1.2 AT89C51主要性能參數(shù)103.1.3 AT89C51 功能特性概述103.1.4 AT89C51 引腳功能說明103.1.5 時鐘振蕩器133.1.6 空閑節(jié)電模式143.1.7 掉電模式143.1.8 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài)153.2主控模塊153.3測速傳感器163.4報警電路的設(shè)計173.5顯示電路的設(shè)計173.6按鍵電路的設(shè)計183.7共陰極LED顯示驅(qū)動器 MAX7219芯片194 軟件設(shè)計205 Proteus軟件仿真225.1設(shè)定當前速度的仿真圖225.2當前速度與設(shè)定速度仿真圖235.3仿真結(jié)果與分析246總結(jié)24參考文獻26致 謝27附錄1：源程序代碼28附錄2：系統(tǒng)原理圖351 緒論進入21世紀以來，隨著我國國民經(jīng)濟和車輛技術(shù)的飛速發(fā)展，人民的生活水平與安全意識的不斷提高，車輛報警系統(tǒng)發(fā)揮的作用也越來越重要。伴隨家庭用車的迅速增長，我們充分享受著現(xiàn)代交通帶來的便利和快捷，但是交通事故發(fā)生的頻率不斷增加，使車輛安全成為家庭生活中人人擔心的問題。為提高車輛運行的安全性、滿足消費者對車輛性能的高追求、更有效的保護消費者的人身財產(chǎn)利益，車輛安全報警系統(tǒng)的研究和設(shè)計成為車輛業(yè)快速發(fā)展所面臨的重要問題。本論文針對車輛運行的安全性，設(shè)計了由單片機作為中央控制單元的車輛報警系統(tǒng)，主要涉及車輛防盜報警、車輛倒車防撞報警、酒后駕車報警和車輛超速報警等功能。該設(shè)計將單片機的實時控制及數(shù)據(jù)處理功能與霍爾傳感器轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合，充分地利用了單片機的內(nèi)部資源，使報警系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)，從而提高系統(tǒng)的綜合反映靈敏度，使報警系統(tǒng)及時準確，實現(xiàn)車輛多種功能的報警控制，最大限度的保護消費者的利益。所設(shè)計的報警系統(tǒng)對出現(xiàn)的危急情況，能及時進行聲、光、網(wǎng)絡(luò)報警及相應(yīng)的顯示，提醒車主或駕駛員盡快地采取相應(yīng)的措施，有效的保護自身和他人的利益和安全，盡可能地降低事故發(fā)生率。2 概述2.1設(shè)計思路本文要求設(shè)計一個具有數(shù)字顯示功能的單片機系統(tǒng),實現(xiàn)車輛當前速度輸出，當達到所設(shè)定的速度上限時并報警，以保證駕駛?cè)藛T的人身安全。首先要進行系統(tǒng)的總體方案設(shè)計，在設(shè)計中一般應(yīng)考慮以下幾點：(1) 遵循從整體到局部的設(shè)計原則。在過程中，應(yīng)遵循從整體到局部的設(shè)計原則，把復雜難處理的問題分為若干個較為簡單的、容易處理的問題，分別加以解決。(2) 經(jīng)濟性要求。為了獲得較高的性能價格比，設(shè)計時不應(yīng)盲目追求復雜高級的方案。在滿足性能指針的前提下，應(yīng)盡可能采用簡單的方案，因為方案簡單意味著所用的元器件少，可靠性高，而且比較經(jīng)濟。(3) 可靠性要求。所謂可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力?？煽啃灾羔槼丝捎猛瓿晒δ艿母怕时硎就?，還可以用平均無故障時間、故障率、失效率或平均壽命等來表示。(4) 操作和維護要求。在車速報警系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計時，應(yīng)當考慮操作方便，盡量降低對操作人員的專業(yè)知識的要求，以便產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。系統(tǒng)的輸入輸出方式，操作程序應(yīng)盡量簡單明了，無須專門訓練就能掌握其使用方法。2.2方案論證車速報警系統(tǒng)組成主要由單片機控制模塊、霍爾傳感器、LED數(shù)碼顯示器及聲光報警器組成。針對任務(wù)要求，我們發(fā)現(xiàn)此項設(shè)計在單片機接口芯片以及按鍵電路上有不同的選擇。因此，設(shè)計方案的比較主要對此展開2.3方案的提出方案一：采取通過帶有I/O接口和計時器的靜態(tài)RAM8155芯片與設(shè)定速度的鍵盤電路，速度顯示電路連，8155芯片具有256個字節(jié)的RAM，兩個8位、一個6位的可編程I/O口和一個14為計數(shù)器。系統(tǒng)的硬件電路簡圖如圖1所示。聲光報警電路8155鍵盤輸入LED 數(shù)碼管機車車輪霍爾傳感器AT89C51單片機圖1 系統(tǒng)硬件電路簡圖霍爾傳感器用來產(chǎn)生脈沖方波，鍵盤輸入用來設(shè)定報警速度，當車速超過最大速度Vm時，聲光報警電路將發(fā)出報警信號。單片機外部中斷口接霍爾傳感器的輸出，車輪每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一次INT零中斷請求，單片機對INT零中斷請求的次數(shù)進行計數(shù)。并將在1秒內(nèi)的計數(shù)值轉(zhuǎn)換成機動車的時速，送至顯示緩沖區(qū)以供顯示程序調(diào)用。具體算法如下：設(shè)單片機每秒計數(shù)值為n，即n r/s。則n r/s=6On r/min。即只要將計數(shù)值乘以60，便可得到每分鐘機車車輪的轉(zhuǎn)速。設(shè)機車車輪的周長為d m，則機車的時速V=d60n36km/h。硬件電路方框圖霍爾傳感器的輸出信號經(jīng)AT89C51的INT0口輸入并存儲在內(nèi)部R0M 中，AT89C51外擴一片8155芯片，其PB口作為LED數(shù)碼管的段選線，PA4PA0作為LED的位選線和鍵盤的列線，PCO和PC1口作為鍵盤的行線，從而組成10個按鍵的鍵盤。AT89C51的P26口外接三極管放大器用來驅(qū)動聲光報警電路，P26不斷地輸出101010 的高低電平，驅(qū)動聲光報警電路報警。只要使聲光報警電路報警重復輸出256Hz及350Hz的叫聲各073s，便可以模擬警車的叫聲，產(chǎn)生警示作用。機車的上限速度Vm通過鍵盤設(shè)置并存儲起來。單片機檢測霍爾傳感器輸出的信息，計算出機車當前的速度v，并送LED顯示。當VVm時，控制聲光報警電路報警發(fā)出警示音。硬件電路圖如下圖2 硬件電路圖方案二：利用高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED驅(qū)動顯示器MAX7219及按鍵電路實現(xiàn)。MAX7219芯片用來顯示當前及設(shè)定速度，當速度超過最大速度Vm時，聲光報警電路發(fā)出報警，按鍵設(shè)定用來設(shè)定報警速度（最大速度Vm）。系統(tǒng)的硬件電路簡圖如圖3所示。機車車輪按鍵設(shè)定LED數(shù)碼管聲光報警電路MAX7219芯片MSC-51單片機霍爾傳感器圖3 硬件電路簡圖圖4 系統(tǒng)硬件電路圖2.4方案的比較及確定方案一和方案二比較，方案一采用8155芯片使用單片機引腳較多，采用鍵盤電路較復雜，而且只能顯示當前速度，駕駛員對速度上限透明度不高，總體電路較復雜；方案二采用的MAX7219是一個高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED驅(qū)動顯示器，每片可驅(qū)動8位7段加小數(shù)點的共陰極數(shù)碼管，可以數(shù)片級聯(lián)，而與微處理器的連接只需3根線，且速度設(shè)定只需通過幾個按鈕實現(xiàn)即可，并且可以實時實現(xiàn)速度上限的增減，因而硬件電路簡單，人眼視覺效果好，可以方便的為駕駛員提供信息，易于實現(xiàn)維護，且MAX7219內(nèi)部設(shè)有掃描電路，除了更新顯示數(shù)據(jù)時從單片機接收數(shù)據(jù)外，平時獨立工作，極大地節(jié)省了MCU有限的運行時間和程序資源。對于本論文所研制的車速報警系統(tǒng)而言，其基本出發(fā)點就是利用現(xiàn)有工藝條件，采用現(xiàn)代計算機軟件處理技術(shù)，提高系統(tǒng)的精度等級和工作的穩(wěn)定性，拓展其功能，并賦予其智能化特征，使報警器不僅能夠及時準確地顯示車輛的當前速度信息，同時盡可能地減少不必要的人工操作，使報警能隨時隨地不間斷進行并保證報警的工作效率。有鑒于此，同時根據(jù)系統(tǒng)的要求，確定系統(tǒng)總設(shè)計方案如圖所示:霍爾傳感器LED數(shù)碼管聲光報警電路MSC-51 單片機按鍵操作機車車輪MAX7219芯片報警燈圖5 車速報警系統(tǒng)總體設(shè)計方案3系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計硬件設(shè)計該系統(tǒng)硬件主要包括以下四大模塊：8051單片機主拄模塊、傳感器模塊、報警模塊和顯示模塊等。其中8051主要完成外圍硬件的控制以及一些運箅功能：傳感器完成信號的采樣功能；報警模塊豐要負責聲音報警和燈光報警；顯示模塊完成字符、數(shù)字的顯示功能。3.1 硬件概述3.1.1 AT89C51單片機 AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。功能強大AT89C51單片機可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。3.1.2 AT89C51主要性能參數(shù)1. 與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容2. 4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器3. 1000次擦寫周期4. 全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz5. 三級加密程序存儲器6. 1288字節(jié)內(nèi)部RAM7. 32個可編程I/O 口線8. 2個16位定時/計數(shù)器9. 6個中斷源10. 可編程串行UART通道11. 低功率空閑和掉電模式3.1.3 AT89C51 功能特性概述AT89C51提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/0 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可將至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。3.1.4 AT89C51 引腳功能說明圖6 AT89C51引腳圖Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉倒高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。Flash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVE DPTR指令）時。P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX RI指令）時，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)總R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其他控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：表3.1 P3口的第二功能表端 口 引 腳 第 二 功 能P3.0 RXD （串行輸入口）P3.1 TXD （串行輸出口）P3.2 （外中斷0）P3,3 （外中斷1）P3.4 T0 （定時/計數(shù)器0）P3.5 T1 （定時/計數(shù)器1）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將單片機復位。ALE/：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器。ALE仍一時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。但要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被激活，此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。：程序存儲允許（）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的信號不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器3放大器的輸出端。3.1.5 時鐘振蕩器 AT89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路如圖7：圖7 振蕩電路外接石英晶體（或陶瓷振蕩器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低，振蕩器工作的穩(wěn)定性，起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，則推薦電容使用30pF10pF，而如使用陶瓷振蕩器建議選擇40pF10F。用戶也可以采用外部時鐘，采用時鐘的電路。在這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分鐘觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。3.1.6 空閑節(jié)電模式 AT89C51有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉點工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON（即電源控制寄存器）中的PD（PCON.1）和IDL（PCON.0）位來實現(xiàn)的。PD是掉電模式，當PD=1時，激活掉電工作模式，單片機模式，即PD和IOL同時為1，則先激活掉電模式。在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許中斷的事件被激活，IDL（PCON.0）被硬件清除，即刻終止空閑工作模式。程序會首先響應(yīng)中斷，進入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨RETI（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機進入空閑模式那條指令后面的一條指令。其二是通過硬件復位也可將空閑工作模式終止。需要注意的是，當有硬件復位來終止空閑工作模式時，CPU通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周期（24個時鐘周期）有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止CPU訪問片內(nèi)RAM，而允許訪問其它端口。為了避免可能對端口產(chǎn)生意外寫入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對端口或外部存儲器的寫入指令。 3.1.7 掉電模式在掉點模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復位，復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM中的內(nèi)容，在VCC恢復到正常電平前，復位應(yīng)無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。3.1.8 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài)表3.2 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài)表模式程序存儲器ALEP0P1P2P3空閑模式內(nèi)部11數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)空閑模式外部11浮空數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)掉電模式內(nèi)部00數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)掉電模式外部00浮空數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)由于89C51采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，能夠進行1 000次寫擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為10年。他是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。因此，在智能化電子設(shè)計與制作過程中經(jīng)常用到AT89C51芯片。時鐘電路由AT89C51的18，19腳的時鐘端(XTALl及XTAL2)以及12 MHz晶振X1、電容C1，C2組成，采用片內(nèi)振蕩方式。復位電路采用簡易的上電復位電路，主要由電阻R17，電容C3組成，分別接至AT89C51的RST復位輸入端。3.2主控模塊本系統(tǒng)采用MCS一51系列的8051單片機作為控制核心。8051抗干擾性好，適用于惡劣環(huán)境的場合。8051 CPU的工作頻率采用12MHZ，方便系統(tǒng)對速度傳感器的計數(shù)脈沖進行快速的處理。805l的輸入，輸出引腳具有32根IO口線?？梢赃B接存儲器、LED顯示器、速度傳感器等各種外部器件。8051具有低功耗和低電壓工作模式的特點，可以利用電池對系統(tǒng)供電。但8051內(nèi)部只有256B的數(shù)據(jù)存儲器，系統(tǒng)可以外接RAM芯片以滿足系統(tǒng)的需求。8051最小應(yīng)用系統(tǒng)如下圖8 8051最小應(yīng)用系統(tǒng)3.3測速傳感器速度傳感器是車輛傳感器中的易損器件所以該系統(tǒng)對測速傳感器進行了改進，使它具有靈敏度高、價格低廉、不易損壞等優(yōu)點。測速傳感器由霍爾開關(guān)、磁鐵組成其工作原理足將霍爾開關(guān)和磁鐵分別安裝在車架、車輪的適當位置，車輛行駛時，在磁鐵的作用下，霍爾開關(guān)產(chǎn)生的開關(guān)信號輸人到單片機的計數(shù)器T1引腳805l的定時器0定時 段時間后。提取Tl中的脈沖個數(shù)就可計算出車輛的行駛的瞬時速度。霍爾傳感器的外形圖和與磁場的作用關(guān)系如下圖所示。磁鋼用來提供霍爾能感應(yīng)的磁場，當霍爾元件以切割磁力線的方式相對磁鋼運動時在霍爾輸出端口就會有電壓輸出，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對使用?；魻杺鞲衅鳈z測轉(zhuǎn)速示意圖如下。在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近。圓盤每轉(zhuǎn)動一圈，霍爾傳感器便輸出一個脈沖。通過單片機測量產(chǎn)生脈沖的頻率，就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速。同樣道理，根據(jù)圓盤(車輪)的轉(zhuǎn)速，再結(jié)合圓盤的周長就可以計算出物體的位移。圖9 霍爾傳感器外形圖 圖10 霍爾傳感器與磁場作用關(guān)系圖3.4報警電路的設(shè)計報警模塊豐要負責聲音報警和燈光報警，報警電路均比較簡單，聲音報警由單片機引腳接上拉電阻，晶體管及揚聲器構(gòu)成，燈光報警由兩個發(fā)光二極管構(gòu)成，電路設(shè)計簡圖分別如下圖圖11 聲音報警電路 圖12 燈光報警電路圖3.5顯示電路的設(shè)計顯示電路由MAX7219芯片完成，MAX7219是一種高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED顯示驅(qū)動器。每片可驅(qū)動8位7段加小數(shù)點的共陰極數(shù)碼管。SEGASEGG（圖中為A到G）為LED七段顯示器段驅(qū)動端，SEGDP為小數(shù)點驅(qū)動端；（SEGASEGG，DP驅(qū)動顯示器7段及小數(shù)點的輸出電流，一般為40 mA左右，可軟件調(diào)整，關(guān)閉狀態(tài)時，接入GND。）DIG7DIG0：8位數(shù)值驅(qū)動線。輸出位選信號，從每個LED公共陰極吸入電流，吸收顯示器共陰極電流的位驅(qū)動線。其最大值可達500 mA，關(guān)閉狀態(tài)時，輸出VCC。MAX7219與LED數(shù)碼管連接如下圖 圖13 MAX7219與LED數(shù)碼管連接電路圖3.6按鍵電路的設(shè)計按鍵電路由四個開關(guān)加上拉電阻構(gòu)成，使用單片機四個引腳，四個開關(guān)分別是速度設(shè)置、速度增加、速度減小以及速度確定，通過對開關(guān)的操作可以對速度上限值進行設(shè)定操作，由于另外有速度增減按鍵，可以方便的根據(jù)駕駛員的實時實地要求進行速度更改以達到報警目的，具有很強的操作靈活性，以滿足人文主義的需求。其簡圖如下：圖14 按鍵電路的連接圖3.7共陰極LED顯示驅(qū)動器 MAX7219芯片MAX7219是一種高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED顯示驅(qū)動器。每片可驅(qū)動8位7段加小數(shù)點的共陰極數(shù)碼管，可以數(shù)片級聯(lián)，而與微處理器的連接只需3根線。MAX7219內(nèi)部設(shè)有掃描電路，除了更新顯示數(shù)據(jù)時從單片機接收數(shù)據(jù)外，平時獨立工作，極大地節(jié)省了MCU有限的運行時間和程序資源。 MAX7219芯片上包括BCD譯碼器、多位掃描電路、段驅(qū)動器、位驅(qū)動器和用于存放每個數(shù)據(jù)位的88靜態(tài)RAM以及數(shù)個工作寄存器。通過指令設(shè)置這些工作寄存器，可以使MAX7219進入不同的工作狀態(tài)。MAX7219的時序圖（DIN CLK LOAD原理）圖15 MAX7219工作時序圖這個圖很簡單反映了DIN，CLK和LOAD的工作時序，就是告訴大家三個端口是怎么合作傳送數(shù)據(jù)的。其中，DIN是串行數(shù)據(jù)輸入端，CLK和LOAD實際上是充當了組織者。針對單片MAX7219介紹一下數(shù)據(jù)傳送的過程：首先，在CLK的下降沿，無效，在CLK的上升沿，第一位二進制數(shù)據(jù)被移入內(nèi)部移位寄存器，然后CLK再出現(xiàn)下降沿，無效，然后CLK再出現(xiàn)上升沿，第二位二進制數(shù)據(jù)被移入內(nèi)部移位寄存器，就這樣工作十六個周期，完成十六個二進制（前八個是地址，后八個是數(shù)據(jù)）的傳送，這當中LOAD一直是低電平，當完成十六個二進制的傳送后。把LOAD置成高電平，產(chǎn)生上升沿，把這16位串行數(shù)據(jù)鎖存到數(shù)據(jù)或控制寄存器中。完成裝載。然后再把LOAD還原為低。重復開始的動作。周而復之4軟件設(shè)計系統(tǒng)程序流程圖如下：開始初始化初始化T0關(guān)中斷按鍵輸入Vm聲光報警結(jié)束顯示計算車速開中斷接收傳感信號VVmYN圖16 系統(tǒng)流程圖軟件分為主程序、數(shù)據(jù)處理子程序、按鍵子程序、中斷服務(wù)子程序、LED數(shù)碼顯示子程序、聲光報警器報警程序等。主程序主要完成硬件初始化、子程序調(diào)用以及顯示、報警等功能。數(shù)據(jù)處理子程序主要完成監(jiān)測車輛速度即主要是計算出車輛的時速，為報警子程序提供參考數(shù)據(jù)；按鍵中斷子程序主要實現(xiàn)合法參數(shù)的輸入；報警子程序主要實現(xiàn)在車輛超速行駛狀態(tài)下發(fā)出報警信號，包括SPEAKER輸出子程序和警報燈的閃爍子程序；顯示子程序設(shè)計采用數(shù)字化顯示用戶設(shè)定的最高時速和車輛實際時速，用MAX7219芯片驅(qū)動LED進行動態(tài)顯示。5 Proteus軟件仿真利用WAVE軟件對源程序進行編譯，編譯成功后，把編譯結(jié)果保存。然后根據(jù)我們的軟件在PROTEUS中設(shè)計出相應(yīng)的硬件電路，并將該電路保存到與WAVE程序相同的文件夾中，最后將程序裝載到單片機中，通過PROTEUS仿真，看程序是否能夠?qū)崿F(xiàn)預想的功能。主要步驟的PROTEUS仿真圖如下。5.1設(shè)定當前速度的仿真圖不同頻率下的當前速度（實際車速）圖17 當前速度仿真圖18 當前速度仿真圖5.2當前速度與設(shè)定速度仿真圖1.當前速度小與設(shè)定速度時的仿真圖圖19 當前速度小于設(shè)定速度仿真圖2.當前速度大于設(shè)定速度時的仿真圖 圖20 當前速度大于設(shè)定速度仿真圖5.3仿真結(jié)果與分析通過PROTEUS仿真，我們的程序能夠?qū)崿F(xiàn)想要所有功能，包括采集當前速度，設(shè)置速度，數(shù)據(jù)記錄，當當前速度超過設(shè)置速度時蜂鳴器就會發(fā)出報警信號，以示讓人注意。在仿真時，應(yīng)注意以下幾個方面的問題： 1）PROTEUS仿真圖和用WAVE軟件生成的HEX文件應(yīng)保存在同一個文件夾里，否則程序不能正確執(zhí)行。2）在運行PROTEUS仿真圖之前，必須先裝載文件，要不然程序也無法正常運行。3）當打開始，由于要從外部采集信息，所以當前速度顯示較慢，要等一會才有數(shù)據(jù)顯示。6總結(jié)基于單片機的車速報警系統(tǒng)利用MSC-51單片機及高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED顯示驅(qū)動器MAX7219實現(xiàn),這里敘述了該系統(tǒng)硬件設(shè)計方面的理論分析、軟件設(shè)計方面的理論分析以及有關(guān)電路設(shè)計的實踐經(jīng)驗。利用MAX7219芯片僅使用單片機三根引腳即可，電路設(shè)計簡單，驅(qū)動共八位7段加小數(shù)點的共陰極數(shù)碼管，每四位分別顯示當前速度和設(shè)定的速度上限，通過四個按鍵可以對速度上限不同要求地進行更改設(shè)置，方便使用。該系統(tǒng)的設(shè)計思想是主動式的，設(shè)計人員從人本主義出發(fā)，考慮的是時刻提醒駕駛員的自我安全意識。在最大限度上避免因為車輛超速造成的交通事故。系統(tǒng)具有硬件簡單、可靠性高、抗干擾性強、實用性好等優(yōu)點，可以廣泛的應(yīng)用在各種機動車輛上減少因為車輛超速而造成的交通事故。通過此次設(shè)計也得到了一定的收獲，在設(shè)計過程當中，使我對所學理論知識有了進一步的鞏固，同時也學會了如何來完成一個系統(tǒng)的設(shè)計。而且結(jié)合各種資料總結(jié)，尤其是對MAX7219芯片的利用及了解增加了不少新知識，設(shè)計出相應(yīng)的報警系統(tǒng)。同時通過Proteus仿真驗證了設(shè)計的正確性，另外由于條件限制有些需要實驗證明的結(jié)論沒有進行實驗證明,都是根據(jù)理論和前輩經(jīng)得出結(jié)論。因而在今后的學習工作中還需繼續(xù)研究，勤于實踐。參考文獻1 余發(fā)山單片機原理及應(yīng)用技術(shù)【M】徐州：中國礦業(yè)大學出版社，20052 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分【M】北京：高等教育出版社, 20003 何立民. 單片機應(yīng)用技術(shù)選編【M】.北京：北京航空航天大學出版社, 19974 張毅剛，彭喜元，孟升衛(wèi)等MCS-51單片機實用子程序設(shè)計（第二版）【M】哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，20035 胡漢才單片機原理及接口技術(shù)（第2版）【M】北京：清華大學出版社，2004 6 肖建敏,倪瑞武汽車事故記錄儀【J】上海：上海大學學報,1995(1)467_4727 余志生汽車理論【I】北京：機械工業(yè)出版社，1999年5月第二版8 周旭艷_彭寅戈8243在交通控制中的應(yīng)用【M】井岡山學院學報，第26卷第一期9 周旭艷_彭宣戈.8051在車輛超速報警系統(tǒng)中的應(yīng)用【M】.井岡山學院學報：綜合版-2006年02M期10 魏勛.單片機車速數(shù)顯及報警系統(tǒng)設(shè)刮【M】.電子制作, 2007年12期致 謝本學位論文是在我的導師李雅莉老師的親切關(guān)懷和悉心指導下完成的。她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。本論文的所有研究工作從論文的選題、實現(xiàn)條件到論文的寫作等階段都是在李老師的悉心指導下完成的。李老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的學術(shù)知識、誨人不倦的敬業(yè)精神以及寬容的待人風范使作者獲益頗多。謹向李老師致以最衷心的感謝。 在此，我還要感謝在一起愉快的度過大學生活的各位同門，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們! 附錄1：源程序代碼# ifndef Max7219_H_# define Max7219_H_#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define DECODE_MODE 0x09 /譯碼方式#define INTENSITY 0x0A #define SCAN_LIMIT 0x0B #define SHUT_DOWN 0x0C #define DISPLAY_TEST 0x0D #define delay1us _nop_();#define delay2us delay1us;delay1us;#define delay4us delay2us;delay2us;#define delay5us delay4us;delay1us;#define delay12us delay4us;delay4us;delay4us;sbit din=P20;sbit load=P21;sbit clk=P22;void Max7219_Wr_byte(uchar wrdat);void Max7219_Wr_data(uchar addr,uchar dat);void Init_Max7219(void);void Disp_speed(uint speed);void Disp_set_speed(uint set_speed);/initialization MAX7219void Max7219_Init(void)Max7219_Wr_data(SHUT_DOWN, 0x01); Max7219_Wr_data(DISPLAY_TEST, 0x00); Max7219_Wr_data(DECODE_MODE, 0xff); Max7219_Wr_data(SCAN_LIMIT, 0x07); Max7219_Wr_data(INTENSITY, 0x0a);void Max7219_Wr_byte(uchar wrdat)bit dat;uchar i;for (i=0;i8;i+) clk=0;dat=(bit)(wrdat&0x80);if(dat)din=1;elsedin=0;wrdat=1;clk=1; void Max7219_Wr_data(uchar addr,uchar dat)load=0;Max7219_Wr_byte(addr);Max7219_Wr_byte(dat);load=1;void Disp_speed(uint speed)uchar speed_buf4;uchar 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