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智能速度里程表設(shè)計(jì)
摘要：給出了以AT89C2051為核心，利用單片機(jī)的運(yùn)算和控制功能，并采用串口液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示所測(cè)速度和里程的速度里程表設(shè)計(jì)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(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上保證測(cè)量精度和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。１ 系統(tǒng)概述
１．１ 系統(tǒng)組成
本速度里程表由信號(hào)預(yù)處理電路、ＡＴ８９Ｃ２０５１單片機(jī)、串口液晶顯示電路、串口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和系統(tǒng)軟件組成。其中信號(hào)預(yù)處理電路包含信號(hào)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(hào)預(yù)處理電路中的放大器用于對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大，以降低對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求；波形變換和波形整形電路則用來(lái)將放大的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可與單片機(jī)接口的ＴＴＬ信號(hào)；通過單片機(jī)的設(shè)置可使ＩＮＴ０引腳能夠?qū)?nèi)部定時(shí)器Ｔ０的工作進(jìn)行控制，這樣能精確地測(cè)出加到ＩＮＴ０引腳的正脈沖寬度（即測(cè)出脈沖信號(hào)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(lái)存儲(chǔ)，因而節(jié)省了所需單片機(jī)的口線和外圍器件，同時(shí)也簡(jiǎn)化了顯示部分的軟件編程。
系統(tǒng)軟件包括單片機(jī)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(cè)量模塊、速度里程計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、速度和里程顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shí)時(shí)中斷服務(wù)模塊等。
１．２ 系統(tǒng)工作原理
該設(shè)計(jì)能實(shí)時(shí)地將所測(cè)的速度顯示出來(lái)，同時(shí)也能夠累計(jì)顯示總里程數(shù)。該速度里程表能將傳感器輸入到單片機(jī)的脈沖信號(hào)的寬度（傳感器將車速轉(zhuǎn)變成相應(yīng)寬度的脈沖信號(hào)）實(shí)時(shí)地測(cè)量出來(lái)，然后通過單片機(jī)計(jì)算出速度和里程，再將所得的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到串口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并由串口液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示出所測(cè)速度。本設(shè)計(jì)用兩個(gè)按鍵來(lái)控制顯示速度或里程。考慮到信號(hào)的衰減、干擾等影響，在信號(hào)送入單片機(jī)前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行放大整形，然后再輸入到單片機(jī)進(jìn)行測(cè)速。單片機(jī)利用定時(shí)器Ｔ０的控制功能測(cè)出輸入信號(hào)的周期后，再利用單片機(jī)的算術(shù)運(yùn)算功能將周期轉(zhuǎn)換成速度，同時(shí)每秒鐘進(jìn)行一次里程累計(jì)，從而計(jì)算出總里程。最后將得出的速度、里程值存儲(chǔ)在Ｅ２ＰＲＯＭ中，并根據(jù)兩個(gè)按鍵的選擇情況來(lái)顯示速度或里程。為了方便計(jì)算要顯示數(shù)據(jù)值的段碼，可再將其轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(cè)的速度或里程。
設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮測(cè)速精度和系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間。本設(shè)計(jì)用測(cè)量脈沖頻率來(lái)計(jì)算速度，因而具有較高的測(cè)速精度。為了保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)的速度轉(zhuǎn)換模塊和顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)ＢＣＤ碼模塊都采用快速算法。另外，還應(yīng)盡量保證其它子模塊在編程時(shí)的通用性和高效性。本設(shè)計(jì)的速度和里程值采用８位顯示，并包含兩個(gè)小數(shù)位。
２ 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
２．１ 信號(hào)預(yù)處理電路
系統(tǒng)的信號(hào)預(yù)處理電路如圖２所示。
它由二級(jí)電路構(gòu)成，第一級(jí)是由開關(guān)三極管組成的零偏置放大器，采用開關(guān)三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應(yīng)。當(dāng)輸入信號(hào)為零或負(fù)電壓時(shí)，三極管截止，電路輸出高電平；而當(dāng)輸入信號(hào)為正電壓時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)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(cè)量任意方波信號(hào)的頻率，也可以測(cè)量正弦波信號(hào)的頻率。由于放大器的放大功能降低了對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求，因此，系統(tǒng)能對(duì)任意大于０．５Ｖ的正弦波和脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。預(yù)處理電路的第二級(jí)采用帶施密特觸發(fā)器的反相器ＣＴ７４ＬＳ１４來(lái)把放大器生成的單相脈沖轉(zhuǎn)換成與ＣＯＭＳ電平相兼容的方波信號(hào)?同時(shí)將輸出信號(hào)加到單片機(jī)的Ｐ３．２口上。
２．２ 單片機(jī)的選擇
速度里程測(cè)量電路選用ＡＴ８９Ｃ２０５１作為頻率計(jì)的信號(hào)處理核心。ＡＴ８９Ｃ２０５１包含２ｋＢ閃存、１２８Ｂ的ＲＡＭ、１５根Ｉ／Ｏ口線、２個(gè)１６位定時(shí)計(jì)數(shù)器、５個(gè)向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu)和１個(gè)全雙工的串行口，同時(shí)還具有加密陣列的二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖功能。設(shè)計(jì)中用到了ＡＴ８９Ｃ２０５１的Ｔ０、Ｔ１ 定時(shí)器和ＩＮＴ０引腳，以及Ｐ１端口的６個(gè)口線。由于該單片機(jī)與８９Ｃ５１相兼容，因此在硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程方面更加方便�？紤]到ＡＴ８９Ｃ２０５１本身固有的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：首先，它的程序存儲(chǔ)器空間為２ｋＢ，因此所有的跳轉(zhuǎn)和分支轉(zhuǎn)移指令都要限制在這個(gè)范圍內(nèi)。其次，它沒有ＭＯＶＸ指令，也就是說，它不支持外部存儲(chǔ)器操作，這一點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮到。此外，ＡＴ８９Ｃ２０５１自身還有一些其它特點(diǎn)，譬如可以使用命令使其工作在低功耗模式等。單片機(jī)利用Ｔ０定時(shí)器和ＩＮＴ０引腳來(lái)測(cè)量輸入方波信號(hào)的周期，而使用外部中斷０來(lái)控制定時(shí)器Ｔ０是否開始定時(shí)。當(dāng)定時(shí)器Ｔ０的運(yùn)行控制位復(fù)位時(shí)，不管Ｐ３．２引腳是何值，定時(shí)器都不工作。只有當(dāng)定時(shí)器Ｔ０的運(yùn)行控制位置位后，才能根據(jù)Ｐ３．２引腳狀態(tài)來(lái)決定定時(shí)器是否工作。當(dāng)Ｐ３．２引腳出現(xiàn)高電平時(shí)，定時(shí)器Ｔ０開始定時(shí)；而在其出現(xiàn)低電平時(shí)，定時(shí)器Ｔ０停止工作，并將測(cè)量信號(hào)的周期保存在定時(shí)器的１６位寄存器中。系統(tǒng)初始化時(shí)，可通過設(shè)置使Ｔ０ 和Ｔ１定時(shí)器工作在模式１方式。Ｔ１定時(shí)器主要用于形成１秒鐘定時(shí)信號(hào)，用以為測(cè)量里程提供時(shí)間條件。
２．３ 液晶顯示電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路
本設(shè)計(jì)的顯示部分采用液晶顯示模塊ＬＣＭ０８２５?該模塊與單片機(jī)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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