基于-MCS-51单片机里程表设计实现.doc
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1、- -前言汽车是现代生活中不可或缺的一种重要交通工具,传统的指针式的里程表伴随着汽车的诞生就一直为人们承受,不过,新生事物不会因传统的存在而停顿它前进的步伐,数码科技在今天已渗透到工业,农业,民用等产品的点点滴滴。新概念的车速里程表最直观的变化就是用大屏幕的液晶取代指针式表盘,直接用数字显示时速,里程,以及其他一些诸如油耗、时钟、环境温度等参数。直观的呈现给使用者。由于单片机体积小,可以把它做到产品的部,取代老式机械零件,缩小产品体积,增强功能,实现智能化。因此广泛的被用在智能产品中。Intel公司的MCS-51系列单片机在近年来广泛流行。本文即介绍一种基于MCS-51单片机的里程表的设计与实
2、现。本文先对里程表设计中所需设备作了详细介绍,对设计中存在的问题进展了说明;对硬件和软件局部的设计和实现作了认真的分析;给出了系统的建模过程及相应的系统模型,在Lab2000p仿真实验系统上进展了仿真,并对仿真结果进展了分析。一系统概述本系统由信号采集处理模块、单片机8031、系统化LCD显示模块、系统软件组成。其号采集处理模块以霍尔传感器为核心器件,将不同的转速信号转换成相应的脉冲信号,并送到单片机的T1引脚;对单片机进展设置,使部的定时器/计数器timer0工作在定时状态,timer1工作在计数状态,利用部定时器T0对脉冲输入引脚T1进展控制,这样就能准确地检测到设定时间加到T1引脚的脉冲
3、数,一个脉冲即代表着车子前进一个轮长,对脉冲数进展处理就可得到里程和速度的数据;将数据送到LCD显示模块进展显示。该系统原理框图如图1所示。系统软件包括单片机和液晶模块的初始化模块、液晶模块的写数据命令子模块、频率测量模块、速度里程计算模块、速度和里程显示数据LCD字库显示模块等。脉冲信号单片机LCD 图1 系统原理框图二 根本原理与设计方案一元器件简介 1 霍尔传感器简介霍耳效应:1879年E.H. 霍尔发现,如果对位于磁场(B)中的导体(d)施加一个电压(v),该磁场的方向垂直于所施加电压的方向,那么那么在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压(UH),人们将这个电压叫
4、做霍尔电压,产生这种现象被称为霍尔效应。霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子电子或空穴被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的积累,从而形成附加的横向电场。 通有电流 I 的金属或半导体板置于磁感强度为 B 的均匀磁场中,磁场的方向和电流方向垂直,在金属板的第三对外表间就显示出横向电势差 U H 的现象称为霍耳效应。U H 就称为霍耳电势差。 实验测定,霍耳电势差的大小,和电流 I 及磁感强度B成正比,而与板的厚度d 成反比。即霍耳电势差 UH = RHIB/d,霍尔转速传感器:霍尔转速传感器的外形图和与磁场的作用关系
5、如2图所示。磁场由磁钢提供,所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。霍尔传感器检测转速示意图如图3。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢,霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈,霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出圆盘的转速。霍尔电流传感器本身已经存在滤波电路,输出无须再加装滤波,可直接供单片机的05V的 AD采集或直接送到单片机的中断输入引脚,信号非常稳定,而且抗干扰能力很强。霍尔电流传感器反响速度一般在7微妙,不用考虑单片机循环判断的时间.假设在圆盘上贴上多块磁钢,那么圆盘每转一圈,输出的脉冲信号将相应增加,单位时间测到的脉冲数将增多,测出的转速也将更加精细。本设计
6、建模时采用一个圆盘上贴一个磁钢进展模拟。实际制作中可以贴上多块磁钢,即可以克制因车轮转速太慢而在设定时间测不到脉冲的问题。 图2 霍尔转速传感器的外形图图3 霍尔传感器检测转速示意图2 AT89C51芯片简介AT89C51是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器RAM,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片置通用8位中央处理器和Flash存储单元,置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。AT89C51是一个低功耗高性能单片机
7、,40个引脚,32个外部双向输入/输出I/O端口,同时含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,AT89C51可以按照常规方法进展编程,也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发本钱。AT89C51具有如下功能特性: 1兼容MCS51指令系统;232个双向I/O口;3两个16位可编程定时/计数器;41个串行中断;5两个外部中断源;64k可反复擦写(1000次Flash ROM;7128x8bit部RAM;86个中断源;9低功耗空闲和掉电模式;(10)软件设置睡眠和唤醒功能。3 液晶显示模块SED15
8、20芯片介绍本设计仿真实验系统采用的液晶显示屏置控制器为SED1520,点阵为122x32,需要两片SED1520组成,由E1、E2分别选通,以控制显示屏的左右两半屏。图形液晶显示模块有两种连接方式。一种为直接方式,一种为间接控制方式。本设计采用直接控制方式。直接控制方式就是将液晶显示模块的接口作为存储器或IO 设备直接挂在计算机总线上。计算机通过地址译码控制E1和E2的选通;读写操作信号RW由地址线A1控制;命令/数据存放器选择信号AO 由地址线A0控制。实际电路如图4所示。地址映射如下地址中的X由LCD CS决定,可参见地址译码局部说明0X000H0X001H0X002H0X003H0X0
9、04H0X005H0X006H0X007H写E1指令写E1数据读E1状态读E1数据写E2指令写E2数据读E2状态读E2数据 图4 液晶屏显示控制电路SED1520芯片介绍SED1520液晶显示驱动器是一种点阵图形式液晶显示驱动器,它可直接与8位微处理器相连,集行、列驱动器于一体,因此使用起来十分方便,作为藏式控制器被广泛应用于点阵数较少的液晶显示模块。1SED1520的特性置显示RAM区RAM容量为256032行80列位。RAM中的1位数据控制液晶屏上一个点的亮灭状态:“1”表示亮, “0”表示暗。具有16个行驱动口和16个列驱动口,并可级联两个SED1520实现32行驱动。可直接与80系列微
10、处理器相连,亦可直接与68系列微处理器相连。驱动占空比为116或132。可以与SED1520配合使用,以便扩展列驱动口数目。2SED1520指令与显示RAM构造SED1520指令系统比拟简单,共13条,除读状态指令、读显示RAM数据指令外,其他指令均为写操作,并且读写指令均为单字节指令。在送出每条指令时,必须进展控制器状态检测,状态字节的含义如下:D7:1/0,模块忙/准备就绪;D5:1/0,模块显示关/开;D4:1/0,模块复位/正常;D3-D0:未用在指令使用中,关键要分清显示行、列设置和显示页面设置的关系。单片SED1520可驱动6116液晶屏,其部显示RAM相对于0每8行为一个显示页面
11、。本设计所用的字符液晶模块由两块SED1520级联驱动,其中一个工作在主工作方式下,另一个工作在从方式下,主工作方式SED1520负责上半屏16行的驱动和左半屏的61列驱动,从工作方式的SED1520那么负责下半屏16行的驱动和右半屏的61列驱动,使能信号E1、E2用来区分具体控制的是那一片SED1520。这样两片SED1520级联可驱动12232图形点阵液晶显示屏,可完成图形显示,也可显示七个半1616点阵汉字。3指令系统SED1520液晶显示驱动器共有13种显示指令。本文用到的局部指令见下表表1 局部传送指令表指 令代 码功 能R/WD/ID7D6D5D4D3D2D1D0显示开/关指令00
12、10101111/0全部显示开关,0:关 1:开显示开场行00110开场行031显示RAM中数据的起始行页地址设置0010111003设置显示页地址 X address列地址设置000列地址0121设置显示列地址 Y address写显示数据01写入的数据写显示数据到RAM静态驱动0010100100/11:静态驱动,0:动态驱动刷新率设置0010101000/11:1/32,0:1/16完毕0011101111释放读写复位0011100011设置为初始状态二设计方法1 51单片机定时器/计数器的根本构造及工作原理MCS-51单片机部设有两个16位的可编程定时器/计数器。可编程的意思是指其功能
13、如工作方式、定时时间、启动方式等均可由指令来确定和改变。在定时器/计数器中除了有两个16位的计数器之外,还有两个特殊功能存放器控制存放器和方式存放器。(1) 定时器/计数器的构造如下。从上面定时器/计数器的构造图中我们可以看出,16位的定时/计数器分别由两个8位专用存放器组成,即:T0由TH0和TL0构成;T1由TH1和TL1构成。其地址依次为8AH-8DH。每个存放器均可单独。这些存放器是用于存放定时或计数初值的。此外,其部还有一个8位的定时器方式存放器TMOD和一个8位的定时控制存放器TCON。这些存放器之间是通过部总线和控制逻辑电路连接起来的。TMOD主要是用于选定定时器的工作方式;TC
14、ON主要是用于控制定时器的启动停顿,此外TCON还可以保存T0、T1的溢出和中断标志。当定时器工作在计数方式时,外部事件通过引脚T0P3.4和T1P3.5输入。2定时计数器的原理16位的定时器/计数器实质上就是一个加1计数器,其控制电路受软件控制、切换。当定时器/计数器为定时工作方式时,计数器的加1信号由振荡器的12分频信号产生,即每过一个机器周期,计数器加1,直至计满溢出为止。显然,定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。因一个机器周期等于12个振荡周期,所以计数频率 fcount=1/12osc。如果晶振为12MHz,那么计数周期为: T=1/12106Hz1/12=1s 。这是最短的定时周
15、期。假设要延长定时时间,那么需要改变定时器的初值,并要适中选择定时器的长度如8位、13位、16位等。当定时器/计数器为计数工作方式时,通过引脚T0和T1对外部信号计数,外部脉冲的下降沿将触发计数。计数器在每个机器周期的S5P2期间采样引脚输入电平。假设一个机器周期采样值为1,下一个机器周期采样值为0,那么计数器加1。此后的机器周期S3P1期间,新的计数值装入计数器。所以检测一个由1至0的跳变需要两个机器周期,故外部事件的最高计数频率为振荡频率的1/24。例如,如果选用12MHz晶振,那么最高计数频率为0.5MHz。虽然对外部输入信号的占空比无特殊要求,但为了确保某给定电平在变化前至少被采样一次
16、,外部计数脉冲的高电平与低电平保持时间均需在一个机器周期以上。 当CPU用软件给定时器设置了某种工作方式之后,定时器就会按设定的工作方式独立运行,不再占用CPU的操作时间,除非定时器计满溢出,才可能中断CPU 当前操作。CPU也可以重新设置定时器工作方式,以改变定时器的操作。由此可见,定时器是单片机中效率高而且工作灵活的部件。3控制存放器 定时器计数器T0和T1有2个控制存放器TMOD和TCON,它们分别用来设置各个定时器计数器的工作方式,选择定时或计数功能,控制启动运行,以及作为运行状态的标志等。其中,TCON存放器中另有4位用于中断系统。定时器/计数器方式存放器TMOD定时器方式控制存放器
17、TMOD在特殊功能存放器中,字节地址为89H,无位地址。TMOD的格式如下列图所示。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0GATECTM1M0GATECTM1M0控制定时器T1控制定时器T0GATE:门控位。GATE=0时,定时器由软件控制位TR0或TR1来控制启停。TRi位为1时,定时器启动开场工作;为0时定时器停顿工作。GATE=1时,定时器的启动停顿由外部中断引脚和TRi位共同控制。只有当外部中断引脚INT0或INT1为高时,TR0或TR1置1才能启动定时器工作。CT:功能选择位。当CT=0时设置为定时器工作模式;当CT=1时设置为计数器工作模式。M1、M0:工作方式选择位。定
18、时器计数器有4种工作方式,由M0、M1来定义:M0M1操作方式功能说明00方式013位定时器计数器,TLi只用低5位01方式116位定时器计数器10方式2自动重装初值的8位定时器计数器,THi的值在保持不变,TLi溢出时,THi的值自动装入TLi中。11方式3仅适用于T0,T0分成2个独立的8位计数器;T1停顿计数。定时器/计数器方式控制存放器TMOD不能进展位寻址,只能用字节传送指令设置定时器工作方式,低半字节定义为定时器0,高半字节定义为定时器1。复时,TMOD所有位均为0。 定时器/计数器控制存放器TCONTCON在特殊功能存放器中,字节地址为88H,位地址(由低位到高位)为88H一8F
19、H,由于有位地址,十分便于进展位操作。 TCON的作用是控制定时器的启、停,标志定时器溢出和中断情况。 TCON的格式如下列图所示。其中,TFl,TRl,TF0和TR0位用于定时器计数器;IEl,ITl,IE0和IT0位用于中断系统。 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH8AH 89H 88H (位地址)TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0各位定义如下: TF1和TF0: 分别为定时器1和定时器0溢出标志。当计数器计满产生溢出时,由硬件自动置“1”,并可申请中断。进入中断效劳程序后,由硬件自动清零。TR1和TR0: 定时器1和定时器0启动控制位。IE1和IE0: 外部中断引脚IN
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- 基于 MCS 51 单片机 里程表 设计 实现
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