超速报警器设计思路

第2章系统原理2.1超速报警器设计思路2.1.1设计要求本论文设计的51单片机超速报警系统是具有数字显示功能的，可以显示车子的实际速度，只要车子的实际速度大于公路限定的速度是，汽车上的报警器就会利用蜂鸣器报警，从而提醒驾驶员减速慢行。在设计电路时，我们应该考虑下面几点要求：1.在设计电路时，我们要遵守从整体到部分，把一个复杂的设计转变为几个简单的问题，这样可以方便解决。2.设计电路时只要把最基本的性能做出来就行，不要太过复杂。这样做一是为了考虑每个人的接受能力不同，二是越复杂的电路元件用的就越多，元器件一多性价比就不高了。3.还要保证设计电路的寿命和故障发生一次的频率。4.在设计电路时，电路界面上的按键一定要精辟，因为按键多了人们就会搞不清楚，每个人的知识水平还是存在差距的。下面有两种方案：第一种方案：方案一是具有输入/输出接口、RAM8155的芯片和具有速度变更能力的键盘电路，8155芯片有256个字节的数据存储器，2个八位，1个一位输入/输出口和一个14位计数器。系统的硬件电路简图如图2.1所示。图2.1系统硬件电路简图在图2.1系统硬件电路简图中，键盘键入是用来设置报警的速度，当实际车速大于最大速度是，声光报警电路就会报警，霍尔传感器是用来产生方波的。霍尔传感器的输出接口接51单片机的外部中断，轮子每转一圈就会产生一次INT中断请求，51单片机就会对这个零中断请求的次数进行累计，并且将一秒内的累计值转化成汽车的速度，送到显示区从而提供数据给显示程序。计算的公式是V=d×60n×3.6km/h。其中，51单片机的累计值是n，汽车的车轮周长是d.在硬件电路图中，传感器的输出时由AT89C51的INTO口的输入保存在内部数据存储区中，8155芯片是AT89C51的外部扩展芯片，它的PB口是接发光数码管的，PA4-PA0是发光数码管的键盘竖线，PC0和PC1是键盘的横线，这样就组成了10个键盘的按键。P2.6口在AT89C51中是用来接三极管放大器的从而驱动常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文1报警电路，P2.6口会一直输出101010101010这样重复的高低电平信号,控制报警电路报警。报警电路只要输出256HZ和350HZ的声音每个0.73S时,就可以发出报警声从而提醒司机。汽车上的最大速度是用键盘存储起来的。51单片机检测传感器发出的信息，然后算出汽车的实际速度再送给LED显示器，当实际速度大于最大速度时，报警电路就会报警，报警电路的硬件电路如图2.2所示。图2.2硬件电路图方案二：利用串行I/0的共阴极发光数码管显示器MAX7219和按键电路实现。MAX7219是用来显示实际速度和设定速度的，当实际速度大于最大速度是，报警电路就会发出报警声，按键电路时用来设定报警的最大速度的。系统的硬件电路简图和硬件电路图如图2.3和2.4所示。图2.3硬件电路图C430MHZR1122R105.1KR1210KR7100R1100R3100R2100R4100R8100R6100R5100C130pFC230pFR95.1KC30.1uFGNDGND+5V+5VAD012PA021AD113PA122AD214PA223AD315PA324AD416PA425AD517PA526AD618PA627AD719PA728PB029CE8PB130RD9PB231WR10PB332IO/M7PB433ALE11PB534PB635PB736TMROUT6PC037PC138TMRIN3PC239PC31PC42RESET4PC55U28155HEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U180511212A1211A1210A1213A129A121A342AB123A124A125A126A127A128AS5S3S4S2S1SPEAKERSPEAKERPNPPNPS6S7S8S9S10LEDLED1LED2LED3LED4B1B2B3B4B5B1B2B3B4B5A1A2A3A4A5A6A7A8A1A2A3A4A5A6A7A88051单片机8155+5传感输入常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文2图2.4系统硬件电路图2.1.2方案的比较及确定对于方案一和方案二，方案一是采用的8155芯片，8155芯片的接线管脚很多，但是键盘电路比较复杂，而且只能显示实际速度，总体电路较为复杂；方案二电路采用的是MAX7219芯片，它是一个串行I/O的共阴极发光晶体管显示器，可以显示八位七段带有小数点的共阴极数码管，可以连在一起，连接只需3根线，而且速度的设定可以用多个按钮操作，并且可以实现最大速度的变更，所以硬件电路简单，操作方便。对于本论文设计的汽车速度报警电路而言，设计的基础就是采用现代的工艺，经过计算机的处理科技，提高设计的精确度和稳定性，再扩展其性能，是报警器不仅可以精确的显示实际速度而且还要是操作简单化。对于此，设计的方案如图2.5所示。图2.5设计方案图常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文32.2超速报警器的总原理图超速报警电路是将汽车传感器的实际车速送到传感器电路中，从而得到一个与汽车速度频率一样的信号，并把结果送到单片机中计数。得出的数值与51单片机内部值相比较，如果比键盘输入的上限值还要大则显示汽车超速行驶，紧接着报警电路就会通过蜂鸣器进行报警。该系统由电源电路、时钟电路、复位电路、速度显示电路、按键电路、键盘（设定报警车速值）、报警电路、霍尔传感器连接电路和控制单片机组成。总原理图如图2.6所示。图2.6总原理图2.3超速报警器的优点1、只要车主超速时超速电路就会报警，从而提醒车主保证车主的人身安全。2、超速报警器是将传感器产生的车速信号与单片机相比较。如果超过了标注值则可判断汽车超速，蜂鸣器报警提示。3、超速报警器的设计将电源电路、时钟电路、复位电路、速度显示电路、按键电路、报警电路、霍尔传感器连接电路等电路组合起来组成超速报警器。电源电路时钟电路复位电路报警电路按键电路霍尔传感器连接电路显示电路单片机常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文4第3章超速报警器硬件设计3.1硬件概述3.1.1单片机的基本组成1.内部程序存储器（ROM）ROM只是一个通称，实际上程序存储器通常分ROM、EEPEOM和FLASHROM即是用来存放程序所对应的二进制代码的地方，因此称为程序存储器。一旦程序固化到程序存储器后是只读部写的，因此程序存储器为READ-ONLYMEMORY.2.中央处理器（CPU）程序被固化到单片机后，系统上电，如果提供给单片机的电源系统、复位信号、时钟信号均满足要求，则单片机内最核心的部件CPU开始工作。工作的基本过程：中央处理器的控制器从ROM中将代码取出并分析该代码，根据代码对应的指令执行。如果从ROM中取出“C2H90H”，则CPU分析后就会向P1.0输出低电平。执行完一条指令紧接着取下一个代码，如此一条一条下去。3.内部数据存储器（内部RAM）51单片机的芯片8155中有256个ROM，但后面128个被专用寄存器强占了，给用户使用的只有前面128个单元。3.1.2AT89C51引脚图引脚图如图3.1所示。图3.1引脚图VCC：供电电压。GND：接地。P0口：电路中包含1个数据输出存储器、2个三态数据输入缓冲器、1个数据输出的驱动电路和1个输出控制电路。当对P0口进行写操作是，由锁存器和驱动电路构成数据输出通路。由于通路中已有输出锁存器，因此数据输出时可以与外设直接连接，而不需要再加数据锁存电路。考虑到P0口既可以作为通用I/O口进行数据的输入输出，也可以作为单片机系统的地址/数据线使用。为此在P0口的电路中有一个多路转接电路MUX。在控制信号的作用下，多路转接电路可以分为接通锁存器输出或地址/数据线。当做通用的I/O口使用时，内部控制信号发出低电平，封锁与门将输出驱动电路的T1FET截止，同时使多路转接电路MUX接通锁存器的输出通路。常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文5当P0口作为输出口使用时，内部的写脉冲加在D触发器的CP端，数据写入存储器，并向端口引脚输出。而当P0口作为输入口使用时，数据信号则直接从引脚通过输入三态缓冲器进入内部总线。P1口：因为P1口通常是I/0口使用的，所以在电路结构上与P0口有一些不同之处。首先它再也不需要多路转接电路MUX；其次是电路的内部有上拉电阻，与场效应管共同组成输出驱动电路。因此P1口作为输出口使用时，无须再外接上拉电阻。当P1口作为输入口使用时，同样也需要先向其锁存器写“1”，使输出驱动电路的FET截止。P2口：P2口电路中比P1口多了一个多路转接电路MUX，这正好与P0口一样。P2口可以作为通用I/O口使用。这时多路转接开关接向锁存器Q端。但通常情况下，P2口也可以作为系统扩展的高8位地址线使用，此时多路转接开头应接到“地址”方向。P3口：P3口的特点是在于为适应引脚信号第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑。由于第二功能信号有输入和输出两类，因此分两种情况说明。对于第二功能为输出的信号引脚，当作为I/O使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出端数据输出通路的畅通。当输出第二功能信号时，该位的锁存器应置“1”，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出。对于第二功能为输入的信号引脚，在口线的输入通路上增加了一个缓冲器，输入的第二功能信号就从这个缓冲器的输出端取得。而作为I/O使用的数据输入，仍取自三态缓冲器的输出端。不管是作为输入口还是第二功能信号输入，输出电路中的锁存器输出和第二功能输出信号线都应该保持高电平。表3.1P3口第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.20INT（外中断0）P3.31INT（外中断1）P3.4T0（定时/计数器0）P3.5T1（定时/计数器1）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）3.1.3AT89C51单片机AT89C51是由美国的一家公司发明的，它是一个高性能、低电压的八位单片机，芯片内有4K字节的只读程序存储器PEOM和128字节的随机数据存储器ROM，AT89C51采用了美国公司高科技的生产技术，可以兼容51单片机的指令系统，芯片是用八位CPU和FLASH存储单元。AT89C51单片机可以运用在许多高性价比的场合，还可以灵活运用。3.1.4AT89C51主要性能参数1.可以和51单片机指令系统完全兼容；2.4K字节可以通过FLASH存储器任意改写；3.频率范围为0Hz---24MHz；4.程序存储器可以加密；常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文65.内部存储器有128*8个字节；6.输入输出接口有32个；7.2个十六位计数/定时器；8.中断源有六个；9.具有掉电和低功率模式。3.1.5AT89C51功能特性概述AT89C51芯片具有以下几种功能：4K字节可以通过FLASH存储器任意改写，内部存储器有128*8个字节，输入输出接口有32个，2个十六位计数/定时器，1个全双工串行通信口。即使空闲方式终止中央处理器工作，内部存储器、定时器、计数器还可以工作。掉电模式会自动保存内部存储器的功能，但是振荡器不工作直到下一个硬件复位。3.1.6空闲节电模式AT89C51有空闲模式和掉电模式两种省电模式。这两种模式是控制电源控制寄存器PCON中的PCON.1HEPCON.0两个位来实现的。掉电模式是PD，当PD=1时，将会把掉电模式和单片机模式同时激活，当PD和IOL同时为1，先激活掉电模式。在空闲模式中