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智能速度里程表設計
摘要：給出了以AT89C2051為核心，利用單片機的運算和控制功能，并采用串口液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示所測速度和里程的速度里程表設計方案。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，因而可在節約系統資源和簡(jiǎn)化程序設計的基礎上保證測量精度和系統實(shí)時(shí)性。１ 系統概述
１．１ 系統組成
本速度里程表由信號預處理電路、ＡＴ８９Ｃ２０５１單片機、串口液晶顯示電路、串口數據存儲電路和系統軟件組成。其中信號預處理電路包含信號放大、波形變換和波形整形。系統硬件框圖如圖１所示。信號預處理電路中的放大器用于對待測信號進(jìn)行放大，以降低對待測信號的幅度要求；波形變換和波形整形電路則用來(lái)將放大的信號轉換成可與單片機接口的ＴＴＬ信號；通過(guò)單片機的設置可使ＩＮＴ０引腳能夠對內部定時(shí)器Ｔ０的工作進(jìn)行控制，這樣能精確地測出加到ＩＮＴ０引腳的正脈沖寬度（即測出脈沖信號的周期）；速度顯示部分采用串口液晶顯示模塊，所得的數據采用Ｉ２Ｃ總線(xiàn)?并通過(guò)Ｅ２ＰＲＯＭ來(lái)存儲，因而節省了所需單片機的口線(xiàn)和外圍器件，同時(shí)也簡(jiǎn)化了顯示部分的軟件編程。
系統軟件包括單片機和液晶模塊的初始化模塊、液晶模塊的寫(xiě)數據／命令子模塊、周期測量模塊、速度里程計算模塊、數據存儲模塊、速度和里程顯示數據轉ＢＣＤ碼模塊、顯示數據消多余零模塊、數據顯示模塊以及實(shí)時(shí)中斷服務(wù)模塊等。
１．２ 系統工作原理
該設計能實(shí)時(shí)地將所測的速度顯示出來(lái)，同時(shí)也能夠累計顯示總里程數。該速度里程表能將傳感器輸入到單片機的脈沖信號的寬度（傳感器將車(chē)速轉變成相應寬度的脈沖信號）實(shí)時(shí)地測量出來(lái)，然后通過(guò)單片機計算出速度和里程，再將所得的數據存儲到串口數據存儲器，并由串口液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示出所測速度。本設計用兩個(gè)按鍵來(lái)控制顯示速度或里程�？紤]到信號的衰減、干擾等影響，在信號送入單片機前應對其進(jìn)行放大整形，然后再輸入到單片機進(jìn)行測速。單片機利用定時(shí)器Ｔ０的控制功能測出輸入信號的周期后，再利用單片機的算術(shù)運算功能將周期轉換成速度，同時(shí)每秒鐘進(jìn)行一次里程累計，從而計算出總里程。最后將得出的速度、里程值存儲在Ｅ２ＰＲＯＭ中，并根據兩個(gè)按鍵的選擇情況來(lái)顯示速度或里程。為了方便計算要顯示數據值的段碼，可再將其轉換成壓縮的ＢＣＤ碼，然后通過(guò)查表將要顯示的數據值中每一位的壓縮ＢＣＤ碼轉換成８段碼送到顯示緩沖區，最后經(jīng)串口送至液晶顯示模塊以顯示所測的速度或里程。
設計時(shí)，應綜合考慮測速精度和系統反應時(shí)間。本設計用測量脈沖頻率來(lái)計算速度，因而具有較高的測速精度。為了保證系統的實(shí)時(shí)性，系統的速度轉換模塊和顯示數據轉ＢＣＤ碼模塊都采用快速算法。另外，還應盡量保證其它子模塊在編程時(shí)的通用性和高效性。本設計的速度和里程值采用８位顯示，并包含兩個(gè)小數位。
２ 系統硬件設計
２．１ 信號預處理電路
系統的信號預處理電路如圖２所示。
它由二級電路構成，第一級是由開(kāi)關(guān)三極管組成的零偏置放大器，采用開(kāi)關(guān)三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應。當輸入信號為零或負電壓時(shí)，三極管截止，電路輸出高電平；而當輸入信號為正電壓時(shí)，三極管導通，此時(shí)輸出電壓隨著(zhù)輸入電壓的上升而下降，這使得速度里程表既可以測量任意方波信號的頻率，也可以測量正弦波信號的頻率。由于放大器的放大功能降低了對待測信號的幅度要求，因此，系統能對任意大于０．５Ｖ的正弦波和脈沖信號進(jìn)行測量。預處理電路的第二級采用帶施密特觸發(fā)器的反相器ＣＴ７４ＬＳ１４來(lái)把放大器生成的單相脈沖轉換成與ＣＯＭＳ電平相兼容的方波信號?同時(shí)將輸出信號加到單片機的Ｐ３．２口上。
２．２ 單片機的選擇
速度里程測量電路選用ＡＴ８９Ｃ２０５１作為頻率計的信號處理核心。ＡＴ８９Ｃ２０５１包含２ｋＢ閃存、１２８Ｂ的ＲＡＭ、１５根Ｉ／Ｏ口線(xiàn)、２個(gè)１６位定時(shí)計數器、５個(gè)向量二級中斷結構和１個(gè)全雙工的串行口，同時(shí)還具有加密陣列的二級程序存儲器加鎖功能。設計中用到了ＡＴ８９Ｃ２０５１的Ｔ０、Ｔ１ 定時(shí)器和ＩＮＴ０引腳，以及Ｐ１端口的６個(gè)口線(xiàn)。由于該單片機與８９Ｃ５１相兼容，因此在硬件電路設計和軟件編程方面更加方便�？紤]到ＡＴ８９Ｃ２０５１本身固有的特點(diǎn)，設計時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：首先，它的程序存儲器空間為２ｋＢ，因此所有的跳轉和分支轉移指令都要限制在這個(gè)范圍內。其次，它沒(méi)有ＭＯＶＸ指令，也就是說(shuō)，它不支持外部存儲器操作，這一點(diǎn)設計時(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。單片機利用Ｔ０定時(shí)器和ＩＮＴ０引腳來(lái)測量輸入方波信號的周期，而使用外部中斷０來(lái)控制定時(shí)器Ｔ０是否開(kāi)始定時(shí)。當定時(shí)器Ｔ０的運行控制位復位時(shí)，不管Ｐ３．２引腳是何值，定時(shí)器都不工作。只有當定時(shí)器Ｔ０的運行控制位置位后，才能根據Ｐ３．２引腳狀態(tài)來(lái)決定定時(shí)器是否工作。當Ｐ３．２引腳出現高電平時(shí)，定時(shí)器Ｔ０開(kāi)始定時(shí)；而在其出現低電平時(shí)，定時(shí)器Ｔ０停止工作，并將測量信號的周期保存在定時(shí)器的１６位寄存器中。系統初始化時(shí)，可通過(guò)設置使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，用以為測量里程提供時(shí)間條件。
２．３ 液晶顯示電路和數據存儲電路
本設計的顯示部分采用液晶顯示模塊ＬＣＭ０８２５?該模塊與單片機的接口電路如圖３所示。ＬＣＭ０８２５是８位段碼式液晶顯示模塊，它內部集成有ＬＣＤ控制
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