基于80C51单片机的汽车行驶监测仪设计资料.docx

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基于80C51单片机的汽车行驶监测仪设计资料

目录

绪论-----------------------------------------------------------3

第1章了解单片机-----------------------------------------------4

1.1单片机的前景与发展------------------------------------------4

1.2单片机简述与分类--------------------------------------------5

第2章信息监测系统的组成及工作原理----------------------------6

2.1系统的组成与工作原理----------------------------------------7

2.2控制要求---------------------------------------------------9

第3章信息监测系统的硬件设计----------------------------------10

3.180C51单片机的简介------------------------------------------11

3.2复位电路及时钟电路-----------------------------------------10

2.3键盘电路---------------------------------------------------11

3.4发射电路和接收电路-----------------------------------------13

3.5显示电路---------------------------------------------------15

第4章信息监测系统的软件设计----------------------------------16

4.1初始化程序-------------------------------------------------16

4.2主程序----------------------------------------------------16

4.3中断接收程序----------------------------------------------16

4.4信息码发送程序--------------------------------------------17

结论---------------------------------------------------------18

参考文献------------------------------------------------------19

附录----------------------------------------------------------20

绪论

本课题来源于生活实践中，利用单片机在监测仪中的应用，主要用于车辆行驶状态的检测。

单片机发展极为迅速,当前世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位等,但它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供广阔的天地。

以单片机为核心进行红外遥控的汽车行驶监测仪具有安全可靠，成本低、性价比高的优点，具有广阔的应用领域。

如：

汽车超车及转弯是经常容易出交通意外，特别是雨雾天气，转向及刹车指示灯能见度减小，使驾驶员不能及时了解前后车的行车意向。

但有汽车行驶信息监测仪，通过汽车间行驶信息红外线自动接收发送电路，能自动显示前后车的转向、刹车情况并用声响提醒，可以提高汽车行驶的安全性，对驾驶员的人身安全有了更好的保障。

随着人均购买力的上升及汽车的增加，汽车安全系统的重要性问题必将成为影响人们选择车辆购买的一大重要约束条件，一个完善、安全、可靠的汽车行驶监测仪必将成为车辆必不可少的一部分。

同时，汽车行驶监测仪的完善性、安全性、可靠性也将是汽车品牌之间竞争的另一大亮点。

所以，可以预测汽车行驶监测仪的市场将兴起。

在日常生活中，汽车超车及转弯,特别是雨雾天气,转向及刹车指示灯能见度小,使驾驶员不能及时了解前后车的行车意向时,经常容易出现交通意外。

本文介绍了一种简易汽车行驶信息接收与发送器的设计,叙述了系统基本组成结构，该设计能自动显示前后车的转向、刹车情况并用声响提醒,对提高汽车行车安全具有一定的现实意义。

第一章了解单片机

1.1单片机的前景与发展

知己知彼，方能百战不殆；学习单片机，就需要了解单片机。

特别是初次接触单片机，准备着手学习单片机的朋友，这是他们最关心的内容之一。

在电子专业领域，单片机是必学科目，是所有电子专业的基础课程，从中可以看出其重要性；在电子泛滥的今天，只要涉及电子线路的，可以说都离不开单片机，或者说类似单片机的模块，依然证明了单片机的价值所在。

很多关于单片机、嵌入式的消息与信息充斥在IT行业，前景有目共睹。

相信你的眼光，相信你的选择——单片机，嵌入式系统设计的第一步。

1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。

因发明微处理器，霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。

1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001ROM芯片、4002RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器）其中4004（下图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm×4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。

1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel8008。

由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。

1973年intel公司研制出8位的微处理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。

主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS（MillionInstructionsPerSecond）。

1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair8800，售价375美元，带有1KB存储器。

这是世界上第一台微型计算机。

1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机，这也是单片机的问世。

Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。

当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。

20世纪80年代初，Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上，推出了MCS-51系列8位高档单片机。

MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量，I/O口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。

1.2单片机简述与分类

单片机，英文为：

SignalChipMicrocomputer。

单片微型计算机，就是单片机的全称。

与个人计算机相比，单片机很小，功能单一，但与之换来的是低成本，低功耗。

在日常生活中，需要实现自动控制，我们并不需要一个像个人计算机的功能的机器，因为浪费，因为体积太大，功耗太高；此时单片机的低成本、低功耗和一定的功能即可满足此类控制，并且可以批量定制的生产，并投入使用。

说的清晰点，单片机就是有着好多脚的集成芯片，通过特定程序控制这些引脚的电平的特定变化，从而起到自动控制的需求。

例如下图：

图中是最简单的控制，通过对P0.0口的电平的变化，可以使得LED产生变化。

可以这样设计，我们程序中设定每过一秒种闪烁一次，好比闪光灯一样；

如果我们多加几个灯，程序中，我们使得一个一个的亮，再一个一个的灭，这样的跑马灯，是不是很有意思啊；

倘若我们有成千上万个LED，看看周围的显示屏，是不是貌似就是这样做出来的呢？

答案是肯定的。

单片机指的是总线宽度为不超过16位的微型控制器，32位总线宽度的我们称为微处理器；因此，此时，我们描述的是16位向下的，主要描述8位单片机。

8位单片机适合初学者。

一方面，8位单片机的性能能够满足一般的控制要求，技术、资源较为成熟，已经形成一个体系，初学者可以很容易获取相关资料；另一方面，我们计算机中，一个byte的数据时8bit组成的，8位单片机能够使初学者更好的理解，容易接受。

当然，都是个人愚见。

单片机的分类其实就是不同芯片生产厂家之间的分类，其内在的关系与区别这里就不论述，实力有限；对已单片机内部的结构也不进行论述，相信那不是该文的重点。

第二章信息监测系统的组成及工作原理

2.1系统的组成与工作原理

本系统电路主要有：

单片机最小系统；发射/接收装置；左转弯、右转弯、刹车、超车指示等组成。

系统设计原理框图如图1-1所示：

图1-1系统设计原理图

2.1.1基本系统组成

本系统采用12MHz晶振时钟频率，30pF的瓷片补偿电容，上电复位采用最简单的RC电路，片外存储器选择脚（31脚EA）接正电源。

见图2-2。

2.1.2输入系统接口电路

输入接口电路有处理红外线接收的红外接收器及用于转向、刹车信号输入的电平转换电路。

红外接收器采用通用远红外接收解调一体化成品，其器件为三引脚结构，安装使用方便，其信号脚可直接接单片机P1.0、P1.1及中断输入端口。

P1.0用于接收后车的行驶信息信号，P1.1用于接收前车的行驶信息信号.电平转换接口电路采用9013三极管。

当转向开关或刹车开关闭合时，其P0.0、P0.1、P0.2三端口相应的电平变为零。

P0.0为左转弯输入，P0.1为右转弯输入，P0.2为刹车。

见图2-3。

2.1.3输出电路

单片机从P0.3～P0.6输出前后车的行驶信息提示信号，其中P0.3用于前车左转弯指示及提醒，P0.4用于前车右转弯指示及提醒，P0.5用于后车超车指示及提醒，P0.6用于前车刹车提示及提醒。

当某一输出端口为低电平时，相应的字符灯点亮并发出声响提醒.本车行驶信息的发送是从P3.5（T1）输出，是一组调制频率为40kHz的方波脉冲（见图1-2），通过三极管放大，由安装在汽车前后位置的红外线发射管发出。

图1-2P3.5端口输出的编码波形图

2.2工作原理

2.2.1编码帧的格式

本系统采用脉冲个数编码，分别代表左转弯、右转弯、刹车3种状态，其中左转弯为2个脉冲，右转弯为5个脉冲，刹车为8个脉冲。

为了增加接收的可靠性，第一位码宽为3ms，其余为1ms，数据帧间隔大于10ms，如图1-3所示：

图1-3红外线接收器输出的一帧数据的波形

2.2.2数据帧的发送过程

当单片机检测到P0.0～P0.2端口为低电平时，先设置发送标志，然后依次发送数据帧。

发送数据时，中断将被禁止。

当刹车（转向）开关闭合时，数据帧将被重复连续地发射，直到开关松开为止。

2.2.3数据帧的接收过程

当红外线接收器输出数据帧脉冲时，第一位码的低电平将启动中断程序，实时接收数据帧。

在数据帧接收时，中断将被关断，并且对第一（起始位）位码的码宽进行验证。

若第一位低电平码的脉宽小于2ms，将作误帧处理。

当间隔位的高电平脉宽大于3ms时，接收结束，然后根据累加器A中的脉冲个数，使相应的输出口（P0.3～P0.6）为低电平，驱动显示电路。

2.3控制要求

2.3.1接收

本系统的接收装置采用的是红外接收器，采用通用远红外接收解调一体化成品，其器件为三引脚结构，安装使用方便，其信号脚可直接接单片机P1.0、P1.1及中断输入端口，汽车在行驶过程中进行转向或刹车，并发射相应的信号。

2.3.2按键

当汽车转弯或刹车按键按下时，将其动作转化为电信号输入单片机。

当转向开关或刹车开关闭合时，其P0.0、P0.1、P0.2三端口相应的电平变为零。

P0.0为左转弯输入，P0.1为右转弯输入，P0.2为刹车。

2.3.3发射

本系统的发射装置采用的是红外发射器，用来发射汽车行驶过程中转向或刹车时发出的信号。

本车转弯或刹车时其动作经按键转化为电信号通过单片机，再转化为其他信号通过单片机T1口发射出去，通知前后车，你车下一步的动作，让别人做出相应准备。

2.3.4显示

在汽车行驶过程中，当前车转弯、刹车或后车超车时都能在本汽车上显示，并发出相应人性化语音进行提醒。

该监测仪采用了单片语音录放电路ISD4004-16作为放音芯片。

ISD4004-16芯片工作电压为3.3V，单片录放时间为16分钟，最多可分2400段，音质好，适用便携式电子产品中。

芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存储阵列。

芯片设计是基于所有操作必须由单片机控制，操作命令可通过串行通信接口SPI送入；同时采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存储在片内的闪烁存储器中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”；采样频率为4.0kHz，片内信息存于闪烁存储器中，可在断电情况下保存100年（典型值），反复录音10万次。

在该检测仪仪中，将语音报警内容分为64段，在放音时可进行自由组合。

第3章信息监测系统的硬件设计

3.180C51单片机的简介

80C51单片机属于Intel公司MCS-51系列单片机，MCS-51系列单片机最初是HMOS制造工艺，其芯片根据片内ROM结构可分为80C31（片内无ROM），80C51（片内有4KB掩膜BOM），8751（片内有4KBEPORM），统称51系列单片机。

80C51芯片大大降低了功耗，并引入了低功耗管理模式，使低功耗具有可行信。

80C51单片机一般采用双列直插DIP封装，共40个引脚（如图2-1）。

40引脚大致可分为4类：

电源、时钟、控制和I/O引脚。

A

a）引脚排列b）逻辑符号

图2-180C51单片机引脚图

（1）电源:

①VCC-芯片电源，接+5V；

②VSS-接地端；

（2）时钟:

XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。

（3）控制线:

控制线共有4根，

①ALE/PROG:

地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

a、ALE功能：

用来锁存P0口送出的低8位地址

b、PROG功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

②PSEN:

外ROM读选通信号。

③RST/VPD:

复位/备用电源。

a、RST（Reset）功能：

复位信号输入端。

b、VPD功能：

在Vcc掉电情况下，接备用电源。

④EA/Vpp:

内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

a、EA功能：

内外ROM选择端。

b、Vpp功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间施加编程电源Vpp。

（4）I/O引脚：

80C51共有4个8位并行I/O端口：

P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。

P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。

3.2复位电路及时钟电路

该单片机系统主要由电源、复位电路和内部时钟电路组成。

如图2-2为80C51上电复位电路。

RC构成微分电路，上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容C1的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。

RST引脚的高电平只要能保持2个机器周期，单片机就可以进行复位操作。

该电路取22uF电容，1kΩ电阻。

图2-2复位电路和时钟电路

3.3键盘电路

如图2-3所示，当本车左转弯、右转弯或刹车时，按下按钮，此时P0.0（或P0.1或P0.2）输入低电平，并通过：

JZRET_KEY；无键返回

LCALLDISP；有键，延时去抖动

ORLP1，#0FFH

MOVA，P1

CPLA

JZRET_KEY；无键返回

MOVA，P1

JNBACC.0，S0；左转弯

JNBACC.1，S1；右转弯

JNBACC.2，S2；刹车

这些程序来判断汽车的状态。

图2-3键盘电路

当按下左转弯按键时，其动作转化为电信号输入80C51单片机，左转向开关闭合，通过三极管放大，对应的P0.0端口电平变为低电平，再通过程序转化的编码显示本车的左转弯状态；当按下右转弯按键时，右转弯开关闭合，P0.1端口电平变为低电平，程序编码显示右转弯状态；当按下刹车按键时，通过三极管放大，对应P0.2输入端口电平变为低电平，由程序转化的编码显示本车刹车的状态。

3.4发射电路与接收电路

图2-4接收电路和发射电路

（1）发射电路如图2-4所示，当本车左转弯、右转转弯或刹车时，状态经由程序转化成相应编码，通过80C51单片机的15号引脚T1口送出，经由三极管放大，用红外的方式发射出，传送给其他车辆。

具体程序如下：

OUT:

MOVR3，#02H；1ms脉冲控制

OUT1:

SETBET1；

SETBTR1；

LCALLDELAY；延时512us，6

（2）×0.5=3ms

（1）ms

DJNZR3，OUT1；总延时值不到转OUT1再循环

MOVR3，#02H；赋1ms脉宽定时值

OUT2:

CLRTR1；

CLRET1；

CLRP3.5；关红发外线输出

LCALLDELAY；

DJNZR3，OUT2；总延时1ms不到转OUT2

DJNZR4，OUT；脉冲未发完，转OUT再发

LCALLDL10MS；脉冲发完延时10ms（帧间隔）

SETBP3.6；清发送指示

LJMPRET_KEY；脉冲发送结束退出

（2）接收电路如图2-4所示，后车辆的状态编码信息，通过80C51单片机P1.0接口和外部中断0引脚输入，而后由红外后接收头接收其信号；前车的状态编码信息，由单片机P1.1接口和外部中断1引脚输入，通过红外前接收头接收信号。

具体程序如下：

INTEX1:

PUSHACC

PUSHPSW

CLREX1；

CLREA；

JNBP3.3，READ1；P3.3=0时说明已接收到脉冲

3.5显示电路

如图2-5所示，其他车辆的状态通过接收电路，接收红外的数据帧，并且对第一位码的码宽进行验证。

若当间隔位的高电平脉宽大于3ms时，接收结束，然后根据累加器A中的脉冲个数，使相应的输出口（P0.3～P0.6）为低电平，驱动显示电路。

图2-5显示电路

第4章信息监测系统的软件设计

4.1初始化程序

将P0～P3端口置输入状态，堆栈指针设于70H处，定时器T1设为8位自动重装初值模式，定时时间为13µs，用于40kHz的红外线信号调制。

具体程序见附录1。

4.2主程序

顺序检测P0.0～P0.2端口，若端口为低电平，则专发送程序。

结束后延时60ms，再转检测程序循环。

主程序流程图如图3-1所示

图3-1主程序流程图

具体程序见附录2。

4.3中断接收程序

外中断0接收前车信息码，外中断1接收后车信息码。

当外中断允许并且红外线接收头输出脉冲编码时，中断程序实时接收编码并且对脉冲个数进行计数，根据接收脉冲个数分别控制P0.3～P0.6显示端口。

中断接收程序流程图如图3-2

图3-2中断接收程序流程图

具体程序见附录3。

4.4信息码发送程序

将主程序中的脉冲个数设定值调入寄存器，控制发射脉冲个数，其中第一个脉冲的宽度为3ms，其余为1ms，发送完成后延时10ms作结束标志。

当发送编码时，开启定时中断T1，以实现40kHz的编码调制

具体程序见附录4。

结论

读了五年的大学，然而本人对本专业的认识还是寥寥无几！

虽然在书本上学过很多套经典理论知识，似乎通俗易懂，但从未付诸实践过，也许等到真正进入一个公司时，才会体会到难度有多大；我们在老师那里或书本上看到过很多精彩的，似乎轻而易举，也许亲临其境或亲自上阵才能意识到自己能力的欠缺和知识的匮乏。

实习这几个月期间，我拓宽了视野，增长了见识，体验到社会竞争的残酷，而更多的是希望自己在工作中积累各方面的经验，为将来自己走创业之路做准备。

单片机改变了我们生活,纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等,这些都离不开单片机,单片机有着广阔的应用前景。

在实验研究的过程中，老师给予了指导，并提供了很多与该研究相关的重要信息，培养了我们对科学研究的严谨态度和创新精神。

这将非常有利于我们今后的学习和工作。

在此表示衷心的感谢！

不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。

正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成

完成这次毕业设计实属不易，但我从中收益也很多，我相信这将在我以后的工作中起着很大的积极作用。

参考文献

[1]韩成.《单片机技术与应用》电子工业出版社

[2]胡汉才.《单片机原理与接口技术》.北京:

清华大学出版社

[3]董孝昌.《单片机原理与应用》.大连:

东北财经大学出版社

[4]何立民.《单片机高级教程》.北京:

航空航天大学出版社

[5]杨宁,胡学军.《单片机控制步进电机系统设计》.安徽技术师范学院学报

[6]耿长青主编.《单片机应用技术》.北京：

北京化学工业出版社

[7]李全力主编.《单片机原理及应用技术》.北京:

高等教育出版社

[8]张有德.《单片微机原理、应用与实验》.上海:

复旦大学出版社

[9]何利民.《单片机高级教程》.北京：

北京航空航天大学出版社

附录

附录1初始化程序：

SETUP:

MOV20H，#00H

CLRA

MOVR0，#30H

MOVR7，#32

LP0:

MOV@R0，A

DJNZR7，LP0

MOVP1，#0FFH

MOVP2，#0FFH

MOVP3，#0FFH

MOVSP，#70H

MOVIE，#8FH；

MOVIP，#0DH

SETBIT0；下降沿触发

CLRIT1；低电平触发

MOVTMOD，#21H

MOVTH0，#3CH

MOVTL0，#0B0H

MOVTH1，#0F3H；置13us初值

MOVTL1，#0F3H

SETBTR0；

MAIN:

LCALLKEY；

LCALLDISP

LJMPMAIN

附录2主程序：

KEY:

ORLP1，#0FFH；键处理程序

MOVA，P1

CPLA

JZRET_KEY；无键返回

LCALLDISP；有键，延时去抖动

ORLP1，#0FFH

MOVA，P1

CPLA

JZRET_KEY；无键返回

MOVA，P1

JNBACC.0，S0；左转弯

JNBACC.1，S1；右转弯

JNBACC.2，S2；刹车

RET_KEY:

SETBP3.6；关发送标志

LCALLDL10MS

LCALLDL10MS

LCALLDL10MS

LCALLDL10MS

LCALLDL10MS

LCALLDL10MS

SETBP2.4；关闭左灯输出

SETBP2.5；关闭右