基于AT89C51的LCD数字测速仪.docx
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基于AT89C51的LCD数字测速仪
I
四川师范大学本科毕业
四川师范大学本科毕业四川师范大学本科毕业
四川师范大学本科毕业设计
设计设计
设计
基于
基于基于
基于AT89C51
AT89C51AT89C51
AT89C51的
的的
的LCD
LCDLCD
LCD数字测速仪的设计
数字测速仪的设计数字测速仪的设计
数字测速仪的设计
——
————
——测量汽车车速
测量汽车车速测量汽车车速
测量汽车车速
学生姓名
学生姓名学生姓名
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吴小刚
吴小刚吴小刚
吴小刚
院系名称
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工学院
工学院工学院
工学院
专业名称
专业名称专业名称
专业名称
电气工程及其自动化
电气工程及其自动化电气工程及其自动化
电气工程及其自动化
班
班班
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2007
20072007
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2007210106
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指导教师
指导教师指导教师
指导教师
宰文
宰文宰文
宰文姣
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完成时间
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2011
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5月
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1818
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II基于AT89C51的数字测速仪学生姓名
学生姓名学生姓名
学生姓名：
吴小刚
吴小刚吴小刚
吴小刚指导教师
指导教师指导教师
指导教师：
宰文姣
内容摘要随着居民生活水平的不断提高，家用轿车开始普及为人们娱乐、休闲代步的工具。
汽车测速仪能够满足人们最基本的需求，让人们能清楚地知道当前的速度、里程、
时间等物理量。
以便做出判断和采取必要的措施，以防止交通事故的发生。
测速仪
作为汽车最基本、最重要的部件之一，在汽车的运行过程中起着至关重要的作用。
一个性能良好、测量精确、稳定的测速系统，从某种意义上说，直接影响着汽车乃
至司乘人员的生命安全。
本论文主要阐述一种基于光电传感器的汽车测速仪的设计。
以AT89C52单片机为
核心，OPTC光断续器测转数，实现对汽车速度、时间的测量统计，并能将汽车的里
程数及速度信息送单片机，并通过单片机输出驱动信号，用LCD实时显示。
文章详
细介绍了汽车测速仪的硬件电路和软件设计。
硬件部分利用光电传感器组件将汽车
每转一圈的脉冲数传入单片机系统，然后单片机系统将信号经过处理送显示。
软件
部分用C语言进行编程，采用模块化设计思想。
该系统硬件电路简单，子程序具有
通用性，完全符合设计要求。
关键词
关键词关键词
关键词：
：
：
：
速度；时间；光断续器；单片机；LCD显示ThecarspeedometerdesignbasedontheAT89C51ABSTRACTWiththedevelopingofpeople’slife,thecarisbecomingtheuniversaltoolof
transportationandsubstituteforwalkingandbecomingthefirstchoiceof
entertainmentandexercising.Thecarspeedometercanfulfillthebasicneedof
people’slife,sothattheycanlearnthespeed、themileage、thetimeofthecar.
Forthatpeoplecouldtakesomenecessarymeasuresincaseofanyaccident
happenedbyadangerousspeed.Asoneofthemostbasicandimportantpartofa
car,speedometeristakinganimportantroleduringthecar’srunning.Tosome
extent,anaccurateandstablespeedometerhasaeffectonthedriver’slife
directly.
Inthispaper,thecarspeedometerdesignbasedonthephotoelectricsensor
elementiselaborated.ByAT89C52askernel,usingphotoelectricsensorelement
tomeasurerevolution,themeasureandstatisticareachieved.Thecarspeedcan
bedisplayedonLCD.Inthisarticle,thehardwarecircuitandsoftwaredesignof
carspeedometerinstrumentareintroducedindetail.Aboutthehardware,the
pulsenumberistransmittedofonecycleofthecarintoSingleChip
Microcomputersystem.ThenthesignalprocessedbySingleChipMicrocomputer
systemissenttodisplayscream.Aboutthesoftware,inClanguage;theprogram
isdesignedinthemodeofmodules.Thesystemhassimplehardware,common
sub-program,andmeetsthedemandofdesign.KEYWORDS:
Mileage/speed;Time
；temperature；photoelectricsensor
element;Singlechipmicrocomputer;LCD
III目录
1、设计背景.....................................................1
2、欲实现功能...................................................3
3、系统硬件设计.................................................4
3.1系统框图及测速原理.......................................4
3.2单片机AT89C52...........................................5
3.3OPTC光电断续器..........................................6
3.4液晶显示LM016L..........................................7
3.5三端稳压集成器LM7805....................................8
3.6电源.....................................................8
4、软件设计.....................................................94.1程序流程图
...............................................9
4.2C语言编程...............................................9
5、系统仿真及调试...............................................10
6、元器件清单...................................................11
7、结语.........................................................11
8、附录.........................................................13
附录1实验仿真电路...........................................13
附录2源程序.................................................14
9、参考文献......................................................23
10、致谢.........................................................24
1
基于
基于基于
基于AT89C51
AT89C51AT89C51
AT89C51的
的的
的LCD
LCDLCD
LCD数字测速仪
数字测速仪数字测速仪
数字测速仪
1
11
1
设计背景
设计背景设计背景
设计背景
随着人们生活水平的逐渐提高，人们对于生活质量的要求也日益增加，尤其是
对出行的要求。
汽车在中国普遍作为代步工具，对于忙碌的现代人来说，无疑是一
种较好的省时方法。
现代社会的快速发展，中国经济的快速增长，社会上机动车拥
有量也急速增多。
根据统计资料表明，未来机动车增长趋势不会下降，小汽车进入
寻常百姓家，给人们生活带来极大的便利。
但是，在追求省时、舒适的同时，安全
也日益成为人们关注的焦点。
交通事故频发，又给人们的生活增添了烦恼和不幸。
据调查，每100例交通事故中，由于超速行驶造成的占60％以上，正所谓十次事故
九次快！
而且凡是由于超速所导致的交通事故，大部分都是恶性事故，对司乘人员
造成严重伤害。
因而作为汽车的必要组成部分之一，测速系统扮演着举足轻重的作
用。
已经成熟的测速方式中，光电式传感器较其他的具有有以下优点：
1、检测距离长：
如在对射型中保留10m以上的检测距离，便能实现其他检测手
段（磁性、超声波等）无法检测的距离。
2、对检测物体的限制少：
由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以
不象接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有
物体进行检测。
3、响应时间短：
光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不
包含机械性工作时间，响应时间非常短。
4、分辨率高：
能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊
的受光光学系统，来实现高分辨率。
也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。
5、可实现非接触的检测：
可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会
对检测物体和传感器造成损伤。
因此，传感器能长期使用。
6、可实现颜色判别通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线
波长和检测物体的颜色组合而有所差异。
利用这种性质，可对检测物体的颜色进行
检测。
7、便于调整：
在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物
体的位置进行调整。
光电传感器是以光电效应为基础，将光信号转换为电信号的传感器。
光电传感
器是采用光电元件作为检测元件的传感器。
它首先把被测量的变化转换成光信号的
变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。
所谓光电效应，即是当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量光子的轰击，
于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生的相应的电效应，如电导率变化、发射
电子或产生电动势等。
通常将光电效应分三类:
其一，光照在光电材料上，材料表面
的电子吸收能量，若电子吸收的能量足够大时，电子会克服束缚脱离材料表面而进
入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象称为外光电效应。
基于外光
电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。
其二，当受到光照射时，吸收电子能2量，其电阻率降低的导电现象称为光导效应。
它属于内光电效应，这种光电元件有
光敏电阻等。
其三，在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏
特效应。
据此效应制造的光电器件有光电池，光电二极管，管控晶闸管和光耦合器
等。
光电传感器一般由三部分构成，它们分为：
发送器、接收器和检测电路，如图
1所示，发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极
管（LED）、激光二极管及红外发射二极管，光束不间断地发射。
接收器有光电二极管、
光电三极管等。
在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。
在其后面是检测
电路，它能滤出有效信号和应用该信号。
此外，光电开关的结构元件中还有发射板
和光导纤维，三角反射板是结构牢固的发射装置。
它由很小的三角锥体反射材料组
成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。
它可以在与光轴0到25的
范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返
回。
图1光电器件原理图光电传感器是一种依靠被测物与光电元件和光源之间的关系，来达到测量目的
的，因此光电传感器的光源扮演着很重要的角色，光电传感器的电源要是一个恒光
源，电源稳定性的设计至关重要，电源的稳定性直接影响到测量的准确性，常用光
源有以下几种：
1、发光二极管：
它是一种把电能转变成光能的半导体器件。
它具有体积小、功
耗低、寿命长、响应快、机械强度高等优点，并能和集成电路相匹配。
因此，广泛
地用于计算机、仪器仪表和自动控制设备中。
2、丝灯泡：
这是一种最常用的光源，它具有丰富的红外线。
如果选用的光电元
件对红外光敏感，构成传感器时可加滤色片将钨丝灯泡的可见光滤除，而仅用它的
红外线做光源，这样，可有效防止其他光线的干扰。
3、激光：
激光与普通光线相比具有能量高度集中，方向性好，频率单纯、相干
性好等优点，是很理想的光源。
由光源、光学通路和光电器件组成的光电传感器在用于光电检测时，还必须配
备适当的测量电路。
测量电路能够把光电效应造成的光电元件电性能的变化转换成
所需要的电压或电流。
不同的光电元件，所要求的测量电路也不相同。
最近十年来，
焊缝跟踪技术的研究、应用得到了飞速的发展，尤其是焊缝传感技术已从简单的机械接触、电
磁感应转变为信息量更大、精确度更高的电弧传感、光电（视觉）传感等方式。
由于光电传感
器具有反应速度快，精度高、分辨力高、可靠性好，体积小，重量轻、功耗低、便于集成、可3实现非接触测量等优点，因而被广泛应用于军事、通讯、检测与工业自动控制等各个领域中。
光电传感器的典型应用之一是光电开关与光断续器。
光电开关与光断续器都是
用来检测物体的靠近、通过等状态。
近年来，随着生产的自动化，机电一体化的发
展，光电开关与光电断续器已经发展成为系列产品，其品种及产量日益增加。
我们
可以根据需要，选用适当的产品，而不必自行设计光路和电路。
光断续器是一个整
体结构，其检测距离只有几毫米至几十毫米。
光断续器发射、接收器做在体积很小的同一塑料壳体中，所以两者能可靠对准。
可分为遮断式和反射式两种。
遮断式的槽宽，深度及光敏元件各不同，反射式的检
测距离较短，多用于安装空间较小的场合。
由于检测范围小，光电断续器的发光二
极管可用直流电驱动，红外LED的正向压降约1.2到1.5V，驱动电流控制在几十毫
安。
光电断续器是较便宜，简单，可靠的光电器件，广泛用于自动控制系统，机电
一体化设备，办公设备和家用电器中。
将光电传感器运用于汽车测速，通过车轮带动码盘旋转，而码盘上面开有等间
隔的孔，在旋转一周中间隔的通光与遮光，使传感器发出脉冲。
利用软件计算出汽
车速度，并通过单片机输出信号驱动LCD显示。
有了实时测速系统，驾驶员才能知
道自己的运动情况，才能够及时调整车速，避免因过速而引发事故，保护自己以及
他人的生命及财产安全。
具有相当的实用及研究价值。
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欲实现功能
欲实现功能欲实现功能
欲实现功能
2.1对汽车进行实时速度的测量，显示出速度值。
2.2可以利用软件自行设定采样频率。
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系统硬件设计
系统硬件设计系统硬件设计
系统硬件设计
3.1系统框图及测速原理
图2基于AT89C52单片机的LCD数字测速仪系统框图
光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器。
光电式传感器的基础是光
电转换元件的光电效应。
光电效应：
由光的粒子学说可知，光可以认为是由具有一定能量的粒子所组成，
而每个光子所具有的能量E与其频率成正比。
光照射在物体上就可看成是一连串的
具有能量E的粒子轰击在物体上。
所谓光电效应既是由于物体吸收了能量为E的光
后产生的效应。
光电传感器必须经过光波调制，光波的调制像无线电波的传送和接收，将收音
机调到某台,就可以忽略其他的无线电波信号。
未经调制的传感器只有通过使用长焦
距镜头的机械屏蔽手段,使接收器只能接收到发射器发出的光,才能使其能量变得
高。
相比之下,经过调制的接收器能忽略周围的光,只对自己的光或具有相同调制频
率的光做出响应。
在遮断方式中，传送和接收器件以适当的间隙相对固定，用一软磁（例如软铁）
翼片作为运动工作部件，当冀片进入间隙时，作用到光电传感器上的光线被部分或
全部遮断，以此来调节工作电压，被传感的运动信息加在冀片上。
将光电传感器安
装于挡板的两侧，挡板（软铁）固定于车轮上面，随着车轮一起转动，挡板（软铁）
开有等间隔的孔。
当车轮转过一周，传感器便会间断地接收光子照射，进而产生感
应的脉冲电压。
通过光断续器对外部物理量（通光与遮光）进行测量，再将物理信号转换为电
压信号（脉冲电压），输入单片机，单片机对所输入的电压信号，在汇编程序的控制
之下，进行处理、计算、储存，最后通过LCD输出显示速度、里程的信息。
本设计中用到的主要部件包括单片机AT89C52、夏普龙公司的OPTC光电断续
器、、
、、
、LCD液晶显示屏、三端稳压集成器LM7805。
电源电路
主控模块
AT89C51
复位电路
晶振电路
OPTC光断续器
LCD显示模块53.2单片机AT89C51
由于AT89C51系列单片机已经停产，综合内存RAM容量、中断源及价格等因素
考虑，故本设计选择51系列的强化型：
AT89C52单片机。
其二者区别如下：
1、RAM空间增大：
AT89C51有128字节的内部RAM，AT89C52的内部RAM扩
展为256字节；
2、内部FLASH变大：
AT89C51有4K字节的内部FLASHPERAM，而AT89C52的
内部FLASHPERAM增加1倍，达到8K。
3、中断源增加：
AT89C52除了具备AT89C51的定时器/计数器T0和定时器/
计数器T1，还额外增加了一个定时器/计数器T2。
AT89C52单片机是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，
片内含8KB的可反复檫写的程序存储器和12kB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
内配置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机
可灵活应用于各种控制领域。
AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型，与Intel
公司的80C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。
其主要工
作特性是：
⑴片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；⑵
片内数据存储器内含256字节的RAM；⑶具有32根可编程I/O口线；⑷具有3个可
编程定时器；⑸中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结
构；⑹串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；⑺具有一个数据指针DPTR；
⑻低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；⑼具有可编程的3级程序锁定位；⑽
AT89C52工作电源电压为5（1+0.2）V，且典型值为5V；⑾AT89C52最高工作频率为
24MHz
AT89C52为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的
C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调
整时的功能控制。
功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等
功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接
收解码及与主板CPU通信等。
主要管脚有：
XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）
为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。
RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，
外接电阻电容组成的复位电路。
VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分
别接+5V电源的正负端。
P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端
口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，
13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1
的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信
号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状
态进入的控制功能。
6
图3AT89C52管脚图3.3OPTC光断续器
光断续器都是用来检测物体的靠近、通过等状态。
其发射、接收器做在体积很
小的同一塑料壳体中，所以两者能可靠对准。
可分为遮断式和反射式两种，遮断式
的槽宽，深度及光敏元件各不同，反射式的检测距离较短，多用于安装空间较小的
场合。
由于检测范围小，光电断续器的发光二极管可用直流电驱动，
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