AT89C2051單片機畢業(yè)設(shè)計

PAGE30沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）No摘要如今，單片機得到越來越廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的控制檢測技術(shù)也隨著它的發(fā)展一直進(jìn)步。本設(shè)計內(nèi)容為電動車測速顯示儀，以前科技不發(fā)達(dá)儀器儀表大多采用機械式，現(xiàn)在采用電子式的車速表居多，其優(yōu)點是更加直觀顯示信息。本測速儀采用的便是電子式進(jìn)行設(shè)計。本次設(shè)計把AT89C2051作為運算以及控制的核心，該型號單片機完全可以滿足本設(shè)計功能上的要求。顯示模塊選用LED方案來進(jìn)行實時的顯示，采用這種電子顯示方式能夠最直觀展示信息，讓駕駛者對于速度、里程等信息一目了然。同時系統(tǒng)軟件和串口數(shù)據(jù)存儲電路也將被本設(shè)計所采用。設(shè)計中對信號進(jìn)行放大、整形和濾波處理。本測速儀器采取了E2PROM、數(shù)碼管顯示模塊、放大器和波形整形變換電路等結(jié)構(gòu)：放大器用于放大待測信號；而波形整形變換電路是用來轉(zhuǎn)換經(jīng)過放大器放大的信號。計算完畢，通過E2PROM存儲數(shù)據(jù),數(shù)碼管顯示模塊顯示速度與里程。設(shè)計最終目的是滿足測速儀功能要求，同時盡可能節(jié)省單片機的口線以及外圍器件,簡化顯示部分的軟件編程。本設(shè)計最終可以實現(xiàn)速度的實時顯示、路程的累加、超速報警等一系列功能。關(guān)鍵詞：單片機；數(shù)碼顯示；電動自行車；霍爾傳感器；DC/DC變換器；語音報警AbstractNowadays

therapiddevelopmentof

scienceandtechnology,Thetraditionalcontroldetectiontechnologyalsohasbeenprogressalongwiththedevelopmentofit.Thisdesigncontentfortheelectricvehiclespeeddetection,nowuseelectronicspeedtable,mainlyincludeLCDreal-timedisplayorLEDdigitaltubedisplay,itsadvantageismoreintuitivedisplayinformation.TheAT89C2051asthecoreoftheoperationandcontrolthedesign,accordingtochooseLEDsolutionforreal-timedisplaymodule,systemsoftwareandatthesametimealsowillbethedesignadoptsserialdatastoragecircuit.Inthedesignofthesignalamplification,plasticprocessingandfiltering.ThisspeedmeasuringinstrumentadoptedE2PROMchipswasintroduced,digitaltubedisplaymodule,amplifiercircuitandwaveformshapingtransformationstructure:amplifierusedinamplifiedsignalundertest;Andwaveformshapingtransformcircuitisusedtoconvertsignalamplifieramplificationprocess.ThestoreddataisevaluatedbyE2PROMchipswasintroduced,digitaltubedisplaymoduledisplayspeedandmileage.Ultimateaimistosatisfythespeedometerfunctionalrequirements,atthesametimelineassoonaspossibletosavethemouthofthesingle-chipmicrocomputerandperipheraldevices,simplifythedisplaypartofthesoftwareprogramming.Thisdesigncanrealizereal-timedisplayspeed,eventuallydistanceaccumulation,overspeedalarmandaseriesoffunctions.Keywords:microcomputer；Electricbicycle；digitaldisplay；Hallsensor；DC/DCconverter；voicealarm引言本設(shè)計為電動自行車速度檢測儀設(shè)計。如今電動自行車已成為方便人們出行，節(jié)能無污染的首選交通工具。但是它本身并不具備測速功能，這個問題使騎行電動車的人不清楚當(dāng)前車速多快盲目加速引起安全隱患。這時一個自行車測速儀的出現(xiàn)變得尤為必要。它讓人們清楚直觀的知道當(dāng)前的車速路程為多少，還具備超速報警等功能。

本次設(shè)計核心為單片機，單片機發(fā)展速度之快有目共睹?，F(xiàn)在的家用電器基本上都通過單片機來實現(xiàn)控制，種類繁多，隨處可見。單片機擁有功耗低、控制功能強、體積小、使用方便等優(yōu)點，故在儀器儀表中得到廣泛應(yīng)用；形式多樣的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)均可以由單片機構(gòu)成。比如電梯智能化控制、工廠流水線的智能化管理、種類不同的報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)組成的二級控制系統(tǒng)等。單片機通過通信接口可以與計算機通信，因此當(dāng)今的通信設(shè)備大都采用單片機，從樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、小型程控交換機、再到日常生活及工作中到處可以見到的移動電話，無線電對講機，集群移動通信等；單片機應(yīng)用在醫(yī)用設(shè)備中亦十分廣泛，比如監(jiān)護(hù)儀，醫(yī)用呼吸機，超聲診斷設(shè)備，各種分析儀及病房的呼叫系統(tǒng)等等。本文將會詳細(xì)說明本次單片機的使用?；魻杺鞲衅饕彩潜敬卧O(shè)計重要器件，本設(shè)計中電動自行車的速度便是依靠霍爾傳感器測量自行車的車輪運轉(zhuǎn)情況而實現(xiàn)的。根據(jù)其工作特性，霍爾元件同樣被廣泛的應(yīng)用在科學(xué)技術(shù)的諸多其他領(lǐng)域。本文將系統(tǒng)的闡述霍爾效應(yīng)及其在本設(shè)計的應(yīng)用。1總體設(shè)計方案本設(shè)計速度里程表由系統(tǒng)軟件、AT89C2051單片機、檢測元件、信號預(yù)處理電路、數(shù)碼管顯示電路、語音芯片和串口數(shù)據(jù)存儲電路組成。內(nèi)部定時器T0的控制是通過單片機的設(shè)置來實現(xiàn)的,這樣可以精確地測出脈沖信號周期；使用E2PROM進(jìn)行存儲,顯示部分采用數(shù)碼管顯示。本設(shè)計可以實時顯示所測的速度以及累計總里程數(shù)。該裝置可以測出傳感器給出的脈沖,傳送至單片機,單片機計算出速度及里程，最后儲存數(shù)據(jù)并顯示出所測的速度。避免其他因素對精度的影響，在把數(shù)據(jù)輸入單片機之前應(yīng)放大整形處理。里程的計算可通過每秒鐘速度的累加來得到。最后把數(shù)據(jù)存儲在E2PROM之中,通過兩個不同按鈕分別顯示速度與里程。為了簡化計算,可以使用BCD碼來轉(zhuǎn)換,再把壓縮BCD碼變換成8段碼,最后通過串口送到顯示模塊來顯示數(shù)據(jù)。,為提高測速的精度，本設(shè)計計算速度是通過測量脈沖頻率來實現(xiàn)。為了系統(tǒng)的實時性得到保證應(yīng)采取快速算法。采用2位來顯示本設(shè)計的里程值和速度值。如圖1所示系統(tǒng)的方框圖。圖1系統(tǒng)方框圖2測速儀系統(tǒng)單元模塊概述2.1測速儀單片機選型本設(shè)計采用AT89C2051型號的單片機，下面介紹一下該單片機，其主要機構(gòu)有128B的RAM、2kB閃存、2個16位定時計數(shù)器、15根I/O口線、1個全雙工串行口和5個向量二級中斷結(jié)構(gòu),而且還擁有二級程序存儲器加鎖在加密陣列上的功能[1]。介紹完其結(jié)構(gòu)功能，本設(shè)計使用了AT89C2051的INT0引腳和T0、T1定時器,外加P1端口上的6個口線。單片機和89C51的兼容使本設(shè)計更加方便。但要注意:所有的分支轉(zhuǎn)移指令和跳轉(zhuǎn)都需限制在2KB范圍內(nèi)。再者，設(shè)計時要考慮到它不支持外部存儲器操作。AT89C2051還有比如可以通過命令處于低功耗模式等其它特點。2.2測速儀傳感器設(shè)計霍爾傳感器是一種對磁敏感的傳感元件，一般有CS3040、A04E、CS3020等被用于開關(guān)信號的采集，該傳感器一旦接上電源、地，便可工作。它性能穩(wěn)定，并且具有較寬工作電壓范圍，非常便捷。如圖2：圖2霍爾元件和磁鋼圖通過霍爾效應(yīng)采集信號，可將一個磁鋼固定到電動車前輪上。而將霍爾開關(guān)固定在安裝輪子的車架上。磁鋼隨著車輪一圈圈轉(zhuǎn)動不斷接近和遠(yuǎn)離霍爾開關(guān)，使之不斷發(fā)出脈沖信號。單片機的計算便是根據(jù)該脈沖進(jìn)行的，若安裝多個等距磁鋼，可一圈得到多個信號提高精度?；魻栐皇軠囟取⑺刍蚧覊m的影響。具有數(shù)字脈沖性能好，響應(yīng)快，性能穩(wěn)定，安裝簡易，價格低廉的優(yōu)點。2.3測速儀顯示模塊選型液晶LCD顯示器、發(fā)光二極管LED顯示器等是單片機系統(tǒng)常用的顯示器。本實驗考慮到測速系統(tǒng)比較簡單，故只考慮LCD顯示器和LED靜態(tài)、動態(tài)顯示器。動態(tài)顯示方式和靜態(tài)顯示方式是LED顯示器的兩種工作方式。LED技術(shù)有三大非常明顯的優(yōu)勢。第一，LED背光源不含汞和鉛等有害有毒物質(zhì)，是綠色環(huán)保的光源[2]；第二，它可以比傳統(tǒng)顯示屏顯示更加豐富的色彩；第三，其背光源亮度可以隨著環(huán)境亮度改變而改變，達(dá)到節(jié)能的目的。不僅如此，在屏幕刷新頻率方面LED比LCD更優(yōu)秀。LED分為靜態(tài)動態(tài)兩種，電動和速度不可能一直不變。所以顯示模塊采用動態(tài)LED。2.4速度算法概述工控系統(tǒng)經(jīng)常要計算速度，采用脈沖測某根軸的轉(zhuǎn)速再換算成線速度，這種方法較為常見。測頻率法(M法)及測周期(T法)是脈沖測速最典型的方法。測量高速通常采用測頻率法，測頻法是單位時間內(nèi)脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率。速度低時測到的數(shù)據(jù)變少，誤差也就變大了。測量高速采用測周期法，兩個脈沖時間所用時間為一個周期。速度快時測到周期小，誤差變大。車速不是一定處于高速或者低速的，因此無論采用M法、T法都不能準(zhǔn)確測量數(shù)據(jù)。后來人們將兩種方法綜合：高速測頻率、低速測周期。得到的新方法稱為多倍周期法速度常用以下幾種方法計算：方法一，周期法；方法二，多倍周期法；方法三，頻率法。在分析總結(jié)原有方法基礎(chǔ)上，我們采取一種既能保證精度又能滿足實時性的方法：精度自適應(yīng)法。這種全新方法理想地克服了傳統(tǒng)方法存在的局限性[3]。綜上，精度自適應(yīng)法對本設(shè)計再合適不過。電動車輪速計算公式（2-1）：V=(2/z)f（2-1）r—電動車車輪半徑；z—磁片的數(shù)量；f—脈沖的頻率。相對于不同的系統(tǒng)2／z的值不一定相同，但同一系統(tǒng)該值是一定值，考慮到電動車車速計算的誤差，故本設(shè)計采用轉(zhuǎn)速輸出脈沖頻率誤差分析來轉(zhuǎn)換。為確保精度，T法用于測量轉(zhuǎn)速低頻，而M法用于測量轉(zhuǎn)速高頻。兩種方法優(yōu)勢互補就是多倍周期法。需對轉(zhuǎn)速脈沖信號分頻，轉(zhuǎn)速脈沖的頻率通過使周期倍乘來計算：（2-2）—實際轉(zhuǎn)速脈沖信號周期；—周期倍乘數(shù)；T—分頻脈沖周期。本設(shè)計中默認(rèn)，替換到上面方程中有：（2-3）本設(shè)計中轉(zhuǎn)速脈沖周期與比值即為N1，這么計算的原因是采取了轉(zhuǎn)速周期倍乘的措施。值得注意，磁片在電動車車輪圓周邊緣的分布不均產(chǎn)生有正負(fù)之分的，因此轉(zhuǎn)速周期平均值比單個周期精度更高，存在誤差更小。本設(shè)計使用的多倍周期法測量精度較高，本設(shè)計加長了低頻轉(zhuǎn)速計算上的時間間隔以滿足對測速儀實時性的要求。其原理如圖3所示。圖3多倍周期法測量原理圖傳統(tǒng)多倍周期法計算速度低實時性差，其中的主要原因是的值不固定，但精度自適應(yīng)既能保證計算精度又能保證實時性，很好的克服了多倍周期法的缺點，兩者區(qū)別在于的取值。首先，從保證時性角度出發(fā)，取為最大周期，可求上限值：（2-4）求完上限值，接下來求其下限值。從保證高精度角度出發(fā)，可求下限值。結(jié)合方程(2-3)，可求：（2-5）由上方程可知，測量誤差有兩點：一是常值誤差,一般精度保證在以下，因此本設(shè)計對該誤差忽略不計；第二點是誤差/N，本設(shè)計中dN=士1。綜上所述，誤差來源主要是時標(biāo)信號脈沖計數(shù)誤差/N，公式可表達(dá)為：（2-6）如果精度用百分?jǐn)?shù)表達(dá)：（2-7）可求，合并(2-4)及(2-8)得:(2-8)本設(shè)計中，為計算到值下限，用作為試算脈沖，完畢之后，計算出值上限，該測試周期之內(nèi)的轉(zhuǎn)速脈沖分頹值只需在兩值之間取一整數(shù)。本設(shè)計中需要固定轉(zhuǎn)速計算精度，值隨轉(zhuǎn)速升高而變大。這樣一來，計算精度和低速檢測實時性[4]都得到了保障。由(2-4)可知，的上限值與的值有關(guān)。利用本設(shè)計單片機中的定時器／計數(shù)器，可求的值即為引腳上轉(zhuǎn)速脈沖寬度的兩倍。的下限值也可以利用求出。然后確定當(dāng)前測試周期內(nèi)的分頻值，方法為在上限和下限之間取一整數(shù)。確定后，按照多倍周期法的轉(zhuǎn)速計算公式，利用本設(shè)計采用的單片機的定時器／計數(shù)器，對時標(biāo)脈沖進(jìn)行計數(shù)，通過此方法求出車速。2.5測速儀報警電路選擇本設(shè)計提前在系統(tǒng)中錄入人聲報警的語音，該語音讓駕駛員最直接接受報警信息，WTV040語音芯片是報警電路的核心。該款芯片具有錄入語音功能且價格實惠，在本實驗使用再合適不過了。3測速儀系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1測速儀單片機主控電路3.1.1單片機概述AT89C2051是一個高性能的CMOS8位單片機，其功耗低，與MCS－51系列指令集和引腳兼容，有128bytes內(nèi)部RAM，2Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器，15根I／O線，2個16位定時／計數(shù)器，5個兩級中斷源，1個全雙工串行口，一個片內(nèi)精密模擬比較器和片內(nèi)振蕩器。其特點如下：耐久性：1,000寫／擦除周期2K字節(jié)可重編程閃速存儲器（3）和MCS-51產(chǎn)品的兼容（4）2.7V～6V的操作范圍（5）15根可編程I/O引線（6）兩級加密程序存儲器（7）直接LED驅(qū)動輸出（8）全靜態(tài)操作：0Hz～24MHz（9）低功耗空載和掉電方式（10）片內(nèi)模擬比較器（11）128×8位內(nèi)部隨機數(shù)據(jù)存儲器如圖4所示AT89C2051有20個引腳，該芯片比8051缺少P0、P22兩個對外端口。其引腳減少就意味著尺寸相應(yīng)也減小[5]。圖4AT89C2051引腳圖3.1.2測速儀復(fù)位電路設(shè)計復(fù)位電路通常用按鈕復(fù)位及上電自動復(fù)位兩種方式。圖580C2051復(fù)位電路由圖5所示，為按鍵手動復(fù)位電路。當(dāng)Vcc的上升時間小于1ms時,自動上電復(fù)位就可實現(xiàn)。時鐘頻率用6MHZ時C取22μF,R取1KΩ[6]。有時還要靠按鍵手動復(fù)位。上電復(fù)位并不適用所有情況，該設(shè)計便是按鍵手動復(fù)位。時鐘頻率為6MHZ時，相應(yīng)的C取值為22μF,Rs取值為200Ω，RK取值為1KΩ。3.1.3測速儀晶振電路設(shè)計如圖6所示為晶振電路連接圖。圖6晶振電路連接晶振電路包括晶振和兩個負(fù)載電容。調(diào)試時應(yīng)注意把PC串口波特率設(shè)定為1200。，為最大限度保證頻率值的誤差，需根據(jù)晶振廠家規(guī)定晶振選值決定兩個電容的大小。兩個電容取在二十、三十pF之間的相同兩個值，若沒有兩個相同大小的電容，近似大小的替代也可行，不然會引發(fā)停振或不起振[7]。3.2測速儀信號處理電路設(shè)計由二級電路構(gòu)成，其中第一級的偏置可以確保放大器有較好的高頻響應(yīng)，其本身是開關(guān)三極管。輸入信號為正電壓的時候，三極管導(dǎo)通，輸出電壓與輸入電壓成反比。這時，本裝置可任意測量方波和正弦波頻率；而輸入信號是零或負(fù)電壓時，則三極管截止，輸出高電平。預(yù)處理電路第二級把與COMS電平兼容方波信號轉(zhuǎn)換成放大器生成的單相脈沖，并且把輸出信號加在單片機的P3.4口上[8]。若觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換中的正反饋信號變化緩慢，可以用矩形信號代替。值得注意的是，若要在輸出端獲得同等頻率的矩形脈沖信號需滿足信號幅度大于VT+。發(fā)生如下問題可通過施密反相觸發(fā)器整形得到理想的矩形脈沖波形。1、波形畸變；2、振蕩現(xiàn)象；3、波形的上升沿變壞。如圖7所示為信號預(yù)處理電路。圖7信號預(yù)處理電路圖3.3測速儀傳感器電路設(shè)計本設(shè)計關(guān)于傳感器的應(yīng)用，在信號脈沖發(fā)生源上我選擇的是開關(guān)型霍爾傳感器?？梢园汛艌霎?dāng)做媒介通過霍爾傳感器檢測多種物理量，如加速度、轉(zhuǎn)速、位移、電功率、電流等。它不僅能夠非接觸測量，并且無需附加其他能源。霍爾傳感器憑借感器尺寸小、性能可靠、應(yīng)用電路簡單、價格便宜等優(yōu)點獲得廣泛的應(yīng)用。除了直接利用它外，還可以用它開發(fā)出許多派生的傳感器[9]。霍爾元件原理圖如圖8所示。圖8霍爾傳感器磁場效應(yīng)經(jīng)考慮研究后采用開關(guān)型霍爾傳感器A04，其結(jié)構(gòu)如圖9所示。圖9開關(guān)型霍爾傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖該傳感器是集成傳感器的一種，其內(nèi)部包括霍爾元件、穩(wěn)壓電源及放大器、集電極開路輸出部分等。如圖10所示為開關(guān)型霍爾傳感器工作特性。圖10開關(guān)型霍爾傳感器工作特性不同類型電平輸出：1、低電平，磁感應(yīng)強度超過動作點 BOP；2、高電平，磁感應(yīng)強度降到釋放點BRE的；3、電平不變，磁感應(yīng)強度降到Bop以下的時候。Bre和Bop之間的回差使開關(guān)動作可靠性更加高。圖11霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖圖11為霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖。將磁鋼粘貼在非磁材料的電動車輪邊上，在電動車輪外緣附近固定霍爾傳感器。安裝完畢，車輪每轉(zhuǎn)動一圈霍爾傳感器輸出一個脈沖。電動車輪轉(zhuǎn)速可以通過單片機測量產(chǎn)生脈沖的頻率而得出。與之同理，根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速，然后結(jié)合圓盤的周長便可使物體的位移計算出來。因為傳感器內(nèi)部輸出是集電極開路輸出，為解決此問題，可以外接一個上拉電阻，電路結(jié)構(gòu)如圖12所示。圖12傳感器輸出電路3.4測速儀變換電路設(shè)計電動車電瓶電源為24V，而與單片機電壓為5V。所以要使用降壓變換電源降壓，經(jīng)考慮本設(shè)計采用MC34063降壓變換電源。該降壓變換電源是DC/DC變換集成電路，在本實驗起降壓作用。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖13所示：圖13MC34063引腳圖及原理框圖MC34063是單片雙極型線性的集成電路。其特點有以下幾點:特點一、輸入電壓3.0-40V；特點二、輸出電壓振蕩頻率從100HZ至100KHZ；特點三、輸出1.5A電流；特點四、低靜態(tài)電流。電路如圖14所示：圖14降壓變換電源當(dāng)VI=24V,Io=500mA的時候，該降壓電源具有如下三個特點：特點一、線性調(diào)整率為12mV±0.12％；特點二、負(fù)載調(diào)整率為3mV±0.03％；特點三、紋波電壓為120mV。3.5測速儀存儲器電路設(shè)計3.5.1概述I2C總線是二線制總線，其作用是與IC器件相連接。它接到總線上來傳送器件之間的信息，并且可以通過地址把諸如單片機、LCD驅(qū)動器等每個器件識別出來。采取I2C總線的單片機或者是IC部件，其片選是通過軟件尋址來實現(xiàn)的，通過這種方法減少了線的連接。某個功能單元的電路摘離總線或掛靠可通過CPU指令實現(xiàn)，單元的工作狀況還通過此方法檢測，來實現(xiàn)對硬件的擴展和控制[10]。4.5.2測速儀存儲器電路設(shè)計AT24C02是串行EEPROM，是ATMEL公司的生產(chǎn)的。有寫入速度快、擦寫次數(shù)多、工作電壓寬等特點。芯片的硬件地址由AT24C02的1、2、3腳用來確定。它們在單片機試驗開發(fā)板上接地，第4腳為負(fù)電源。第5腳為串行數(shù)據(jù)的輸入/輸出，數(shù)據(jù)在其試驗開發(fā)板上與單片機的P3.5連接，通過這條雙向I2C總線串行來傳送的。第6腳SCL是串行時鐘輸入線，與單片機的P3.6連接。第7腳要接地。第8腳為正電源。本設(shè)計使用該芯片SCL端和單片機的P3.5口連接，用芯片SDA端和單片機的P3.7口連接。AT24C02在內(nèi)部組織成256×8位，其具有在二線總線上工作的串行接口和軟件協(xié)議?？紤]到本設(shè)計總線只有一個元件，所以把接口A0、接口A2、接口A3全部接地，也就是設(shè)AT24C02地址為000。圖15AT24CO2與單片機的接口電路

如圖15所示為單片機的接口。電動車測速儀顯示里程時，單片機發(fā)送讀信號，經(jīng)過確認(rèn)后，讀出數(shù)據(jù)，用來顯示使用。其中，單片機計算得出的里程數(shù)據(jù)通過SDA、SCL兩端輸送向AT24C02。3.6測速儀顯示電路設(shè)計經(jīng)考顯示效果、適應(yīng)性等多方面慮后，本設(shè)計采用74HC164驅(qū)動數(shù)碼管。下面簡單介紹下該數(shù)碼管，它是8位邊沿觸發(fā)式的移位寄存器。數(shù)據(jù)通過輸入端DSA輸入，也可以通過DSB輸入，輸入方式為串行輸入。也就是可以通過DSA、DSB任意一個控制另一輸入端數(shù)據(jù)輸入。但要注意，兩個輸入端不要懸空，實現(xiàn)方式是，它們要連接在一起或者把不用的輸入端接高電平。如圖16所示為74HC164的引腳。圖1674HC164的引腳數(shù)據(jù)隨著時鐘的由低變高而向右移動，然后輸入到輸入端的邏輯與Q0，它將上升時鐘沿之前維持一個建立時間長度。值得注意一點，主復(fù)位輸入端上的一個低電平會強制全部的輸出都是低電平[11]。也就是該低電平使其它輸入端失效，并讓寄存器清空。3.7測速儀報警電路設(shè)計電動車行使超速時語音報警的電路應(yīng)用講述，WTV040語音芯片是語音報警電路的核心。WTV040語音芯片語音可由自己自由設(shè)定、適應(yīng)性強且經(jīng)濟實惠。下面我們將了解下WTV040語音芯片，再依據(jù)語音芯片各項功能，規(guī)劃一下超速報警器的工作框圖，最后詳細(xì)設(shè)計電動車報警儀。3.7.1測速儀語音芯片概述本設(shè)計采用WTV040語音芯片，其功能完全能夠滿足本設(shè)計要求，該語音芯片工作電壓是DC2.5～3.5V，其輸出是PWM模式和DAC模式。一些芯片插入靜音也需要占用空間，而該芯片并不占用語音空間且可任意靜音。擁WTV040語音芯片有多種工作模式，這里不過多贅述。該語音芯片工作時，BUSY腳可任意設(shè)定高低電平輸出。本芯片裝有喇叭直推線路,十分方便，無需外加器件。該款語音芯片還具有可編程功能，經(jīng)過設(shè)計，可定制各種復(fù)雜的功能[12]。按鍵模式下有十幾種觸發(fā)該語音芯片的方式?？梢杂缮衔粰C軟件隨意對報警語音、觸發(fā)方式和控制模式進(jìn)行更改設(shè)定，該芯片可根據(jù)設(shè)計要求，在多種場合中應(yīng)用。如表1所示為WTV040語音芯片的語音段數(shù)：表1WTV040語音芯片語音段數(shù)封裝規(guī)格播放時長（秒）語音芯片工作對應(yīng)的最多語音段數(shù)按鍵模式（段）按鍵組合（段）并口模式（段）串口模式（段）SSOP2040128128128208DIP16407782083.7.2測速儀語音報警電路電動車超速時，系統(tǒng)單片機會向外發(fā)出一個拉低I/O口P01的低電平，這個信號會觸發(fā)語音報警。電路中，測速器輸出恒定的電壓，一旦電動車超速，便會觸發(fā)報警系統(tǒng)一直工作，車速降到限制速度以下停止報警。本設(shè)計通過按鍵模式來控制語音芯片。可直接通過按鍵讓電動車報警語音芯片發(fā)聲，單片機每個管腳對應(yīng)特定的錄音。考慮到實際使用存在按鍵抖動問題，本設(shè)計采用15ms防按鍵抖動時間，這會有效避免按鍵抖動。如表2所示為端口的分配。表2按鍵控制模式端口分配封裝形式管腳T07T06T05T04T03T02T01T00DIP16K4K3K2K1SOP16K4K3K2K1SSOP20K8K7K6K5K4K3K2K1芯片采用電平保持可循環(huán)觸發(fā)的觸發(fā)方式。其時序圖如圖17所示：該芯片采用的觸發(fā)方式是一種負(fù)脈沖觸發(fā)。單片機I/O口檢測到下降沿時，就立即控制該語音芯片播放語音。且系統(tǒng)將遵循接收到下降沿信號，便重新播放的規(guī)律。圖17可循環(huán)觸發(fā)時序圖電平保持觸發(fā)方式如圖18所示。I/O口低電平時播放語音，高電平時停止播放。圖18電平保持觸發(fā)時序圖我們先做一個能滿足大部分車主要求的簡單的電動車超速報警器，就是只錄制一段報警語音在語音芯片里面。因為只錄一段語音，所以采用DIP16封裝的WTV040語音芯片更加經(jīng)濟實惠。圖19超速報警器工作框圖定義P01為語音觸發(fā)腳，因為目前只播放一段語音，故其他I/O口被騰空。只要電動車超速，單片機就會輸出低電平，單片機輸出的低電平拉低P01的電平，導(dǎo)致結(jié)果是電動車測速儀報警程序啟動，語音及指示燈同時工作，駕駛?cè)私邮盏接嵪p速慢行。電動車速度低于設(shè)定速度時，語音芯片接收到信號，語音停止播放，指示燈停止閃爍。上電前為使語音芯片處于良好狀態(tài)，首先要讓其復(fù)位。該款語音芯片采用頻率是48MHz的RC震蕩模式，經(jīng)研究后，本設(shè)計選取了阻值270KΩ的電阻為外部震蕩電阻R1。電動車播放器聲音的大小由反饋電路兩個電阻阻值的大小決定。只要在超速時測速器能夠輸出電壓，該超速報警器便可以正常工作。如圖20所示，R1是270KΩ的震蕩電阻，R1在區(qū)間250KΩ~270KΩ內(nèi)改變阻值大小將影響語音播放速度的快慢。語音速度可調(diào)，音量自然也可調(diào)?？梢哉{(diào)節(jié)反饋電阻R3的阻值大小來改變音量的大小，音量隨其值變大而變大。假如語音芯片供電電壓不兼容主控單片機供電電壓，依據(jù)公式（Vin-Vout）×700/Vin=Rn計算,可算出數(shù)據(jù)線或者地址線，復(fù)位線的電阻。通常主控為5V單片機的話Rn的值在200到510歐之間。圖20超速報警器語音部分電路圖3.8測速儀掉電保護(hù)電路設(shè)計系統(tǒng)一直啟動會浪費能源，所以加入自動關(guān)閉及開啟系統(tǒng)的功能勢在必行。電動車速度大于0.1KM/H時系統(tǒng)可以自己啟動。而當(dāng)速度小于該值并保持10S以上時，系統(tǒng)自動關(guān)閉。電路沒有輸出脈沖，當(dāng)維持此狀態(tài)10S以上時，單片機將POWERC端置高電平，系統(tǒng)默認(rèn)電動車未行駛，此時除單片機之外系統(tǒng)只為測量電路繼續(xù)供電，而單片機進(jìn)入掉電狀態(tài)，系統(tǒng)耗電微小，電池電量可供系統(tǒng)保持近一年之久。此時電池為單片機的繼續(xù)運行提供能源，電池電壓等于或稍小于2V時單片機便可運行。雖然系統(tǒng)耗電微小，但是電池未接電源，其電量也就會用完[13]。我們稱電池能使用的最長時間為保護(hù)時間參數(shù)，平時使用中不可超過該數(shù)值，以確保系統(tǒng)運行。車主也應(yīng)注意隔段時間為電池充電，以確保保護(hù)不失效。關(guān)于電池充電問題總結(jié)來說：主電源不供電時系統(tǒng)使用電池電量；主電源工作時，為系統(tǒng)供電同時也為電池充電。圖21掉電保護(hù)電路如圖21是一個掉電保護(hù)電路。工作原理如下，主電源為系統(tǒng)供能時，為節(jié)省電池電量，VCC電源為單片機供電。充電時間長短和電流大小與R1阻值有關(guān)，合理取值可以節(jié)省時間。放電路徑：電池給單片機供電，通過R1+R2之后，會被兩個電阻消耗一部分，供電電流會有壓降，這會導(dǎo)致電壓到單片機VCC端口時通常在2V—2.5V左右，不足3V，但不能盲目提高電壓。不同公司的單片機情況不一，所以不同單片機，供電電壓也不盡相同，在單片機能運行前提下，調(diào)整電R2阻值，減少耗用電流[14]。3.9測速儀數(shù)據(jù)處理過程由單片機決定是否啟動測量周期程序，而這一個過程是單片機通過檢測P3.2引腳電平來完成的。只有引腳出現(xiàn)低電平才可以測量，高電平時等待。為允許定時器T0中斷，測量時第一步將TR0置位，同時也將ET0置位。然后判斷，如P3.2引腳為低電平則單片機等待測量；當(dāng)出現(xiàn)高電平時，首先判斷P3.2引腳是否為低電平，如果是，立刻復(fù)位TR0，第一時間終止定時器,來停止單片機測周期程序。有一種情況值得注意，該過程中T0可能會中斷，T0中斷一次，則R0加一，由此可知R0是周期值的高字節(jié)。周期值經(jīng)測量之后被存儲在寄存器R0、寄存器TH0、寄存器TL0之中,接下來要將周期值換算成電動車速度。電動車速度算法是用電動車輪的周長除以脈沖周期。計算時單位換算問題應(yīng)考慮進(jìn)來，由于采用μs作為周期的單位，因此要將所得值擴大10的6次方倍?？偫锍虜?shù)可由當(dāng)前速度值累加前一秒的里程來得到。本設(shè)計采用兩個物理按鍵切換顯示速度和里程。要顯示的值放到三個寄存器后即可轉(zhuǎn)換BCD代碼，然后再顯示處理[15]。本儀器應(yīng)具有實時性，所以全部快速算法。用壓縮BCD代碼轉(zhuǎn)換后，調(diào)用顯示消多余零模塊，調(diào)用顯示數(shù)據(jù)存儲模塊，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8段碼傳送到顯示緩沖區(qū)。目的是消除顯示數(shù)據(jù)前面的多余零，來保障測速儀顯示正常。最后經(jīng)串口將數(shù)據(jù)送至液晶顯示模塊以供顯示。結(jié)論本次設(shè)計以單片機AT89C2051為核心，采用快速高效的算法以保證