毕业设计论文单片机红外汽车测速

编编 号号毕毕业业设设计计（论论文文）题目：题目： 单片机红外汽车测速单片机红外汽车测速 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文）诚诚 信信 承承 诺诺 书书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 单片机红外测速设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 学 号： 作者姓名： 年 月 日xx 大大学学 xx 学学院院机机电电系系 电电子子信信息息工工程程 专专业业毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书一、题目及专题：一、题目及专题：、题目 单片机红外汽车测速设计 、专题 单片机红外汽车测速的软硬件设计 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据红外线传感器应用相当广，在许多地方你都可以看到它的身影，如红外门禁系统，红外报警系统、红外测距系统，红外遥控系统等等。自从单片机问世以来，在国外，他已广泛应用于自动控制、数据采集和处理、家用电器等各方面，同时也参透到其他各个科技领域。在国内，虽然起步比较晚，但由于单片机物美价廉、功能强、体积小、使用灵活方便，越来越得到发展，尤其在工业过程控制、自动化仪器等领域得到广泛应用。所以本次毕业设计我选择了单片机红外汽车测速这个课题。单片机红外汽车测速精度高，应用广。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求：1. 硬件电路的设计 2. 用 protel 画出硬件原理图 3. 软件编程程序框图设计 4. 软件编程实现汽车速度测量 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期：自自 年年 月月 日至日至 年年 月月 日日六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师指导教师签名签名 签名签名 签名签名教教研研室室主主任任学科组组长研究所所学科组组长研究所所长长签名签名 系主任系主任 签名签名 xxxx 年年 xx 月月 xx 日日摘摘 要要随着居民生活水平的不断提高，汽车已经成为现代社会中不可缺少的一部分。本次设计制作的单片机红外汽车测速仪能够显示汽车的行驶速度。单片机的优点是体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。而且单片机与数字电路完美的搭配组合能够完成前沿先进的设计。红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管与接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光线遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外光线才工作。 本产品具有密度大、体积小、易安装、易操作等优点。这是一般汽车电子产品所没有的。关关键键词词：单片机；测速；红外线发射AbstractWith the continuous improvement of living standards, cars have become the indispensable part of society. The design of microcontroller infrared speed detector capable of displaying the car speed. SCM has the advantage of small size, light weight, anti-interference ability, less demanding on the environment, low cost, high reliability, good flexibility, develop more easily. . Microcontroller and digital circuits and with the perfect combination of cutting-edge advanced design to completion. Infrared transmitter and receiver in two ways, one is the direct type, the other is reflective. LED direct-type refers to the relative placement and receiving tube launched and controlled at both ends of the middle distance apart; reflective means LED tubes tied together with the receiver, usually receiving tube has no light, only the issue of infrared LED encountered light reflector, the receiver tube receive the infrared light reflected back before work. This product has high density, small size, easy to install, easy to operate. This is a general automotive electronic products do not have. Keywords: microcontroller; speed; infrared emission V目目 录录1 绪论.12 课题研究内容和分析论证.32.1 课题研究内容.32.2 整体方案设计与选择.32.2.1 显示部分电路选择.32.2.2 计数电路选择.32.3 系统结构图.43 硬件设计.53.1 AT89C51 单片机.53.1.1 单片机发展过程.53.1.2 AT89C51 单片机简介.63.1.3 主要功能.63.1.3 管脚说明.73.1.4 振荡器特性.83.2 74LS14.93.2.1 施密特触发器介绍.93.2.2 施密特触发器的应用.93.2.3 74LS14 介绍.103.3 七段 LED 数码显示器 .113.3.1 七段 LED 数码管.113.3.2 LED 数码显示器的显示段码.133.3.3 74LS164 显示接口芯片.133.4 红外发射接收电路.153.4.1 红外线特点.153.4.2 红外线发射与接收器件.153.4.3 发射接收电路组成.19VI4 软件设计.214.1 中断程序设计.214.2 显示输出程序.234.3 总程序设计.245 总结与展望.25致 谢.26参考文献.27附 录.28单片机红外测速设计11 绪论绪论单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，以极高的性能价格比受到人们的重视和关注，所以应用很广泛，发展很迅速。单片机的优点是体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后，也能依靠自己的力量来开发所希望的单片机系统，并可获得较高的经济效益。而且单片机与数字电路完美的搭配组合能够完成前沿先进的设计。目前单片机技术和数字电子技术已经广泛地应用于计算机，自动控制，电子测量仪表，电视，雷达，通信等各个领域。例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高，功能高，而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术的发展，尤其是中，大规模和超大规模集成电路的发展，单片机和数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。随着现代社会的电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际。xx 大学学士学位22 课题研究内容和分析论证课题研究内容和分析论证2.1 课题研究内容课题研究内容本次设计的任务是制作一个单片机红外汽车测速仪，使其能够显示汽车的行驶速度。主要完成以下内容：（1）系统硬件电路的详细设计根据系统要求对各部分电路进行细化。设计出具体电路，并根据各单元电路的功能需求选定具体的器件。主要包括各种芯片的选择，元器件的类型，与单片机的各引脚如何连接，各个芯片之间怎么连接等。本部分具体内容在第二章中加以介绍。（2）系统软件的详细设计根据系统软件的结构划分，对各个功能模块进行详细设计，同时画出每个部分的程序框图，最后把单独的程序结合在一起。本部分具体内容在第三章中加以介绍。2.2 整体方案设计与选择整体方案设计与选择2.2.1 显示部分电路选择显示部分电路选择这部分硬件和软件部分设计我考虑的两种方案：方案一：串行接法设计中要显示 3 位数字，用 74LS164 作为显示驱动，其中带锁存，使用串行接法可以节约 I/O 口资源，发送数据时容易控制。方案二：并行接法使用并行接法时要对每个数码管用 I/O 口独立输入数据，占用资源较大。由于设计中用一块单片机进行控制，资源有限，选择了方案一。另外，使用锁存也起到节约资源的作用。2.2.2 计数电路选择计数电路选择本次设计中主要要记录汽车轮子所转的圈数并同时记录转这些圈数所用的时间，然后通过圈数计算出路程最后得出速度。在本设计中我想了两个方案：方案一：使用红外中断将红外发光二极管和红外光敏三极管分别置于车轮俩边，使他们能够通过车轮上小孔进行对射。当车轮转一圈时，红外光敏三极管接收到红外发光二极管的光，从而红外光敏三极管电路接通，产生高电平，经施密特触发器 74LS14 整形并传送到单片机的外部中断 0 执行中断程序记录圈数。方案二：使用电感式接近开关在汽车轮子侧面装一个金属物体，然后在附近安置一个振荡感应头，当金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰弱，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体单片机红外测速设计3接近，进而控制开关的通或断，接通一次就表示轮子转了一圈。考虑到取材问题，我采用方案一设计。综上所述，我所要做出来的系统整体方案为：红外传感器中断进行汽车轮子所转圈数的计数和所用时间的计数，用 74LS164 作为显示驱动，串行连接 3 个数码管。2.3 系统结构图系统结构图本次设计中用到的硬件有红外发光二极管、红外光敏三极管、施密特触发器（74LS14） 、单片机（AT89C51） 、显示芯片（74LS164） 、数码管。下图 2.1 为系统的结构框图。信信号号采采集集整整形形单单片片机机输输出出显显示示图 2.1 系统结构图xx 大学学士学位43 硬件设计硬件设计3.1 单片机的最小应用系统单片机的最小应用系统13.1.1 单片机发展过程单片机发展过程单片机一词是来自英文 Single Chip Microcomputer,它是 80 年代初从英文直译而来。单片机物理含义是把 CPU、存储器和各种各样外围设备的接口都集成在一块半导体芯片上，形成单片机的计算机。但是，目前国内外的多数厂商和学者普遍改称“微控制器”（Microcomputer Unit）来代替以前的单片机（Single Chip Microcomputer） 。究其原因，是这类微型计算机，从功能到形态皆由控制计算机演变而来。因此，单片机改称微控制器后，其含义就更加准确。单片机在一块芯片上集成了中央处理单元 CPU、随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、定时/计数器和多种功能输入/输出 I/O 及 A/D 转换等。就其组成而言，一片单片机就是一台计算机。单片机的发展划分为四个阶段：第一阶段（1974 年开始）：单片机初级阶段。因工艺限制，单片机采用双片的形式，而且功能比较简单，如仙童公司的 F8 实际上只包括了 8 位 CPU、64 字节 RAM 和 2 个并行 I/O 口，因此，还需加一块 3851（由 1K ROM、定时/计数器和 2 个并行 I/O 口构成）才能组成一台完整微型计算机。第二阶段（1976 年开始）：低性能单片机阶段。以 Intel 公司的 MCS-48 为列，采用了单片结构。即在一块芯片内就含有 8 位 CPU、并行 I/O 口、8 位定时/计数器、RAM和 ROM 等，但无串行 I/O 口，中断处理也比较简单，片内 RAM 和 ROM 容量较小，且寻址范围有限，一般都不大于 4K 字节。第三阶段（1978 年开始）：高性能单片机阶段。这一类单片机带有串行 I/O，有多极中断处理，定时/计数器为 16 位，片内的 RAM 和 ROM 相对增大，且寻址范围可达64K 字节，有的片内还带有 A/D 转换接口。这类单片机有 Intel 公司的 MCS-51，Motorola 公司的 6801 和 Zilog 公司 Z8 等。由于这类单片机应用的领域较广，目前还在不断改进和发展着。第四阶段（1982 年开始）：16 位单片机阶段。16 位单片机除了 CPU 位 16 位外，RAM 和 ROM 容量进一步增大，实时处理的能力更强。如 Intel 公司的 MCS-96，其集成度已为 120000 管子/片，主振幅 12MHZ，片内 RAM 为 232 字节，ROM 为 8K 字节，中断处理为 8 级，而且片内带有多通道 10 位 A/D 转换和高速输入/输出部件（HSIO） ，实时处理的能力很强根据 1989 年 5 月的统计，包括单片信号处理机在内，单片机有 70 几个系列 463 个机种。单片机红外测速设计53.1.2 AT89C51 单片机简介单片机简介AT89C51 单片机的指令长度较短：单字节指令有 49 条；双字节指令有 46 条；最长的是三字节指令，只有 16 条。指令周期也短；单机器周期指令 64 条；双机器周期指令45 条；只有乘、除两条指令需要 4 个周期。这些指令在 12MHZ 晶振的情形下，执行时间分别为 1us、2us 和 4us。可见，MCS-51 指令系统在存储空间和执行时间方面具有较高的效率，编程的程序占用内存单元少，执行也很快捷，与其应用范围的要求很想适应。在 8051 单片机指令系统中，有丰富的位操作（或称位处理）指令，形成一个相当完整的位操作指令子集，成为该指令系统的重大特色。这对于需要进行大量位处理的程序将带来明显的简捷和方便。3.1.3 复位电路复位电路MCS-51 系列单片机的复位是由外部的复位电路实现的。复位电路的目的是产生持续时间不小于 2 个机器周期的高电平。单片机通常采用 2 种形式的复位电路：上电自动复位电路和按钮开关复位电路。图为上电自动复位电路。上电自动复位电路是通过电容充电来实现的。在接通电源（上电）的瞬间，RC 电路充电，由于电容 C 两端的电压不能突变，在 RESET 引脚上电压接近电源电压+5V；随着充电时间的延长，充电电流减小，RESET 引脚的电位也逐渐下降；当电容 C 两端的电压接近+5V，RESET 引脚也被拉成低电平。在电容 C 充电过程中，只要 RESET 引脚能够保持 10ms 的高电平，就能使单片机有效地复位。如图 3.1 所示图 3.1 复位电路3.1.3 振荡电路振荡电路AT89C51 单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1 和 XTAL2 分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器，自激振荡器与单片机内部的时钟发生器构成单片机的时钟电路。在单片机应用系统中，常选用晶体振动器作为外接振荡源，简称晶振。晶振的频率越高，则单片机系统的时钟xx 大学学士学位6频率越高，单片机的运行速度越快。如图 3.2 所示图 3.2 振荡电路3.1.4 管脚说明管脚说明图 3.3 AT89C51 引脚图1主电源引脚 Vcc 和 Vss（1）Vcc(40)。正常操作时接+5V 电源。（2）Vss(20)。接地。2外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2（1）XTAL1(19)。接外部晶体和微调电容的一个引脚。在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对 HMOS 单片机（如 8051） ，此引脚接地。对 CMOS 单片机（如 80C51） ，此引脚作为振荡信号的输单片机红外测速设计7入端。（2）XTAL2（18） 。接外部晶体和微调电容的另一个脚。在单片机内部，它是反向放大器的输出端。当采用外部振荡器时，对 HMOS 单片机，此引脚接收振荡器信号，即把振荡器信号直接送人内部时钟发生器的输入端。对 CMOS 单片机，此引脚应浮空。3控制或其他电源复用引脚 RST/Vpd，ALE/PROG，RSEN 和 EA/Vpp（1）RST/Vpd（9） 。当振荡器工作时，在此引脚上出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。（2）ALE/PROG（30） 。当访问外部存储器时，地址锁存 ALE 信号的输出用于锁存低 8 位地址信息。即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率周期性地发生正脉冲信号。此信号的频率为振荡器的 1/6。但是要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将少发出一个 ALE 信号。因此假若要将 ALE 信号直接作为时钟信号，那么程序中必须不出现访问外部数据存储器的指令，否则将不能将 ALE 作为时钟信号。ALE 端可以驱动（吸收或输出电流）8 个 LSTTL 电路。（3）PSEN（29） 。该端输出外部程序存储器读选通信号。当 CPU 从外部程序存储器取指令（或数据）期间，在 12 个振荡周期内将会出现 2 次 PESN 信息（低电平） 。（4）EA/Vpp（31）访问外部程序存储器控制端。当 EA 端保持高电平时，单片机复位后访问内部程序存储器，当 PC 值超过 4KB（对 8051/8751）或 8KB（对 8052/8752）时，将自动转向执行外部程序存储器程序。当 EA 端保持低电平时，则只访问外部程序存储器，而不管内部是否有程序存储器。对于 EPROM 型单片机，在 EPROM 编程期间，该引脚用于施加 EPROM 编程电压。4输入/输出引脚（1）P0.0P0.7(3932)。P0 口是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 口。在访问外部存储器时可作为地址（低 8 位）/数据分时复用总线使用。当 P0 作为地址/数据分时复用总线使用时，在访问存储器期间它能激活内部的上拉电阻。在 EPROM 型单片机编程时，P0接受指令，而在验证程序时，则输出指令。验证时，要求外接上拉电阻。P0 能以吸收点流的方式驱动 8 个 LSTTL 电路。（2）P1.0P1.7(18)。P1 是一个内部带上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口。在对 EPROM型单片机编程和验证程序时，它接收低 8 位地址。P1 能驱动（吸收或输出电流）4 个LSTTL 电路。（3）P2.0P2.7(2128)。P2 是一个内部带上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口。在访问外部存储器时，它送出高 8 位地址。在对 EPROM 型单片机编程和验证程序期间，它接收高8 位地址。P2 可以驱动（吸收或输出电流）4 个 LSTTLL 电路（3）P3.0P3.7(1017)。P3 是一个内部带上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口。P3 能驱动（吸收或输出电流）4 个 LSTTL 电路。P3 口每个引脚分别具有第二功能，如表 3-1 所示xx 大学学士学位8表 3-1 P3 各口线的第二功能口线第二功能P3.0RXD(串行口输入)P3.1TXD（串行口输出）P3.2TNT0(外部中断 0 外部输入)P3.3TNT1（外部中断 1 外部输入）P3.4T0（定时器/计数器 0 外部输入）P3.5T1（定时器/计数器 1 外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7WD（外部数据存储器读选通）3.2 整形滤波电路整形滤波电路23.2.1 施密特触发器介绍施密特触发器介绍施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。它是一种阈值开关电路，具有突变输入 输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。当输入电压由低向高增加，到达 V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi 由高变低，到达 V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的 .从传感器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。当传输线上的电容较大时，波形的上升沿将明显变坏；当传输线较长，而且接受端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象；当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号时，信号上将出现附加的噪声。无论出现上述的那一种情况，都可以通过用施密特反相触发器整形而得到比较理想的矩形脉冲波形。单片机红外测速设计9只要施密特触发器的 vt+和 vt-设置得合适，均能受到满意的整形效果。 。3.2.2 施密特触发器的应用施密特触发器的应用施密特触发器的应用 ：1. 波形变换可将三角波、正弦波等变成矩形波。2. 脉冲波的整形数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿不理想的情况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲。3. 脉冲鉴幅幅度不同、不规则的脉冲信号时加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。下面重点说一下施密特触发器的对脉冲波的整形作用。在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变：（1）输入信号是由直流分量和正弦分量叠加而成的，只要输入信号的幅度大于VT+，即可在施密特触发器的输出端得到同频率的矩形脉冲信号。（2）当传输线上电容较大时，波形的上升沿和下降沿将明显变化。（3）当传输线较长，而且接收端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象。无论出现上述的哪一种情况，都可以通过施密特触发器整形而获得比较理想的矩形脉冲波形。3.2.3 74LS14 介绍介绍在本系统中选用了由 TTL 电路集成的施密特触发器 74LS14。74LS14 是一个 6 反向器， 引脚定义如图 3.5：A 端为输入端，Y 端为输出端，一片芯片一共 6 路，即 1，3，5，9，11，13 为输入端， 2，4，6，8，10，12 为输出端，输出结果与输入结果反向。即如果输入端为高电平， 那么输出为低电平。 如果输入低电平，输出为高电平74LS14 具有以下特点：（1）输入信号边沿的变化即使非常缓慢，电路也能正常工作。（2）对于阈值电压和滞回电压均有温度补偿。（3）带负载能力和抗干扰能力都很强。74LS14 主要参数如表 3-2 所示：表 3-2 74ls14d 主要参数的典型值器件型号延迟时间（ns）每门功耗（mW）VT+（V）VT（V）VT（V）74LS14158.61.60.80.8xx 大学学士学位103.3 数码管显示电路数码管显示电路33.3.1 七段七段 LED 数码管数码管数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管的分类 ：（1）数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示） 。（2）按能显示多少个 “8”可分为 1 位、2 位、4 位等等数码管 。（3）按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮，共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极 (COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。通常七段 LED 数码显示器有 8 个发光二级管，其中 7 个发光二级管构成一个“8”字，1 个发光二级管用于显示小数点，这 8 个笔段分别用 ah 表示。七段 LED 数码显示器与单片机的并行接口很简单，只要将 1 个 8 位并行输出(口必须带输出锁存）与显示器 8 个引脚相连即可。但要注意输出口的实际驱动能力，必要时应加驱动电路。每个发光二级管均有其额定工作电流（510mA),所以实际使用时在每个发光二级管回路中应该接限流电阻，使其工作在额定电流范围内。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O 端口进行驱动，或者使用如 BCD 码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O 端口多，如驱动 5个数码管静态显示则需要 5840 根 I/O 端口来驱动，要知道一个 89S51 单片机可用的 I/O 端口才 32 个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂单片机红外测速设计11留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O 端口，而且功耗更低。本此设计采用串并转换电路 74LS164 为静态显示电路。3.3.2 LED 数码显示器的显示段码数码显示器的显示段码8 位并行输出口输出不同的数据即可显示不同的字符，通常将控制发光二极管的一个字节数据称为段码。共阳极结构与共阴极的显示器其段码互补。如一个字节中的最高位对应 h 笔段、最低位对应 a 笔段，则显示字符与对应的段码如表 3-3 所示表 3-3 七段 LED 数码管显示器的段码显示字符共阳极段码共阴极段码字型共阳极段码共阴极段码0COH3FHA88H77H1F9H06HB83H7CH2A4H5BMCC6H39H3BOH4FHDA1H5EH499H66HE86H79H592H6DHF8EH71H682H7DHP8CH73H7F8H07HUC1H3EH880H7FHY91H6E990H6FH黑FFH00H3.3.3 74LS164 显示接口芯片显示接口芯片4在本次设计中就选择了 74LS164 作为显示接口芯片。在单片机系统中，如果并行口的 IO 资源不够，而串行口又没有其他的作用， 那么我们可以用 74LS164 来扩展并行 IO口，节约单片机资源。74LS164 是一个串行输入并行输出的移位寄存器。并带有清除端。 其中：Q0Q7 并行输出端。A,B 串行输入端。MR 清除端，为 0 时，输出清零。CP 时钟输入端。如图 3.4 所示。xx 大学学士学位12图 3.4 74LS164 引脚图当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QAQH）均为低电平。串行数据输入端（A，B）可控制数据。当 A、B 任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下 Q0 为低电平。当 A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在 CLOCK 上升沿作用下决定 Q0 的状态。硬件接口电路如图 3.5 所示图 3.5 LED 显示接口电路3.4 红外发射接收电路红外发射接收电路53.4.1 红外线特点红外线特点红外线是国外著名科学家赫歇尔在一次科学实验中发现的，他发现在太阳的可见光线以外存在着一种神奇的光线，人的肉眼无法看见这种光线，但它的物理特性与可见光线极为相似，有着明显的热辐射。由于它位于可见光中红光的外侧，故而称之为红外线，红外线的波长范围很宽，介于 0.751000 微米之间，在红外线中，波长较短的为近红外线，波长最长的一段红外线为远红外线。红外光线的主要物理特征是有热效应和穿透云雾能力强。红外线的运用范围非常广泛，他能运用到军事、医疗、工程检测、人民生活等各个方面。比如：红外杀菌，导弹的红外制导、 红外线夜视仪，监控 检测设备，手机的红外口，宾馆的房门卡，汽车、电视机的遥控器、洗手池的红外感应等单片机红外测速设计133.4.2 红外线发射与接收器件红外线发射与接收器件1红外发射元件(1) 红外发光二极管由半导体 PN 结构成，其工作电压低、响应速度快、寿命长、体积小、重量轻，因此获得了广泛的应用。在半导体 PN 结中，P 区的空穴由于扩散而移动到 N 区，N 区的电子则扩散到 P 区，在PN 结处形成势垒，从而抑制了空穴和电子的继续扩散。当 PN 结上加有正向电压时，势垒降低，电子由 N 区注入到 P 区，空穴则由 P 区注入到 N 区，称为少数载流子注入。所注入到 P 区里的电子和 P 区里的空穴复合，注入到 N 区里的空穴和 N 区里的电子复合，这种复合同时伴随着以光子形式放出能量，因而有发光现象。(2) 发光二极管特性a 伏安特性当超过门限电压后，随着正向电压的增加，发光管的电流先是缓慢增加而后便急剧增加。也就是说，电压稍有波动，电流便会大幅变化。此外，就一般而言，发光二极管的反向击穿电压大于 5V，为了安全起见，反向击穿电压应在 5V 以下。b 光谱特性 (3) 红外发光二极管的基本驱动方式早期是采用电阻限流的方式 ，但是这种方式不能保证恒流，会随着输入电压的变化使电流也跟随变化，这主要是基于成本因素而采用的方式 ；其次是传统的采用单片机控制晶体管的开关来控制电流的方式；LDO 模式， 这种方式可以实现恒流，但是在大多数电压差较大的场合中，这种驱动方法的效率非常低下；目前市场主流控制方法是采用PWM 控制驱动，根据输入电压和输出 LED 的数量，可以分为 Buck 降压驱动 、Boost 升压驱动、Buck-Boost 升降压驱动。PWM 控制方式的好处是效率高，恒流能力好。2. 红外接收器件(1)红外光敏三极管光敏三极管有 PNP 型和 NPN 型两种，其结构与一般三极管很相似，具有电流增益,只是它的发射极一边做的很大,以扩大光的照射面积,且其基极不接引线。当集电极加上正电压,基极开路时,集电极处于反向偏置状态。当光线照射在集电结的基区时,会产生电子-空穴对,在内电场的作用下,光生电子被拉到集电极,基区留下空穴,使基极与发射极间的电压升高,这样便有大量的电子流向集电极,形成输出电流,且集电极电流为光电流的 倍。a 伏安特性光敏三极管在不同的照度下的伏安特性，就像一般晶体管在不同的基极电流时的输出特性一样。因此，只要将入射光照在发射极 e 与基极 b 之间的 PN 结附近，所产生的光电流看作基极电流，就可将光敏三极管看作一般的晶体管。光敏三极管能把光信号变成电信号，而且输出的电信号较大。xx 大学学士学位14b 光谱特性光敏三极管存在一个最佳灵敏度的峰值波长。当入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降。因为光子能量太小，不足以激发电子空穴对。当入射光的波长缩短时，相对灵敏度也下降，这是由于光子在半导体表面附近就被吸收，并且在表面激发的电子空穴对不能到达 PN 结，因而使相对灵敏度下降。3.4.3 发射接收电路组成发射接收电路组成本次设计中的红外发射接收电路如图 3.5 所示图 3.5 红外发射接收电路常用的红外发光二极管（如 SE303.PH303)，其外形和发光二极管 LED 相似，发出红外光。管压降约 1.4v，工作电流一般小于 20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。在本设计中红外发光二极管采用 SE303，其管压降约 1.4v，工作电流一般小于20mA。现在实用比较普，遍价格便宜。本次设计中实用的红外光敏三极管是PT3201。PT3201 由黑色陶瓷基座、金属外壳、玻璃透镜封装而成的高灵敏度 NPN 红外光敏三极管，感应峰值波长 880 nm。具有长寿命、高可靠性、高绝缘性、高密封性、抗湿、耐磨等特点，可在恶劣气候条件下使用。特点是：黑色陶瓷基座、金属封装、直径 4.8mm。高功率、绝缘性好、抗湿、耐磨。长寿命、高可靠性。镀金引脚可焊性好。单片机红外测速设计15红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管与接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光线遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外光线才工作。 在本次设计中采用了直射式。参数计算：由于采用的是 PH303 红外发光二极管，所以 U1=1.4V,I180 根据常用电阻阻值表得出 R1 选择 200 电IUUR1阻。红外光敏三极管采用的是 PT3201，U1=0.4V，I=2mA，VCC 也采用 5V 电源。同样根据公式得出 R2=2.3KIUUR1xx 大学学士学位164 软件设计软件设计4.1 主程序框图主程序框图9开始31H 单元中是否是#14H乘法子程序除法子程序显示子程序源代码显示输出结束NY图 4.1 总程序框图总程序源代码：见附录 C4.2 乘法子程序框图乘法子程序框图4.3 除法子程序框图除法子程序框图4.4 显示子程序源框图显示子程序源框图8单片机红外测速设计17开始取段码首地址百位偏移量送 A查百位段码显示百位十位偏移量送 A查十位段码显示十位十位偏移量送 A查十位段码显示十位图 4.2 显示输出程序框图显示子程序源代码：DSPLY: MOV DPTR,#TABLE;显示子程序MOV R2,#40REDO: MOV A,R2MOVC A,A+DPTRMOV SBUF,AJNB TI,$ ;查询送完一个字节的第 8 位？CLR TIINC R2CJNE R2,#43,REDORETTABLE: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99Hxx 大学学士学位18DB 92H, 82H, 0F8H,80H, 90H开始设置初始状态位中断允许输出状态位等待中断图 4.3 中断程序初始化框图外部中断 0 入口保护现场20H 单元加 1恢复现场中断返回定时计数器中断 0入口保护现场20H 单元加 1恢复现场中断返回图 4.4 外部中断 0 服务程序框图 图 4.5 定时计数器中断 0 程序框图中断源程序代码：BOOT: T_CONST EQU 3CB0H;一次 50MSMOV 30H,#00H;外部中断次数MOV 31H,#00H;定时器/计数器中断次数LCALL INI_IE0LCALL INI_TF0SETB EALJMP MAININI_IE0: SETB IT0 ;外部中断 0 初始化SETB EX0RET单片机红外测速设计19INI_TF0: MOV A, TMOD ;定时/计数器 0 初始化ANL A, #F0HADD A,#00000001BMOV TMOD,AMOV TH0,#HIGH(T_CONST)MOV TL0,#LOW(T_CONST)SETB ET0SETB TR0RETIE0_0: MOV A,20H ;外部中断 0 服务程序ADDA,#01HMOV 30H,ARETITF0_0: MOV TH0,#HIGH(T_CONST);定时/计数MOV TL0,#LOW(T_CONST);器 0 中断服MOV A,21H ;务程序ADD A,#01HMOV 31H,ARETIxx 大学学士学位205 总结总结与展望与展望通过本次毕业设计，我对51系列单片机和PROTEL方面有了相当的认识：基本上掌握了单片机的原理和一些芯片的引脚的作用；在PROTEL方面也能独立画出电路原理图。毕业设计是对4年大学所学知识的综合性考察，同时也是对自学能力的考察。在毕业设计中经常会遇到各种各样的困难，设计到的知识可能自己还没学过或者学的并不扎实，这就需要我们自学并虚心向老师请教。通过这次毕业设计，我学到了许多知识也得到了很多经验。希望能够在以后的不断深入学习中能够弥补自己的不足之处。同时更是朝着单片机应用领域迈进。单片机红外测速设计21致致 谢谢在本论文撰写完成之际，衷心感谢所有给予我指导和帮助的老师、同学。本课题从开始至最后终检，毕业设计已接近尾声。感谢机电系的领导及各位老师给予我热情的指导和帮助。特别感谢我的导师张春平老师的细心指导和支持，感谢他在百忙中为我们指导，并对论文的进展和写作提出了许多宝贵的意见，让我受益匪浅。无论是他严谨的治学态度，细致扎实的工作作风，渊博的知识，还是他的卓尔不群的思维以及对问题敏锐的洞察力，都是我今后学习的榜样。在他的帮助下我顺利完成了这次毕业设计。在此对系里各位老师和同学表示衷心的感谢是你们让我懂得了人生并不是每一天都精彩，但是只要你努力你就会有一个充实的一天。xx 大学学士学位22参考文献参考文献1 邹丽新,翁桂荣.单片微型计算机原理M.苏州大学出版社,2006：23-28，56-80.2 邹丽新,翁桂荣.单片微型计算机接口技术M.苏州大学出版社,2006，43-57.3 童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第三版)M.高等教育出版社,2005，35-89.4 马忠梅.单片机的 C 语言应用程序设计M.北京航空航天大学出版社,1999，43-50.5 陈汝全.单片机实用技术:整机设计、多机通信、实用技术M.电子工业出版社, 1992,78-80.6 夏继强.单片机实验与实践教程M.北京航空航天大学出版社,2001,21-32.7 边远春,王志强.MCS-51 单片机应用开发实用子程序M.人民邮电出版社,32-56.8 Jan.M.Rasaey, Didital Intigrated Circuits A Design PerspectiveM. 清华大学出版社,21-44.9 ATMEL, 8- bit Microcontroller with4K Bytes Flash MCS51M. 高等教育出版社,11-13.10 Malvino A.P . Digital Computer Electronics. McGraw-Hill Publishing Co. 1997单片机红外测速设计23附附 录录附录附录 AProtel99 SE 是 Protel 公司近十年来致力于 Windows 平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。因而今天的 Protel 最新产品已不是单纯的 PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以 PCB 为核心的整个物理设计。最新版本的 Protel 软件可以毫无障碍地去读 Orcad、Pads、Accel（PCAD）等知名EDA 公司设计文件，以便用户顺利过渡到新的 EDA 平台。Protel99 SE 共分 5 个模块，分别是：原理图设计、PCB 设计（包含信号完整性分析） 、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD 设计。以下介绍一些 Protel99SE 的部分功能:* 可生成 30 多种格式的电气连接网络表；* 强大的全局编辑功能；* 在原理图中选择一组器件，PCB 中同样的器件也将被选中；* 同时运行原理图和 PCB，在打开的原理图和 PCB 图之间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络；* 既可以进行正向注释元器件标号(由原理图到 PCB)，也可以进行反向注释(由 PCB到原理图)，以保持电气原理图和 PCB 在设计上的一致性；* 满足国标化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728 国标库） ；* 方便易用的数模混合仿真（兼容 SPICE 3f5） ；* 支持用 CUPL 语言和原理图设计 PLD，生成标准的 JED 下载文件；* PCB 可设计 32 个信号层，16 个电源-地层和 16 个机加工层；* 强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查;* 智能覆铜功能，覆铜可以自动重铺；* 提供大量的工业化标准电路板作为设计模版;* 放置汉字功能；* 可以输入和输出 DXF、DWG 格式文件，实现和 AutoCAD 等软件的数据交换；* 智能封装导航（对于建立复杂的 PGA、BGA 封装很有用） ；* 方便的打印预览功能，不用修改 PCB 文件就可以直接控制打印结果；* 独特的 3D 显示可以在制板之前看到装配事物的效果；* 强大的 CAM 处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等；* 经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从 PCB启动；* 反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合；* 专家导航帮您解决信号完整性问题。xx 大学学士学位24附录附录 B电路原理图单片机红外测速设计25附录附录 C源程序代码：ORG 0000HLJMP BOOTORG 0003HLJMP IE0_0ORG 000BHLJMP TF0_0ORG 0013HRETIORG 001BHRETIORG 0023HRETIBOOT: T_CONST EQU 3CB0H;一次 50MSMOV 30H,#00H ;外部中断次数MOV 31H,#00H ;定时器/计数器中断次数LCALL INI_IE0LCALL INI_TF0SETB EALJMP MAININI_IE0: SETB IT0 ;外部中断 0 初始化SETB EX0RETINI_TF0: MOV A,TMOD ;定时/计数器 0 初始化ANL A,#F0HADD A,#00000001BMOV TMOD,AMOV TH0,#HIGH(T_CONST)MOV TL0,#LOW(T_CONST)SETB ET0 xx 大学学士学位26SETB TR0RETIE0_0: MOV A,20H ;外部中断 0 服务程序ADD A,#01HMOV 30H,ARETITF0_0: MOV TH0,#HIGH(T_CONST);定时/计数MOV TL0,#LOW(T_CONST);器 0 中断服MOV A,21H ；务程序ADD A,#01HMOV 31H,ARETIMAIN: MOV A,31HCJNE A,#14H,MAINLCALL DOMULLCALL DODIVLCALL ZHHLCALL DSPLYMOV 30H,#00HMOV 31H,#00HLJMP MAIN被乘数低位地址放在 R1 中，乘数低位地址放在 R0 中被乘数字节数放在 R2 中，乘数字节数放在 R3 中乘积的低地址放在 R4 中，乘积的字节数放在 R5 中DOMUL: MOV 32H,#88HMOV 33H,#02HMOV R1,#30HMOV R0,#32HMOV R2,#01HMOV R3,#02HMOV R4,#34HMOV A,R1;复制保存地址指针MOV R6,A单片机红外测速设计27MOV A,R0;载入乘数地址MOV R5,A;复制保存乘数地址MOV A,R2ADD A,R2;求乘积字节数MOV 26H,AMOV R7,AMOV A,R4MOV R0,ACLEAR: MOV R0,#00H;乘积单元清零INC R0 ;R0 加 1DJNZ R7,CLEARMOV A,R4MOV R7,AMOV 27H,R7MOV 20H,R2LP0: MOV A,R5MOV R0,AMOV A,R0MOV B,R1MUL AB ;乘积ACALL ADDMINC R1DJNZ R2,LP0MOV R2,20HMOV A,R6MOV R1,AMOV A,R7INC A ;A 加 1MOV R7,AMOV R4,AINC R5DJNZ R3,LP0MOV R4,27H;恢复地址MOV R5,26HRETADDM: MOV 21H,A;加部分积MOV A,R4MOV R0,Axx 大学学士学位28MOV A,21HADD A,R0MOV R0,AMOV A,BINC R0 ;R0 加 1ADDC A,R0MOV R0,AINC R0 ;R0 加 1MOV A,R0ADDC A,#00HMOV R0,ADEC R0 ;R0 的数据指针调整MOV A,R0MOV R4,ARET;被除数低位地址放 R0 中，除数低位地址放 R1 中，被除数字节数放 R3 中;商低位地址放 R0 商字节数放 R3DODIV: MOV 1AH,#64HMOV R0,#34HMOV R1,#1AHMOV R3,26HMOV A,R0;复制保存被除数地址MOV R4,AMOV A,R1;复制保存除数地址MOV R5,AMOV A,R3;复制保存被除数字节数MOV R7,AMOV A,R0ADD A,R3MOV R6,A;部分余低位字节地址MOV R1,ALP0: MOV R1,#00H;部分余数单元清零INC R1DJNZ R3,LP0MOV A,R7;移位字节数ADD A,R7MOV R2,A单片机红外测速设计29MOV B,#04HMUL AB;求积LP1: PUSH A; 移位次数MOV A,R2MOV R3,AMOV A,R4MOV R1,ACLR C;进位清零LP2: MOV A,R1;移位RLC AMOV R1,AINC R1DJNZ R3,LP2NEXT: MOV A,R6;保存被除数地址MOV R0,AMOV A,R5;保存除数地址MOV R1,AMOV A,R7MOV R3,A;保存被除数字节数CLR CLP3: MOV A,R0;部分余减除数SUBB A,R1PUSH AINC R0INC R1DJNZ R3,LP3MOV A,R7MOV R3,AJC SMALL;调用余数处理子程序MOV A,R4MOV R0,AINC R0;商加 1MOV A,R6ADD A,R7DEC AMOV R0,ALP4: POP A;存新余数MOV R0,Axx 大学学士学位30DEC R0DJNZ R3,LP4SJMP NEXTSMALL: POP A;回复栈指针DJNZ R3,SMALLPOP ADEC A; 移位次数减 1JNZ LP11504: MOV A,R6;四舍五入ADD A,R7DEC AMOV R0,AMOV R2,AMOV A,R0JB E7H,ADD1MOV A,R6MOV R1,AMOV A,R7MOV R3,ACLR C;进位清零LP5: MOV A,R1RLC A;A 中内容左移 1 位MOV R1,AINC R1DJNZ R3,LP5MOV A,R2MOV R0,AMOV A,R7MOV R3,AADD A,R5DEC A;数据指针调整MOV R1,ALP6: CLR CMOV A,R0SUBB A,R1JC RE