畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于CAN總線的汽車行程信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于CAN總線的汽車行程信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 部： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 汽車服務(wù)工程 班 級： 11級汽服班 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2015年 4 月 25 日摘 要控制器局域網(wǎng)（又名CAN總線），是由著名汽車電子產(chǎn)品生產(chǎn)和開發(fā)的德國博世公司研發(fā)出來的，最后發(fā)展成為國際規(guī)范。在現(xiàn)場總線的應(yīng)用中，CAN總線的應(yīng)用比較廣泛。 在北美和西歐，嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)和汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)總線就是CAN總線協(xié)議，而且專門為大型貨車和重型車輛設(shè)計(jì)了以CAN協(xié)議為基礎(chǔ)的SJ1939協(xié)議。CAN總線受到行業(yè)重視，其原因是可性能高，錯(cuò)誤檢測能力良好，從而被大量應(yīng)用在汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和條件溫度差、電磁輻射強(qiáng)和振動強(qiáng)的工業(yè)環(huán)境?；贑AN總線的汽車行程信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從大方向來說就是汽車?yán)锍瘫淼脑O(shè)計(jì)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)擬采用霍爾傳感器為信號采集模塊，利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器功能累加脈沖信號，再處理該信號，即可得到里程顯示，從而實(shí)現(xiàn)行程信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文將詳細(xì)闡述系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)流程，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將實(shí)時(shí)采集汽車CAN總線數(shù)據(jù)信息，可逐時(shí)了解汽車行駛期間行程信息變化，同時(shí)可記錄汽車運(yùn)行狀況，采集的數(shù)據(jù)可用于分析汽車行駛性能以及各部件的運(yùn)行狀態(tài)。 關(guān)鍵詞：CAN總線；汽車行程信息；采集系統(tǒng)；單片機(jī) AbstractController local area network (CAN bus), is a famous automotive electronic products production and development of German Bosch company developed, finally develop into international standards. In the application of field bus, CAN bus application more widely. In North America and Western Europe, the embedded industrial control lans and auto standard bus for computer control system is the CAN bus protocol, and specially designed for large trucks and heavy vehicles in the CAN protocol based SJ1939. CAN bus industry attention, the reason is high reliability, error detection ability is good, the computer control system which is widely applied in automobile and conditions of temperature difference, strong electromagnetic radiation and vibration of industrial environment. Car travel information collection system design based on CAN bus, from general direction for it is the design of automobile odometer. System design in this paper using hall sensor for signal acquisition module, Use of single-chip timing counter function additive pulse signal, then the signal processing, can get mileage, so as to realize information collection system design.This article will elaborate the system design of hardware circuit design and software design process, design of the system to real-time information acquisition vehicle CAN bus data, when to know during the car trip information change, at the same time CAN record car running status of collection of data CAN be used to analysis the car performance and running state of each component. Keywords： CAN controller；Car travel information；Acquisition system；Single-chip microcomputer II目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 CAN總線的工作原理11.2 CAN總線的應(yīng)用領(lǐng)域11.3 CAN總線的特點(diǎn)21.4 CAN總線的發(fā)展前景2第2章 系統(tǒng)概述32.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)概述32.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論依據(jù)3第3章 硬件設(shè)計(jì)43.1 主要元件介紹43.1.1霍爾式傳感器簡介43.1.2AT89C2051單片機(jī)簡介53.1.3液晶顯示驅(qū)動器SED1520簡介63.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器93.2.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)93.2.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的原理93.2.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式寄存器TMOD103.2.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON113.3 里程計(jì)數(shù)原理133.4 本章小結(jié)13第4章 軟件設(shè)計(jì)144.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖144.2 主要模塊程序設(shè)計(jì)154.2.1電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模塊程序設(shè)計(jì)154.2.2頻率測量模塊程序設(shè)計(jì)154.2.3液晶顯示程序模塊設(shè)計(jì)184.2.4里程數(shù)據(jù)顯示模塊程序設(shè)計(jì)184.3 本章小結(jié)22第5章 結(jié)語23參考文獻(xiàn)24致 謝25附 錄26IV貴陽學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 緒論1.1 CAN總線的工作原理 （1）CAN總線標(biāo)準(zhǔn)分為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，其中鏈路層有著不同的信息種類、總線訪問的仲裁法則和故障檢查與故障處理的方法。（2）CAN總線上的某個(gè)節(jié)點(diǎn)是以報(bào)文的形式發(fā)送數(shù)據(jù)的，然后再把數(shù)據(jù)傳給網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)。（3）總線中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)給其他節(jié)點(diǎn)時(shí)，分兩個(gè)階段進(jìn)行，準(zhǔn)備階段：該節(jié)點(diǎn)的CPU把自己的標(biāo)識碼和要傳送的數(shù)據(jù)傳給本節(jié)點(diǎn)的CAN芯片時(shí)；發(fā)送報(bào)文階段：該節(jié)點(diǎn)接到總線的分配信號時(shí)。（4）CAN芯片發(fā)出的數(shù)據(jù)是報(bào)文格式，該報(bào)文格式是根據(jù)協(xié)議編成的，這時(shí)，總線中的其他節(jié)點(diǎn)處于接收狀態(tài)。接收到的報(bào)文都會被接收狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)檢定，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自身的，然后確定是否接收它。 1.2 CAN總線的應(yīng)用領(lǐng)域 伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，同時(shí)人類對電子產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)設(shè)備、汽車和工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用需求不斷增大，并且對通信介質(zhì)的可靠性、成本等要求也隨之提高。當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)之一（現(xiàn)場總線），在分布式控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線技術(shù)支撐并實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信。同步外設(shè)接口、串行通信接口、通用異步接收器傳輸總線、內(nèi)部集成電路和通用串行總線，以及車用串行總線，包括控制器局域網(wǎng)和本地互連網(wǎng)等串行總線一般被用于微控制器中。長久以來運(yùn)用的通信標(biāo)準(zhǔn)，在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸范圍內(nèi)雖然被大量運(yùn)用，但是無法在大范圍的復(fù)雜環(huán)境運(yùn)用，比如需要用到很多的傳感器和控制器這種情況下。因此CAN總線應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)今世界，人們不斷提高了對汽車效能的需求，這使得汽車技術(shù)不斷發(fā)展，汽車上用的電控單元越來越多，因此電子設(shè)備之間的信息接收、傳輸越來越繁雜，為使各單元之間信息交換更為便捷，那就需要更多信號線來連接各單元，于是車用總線技術(shù)得到了較大發(fā)展。現(xiàn)在CAN總線逐漸被運(yùn)用在航天、航海、自動化、電力系統(tǒng)、工業(yè)控制等領(lǐng)域中，究其原因是其比較實(shí)用，可靠，而且成本不高。1.3 CAN總線的特點(diǎn)（1）可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。（2）網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)（信息）可分成不同的優(yōu)先級,可以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。 （3）采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。（4）可以點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)（成組）及全局廣播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù)。（5）直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5Kbps以下）。（6）通信速率最高可達(dá)1MB/s（此時(shí)距離最長40m）。（7）節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)112個(gè)。（8）采用標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)。（9）每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。（10）通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維，一般采用廉價(jià)的雙絞線即可，無特殊要求。 （11）節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。 1.4 CAN總線的發(fā)展前景 CAN最初是用于汽車行業(yè)的監(jiān)測、控制，用來解決汽車內(nèi)部的復(fù)雜硬件信號接線的低成本通信總線，現(xiàn)今CAN總線已經(jīng)被公認(rèn)為一種可靠的網(wǎng)絡(luò)總線在汽車上得以應(yīng)用。CAN總線共享信息和資源，總線的數(shù)據(jù)通信提高了系統(tǒng)可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性、可維護(hù)性，更好地匹配和協(xié)調(diào)各個(gè)控制系統(tǒng)。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展具有高度靈活性、簡單的擴(kuò)展性、優(yōu)良的抗干擾性和處理錯(cuò)誤能力的CAN總線，越來越受到人們的重視，它在汽車領(lǐng)域上得到了廣泛的應(yīng)用。世界上一些著名的汽車制造廠商，都采用了CAN總線來實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。第2章 系統(tǒng)概述2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)概述 本設(shè)計(jì)主要由信號采集處理模塊、單片機(jī)AT89C2051（內(nèi)含CAN控制器模塊）、系統(tǒng)化LCD顯示模塊、系統(tǒng)軟件等組成。其中信號采集處理模塊以霍爾傳感器為核心器件，霍爾器件固定在圓盤附近，圓盤每轉(zhuǎn)一圈，霍爾器件將產(chǎn)生一個(gè)脈沖，一個(gè)脈沖即代表了一個(gè)圓盤的周長。單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器timer0工作在定時(shí)狀態(tài)，timer1工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)，利用內(nèi)部定時(shí)器T0對脈沖輸入引腳T1進(jìn)行控制，這樣就能精確地檢測到設(shè)定時(shí)間內(nèi)加到T1引腳的脈沖數(shù)。累加的脈沖數(shù)乘以車輪周長就可得到里程數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)送到LCD顯示模塊進(jìn)行顯示。該系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方式，包括單片機(jī)和液晶模塊的初始化模塊、寫數(shù)據(jù)命令子模塊、頻率測量模塊、里程計(jì)算模塊、行程顯示數(shù)據(jù)LCD顯示模塊等。 單片機(jī) 行程顯示 脈沖信號 霍爾傳感器 圖2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理框圖2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論依據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器利用霍爾元件或者感應(yīng)線圈產(chǎn)生一定車速的脈沖信號，車速與輸出的脈沖的頻率成正相關(guān)，然而車身電腦控制系統(tǒng)對脈沖信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過轉(zhuǎn)換生成數(shù)字信號，再經(jīng)過處理之后進(jìn)入CAN收發(fā)器打包成一定格式的數(shù)據(jù)幀，并帶著標(biāo)識碼發(fā)送到CAN總線上。里程表中的CAN收發(fā)器接收到車速標(biāo)識碼的數(shù)據(jù)幀后，通過譯碼獲得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)幀，通過CPU計(jì)算（里程表轉(zhuǎn)速比首先由軟件編入）后一路發(fā)出8位電機(jī)驅(qū)動信號，表盤指針由步進(jìn)電機(jī)直接帶動，偏轉(zhuǎn)到一定的車速刻度處，表示此時(shí)車速；8段LCD線上驅(qū)動電路接收到另一路信號，顯示出對應(yīng)的里程數(shù)。第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1 主要元件介紹 3.1.1霍爾式傳感器簡介 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器：如2圖所示霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的外形圖和與磁場的作用關(guān)系圖?；魻杺鞲衅骱痛配摫仨毰鋵κ褂靡?yàn)榇艌鲇纱配摦a(chǎn)生。如圖3所示是霍爾傳感器采集轉(zhuǎn)速信號圖?；魻杺鞲衅髟趫A盤外緣附近的位置，而磁鋼被固定在非磁材料的圓盤邊上。霍爾傳感器輸出脈沖的數(shù)與圓盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)成正相關(guān)，每轉(zhuǎn)一圈便輸出一個(gè)脈沖。圓盤的轉(zhuǎn)速是由單片機(jī)計(jì)算產(chǎn)生脈沖的頻率得到的。 霍爾傳感器的輸出不需要再加裝濾波電路，因?yàn)槠渥陨硪呀?jīng)有了濾波電路，所以可以將信號直接送到單片機(jī)引腳的輸入位置或者直接實(shí)現(xiàn)單片機(jī)A/D信號轉(zhuǎn)換。并且該傳感器輸出的信號抗干擾能力很強(qiáng)且十分穩(wěn)定。 要使測出的轉(zhuǎn)速更精準(zhǔn)，那就要增強(qiáng)輸出的脈沖信號，也就是要讓一定時(shí)間采集到的脈沖數(shù)增多，在圓盤上貼上多塊磁鋼是比較可行的方法。這樣可以解決由于車輪轉(zhuǎn)速慢而測不到脈沖的問題。 圖3.1霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的外形圖 圖3.2霍爾傳感器采集轉(zhuǎn)速信號示意圖3.1.2AT89C2051單片機(jī)簡介美國ATMEL公司研制的AT89C2051單片機(jī)，具有高性能CMOS8位，低電壓的優(yōu)點(diǎn)。片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C2051提供了高性價(jià)比的解決方案。AT89C2051有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，具有耗能低性能高的優(yōu)點(diǎn)。AT89C51可以在線編程，也可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89C2051具有如下功能特性：（1）兼容MCS51指令系統(tǒng)；（2）32個(gè)雙向I/O口；（3）兩個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器；（4）1個(gè)串行中斷；（5）兩個(gè)外部中斷源；（6）2k可反復(fù)擦寫(1000次）Flash ROM；（7）128x8bit內(nèi)部RAM；（8）6個(gè)中斷源；（9）低功耗空閑和掉電模式； （10）軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。 圖3.3單片機(jī)AT89C2051引腳圖3.1.3液晶顯示驅(qū)動器SED1520簡介本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的液晶顯示屏內(nèi)置控制器為SED1520，點(diǎn)陣為122x32,需要兩片SED1520組成，由E1、E2分別選通，以控制顯示屏的左右兩半屏。圖形液晶顯示模塊有兩種連接方式。一種為直接訪問方式，一種為間接控制方式。本設(shè)計(jì)采用直接控制方式。直接控制方式就是將液晶顯示模塊的接口作為存儲器或IO 設(shè)備直接掛在計(jì)算機(jī)總線上。計(jì)算機(jī)通過地址譯碼控制E1和E2的選通；讀寫操作信號 RW由地址線 A1控制；命令/數(shù)據(jù)寄存器選擇信號AO由地址線A0控制。地址映射如下：0X000H0X001H0X002H0X003H0X004H0X005H0X006H0X007H寫E1指令寫E1數(shù)據(jù)讀E1狀態(tài)讀E1數(shù)據(jù)寫E2指令寫E2數(shù)據(jù)讀E2狀態(tài)讀E2數(shù)據(jù)表3.4地址映射表 圖3.5液晶顯示屏控制電路 SED1520液晶顯示驅(qū)動器是一種點(diǎn)陣圖形式液晶顯示驅(qū)動器，它可直接與8位微處理器相連，集行、列驅(qū)動器于一體，因此使用起來十分方便，作為內(nèi)藏式控制器被廣泛應(yīng)用于點(diǎn)陣數(shù)較少的液晶顯示模塊。（1）SED1520的特性 1.內(nèi)置顯示RAM區(qū)RAM容量為2560（32行80列）位。RAM中的1位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一個(gè)點(diǎn)的亮滅狀態(tài)：“1”表示亮， “0”表示暗。 2.具有16個(gè)行驅(qū)動口和16個(gè)列驅(qū)動口，并可級聯(lián)兩個(gè)SED1520實(shí)現(xiàn)32行驅(qū)動。 3.可直接與80系列微處理器相連，亦可直接與68系列微處理器相連。 4.驅(qū)動占空比為116或132。 5.可以與SED1520配合使用，以便擴(kuò)展列驅(qū)動口數(shù)目。（2）SED1520指令與顯示RAM結(jié)構(gòu) SED1520指令系統(tǒng)比較簡單，共13條，除讀狀態(tài)指令、讀顯示RAM數(shù)據(jù)指令外，其他指令均為寫操作，并且讀寫指令均為單字節(jié)指令。在送出每條指令時(shí)，必須進(jìn)行控制器狀態(tài)檢測，狀態(tài)字節(jié)的含義如下： D7：1/0，模塊忙/準(zhǔn)備就緒； D5：1/0，模塊顯示關(guān)/開； D4：1/0，模塊復(fù)位/正常； D3-D0： 未用 在指令使用中，關(guān)鍵要分清顯示行、列設(shè)置和顯示頁面設(shè)置的關(guān)系。單片SED1520可驅(qū)動6116液晶屏，其內(nèi)部顯示RAM相對于COM0每8行為一個(gè)顯示頁面。本設(shè)計(jì)所用的字符液晶模塊由兩塊SED1520級聯(lián)驅(qū)動，其中一個(gè)工作在主工作方式下，另一個(gè)工作在從方式下，主工作方式SED1520負(fù)責(zé)上半屏16行的驅(qū)動和左半屏的61列驅(qū)動，從工作方式的SED1520則負(fù)責(zé)下半屏16行的驅(qū)動和右半屏的61列驅(qū)動，使能信號E1、E2用來區(qū)分具體控制的是那一片SED1520。這樣兩片SED1520級聯(lián)可驅(qū)動12232圖形點(diǎn)陣液晶顯示屏,可完成圖形顯示,也可顯示七個(gè)半（1616點(diǎn)陣）漢字。 圖3.6模塊驅(qū)動原理圖SED1520液晶顯示驅(qū)動器共有13種顯示指令。本文用到的部分指令見下表指 令代 碼功 能R/WD/ID7D6D5D4D3D2D1D0顯示開/關(guān)指令0010101111/0全部顯示開關(guān),0：關(guān) 1：開顯示開始行00110開始行（031）顯示RAM中數(shù)據(jù)的起始行頁地址設(shè)置0010111003設(shè)置顯示頁地址 X address列地址設(shè)置000列地址（0121）設(shè)置顯示列地址 Y address寫顯示數(shù)據(jù)01寫入的數(shù)據(jù)寫顯示數(shù)據(jù)到RAM靜態(tài)驅(qū)動0010100100/11：靜態(tài)驅(qū)動,0：動態(tài)驅(qū)動刷新率設(shè)置0010101000/11：1/32,0：1/16結(jié)束0011101111釋放讀寫復(fù)位0011100011設(shè)置為初始狀態(tài)表3.7部分傳送指令表3.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器AT89C2051單片機(jī)內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器?？删幊痰囊馑际侵钙涔δ埽ㄈ绻ぷ鞣绞健⒍〞r(shí)時(shí)間、啟動方式等）均可由指令來確定和改變。在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中除了有兩個(gè)16位的計(jì)數(shù)器之外,還有兩個(gè)特殊功能寄存器（控制寄存器和方式寄存器）。3.2.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu) 圖3.8定時(shí)器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)原理圖從上面定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖中我們可以看出,16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器分別由兩個(gè)8位專用寄存器組成,即:T0由TH0和TL0構(gòu)成;T1由TH1和TL1構(gòu)成。其訪問地址依次為8AH-8DH。每個(gè)寄存器均可單獨(dú)訪問。這些寄存器是用于存放定時(shí)或計(jì)數(shù)初值的。此外,其內(nèi)部還有一個(gè)8位的定時(shí)器方式寄存器TMOD和一個(gè)8位的定時(shí)控制寄存器TCON。這些寄存器之間是通過內(nèi)部總線和控制邏輯電路連接起來的。TMOD主要是用于選定定時(shí)器的工作方式;TCON主要是用于控制定時(shí)器的啟動停止,此外TCON還可以保存T0、T1的溢出和中斷標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)器工作在計(jì)數(shù)方式時(shí),外部事件通過引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）輸入。 3.2.2定時(shí)計(jì)數(shù)器的原理 16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)加1計(jì)數(shù)器,其控制電路受軟件控制、切換。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為定時(shí)工作方式時(shí),計(jì)數(shù)器的加1信號由振蕩器的12分頻信號產(chǎn)生,即每過一個(gè)機(jī)器周期,計(jì)數(shù)器加1,直至計(jì)滿溢出為止。顯然,定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間與系統(tǒng)的振蕩頻率有關(guān)。因一個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期,所以計(jì)數(shù)頻率 fcount=1/12osc。如果晶振為12MHz,則計(jì)數(shù)周期為: T=1/（12106）Hz1/12=1s 。這是最短的定時(shí)周期。若要延長定時(shí)時(shí)間,則需要改變定時(shí)器的初值,并要適當(dāng)選擇定時(shí)器的長度（如8位、13位、16位等）。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為計(jì)數(shù)工作方式時(shí),通過引腳T0和T1對外部信號計(jì)數(shù),外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平。若一個(gè)機(jī)器周期采樣值為1,下一個(gè)機(jī)器周期采樣值為0,則計(jì)數(shù)器加1。此后的機(jī)器周期S3P1期間,新的計(jì)數(shù)值裝入計(jì)數(shù)器。所以檢測一個(gè)由1至0的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期,故外部事件的最高計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。例如,如果選用12MHz晶振,則最高計(jì)數(shù)頻率為0.5MHz。雖然對外部輸入信號的占空比無特殊要求,但為了確保某給定電平在變化前至少被采樣一次,外部計(jì)數(shù)脈沖的高電平與低電平保持時(shí)間均需在一個(gè)機(jī)器周期以上。 當(dāng)CPU用軟件給定時(shí)器設(shè)置了某種工作方式之后,定時(shí)器就會按設(shè)定的工作方式獨(dú)立運(yùn)行,不再占用CPU的操作時(shí)間,除非定時(shí)器計(jì)滿溢出,才可能中斷CPU 當(dāng)前操作。CPU也可以重新設(shè)置定時(shí)器工作方式,以改變定時(shí)器的操作。由此可見,定時(shí)器是單片機(jī)中效率高而且工作靈活的部件。3.2.3 定時(shí)器計(jì)數(shù)器方式寄存器TMOD 定時(shí)器計(jì)數(shù)器T0和T1有2個(gè)控制寄存器TMOD和TCON,它們分別用來設(shè)置各個(gè)定時(shí)器計(jì)數(shù)器的工作方式,選擇定時(shí)或計(jì)數(shù)功能,控制啟動運(yùn)行,以及作為運(yùn)行狀態(tài)的標(biāo)志等。其中,TCON寄存器中另有4位用于中斷系統(tǒng)。 定時(shí)器方式控制寄存器TMOD在特殊功能寄存器中,字節(jié)地址為89H,無位地址。TMOD的格式如下圖所示。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0GATECTM1M0GATECTM1M0控制定時(shí)器T1控制定時(shí)器T0表3.9TMOD格式表 GATE：門控位。GATE=0時(shí)，定時(shí)器由軟件控制位TR0或TR1來控制啟停。TRi位為1時(shí)，定時(shí)器啟動開始工作；為0時(shí)定時(shí)器停止工作。 GATE=1時(shí)，定時(shí)器的啟動停止由外部中斷引腳和TRi位共同控制。只有當(dāng)外部中斷引腳INT0或INT1為高時(shí)，TR0或TR1置1才能啟動定時(shí)器工作。 CT：功能選擇位。當(dāng)CT=0時(shí)設(shè)置為定時(shí)器工作模式；當(dāng)CT=1時(shí)設(shè)置為計(jì)數(shù)器工作模式。M1、M0：工作方式選擇位。定時(shí)器計(jì)數(shù)器有4種工作方式，由M0、M1來定義：M0M1操作方式功能說明00方式013位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，TLi只用低5位01方式116位定時(shí)器計(jì)數(shù)器10方式2自動重裝初值的8位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，THi的值在保持不變，TLi溢出時(shí)，THi的值自動裝入TLi中。11方式3僅適用于T0，T0分成2個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器；T1停止計(jì)數(shù)。表3.10定時(shí)器計(jì)數(shù)器工作方式表定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器TMOD不能進(jìn)行位尋址,只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置定時(shí)器工作方式,低半字節(jié)定義為定時(shí)器0,高半字節(jié)定義為定時(shí)器1。復(fù)時(shí),TMOD所有位均為0。 3.2.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCONTCON在特殊功能寄存器中,字節(jié)地址為88H,位地址(由低位到高位)為88H一8FH,由于有位地址,十分便于進(jìn)行位操作。TCON的作用是控制定時(shí)器的啟、停,標(biāo)志定時(shí)器溢出和中斷情況。TCON的格式如下圖所示。其中TFl，TRl，TF0和TR0位用于定時(shí)器計(jì)數(shù)器;IEl,ITl,IE0和IT0位用于中斷系統(tǒng)。 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H (位地址)TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 各位定義如下: TF1和TF0:分別為定時(shí)器1和定時(shí)器0溢出標(biāo)志。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿產(chǎn)生溢出時(shí)，由硬件自動置“1”，并可申請中斷。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件自動清零。TR1和TR0： 定時(shí)器1和定時(shí)器0啟動控制位。IE1和IE0： 外部中斷引腳INT0或INT1中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)外部中斷源有請求時(shí)其對應(yīng)的中斷標(biāo)志位置“1”。其復(fù)位方式由觸發(fā)方式來設(shè)置。IT1和IT0： 為外部中斷1和外部中斷0的觸發(fā)方式選擇位。ITi設(shè)置為“0”時(shí)為電平觸發(fā)；設(shè)置為“1”時(shí)為邊沿觸發(fā)方式。TCON中低4位與中斷有關(guān)。由于TCON是可以位尋址的,因而如果只是清溢出或啟動定時(shí)器工作,可以用位操作命令。例如:執(zhí)行“CLR TF0”后則清定時(shí)器0的溢出;執(zhí)行“SETB TR1”后可啟動定時(shí)器1開始工作。 （1）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化由于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的功能是由軟件編程確定的,所以一般在使用定時(shí)/計(jì)數(shù)器前都要對其進(jìn)行初始化,使其按設(shè)定的功能工作。初始化的步驟如下: 1.確定工作方式（即對TMOD賦值）; 2.預(yù)置定時(shí)或計(jì)數(shù)的初值（可直接將初值寫入TH0、TL0或TH1、TL1）; 3.根據(jù)需要開放定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的中斷（直接對IE位賦值）; 4.啟動定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（若已規(guī)定用軟件啟動,則可把TR0或TR1置“1”;若已規(guī)定由外中斷引腳電平啟動,則需給外引腳步加啟動電平。當(dāng)實(shí)現(xiàn)了啟動要求后,定時(shí)器即按規(guī)定的工作方式和初值開始計(jì)數(shù)或定時(shí)）。 （2）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的四種工作方式定時(shí)器T0或T1無論用作定時(shí)器或計(jì)數(shù)器都有4種工作方式:方式0、方式1、方式2和方式3。除方式3外,T0和T1有完全相同的工作狀態(tài)。通過對方式寄存器TMOD中M1、M2位的設(shè)置，可選擇四種工作方式。 1.工作方式0工作方式0是一個(gè)13位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，16位計(jì)數(shù)器只用了高8位THi和低5位（TLi的D4D0位），TLi的高3位未用。 2.工作方式116位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，原理同工作方式0 3.工作方式2自動重裝計(jì)數(shù)器。16位計(jì)數(shù)器拆成兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器，低8位作計(jì)數(shù)器用，高8位用于保存計(jì)數(shù)初值。當(dāng)?shù)?位計(jì)數(shù)產(chǎn)生溢出時(shí)，將TFi位置1，同時(shí)又將保存在高8位中的計(jì)數(shù)初值重新裝入低8位計(jì)數(shù)器中，又繼續(xù)計(jì)數(shù)，循環(huán)重復(fù)不止。 4.工作方式3方式3只適用定時(shí)器T0，T0在該模式下被拆成兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TH0和TL0。其中TL0使用原來T0的一些控制位和引腳，它們是：C/T，GATE，TR0，TF0和T0（P3.4）引腳INT0（P3.2）引腳。此方式下的TL0除作8位計(jì)數(shù)器外，其功能和操作與方式0，方式1完全相同，可作計(jì)數(shù)也可作定時(shí)用。該方式下的TH0，此時(shí)只可作簡單的內(nèi)部定時(shí)器功能。它借用原定時(shí)器1的控制位和溢出標(biāo)志位TR1和TF1，同時(shí)占用了T1的中斷源。TH0的啟動和關(guān)閉幕式僅受TR1的控制，TR1=1，TH0啟動定時(shí)；TR1=0，TH0停止定時(shí)工作。該方式下的T1仍可設(shè)置為方式0、方式1、方式2，用于任何不需要中斷的場合。3.3里程計(jì)數(shù)原理 本設(shè)計(jì)所采用的霍爾式傳感器由一個(gè)磁鋼和一個(gè)霍爾器件組成。磁鋼被貼在非磁性圓盤上，隨圓盤一起旋轉(zhuǎn)，霍爾器件固定在圓盤附近，圓盤每轉(zhuǎn)一圈，霍爾器件將產(chǎn)生一個(gè)脈沖，一個(gè)脈沖即代表了一個(gè)圓盤的周長。本設(shè)計(jì)中霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖將被送到單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器Timer1的T1口。內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器Timer0工作在定時(shí)狀態(tài)，Timer1工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)。Timer0和Timer1均工作在模式1。本設(shè)計(jì)中Timer0產(chǎn)生0.5秒的定時(shí)。Timer1將對0.5秒內(nèi)對加到T1腳的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。假設(shè)0.5秒內(nèi)timer1計(jì)數(shù)到N個(gè)脈沖。則圓盤的轉(zhuǎn)動頻率為 N / 0.5=2N 。若是將磁鋼貼于汽車的輪軸上，則汽車輪子每轉(zhuǎn)一圈，霍爾器件產(chǎn)生一個(gè)脈沖。對脈沖數(shù)進(jìn)行累加再乘以輪子的長度，即可得到里程數(shù)據(jù)。3.4本章小結(jié)本章敘述了該采集信息采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分，整個(gè)系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C2051為核心器件，由霍爾傳感器采集得到微弱的輪速脈沖信號，經(jīng)過信號放大電路的放大整形處理，傳送到單片機(jī)的Timer1的T1口，再通過單片機(jī)的計(jì)算和控制，在液晶顯示屏SED1520上即可得到顯示里程數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)汽車行程信息的數(shù)據(jù)采集。第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖 開始初始化顯示漢字 延時(shí)清屏顯示漢字 電機(jī)控制 方向顯示計(jì)數(shù)脈沖 里程顯示圖4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。整個(gè)系統(tǒng)由初始化模塊、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模塊、頻率測量模塊、里程顯示模塊以及其他功能模塊組成。程序設(shè)計(jì)中，以60H、61H、62H三個(gè)地址為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，60H（DATA1）用于存儲每0.5s 計(jì)數(shù)到的脈沖數(shù)，用于計(jì)算速度；61H（DATA2）、62H(DATA3)兩個(gè)地址用于存儲計(jì)數(shù)到的脈沖的累加數(shù)據(jù)，用于計(jì)算里程。4.2主要模塊程序設(shè)計(jì)4.2.1電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模塊程序設(shè)計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制模塊由指撥開關(guān)、單片機(jī)、DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片組成。指撥開關(guān)K0-K7接單片機(jī)的P10-P17(P1口)，通過指撥開關(guān)可輸入數(shù)據(jù)0-255，單片機(jī)將指撥開關(guān)輸入的數(shù)據(jù)輸出到DAC0832數(shù)模變換芯片，通過數(shù)模變換，轉(zhuǎn)換成-8V+8V的電壓驅(qū)動直流電機(jī)。從而達(dá)到對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。輸入數(shù)據(jù)等于128時(shí)，輸出電壓為0V；數(shù)據(jù)大于128時(shí)，輸出電壓大于0V；輸入數(shù)據(jù)小于128時(shí)，輸出電壓小于0V。mov p1,#0ffh ;設(shè)置P1口為輸入口 mov dptr,#cs0832 mov A, p1 movx dptr,A4.2.2頻率測量模塊程序設(shè)計(jì)霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖被送到單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器timer1的T1口。內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器Timer0工作在定時(shí)狀態(tài)，Timer1工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)。Timer0和Timer1均工作在模式1。本設(shè)計(jì)中Timer0產(chǎn)生0.5秒的定時(shí)。Timer1將對0.5秒內(nèi)對加到T1腳的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。假設(shè)0.5秒內(nèi)timer1計(jì)數(shù)到N個(gè)脈沖。則圓盤的轉(zhuǎn)動頻率為 N / 0.5=2N 。JISHU: MOV IE,#10001010B ；打開中斷開關(guān) MOV TMOD,#MODE ；設(shè)定內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作模式 MOV SP,#70H MOV 40H,#00H MOV TH1,#00H ；將timer1的計(jì)數(shù)寄存器賦初值0 MOV TL1,#00H ；將timer1的計(jì)數(shù)寄存器賦初值0 SETB TR1 ；啟動timer1AA: CLR F1 ；標(biāo)志位賦0 MOV TH0,#03CH ；定時(shí)器寫入初值 MOV TL0,#0B0H SETBTR0 ；打開定時(shí)器timer0 JNBF1,$ ；等待50ms INC 40H MOV A,40H CJNE A, #09H,AA ；定時(shí)中斷重復(fù)10次 CLR TR1 ；關(guān)閉計(jì)數(shù)器timer1 MOV DATA1,TL1 ；取出timer1計(jì)數(shù)值給DATA1 MOV A,DATA1 ADD A,DATA2 MOV DATA2,A ；將計(jì)數(shù)值累加到DATA2 JNC BB ；檢查計(jì)數(shù)是否溢出 INC DATA3 ；有溢出則DATA3加1BB: RET;-定時(shí)中斷子程序TIMER: CLR TR0 SETB F1 RETITimer0工作在模式1時(shí)，TLO、THO計(jì)數(shù)寄存器各使用8位，而28=256，設(shè)置計(jì)數(shù)初值時(shí)，把計(jì)數(shù)起點(diǎn)的值處以256，將余數(shù)放入TLO計(jì)數(shù)寄存器，將商數(shù)放入THO計(jì)數(shù)寄存器。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所采用12MHz的晶振，定時(shí)器所計(jì)數(shù)的脈沖的周期為1us。設(shè)計(jì)每50ms產(chǎn)生一次定時(shí)中斷，需計(jì)數(shù)50000個(gè)脈沖，則裝入計(jì)數(shù)寄存器的計(jì)數(shù)初值為65536-50000=15536，裝入THO計(jì)數(shù)寄存器的初值為15536/256=60(03CH), 裝入TLO計(jì)數(shù)寄存器的初值為176(0B0H)。程序流程圖如下：開始初始化設(shè)定計(jì)數(shù)器初值，并啟動F1=0定時(shí)器賦初值，并啟動F1=0？yesno40H加140H=9 ?NoYes停止計(jì)數(shù)，取出計(jì)數(shù)值將計(jì)數(shù)值累加到DATA2CY=0 ?YESNoDATA3加1返回主程序Timer關(guān)閉定時(shí)器F1=1返回Timer0中斷子程序圖4.2頻率測量模塊程序流程圖4.2.3液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中里程的數(shù)據(jù)由液晶顯示模塊顯示，所用的液晶顯示模塊由SED1520芯片驅(qū)動，首先必須對液晶顯示模塊進(jìn)行初始化，編寫相應(yīng)的字庫，編寫讀寫程序等。液晶顯示程序的設(shè)計(jì)包括了初始化程序、清屏程序、寫指令代碼子程序、寫顯示數(shù)據(jù)子程序、讀顯示數(shù)據(jù)子程序、中文顯示子程序、數(shù)字顯示程序以及中文字庫和數(shù)字字庫的編寫。程序詳見附表。4.2.4里程數(shù)據(jù)顯示模塊程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖被送到單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器timer1的T1口。內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器Timer0工作在定時(shí)狀態(tài)，Timer1工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)。Timer0和Timer1均工作在模式1。本設(shè)計(jì)中Timer0產(chǎn)生0.5秒的定時(shí)。Timer1將對0.5秒內(nèi)對加到T1腳的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。假設(shè)0.5秒內(nèi)timer1計(jì)數(shù)到N個(gè)脈沖。則圓盤的轉(zhuǎn)動頻率為 N / 0.5=2N 。若是將磁鋼貼于汽車的輪軸上，則汽車輪子每轉(zhuǎn)一圈，霍爾器件產(chǎn)生一個(gè)脈沖。對脈沖頻率進(jìn)行處理，即可轉(zhuǎn)化為車速。對脈沖數(shù)進(jìn)行累加再乘以輪子的長度，即可得到里程數(shù)據(jù)。本程序?qū)ζ囘\(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行模擬。設(shè)計(jì)程序時(shí)假設(shè)汽車輪子的周長約為2m，最后在顯示屏顯示的速度單位是km/h，里程單位是km。速度的計(jì)算如下：若0.5秒計(jì)數(shù)到N個(gè)脈沖，則輪子的轉(zhuǎn)動頻率為2N,車速為2N2 m/s，也即2N23.6 km/h 。設(shè)計(jì)中作近似處理，處理為14N km/h 。顯示時(shí)先顯示百位，再依次顯示十位、個(gè)位。;-速度處理顯示子程序SPEED: PUSH A MOV A,DATA1 MOV B,#0EH ；計(jì)數(shù)值乘以14 MUL AB MOV B, #64H ；除數(shù)賦值100 DIV AB ；得到百位顯示數(shù)據(jù)代碼 MOV CODE_ , A ；百位顯示字庫代碼 MOV A,B LCALL BB1 ；調(diào)用速度寫顯示數(shù)據(jù)程序 MOV B,#0AH ；除數(shù)賦值10 DIV AB ；得到十位顯示數(shù)據(jù)代碼 MOV CODE_ , A ；十位顯示字庫代碼 MOV CTEMP, #08H ；顯示后移8列 MOV A,B LCALL BB1 ；調(diào)用速度寫顯示數(shù)據(jù)程序 MOV CODE_ , A ；個(gè)位顯示字庫代碼 MOV CTEMP, #10H LCALL BB1 MOV DATA1,#00H ；數(shù)據(jù)緩沖區(qū)清零 POP A RETDATA2,DATA3存儲計(jì)數(shù)到的脈沖總數(shù)，DATA2能存儲255個(gè)脈沖，每次計(jì)數(shù)溢出，則DATA3加1，DATA3里的數(shù)據(jù)權(quán)重為256.這樣兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)能計(jì)數(shù)最多65536個(gè)脈沖，也即131072 米 （130多公里）。實(shí)際制作里程表時(shí)只要適當(dāng)增加數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)量，即可對最大顯示里程進(jìn)行擴(kuò)充。程序設(shè)計(jì)過程中，對里程數(shù)據(jù)的顯示作了近似處理;-里程處理顯示子程序MILAGE: PUSH A MOV A,DATA3 MOV B,#0C8H ；除以200 顯示百位里程數(shù)據(jù) DIV AB MOV CODE_, A MOV CTEMP,#00H MOV A,B LCALL BB2 MOV B,#014H ； 顯示十位里程數(shù)據(jù) DIV AB MOV CODE_,A MOV CTEMP, #08H MOV A,B LCALL BB2 MOV B, #02H ； 顯示個(gè)位里程數(shù)據(jù) DIV AB MOV CODE_ ,A MOV CTEMP, #10H MOV A,B LCALL BB2 MOV CODE_ ,#0AH MOV CTEMP, #17H ；顯示小數(shù)點(diǎn) LCALL BB2 CJNE A,#00H, M1 MOV A,DATA2 ；DATA2除以50得到小數(shù)點(diǎn)MOV B,#032H 后第一位 DIV AB MOV CODE_, A MOV CTEMP, #1EH MOV A,B LCALL BB2 MOV B,#05H ；余數(shù)再除以5得到小數(shù)點(diǎn)后第二位 DIV AB MOV CODE_ ,A MOV CTEMP, #26H LCALL BB2 POP A RETM1 : MOV A,DATA2 MOV B,#032H DIV