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基于單片機監控系統的研究
【摘要】文章所設計的基于單片機監控系統汽車行駛記錄儀所實現的主要功能：記錄汽車停車前2秒內的行駛速度，并能實時地顯示汽車行駛的狀態信息，同時還對汽車的超速行駛進行報警并記錄一天之內的超速次數。
【關鍵詞】單片機;模塊;監控
本文所設計的汽車行駛記錄儀是基于兩片8051單片機作為控制系統的核心來進行設計的，整個系統分為六大模塊分別是：電源模塊、速度信號采集模塊、時鐘模塊、單片機模塊、存儲器模塊、顯示模塊。
一、電源模塊的設計
記錄儀作為車載設備，使用汽車電源。汽車上的電源有兩個：汽車發電機和蓄電池。記錄儀的電源直接取自蓄電池，在發電機轉速和用電負載發生較大變化時，可保持汽車電網電壓的相對穩定，同時，還可吸收電路中隨時出現的瞬時過電壓，以保護電子元件不受損害。車輛使用的車載蓄電池標稱值有兩種 12V的和 24V的，因此為了得到需要的 5V的電壓，我選用了 DC-DC 電源轉換芯片。
二、速度信號采集模塊的設計
速度信號檢測模塊的原理是：汽車行駛過程中，車輪經過傳感器，單位時間內輸出一定的脈沖，傳感器輸出的脈沖通過差動放大電路的放大與整形，然后送到單片機 8051 的 T0端口進行脈沖計數，與此同時 8051 的 T1 進行計時開始待到定時器產生中斷請求后，由計數器得到的脈沖數經過速度計算的公式和里程的計算后得到汽車行駛的速度和里程。從而得到汽車的行駛速度和里程，存儲與 8051 的 RAM數據存儲區。
本系統采用霍爾傳感器將速度信號轉換為脈沖信號，考慮到傳感器的體積要小，便于安裝，誤差要盡量減小等要求，設計采用車輪旋轉一周速度傳感器要輸出若干個脈沖的方法。本系統采用的是在變速器上安裝 3個小磁鋼，霍爾傳感器可相應的輸出 3 個脈沖用于速度信號的采集。速度信號采集模塊采用 THS118 型霍爾元件作為速度信號采集部分的速度傳感器。
三、時鐘模塊的設計
時鐘模塊主要是用于對時、分、秒、年、月、日和星期的計時。該模塊采用的芯片為DS12C887 時鐘芯片。此芯片集成度高，其外圍的電路設計非常的簡單，且其性能非常好，計時的準確性高。
DS12C887為雙列直插式封裝。其具體與單片機的連接如下所述：AD0~AD7雙向地址/數據復用線與單片機的P0口相聯，用于向單片機交換數據;AS 地址選通輸入腳與單片機的 ALE 相聯用于對地址鎖存，實現地址數據的復用;CS 片選線與單片機的 P2.6 相聯，用于選通時鐘芯片;DS 數據選通讀輸入引腳與單片機的讀選通引腳相聯，用于實現對芯片數據的讀控制;R/W 讀/寫輸入與單片機的寫選通引腳相聯，用于實現對時鐘芯片的寫控制;MOT 直接接地，選用 INTEL 時序。IRQ引腳與 8051 的 INT1 相連，用于為時間的采集提供時間基準。
四、單片機模塊的設計
本系統采用兩片單片機，兩個單片機之間采用串行通訊，用于兩者之間的數據交換。其工作時序是由外部晶振電路提供的，本系統采用的晶振頻率是 12 兆 HZ。其復位電路為自動上電復位。設計中所采用的單片機為 8051。
單片機在系統中主要是用來對其他模塊進行控制，是整個系統的核心部件。主單片機主要是用于對速度信號采集模塊、時鐘模塊和存儲模塊進行控制，同時還要與從單片機進行數據的交換。其外圍的 I/O口主要與這些模塊的中心芯片的數據總線或地址總線相連，其控制總線與這些模塊的控制線相連。從單片機主要是用于對顯示和校時的控制，因此其 I/O口主要與 LCD顯示器的 I/O口相連，其控制線與 LCD顯示器的控制線相連。由于從單片機的外部中斷源只有兩個，而我所設計的對時鐘的校時主要是通過外部中斷完成的，所以要對從單片機的外部中斷源進行擴展。本系統采用了 8259A 進行中斷源的擴展，從而實現對時鐘的校時。
五、儲模塊的設計
汽車行駛記錄儀對系統存儲數據的實時性及長久性要求很高，因此本系統我采用了ATMEL 生產的 AT29C010A Flash 性存儲器。其存儲空間為 16K，能夠滿足設計的要求。
AT29C010A是一種 5V在線閃速可電擦除的存儲器，具有掉電保護功能;方便的在線編程能力不需要高的輸入電壓，指令系統在 5V 電壓下即可控制對 AT29C010A 的讀取數據，這與對 EEPROM 的操作相似。再編程能力是以每一分區為單位的，128 字節的數據裝入AT29C010A 的同時完成編程。在一個再編程周期里，存儲單元的尋址和 128 字節的數據通過內部鎖存器可釋放地址和數據總線，這樣可為其它操作提供地址和數據總線。編程周期開始后，AT29C010A會自動擦除分區的內容，然后對鎖存的數據在定時器作用下進行編程。
六、示模塊的設計
顯示器主要是為人機交互提供即時的信息，能讓人們與機器進行很好的交流。在眾多種類的顯示器中，越來越多的儀器儀表及人機交互界面采用液晶顯示器。LCD 可分為段位式LCD、字符式 LCD和點陣式 LCD。其中段位式和字符式只能用于數字和字符的簡單的顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求;而點陣式不僅能夠顯示字符和數字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，可以實現屏幕的上下左右滾動等功能。
七、鍵的設計
本系統的按鍵主要是用于對時鐘的校對，現對按鍵的功能簡述如下：按鍵 1～7是用于對秒分時日月年星期校時的中斷申請;按鍵 8 是用于對校時進行加一的操作，鍵 9 是用于對校時進行減一的操作;按鍵 10 是用于實現對超速報警監控功能的復位。
八、系統軟件流程圖的設計
由于本設計主要是完成系統的硬件電路設計，因此我對系統的軟件設計只進行了系統部分軟件流程圖的繪制。設計的流程圖有：記錄儀總體軟件設計流程圖、速度信號采集模塊軟件設計流程圖、時鐘模塊軟件設計流程圖、外部中斷軟件設計流程圖和 LCD 顯示實現的軟件設計流程圖。
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