便携式电子胎压力计软硬件设计.doc

1、1便携式电子胎压力计软硬件设计摘要摘要：车胎压力对汽车的安全行驶至关重要，保障车胎压力正常的汽车轮胎压力监测系统监测系统受到国内外汽车工业界越来越多的重视。本文介绍基于康宇测控仪器仪表工程有限公司KYAB05 型传感器和 89S51 单片机的便携式电子胎压力计的软硬件设计方法。关键词：电子胎压力计 压力传感器 传感技术 目录2第一章：绪 论 .311 便携式电子胎压计系统设计背景.312 便携式电子胎压计系统的概述.3第二章 系统的总体设计.4第三章 系统的硬件的设计.431 系统电路的相关知识和原理.43.1 何谓胎压计：.43.2 如何将胎压转变成电压.432 重要元件的说明.5321 A

2、T89S51 单片机.5322 KYBA05 型传感器.12323 LCD 液晶显示器 14324 转换器 17第四章 课程设计心得与体会.21参考文献223第一章绪论11 便携式电子胎压力计系统设计背景 近几年来，电子技术已越来越多地渗透到各种汽车功能中。过去轮胎常被人们忽视，但如今随着人们对驾驶安全性与舒适性的追求，轮胎故障越来越受到人们的重视。据统计，在美国高速公路上发生的交通事故有 80%由于爆胎引起，在我国这一比例也高达 70%。在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是驾驶员最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要起因。因此怎样防止爆胎，已成为安全驾驶的一个重要课题。据国家橡胶轮

3、胎质量监督中心的专家分析，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气，是有效防止爆胎的关键。12 便携式电子胎压力计系统的概述我们采用 KYAB05 型传感器，将我们要测量的胎压信号转换成电压信号，由此我们将放大后的电压信号由 89S51 单片机将其进行 A/D 转换，再由软件部分将我们所得的数据进行处理，最后由驱动部分将其送入显示部分进行数码显示。此数字胎压计由压力传感器、微控制器、LCD 显示器等构成。在开始测量时打开气阀并把测量结果进行处理和显示。整个测量过程由 89S51 控制并完成各种计算，其中重要的进行 A/D转换以及 LCD 数码管动态显示的软件处理. 4第二章系统的总体设计系统总

4、体设计方案采用集成的单片机主控，通过压力传感器将胎压信号送入带 A/D 转换的单片机中，以及在相关模拟分立元件的辅助下进行 A/D 转换以及其它的数据处理，将处理的结果送显示部分进行显示。原理原理框图如下：第三章 系统的硬件的设计31 系统电路相关知识和原理 3.1.1 何谓胎压不同类型的车胎，在出厂之前都有一个标定的额定压力，这个额定压力就是胎压。在这个压力之下，会使汽车的负载能力、驱动动力、燃料消耗量和驾驶舒适性都综合达到最优。低于或高于这个额定压力的一定范围，都会导致轮胎故障。常见的轮胎故障有：温度效应故障，自然压力流失，穿刺导致的缓慢压力下降，爆胎等。3.1.2 如何将胎压转换成电压知

5、道了胎压计的原理之后，我们选购压力传感器，主要的目的是想要将胎压这个物理量转换成电压的讯号，它的工作原理是透过 pump 的充气、漏气来调整气体的压力。因为压力让压压力传感器A/D转换器单片机显示器5力传感器内部的材料发生形变，在经过惠司登电桥后反应出相对的电压差，反过来我们也可以从其电压的变化知道当时的压力。32 重要元件的说明 3.2.1 AT89S51 单片机AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度

6、、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51 具 有 如 下 特 点 ： 40 个 引 脚 ， 4k Bytes Flash 片内 程 序 存 储 器 ， 128 bytes 的 随 机 存 取 数 据 存 储 器 （ RAM） ，32 个 外 部 双 向 输 入 /输 出 （ I/O） 口 ， 5 个 中 断 优 先 级 2 层 中断 嵌 套 中 断 ， 2 个 16 位 可 编 程

7、定 时 计 数 器 ,2 个 全 双 工 串 行 通信 口 ， 看 门 狗 （ WDT） 电路 ， 片 内 时 钟 振 荡 器 。 此 外 ， AT89S51 设 计和 配 置 了 振 荡 频 率 可 为0Hz 并 可 通 过 软 件 设 置 省电 模 式 。 空 闲 模 式 下 ，CPU 暂 停 工 作 ， 而 RAM 定时 计 数 器 ， 串 行 口 ， 外 中断 系 统 可 继 续 工 作 ， 掉 电模 式 冻 结 振 荡 器 而 保 存EVXL.(N)7K6RAM 的 数 据 ， 停 止 芯 片 其 它 功 能 直 至 外 中 断 激 活 或 硬 件 复 位 。同 时 该 芯 片 还

8、具 有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等 三 种 封 装 形 式 ， 以适 应 不 同 产 品 的 需 求 。 1 主 要 特 性 ： 8031 CPU 与 MCS-51 兼 容 4K 字 节 可 编 程 FLASH 存 储 器 (寿 命 ： 1000 写 /擦 循 环 ) 全 静 态 工 作 ： 0Hz-33MHz 三 级 程 序 存 储 器 保 密 锁 定 128*8 位 内 部 RAM 32 条 可 编 程 I/O 线 两 个 16 位 定 时 器 /计 数 器 6 个 中 断 源 可 编 程 串 行 通 道 低 功 耗 的 闲 置 和 掉 电 模 式 片 内 振 荡 器 和 时

9、钟 电 路 2 管 脚 说 明 ： VCC： 供 电 电 压 。 GND： 接 地 。 P0 口 ： P0 口 为 一 个 8 位 漏 级 开 路 双 向 I/O 口 ， 每 脚 可 吸收 8TTL 门 电 流 。 当 P1 口 的 管 脚 第 一 次 写 1 时 ， 被 定 义 为 高阻 输 入 。 P0 能 够 用 于 外 部 程 序 数 据 存 储 器 ， 它 可 以 被 定 义 为 数据 /地 址 的 第 八 位 。 在 FIASH 编 程 时 ， P0 口 作 为 原 码 输 入 口 ，当 FIASH 进 行 校 验 时 ， P0 输 出 原 码 ， 此 时 P0 外 部 必 须 被

10、 拉 高 。P1 口 ： P1 口 是 一 个 内 部 提 供 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ，P1 口 缓 冲 器 能 接 收 输 出 4TTL 门 电 流 。 P1 口 管 脚 写 入 1 后 ，被 内 部 上 拉 为 高 ， 可 用 作 输 入 ， P1 口 被 外 部 下 拉 为 低 电 平 时 ，将 输 出 电 流 ， 这 是 由 于 内 部 上 拉 的 缘 故 。 在 FLASH 编 程 和 校验 时 ， P1 口 作 为 第 八 位 地 址 接 收 。 P2 口 ： P2 口 为 一 个 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P2口 缓 冲

11、 器 可 接 收 ， 输 出 4 个 TTL 门 电 流 ， 当 P2 口 被 写 “1”时 ， 其 管 脚 被 内 部 上 拉 电 阻 拉 高 ， 且 作 为 输 入 。 并 因 此 作 为 输7入 时 ， P2 口 的 管 脚 被 外 部 拉 低 ， 将 输 出 电 流 。 这 是 由 于 内 部 上拉 的 缘 故 。 P2 口 当 用 于 外 部 程 序 存 储 器 或 16 位 地 址 外 部 数据 存 储 器 进 行 存 取 时 ， P2 口 输 出 地 址 的 高 八 位 。 在 给 出 地 址“1”时 ， 它 利 用 内 部 上 拉 优 势 ， 当 对 外 部 八 位 地 址 数

12、 据 存 储 器进 行 读 写 时 ， P2 口 输 出 其 特 殊 功 能 寄 存 器 的 内 容 。 P2 口 在FLASH 编 程 和 校 验 时 接 收 高 八 位 地 址 信 号 和 控 制 信 号 。 P3 口 ： P3 口 管 脚 是 8 个 带 内 部 上 拉 电 阻 的 双 向 I/O 口 ，可 接 收 输 出 4 个 TTL 门 电 流 。 当 P3 口 写 入 “1”后 ， 它 们 被内 部 上 拉 为 高 电 平 ， 并 用 作 输 入 。 作 为 输 入 ， 由 于 外 部 下 拉 为低 电 平 ， P3 口 将 输 出 电 流 （ ILL） 这 是 由 于 上 拉

13、的 缘 故 。 P3.0 RXD（ 串 行 输 入 口 ） P3.1 TXD（ 串 行 输 出 口 ） P3.2 /INT0（ 外 部 中 断 0） P3.3 /INT1（ 外 部 中 断 1） P3.4 T0（ 记 时 器 0 外 部 输 入 ） P3.5 T1（ 记 时 器 1 外 部 输 入 ） P3.6 /WR（ 外 部 数 据 存 储 器 写 选 通 ） P3.7 /RD（ 外 部 数 据 存 储 器 读 选 通 ） P3 口 同 时 为 闪 烁 编 程 和 编 程 校 验 接 收 一 些 控 制 信 号 。 I/O 口 作 为 输 入 口 时 有 两 种 工 作 方 式 ， 即 所

14、 谓 的 读 端 口 与读 引 脚 。 读 端 口 时 实 际 上 并 不 从 外 部 读 入 数 据 ， 而 是 把 端 口 锁存 器 的 内 容 读 入 到 内 部 总 线 ， 经 过 某 种 运 算 或 变 换 后 再 写 回 到端 口 锁 存 器 。 只 有 读 端 口 时 才 真 正 地 把 外 部 的 数 据 读 入 到 内 部总 线 。 上 面 图 中 的 两 个 三 角 形 表 示 的 就 是 输 入 缓 冲 器 CPU 将根 据 不 同 的 指 令 分 别 发 出 读 端 口 或 读 引 脚 信 号 以 完 成 不 同 的 操作 。 这 是 由 硬 件 自 动 完 成 的 ，

15、 不 需 要 我 们 操 心 ， 1 然 后 再 实 行读 引 脚 操 作 ， 否 则 就 可 能 读 入 出 错 ， 为 什 么 看 上 面 的 图 ， 如 果不 对 端 口 置 1 端 口 锁 存 器 原 来 的 状 态 有 可 能 为 0Q 端 为 0Q为1 加 到 场 效 应 管 栅 极 的 信 号 为 1， 该 场 效 应 管 就 导 通 对 地 呈 现低 阻 抗 ， 此 时 即 使 引 脚 上 输 入 的 信 号 为 1， 也 会 因 端 口 的 低 阻抗 而 使 信 号 变 低 使 得 外 加 的 1 信 号 读 入 后 不 一 定 是 1。 若 先 执行 置 1 操 作 ， 则

16、 可 以 使 场 效 应 管 截 止 引 脚 信 号 直 接 加 到 三 态 缓8冲 器 中 实 现 正 确 的 读 入 ， 由 于 在 输 入 操 作 时 还 必 须 附 加 一 个 准备 动 作 ， 所 以 这 类 I/O 口 被 称 为 准 双 向 口 。 89C51 的P0/P1/P2/P3 口 作 为 输 入 时 都 是 准 双 向 口 。 接 下 来 让 我 们 再 看另 一 个 问 题 ， 从 图 中 可 以 看 出 这 四 个 端 口 还 有 一 个 差 别 ， 除 了P1 口 外 P0P2P3 口 都 还 有 其 他 的 功 能 。 RST： 复 位 输 入 。 当 振 荡

17、器 复 位 器 件 时 ， 要 保 持 RST 脚 两个 机 器 周 期 的 高 电 平 时 间 。 ALE/PROG： 当 访 问 外 部 存 储 器 时 ， 地 址 锁 存 允 许 的 输 出 电平 用 于 锁 存 地 址 的 地 位 字 节 。 在 FLASH 编 程 期 间 ， 此 引 脚 用 于输 入 编 程 脉 冲 。 在 平 时 ， ALE 端 以 不 变 的 频 率 周 期 输 出 正 脉 冲信 号 ， 此 频 率 为 振 荡 器 频 率 的 1/6。 因 此 它 可 用 作 对 外 部 输 出的 脉 冲 或 用 于 定 时 目 的 。 然 而 要 注 意 的 是 ： 每 当

18、用 作 外 部 数 据存 储 器 时 ， 将 跳 过 一 个 ALE 脉 冲 。 如 想 禁 止 ALE 的 输 出 可 在SFR8EH 地 址 上 置 0。 此 时 ， ALE 只 有 在 执 行 MOVX， MOVC 指令 是 ALE 才 起 作 用 。 另 外 ， 该 引 脚 被 略 微 拉 高 。 如 果 微 处 理 器在 外 部 执 行 状 态 ALE 禁 止 ， 置 位 无 效 。 /PSEN： 外 部 程 序 存 储 器 的 选 通 信 号 。 在 由 外 部 程 序 存 储器 取 指 期 间 ， 每 个 机 器 周 期 两 次 /PSEN 有 效 。 但 在 访 问 外 部 数

19、据 存 储 器 时 ， 这 两 次 有 效 的 /PSEN 信 号 将 不 出 现 。 /EA/VPP： 当 /EA 保 持 低 电 平 时 ， 则 在 此 期 间 外 部 程 序 存 储器 （ 0000H-FFFFH） ， 不 管 是 否 有 内 部 程 序 存 储 器 。 注 意 加 密方 式 1 时 ， /EA 将 内 部 锁 定 为 RESET； 当 /EA 端 保 持 高 电 平 时 ，此 间 内 部 程 序 存 储 器 。 在 FLASH 编 程 期 间 ， 此 引 脚 也 用 于 施 加12V 编 程 电 源 （ VPP） 。 XTAL1： 反 向 振 荡 放 大 器 的 输 入

20、 及 内 部 时 钟 工 作 电 路 的 输入 。 XTAL2： 来 自 反 向 振 荡 器 的 输 出 。 AT89SXX 系 列 单 片 机 实 现 了 ISP 下 载 功 能 ， 故 而 取 代 了89CXX 系 列 的 下 载 方 式 ， 也 是 因 为 这 样 ， ATMEL 公 司 已 经 停 止生 产 89CXX 系 列 的 单 片 机 ， 现 在 市 面 上 的 AT89CXX。振荡器特性:9XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号

21、要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。串口通讯单片机的结构

22、和特殊寄存器，这是你编写软件的关键。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它们是SCON，TCON，TMOD，SCON 等，各代表什么含义呢？SBUF 数据缓冲寄存器这是一个可以直接寻址的串行口专用寄存器。有朋友这样问起过“为何在串行口收发中，都只是使用到同一个寄存器 SBUF？而不是收发各用一个寄存器。 ”实际上 SBUF 包含了两个独立的寄存器，一个是发送寄存，另一个是接收寄存器，但它们都共同使用同一个寻址地址99H。CPU 在读 SBUF 时会指到接收寄存器，在写时会指到发送寄存器，而且接收寄存器是双缓冲寄存器，这样可以避免接收中断没有及时的被响应，数据没有被取走，下一帧数据已到来，

23、而造成的数据重叠问题。发送器则不需要用到双缓冲，一般情况下我们在写发送程序时也不必用到发送中断去外理发送数据。操作 SBUF 寄存器的方法则很简单，只要把这个 99H 地址用关键字 sfr 定义为一个变量就可以对其进行读写操作了，如 sfr SBUF = 0x99;当然你也可以用其它的名称。通常在标准的 reg51.h 或 at89x51.h 等头文件中已对其做了定义，只要用#include 引用就可以了。SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或设备中为了监视或控10制接口状态，都会引用到接口控制寄存器。SCON 就是 51 芯片的串行口控制寄存器。它的寻址地址是 98H，是一个可以位寻址的寄存

24、器，作用就是监视和控制 51 芯片串行口的工作状态。51 芯片的串口可以工作在几个不同的工作模式下，其工作模式的设置就是使用 SCON 寄存器。它的各个位的具体定义如下：SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RISM0、SM1 为串行口工作模式设置位，这样两位可以对应进行四种模式的设置。串行口工作模式设置。SM0 SM1 模式 功能波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/120 1 1 8 位 UART 可变1 0 2 9 位 UART fosc/32 或 fosc/641 1 3 9 位 UART 可变在这里只说明最常用的模式 1，其它的模式也就一一略过，有兴趣的朋友可

25、以找相关的硬件资料查看。表中的 fosc 代表振荡器的频率，也就是晶振的频率。UART 为(Universal Asynchronous Receiver）的英文缩写。SM2 在模式 2、模式 3 中为多处理机通信使能位。在模式 0 中要求该位为 0。REM 为允许接收位，REM 置 1 时串口允许接收，置 0 时禁止接收。REM 是由软件置位或清零。如果在一个电路中接收和发送引脚 P3.0,P3.1 都和上位机相连，在软件上有串口中断处理程序，当要求在处理某个子程序时不允许串口被上位机来的控制字符产生中断，那么可以在这个子程序的开始处加入 REM=0 来禁止接收，在子程序结束处加入 REM=1 再次打开串口接收。大家也可以用上面的实际源码加入 REM=0 来进行实验。TB8 发送数据位 8，在模式 2 和 3 是要发送的第 9 位。该位可以用软件根据需要置位或清除，通常这位在通信协议中做奇偶位，在多处理机通信中这一位则用于表示是地址帧还是数据帧。RB8 接收数据位 8，在模式 2 和 3 是已接收数据的第 9 位。该位可能是奇偶位，地址/数据标识位。在模式 0 中，RB8 为保