1、目錄1 概述31.1設計思路31.2 方案論證31.3 方案的提出31.4方案的比較及確定42 系統總體方案及硬件設計62.1主控模塊62.2測速傳感器62.3 報警電路的設計72.4顯示電路的設計72.5按鍵電路的設計82.6共陰極LED顯示驅動器 MAX7219芯片83 軟件設計104 Proteus軟件仿真124.1 設定當前速度的仿真圖：124.2 當前速度與設定速度仿真圖134.3 仿真結果與分析145課程設計體會15參考文獻16附1：源程序代碼1723第1章 概述1.1摘要及設計思路隨著汽車工業和高速公路建設的發展，每年由各種交通事故造成的人員傷亡數目驚人，造成了巨大的經濟損失。

2、據統計，造成各種交通事故的主要原因是車輛的超載和超速行駛，而后者隨機性很大，糾章困難，而且由于中國公路條件復雜，不同等級的公路允許的最高速度不同，現有的限速裝置難以適應這種情況。 針對這種狀況，開發具有智能決策模塊的汽車。近年來隨著科技的飛速本設計是發展，為了克服傳統模擬車速顯示儀表顯示數不準確及沒有超速提示的缺點，數字化儀表迅速的進入汽車儀表行業，成為一種趨勢，本文從駕駛員自身安全角度出發，設計了一種檢測車輛超速的報警系統。該報警系統允許駕駛員通過自帶鍵盤設置本車輛安全行駛的最高速度 當車輛處于行駛狀態中，該系統通過速度傳感器時刻監測機動車輛。并通過LED顯示車輛的實際車速和用戶設置的安全參

3、數當發現車輛速度超過駕駛員設置的最高值時，蜂鳴器開始報警，警告燈不斷閃爍，提醒駕駛員減速。達到防患于未然的目的。單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統中，單片機往往是作為一個核心部件來使用。此設計就是一種利用8051單片機對機動車超速行駛情況進行蜂鳴報警和燈光報警的系統。該系統結構簡單，可靠性高，操作方便，可廣泛應用于摩托車、汽車等機動車輛。本文要求設計一個具有數字顯示功能的單片機系統,實現車輛當前速度輸出，當達到所設定的速度上限時并報警，以保證駕駛人員的人身安全。首先要進行系統的總體方案設計，在設計中一般應考慮以下幾點：(1)

4、遵循從整體到局部的設計原則。在過程中，應遵循從整體到局部的設計原則，把復雜難處理的問題分為若干個較為簡單的、容易處理的問題，分別加以解決。(2) 經濟性要求。為了獲得較高的性能價格比，設計時不應盲目追求復雜高級的方案。在滿足性能指針的前提下，應盡可能采用簡單的方案，因為方案簡單意味著所用的元器件少，可靠性高，而且比較經濟。(3) 可靠性要求。所謂可靠性是指產品在規定的條件下和規定的時間內完成規定功能的能力。可靠性指針除了可用完成功能的概率表示外，還可以用平均無故障時間、故障率、失效率或平均壽命等來表示。1.2 方案論證車速報警系統系統組成主要由單片機控制模塊、霍爾傳感器、LED數碼顯示器及聲光

5、報警器組成。針對任務要求，我們發現此項設計在單片機接口芯片以及按鍵電路上有不同的選擇。因此，設計方案的比較主要對此展開。1.3 方案的提出方案一：采取通過帶有I/O接口和計時器的靜態RAM8155芯片與設定速度的鍵盤電路，速度顯示電路，8155芯片具有256個字節的RAM，兩個8位、一個6位的可編程I/O口和一個14為計數器。系統的硬件電路簡圖如圖1-1所示。節氣門開度8155鍵盤輸入LED 數碼管機車車輪霍爾傳感器AT89S51單片機圖1-1 系統硬件電路簡圖霍爾傳感器用來產生脈沖方波，鍵盤輸入用來設定限制速度，當車速超過最大速度Vm時，聲光報警電路將發出報警信號。單片機外部中斷口接霍爾傳感

6、器的輸出，車輪每轉一圈產生一次INT0中斷請求，單片機對INT0中斷請求的次數進行計數。并將在1秒內的計數值轉換成機動車的時速，送至顯示緩沖區以供顯示程序調用。具體算法如下：設單片機每秒計數值為n，即n r/s。設機車車輪的周長為d m，則機車的時速V=dn36km/h。硬件電路方框圖霍爾傳感器的輸出信號經AT89C51的INT0口輸入并存儲在內部R0M 中，AT89C51外擴一片8155芯片，其PB口作為LED數碼管的段選線，PA4PA0作為LED的位選線和鍵盤的列線，PCO和PC1口作為鍵盤的行線，從而組成10個按鍵的鍵盤。AT89C51的P26口外接三極管放大器用來驅動聲光報警電路，P2

7、6不斷地輸出101010 的高低電平，驅動聲光報警電路報警。只要使聲光報警電路報警重復輸出256Hz及350Hz的叫聲各073s，便可以模擬警車的叫聲，產生警示作用。機車的上限速度Vm通過鍵盤設置并存儲起來。單片機檢測霍爾傳感器輸出的信息，計算出機車當前的速度v，并送LED顯示。當VVm時，控制聲光報警電路報警發出警示音。方案二：利用高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED驅動顯示器MAX7219及按鍵電路實現。MAX7219芯片用來顯示當前及設定速度，當速度超過最大速度Vm時，聲光報警電路發出報警，按鍵設定用來設定報警速度（最大速度Vm）。系統的硬件電路簡圖如圖1-2所示。圖1-2 系統硬件電

8、路圖1.4方案的比較及確定方案一和方案二比較，方案一采用8155芯片使用單片機引腳較多，采用鍵盤電路較復雜，而且只能顯示當前速度，駕駛員對速度上限透明度不高，總體電路較復雜；方案二采用的MAX7219是一個高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED驅動顯示器，每片可驅動8位7段加小數點的共陰極數碼管，可以數片級聯，而與微處理器的連接只需3根線，且速度設定只需通過幾個按鈕實現即可，并且可以實時實現速度上限的增減，因而硬件電路簡單，人眼視覺效果好，可以方便的為駕駛員提供信息，易于實現維護，且MAX7219內部設有掃描電路，除了更新顯示數據時從單片機接收數據外，平時獨立工作，極大地節省了MCU有限的運行

9、時間和程序資源。對于本課題所研制的車速報警系統而言，其基本出發點就是利用現有工藝條件，采用現代計算機軟件處理技術，提高系統的精度等級和工作的穩定性，拓展其功能，并賦予其智能化特征，使報警器不僅能夠及時準確地顯示車輛的當前速度信息，同時盡可能地減少不必要的人工操作，使報警能隨時隨地不間斷進行并保證報警的工作效率。有鑒于此，同時根據系統的要求，確定系統總設計方案如圖所示：霍爾傳感器LED數碼管聲光報警電路MSC-51 單片機按鍵操作機車車輪MAX7219芯片報警燈節氣門開度圖1-4 車速報警系統總體設計方案圖第二章 系統總體方案及硬件設計硬件設計該系統硬件主要包括以下四大模塊：8051單片機主拄模

10、塊、傳感器模塊、報警模塊和顯示模塊等。其中8051主要完成外圍硬件的控制以及一些運箅功能：傳感器完成信號的采樣功能；報警模塊豐要負責聲音報警和燈光報警：顯示模塊完成字符、數字的顯示功能。2.1主控模塊本系統采用MCS一51系列的8051單片機作為控制核心。8051抗干擾性好，適用于惡劣環境的場合。8051 CPU的工作頻率采用12MHZ，方便系統對速度傳感器的計數脈沖進行快速的處理。805l的輸入，輸出引腳具有32根IO口線。可以連接存儲器、LED顯示器、速度傳感器等各種外部器件。8051具有低功耗和低電壓工作模式的特點，可以利用電池對系統供電。但8051內部只有256B的數據存儲器，系統可以

11、外接RAM芯片以滿足系統的需求。8051最小應用系統如下圖2-1 8051最小應用系統2.2測速傳感器速度傳感器是車輛傳感器中的易損器件所以該系統對測速傳感器進行了改進，使它具有靈敏度高、價格低廉、不易損壞等優點。測速傳感器由霍爾開關、磁鐵組成其工作原理足將霍爾開關和磁鐵分別安裝在車架、車輪的適當位置，車輛行駛時，在磁鐵的作用下，霍爾開關產生的開關信號輸人到單片機的計數器T1引腳805l的定時器0定時 段時間后。提取Tl中的脈沖個數就可計算出車輛的行駛的瞬時速度。霍爾傳感器的外形圖和與磁場的作用關系如下圖所示。磁鋼用來提供霍爾能感應的磁場，當霍爾元件以切割磁力線的方式相對磁鋼運動時在霍爾輸出端

12、口就會有電壓輸出，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對使用。霍爾傳感器檢測轉速示意圖如下。在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近。圓盤每轉動一圈，霍爾傳感器便輸出一個脈沖。通過單片機測量產生脈沖的頻率，就可以得出圓盤的轉速。同樣道理，根據圓盤(車輪)的轉速，再結合圓盤的周長就可以計算出物體的位移。2.3 報警電路的設計報警模塊豐要負責聲音報警和燈光報警，報警電路均比較簡單，聲音報警由單片機引腳接上拉電阻，晶體管及揚聲器構成，燈光報警由兩個發光二極管構成，電路設計簡圖如下圖圖2-2 聲光式報警電路 2.4顯示電路的設計顯示電路由MAX7219芯片完成，MAX7219是一種高集成化

13、的串行輸入/輸出的共陰極LED顯示驅動器。每片可驅動8位7段加小數點的共陰極數碼管。SEGASEGG（圖中為A到G）為LED七段顯示器段驅動端，SEGDP為小數點驅動端；（SEGASEGG，DP驅動顯示器7段及小數點的輸出電流，一般為40 mA左右，可軟件調整，關閉狀態時，接入GND。）DIG7DIG0：8位數值驅動線。輸出位選信號，從每個LED公共陰極吸入電流，吸收顯示器共陰極電流的位驅動線。其最大值可達500 mA，關閉狀態時，輸出VCC。MAX7219與LED數碼管連接如下圖圖2-3 MAX7219與LED數碼管連接電路圖2.5按鍵電路的設計按鍵電路由四個開關加上拉電阻構成，使用單片機四

14、個引腳，四個開關分別是速度設置、速度增加、速度減小以及速度確定，通過對開關的操作可以對速度上限值進行設定操作，由于另外有速度增減按鍵，可以方便的根據駕駛員的實時實地要求進行速度更改以達到報警目的，具有很強的操作靈活性。其簡圖如下：圖2-4 按鍵電路的連接圖2.6共陰極LED顯示驅動器 MAX7219芯片MAX7219是一種高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED顯示驅動器。每片可驅動8位7段加小數點的共陰極數碼管，可以數片級聯，而與微處理器的連接只需3根線。MAX7219內部設有掃描電路，除了更新顯示數據時從單片機接收數據外，平時獨立工作，極大地節省了MCU有限的運行時間和程序資源。 MAX72

15、19芯片上包括BCD譯碼器、多位掃描電路、段驅動器、位驅動器和用于存放每個數據位的88靜態RAM以及數個工作寄存器。通過指令設置這些工作寄存器，可以使MAX7219進入不同的工作狀態。MAX7219的時序圖（DIN CLK LOAD原理）圖2-7 MAX7219工作時序圖這個圖很簡單反映了DIN，CLK和LOAD的工作時序，就是告訴大家三個端口是怎么合作傳送數據的。其中，DIN是串行數據輸入端，CLK和LOAD實際上是充當了組織者。針對單片MAX7219介紹一下數據傳送的過程：首先，在CLK的下降沿，無效，在CLK的上升沿，第一位二進制數據被移入內部移位寄存器，然后CLK再出現下降沿，無效，然

16、后CLK再出現上升沿，第二位二進制數據被移入內部移位寄存器，就這樣工作十六個周期，完成十六個二進制（前八個是地址，后八個是數據）的傳送，這當中LOAD一直是低電平，當完成十六個二進制的傳送后。把LOAD置成高電平，產生上升沿，把這16位串行數據鎖存到數據或控制寄存器中。完成裝載。然后再把LOAD還原為低。重復開始的動作。周而復之3系統原理圖第三章 軟件設計系統程序流程圖如下：開始初始化初始化T0關中斷按鍵輸入Vm聲光報警結束顯示計算車速開中斷接收傳感信號VVmYN圖4-1 系統流程圖軟件分為主程序、數據處理子程序、按鍵子程序、中斷服務子程序、LED數碼顯示子程序、聲光報警器報警程序等。主程序主

17、要完成硬件初始化、子程序調用以及顯示、報警等功能。數據處理子程序主要完成監測車輛速度即主要是計算出車輛的時速，為報警子程序提供參考數據；按鍵中斷子程序主要實現合法參數的輸入；報警子程序主要實現在車輛超速行駛狀態下發出報警信號，包括SPEAKER輸出子程序和警報燈的閃爍子程序；顯示子程序設計采用數字化顯示用戶設定的最高時速和車輛實際時速，用MAX7219芯片驅動LED進行動態顯示。第四章 課程設計體會該系統的設計思想是主動式的，從人本主義出發，考慮的是時刻提醒駕駛員的自我安全意識，最大限度避免因為車輛超速造成交通事故。該系統硬件主要包括以下四大模塊: 8051 單片機主控模塊、傳感器模塊、報警模

18、塊和顯示模塊等。其中8051 主要完成外圍硬件的控制以及一些運算功能;傳感器完成信號的采樣功能;報警模塊主要負責聲音報警和燈光報警;顯示模塊完成字符、數字的顯示功能。此基于單片機的車速報警系統利用MSC-51單片機及高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED顯示驅動器MAX7219實現,這里敘述了該系統硬件設計方面的理論分析、軟件設計方面的理論分析以及有關電路設計的實踐經驗。利用MAX7219芯片僅使用單片機三根引腳即可，電路設計簡單，驅動共八位7段加小數點的共陰極數碼管，每四位分別顯示當前速度和設定的速度上限，通過四個按鍵可以對速度上限不同要求地進行更改設置，方便使用。該系統具有硬件簡單可靠性高

19、抗干擾性強實用性好等優點，可以廣泛應用在各種機動車輛上。通過此次課程設計也得到了一定的收獲，在設計過程當中，組員之間相互探討，相互學習，共同進步，使我們對所學理論知識有了進一步的鞏固。通過了廣泛地尋找資料，結合各種資料總結，掌握proteus的基本用法及了解了不少新知識，參考其他相關的設計資料，并設計出相應的報警系統。對于C語言編程有了更進一步的了解。同時通過Proteus仿真驗證了設計的正確性，使理論結果與實踐相結合,加深理論的理解。通過本次課程設計，理解到知識的廣泛性，本身知識仍然不夠，以后將會繼續努力拓展知識面。參考文獻1 張俊謨. 單片機的發展與應用J.電子制作, 2007,(08):

20、31. 2 袁霞.婁云.汽車燈光網絡化控制系統的研究J. 河南機電高等專科學校學報, 2008,(05):18-19，323 李新.孫利生.基于DSP的汽車發動機轉速測量系統研究J.汽車科技, 2008,(05):61-644 任國峰.李軍偉.張雨.單片機在發動機轉速測量中的應用J.汽車科技, 2006,(01):38-405 周旭艷.彭宣戈.朱兵. 8051在車輛超速報警系統中的應用J.井岡山學院學報. 2006.(07).6 吳有林.安玉.熊飛橋.吳先緒. 智能化汽車速度控制報警系統的設計J. 重慶大學學報(自然科學版). 2005年,(12).7 魏勛.單片機車速數顯及報警系統設刮.電子

21、制作, 2007年12期8 周旭艷_彭宣戈.8051在車輛超速報警系統中的應用.井岡山學院學報：綜合版-2006年02M期附1：源程序代碼#ifndef _Max7219_H_#define _Max7219_H_#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define DECODE_MODE 0x09 /譯碼方式#define INTENSITY 0x0A #define SCAN_LIMIT 0x0B #define SHUT_DOWN 0x0C #define DISPLAY_TEST 0x0D

22、 #define delay1us _nop_();#define delay2us delay1us;delay1us;#define delay4us delay2us;delay2us;#define delay5us delay4us;delay1us;#define delay12us delay4us;delay4us;delay4us;sbit din=P20;sbit load=P21;sbit clk=P22;void Max7219_Wr_byte(uchar wrdat);void Max7219_Wr_data(uchar addr,uchar dat);void In

23、it_Max7219(void);void Disp_speed(uint speed);void Disp_set_speed(uint set_speed);/初始化MAX7219void Max7219_Init(void)Max7219_Wr_data(SHUT_DOWN, 0x01); Max7219_Wr_data(DISPLAY_TEST, 0x00); Max7219_Wr_data(DECODE_MODE, 0xff); Max7219_Wr_data(SCAN_LIMIT, 0x07); Max7219_Wr_data(INTENSITY, 0x0a);void Max72

24、19_Wr_byte(uchar wrdat)bit dat;uchar i;for (i=0;i8;i+) clk=0;dat=(bit)(wrdat&0x80);if(dat)din=1;elsedin=0;wrdat=1;clk=1; void Max7219_Wr_data(uchar addr,uchar dat)load=0;Max7219_Wr_byte(addr);Max7219_Wr_byte(dat);load=1;void Disp_speed(uint speed)uchar speed_buf4;uchar i;speed_buf0=speed%10;speed_bu

25、f1=speed/10%10|0x80;speed_buf2=speed/100%10;speed_buf3=speed/1000;if(0=speed_buf3)speed_buf3=0x0f;if(0=speed_buf2)speed_buf2=0x0f; for(i=1;i=4;i+)Max7219_Wr_data(i,speed_bufi-1);void Disp_set_speed(uint set_speed)uchar speed_buf4;uchar i;speed_buf0=set_speed%10;speed_buf1=set_speed/10%10|0x80;speed_

26、buf2=set_speed/100%10;speed_buf3=set_speed/1000;if(0=speed_buf3)speed_buf3=0x0f;if(0=speed_buf2)speed_buf2=0x0f; for(i=1;i=4;i+)Max7219_Wr_data(i+4,speed_bufi-1);#endif#include sbit KEY0=P23;sbit KEY1=P24;sbit KEY2=P25;sbit KEY3=P26;sbit SPK=P27;sbit LED_GREEN=P16;sbit LED=P17;uint set_speed;uint speed;uchar sec_cnt;void Init_8051(void);void Delay(uchar time);uint Get_key(void);void Warn_ring(void);void main(void)Init_8051();Max7219_Init();while(1)set_speed=Get_key();Disp_speed(speed);Disp_set_speed(set_speed);Warn_ring();void Delay(uchar