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1、多媒体汽车动态仪表板设计摘要当今世界，由于汽车性能不断提高，使得汽车电子控制程度也越来越高。汽车电子控制装置必须迅速、准确地处理各种信息，并通过电子仪表显示出来。统仪表一般是机电式模拟仪表，只能为驾驶员提供汽车运行中必要而又少量的数据信息，已远远不能满足现代汽车新技术、高速度的要求 。本系统设计的汽车电子仪表面板，以STC12C5A08AD单片机为微处理控制模块进行数据的采集和处理，该控制器属于单时钟/机器周期的单片机是高速、低功耗、强抗干扰的新一代8051单片机，其指令代码完全兼容8051，但是速度比8051快8-12倍；本系统中选用了ST188红外反射传感器设计的测速模块，ST188能够在
2、4-13毫米的范围内实现车速的检测；在系统温度方面选用DS18B20温度传感器，该传感器能够实时的显示温度的变化，能够及时的展现出汽车行动的水温变化，但是该温度传感器的测温范围有限，很有局限性；为了使系统能够更好的北PC机远程控制，所以我设计了利用MAX232芯片转换电压的串口通信接口电路；最后还设计了LED报警电路和各种辅助电路，利用这些电路模块，通过单片机的信号处理，最后将需要的数据显示到LCD12864显示模块之中，以达到设计要求。关键字：汽车仪表 多媒体仪器 STC12C5A08AD ST188传感器 DS18B20温度传感器 LCD12864 MAX232 ABSTRACTSIn t
3、odays world, Due to continuously improve performance of the car, the increasingly high level of automotive electronic control. Automotive electronic control device must be quickly and accurately handle all kinds of information displayed by the electronic instruments. System instrumentation is genera
4、lly electromechanical analog instruments, and can only provide the driver with the car running necessary and a small amount of data can not meet the new technology of the modern automobile, high-speed requirements. The system design of automotive electronic instrument panel to STC12C5A08AD single-ch
5、ip microprocessor control module for data acquisition and processing. Controller is a single clock / machine cycle MCU is a new generation of high-speed, low power consumption, strong anti-jamming 8051, its instruction code is fully compatible with 8051, but the speed is 8-12 times faster than the 8
6、051.ST188 infrared reflectance sensor design of the gun module is selected in this system, ST188 speed detection in the range of 8-13 mm. Selection of the DS18B20 temperature sensor in the system temperature, the sensor can be real-time display of temperature changes, can show the changes in water t
7、emperature of the car action in a timely manner, but the temperature range of the temperature sensor is limited, very limited. To make the system be able to better North PC, remote control, so I designed a switching voltage of the MAX232 chip serial communications interface circuits. Also designed t
8、he LED alarm circuit and various auxiliary circuits, the circuit module, signal processing by the microcontroller, the final will display the data needed to LCD12864 display module has to meet the design requirements.Keywords: Automotive instrument Multimedia apparatus 12C5A08AD ST188 sensor DS18B20
9、 temperature sensor LCD12864 MAX232 目录第一章 绪论11.1课题研究的背景和意义11.1.1课题研究的背景11.1.2课题研究的意义21.2多媒体汽车仪表本体概述31.3课题研究的主要内容3第二章 系统硬件设计方案52.1 硬件总体设计思想52.2 硬件总体方框图的设计5第三章 系统硬件电路设计73.1 单片机主控模块73.1.1单片机的选型73.1.2单片机的管脚介绍83.1.3 STC12型单片机的特点介绍93.2 温度传感器模块103.2.1温度传感器的选型103.2.2温度传感器的电路设计113.2.3温度传感器的内部结构123.2.4温度传感器的测
10、温原理123.3 ST188红外反射测速传感器133.3.1 ST188实物图管脚介绍及测速的实现133.3.2 ST188特点介绍143.3.3 ST188传感器的电路原理图143.3.3 ST188的光电特性及参数确定153.4 液晶显示模块163.4.1 液晶显示器的选型163.4.2 液晶显示器的电路设计图173.4.3 液晶显示器的管脚和功能173.4.4 液晶显示器的使用注意事项183.5 模拟传感器电路设计193.6 串口电路模块设计203.6.1 串口通信电路的设计思想203.6.2 串口通信功能实现及电路203.7 其他各种辅助电路模块213.7.1 USB电源供电模块223
11、.7.2 晶振模块223.7.3 复位电路模块233.7.4 按键电路模块243.7.5 LED报警指示灯模块25第四章 系统抗干扰设计264.1 本系统干扰来源和特点264.2 本系统的抗干扰设计26第五章 系统软件的设计275.1 编程语言介绍275.1.1 C语言简介275.1.2 C语言与汇编语言混用285.1.3 C51编程中断处理285.2 软件模块设计295.2.1 主程序的设计295.2.2 温度传感器程序设计305.2.3 液晶显示程序设计315.2.4 ST188测速程序设计325.2.5 AD转换模块设计33第六章 总结和展望346.1 毕业设计工作总结346.2 后期工
12、作展望35结束语36致谢37参考文献38附录39附录1 元件清单39附录2 PCB设计电路原理图40附录3 PCB板子图41附录4 焊接成型成品图42第一章 绪论1.1课题研究的背景和意义我们在研究各种项目的时候，都必须对该课题的背景以及研究该课题的意义做出深刻的研究和讨论，这不仅能够使我们了解该课题的过去的发展历程，同时也可以使我们明确该行业现阶段的发展趋势，以及未来的我所研究的该课题的演化方向。下面我就从研究背景和研究意义两方面做出阐述。1.1.1课题研究的背景当今世界，由于汽车排放、节能、安全和舒适性等使用性能不断提高，使得汽车电子控制程度也越来越高。汽车电子控制装置必须迅速、准确地处理
13、各种信息，并通过电子仪表显示出来使驾驶员及时了解并掌握汽车的运行状态，妥善处理各种情况。因此电子仪表显示装置成为现代汽车的发展新潮流具有非常广阔的发展空间汽车走过了100多年的发展历程，汽车仪表也在不断开发和发展之中。汽车仪表发展，按其工作原理上取得的重大技术创新来分，经过了四代：第一代汽车仪表是基于机械作用力而工作的机械式仪表，即机械机心表；第二代汽车仪表的工作原理基于电测原理，即通过各类传感器将被测的非电量变换成电信号加以测量，称之为电气式仪表；第三代为模拟电路电子式；第四代为步进电动机式全数字汽车仪表。目前汽车仪表正在向全数字化，智能化方向发展，所以多媒体汽车仪表板，将是未来汽车仪表中最
14、热门的研究课题。第三代汽车用仪表工作原理与电气式仪表基本相同，只是用电子器件取代原来的电气器件。随着集成电路技术突飞猛进的发展，这种仪表现在均采用汽车仪表专用集成电路，是国内汽车仪表目前的主流产品，经过多年的发展，其结构形式经历了动圈式机心和动磁式机心阶段。电子器件经历了分立器件和专用集成电路阶段。发展到今天以塑料件为主；围绕提高指示精度和指针平稳性，由动圈式发展成动磁式等。第四代全数字式汽车仪表从其应用的技术手段上看，还是电子技术范畴，也属于电子式仪表，但信号处理方式已从模拟变成数字。其最显著的特征是工作原理与第三代汽车仪表完全不同。1.1.2课题研究的意义随着光学、电子技术的迅速发展，特别
15、是计算机技术在汽车仪表中的广泛应用，汽车仪表正向数字化和智能化方向发展。从汽车仪表的发展趋势来看，也可反映出汽车电子化水平正在快速的提高。就目前的形式来看，伴随着智能化逐步进入我们的生活，所以人们迫切要求汽车仪表板的设计更加的智能化、可视化、人性化，使人们操作起来简单明了，容易懂。而未来的趋势更加趋向于触觉控制技术和语音控制技术。触觉远离了传统按键的各种接触不良的缺陷，只需要触摸，就可以开启各种提示信息以及各种资讯。这两种技术将会在未来很长一段时间占据整个汽车仪表市场，这也是该课题研究的多媒体汽车仪表的意义所在。对于我们应届本科生而言，尤其是在汽车氛围十分浓厚的汽车学院，我们更加有必要对汽车类
16、课题加以研究，宁外我们现阶段所学习的知识大多都属理论知识，缺少实践，所以我认为我研究多媒体汽车仪表板课题对于自身的意义有以下四点：1为了将四年在大学里面所学的知识系统化的进行汇总。四年里我们所学的知识，大多是仅限于理论知识，所学的都比较片面，当在实践生产中运用的时候，并不能很快的将理论结合到实际中，所以借此机会可以将四年所学，再重新学习一遍并结合课题需要，独立完成该课题的设计与实现。2为了展示汽车数字化电子仪表比传统汽车仪表更具优越性和灵活性。在大规模集成电路技术迅速发展的今天，微处理器处理速度越来越快，性能要求也越来越高，集成电路的密度越来越密集，体积越来越小，内部结构越来越复杂，功能也越来
17、越强大。随着传统仪表的部分功能硬件不断地被软件取代，整个系统的集成度也在不断提高。本课题设计的就是一个基于89C51单片机的汽车数字仪表板，目的主要在于实现一个汽车数字化电子仪表板的低端方案，同时也展现出汽车电子仪表板的优越。3为了证明一套完整的系统必定具有软件和硬件两部分组成。记得我们所学汇编语言的时候，书本中曾说过硬件是躯体，软件是灵魂，当一套系统只有软件没有硬件时，他就只是一个幽灵，当一套系统只有硬件没有软件时，他就只是一具尸体，毫无生气。只有软件和硬件相互相成，才能够成完美的系统。4为了将所学的单片机更加系统化的加深认识。单片机是我们电子专业很有发展前景的专业方向，通过该课题的研究与设
18、计，可以将单片机的学习推向系统化、专业化，为我毕业参加工作打下坚实的基础。1.2多媒体汽车仪表本体概述多媒体技术就是利用电脑把文字、图形、影象、动画、声音及视频等媒体信息都数位化，并将其整合在一定的交互式界面上，使电脑具有交互展示不同媒体形态的能力。它极大的改变了人们获取信息的传统方法，符合人们在信息时代的阅读方式。 多媒体技术的发展改变了计算机的使用领域，使计算机由办公室、实验室中的专用品变成了信息社会的普通工具，广泛应用于工业生产管理、学校教育、公共信息咨询、商业广告、军事指挥与训练，甚至家庭生活与娱乐等领域。汽车仪表是安装在汽车上，用于指示或显示汽车行驶以及发动机运行时的工作状况，并向驾
19、驶员随时提供汽车运行中的状态、参数等信息，是汽车必备的装置。汽车仪表技术是汽车高精确技术的重要内容，现在大致可以分为三类：机械式、电气式，电子式。多媒体技术现在日趋发展，本课题所研究的就是在传统的数字汽车仪表板中加入多媒体技术，让多媒体技术控制汽车仪表，使汽车仪表更加的人性化。多媒体汽车动态仪表板是未来汽车汽车仪表的发展的方向，未来的汽车仪表必定会集汽车工况显示、娱乐、通信、报警、安全于一体，为驾乘人员提供一个新颖方便的信息沟通环境。多媒体汽车动态仪表板既有模拟仪表的连续感觉，又有数字仪表的确定性显示。在本课题中我使用51单片机、ST188红外反射测速传感器、LCD12864液晶显示屏、模/数
20、转换器件及数字式温度传感器DS18B20等对传统的模拟车用仪表进行技术改进，设计并实现了新型全数字的简易汽车仪表系统。1.3课题研究的主要内容传统的汽车仪表只能给驾驶者提供汽车运行中必要而又少量的数据信息，已远远不能满足现代汽车新技术、高速度的要求。随着汽车工业的不断发展，汽车开发商也在仪表盘上费尽心思，让小小的仪表盘变得越来越漂亮，功能越来越多越来越智能化，从实用开始走向时尚、美观，未来的汽车仪表必定完成实用与时尚的完美结合。汽车仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要接口和界面，是车辆安全行驶的重要保证。随着电子技术的广泛应用，传统汽车仪表逐渐被微处理器为核心的电子控制数字仪表取代。然而，目前
21、国内车辆仪表数字化水平还不高，绝大部分仪表还是模拟式的，而大多数模拟仪表表头的体积较大、数量多，使得显示系统拥挤不堪，影响美观；另外一些模拟仪表故障率高，增加了用户的经济负担，减小了车辆行使的安全系数。为克服这些缺点，本课题中提出用单片机、模/数转换器件、数字式温度传感器DS18B20、ST188红外反射测速传感器等对其进行技术改进，设计并实现了新型全数字仪表系统，该仪表系统有显示直观准确、灵敏度高、使用寿命长、灵巧美观、成本低等优点。.第二章 系统硬件设计方案硬件是一套系统不可或缺的主要组成部分，它是构成一个系统的物理设备，就如同一个人的躯体，这里我们主要运用51单片机为主控系统，再加上其他
22、的辅助芯片，与单片机一起提供功能控制。通常我们说的系统硬件一般都包括：运算器、控制器、寄存器、输入设备、输出设备五大部分。2.1 硬件总体设计思想本课题所用到的C51单片机微处理器，其本身就包含了运算器、控制器、寄存器三部分。我们利用这个优势，在为该单片机添加上输入和输出设备，并对他们加以连接，从而构成一个完整的硬件系统。在经过微处理器后，通过液晶屏实时的显示出我们所需要的数据，如水温、车速、油量、油压等等。本课题中最主要的芯片除了C51单片机之外，还有就是DS18B20温度芯片和ST188红外反射测速传感器芯片，这两个芯片起到了模拟水温度以及模拟测速的功能，是该课题最重要的两大功能。同时为了
23、是系统更加完美，在设计中加入抗干扰元素，使系统的故障率降低，同时也使得整个系统更加及时、准确，提高了安全性、可靠性，更具有智能化和人性化。2.2 硬件总体方框图的设计该系统硬件主要包括以下几个模块： AT89C51主控模块、DS18B20温度传感器模块、车速ST188红外反射传感器模块、ADC0809模/数转换模块、LCD12864显示模块等。其中AT89C51主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能，DS18B20传感器完成对温度的检测，并通过单片机转换为输出信号，ST188测速传感器通过发射的红外线在芯片上面放一个转动的电机，通过电机带动叶片转动，从而使ST188将接收到的转动信号反社会芯片
24、内部，从而对外输出一个脉冲计数，在通过单片机的信号采集和处理，就可以测出这时候行车的车速，再通过测定的行车时间，并通过计算就可以获得行车的里程，ADC0809完成将模拟信号转换成数字信号的功能，LCD12864液晶显示器模块起到汇总的作用，它是对所有的单片机采集和处理之后输出的字符、信号、数字等进行显示，给人一种最直观的效果。除了这些最重要的模块之外，我还在PCB设计中添加了串口模块以便于程序的下载，能够实现对单片机的远程控制。还有很多辅助电路，如复位电路、晶振电路、4个共阳极的LED报警显示电路、4个按键电路。这些辅助电路看似很简单，但是在一个完整系统中却是必不可少的。通过初步的构思和设计，
25、我制定了比较简单的电路结构图，如图2.1是本课题的硬件设计的总体框图。图2.1 硬件总体框图第三章 系统硬件电路设计硬件电路设计是本课题的最重要的环节，完成了本课题硬件的设计，就完成了该次设计一大半的工作。为了达到操作简单、成本较低、功能较为全面的目的，我在硬件电路设计中，下了苦功夫，力争把硬件模块做到最好。硬件设计的一般流程是：1 本系统所需各种元器件的选择；2 电路原理图的绘制以及PCB板的生成；3 焊接PCB印制电路板；4 硬件的检查和维护；5 硬件的调试；在我设计的硬件电路中，主要包括单片机主控模块、温度传感器电路模块、测速电路模块、液晶显示模块、模拟传感器电路模块、串口电路模块、电源
26、模块、按键模块、报警显示灯模块等等，下面我将逐一进行介绍。3.1 单片机主控模块单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域1。单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机3.1.1单片机的选型本课题是汽车电子类典型的仪表设计，最基本的控制系统就是选择单片机进行控制，微处理器接收经过输入处理电路处理的各种各样的信号，然后通过各种计算并控制
27、所需要输出的值，按照课题要求适时地向执行机构发送控制信号。当前的MCU中基本上做实验使用的都是8位和16位的，至于32位的MCU常使用在商业领域。就该课题而言，出于对安装空间和仪表板的简洁性考虑，我们所选用的MCU芯片体积必须要尽量的小，而且对仪表的实时性和准确性要求也比较高，同时要求微处理器的运算速度快，精度比较高，同时价格合理。所以综合考虑之下，本系统选择的是宏晶科技公司生产的STC12C5A08AD单片机。STC12C5A08AD是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低
28、电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。STC12C5A08AD是宏晶公司生产的单时钟/机器周期的单片机，该单片机指令完全兼容8051单片机，但是速度是8051单片机的8-12倍。内部有专用的复位电路，自带8路高速10位A/D转换，主要针对强干扰场合。3.1.2单片机的管脚介绍STC12C5A08AD单片机可为你提供许多高性价的应用，灵活的贡献于各种控制领域。本课题就是借助单片机的价格低廉、性能全面、功能多等等的优越性，再利用外界元器件，与单片机构成一个可简易可行的汽车仪表最小系统。图3.1单片机STC12C5A08AD由图3.1可知，图中STC12单片机共有四十个管脚，主要分为P0口、
29、P1口、P2口、P3口。P0口是一组8位漏极开路行双向I/O口，也是地址/数据总线复用口。在单片机中由于单片机内部P0口中是没有上拉电阻的，所以在使用P0口的时候，必须为其加上上拉电阻。在这里P0口作为数据输出口，送入到液晶显示器中，所以上拉电阻必须要大一点，通常都选用10K的电阻。P1口和P2口都是是一个自带内部上拉电阻的8位双向I/O口，他们的输入缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。在该系统中，P1口中P1.0-P1.2三个管脚作为A/D转换功能引脚，P1.4-P1.6接的是TM12864J液晶显示的功能引脚，P1.3管脚接的是温度传感器的数据输入管教。P3口的作用于P1和
30、P2口相同，但是P3口除了作为一般的I/O接口之外还有重要的第二功能，这里的P3口所接的使键盘按键，并未使用其第二功能，所以对P3口第二功能只做了解即可，如表3.1所示P3口的第二功能。表3.1 P3口第二功能表端口第二功能P3.0串口1数据接收端RXDP3.1串口1数据发送端TXDP3.2外部中断0输入口P3.3外部中断1输入口P3.4定时器/计数器0的外部输入T0和其时钟输出CLKOUT0P3.5定时器/计数器1的外部输入T1和其时钟输出CLKOUT1P3.6外部数据存储写脉冲P3.7外部数据存储读脉冲。3.1.3 STC12型单片机的特点介绍单片机内部一般都分为：中央处理器（CPU）、内
31、部存储器、定时/计数器、中断信号、串并行I/O接口五大部分组成。其中CPU是单片机的核心内容，主要用于完成系统的信号计算和控制功能与一般的非单片微型机相比，单片机具有以下特点：（1）具有较强的通用性又有想当的专用性，尤其适用于各种控制系统；（2）片内带有定时器/计数器；（3）片内设有多个I/O接口，便于系统扩展及信息交换；（4）可以使用汇编语言和C语言。其中汇编语言中指令系统的指令字节数较少，程序执行速度快，节省存储器。而C语言方便大多数初学者使用。3.2 温度传感器模块温度传感器就是利用物质的各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。
32、按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。3.2.1温度传感器的选型温度传感器的种类繁多，形状各异，而且各自的要求和用途也都不一样，而我们模拟测试汽车水温的系统，为了操作简单，易于实现，所以趋向于选择非接触式的温度传感器，而且非接触式传感器测量的上限不受感温元件耐温程度的限制，所以很多非接触式温度传感器对最高可测温度没有限制。综上所述，本课题我们选用的是DS18B20温度传感器。DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的
33、编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。DS18B20具有以下特点3：（1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（
34、2）在使用中不需要任何外围元件。（3）可用数据线供电，电压范围：+3.0+5.5 V。（4）测温范围：-55 +125 。固有测温分辨率为0.5 。（5）通过编程可实现912位的数字读数方式。（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。（8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。3.2.2温度传感器的电路设计DS18B20是采取三管脚封装的元器件，所以接线电路十分简单，该芯片的三个管脚分别是：电源管脚、GND管脚、数据输出管脚。数据输出管脚接入到单片机的P1.3口，传感器DS18B20具有
35、体积小、精度高、适用电压宽、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。DS18B20温度传感器的使用十分方便，只要把它的GND、VCC引脚分别接地和+5V ，然后把另一个引脚接单片机的串行通信口就可以使用了。下图4.2就是DS18B20温度传感器和单片机组成的一个测温系统。图3.2 DS18B20电路图由图3.2可知，DS18B20是单总线温度传感器，数据线是漏极开路，如果DS18B20没接电源，则需要数据线强上拉，给DS18B20供电；如果DS18B20接有电源，也需要一个上拉电阻使其稳定的工作。这个上拉电阻通常比较大，在这里我们选用5.1K的上拉电阻。3.2.3温度传感器的内部结构D
36、S18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，温度传感器可编程的分辨率为912位，温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置，具体运行流程及其内部结构框图如图3.3所示。图3.3 DS18B20内部结构图3.2.4温度传感器的测温原理DS18B20的测温原理如图3.4所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量
37、。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。图3.4 DS18B20内部
38、测温电路3.3 ST188红外反射测速传感器光敏二极管是最常见的光传感器，ST188就是采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成的。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（小于A），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻
39、上就能得到随光照强度变化而变化的电信号7。下面面我将从以下几个方面介绍ST188红外反射传感器。3.3.1 ST188实物图管脚介绍及测速的实现由图3.5可知，该传感器共有四个管脚，其中A-k为红外发射管，C-E为红外接收管。该传感器长9mm，宽度5mm，传感器高度为8mm，所以这个芯片很小，而且很便宜，也比较实用，但是这个传感器检测距离有限，测速时性能不太稳定。在测速时，当没有转动信号反射红外线时，CE之间截止，无电流流过，输出电压为电源电压，信号脉冲为高电平。当有转动信号反射红外线时，内部的三极管的BE端饱和导通，与此同时CE也导通，输出端就相当于接地，此时输出电压信号为低电平。这样就能相
40、当于一个方波函数发生器输出脉冲。图3.5 ST188实物图3.3.2 ST188特点介绍ST188传感器体积小巧，是巡线小车必备的传感器功能也比较多，在这里用于汽车模拟汽车仪表中的测速传感器，测量速度。ST188主要特点有：1 ST188采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成；2 ST188检测距离可调范围大，4-13mm可用；3 ST188采用非接触检测方式；3.3.3 ST188传感器的电路原理图ST188红外反射测速传感器的优点是形态小巧，价格低廉，成本比较低，但是ST188的缺点是测速距离有限，而且测速不太稳定。在汽车上面，主要是通过电磁元件进行测速，该测试的方式是通过切
41、割电磁场的磁感线来产生脉冲计数，已达到对汽车速度检测的目的。虽然测速方案多种多样，但是结合自身能力以及课题的要求考虑，我选择使用ST188红外反射测速传感器来实现该课题的测速功能，该课题中ST188输出的波形在很大程度上都是有干扰的，显示波形会很不稳定，所以为了使输出的方波呈现规则形状，我在ST188输出的管脚上面接了一个LM324运算放大器，在电路中起到了放大电压信号的作用，使ST188输出的微弱的高电平和低电平信号经过该元件，输出稳定的方波。该LM324为同相放大器，电路的电压放大倍数AV由外接电阻R3和R1决定，R1为滑动变阻器，我们假设接入电阻为RX，他的放大倍数为：AV=1+R3/R
42、X。我设计的ST188测速电路图如图3.6所示。图3.6 ST188传感器测速原理图3.3.3 ST188的光电特性及参数确定1ST188传感器的光电特性表3.2 ST188光电特性表项目符号测试条件最小典型最大单位输入正向电流VfIf=20mA-1.251.5V方向电流IrVR=3V-10uA输出集电极暗电流ICEOVCE=20V-1uA集电极亮电流IlVCE=15VIf=8mAH10.30-mAH20.40-mAH30.50-mA饱和压降VCEIf=8mA,Ic=0.15mA-0.4V传输特性响应时间TRIf=20mA,Vce=5VRC=100欧-10-usTF-10-us2ST188电路
43、参数的确定根据光电特性，选取发射管的静态电流为20mA。典型的压降为1.25V,最大供电电压一般不能超过1.5V,如果供电电压为5V，那么，此时在发射管上需要串联电阻，有电路图3.6知，电阻大小为R4=（5-1.25）V/0.02A，即得出：R4=187.5欧姆，取标称电阻，R=200,那么此时的电流小于20mA，但是不影响结果。所以在A_K端必须要接上一个200欧的电阻。C_E端口的电阻比较灵活，一般选用2-10K的上拉电阻3.4 液晶显示模块人们对液晶显示器并不陌生最常见的有如计算器、电子表、数字万用表、电子游戏机等，显示的主要是数字、专用符号和固定图形，因为是属段式显示，显示的内容就无法
44、多变。随着大量电子仪器、设备的多功能化、智能化，并且普遍采用人机交互方式，需要能够显示更为丰富的信息和通用性较强的显示器，而点阵式LCD显示器能够满足这些要求，同时用大规模专用集成电路作为点阵LCD的控制驱动，使用者仅仅直接送人数据和指令就可实现所需的显示。3.4.1 液晶显示器的选型针对我们大学生而言，现在我们学习使用的液晶显示屏主要分为LCD1602和LCD12864这两种。LCD1602液晶10是一种专门用来显示字幕、数字、符号等的点阵型液晶模块。该液晶的有若干5*7或者5*11点阵字符组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，1602实际是指现实的内容为16*2，就是说只可以显示两行，每
45、一行只有16个字符液晶模块，显示16个字或者数字。LCD12864 10液晶分为带字库和不带字库的，LCD12864型号也各有不同，它的显示分辨率为128*64的点阵，可以显示16*16点阵的汉字，还可以显示图片，功能十分全面，12864最大的优点是功耗低，使用低电压供电，同时价格比较便宜。该液晶能够显示四行八列汉字和字符。结合本课题的设计规则，我使用液晶是为了显示该系统模拟的温度、车速、油量、压力等等的实时信号，所以LCD1602还不能够完全实现该功能，综合考虑之下本课题选用TM12864J液晶显示器对信号进行显示。3.4.2 液晶显示器的电路设计图图3.7 TM12864与单片机连接图TM
46、12864J共有20个引脚，功能各异，所以在设计电路图的时候，液晶与单片机连接是很重要的，这决定了以后的系统显示问题，在这20个管脚中，其中有八条数据线，三条控制线，设计的液晶与单片机的线路连接图如上图4.9所示。由图3.7可知，单片机的P0口与液晶芯片的数据端相连，电阻R8接的是一个500欧的滑动变阻器，在显示过程中，必须调节滑动变阻器，因为液晶屏只有在固定的某个的位置才能够显示数据。其中4、5、6管脚分别为选择数据/指令控制、读数据/写数据、使能端三大控制引脚。3.4.3 液晶显示器的管脚和功能我使用的液晶的型号是TM12864J，该液晶共有20个管脚，管脚功能各不相同，液晶芯片管脚功能介绍如表3.3所示。该液晶属于不带字库的分左右半屏的液晶显示器，它的左右半屏分别由CS1、CS2控制，当CS1=1，CS2=0为右半屏工作，当CS1=0，CS2=1为左半屏工作。该液晶有复位的RESET管脚，但是其内部本身自带了上电复位，所以我们在不需要经常复位的情况下，可以将该复位管脚悬空。该液晶模块最后的两个引脚是背光源，在我设计的系统中背光源和各个模块共用一个电源，所以我直接将他们短接。在这20个管脚中RS、R/W、E