基于单片机的车载数字仪表的设计
基于单片机的车载数字仪表的设计[20200131184233]
摘要
-车辆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已成为必然趋势。然而，目前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；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，文中提出用51系列单片机，设计全数字仪表系统。
本论题是车用仪表电子设计的一个部分——基于单片机的车载数字仪表的设计。用单片机为核心控件，通过DA转换器把模拟电路处理过的电信号数字化并存储起来，温度 速度传感器， 再驱动数码显示管显示出来。本文做了几个方面的研究,研究单片机的基本知识,单片机的外围电路设计,供电电路的设计。
以上各项研究工作进展顺利，最终完成了proteus的仿真与调试工作，指标达到了设计要求。
摘要 3
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机传感器数码管
一、引 言 1
二 、硬件设计 1
（一）基本原理 1
（二）控制模块 2
（三）信号发生器 4
（四）D/A转换器 4
（五）传感器 5
（六） 显示模块 7
三、程序设计 10
（一）程序设计 11
（二）采集及转换子程序设计 11
（三）子程序 11
四、CPU抗干扰措施 12
五、对于智能仪表技术及其应用未来发展方向的想法 12
（一）智能仪表的智能化程度有待进一步提高 12
（二）智能仪表的稳定性、可靠性 13
（三）智能仪表的潜在功能应用有待最大化 13
（四）继续加大国内智能仪表的开发投入 13
总 结 14
致 谢 15
参考文献 16
附录一 17
一、引 言
随着计算机通信技术、电子技术的飞速发展，各种电子产品已经广泛的应用到人们生活的方方面面，特别是在汽车的仪表的设计中运用的非常广泛。设计的过程中通过传感器把来自汽车各个方面的信号，采用数据采集系统，实时监控系统等电子设备，数字化，智能化。使驾驶员更直接的了解到汽车在行驶的过程中车况。
车载数字仪表的信号来源于传感器的信号的输出。传感器通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件指传感器中能直接感受(或响应)被测量的部分。而转换元件指传感器中能将敏感元件感受(或响应)的被测量转换成适合于传输和(或)测量的电信号的部分。信息的采集主要利用传感技术，信息的处理主要利用计算机技术，信息的传输主要采用通讯技术。
伴随着汽车市场的飞速发展，汽车电子产业在中国也进入到一个跳跃式增长期。但是作为一个新兴的产业，汽车电子行业却面临着诸多尴尬。中国汽车电子行业核心技术落后，产品单一、应用层次低是不得不面对的问题。目前国内涉足汽车电子的企业超过1000家，但多数从事的是附加值低的产品生产，如汽车音响、车载电话等门槛低的领域；在底盘电子控制系统、动力传动系统、车身电子系统等利润空间较大的领域里，都是国外厂商把持着绝对的市场份额。有数据显示，国内汽车电子市场70%以上份额都为国外企业所把持，即使是把合资的汽车电子企业算上，国内企业在汽车电子领域所占份额也超不过30%。汽车电子在技术上开发难度大、开发周期长，需要进行大量的试验，开发初期投入的资金多，特别是如今市场上面对的都是国外实力强大的跨国汽车电子公司，加上国内电子行业对汽车电子控制系统所知不多，先天不足加上后天“营养”不足，这些都会影响国内汽车电子产业化进程。
但是随着我国未来汽车市场的快速发展和汽车电子的价值含量迅速提高，我国汽车电子产业将形成巨大经济规模效应，汽车电子产品占汽车的成本将进一步提高。目前，中国消费者对车辆需求的增加、网络在车辆中的高速发展、安全与防盗需求的增加、机械系统与电子系统之间的转换以及动力总成方面性能的提高，都进一步推动了我国汽车电子产品市场的发展。
二 、硬件设计
（一）基本原理
作为车用仪表，其基本功能即为向用户提供车速,里程，车内温度等信息。从技术上说，其工作流程为：系统启动，单片机软件初始化，从000h开始执行程序，开中断，单片机按工作周期输入波形发生器输入的方波通过定时中断计算每秒通过的波形，一个波形为一米从而计算出速度跟里程。通过滑动变阻器模拟温度与油量信号经过A/D转换器模拟信号转化为数字信号一起输出到数码管显示模块显示。如图1.1系统框图。
图1.1 系统框图
（二）控制模块
CPU主控制模块采用AT89C51完成波形发生器的信号，变阻信号的采集，以及里程信号，速度信号，温度信号的显示。
AT89C51（如AT89C51图1.2）是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Elash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出端口，同时内含2个外中端口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理和Flash存储器结合一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低成本。AT89C51具有PDIP,PQFP/TQFP及PLCC三种封装形式，以适应不同产品的需求。
AT89C51图1.2
图1.3电路原理图
图1.3电路原理图显示了整体电路图，更直观表现了数字仪表的功能。里面AT89C51为主控元件，相当于一个主脑。单片机按工作周期输入波形发生器输入的方波通过定时中断计算每秒通过的波形，一个波形为一米从而计算出速度跟里程。再通过滑动变阻器模拟温度与油量信号经过D/A转换器模拟信号转化为数字信号一起输出到数码管显示模块显示。
（三）信号发生器
本系统采用的信号发生器，输出地是连续方波，一般是由DA转换器定时输出某一电压，由一系列包含波形各时间点电压信息的输出组成一个完整的波形，一般算好一个周期的波形数据存储起来，单片机一个周期一个周期连续输出；由点输出的时间间隔调整频率。
波形的周期T由一个周期的输出点数N和点之间的时间间隔t隔确定，T=N*t，频率就为1/T；在输出点数一定时，由点之间的时间间隔调整波形频率，上面的公式估计就是调整DA输出频率。
（四）D/A转换器
D/A转换器DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。如图1.4所示，它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。运算放大器输出的模拟量V0为：
????????????????? 图1.4 D/A转换器
（式1-1）
在本文DACO832通过温度和油量的变化来改变阻值，产生电压信号,把电压信号传入D/A转化器，再由DACO832传入AT89C51，在这过程中，DACO832作为一个信号转换的功能。
（五）传感器
温度是一个很重要的物理参数，也是一个非电量，自然界中任何物理，化学过程都紧密的与温度相联系。在很多产品生产过程中，温度的测量与控制都直接和产品质量，提高生产效率，节约能源，安全生产等重要经济技术指标相联系。因此温度的测量是一个具有重要意义的技术领域，在国民经济的各个领域都受到相当的重视。油量直接显示，是为了让驾驶员更能清晰自己的油量，为驾驶员的外出路途息息相关，在生活中具有重大意义。
油量与温度都通过滑动变阻器的阻值来检测，油量的多少与升减，温度的升高与下降都改变滑动变阻器的阻值，从而改变两端的电压值。通过计算最大电源供给为1.95V经转换油量与温度最大范围为100，改变的电压信号传入DAC0832中进行D/A转换，处理后的信号然后由DAC0832再传入51单片机，再经处理进而由LED数码管显示出相应的车内温度值与油量。
1.速度传感器
摘要
-车辆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已成为必然趋势。然而，目前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；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，文中提出用51系列单片机，设计全数字仪表系统。
本论题是车用仪表电子设计的一个部分——基于单片机的车载数字仪表的设计。用单片机为核心控件，通过DA转换器把模拟电路处理过的电信号数字化并存储起来，温度 速度传感器， 再驱动数码显示管显示出来。本文做了几个方面的研究,研究单片机的基本知识,单片机的外围电路设计,供电电路的设计。
以上各项研究工作进展顺利，最终完成了proteus的仿真与调试工作，指标达到了设计要求。
摘要 3
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机传感器数码管
一、引 言 1
二 、硬件设计 1
（一）基本原理 1
（二）控制模块 2
（三）信号发生器 4
（四）D/A转换器 4
（五）传感器 5
（六） 显示模块 7
三、程序设计 10
（一）程序设计 11
（二）采集及转换子程序设计 11
（三）子程序 11
四、CPU抗干扰措施 12
五、对于智能仪表技术及其应用未来发展方向的想法 12
（一）智能仪表的智能化程度有待进一步提高 12
（二）智能仪表的稳定性、可靠性 13
（三）智能仪表的潜在功能应用有待最大化 13
（四）继续加大国内智能仪表的开发投入 13
总 结 14
致 谢 15
参考文献 16
附录一 17
一、引 言
随着计算机通信技术、电子技术的飞速发展，各种电子产品已经广泛的应用到人们生活的方方面面，特别是在汽车的仪表的设计中运用的非常广泛。设计的过程中通过传感器把来自汽车各个方面的信号，采用数据采集系统，实时监控系统等电子设备，数字化，智能化。使驾驶员更直接的了解到汽车在行驶的过程中车况。
车载数字仪表的信号来源于传感器的信号的输出。传感器通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件指传感器中能直接感受(或响应)被测量的部分。而转换元件指传感器中能将敏感元件感受(或响应)的被测量转换成适合于传输和(或)测量的电信号的部分。信息的采集主要利用传感技术，信息的处理主要利用计算机技术，信息的传输主要采用通讯技术。
伴随着汽车市场的飞速发展，汽车电子产业在中国也进入到一个跳跃式增长期。但是作为一个新兴的产业，汽车电子行业却面临着诸多尴尬。中国汽车电子行业核心技术落后，产品单一、应用层次低是不得不面对的问题。目前国内涉足汽车电子的企业超过1000家，但多数从事的是附加值低的产品生产，如汽车音响、车载电话等门槛低的领域；在底盘电子控制系统、动力传动系统、车身电子系统等利润空间较大的领域里，都是国外厂商把持着绝对的市场份额。有数据显示，国内汽车电子市场70%以上份额都为国外企业所把持，即使是把合资的汽车电子企业算上，国内企业在汽车电子领域所占份额也超不过30%。汽车电子在技术上开发难度大、开发周期长，需要进行大量的试验，开发初期投入的资金多，特别是如今市场上面对的都是国外实力强大的跨国汽车电子公司，加上国内电子行业对汽车电子控制系统所知不多，先天不足加上后天“营养”不足，这些都会影响国内汽车电子产业化进程。
但是随着我国未来汽车市场的快速发展和汽车电子的价值含量迅速提高，我国汽车电子产业将形成巨大经济规模效应，汽车电子产品占汽车的成本将进一步提高。目前，中国消费者对车辆需求的增加、网络在车辆中的高速发展、安全与防盗需求的增加、机械系统与电子系统之间的转换以及动力总成方面性能的提高，都进一步推动了我国汽车电子产品市场的发展。
二 、硬件设计
（一）基本原理
作为车用仪表，其基本功能即为向用户提供车速,里程，车内温度等信息。从技术上说，其工作流程为：系统启动，单片机软件初始化，从000h开始执行程序，开中断，单片机按工作周期输入波形发生器输入的方波通过定时中断计算每秒通过的波形，一个波形为一米从而计算出速度跟里程。通过滑动变阻器模拟温度与油量信号经过A/D转换器模拟信号转化为数字信号一起输出到数码管显示模块显示。如图1.1系统框图。
图1.1 系统框图
（二）控制模块
CPU主控制模块采用AT89C51完成波形发生器的信号，变阻信号的采集，以及里程信号，速度信号，温度信号的显示。
AT89C51（如AT89C51图1.2）是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Elash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出端口，同时内含2个外中端口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理和Flash存储器结合一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低成本。AT89C51具有PDIP,PQFP/TQFP及PLCC三种封装形式，以适应不同产品的需求。
AT89C51图1.2
图1.3电路原理图
图1.3电路原理图显示了整体电路图，更直观表现了数字仪表的功能。里面AT89C51为主控元件，相当于一个主脑。单片机按工作周期输入波形发生器输入的方波通过定时中断计算每秒通过的波形，一个波形为一米从而计算出速度跟里程。再通过滑动变阻器模拟温度与油量信号经过D/A转换器模拟信号转化为数字信号一起输出到数码管显示模块显示。
（三）信号发生器
本系统采用的信号发生器，输出地是连续方波，一般是由DA转换器定时输出某一电压，由一系列包含波形各时间点电压信息的输出组成一个完整的波形，一般算好一个周期的波形数据存储起来，单片机一个周期一个周期连续输出；由点输出的时间间隔调整频率。
波形的周期T由一个周期的输出点数N和点之间的时间间隔t隔确定，T=N*t，频率就为1/T；在输出点数一定时，由点之间的时间间隔调整波形频率，上面的公式估计就是调整DA输出频率。
（四）D/A转换器
D/A转换器DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。如图1.4所示，它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。运算放大器输出的模拟量V0为：
????????????????? 图1.4 D/A转换器
（式1-1）
在本文DACO832通过温度和油量的变化来改变阻值，产生电压信号,把电压信号传入D/A转化器，再由DACO832传入AT89C51，在这过程中，DACO832作为一个信号转换的功能。
（五）传感器
温度是一个很重要的物理参数，也是一个非电量，自然界中任何物理，化学过程都紧密的与温度相联系。在很多产品生产过程中，温度的测量与控制都直接和产品质量，提高生产效率，节约能源，安全生产等重要经济技术指标相联系。因此温度的测量是一个具有重要意义的技术领域，在国民经济的各个领域都受到相当的重视。油量直接显示，是为了让驾驶员更能清晰自己的油量，为驾驶员的外出路途息息相关，在生活中具有重大意义。
油量与温度都通过滑动变阻器的阻值来检测，油量的多少与升减，温度的升高与下降都改变滑动变阻器的阻值，从而改变两端的电压值。通过计算最大电源供给为1.95V经转换油量与温度最大范围为100，改变的电压信号传入DAC0832中进行D/A转换，处理后的信号然后由DAC0832再传入51单片机，再经处理进而由LED数码管显示出相应的车内温度值与油量。
1.速度传感器
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