基于单片机的超速报警器的电路的设计

基于单片机的超速报警器的电路的设计内容摘要：

维护要求 超速报警器的总原理图 超速报警器的设计将车速传感器产生的车速信号送入霍尔传感器电路，得到一个与车速信号频率一致的信号，送入单片机记数。 得到的数值通过 与单片机内部设定值相比较。 如果超过了 键盘输入的最大值 则可判断汽车超速， 然后通过 蜂鸣器报警提示。 该系统由电源电路、时钟电 路、复位电路、速度显示电路、按键电路、键盘（设定报警车速值）、报警电路、霍尔传感器连接电路和控制单片机组成。 图 1 总原理图 超速报警器的特色 超速报警器的设计 实现限速路段超速报警，并能语音报警。 本系统的功能在车主电源电路 时钟电路 复位电路 报警电路 按键电路 霍尔传感器连接电路 显示电路 单片机 超速时提醒车主，保证驾驶人员的人身安全。 超速报警器的设计将车速传感器产生的车速信号与单片机内部设定值相比较。 如果超过了预设值则可判断汽车超速，蜂鸣器报警提示。 超速报警器的设计将电源电路、时钟电路、复位电路、速度显示电路、按键 电路、报警电路、霍尔传感器连接电路等电路组合起来组成超速报警器。 3 超速报警器硬件设计 主控模块 本系统采用 MCS 一 51 系列的 8051 单片机作为控制核心 [1]。 MCS51 系列单片机是美国Intel 公司于 1980 年推出的一种 8 位单片机系列。 8051 的片内程序存储器（ ROM）是掩膜型的，即在制造芯片时已将应用程序固化进去。 8051 抗干扰性好，适用于恶劣环境的场合。 8051 CPU 的工作频率采用 12MHZ，方便系统对速度传感器的计数脉冲进行快速的处理。 805l的输入，输出引脚具有 32 根 I／ O 口线。 可以连接 存储器、 LED 显示器、速度传感器等各种外部器件。 8051 具有低功耗和低电压工作模式的特点，可以利用电池对系统供电。 但8051 内部只有 256B 的数据存储器，系统可以外接 RAM 芯片以满足系统的需求 [2]。 图 2 8051 单片机引脚图 8051 单片机引脚说明 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 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数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 上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /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。 RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，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。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 时钟电路 时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。 通过时钟电路可以得知计算机的工作状态。 AT89C51 单片机允许的时钟频率是因型号而异的典型值为 12MHZ， MCS51单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器 ， XTAL XTAL2 分别为 振荡电路 反相放大器输入和输出端， 时钟可由内部或外部生成，在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接定时元件 ，内部振荡电路就会产生自激振荡。 外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。 系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。 CMOS型单片机内部（如 AT89C51）有一个可控的负反馈反相放大器，外接晶振（或陶瓷谐振器）和电容组成振荡器，图为 CMOS 型单片机时钟电路框图 [3]。 振荡器工作受 /PD 端控制，由软件置“ 1” PD（即特殊功能寄存器 ）使 /PD＝ 0，振荡器停止工作，整个单片机也就停止工作，以达到节电目的。 清“ 0” PD，使振荡器工作产生时钟，单片机便正常运行。 图中 SYS 为晶振或陶瓷谐振器，振荡器产生的时钟频率主要由 SYS 参数确定（晶振上标明的频率）。 电容 C1 和 C2 的作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率 f起微调作用（ C C2 大， f 变小），其典型值为 30p。 图 3 时钟电路图 复位电路 单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行 [4]。 单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。 复位电路的原理是单片机 RST 引脚接收到 2US 以 上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于 2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。 按键按下系统复位，是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。 本系统采用电平式开关复位与上电复位方式，当上电时， C1 相当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下复位键时单片机复位 [5]。 在有时碰到干扰时会造成错误复位，但在大多数条件下，不会出现单片机错误复位，而可能会引起内部某些寄存器错误复位，如果在复位端加一个电容，则会得到很好的效果。 单片机采用的复位方式是自动复位方式。 AT89C51 单片机只要接一个电容至 VCC即可。 在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在 RST 端出现一定时间的高电平，只要高电平时间足够长，就可以使 AT89C51 单片机有效的复位。 RST 端在加电时应保持的高电平时间包括 VCC的上升时间和振荡器起振的时间，所以一般为了可靠的复位， RST 在上电应保持 20ms 以上的高电平。 RC 时间常数越大，上电 RST 端保持高电平的时间越长 图 4 复位电路 霍尔传感器连接电路 霍尔 传感器 是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器 [6]。 霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（ 1855— 1938）于 1879 年在研究金属的导电机构时发现的。 后来发现半导体、导 电流 体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种 霍尔元件 ，广泛地应用于工业自动化技术、 检测技术 及信息处理等方面。 霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。 通过霍尔效应实验测定的 霍尔系数 ，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及 载流子迁移率 等重要参数 [7]。 图 5 霍尔传感器图片和管脚图 霍尔传感器检测转速示意图如下。 在非磁材料的圆盘边上粘。