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摘 要：本文论述了以51单片机为主控器，以ADC0809为核心，以气压、油压、温度、霍尔元件等传感器为主要外围元件的车辆数字仪表（VDI）的设计实现方法。该仪表系统具有显示直观、准确，使用方便可靠等优点，代表了车辆仪表的最新发展趋势。
关键词 ： 51单片机 传感器 车辆数字仪表
车辆仪表是驾驶者和汽车的交互界面，为驾驶员提供所需的汽车运行参数、故障、里程等信息，是每一辆汽车必不可少的部件。仪表显示的直观与美观使得驾驶不但是代步之必需，也成为舒适生活的一部分，而参数传递的准确与可靠性则直接关系到汽车行驶的安全。随着电子技术的飞速发展与广泛应用，传统车辆仪表逐渐被微控制器为核心的电子控制数字仪表取代已成为必然趋势。文中提出用51单片机、模/数转换器件ADC0809及霍尔开关及数字式温度传感器DS18B20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。
1、工作原理
其工作原理是控制器依次查询各传感器的输出信号，然后对输入信号进行相应处理后通过显示模块LM12864输出，同时还可输出各种告警信号。
2、硬件设计
该系统硬件主要包括以下几个模块： 51单片机主控模块、传感器模块、ADC0809模/数转换模块、LM12864显示模块等。其中89C51主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能，传感器完成信号的采样功能，ADC0809完成将模拟信号转换成数字信号的功能，LM12864显示模块完成字符、数字的显示功能。
2.1 主控模块。系统采用ATMEL公司生产的AT89C51单片机，它带有4KB FLASHRom、128B RAM，最大工作频率24MHz，同时，具有４个８位并行I/O口，２个16位加１定时/计数器，5个中断源，1个异步串行通讯接口。
2.2 显示模块LM12864。LM12864是内置了HD61202U控制器的128×64点阵式液晶显示器，LM12864的显示区域被分为左右两个区，均为64×64大小，左右区的选择由CSA和CSB的组合来决定，当CSA、CSB的组合为01时，选择左区，当二者的组合为10时，选择右区，二者组合为00或11时均无效，LM12864内置的HD61202U为一可编程器件，通过对HD61202U控制器的编程可以实现液晶显示器的各种功能，所有显示功能均可由指令控制实现，本系统共有7条指令。
2.3 A/D转换模块。由于本系统需处理多路模拟信号，故采用ADC0809 A/D转换模块，它是8位逐次逼近A/D转换芯片；其片内带有锁存功能的8 路模拟开关，可对8路0～5V的输入模拟电压信号进行转换，转换时间约为100μs。其输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接接到单片机P0口。
2.4 测速模块。霍尔式传感器用于车速测量。其工作原理是将霍尔开关和磁铁分别安装在车架、车轮的适当位置，车辆行驶时，在磁铁的作用下，霍尔开关产生开关信号，通过单位时间计数脉冲可计算出车辆的行驶的瞬时速度，累计脉冲信号可计算出车辆行使的里程。磁电式传感器用于发动机转速测量。
2.5 其他模拟传感器。气压、油压、油量等参数的测量采用模拟传感器，其输出的模拟信号通过ADC0809模数转换后输入单片机，经过相应软件处理后输出由显示模块显示。
2.6 抗干扰设计。汽车的点火系统有较强的电磁干扰，另外车辆移动性大，有可能处于较强电磁干扰的环境中，因此必须采取抗干扰措施，否则系统难以稳定、可靠运行。本系统采用的是由硬件和软件相结合的抗干扰措施。主要采用了以下五个方面的抗干扰措施。
2.6.1抗干扰电源。车载电瓶12V电源经磁珠和电容组成π形滤波电路后，再经7805C稳压输出供给系统。此外给每个集成电路芯片都安置一个10uF陶瓷电容，来消除大部分高频干扰。同时由于本系统既有模拟电路又有数字电路，因此PCB制板设计时将数字地与模拟地要分开。
2.6.2光电隔离。在I/O通道上采用4N33光电隔离器，将单片机系统与各种传感器、开关从电气上隔离开来.。
2.6.3过压保护。在I/O通道上设计过压保护电路，由限流电阻和稳压管组成，以防止引入高电压。
2.6.4按钮去抖。在按键与单片机间加入Schmitt触发器74HC14。
3、软件设计
该系统软件主要由主程序、中断子程序、数据采集与A/D转换子程序、显示子程序、示警子程序等模块组成，在Keil Vision3 Demo版本的集成开发环境下进行编译连接。
3.1 主程序设计。主程序主要完成硬件初始化、子程序调用等功能。
3.2 数据采集子程序设计。数据采集与A/D转换子程序根据输入参数对相应的模拟信号进行采样、量化及处理，并将相应信号的数值返回主程序。
3.3 显示子程序设计。显示子程序完成图形、文字以及数值的显示输出。
3.4 中断子程序设计。中断子程序有三种中断源：键盘、测速脉冲以及掉电保护电路，分别完成面板功能设置、测速功能和掉电保护，用74LS148优先权编码器进行外部中断源扩展。
3.5 示警子程序。主要实现异常情况下控制示警信号输出。如油箱内燃油量少于某一规定值或车速超过某一设定值时，音频示警装置会发出不同频率的告警信号，同时点亮相应的指示灯闪烁示意。
4、仿真调试
选用启东达爱思51单片机仿真实验开发系统软硬件一起在线仿真调试，采用“自底向上逐步集成”的策略，逐模块进行仿真测试，在此基础上逐步集成
随着电子技术的广泛应用，车辆仪表显示屏幕的液晶化必将成为一种发展趋势，文中提出利用51单片机和新型传感器对车用仪表进行改进，目前原型机已取得成功。运行结果表明，新型数字仪表系统可靠性高、使用方便，下一步将在此基础上开发综合信息系统，扩充显示和控制的信息种类，如:交通地图信息、行程信息、网络信息、电话信息、控制空调系统及音响系统等，给用户提供更大的方便。
参考文献 ：
[1] 刘和平等.PIC18Fxxx单片机原理及接口程序设计[M].北京航空航天大学出版社.2004.
[2] 杨振江等.智能仪器和数据采集系统中的新器件及应用[M].西安电子科技大学出版社.2001
[3] 刘启林.单片机的调试方法.大众科技[J].2004(11)
[4] 何耀华主编.汽车实验学[M].人民交通出版社.2005
[5] 刘慧银等编著.Motorola微控制器原理及嵌入式应用[M].北京:清华大学出版社.2005
[6] MCS-51单片机应用设计.张毅刚等[M].哈尔滨工业大学出版社.2002
关键词 ： 51单片机 传感器 车辆数字仪表
车辆仪表是驾驶者和汽车的交互界面，为驾驶员提供所需的汽车运行参数、故障、里程等信息，是每一辆汽车必不可少的部件。仪表显示的直观与美观使得驾驶不但是代步之必需，也成为舒适生活的一部分，而参数传递的准确与可靠性则直接关系到汽车行驶的安全。随着电子技术的飞速发展与广泛应用，传统车辆仪表逐渐被微控制器为核心的电子控制数字仪表取代已成为必然趋势。文中提出用51单片机、模/数转换器件ADC0809及霍尔开关及数字式温度传感器DS18B20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。
1、工作原理
其工作原理是控制器依次查询各传感器的输出信号，然后对输入信号进行相应处理后通过显示模块LM12864输出，同时还可输出各种告警信号。
2、硬件设计
该系统硬件主要包括以下几个模块： 51单片机主控模块、传感器模块、ADC0809模/数转换模块、LM12864显示模块等。其中89C51主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能，传感器完成信号的采样功能，ADC0809完成将模拟信号转换成数字信号的功能，LM12864显示模块完成字符、数字的显示功能。
2.1 主控模块。系统采用ATMEL公司生产的AT89C51单片机，它带有4KB FLASHRom、128B RAM，最大工作频率24MHz，同时，具有４个８位并行I/O口，２个16位加１定时/计数器，5个中断源，1个异步串行通讯接口。
2.2 显示模块LM12864。LM12864是内置了HD61202U控制器的128×64点阵式液晶显示器，LM12864的显示区域被分为左右两个区，均为64×64大小，左右区的选择由CSA和CSB的组合来决定，当CSA、CSB的组合为01时，选择左区，当二者的组合为10时，选择右区，二者组合为00或11时均无效，LM12864内置的HD61202U为一可编程器件，通过对HD61202U控制器的编程可以实现液晶显示器的各种功能，所有显示功能均可由指令控制实现，本系统共有7条指令。
2.3 A/D转换模块。由于本系统需处理多路模拟信号，故采用ADC0809 A/D转换模块，它是8位逐次逼近A/D转换芯片；其片内带有锁存功能的8 路模拟开关，可对8路0～5V的输入模拟电压信号进行转换，转换时间约为100μs。其输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接接到单片机P0口。
2.4 测速模块。霍尔式传感器用于车速测量。其工作原理是将霍尔开关和磁铁分别安装在车架、车轮的适当位置，车辆行驶时，在磁铁的作用下，霍尔开关产生开关信号，通过单位时间计数脉冲可计算出车辆的行驶的瞬时速度，累计脉冲信号可计算出车辆行使的里程。磁电式传感器用于发动机转速测量。
2.5 其他模拟传感器。气压、油压、油量等参数的测量采用模拟传感器，其输出的模拟信号通过ADC0809模数转换后输入单片机，经过相应软件处理后输出由显示模块显示。
2.6 抗干扰设计。汽车的点火系统有较强的电磁干扰，另外车辆移动性大，有可能处于较强电磁干扰的环境中，因此必须采取抗干扰措施，否则系统难以稳定、可靠运行。本系统采用的是由硬件和软件相结合的抗干扰措施。主要采用了以下五个方面的抗干扰措施。
2.6.1抗干扰电源。车载电瓶12V电源经磁珠和电容组成π形滤波电路后，再经7805C稳压输出供给系统。此外给每个集成电路芯片都安置一个10uF陶瓷电容，来消除大部分高频干扰。同时由于本系统既有模拟电路又有数字电路，因此PCB制板设计时将数字地与模拟地要分开。
2.6.2光电隔离。在I/O通道上采用4N33光电隔离器，将单片机系统与各种传感器、开关从电气上隔离开来.。
2.6.3过压保护。在I/O通道上设计过压保护电路，由限流电阻和稳压管组成，以防止引入高电压。
2.6.4按钮去抖。在按键与单片机间加入Schmitt触发器74HC14。
3、软件设计
该系统软件主要由主程序、中断子程序、数据采集与A/D转换子程序、显示子程序、示警子程序等模块组成，在Keil Vision3 Demo版本的集成开发环境下进行编译连接。
3.1 主程序设计。主程序主要完成硬件初始化、子程序调用等功能。
3.2 数据采集子程序设计。数据采集与A/D转换子程序根据输入参数对相应的模拟信号进行采样、量化及处理，并将相应信号的数值返回主程序。
3.3 显示子程序设计。显示子程序完成图形、文字以及数值的显示输出。
3.4 中断子程序设计。中断子程序有三种中断源：键盘、测速脉冲以及掉电保护电路，分别完成面板功能设置、测速功能和掉电保护，用74LS148优先权编码器进行外部中断源扩展。
3.5 示警子程序。主要实现异常情况下控制示警信号输出。如油箱内燃油量少于某一规定值或车速超过某一设定值时，音频示警装置会发出不同频率的告警信号，同时点亮相应的指示灯闪烁示意。
4、仿真调试
选用启东达爱思51单片机仿真实验开发系统软硬件一起在线仿真调试，采用“自底向上逐步集成”的策略，逐模块进行仿真测试，在此基础上逐步集成
随着电子技术的广泛应用，车辆仪表显示屏幕的液晶化必将成为一种发展趋势，文中提出利用51单片机和新型传感器对车用仪表进行改进，目前原型机已取得成功。运行结果表明，新型数字仪表系统可靠性高、使用方便，下一步将在此基础上开发综合信息系统，扩充显示和控制的信息种类，如:交通地图信息、行程信息、网络信息、电话信息、控制空调系统及音响系统等，给用户提供更大的方便。
参考文献 ：
[1] 刘和平等.PIC18Fxxx单片机原理及接口程序设计[M].北京航空航天大学出版社.2004.
[2] 杨振江等.智能仪器和数据采集系统中的新器件及应用[M].西安电子科技大学出版社.2001
[3] 刘启林.单片机的调试方法.大众科技[J].2004(11)
[4] 何耀华主编.汽车实验学[M].人民交通出版社.2005
[5] 刘慧银等编著.Motorola微控制器原理及嵌入式应用[M].北京:清华大学出版社.2005
[6] MCS-51单片机应用设计.张毅刚等[M].哈尔滨工业大学出版社.2002