摘要

本文讲述了一种使用AT89C51单片机来测量轿车车速以及同时测量轿车纵向和横向加速度的数字式系统。主要分析了本次采用方法的测量特点，测量误差的产生以及误差的计算。其次，针对在汽车上使用这一特定的应用环境，设计系统。本次设计的主要任务有：说明系统的基本工作原理，分析误差产生的主要原因，并给出解决误差的方法，使用Altum designer软件绘制硬件原理图，最后使用KEIL C软件编制系统源程序并符合系统要求，给出工作流程图。最后，对系统进行仿真调试，并提出总结。

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第一章 绪论

1.1  51单片机测量控制系统

典型51系列单片机是由：CPU系统、CPU外围电路、基本功能单元主要这3部分，如图1.1

图1.1 C51系列单片机的基本原理

• CPU系统

CPU系统包括CPU、时钟系统、总线逻辑控制这3大部分，它们的功能如下所述。

CPU:包括运算器、控制器，面向控制对象，系统为控制功能。

‚时钟系统：包括谐振元件、振荡器、振荡器（或CPU时钟）。

ƒ总线控制逻辑：主要用于系统的复位控制和时序，外部引脚：RST和EA等。

例如：RST：系统复位用引脚。

ALE:数据（地址）复位控制引脚。

EA：外部/内部程序存储器选择引脚。

• CPU外围电路

CPU外围电路包括ROM,RAM,I/O口和SFR 4部分。

ROM：程序存储器。其地址范围一般为0000H到FFFFH（64KB）。

‚RAM：数据存储器。地址范围：00H到FFH（256B），是一个多功能数据存储器。

ƒI/O端口：80C51系列单片机有4个8位I/O端口，分别为P0,P1,P2和P3。

④ SFR:特殊功能寄存器。是单片机中的非常重要的实现控制功能的单元。

• 基本功能单元

80C51系列单片机具有基本功能单元有中断系统、串行接口、定时器/计数器这3个。

定时器/计数器：单片机内部有2个16位定时器/计数器，靠分频时钟频率计数实现定时；对T0或T1端口的低电平脉冲计数实现计数。

‚中断系统：单片机内部有5个中断源，外部中断源（2个），串行中断（1个）和定时器溢出中断（2个）。

ƒ串行接口UART：RXD(P3.0)脚为接收端口，TXD（P3.1)脚为发送端口。

1.2  轿车车速以及加速度测量方法概要

轿车车速以及加速度的测量方法有很多，一般的车速测量方法按传感器的种类有光电传感器、霍尔传感器、电容式传感器等，按照工作原理分类可分为模拟式、同步式和计数式；而加速度测量方法根据传感器有压电式传感器、压阻式传感器、电容式传感器、伺服式传感器等，按照工作原理分类可分为机械式和电子式。

而这次我的设计最后根据测量轿车车速以及加速度这一应用场景，最终决定了使用霍尔传感器来采集车速信号，而使用ADXL345这款比较常用的并且精度较高的加速度加速度传感器来同时采集车身纵向加速度和横向加速度。

考虑到轿车工作车速较高，所以在车速测量方法上我采用测量固定在转轴上的码盘的转速频率的方法来采集转速信号，最后在根据车轮半径换算出实际车速，这种测量方法简称“测频法”，这种方法适用于车速较高的场景，车速越高，其实现的测量精度就越高。

同时在加速度测量上，本次采用的ADXL345传感器是一款小巧纤薄的低功耗三轴加速度传感器，可以对最高±16 g的加速度进行测量。分辨率达13位，所以在测量精度上肯定没问题。同时这款传感器非常适合移动设备应用。它非常适合测量动态加速度。综上所述，ADXL345非常适合在轿车上测量在各种复杂路况下的车身加速度。此外，使用 ADXL345 加速度计时，直接输出数字量，故省略了模数转换，从而可以节省系统成本。

最后最关键的是，把两传感器所采集到的车速信号与加速度信号输入AT89C51单片机进行全数字化处理，再把测量结果输到LCD显示屏。实现方便快捷的数字式轿车车速及加速度测量系统。

1.3  本课题选题意义和研究目标

目前单片机的应用及其广泛，几乎参与到了我们每日生活的方方面面。同样在民用豪华轿车的安全保障系统等的控制，以及飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理等等，这些都离不开单片机。而且，传统的测量方法是常常采用采集模拟量和进行模拟处理，这种方法早已不能满足现代汽车上绝大多数系统的使用。随着大规模的集成电路技术的快速发展，数字测量系统已经被得到了比较普遍的应用。我们这次使用的单片机尤其适合处理脉冲数字信号，使得我这次要设计的轿车车速及加速度测量系统得以实现全数字化。让整个测量系统大大简化，同时提高了测量的精度。所以，我的这次设计以C51单片机为主体，来设计出一个数字化的轿车车速及加速度测量系统，这在轿车车身控制、安全保障等方面都有着潜在的使用价值。

因此，这次设计我们主要的研究目标是：利用80C51单片机并结合霍尔传感器和加速度传感器ADXL345来设计出一个能够同时测量轿车车速和加速度的全数字式测量系统。我们主要从硬件电路的设计出发，结合实际应用场景，分析其工作原理，使其能够应用于轿车上的控制系统，并进一步提高轿车自动控制系统的现代化水平。车辆速度控制是传统的巡航控制系统和最近开发的自适应巡航控制系统的一个重要课题。加速过程中的速度控制是巡航控制的关键部分。总之，我的对这次课题设计是具有许多实际使用意义的。

1.4  主要研究内容和关键问题

一 主要研究内容

1.首先以单片机系统为设计核心，构思出一个关于整个系统的测量方案，包括车速测量方法和加速度测量方法，其次在此基础上，设计出系统硬件的主要组成部分，并分析电路原理，使其满足系统所要实现的功能。

2.详细分析这个已经构思出的测量系统，其中包括车速测量，加速度测量这两个测量方法的可行性，并对于其具体的测量误差和测量精度进行分析计算，详细说明其工作原理。

3.构建和完善硬件电路，其中包括AT89C51单片机的具体的接口设置，霍尔传感器的电路设计，加速度传感器的电路设计，LCD显示部分的电路设计以及电源电路的设计等等，此次设计主要是硬件设计，所以这个必须尽量完善。

4最后根据实际系统的应用环境和测量方案，使用C语言编制源程序，并使用KEIL软件的uVision4环境进行整个系统的对源程序的编译和调试。如果条件成熟，我们最后可以在Proteus软件上进行最后的仿真，来验证我这次的整个设计的正确性和可行性。

二 研究中的关键问题

• 关于此系统的硬件电路的构建，包括单片机的选择、传感器的选择、显示屏的选择、电路的连接等等。最后使用Altium designer画出原理图。

2.在KEIL软件上对系统源程序的编制，包括对主程序流程的设计，中断的设置等等。

3.LCD显示方式的设计等等。

4.使用Proteus软件进行仿真，包括其中对模拟方案的设计。