速度與里程表設(shè)計單片機論文

1、摘要 本文介紹的速度與里程表設(shè)計以單片機最小系統(tǒng)和霍爾傳感器為核心。傳感器將不同的車速轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌l率的脈沖信號輸錄到單片機進行控制與計算，再采用LM016L模塊進行顯示，使得自行車的速度與里程數(shù)據(jù)直觀的顯示給使用者。本系統(tǒng)由霍爾傳感器、單片機AT89C51、液晶顯示模塊LM016L、數(shù)據(jù)存儲電路和鍵盤矩陣模塊、時間芯片DS1302組成。通過單片機的設(shè)置可使部定時器T1對脈沖輸入引腳T0進行控制，這樣能精確地算出加到T0引腳的單位時間檢測到的脈沖數(shù)；設(shè)計中的速度顯示采用LM016L模塊，通過速度換算得來的里程數(shù)采用12C總線并通過存儲器來存儲，既節(jié)省了所需單片機的口線和外圍器件，同時也簡化了顯示

2、部分的軟件編程本文先對里程表設(shè)計當中所需的設(shè)備作了詳細的介紹，對設(shè)計中存在的問題進行了說明；而后對硬件和軟件部分的設(shè)計和實現(xiàn)作了認真的分析，在此基礎(chǔ)上進行了仿真。本里程表的設(shè)計具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，顯示清晰，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：單片機最小系統(tǒng)，霍爾傳感器，時間芯片DS1302，液晶顯示模LM016L,矩陣鍵盤。1 / 36Abstract This paper introduces the speed and odometer design based on SCM system and the smallest Holzer sensor is the core. The sensor

3、 will different speed change into different frequency pulse signal inputting to the microprocessor controlandcalculation, then use LM016L module to display, the bicycle speed and mileage data to display to the user.This system is composed of sensors, MCU, Holzer AT89C51LCD module LM016L, data storin

4、g circuit and a keyboard matrix module, time chip DS1302. Through the computers settings can make the internal timer T1 pulse input pin T0 control, this can be accurately calculated to the T0 pin unit time to detect the pulse number; in the design of speed that the use of the LM016L module, the spee

5、d of conversion to the mileage by using 12C bus and the memory to store, saving the for single-chip mouth lines and peripheral devices, but also simplifies the display portion of the software programmingThis paper first on the odometer design required equipment are introduced in this paper, on the p

6、roblems existing in the design are described; then the hardware and software design and implementation carefully analyzed, on the basis of the simulation.The odometer design has the advantages of simple structure, low cost, clear display, the advantages of stable and reliable.Keywords: single chip m

7、icrocomputer minimum system, a Holzer sensor, time chip DS1302, liquid crystal display module LM016L, matrix keyboard.目 錄摘要Abstract1緒論11.1.課題的背景與意義11.2 課題所要解決的主要問題12系統(tǒng)設(shè)計22.1.系統(tǒng)功能分析22.2 系統(tǒng)設(shè)計主要任務與容22.3系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)指標33自行車數(shù)字里程表硬件設(shè)計33.1概述33.1.1系統(tǒng)硬件構(gòu)成33.1.2設(shè)計思路33.2數(shù)據(jù)采集模塊43.2.1傳感器43.2.2 時間芯片63.2.3鍵盤矩陣113.3控制模塊12

8、3.3.1概述123.3.2單片機最小系統(tǒng)123.3.3單片機引腳功能介紹153.3.3.1.基礎(chǔ)知識153.3.4中斷系統(tǒng)173.3.5定時器/計數(shù)器173.4顯示模塊183.5其他介紹213.5.1復位電路214 自行車數(shù)字里程表軟件設(shè)計224.1系統(tǒng)介紹224.2系統(tǒng)流程圖225程序代碼225.1.數(shù)據(jù)采集程序225.2鍵盤掃描程序255.3.中斷程序276 Proteus仿真286.1 概述286.2仿真電路圖286.3 仿真結(jié)果圖29如下6-2示錯誤！未定義書簽。7系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析297.1電路調(diào)試297.1.1硬件調(diào)試297.1.2軟件調(diào)試307.2結(jié)果分析30總結(jié)與展望31致3

9、1參考文獻錯誤！未定義書簽。附錄錯誤！未定義書簽。1緒論1.1.課題的背景與意義中國的輕型電動車產(chǎn)業(yè)在2000年進入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，目前正處于產(chǎn)業(yè)生命周期快速增長階段的初期。盡管處于處處封殺的重壓下，消費者對這一新興交通工具的青睞，推動輕型電動車產(chǎn)業(yè)近年來保持了80%以上的增長速度。2005年，在整體經(jīng)濟需求增長放慢、工業(yè)增速回落的背景下，輕型電動車行業(yè)卻出現(xiàn)令人矚目的“井噴”行情，成為耐用消費品市場不多的“亮點”之一。2006產(chǎn)銷量達到1500萬輛。據(jù)此估算，2010年，中國輕型電動車的產(chǎn)銷量將可能達到3000萬輛，出口量將可能達到500600萬輛。實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值700億元，包括上下游帶動產(chǎn)值

10、的產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模將達到1300億。我國是自行車大國，隨著人們生活水平的不斷提高，自行車已經(jīng)不僅僅是運輸、代步的工具，其輔助功能也變得越來越重要。因此，人們希望自行車的娛樂、休閑、鍛煉的功能越來越多，能帶來大家更多的健康與快樂。在這個背景下，自行車里程表作為自行車的一大輔助工具迅速發(fā)展起來.科學、美觀、合理設(shè)計自行車里程表有一定的實用價值.它能合理計算出速度與公里數(shù),使運動者運動適量,達到健康運動與代步的最佳效果。隨著自行車里程表的發(fā)展,其功能也逐漸從單一的里程顯示發(fā)展到速度、時間顯示，甚至有的還具有測量騎車人的心跳、顯示騎車人熱量消耗等功能，讓人能清楚地知道當前的速度、時間、里程等物理量。本文介

11、紹的自行車里程表是采用以AT89C51單片機為中央處理器,結(jié)合高精度的采樣電路、 控制電路、顯示電路,方便地實現(xiàn)了智能化、 高精度、 高可靠性、 高效率的自行車里程表的設(shè)計,并且使用方便。1.2 課題所要解決的主要問題(1).設(shè)計一個輕便、省電、全天候野外使用的自行車里程表；(2).可顯示里程、速度、加速度，行駛時間等信息；(3).適用于各種車型（不同尺寸），車型信息可通過鍵盤設(shè)置2系統(tǒng)設(shè)計2.1.系統(tǒng)功能分析本系統(tǒng)可以實現(xiàn)自行車或電動車在行駛過程中速度，里程數(shù)的顯示功能。系統(tǒng)元件簡單，實用性強。通過霍爾傳感器進行信號的采集，每來一次信號，計數(shù)器加一，每五秒鐘計算一次平均速度。本系統(tǒng)的核心在于

12、單片機，把采集到的數(shù)據(jù)送入單片機后進行處理，再通過單片機把處理好的數(shù)據(jù)通過液晶顯示出來，從而實現(xiàn)速度和里程的顯示。本系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集，單片機控制系統(tǒng)，鍵盤顯示，液晶顯示4部分構(gòu)成。其中數(shù)據(jù)的采集是由霍爾傳感器來完成的，它的輸出是矩形脈沖，其中關(guān)鍵的處理由單片機系統(tǒng)來完成，單片機將對P1.0腳的信號進行計數(shù)，輸出的信號由液晶進行顯示，顯示當前的行駛里程情況。鍵盤的作用是輸入自行車的車型等信息，以上所訴就是整個系統(tǒng)的總體設(shè)計思想。6該設(shè)計能實時地將所測的累計里程數(shù)顯示出來，主要是將傳感器輸入到單片機的脈沖信號的頻率（傳感器將不同車速轉(zhuǎn)變成不同頻率的脈沖信號）實時地測量出來，通過單片機計算出里程，并

13、由液晶顯示模塊顯示所測里程。本設(shè)計的里程數(shù)的算法是一種大概的算法（假設(shè)在一定時間自行車是勻速行進，平均速度與時間的乘積即為里程數(shù)）。 設(shè)計時，應綜合考慮測速精度和系統(tǒng)反應時間。本設(shè)計用測量脈沖頻率來計算速度，因而具有較高的測速精度。在計算里程時取了自行車的理想狀態(tài)。實際中，誤差控制在幾米之，相對于整個里程來說不是很大。另外，還應盡量保證其他子模塊在編程時的通用性和高效性。2.2 系統(tǒng)設(shè)計主要任務與容用單片機設(shè)計一個可以適用各種自行車的數(shù)字里程表，可顯示里程、速度、時間等信息。學習、了解、掌握程序設(shè)計方法和了解自行車的數(shù)字里程表的基本工作原理。用傳感器將所測轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖信號，然后再將數(shù)字脈

14、沖信號數(shù)據(jù)傳輸于核心單片機處理，單片機將根據(jù)設(shè)計程序計算在一定時間數(shù)字脈沖的頻率，再由計數(shù)值最終得到路程里數(shù)并通過終端顯示設(shè)備顯示出來。附加報警功能，在速度超過某一個固定值后，指示燈發(fā)亮，提示需要減速。2.3系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)指標計數(shù)方式：十進制里程顯示位數(shù)：4位速度顯示位數(shù)：2位3自行車數(shù)字里程表硬件設(shè)計3.1概述自行車數(shù)字里程表的硬件設(shè)計主要包括運用傳感器對外部信號進行采集，單片機對數(shù)據(jù)進行處理，液晶顯示的設(shè)計，單片機是設(shè)計的核心。3.1.1系統(tǒng)硬件構(gòu)成系統(tǒng)硬件以AT89C51為核心,包括以下三個模塊電路：1.數(shù)據(jù)采集模塊(霍爾傳感器采集數(shù)據(jù)、時間芯片DS1302、鍵盤矩陣)2.控制模塊(AT8

15、9C51)3.LCD顯示模塊(LM016L)數(shù)據(jù)采集AT89C51LCD顯示外部信號圖 3-1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖3.1.2設(shè)計思路基本思路：假設(shè)自行車車輪的半徑為R，R的值根據(jù)自行車半徑的不同由編程是部設(shè)定或鍵盤輸入給定，則L=2*3.14*R。在輪圈上安裝一個永久磁鐵，則輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過開關(guān)型霍爾傳感器的電平就會發(fā)生一次跳變，跳變產(chǎn)生一個脈沖信號，從引腳P3.5計數(shù)器T1端輸入，并通過計數(shù)器對其進行計數(shù)為N在規(guī)定的周期T時間的路程S=N*L，而在該周期的速度V=S/T，當前的總路程為lc=lc+S。 計時功能由時間芯片DS1302來選取，如果當時間不符合時，則由鍵盤對時間進行初始化設(shè)置來調(diào)整時

16、間，然后通過定時器來完成時間計時功能，鍵盤還可以對不同規(guī)格的自行車半徑來作選擇。 在LCD上需顯示的容為time，sd，lc。由AT89C51控制顯示數(shù)據(jù)，實時刷新。3.2數(shù)據(jù)采集模塊3.2.1傳感器3.2.1.1.傳感器的選擇 里程測量傳感器的選擇方案有：使用編碼器對自行車車輪的圈數(shù)進行測量、使用紅外光敏電阻對里程進行測量、利用霍爾傳感器對自行車里程進行測量。編碼器的安裝相對來說比較復雜；紅外光敏電阻不僅對光敏感，還對環(huán)境和天氣的要求也高，這些因素都能嚴重影響測量的效果；而霍爾傳感器完全能避免上述的不足之處，由霍爾元件加整形電路構(gòu)成的霍爾開關(guān)系統(tǒng)，不僅安裝方便，不受光線和環(huán)境的影響，而且具有

17、輸出響應快，數(shù)字脈沖性能好，既簡單又經(jīng)濟適用，所以本設(shè)計采用霍爾傳感器來對里程進行測量。3.2.1.2.霍爾傳感器的原理當一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢U，其表達式為 U=KIB/d，其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片過的電流，B為外加磁場的磁感應強度，d是薄片的厚度，由此可見，霍爾效應的靈敏度高低與外加磁場的磁感應強度成正比的關(guān)系。而利用霍爾效應制成的元件叫做霍爾元件，霍爾元件接線圖如下圖3-1所示。圖 3-1接線圖霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖如下圖3-2示。在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固

18、定在圓盤外緣附近。圓盤每轉(zhuǎn)動一圈，霍爾傳感器便輸出一個脈沖，通過單片機測量產(chǎn)生脈沖的頻率就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速。 圖 3-2 測速原理圖霍爾傳感器的外形圖和與磁場的作用關(guān)系如圖3-3所示。磁場由磁鋼提供，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對使用。圖 3-3霍爾元件產(chǎn)品圖和管腳圖3.2.2 時間芯片本設(shè)計時間芯片采用的了DS1302，DS1302是由美國DALLAS公司推出的一種具有涓細電流充電能力的低功耗實時時鐘電路，具有可對年、月、日、周、日、時、分、秒進行計時等的功能，工作電壓為2.5V5.5V。主要的特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，即使掉電亦不丟失，在DS1302部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM

19、寄存器。DS1302與AT89C51的連接線有三條線：RST引腳、SCLK串行時鐘引腳、I/O串行數(shù)據(jù)引腳，Vcc2作為備用電源，芯片外接晶振X2，為芯片提供計時脈沖。 DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，含一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜 態(tài)RAM，可以通過串行接口與單片機進行通信。實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、 星期、月、年的信息，每個月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM標 志位決定采用24或12小時時間格式。DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進 行通信，僅需三根I/O 線：復位（RST）、I/O 數(shù)據(jù)線、串行時鐘（SCLK）。時

20、鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達31字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時，功耗小于1mW。DS1302的外部引腳分配圖如圖3-4所示圖3-4DS1302的外部引腳分配圖DS1302的部結(jié)構(gòu)如表1所示，主要組成部分為：移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實時時鐘以與RAM。雖然數(shù)據(jù)分成兩種，但是對單片機的程序而言，其實是一樣的，就是對 特定的地址進行讀寫操作。表1 DS1302的部結(jié)構(gòu)DS1302的部結(jié)構(gòu)圖3-8DS1302外部引腳功能說明圖3-5VCC2主電源引腳GND地圖3-6 DS1302封裝圖RST復位I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出SCLK串行時鐘VCC1電池引腳

21、圖3-5 DS1302外部引腳功能說明圖DS1302的結(jié)構(gòu)如圖3-6所示圖3-6DS1302的結(jié)構(gòu)DS1302的部結(jié)構(gòu)如圖3-7所示圖3-7 DS1302的部結(jié)構(gòu)圖DS1302含充電電路，可以對作為后備電源的可充電電池充電，并可選擇充電使能和串 入的二極管數(shù)目，以調(diào)節(jié)電池充電電壓。不過對我們目前而言，最需要熟悉的是和時鐘相關(guān) 部分的功能，對于其它參數(shù)請參閱數(shù)據(jù)手冊。DS1302的工作原理DS1302工作時為了對任何數(shù)據(jù)傳送進行初始化，需要將復位腳（RST）置為高電平且 將8位地址和命令信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在時鐘（SCLK）的上升沿串行輸入，前8位指 定訪問地址，命令字裝入移位寄存器后，在之

22、后的時鐘周期，讀操作時輸出數(shù)據(jù)，寫操作時 輸出數(shù)據(jù)。時鐘脈沖的個數(shù)在單字節(jié)方式下為8+8（8位地址+8位數(shù)據(jù)），在多字節(jié)方式下為8加最多可達248的數(shù)據(jù)。各引腳的功能為：Vcc1：主電源：Vcc2：備用電源。當Vcc2Vcc1+0.2V時，由Vcc2向DS1302供電，當Vcc2Vcc1時，由VCC1向DS1302供電。SCLK:串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出；I/O:三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線； CE:輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩 個功能：第一，CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。DS1302有下列幾組寄存器：1)DS

23、1302有關(guān)日歷、時間的寄存器共有12個，其中有7個寄存器秒寄存器（81h、80h）的位7定義為時鐘暫停標志（CH)。當該 位置為1時，時鐘振蕩器停止，。DS1302處于低功耗狀態(tài)；當該位置為0時，時鐘開始運行。 控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是寫保護位（WP），其它7位均置為0。在任何的對鐘和RAM的寫操作之前，WP位必須為0。當WP位為1時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。2)DS1302有關(guān)RAM的地址DS1302中附加31字節(jié)靜態(tài)RAM的地址如表3-3所示。表3-3DS1302中附加31字節(jié)靜態(tài)RAM的地址工作模式寄存器讀寄存器寫寄存器時鐘突發(fā)模式寄存器CLOCK BURSTBF

24、hBEhRAM突發(fā)模式寄存器RAM BURSTFFhFEh3) DS1302的工作模式寄存器 所謂突發(fā)模式是指一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM 數(shù)據(jù)。 突發(fā)模式寄存器如表3-4所示。表3-4突發(fā)模式寄存器765432101RAMA4A3A2A1A0R DC KW R此外，DS1302還有充電寄存器等。2）讀寫時序說明 DS1302是SPI總線驅(qū)動方式。它不僅要向寄存器寫入控制字， 還需要讀取相應寄存器的數(shù)據(jù)。要想與DS1302通信，首先要了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如表3-5。表 3-5控制制字（即地址與命令字節(jié))讀地址寫地址數(shù)據(jù)圍C1hC0h00-FFhC3hC2h00-

25、FFhC5HC4h00-FFh.FDhFCh00-FFh控制字的最高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把 數(shù)據(jù)寫入到。DS1302中。位6：如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5至位1（A4A0)：指示操作單元的地址；位0（最低有效位）：如為0，表示要進行寫操作，為1表示進行讀 操作?？刂谱挚偸菑淖畹臀婚_始輸出。在控制字指令輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從最低位（0位）開始。同樣，在緊跟8位的控制字指令后的下一個SCLK脈沖的 下降沿，讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。 數(shù)據(jù)讀寫時序如圖3-7所示

26、。圖3-7 數(shù)據(jù)讀寫時序具體操作見驅(qū)動程序。（3）電路原理圖：電路原理圖如圖3-8所示， DS1302與單片機的連接也僅需3條線:CE引腳、SCLK串行時鐘引腳、I/O串行數(shù)據(jù)引腳，Vcc2為備用電源，外接32.768kHz晶振，為芯片提供計時脈沖。圖3-8電路原理圖3.2.3鍵盤矩陣鍵盤是4*4的矩陣鍵盤，在設(shè)計中是用來調(diào)整時間的，從上述知道當時間芯片DS1302的時間不準確時，就可以通過鍵盤來對時間進行調(diào)整，當然鍵盤還能對不同規(guī)格自行車的半徑進行選擇。本系統(tǒng)采用4*4鍵盤，其中使用到的只有其中10個，另外六個保留，鍵盤的作用就是設(shè)置輪胎的寬度，和另外的一些參數(shù)值，也可以通過鍵盤來控制程序的

27、運行（本系統(tǒng)未使用）。4*4的鍵盤引出的8個引腳接單片機的P2口。鍵盤掃描原理是按鍵部分由16個輕觸按鍵按照4行4列排列，連接到P2端口。將行線所接的單片機的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。這樣，當按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。本系統(tǒng)采用的掃描法，具體如下： 判斷鍵盤中有無鍵按下： 將全部行線置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤

28、中無鍵按下。判斷閉合鍵所在的位置： 在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。3.3控制模塊3.3.1概述單片機是指一種集成在電路芯片上的微型計算機，它包括中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、并行I/O口、串行I/O口、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、定時電路與元件等部件集成到一塊芯片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。1. 中央處理器2. 中央處理器CPU是單片機的核心，主要完成運算和

29、控制功能。1).隨機存儲器RAM CPU在運行時可隨時進行數(shù)據(jù)的寫入和讀取，斷電后RAM中容丟失。2).只讀存儲器ROM只讀存儲器ROM，顧名思義是指將數(shù)據(jù)寫入后不易改寫的存儲器，斷電后ROM中容不丟失(如MP3)1）并行I/O口51單片機有4個并行I/O口P0、P1、P2、P3，每個I/O口有8根I/O口線。2） 串行I/O口3）目前比較高檔的8位單片機均設(shè)置了全雙工串行I/O口，用以實現(xiàn)與某些終端設(shè)備進行串行通信，51單片機只有一個串行口P3.0、P3.1。1.中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)包括中斷裝置和中斷處理程序，是計算機的重要組成部分，實時控制、故障自動處理、計算機與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送廣泛采用中

30、斷系統(tǒng)。2. 定時器/計數(shù)器定時器是由單片機部提供一個非常穩(wěn)定的計數(shù)信號；計數(shù)器則是記錄單片機的外部事件的。3）定時電路與元件計算機的整個工作是在時鐘信號的驅(qū)動下，按照嚴格的時序有規(guī)律的一拍一拍的執(zhí)行各個操作，單片機部設(shè)有定時電路，只需要外接振蕩元件即可工作。3.3.2單片機最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)可以為單片機提供一個穩(wěn)定無抖動的電源，主要由電源，時鐘，復位三部分電路組成。如圖3-9所示單片機電源電路時鐘電路復位電路圖 3-9電路構(gòu)成框圖1).電源電路：向單片機供電通常圖片都沒有給出，20腳是地GND， 40腳是電源VCC，一般我們會選擇在電源VCC處，加一個瓷片電容，它的目的是能濾掉電源中的

31、高頻雜波，使系統(tǒng)更加安全。需要注意的是51單片機使用的是5伏直流電源。2).時鐘電路：時鐘電路就是振蕩電路，向單片機提供一個正弦波信號作為基準，決定單片機的執(zhí)行速度。AT89C51片有一個用于構(gòu)成振蕩器的反相放大器，該反相放大器的輸入為芯片引腳XTAL1(19腳)，輸出端為引腳XTAL2(18腳)，這兩個引腳通過連接一個12MHz晶振X1和兩個30pF的瓷片電容C1、C2，構(gòu)成了單片機的時鐘電路。振蕩器是單片機系統(tǒng)正常工作的保證，如果振蕩器不起振，系統(tǒng)將會不能工作；假如振蕩器運行不規(guī)律，系統(tǒng)執(zhí)行程序的時候就會出現(xiàn)時間上的誤差，這在通信中會體現(xiàn)的很明顯：電路將無法通信。晶振是石英晶體振蕩器的簡稱

32、，通常用來構(gòu)成振蕩電路，產(chǎn)生各種頻率信號。是一種能夠輸出穩(wěn)定的震蕩周期的元件，通過晶振輸出的時鐘脈沖，來安排單片機的工作，這樣單片機才能夠有了時間的概念。但是晶振并不能夠獨立的使用，圖中的瓷片電容C1和C2起穩(wěn)定作用，所以晶振必須配合合適的負載電容，否則會產(chǎn)生錯誤，或者是晶振不能正常的工作。晶振所加電容是匹配電容，主要是根據(jù)單片機部電路和晶振確定的，一般選取30pF左右即可，電容大小對振蕩的穩(wěn)定性有較大影響，對頻率有一定的微調(diào)，但不明顯。晶振和瓷片電容是沒有正負的，注意兩個瓷片電容相連的那端一定要接地。51單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。圖 3-10

33、時鐘電路注：時鐘電路振蕩頻率f = 晶振頻率時鐘電路振蕩周期 = 1/f單片機機器周期 = 振蕩周期12例如：晶振頻率 = 12MHz振蕩頻率 = 12MHz振蕩周期 = 1/12s機器周期 = 1s3.復位電路：確定單片機工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程AT89C51單片機的復位信號時高電平有效，通過RST/VPD(9腳)連接復位電路，復位電路連接方式有兩種。1)上電復位：單片機接通電源時產(chǎn)生復位信號，完成單片機啟動，確定單片機起始工作狀態(tài)。2)手動復位：手動按鍵產(chǎn)生復位信號，完成單片機啟動，確定單片機的初始狀態(tài)。通常在單片機工作出現(xiàn)混亂或“死機”時，使用手動復位可實現(xiàn)單片機的“重啟”。

34、上電復位是每個單片機都必須有的，一般斷電以后，再上電就復位了，而手動復位在大型的系統(tǒng)中運用比較多，在一般的小東西里面基本不用，所以本設(shè)計采用了上電復位方式。 本設(shè)計的復位電路是由一個10uF的電容C3和一個10K的電阻R1組成的。一般單片機復位腳至少需要大約10ms時間的持續(xù)高電平脈沖，才能保證有效復位。當上電時，電容充電，類似于短路，復位腳就變成高電平，電容充滿電后，復位腳就變成低電平。同時應注意保證加在RST 引腳上的高電平持續(xù)兩個機器周期，才能使單片機可靠復位。復位電路圖如圖3-11所示圖 3-11 復位電路圖3.3.3單片機引腳功能介紹3.3.3.1.基礎(chǔ)知識 AT89C51是由美國A

35、TMEL公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能的CMOS 8位單片機，片含有4K字節(jié)Flash可擦寫存儲器(PEROM)以與128字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，AT89C51采用ATMEL公司高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能十分強大的AT89C51單片機可提供許多高性價比的應用場合，還可靈活應用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51 提供的標準功能有：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)部RAM，32 個IO 口線，兩個16位定時計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片振蕩器與時鐘電路。同時，AT

36、89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并且還支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時計數(shù)器，串行通信口與中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。3.3.3.2.主要特性與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz三級程序存儲器鎖定1288位部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片振蕩器和時鐘電路3.3.3.3.引腳定義與功能 AT89C51引腳圖如下圖3-12所

37、示。按引腳的功能可分為三個部分1)主電源引腳VCC、GND和晶振VCC：供電電壓,運行和程序校驗時接電源正端(+5V)。 GND：接地端。 XTAL1：輸入到單片機部振蕩器的反相放大器。當采用外部振蕩器時，對HMOS單片微機，此引腳應接地；對CHMOS單片微機，此引腳作驅(qū)動端。圖3-12XTAL2：反相放大器的輸出，輸入到部時鐘發(fā)生器。當采用外部振蕩器時，XTAL2接收振蕩器信號，對CHMOS單片微機，此引腳應懸浮。當使用片時鐘電路時，二線用來外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用片外時鐘電路時，XTAL1接收外部時鐘信號，XTAL2懸空。2）I/O：共4個口，32根I/O線P0口(P0.0-PO.7

38、)是一個8位漏級開路型的雙向I/O口， P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0口則作為輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口(P1.0-P1.7)是一個部帶提升電阻的準雙向I/O口，在FLASH編程和校驗時，P1口可用于接收低8位的地址信號。P2口(P2.0-P2.7)是一個部帶提升電阻的8位準雙向I/O口，也可用于外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器訪問時的高八位地址。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址和控制信號。P3口(P3.0-P3.7) 是一個部帶提升電阻的8位準雙向I/O口，也可作為

39、AT89C51的一些特殊功能口，備選功能如下：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 T（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）3)控制線：3類共4根線 A.輸入控制線RST/VPD：復位輸入信號，高電平有效。在振蕩器工作時，在RST上作用兩個機器周期（24個時鐘周期）以上的高電平時，將單片微機復位。第二功能VPD為部RAM的備用電源輸入端，主電源一旦發(fā)生斷電，降到一定低電壓值時，可通過VPD為單片機部RA

40、M提供電源，以保護片RAM中的信息不丟失，使上電后能繼續(xù)正常運行。EA/VPP：片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。當EA為高電平時，選擇片程序存儲器（80C51為4KB，80C52為8KB），當程序計數(shù)器PC的值大于4KB，則自動執(zhí)行外部程序存儲器容；當EA接地時，只訪問外部程序存儲，而不用管片是否有程序存儲器。第二功能VPP為編程電源輸入。B.輸入、輸出控制線ALE/PROG：地址鎖存允許信號，輸出，高電平有效。在訪問片外存儲器或I/O時，用來鎖存P0擴展地址低8位的地址信號，以實現(xiàn)低8位地址與數(shù)據(jù)的隔離。ALE也以振蕩頻率的1/6的固定速率輸出，可作為對外輸出的時鐘或用作外部定時脈沖

41、。ALE可以驅(qū)動8個LSTTL負載。第二功能PROG低電平有效，是部ROM編程時的編程脈沖輸入端。C.輸出控制線PSEN：外部程序存儲器讀選通信號，低電平有效。在從片外程序存儲器取指期間，在每個機器周期中，當PSEN有效時，程序存儲器的容被送上P0口（數(shù)據(jù)總線）。PSEN可以驅(qū)動8個LSTTL負載。3.3.4中斷系統(tǒng)中斷源：引起中斷的根源中斷請求：中斷源向CPU提出的處理要求中斷響應過程：CPU中斷事件A，轉(zhuǎn)去執(zhí)行事件B的過程中斷處理：對事件B的整個處理過程中斷返回：CPU處理完事件B返回到原事件A被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行實現(xiàn)上述中斷功能中斷系統(tǒng)。AT89C51有5個中斷源，2個優(yōu)先級。3.3.5

42、定時器/計數(shù)器AT89C51單片機部有兩個定時/計數(shù)器T0和T1，其核心是計數(shù)器，基本功能是加1，對外部事件脈沖計數(shù)是計數(shù)器，對片機器周期的脈沖計數(shù)則是定時器。3.3.5.1定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時器/計數(shù)器T0、T1的邏輯結(jié)構(gòu)如圖3-13所示。圖3-13定時器/計數(shù)器T0、T1的邏輯結(jié)構(gòu)3.3.5.2定時器/計數(shù)器的工作原理 定時器/計數(shù)器實際上是一個二進制的加1寄存器，當啟動后就開始從所設(shè)定的計數(shù)初始值開始加1計數(shù)，寄存器計滿回零時能自動產(chǎn)生溢出中斷請求。但定時與計數(shù)兩種模式下的計數(shù)方式卻不一樣，定時器模式時，每個機器周期寄存器增1，即寄存器對機器周期計數(shù)。3.4顯示模塊 顯示設(shè)計采用LM

43、016L液晶模塊，該點陣的屏顯成本相對較低，適用于各類儀器，小型設(shè)備的顯示領(lǐng)域。在本設(shè)計中用來顯示速度、路程、和時間。LCD模塊引腳與功能如下圖3-14所示 圖 3-14 LM016L引腳VSS：接地VDD(VCC)：電源電路，+5VVEE(VO)：液晶驅(qū)動電壓RS：寄存器選擇(為“1”時，選數(shù)據(jù)寄存器DR，為“0”時選指令寄存器IR)RW：讀寫信號E：使能，片選，下降沿觸發(fā)DB0-DB7：數(shù)據(jù)線LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制

44、器由兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標志（BF），顯示數(shù)RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于部模式，不響應外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種.8位字符編碼和字符的對應關(guān)系，可以查看參考文獻（30）中的表4.CGRAM是

45、為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)，可以自定義8個5*7點陣字符或者4個5*10點陣字符，AC可以存儲DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR,則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或CGRAM但愿，LM016L液晶模塊的引腳功能如下表7所示：引腳說明 1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣，其中：表7 LM016L液晶模塊的引腳功能引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3VO液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，

46、接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。4RSRS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8DB1底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10DB3底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12DB5高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13DB6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線

47、 6位14DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flang）15BLA背光電源正極16BLK背光 電源負極寄存器選擇控制如表8所示表寄存器選擇控制表RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01都busy flag（DB7），以與讀取位址計數(shù)器（DB0DB6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)注：關(guān)于E=H脈沖開始時初始化E為0，然后置E為1，再清0.busy flag（DB7）：在此位為被清除為0時，LCD將無法再處理其他的指令要求。 字符集1602液晶模塊部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符

48、有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。因為1602識別的是ASCII碼，試驗可以用ASCII碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如A。顯示地址1234567891011121314151600H01H02H03H04H05H06H07H08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH40H41H42H43H44H45H46H47H48H49H4AH4BH4CH4DH4EH4FH指令集1602

49、通過D0D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。顯示模式設(shè)置： (初始化)0011 0000 0x38 設(shè)置162顯示，57點陣，8位數(shù)據(jù)接口；顯示開關(guān)與光標設(shè)置： (初始化)0000 1DCB D顯示(1有效)、C光標顯示(1有效)、B光標閃爍(1有效)0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加1 &光標加1)，N=0(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減1 &光標減1)，S=1 且 N=1 (當寫一個字符后，整屏顯示左移)s=0 當寫一個字符后，整屏顯示不移動數(shù)據(jù)指針設(shè)置：數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼(0-27H，40-67H)其他設(shè)置：01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針=0，所有顯

50、示=0)；02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針=0)。通常推薦的初始化過程：延時15ms寫指令38H延時5ms寫指令38H延時5ms寫指令38H延時5ms（以上都不檢測忙信號）（以下都要檢測忙信號）寫指令38H寫指令08H 關(guān)閉顯示寫指令01H 顯示清屏寫指令06H 光標移動設(shè)置寫指令0cH 顯示開與光標設(shè)置完畢3.5其他介紹3.5.1復位電路復位是使CPU 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。51系列單片機通常采用上電復位、手動復位、上電+手動的混合復位等方式。而本設(shè)計采用上電復位方式，其實質(zhì)是一階充放電電路，系統(tǒng)上電時該電路將提供有效的復位信號RST（高電平）直至系統(tǒng)電源

51、穩(wěn)定后撤銷復位信號（低電平）。同時應注意保證加在RST 引腳上的高電平持續(xù)兩個機器周期，才能使單片機可靠復位。3.5.2報警設(shè)計報警設(shè)計中當即時速度超過固定值時，指示燈D1會發(fā)亮，提示需要減速。4 自行車數(shù)字里程表軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)介紹本系統(tǒng)主要通過C語言進行單片機編程，從而實現(xiàn)信號的讀取與顯示，通過51單片機的部中斷來實現(xiàn)實時的顯示速度和里程數(shù)。鍵盤掃描，液晶顯示等部分都是通過軟件來控制。4.2系統(tǒng)流程圖程序設(shè)本系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)的各個方面都是通過程序來控制和協(xié)調(diào)。程序的核心部分就是中斷時間到了之后進中斷的各個數(shù)據(jù)的計算。程序開始的時候先初始化LMO1602的液晶，然后液晶模塊上會提示用戶輸入自行車的輪胎寬度：width（0-99cm），當用戶輸入完后，這個數(shù)值將被作為自行車的輪胎半徑參加計算。之后程序就初始化中斷模式，之后就進入一個while循環(huán)，在循環(huán)中接收信號和顯示數(shù)據(jù)，如果中斷時間到了，那么進入中斷，從新計算速度跟里程數(shù)。退出中斷后又繼續(xù)顯示新的速度跟里程數(shù)。流程圖如下4-1所示：5程序代碼5.1.數(shù)據(jù)采集程序void recv()if(q!=p)q=p;count+; 上面程序是數(shù)據(jù)的采集，其中sbit p=P35;sbit q;因為p是接收脈沖的，時刻都在改變，所以用q來保存p的值，每次當P5.0口發(fā)生跳變的時候，計數(shù)器加一。 開始初始化液