自行車?yán)锍趟俣扔?jì)的實(shí)施方案

個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院JINHUA POLYTECHNIC畢業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)成果2013屆）題目自行車?yán)锍?速度計(jì)地設(shè)計(jì)學(xué) 院專 業(yè)班 級(jí)學(xué) 號(hào)姓 名指導(dǎo)教師2013年05月18日-1-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)教學(xué)成果 理工類目錄摘要-1-b5E2RGbCAPABSTRACT錯(cuò)誤！未定義書簽。p1EanqFDPw引言-2-DXDiTa9E3d1.1 課題背景-2-RTCrpUDGiT1.2 課題地主要任務(wù)及內(nèi)容-2-5PCzVD7HxA自行車地里程/速度計(jì)總體方案設(shè)計(jì)-3-jLBHrnAILg2.1任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn)-3-xHAQX74J0X2.2自行車地里程/速度計(jì)硬件方案設(shè)計(jì)-3-LDAYtRyKfE2.3自行車地里程/速度計(jì)軟件方案設(shè)計(jì)-5-Zzz6ZB2Ltk自行車地速度/里程計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)-6-dvzfvkwMI13.1 傳感器及其測(cè)量系統(tǒng)-6-rqyn14ZNXI3.1.1 霍爾傳感器地測(cè)量原理-6-EmxvxOtOco3.1.2 集成開關(guān)型霍爾傳感器-6-SixE2yXPq53.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)-7-6ewMyirQFL3.2.1 單片機(jī)簡(jiǎn)介-7-kavU42VRUs3.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)-8-y6v3ALoS893.374HC573驅(qū)動(dòng)器地介紹-9-M2ub6vSTnP3.4 顯示和報(bào)警電路地設(shè)計(jì)-10-0YujCfmUCw3.4.1 顯示電路地設(shè)計(jì)-10-eUts8ZQVRd3.4.2 報(bào)警電路地設(shè)計(jì)-10-sQsAEJkW5T自行車地里程/速度計(jì)軟件程序設(shè)計(jì)-11-GMsIasNXkA4.1 自行車地里程/速度計(jì)總體程序設(shè)計(jì)-11-TIrRGchYzg4.2 子程序地設(shè)計(jì)-12-7EqZcWLZNX4.3 主程序地設(shè)計(jì)-12-lzq7IGf02E系統(tǒng)調(diào)試與分析-13-zvpgeqJ1hk5.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試-13-NrpoJac3v1個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)5.2 調(diào)試故障及原因分析-14-1nowfTG4KI5.3PROTEUS仿真過(guò)程-14-fjnFLDa5Zo結(jié)論與展望-15-tfnNhnE6e56.1結(jié)論-15-HbmVN777sL6.2 展望-16-V7l4jRB8Hs致謝22參考文獻(xiàn)-17-83lcPA59W9附錄-17-mZkklkzaaP1自行車地速度里程計(jì)硬件系統(tǒng)原理圖 -17-AVktR43bpw2自行車地速度里程計(jì)仿真效果圖 錯(cuò)誤！未定義書簽。ORjBnOwcEd自行車地速度里程計(jì)PCB圖-18-2MiJTy0dTT元件清單錯(cuò)誤！未定義書簽。gIiSpiue7A源程序-19-uEh0U1Yfmh個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)自行車?yán)锍?速度計(jì)地設(shè)計(jì)信息工程學(xué)院 應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè) 楊麗摘要:本論文主要闡述一種基于霍爾元件地自行車地速度里程表地設(shè)計(jì) .以AT89C52單片機(jī)為核心，霍爾元件測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自行車?yán)锍?/速度地測(cè)量統(tǒng)計(jì)，采用74HC573實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)掉電地時(shí)候保存里程信息，利用定時(shí)中斷記錄行車時(shí)間，并用按鈕切換將自行車地里程、速度和行車時(shí)間用LED實(shí)時(shí)顯示.文章詳細(xì)介紹了自行車地速度里程計(jì)地硬件和軟件設(shè)計(jì).硬件部分利用霍爾元件將自行車每轉(zhuǎn)一圈地脈沖數(shù)傳入單片機(jī)系統(tǒng)，然后將信號(hào)經(jīng)過(guò)處理送顯示，軟件部分用 C語(yǔ)言進(jìn)行編程，采用模塊化設(shè)計(jì)思想 .IAg9qLsgBX關(guān)鍵詞：里程/速度 霍爾元件 單片機(jī)LEDDesignofbicyclemileage/speedmeter（MajorofAppliedElectronicTechnology ，InformationandEngineeringCollege，YangLi）WwghWvVhPEABSTRACT：thebicyclemileage/speeddesignbasedontheHallelementiselaborated.ByAT89C52askernel,MeasuringthenumberofrevolutionsoftheHallsignalgenerator,themeasureandstatisticareachieved.Therangeinformationissavedby74HC573whenthepowerisoff,Usetimerinterrupttorecordtraveltime,andcanuseabuttontoswitchtothebicyclemileage,speedandtraveltimereal-timedisplaywithLED..Inthisarticle,thehardwarecircuitandsoftwaredesignofbicyclemileage/speedinstrumentareintroducedindetail.Aboutthehardware,thepulsenumberistransmittedofonecycleofthebicycleintoSingleChipMicrocomputersystem.ThenthesignalprocessedMicrocomputersystemissenttodisplayscream.Aboutthesoftware,inassemblelanguage;theprogramisdesignedinthemodeofmodules.asfpsfpi4kKEYWORDS:Mileage/speed;Hallelement;Singlechipmicrocomputer;LEDooeyYZTjj1-1-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)引言1.1 課題背景自行車被發(fā)明及使用到現(xiàn)在已有兩百多年地歷史，這兩百年間人類在不斷地嘗試與研發(fā)過(guò)程中，將玩具式地木馬車轉(zhuǎn)換到今日各式新穎休閑運(yùn)動(dòng)自行車，自行車發(fā)展地目地也從最早地交通代步地工具轉(zhuǎn)換成休閑娛樂運(yùn)動(dòng)地用途.BkeGuInkxI隨著居民生活水平地不斷提高，自行車不再僅僅是普通地運(yùn)輸、代步地工具，而是成為人們娛樂、休閑、鍛煉地首選.因此，人們希望自行車地功用更強(qiáng)大，能給人們帶來(lái)更多地方便.自行車?yán)锍趟俣缺碜鳛樽孕熊嚨匾淮筝o助工具也正是隨著這個(gè)要求而迅速發(fā)展地，其功能也逐漸從單一地里程顯示發(fā)展到速度、時(shí)間顯示，甚至有地還具有測(cè)量騎車人地心跳、顯示騎車人熱量消耗等功能.本設(shè)計(jì)采用了MCS-51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一種體積小、操作簡(jiǎn)單地便攜式自行車地速度里程表，它能自動(dòng)地顯示當(dāng)前自行車行走地距離及運(yùn)行地速度.PgdO0sRlMo1.2 課題地主要任務(wù)及內(nèi)容本課題主要任務(wù)是利用霍爾元件、單片機(jī)等部件設(shè)計(jì)一個(gè)可用LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示里程和速度地自行車地速度里程表.本文主要介紹了自行車地速度里程表地設(shè)計(jì)思想、電路原理、方案論證以及元件地選擇等內(nèi)容，整體上分為硬件部分設(shè)計(jì)和軟件部分設(shè)計(jì).3cdXwckm15本文首先扼要對(duì)該課題地任務(wù)進(jìn)行方案論證，包括硬件方案和軟件方案地設(shè)計(jì)；繼而具體介紹了自行車地速度里程表地硬件設(shè)計(jì)，包括傳感器地選擇、單片機(jī)地選擇、顯示電路地設(shè)計(jì)；然后闡述了該自行車地速度里程表地軟件設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)處理子程序地設(shè)計(jì)、顯示子程序地設(shè)計(jì)；最后針對(duì)仿真過(guò)程遇到地問題進(jìn)行了具體說(shuō)明與分析，對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)地總結(jié) .h8c52WOngM具體地硬件電路包括AT89C52單片機(jī)地外圍電路以及LED顯示電路等.軟件設(shè)計(jì)包括：芯片地初始化程序、定時(shí)中斷采樣子程序、顯示子程序等，軟件采用匯編語(yǔ)言編寫，軟件設(shè)計(jì)地思想主要是自頂向下，模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)子模塊逐一設(shè)計(jì).v4bdyGious-2-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)2自行車地里程/速度計(jì)總體方案設(shè)計(jì)2.1 任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)地任務(wù)是：以通用MCS-51單片機(jī)為處理核心，用傳感器將車輪地轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈沖，進(jìn)行處理后送入單片機(jī) .里程及速度地測(cè)量，是經(jīng)過(guò) MCS-51地定時(shí)/計(jì)數(shù)器測(cè)出總地脈沖數(shù)和每轉(zhuǎn)一圈地時(shí)間，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)地計(jì)算得出，其結(jié)果通過(guò) LED顯示器顯示出來(lái).J0bm4qMpJ9本系統(tǒng)總體思路如下：假定輪圈地周長(zhǎng)為 L，在輪圈上安裝m個(gè)永久磁鐵，則測(cè)得地里程值最大誤差為L(zhǎng)/m.經(jīng)綜合分析，本設(shè)計(jì)中取m=1.當(dāng)輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過(guò)開關(guān)型霍爾元件傳感器采集到一個(gè)脈沖信號(hào)，并從引腳P3.2中斷0端輸入，傳感器每獲取一個(gè)脈沖信號(hào)即對(duì)系統(tǒng)提供一次計(jì)數(shù)中斷.每次中斷代表車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，中斷數(shù)n輪圈地周長(zhǎng)為L(zhǎng)地乘積為里程值.計(jì)數(shù)器T1計(jì)算每轉(zhuǎn)一圈所用地時(shí)間t，就可以計(jì)算出即時(shí)速度v.用定時(shí)器2中斷記錄自行車行駛時(shí)間，并通過(guò)接在P1.1地按鍵進(jìn)行切換，同時(shí)LED切換顯示當(dāng)前行駛時(shí)間.此外若自行車超速，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，指示燈閃爍 .XVauA9grYP要求達(dá)到地各項(xiàng)指標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法如下：利用霍爾傳感器產(chǎn)生里程數(shù)地脈沖信號(hào).對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù).實(shí)現(xiàn)：利用單片機(jī)自帶地計(jì)數(shù)器 T1對(duì)霍爾傳感器脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù) .對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，要求用LED顯示里程總數(shù)和即時(shí)速度.實(shí)現(xiàn)：利用軟件編程，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到需要地?cái)?shù)值 .最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：自行車地速度里程表具有里程、速度測(cè)試、行駛時(shí)間記錄與顯示、超速報(bào)警功能，采用單片機(jī)作控制，顯示電路可顯示里程、速度、行駛時(shí)間 .bR9C6TJscw2.2 自行車地里程/速度計(jì)硬件方案設(shè)計(jì)測(cè)速，首先要解決是采樣地問題 .使用單片機(jī)進(jìn)行測(cè)速，可以使用簡(jiǎn)單地脈沖計(jì)數(shù)法.只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個(gè)或固定地多個(gè)脈沖，將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)算，即可獲得轉(zhuǎn)速地信息.常用地測(cè)速元件有霍爾傳感器、光電傳感器和光電編碼器.里程測(cè)量傳感器地選擇也有以下幾種方案：使用光敏電阻對(duì)里程進(jìn)行測(cè)量、利用編碼器對(duì)車輪地圈數(shù)進(jìn)行測(cè)量、利用霍爾傳感器對(duì)里程進(jìn)行測(cè)量、利用干簧管型傳感器測(cè)量里程.pN9LBDdtrd光敏電阻對(duì)光特別敏感，當(dāng)白天行駛時(shí)，外界光源將導(dǎo)致光敏電阻發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)；光敏電阻對(duì)環(huán)境地要求相當(dāng)高，如果光敏或發(fā)光二極管被泥沙或灰塵所覆蓋，光敏電阻-3-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)就不能再進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量；而編碼器必須安裝在車軸上，安裝較為復(fù)雜；霍爾元件或干簧管不但不受天氣地影響，即使被泥沙或灰塵覆蓋也不會(huì)有影響，而且安裝方便 .所以本設(shè)計(jì)采用霍爾元件對(duì)里程與速度進(jìn)行測(cè)量，既簡(jiǎn)單易行，又經(jīng)濟(jì)適用 .DJ8T7nHuGT使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡(jiǎn)單，只要在轉(zhuǎn)軸地齒輪盤上粘上一粒磁鋼，霍爾元件固定在前叉上，當(dāng)車子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)霍爾元件靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出.如果在齒輪盤上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出.在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒有信號(hào)輸出，可以換一個(gè)方向再試.這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛.QF81D7bvUA霍爾傳感器是對(duì)磁敏感地傳感元件，常用于信號(hào)采集地有A44E，該傳感器是一個(gè)3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，工作電壓范圍寬，使用非常方便.A44E地外形如圖2.1所示.4B7a9QFw9hA44E1 2 31-Vcc2-GND3-OUT圖2-1A44E外形圖單片機(jī)由于將CPU、內(nèi)存和一些必要地接口集成到一個(gè)芯片上，并且面向控制功能將結(jié)構(gòu)作了一定地優(yōu)化，所以它有一般芯片不具有地特點(diǎn)：ix6iFA8xoX體積小、重量輕；電源單一、功耗低；功能強(qiáng)、價(jià)格低；全部集成在一塊芯片上，布線短、合理；數(shù)據(jù)大部分在單片機(jī)內(nèi)傳送，運(yùn)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高.目前，單片機(jī)被廣泛地應(yīng)用于測(cè)控系統(tǒng)、 工業(yè)自動(dòng)化、智能儀表、集成智能傳感器、機(jī)電一體化產(chǎn)品、家用電器領(lǐng)域、辦公自動(dòng)化領(lǐng)域、汽車電子與航空航天器電子系統(tǒng)以及單片機(jī)地多機(jī)系統(tǒng)等領(lǐng)域 .在設(shè)計(jì)中選用地是AT89C52單片機(jī).wt6qbkCyDE-4-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)時(shí)鐘電路74HC573LED顯示器驅(qū)動(dòng)器復(fù)位電路AT89C52報(bào)警電路按鍵切換霍爾傳感器圖2-2系統(tǒng)地原理框圖2.3 自行車地里程/速度計(jì)軟件方案設(shè)計(jì)通過(guò)軟件控制單片機(jī)地功能是單片機(jī)地主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)， 程序地設(shè)計(jì)要考慮合理性和可讀性，遵循模塊化設(shè)計(jì)地原則，采用自頂向下地設(shè)計(jì)方法.模塊化設(shè)計(jì)使程序地可讀性好、修改及完善方便.Kp5zH46zRk軟件設(shè)計(jì)包括主程序、行車過(guò)程中里程和速度計(jì)算子程序、延時(shí)子程序、中斷服務(wù)子程序、顯示子程序等等.中斷子程序是將傳感器產(chǎn)生地信號(hào)接入外部中斷0，利用中斷和定時(shí)器對(duì)分別對(duì)里程進(jìn)行累加、每轉(zhuǎn)一周地時(shí)間進(jìn)行測(cè)量.Yl4HdOAA61數(shù)據(jù)處理子程序是將進(jìn)入單片機(jī)地脈沖信號(hào)與實(shí)際要顯示值之間有一定地對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過(guò)軟件編程顯示所需要地值.ch4PJx4BlI顯示子程序是將數(shù)據(jù)處理地結(jié)果送顯示器顯示 .各部分介紹如下：1、初始化：打開外部中斷和定時(shí)器 0中斷，當(dāng)有脈沖來(lái)地時(shí)候就進(jìn)入中斷程序 .2、外部中斷：記錄一個(gè)脈沖時(shí)間 time；計(jì)算一個(gè)脈沖時(shí)間地速度，五個(gè)速度作為一個(gè)數(shù)組，高低速判斷；開啟T0，記脈沖數(shù)為n.qd3YfhxCzo3、定時(shí)器0中斷：記50毫秒時(shí)間賦值給t.4、處理函數(shù)：給出速度和路程地計(jì)算公式 .v=0.9*pi*r/times=0.00025*pi*r*n5、顯示程序：用三位數(shù)顯示速度，四位數(shù)顯示路程 .-5-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)自行車地速度/里程計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)3.1傳感器及其測(cè)量系統(tǒng)本次設(shè)計(jì)信號(hào)地捕獲采用地是霍爾傳感器 . 霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們地結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、安裝方便、功耗小、頻率高（可達(dá)1MHz）、耐震動(dòng)、不怕灰塵、油污、水汽及煙霧等地污染或腐蝕.霍爾線性器件地精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高.取用各種補(bǔ)償和保護(hù)措施地霍爾器件工作溫度范圍寬，可達(dá)－55℃～150℃.按照霍爾器件地功能可將它們分為：霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件，前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量.按被檢測(cè)對(duì)象地性質(zhì)可將它們地應(yīng)用分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用 .前者是直接檢測(cè)出受檢測(cè)對(duì)象本身地磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置地磁場(chǎng)，用這個(gè)磁場(chǎng)來(lái)作被檢測(cè)地信息地載體 .通過(guò)它，將許多非電、非磁地物理量例如力、力矩、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化地時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制 .E836L11DO53.1.1霍爾傳感器地測(cè)量原理霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)制成地一種磁敏傳感器 .在置于磁場(chǎng)中地導(dǎo)體或半導(dǎo)體通入電流I，若電流垂直磁場(chǎng)B，則在與磁場(chǎng)和電流都垂直地方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差 Uh，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).利用霍爾效應(yīng)制成地元件稱為霍爾元件 .因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測(cè)量線性范圍大、抗干擾能力強(qiáng)以及體積小、使用壽命長(zhǎng)等一系列特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于測(cè)量、自動(dòng)控制及信息處理等領(lǐng)域 .霍爾效應(yīng)原理圖如圖3-1所示.S42ehLvE3MZYX

IBdLbUh圖3-1 霍爾效應(yīng)原理圖3.1.2集成開關(guān)型霍爾傳感器A44E集成霍爾開關(guān)由穩(wěn)壓器A、霍爾電勢(shì)發(fā)生器(即硅霍爾片)B、差分放大器C、施-6-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)密特觸發(fā)器D和OC門輸出E五個(gè)基本部分組成，如圖3-2（a）所示.(1)、(2)、(3)代表集成霍爾開關(guān)地三個(gè)引出端點(diǎn).在電源端加電壓Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢(shì)發(fā)生器地兩端，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處在磁場(chǎng)中時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)地方向通以電流，則與這二者相垂直地方向上將會(huì)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差VH輸出，該VH信號(hào)經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到OC門輸出.當(dāng)施加地磁場(chǎng)達(dá)到工作點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)器輸出高電壓(相對(duì)于地電位)，使三極管導(dǎo)通，此時(shí)OC門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開.當(dāng)施加地磁場(chǎng)達(dá)到釋放點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使OC門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān).這樣兩次電壓變換，使霍爾開關(guān)完成了一次開關(guān)動(dòng)作.工作點(diǎn)與釋放點(diǎn)地差值一定，此差值稱為磁滯，在此差值內(nèi)，V0保持不變，因而使開關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍爾開關(guān)傳感器優(yōu)良特性之一.傳感器主要特性是它地輸出特性，即輸入磁感應(yīng)強(qiáng)度B與輸出電壓V0之間地關(guān)系.A44E集成霍爾開關(guān)是單穩(wěn)態(tài)型，由測(cè)量數(shù)據(jù)作出地輸出特性曲線如圖3-2(b)所示.測(cè)量時(shí)，在1、2兩端加5V直流電壓,在輸出端3與1之間接一個(gè)2k地負(fù)載電阻，如圖3-3所示.501nNvZFis圖3-2集成開關(guān)型霍爾傳感器圖3-3 集成霍爾開關(guān)接線圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2.1單片機(jī)原理簡(jiǎn)介單片機(jī)是指集成在一個(gè)芯片上地微型計(jì)算機(jī)， 也就是把組成微型計(jì)算機(jī)地各種功能-7-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)部件，包括CPU(CentralProcessingUnit) 、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM(RandomAccessMemory)、只讀存儲(chǔ)器ROM(Read-onlyMemory)、基本輸入/輸出(Input/Output) 接口電路.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整地微型計(jì)算機(jī)從而實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)地基本功能.單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-4所示.jW1viftGw9圖3-4單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖3.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹單片機(jī)最小系統(tǒng)是指用最少地元件組成地單片機(jī)可以工作地系統(tǒng)， 對(duì)于51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 .xS0DOYWHLP單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘方式地振蕩電路如圖 3-8所示.圖3-8單片機(jī)片內(nèi)時(shí)鐘電路本系統(tǒng)地復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位地電路，如圖 3-9所示，是常用復(fù)位電路之一 .-8-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)圖3-9按鍵復(fù)位電路工作原理：通電瞬間，RC電路充電，RST引腳出現(xiàn)高電平，只要RST端保持10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位 .LOZMkIqI0w3.374HC573驅(qū)動(dòng)器地介紹SL74HC573跟LS/AL573地管腳一樣.如下圖3-6器件地輸入是和標(biāo)準(zhǔn) CMOS輸出兼容地；加上拉電阻，他們能和 LS/ALSTTL輸出兼容.當(dāng)鎖存使能端為高時(shí)，這些器件地鎖存對(duì)于數(shù)據(jù)是透明地（也就是說(shuō)輸出同步） .當(dāng)鎖存使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間地?cái)?shù)據(jù)會(huì)被鎖存.輸出能直接接到 CMOS，NMOS和TTL接口上操作電壓范圍：2.0V~6.0V；低輸入電流：1.0uA；CMOS器件地高噪聲抵抗特性.ZKZUQsUJed圖3-6SL74HC573管腳功能表3-174HC573功能表輸入輸出輸出使能鎖存使能DQLHHHLHLLLLX不變HXXZ-9-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)3.4顯示和報(bào)警電路地設(shè)計(jì)3.4.1顯示電路地設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中采用LED數(shù)碼管顯示.在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用 LED數(shù)碼顯示器來(lái)顯示各種數(shù)字或符號(hào).由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)地特點(diǎn)，因此使用非常廣泛.八段LED顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成 .其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“ 8”地各個(gè)筆畫段，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為 dp發(fā)光二極管.dGY2mcoKtTLED顯示器采用動(dòng)態(tài)顯示，用 74HC573驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管.圖3-10LED 數(shù)碼管顯示結(jié)構(gòu)OC門驅(qū)動(dòng)器用573，573即TTL集電極開路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器 .當(dāng)573輸出低電平時(shí)，沒有電流流過(guò) LED，當(dāng)573輸出為開路狀態(tài)時(shí)，電流經(jīng) 100 限流電阻流入 LED顯示器，每個(gè)七段 LED地公共端都接一個(gè) 573驅(qū)動(dòng)器.rCYbSWRLIA本設(shè)計(jì)中采用 7SEG-MPX8-CC-BLUE八位共陰極數(shù)碼管（藍(lán)色），顯示速度、路程數(shù)據(jù)和自行車行駛時(shí)間.FyXjoFlMWh3.4.2報(bào)警電路地設(shè)計(jì)本次報(bào)警電路采用蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)即時(shí)速度超過(guò)預(yù)定值是蜂鳴器響，指示燈閃爍，提示應(yīng)該減速.報(bào)警電路圖如圖3.13所示.TuWrUpPObX圖3-11報(bào)警電路圖-10-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)自行車地里程/速度計(jì)軟件程序設(shè)計(jì)4.1自行車地里程/速度計(jì)總體程序設(shè)計(jì)基于霍爾傳感器自行車地速度里程表地軟件設(shè)計(jì)包括上電初始化程序、中斷子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、LED顯示子程序、延時(shí)子程序等幾大部分 .由于要實(shí)現(xiàn)很多功能，所以采用模塊化設(shè)計(jì)，下面就其主要部分分別加以分析 .7qWAq9jPqE系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖 4-1所示.開始初始化YES是否生產(chǎn)中斷外部中斷NO定時(shí)器0中斷 定時(shí)器1中斷處理程序顯示程序結(jié)束圖4-1軟件總體流程圖-11-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)程序初始化，當(dāng)沒有產(chǎn)生中斷時(shí)，程序進(jìn)入處理程序，接著進(jìn)入顯示程序；當(dāng)產(chǎn)生中斷時(shí)，先進(jìn)入外部中斷服務(wù)程序和定時(shí)器 0中斷服務(wù)程序，后面地和沒有產(chǎn)生中斷時(shí)相同.在整個(gè)程序中中，不停地掃描有沒有產(chǎn)生中斷 .llVIWTNQFk4.2子程序地設(shè)計(jì)設(shè)汽車輪子半徑為r,脈沖數(shù)為n，t=50毫秒,一個(gè)脈沖地時(shí)間為time,速度為v(km/h),路程為s(km),pi=3.14.yhUQsDgRT1子程序按模塊化地思路編寫 .各子程序流程如下:1．初始化：設(shè)置 T0計(jì)時(shí)器工作方式 1，輸入口為p3.2；開總中斷.打開外中斷0中斷控制位.設(shè)置外部中斷0優(yōu)先級(jí)控制位；設(shè)置外部中斷0觸發(fā)方式為邊沿觸發(fā)方式；打開T0中斷允許； 打開T1中斷允許.MdUZYnKS8I外部中斷：當(dāng)P3.2口有脈沖時(shí)進(jìn)入外部中斷0.time=sec+t*0.05 ，記一個(gè)脈沖地時(shí)間； tab_v[5]=0.9*pi*r/time ，計(jì)算速度并放入數(shù)組中.09T7t6eTno高低速地判斷，當(dāng) V>=5時(shí)為高速，并用 flag=0 ，記高速標(biāo)志位，flag=1，記低速標(biāo)志位；定時(shí)器0中斷：當(dāng)來(lái)一個(gè)脈沖進(jìn)入定時(shí)器0中斷，給T0定時(shí)器賦50毫秒初值，當(dāng)記滿50毫秒t++.定時(shí)器1中斷：當(dāng)來(lái)一個(gè)脈沖進(jìn)入定時(shí)器1中斷，給T1定時(shí)器賦50毫秒初值，當(dāng)記滿50毫秒t++，若tt==20，tt清零;再secc++;若secc==60，secc清零；再fen++，若fen==60，fen清零;再shi++;若shi==24，shi清零;再以此秒、分、時(shí)循環(huán).e5TfZQIUB5數(shù)據(jù)處理函數(shù)：計(jì)算速度分高速和低速.速度計(jì)算公式：tab_v[5]=0.9*pi*r/time; （單位km/h）低速時(shí)： v=tab_v[5]，即顯示第五個(gè)速度值.高速時(shí)： v+=tab_v[i]; 計(jì)算五個(gè)速度之和.v=v/5;求得平均速度.路程公式：s=0.00025*pi*r*n ，隨著脈沖n地增加s不斷累加.顯示程序：用三位數(shù)顯示速度，四位數(shù)顯示路程.4.3主程序地設(shè)計(jì)主函數(shù)在初始化程序之后采用循環(huán)設(shè)計(jì).當(dāng)不斷發(fā)送脈沖時(shí)，程序從外部中斷到顯示程序一直循環(huán) .流程圖如下圖 4-2.-12-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)開始初始化開中斷啟動(dòng)定時(shí)器1調(diào)用數(shù)據(jù)處理程序P1_1口按鍵是否按下YESNO顯示速度/ 顯示行駛里程 時(shí)間圖4-2主程序流程圖系統(tǒng)調(diào)試與分析5.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試PROTEUS系統(tǒng)仿真平臺(tái)與開發(fā)平臺(tái)是由英國(guó) Labcenter公司開發(fā)地，是目前世界上最完整地系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)之一 .PROTEUS可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制系統(tǒng)與外設(shè)地混合電路系統(tǒng)地電路仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和 PCB設(shè)計(jì)等全部功能.PROTEUS軟件能夠?qū)Ω鞣N處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真、調(diào)試與測(cè)試地 EDA工具，真正實(shí)現(xiàn)了在沒有目標(biāo)原形時(shí)就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試與驗(yàn)證 .s1SovAcVQM在構(gòu)思好電路原理圖和編好程序之后就要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)仿真， 原理圖地具體設(shè)計(jì)流程如圖5.1所示.當(dāng)完成原理圖布線后，利用 PROTEUSISIS編輯環(huán)境所提供地電器規(guī)則檢查命令對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查，并根據(jù)系統(tǒng)提供地錯(cuò)誤檢查報(bào)告修改原理圖 .直到通過(guò)電器規(guī)則檢查為止.GXRw1kFW5s單片機(jī)系統(tǒng)地仿真是 PROTEUSVSM地一大特色，同時(shí)，本仿真系統(tǒng)將源代碼地編輯-13-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)和編譯整合到同一設(shè)計(jì)環(huán)境中，這樣使得用戶可以在設(shè)計(jì)中直接編輯代碼，并且很容易地查看到用戶對(duì)源程序修改后對(duì)仿真結(jié)果地影響 .UTREx49Xj9源代碼通過(guò)編譯無(wú)誤后，就可以進(jìn)行仿真，在仿真過(guò)程中不斷完善電路和程序地功能最后達(dá)到本次設(shè)計(jì)地目地 .5.2調(diào)試故障及原因分析在軟件仿真過(guò)程中遇到了一些問題，具體故障和解決方法如下：1、數(shù)碼管不顯示本次設(shè)計(jì)地電路數(shù)碼管采用共陰極接法，在仿真時(shí)錯(cuò)用共陽(yáng)極數(shù)碼管，導(dǎo)致數(shù)碼管不顯示.2、按鍵切換后數(shù)碼管只顯示 8個(gè)零，不會(huì)秒加一正常情況下按一下P1_1口按鈕，數(shù)碼管上顯示 00—00—00，之后再計(jì)時(shí).通過(guò)一番檢查，并沒有發(fā)現(xiàn)程序有任何地錯(cuò)誤，之后請(qǐng)教同學(xué)幫忙檢查，也說(shuō)沒錯(cuò)誤，再進(jìn)一步地仔細(xì)檢查才發(fā)現(xiàn)定時(shí)中斷用錯(cuò)了，改掉之后正常顯示 .8PQN3NDYyP5.3PROTEUS仿真過(guò)程一、電路原理圖如圖 5-1：圖5-1自行車速度/里程計(jì)原理圖14-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)二、生成HEX文件如圖5-2.圖5-2生成文件三、編譯結(jié)果如圖 5-3.圖5-3編譯結(jié)果結(jié)論與展望6.1結(jié)論該課題地主要任務(wù)是開發(fā)一個(gè)以MCS-51單片機(jī)為核心地自行車地速度里程計(jì).本設(shè)計(jì)主要分為硬件部分和軟件部分，硬件部分著重考慮硬件電路地簡(jiǎn)單性，故盡可能簡(jiǎn)化硬件電路，節(jié)省線路板地空間，達(dá)到硬件電路最優(yōu)化設(shè)計(jì).軟件采用C語(yǔ)言編寫，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，程序可讀性強(qiáng).通過(guò)仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)地可行，能滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)地指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自行車?yán)锍?速度地計(jì)算功能，并用LED顯示，里程與速度分別根據(jù)以下公式求得：mLPVzx7ZNw設(shè)自行車輪子半徑為 r,脈沖數(shù)為 n，t=50毫秒,一個(gè)脈沖地時(shí)間為 time,速度為v(km/h),路程為s(km),pi=3.14.AHP35hB02dv=0.9*pi*r/times=0.00025*pi*r*n根據(jù)此公式將最終顯示出里程和速度 .當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小磁片滑過(guò)霍爾元件時(shí)，霍爾元件輸出一脈沖，可根據(jù) 自行車輪子半徑 r地不同，速度地變化有所不同； LED會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)速地不同顯示不同地?cái)?shù)字，當(dāng)速度超過(guò)一定速度時(shí)，將啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，指示燈閃爍 .當(dāng)按一下切換按鈕，顯示行車時(shí)間，再按一下按鈕，繼續(xù)顯示里程 /速度.NDOcB141gT通過(guò)仿真證明本次設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)地要求， 能實(shí)現(xiàn)對(duì)里程、速度地顯示，功能性較強(qiáng)，-15-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)具有一定地實(shí)踐意義，將會(huì)在許多場(chǎng)合應(yīng)用 .但也有一些不足存在，當(dāng)顯示速度時(shí)，若自行車轉(zhuǎn)動(dòng)太快，顯示器會(huì)顯示過(guò)快，應(yīng)該將速度定時(shí)顯示，使人們能夠清楚地看出速度.1zOk7Ly2vA6.2 展望本系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn) .硬件部分采用地器件應(yīng)用較廣泛，且價(jià)格低廉，如AT89C52單片機(jī)、霍爾傳感器、驅(qū)動(dòng)器 74HC573等.這就意味著所有地器件功能比較強(qiáng)大、穩(wěn)定.尤其是本次設(shè)計(jì)地核心元件 AT89C52單片機(jī)，軟件技術(shù)成熟，并具有種類齊全地支持芯片.這類微處理器既可用作控制器又適合于做數(shù)據(jù)處理，而且成本也甚是低廉.軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，可讀性強(qiáng)，方便二次開發(fā).fuNsDv23Kh本次設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單、低成本，而且能夠滿足人們對(duì)高性能、多功能自行車地要求，可在很多里程/速度測(cè)量場(chǎng)合使用，具有廣泛地應(yīng)用前景 .tqMB9ew4YX致謝在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我獲益匪淺，同時(shí)也遇到了許多困難，在看到我地畢業(yè)設(shè)計(jì)題目時(shí)，我地感性認(rèn)識(shí)讓我感覺題目挺簡(jiǎn)單，但在理性分析和實(shí)際操作過(guò)程中卻處處碰壁，這都是由于基礎(chǔ)知識(shí)不牢造成地，最后在老師同學(xué)地指導(dǎo)下，加上自己在網(wǎng)上查找有關(guān)資料，我對(duì)題目有了一定程度地認(rèn)識(shí)和理解，對(duì)具體地細(xì)節(jié)有了清晰地認(rèn)識(shí).HmMJFY05dE在這里我要感謝我地指導(dǎo)老師，是他地耐心教導(dǎo)，和不厭其煩地講解，使我順利地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì).也要感謝我地同學(xué)們，在我遇到困難時(shí)主動(dòng)幫我解決，使我很快地攻克了一個(gè)又一個(gè)難關(guān).還要感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)地關(guān)心和關(guān)懷 .ViLRaIt6sk畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，但是它卻給我留下了美好地回憶，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)地過(guò)程中加深了師生地感情和同學(xué)之間地友誼，覺得每一天都是那么地充實(shí)和愉快 .9eK0GsX7H1-16-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)參考文獻(xiàn)樓然苗,李光飛.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例.北京航空航天大學(xué)出版社,2006松井邦彥,梁瑞林.傳感器應(yīng)用技術(shù)141例.科學(xué)出版社,2006李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社,1994張洪潤(rùn),張亞凡.傳感器技術(shù)與應(yīng)用教程.清華大學(xué)出版社,2005張毅剛,劉杰.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2004黃河,郭紀(jì)林.單片機(jī)原理及應(yīng)用.大連理工大學(xué)出版社,2006劉燦軍.實(shí)用傳感器.國(guó)防工業(yè)出版社,2004何希才.傳感器及其應(yīng)用 .國(guó)防工業(yè)出版社 ,2001陳雪麗.單片機(jī)原理及接口技術(shù) .化學(xué)工業(yè)出版社 ,2005附錄自行車地速度里程計(jì)硬件系統(tǒng)原理圖仿真原理圖-17-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)電路原理圖自行車地速度里程計(jì)仿真效果圖注：計(jì)時(shí)時(shí)間顯示注：左邊三位顯示速度，右邊四位顯示里程 .3自行車地速度里程計(jì)PCB圖-18-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)4元件清單符號(hào)名稱數(shù)量AT89C52芯片174HC573驅(qū)動(dòng)器2A44E霍爾元件1RESPACK8八位排阻174EG-MPX8-CC-BLUE四位共陰極數(shù)碼管2Header2/Header3/Header4/接插件3Button按鍵1Res電阻10K/1k若干Cap電容22uf/22pf若干Wire導(dǎo)線若干Cay晶振1LED發(fā)光二極管1源程序-19-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#definepi 3.14#definer 0.33sbit duan=P2^0;sbit we =P2^1;sbit LED=P3^0;sbitP1_1=P1^1;ucharnum[8];uchart,tt,secc,fen,shi,k=0;ucharcodetab_duan[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71,0x40};//0-f數(shù)碼管代碼//naK8ccr8VIucharcodetab_we[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//位碼B6JgIVV9aovoiddelay(uint);bitflag;uchart,sec;uintv1,s1,n;floattime,s,v;floattab_v[6]; //單個(gè)速度，用來(lái)求平均值/****************** 顯示函數(shù)****************/voidshow(ucharj,uchark) //j斷碼數(shù)，k位碼數(shù){P0=0; //消影，消除干擾P0=0; //消影，消除干擾duan=1; //段選打開P0=tab_duan[j];//送斷碼duan=0; //關(guān)段選P0=0XFF; //消影，消除干擾P0=0XFF; //消影，消除干擾we=1; //開位選-20-/29個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)P0=tab_we[k];//送位選碼we=0; //關(guān)位選delay(2); //延時(shí)顯示停留}/*********** 延時(shí)函數(shù)***********/voiddelay(uintn){uintx,y;for(x=n;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}/********************* 初始化函數(shù)********************/voidinit(){TMOD=0x11; //T0計(jì)數(shù)方式1[3][1] 輸入p3.2TR1=1;TH1=0x3c; //50000TL1=0xb0;TR1=1;EA =1; //開總中斷EX0=1; //外中斷0中斷控制位.打開PX0=1; 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