【正文】 擇、顯示電路的設(shè)計(jì)、傳輸電路的設(shè)計(jì)等；然后闡述了該自行車(chē)測(cè)速儀的軟件設(shè)計(jì)，包括主程序設(shè)計(jì)和子程序的設(shè)計(jì)；最后對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的仿真和總結(jié)。本設(shè)計(jì)要求對(duì)自行車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)速度的測(cè)量，顯示出速度值、行車(chē)?yán)锍?、行?chē)時(shí)間以及行車(chē)的平均速度。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路電源模塊信號(hào)輸入模塊控制器模塊顯示模塊本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自行車(chē)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)行駛里程、當(dāng)前瞬時(shí)速度、平均速度進(jìn)行測(cè)量和顯示?？傮w設(shè)計(jì)思路如圖21所示。系統(tǒng)包括控制器模塊、信號(hào)檢測(cè)采集模塊、顯示模塊、電源模塊四部分。圖21總體設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)工作時(shí)，采用9V的電池供電，進(jìn)行穩(wěn)壓處理，將9V穩(wěn)降到5V以供單片機(jī)以及各芯片使用，傳感器采集到信號(hào)（用按鍵代表脈沖或者用頻率輸入代表信號(hào)輸入）傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，定時(shí)器記錄相應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)運(yùn)算，將行駛里程、平均速度送給LCD顯示，當(dāng)前（瞬時(shí)）速度送給7段數(shù)碼管顯示，根據(jù)設(shè)定的報(bào)警值決定報(bào)警燈的點(diǎn)亮情況。 結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖如圖22所示。復(fù)位清零LCD顯示LED警報(bào)電池供電89C51單片機(jī)傳感器數(shù)碼管顯示頻率計(jì)模擬按鈕模擬圖22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)由霍爾元件傳感器、顯示模塊、LED報(bào)警模塊、供電模塊和單片機(jī)小系統(tǒng)構(gòu)成。 速度測(cè)量原理測(cè)量自行車(chē)的速度的原理有兩種：測(cè)量一定時(shí)間間隔t里自行車(chē)車(chē)輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)q，假設(shè)車(chē)輪周長(zhǎng)為c，則速度V=c*q/t；測(cè)量自行車(chē)車(chē)輪轉(zhuǎn)過(guò)一圈的時(shí)間t，則速度V=c/t。本里程表是根據(jù)第一個(gè)原理計(jì)算速度的。 傳感器的選擇紅外光電傳感器。把紅外對(duì)管分別安裝在自行車(chē)車(chē)輪的兩側(cè)，當(dāng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輻條會(huì)阻擋紅外對(duì)管的光路，接收管輸出低電平，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)可計(jì)算里程、速度等。紅外對(duì)管的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，缺點(diǎn)是安裝比較復(fù)雜和容易受外來(lái)光線(xiàn)、灰塵等的影響。開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器?；魻杺鞲衅魇抢没魻栃?yīng)把磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。把開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器安裝在自行車(chē)貼近車(chē)輪的支架上，磁鋼安裝在輻條上，當(dāng)磁鋼靠近霍爾傳感器的時(shí)候，傳感器輸出一個(gè)無(wú)抖動(dòng)的低電平，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)可計(jì)算里程、速度等。霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定和安裝簡(jiǎn)易，缺點(diǎn)是成本較高。干簧管。干簧管是一種磁敏的有觸點(diǎn)無(wú)源電子開(kāi)關(guān)元件，應(yīng)用在里程表上的原理與開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器類(lèi)似，把干簧管安裝在自行車(chē)貼近車(chē)輪的支架上，磁鋼安裝在輻條上，當(dāng)磁鋼靠近霍爾傳感器的時(shí)候，干簧管閉合，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)可計(jì)算里程、速度等。干簧管的優(yōu)點(diǎn)是成本低廉和安裝簡(jiǎn)易，缺點(diǎn)是比較脆弱和不夠穩(wěn)定。本里程表選用開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器。 顯示模塊的選擇動(dòng)態(tài)掃描LED數(shù)碼管顯示。里程表的顯示內(nèi)容以數(shù)字為主，利用LED數(shù)碼管可基本滿(mǎn)足使用要求，且成本較低。但是用動(dòng)態(tài)掃描的方式驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，亮度太低，在陽(yáng)光下幾乎看不見(jiàn)顯示內(nèi)容，失去使用價(jià)值。串行靜態(tài)LED數(shù)碼管顯示。把單片機(jī)的串行口設(shè)置為方式0（同步移位寄存器），輸出顯示信息，可實(shí)現(xiàn)LED數(shù)碼管的靜態(tài)顯示，其亮度令人滿(mǎn)意。但由于要使用74HC164/74LS164串并轉(zhuǎn)換芯片驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，因此會(huì)帶來(lái)體積大、成本高、功耗高等的缺點(diǎn)。LCD液晶顯示模塊。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。本里程表使用1602 LCD作為顯示模塊。外加四個(gè)七段管LED用來(lái)顯示5秒內(nèi)的當(dāng)前速度（近似瞬時(shí)速度）。 操作說(shuō)明本例子所采用的是27比賽公路自行車(chē)，換算成公制，外徑700mm，半徑為350mm，探測(cè)器安裝在距離軸心200mm處，探測(cè)到一次，輪胎具體規(guī)格700*28C，28是指車(chē)胎的橫斷面的寬度為28mm，則周長(zhǎng)2150mm。而在實(shí)際運(yùn)用中則可以根據(jù)具體的情況來(lái)通過(guò)程序來(lái)設(shè)定具體的參數(shù)，以達(dá)到對(duì)各參數(shù)更精確的測(cè)量與顯示。 工作原理里程、速度等都是由霍爾元器件測(cè)量。通過(guò)頻率計(jì)或者按鈕輸出脈沖，代表車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，輪子每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，安裝在車(chē)輪輻條上的磁鋼接近霍爾傳感器一次，傳感器送一個(gè)脈沖信號(hào)給單片機(jī)的外部中斷計(jì)數(shù)器T1，產(chǎn)生一次中斷，圈數(shù)加一。圈數(shù)*，而通過(guò)單片機(jī)T0定時(shí)器記錄時(shí)間，間隔5秒，5秒內(nèi)的前進(jìn)距離除以時(shí)間5秒，得到5秒內(nèi)的當(dāng)前速度。而總里程L除以總時(shí)間t得到平均速度。系統(tǒng)處理速度數(shù)據(jù)時(shí)同時(shí)刷新平均速度、當(dāng)前速度及運(yùn)行里程。（7m/s），LED警示燈亮，提示速度過(guò)大。單片機(jī)定時(shí)器0定時(shí)時(shí)間為50ms，每20次刷新系統(tǒng)時(shí)鐘及計(jì)算累計(jì)行駛時(shí)間。硬件電路設(shè)計(jì)3 硬件電路設(shè)計(jì)自行車(chē)的速度里程表的硬件電路設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)部分，它包括信號(hào)的捕獲、放大、整形，單片機(jī)的計(jì)算處理，數(shù)碼管的實(shí)時(shí)顯示和單片機(jī)外圍基本電路的設(shè)計(jì)，兩大主要器件就是傳感器和單片機(jī)。傳感器是獲取自然或生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的關(guān)鍵器件，是現(xiàn)代信息系統(tǒng)和各種設(shè)備不可缺少的信息采集工具。磁傳感器是一種將磁學(xué)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的器件或裝置。隨著信息產(chǎn)業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療儀器等的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，需要大量的傳感器將被測(cè)或被控的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可與計(jì)算機(jī)兼容的電信號(hào)。其中最具代表的磁傳感器就是霍爾傳感器，在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，利用霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)是一種最基本的測(cè)量工作。單片機(jī)是本次設(shè)計(jì)的核心部件，它是信號(hào)從采集到輸出的橋梁，而且包括計(jì)算、定時(shí)、信息處理等功能。 系統(tǒng)總電路圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總電路圖如圖31所示，包括信號(hào)輸入、顯示、控制和復(fù)位等模塊。圖31 系統(tǒng)總電路圖 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89C51是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有2K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash，128字節(jié)RAM，32位I/O口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89C51系列單片機(jī)的系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器IE控制CPU是否響應(yīng)中斷請(qǐng)求；由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP安排各優(yōu)中斷源的優(yōu)先級(jí)；同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)各終端同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部的查詢(xún)邏輯確定其響應(yīng)次序。下面按引腳功能分為4個(gè)部分?jǐn)⑹鰝€(gè)引腳的功能，其引腳圖如圖32所示。 *(1)電源引腳VCC和VSS ① VCC（40腳）：接+5V電源正端； ② VSS（20腳）：接+5V電源正端。 (2)外接晶振引腳XTAL1和XTAL2 圖32 89C51引腳圖① XTAL1（18腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端。用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于CHOMS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。② XTAL2（19腳）：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。對(duì)于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。(3)控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳有RES/VPD、ALE、PSEN和VPP等4種形式。① RES/VPD（9腳）：RES即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。② ALE（30腳）：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存信號(hào)）以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低8位地址。③ PSEN(29腳)：片外程序存儲(chǔ)器讀選通輸出端，低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期PESN兩次有效，以通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，PESN信號(hào)將不出現(xiàn)。④ VPP（31腳）：該端為訪(fǎng)問(wèn)外部程序儲(chǔ)器控制信號(hào)，低電平有效。當(dāng)該端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪(fǎng)問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器4KB（MS52子系列為8KB）。若超出該范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)該端保持低電平時(shí)，無(wú)論片內(nèi)有無(wú)程序存儲(chǔ)器，均只訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源VPP。(4)輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口① P0口（39腳22腳）：。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向8位輸入/輸出接口。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口時(shí)，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。它分時(shí)提供8位雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，當(dāng)EPROM編程時(shí)，從P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。② P1口（1腳8腳）：，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對(duì)于MCS—52子系列單片機(jī)，：；。對(duì)于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P0口接收輸入的低8位地址。③ P2口（21腳28腳）：，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過(guò)256個(gè)字節(jié)時(shí)，P2口用于高8位地址總線(xiàn)送出高8位地址。對(duì)于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P2口接收輸入的8位地址。④ P3口（10腳17腳）：。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見(jiàn)表31。表31 P3管腳含義引腳第2功能RXD（串行口輸入端）TXD（串行口輸出端）（中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效）（中斷1請(qǐng)求輸入端，低電平有效）T0（時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖端）T1（時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖端）（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)輸出端，低電平有效）（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效）綜上所述，該系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點(diǎn)：(1)單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能。(2)單片機(jī)對(duì)外呈3總線(xiàn)形式，由PP0口組成16位地址總線(xiàn)；由P0口分時(shí)復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線(xiàn)。 1602LCD液晶顯示模塊本里程表使用常見(jiàn)的1602字符型LCD模塊。1602可以顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)D0D7，和RS、R/W、E三個(gè)控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑?duì)比度調(diào)節(jié)。1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無(wú)背光）或16腳（帶背光）接口，本設(shè)計(jì)采用14腳LCD，引腳圖如圖33所示，各引腳接口說(shuō)明如表32所示： 圖33 LCD1602引腳圖表32 引腳接口說(shuō)明表編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地8D1數(shù)據(jù)2VDD電源正極9D2數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓10D3數(shù)據(jù)4