【正文】 .................................................................18 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ...........................................................................................................19 軟件系統(tǒng)設(shè)計 ................................................................................................19 液晶顯示 .........................................................................................................20 液晶顯示程序流程 ..................................................................................20 顯示器具體指令 ......................................................................................22 鍵盤輸入部分 ................................................................................................24 致 謝 ............................................................................................................................26 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................27 附 錄 ............................................................................................................................28 基于單片機(jī)的自行車碼表設(shè)計 1 前言 隨著人們生活水平的逐漸提高，人們對于生活質(zhì)量的要求也日益增加，尤其是對健身的要求。自行車在中國普遍作為代步工具。而在國外，自行車卻是一項(xiàng)十分受歡迎的健身運(yùn)動。因?yàn)樗鼰o污染，價位低廉，老少皆宜。而且在運(yùn)動過程中可以充分享受到大自然，對于忙碌的現(xiàn)代人來說，無疑是一種較好的放松方法。在中國這種情況也在慢慢發(fā)生變化 。因此愛好自行車運(yùn)動的人十分學(xué)要一款能測速的裝置，以知道自己的運(yùn)動情況。并根據(jù)外界條件，如溫度，風(fēng)速等進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，已達(dá)到最佳運(yùn)動的效果。而對于自行車運(yùn)動員來說，最為關(guān)心的莫過于一段時間內(nèi)的訓(xùn)練效果。因?yàn)榻叹氁鶕?jù)一段時間內(nèi)運(yùn)動員的訓(xùn)練效果進(jìn)行評估，從而進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整已使運(yùn)動員達(dá)到最佳的狀態(tài)。因此需要一種裝置進(jìn)行對訓(xùn)練中各種參數(shù)的測定記錄。 碼表主要針對那些業(yè)余愛好者，他們運(yùn)動一般會選擇晴朗涼爽的天氣進(jìn)行運(yùn)動，所以溫度和風(fēng)速對運(yùn)動員幾乎沒影響，只要能精確的測量速度和里程以及時間即可。并能在運(yùn)動員達(dá) 到預(yù)期運(yùn)動量后能準(zhǔn)確提醒運(yùn)動員已達(dá)到預(yù)期要求。 本設(shè)計以 AT89C51 單片機(jī)為主控芯片，把霍爾傳感器傳來的脈沖信號進(jìn)行處理，預(yù)算，精確的計算出行駛的速度和里程，然后在傳送給 LCD 顯示器，從 LCD 上顯示出運(yùn)動的一系列數(shù)據(jù)，而且還可以通過顯示器進(jìn)行人機(jī)對話，可以通過顯示器和鍵盤進(jìn)行一些參數(shù)的設(shè)置，比如像將要安裝的自行車的輪圈的半徑設(shè)置，以及預(yù)設(shè)運(yùn)動量的和時間的設(shè)置。這些都需要通過顯示器進(jìn)行設(shè)置，其中的時間是用芯片內(nèi)自帶的計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)的。 本設(shè)計是以 AT 系列單片機(jī)為主控制芯片，采用霍爾元件檢測小 車行駛速度。程序用 C 語言編寫，由主程序、外部中斷服務(wù)程序、定時器中斷服務(wù)程序、延時子程序等模塊組成。主程序主要完成程序的初始化和鍵盤處理，外部中斷服務(wù)程序由測量、計算、讀數(shù)等部分組成。 基于單片機(jī)的自行車碼表設(shè)計 2 1 緒論 開發(fā)背景及意義 課題背景 隨著人們生活水平的不斷提高，自行車已經(jīng)不僅僅是運(yùn)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?yán)锍瘫碜鳛樽孕熊嚨囊淮筝o助工具迅速發(fā)展起來 .科學(xué)、美 觀、合理設(shè)計自行車?yán)锍瘫碛幸欢ǖ膶?shí)用價值 .它能合理計算出速度及公里數(shù) ,使運(yùn)動者運(yùn)動適量 ,達(dá)到健康運(yùn)動與代步的最佳效果 . 碼表能盡可能真實(shí)地反映騎行狀況，便于車手及時調(diào)整自己的舉動，也便于收集騎行數(shù)據(jù)供自己或隊友們進(jìn)行參考和對比。 自行車碼表一般由安裝于前車圈鋼條上的感應(yīng)磁鐵、前叉上的感應(yīng)器、順著前叉蜿蜒而上的連接線、置于握把上面的碼表座和座上面的碼表。碼表的工作原理是：車圈旋轉(zhuǎn)時感應(yīng)器捕捉到感應(yīng)磁鐵帶來的信息，通過連接線傳輸至碼表，碼表對此進(jìn)行處理后計算出時速、里程等信息并顯示。它能夠讓我們比較精確 的知道自己的當(dāng)前速度、騎行時間、單次里程、總里程、平均速度、最高速度等。 課題的意義 本設(shè)計就是針對普通運(yùn)動員在運(yùn)動中不能很好的把握自己達(dá)到了多大的速度，行駛了多遠(yuǎn)的距離而設(shè)計的。以往的碼表只能進(jìn)行測量速度，里程，時間，溫度等數(shù)據(jù)，雖然能實(shí)現(xiàn)很多的功能，但是其中的一些功能不適合自行車業(yè)余愛好者，浪費(fèi)資源，而且性價比也低，而且也不能很好的把握當(dāng)前運(yùn)動量，從而不能很好的實(shí)現(xiàn)娛樂和鍛煉的效果。而本設(shè)計卻能實(shí)現(xiàn)娛樂和鍛煉的雙重效果，而且相對業(yè)余愛好者性價比更高。 Keil C 介紹 Keil C51 181。Vision3 集成開發(fā)環(huán)境是 Keil Software， Inc/Keil Elektronik GmbH 開發(fā)基于單片機(jī)的自行車碼表設(shè)計 3 的基于 80C51 內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺，內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標(biāo)代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程尤其是 C 編譯工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項(xiàng)，在開發(fā)大型項(xiàng)目時非常理想。 Keil C51 集成開發(fā)環(huán)境的主要功能有以下幾點(diǎn)： (1) 181。Vision3 是一個 集成開發(fā)環(huán)境，它將項(xiàng)目管理、源代碼編輯和程序調(diào)試等組合在一個功能強(qiáng)大的環(huán)境中。 (2) C51 國際準(zhǔn)化 C 交叉編譯器，從 C 源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)模塊。 (3) A51 宏匯編器，從 80C51 匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)模塊。 (4) BL51 鏈接器 /定位器，組合由 C51 和 A51 產(chǎn)生的可重定位的目標(biāo)模塊，生成絕對目標(biāo)模塊。 (5) LIB51 庫管理器，從目標(biāo)模塊生成連接器可以使用的庫文件。 (6) OH51 目標(biāo)文件至 HEX 格式的轉(zhuǎn)換，從絕對目標(biāo)模塊生成 Hex 文件。 (7) RTX51 實(shí)時操作系統(tǒng)，簡化了復(fù)雜的實(shí)時應(yīng)用軟件項(xiàng)目的設(shè)計。 此軟件可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標(biāo)代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程尤其是 C 編譯工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了較高的水平。 支持在線仿真，純軟件信仿真，多種調(diào)試方式（單步、全速等），其應(yīng)用相對簡單，很容易就可以掌握該軟件的基本操作用法，可以用 C 語言和匯編兩種語言進(jìn)行編程，還可混編，支持 C 語言的編程對初學(xué)者提供了很大方便，在調(diào)試過程中，可通過相關(guān)工具，直接查看變量的即時結(jié)果，目標(biāo)代碼的生成也容易 。 設(shè)計內(nèi)容 1. 以 AT89C51 單片機(jī)為主控制芯片。 2. 以 128*64 LCD 為顯示終端顯示自行車時速、里程等信息及系統(tǒng)設(shè)置等系統(tǒng)設(shè)置菜單。 3. 能夠人工設(shè)置設(shè)備安裝信息以提高測量精度，提供時速、里程、平均速度、時間等信息。 4. 能夠預(yù)設(shè)運(yùn)動量（比如預(yù)設(shè)速度，里程），實(shí)現(xiàn)報警功能。 基于單片機(jī)的自行車碼表設(shè)計 4 2 系統(tǒng)方案論證與分析 系統(tǒng)方案 系統(tǒng)概述 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖 21 所示。 本系統(tǒng)由信號預(yù)處理電路、單片機(jī) AT89C5128*64LCD 顯示模塊、鍵盤控制和系統(tǒng)軟件組成。其中信號預(yù)處理電路包含 信號放大、波形變換和波形整形。 對待測信號進(jìn)行放大的目的是降低對待測信號的幅度要求；波形變換和波形整形電路則用來將放大的信號轉(zhuǎn)換成可與單片機(jī)相連的 TTL 信號；通過單片機(jī)的設(shè)置可使內(nèi)部定時器 T1 對脈沖輸入引腳 T0 進(jìn)行控制，這樣能精確地算出加到 T0 引腳的單位時間內(nèi)檢測到的脈沖數(shù)；設(shè)計中速度顯示采用 LCD 模塊，通過速度換算得來的里程數(shù)采用 I2C 總線并通過 E2PROM 來存儲，既節(jié)省了所需單片機(jī)的口線和外圍器件，同時也簡化了顯示部分的軟件編程。 圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 系統(tǒng)原理 該設(shè)計能實(shí)時地將所測的速度與累計里程數(shù)顯示出來，主要是將傳感器輸入到單片機(jī)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(shí)時地測量鍵盤控制 信號 放大器 數(shù)字存儲電路 單片機(jī) LCD 顯示 整形電路 基于單片機(jī)的自行車碼表設(shè)計 5 出來，考慮到信號的衰減、干擾等影響，在信號送入單片機(jī)前應(yīng)對其進(jìn)行放大整形，然后通過單片機(jī)計算出速度和里程，再將所得的數(shù)據(jù)存儲到串口數(shù)據(jù)存儲器，并由LCD 顯示模塊顯示所測速度與里程。 本設(shè)計的里程數(shù)的算法是一種大概的算法（假設(shè)在一定時間內(nèi)自行車是勻速行進(jìn)，平均速度與時間的乘積即為里程數(shù)）。設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮測速精度和系統(tǒng)反應(yīng)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)。本設(shè)計的速度和里程值采用 8 位顯示，并包含兩個小數(shù)位。 采集信息部分以及傳感器的選擇 信息采集部分可以選用的傳感器種類很多，例如磁感應(yīng)傳感器，光電感應(yīng)傳感器，金屬傳感器等，而考慮到實(shí)際可操作性以及設(shè)計要求方面，本設(shè)計選用的傳感器為光電傳感器。 霍爾傳感器由永久磁鐵和開關(guān)型霍爾集成電路組成?；魻柤呻娐酚苫魻栐⒎糯笃?、整形電路及集電極開路輸出等部分組成，其功能是把磁信號轉(zhuǎn)換成電信號，霍爾元件為磁敏元件，當(dāng)垂直于霍爾元件的 磁場強(qiáng)度發(fā)生變化時，其兩端的電壓就會發(fā)生變化，經(jīng)放大和整形即可輸出脈沖電信號。 ST1101 采用高輸出的紅外光電二極管與高靈敏度光敏晶體管組成，其特點(diǎn)是性能可靠，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，廣泛應(yīng)用于碼表 ，其主要參數(shù)如表 21 所示。 表 21 主要參數(shù) 輸入 正向電流 IF 50 mA 反向電壓 Vr 6 v 耗散功率 P 75 mW 輸出 集 射電壓 Vceo 25 V 射 集電壓 Veco 6 V 集電極功耗 Pc 50 mW 基于單片機(jī)的自行車碼表設(shè)計 6 主控芯片選擇 碼表主要以單片機(jī)為主控芯片，而能實(shí)現(xiàn)其 功能的芯片卻有很多，本設(shè)計選用的是 AT89C51。 AT89C51 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，帶有 4K 字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲器（ PENROM）和 128 字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），這種器件采用ATMEL 公司的高密度、不容易丟失存儲技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與 MCS51 系列的單片機(jī)兼容。片內(nèi)含有 8 位中央處理器和閃爍存儲單元，有較強(qiáng)的功能的 AT89C51 單片機(jī)能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。 AT89C51 提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)： 4K 字節(jié)閃爍存儲器， 128 字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器， 32 個 I/O 口， 2 個 16 位定時 /計數(shù)器， 1 個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)， 1 個串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時鐘電路。另外， AT89C51 還可以進(jìn)行 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器、定時 /計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個復(fù)位。 數(shù)據(jù)處理并顯示模塊 多位 LED 數(shù)碼管顯示 一、 數(shù)碼管動態(tài)顯示 有多位 LED 數(shù)碼管顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一 起，由 FPGA 的一個 8 位的 I/O 口控制，而每一位 LED 數(shù)碼管的公共陰極或者公共陽極分別由 FPGA 的其它的 I/O 口線控制。對于 8 位的 LED 數(shù)碼管顯示，可用采用程序控制的方法，通過不斷的移位發(fā)送選中要顯示的數(shù)碼管?？梢娫谡麄€顯示模塊中至少要 9 根 I/O 口線。因?yàn)槭莿討B(tài)顯示，所以需要定時刷新 LED 數(shù)碼管。為了穩(wěn)定的顯示，在多位 LED 數(shù)碼管顯示時需要有很高的