【正文】 目 錄 一、概述 設(shè)計(jì)目的 ??????????????????????? 1 課題簡(jiǎn)介 ??????????????????????? 1 二、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)方案 ????????????????????? 2 硬件部分簡(jiǎn)介 ????????????????????? 3 (A)AT89c51芯片簡(jiǎn)介 ?????????????????? 3 (B)硬件設(shè)計(jì) ?????????????????????? 4 軟件部分 ?? ????????????????????? 5 (A)初始化程序 ????????????????????? 6 (B)主程序 ??????????????????????? 8 (C)中斷程序 ?????????????????????? 9 (D)里程、速度處理程序 ????????????????? 11 (E)顯示子程序 ????????????????????? 14 (F)延時(shí)子程序 ????????????? ???????? 16 三、調(diào)試 ??????????????????????????? 17 硬件調(diào)試 ??????????????????????? 17 軟件調(diào)試 ??????????????????????? 17 四、操作說明 ????????????????????????? 19 五、參考文獻(xiàn) ????????????????????????? 20 六、 致 謝 ????????????????????????? 21 七、附錄 ?????????????????????? ????? 22 元器件清單 ?????????????????????? 22 整體原理圖 ?????????????????????? 23 完整程序 ??????????????????????? 24 自行車?yán)锍逃?jì) /速度計(jì)的設(shè)計(jì) 一、 概述 設(shè)計(jì)目的 本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作控制，利用霍爾元件等器件設(shè)計(jì)一個(gè)可用LED 數(shù)碼管顯示當(dāng)前自行車行駛的距離及速度 并具有超速報(bào)警功能 的自行車?yán)锍?/速度表，使其作為自行車的一種輔助工具，讓自行車的功用更強(qiáng)大，給人們帶來更多的方便。 課題簡(jiǎn)介 自行車被發(fā)明及使用到現(xiàn)在已有兩百多年的歷史，在這兩百年間人類在不斷的嘗試與研發(fā)過程中，自行車發(fā)展的目的也從最早的代步工具轉(zhuǎn)換成休閑娛樂的用途，隨著生活水平的提高，人們希望自行車的功能更強(qiáng)大，而 里程計(jì) /速度計(jì)正滿足了這個(gè)需求?，F(xiàn)在先進(jìn)的里程 /速度計(jì)不僅能顯示實(shí)時(shí)的速度和里程，還顯示時(shí)間，甚至具有測(cè)量騎車人的心跳、顯示騎車人熱量消耗等 功能。 由于時(shí)間有限，本設(shè)計(jì)完成的功能減為兩個(gè)，即測(cè)量并 通過 LED 數(shù)碼管進(jìn)行 動(dòng)態(tài) 顯示當(dāng)前的速度和里程，并在超速時(shí)發(fā)出警報(bào)。 要求達(dá)到的各項(xiàng)指標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法如下： 1. 利用霍爾傳感器產(chǎn)生里程數(shù)的脈沖信號(hào)。 2. 對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 實(shí)現(xiàn)：利用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器 T1 對(duì)霍爾傳感器脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 3. 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)行處理得到需要的數(shù)值。 最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：自行車的速度里程表具有里程、速度測(cè)試與顯示功能，采用單片機(jī)作控 制，顯示電路可顯示里程及速度。 1 二、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)方案 采用 AT89C51 芯片，用霍爾元件將車輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電脈沖，經(jīng)過處理后送入單片機(jī)。里程及速度的測(cè)量，是經(jīng)過 AT89C51 的定時(shí) /計(jì)數(shù)器測(cè)出總的脈沖數(shù)和每轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，再經(jīng)過單片機(jī)的計(jì)算得出，計(jì)算結(jié)果通過 LED顯示器顯示出來。 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)。作為輸入信號(hào)，這就給磁傳感器的快速發(fā)展提供了機(jī)遇，形成了磁傳感器的產(chǎn)業(yè)。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 當(dāng)輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過開關(guān)型霍爾元件傳感器采集到一個(gè)脈沖信號(hào)，并從引腳 12 即 外部中斷 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 輪圈的周長(zhǎng)為 L的乘積為里程值。計(jì)數(shù)器 T1 計(jì)算每轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出即時(shí)速度 v。當(dāng)里程鍵按下時(shí)，里程指示燈亮， LED 切換顯示當(dāng)前里程，與當(dāng)速度鍵按下時(shí)，速度指示燈亮， LED切換顯示當(dāng)前速度，若自行車超速，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，指示燈閃爍。 里程數(shù)據(jù)自動(dòng)記憶，也可用于電動(dòng)自行車、摩托車、汽車等機(jī)動(dòng)車儀 表上。 設(shè)計(jì)包括硬件、軟件兩部分， 硬件電路包括 AT89C51單片機(jī)的外圍電路以及 LED 顯示電路等 ， 這里對(duì)硬件部分只做簡(jiǎn)單介紹，主要闡述的是軟件部分的設(shè)計(jì)， 包括數(shù)據(jù) 初始化程序的設(shè)計(jì)、主程序的設(shè)計(jì)、 處理子程序的設(shè)計(jì)、顯示子程序的設(shè)計(jì)；最后針 對(duì)仿真過程遇到的問題進(jìn)行了具體說明與分析，對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行 總結(jié)。 2 硬件部分介紹 (A)AT89C51 芯片簡(jiǎn)介 AT89C51 是一種帶 4K字節(jié)閃存可編程可擦除的只讀存儲(chǔ)器即為 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單 片機(jī)。 管腳說明 ： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口 ： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作 為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1口 ： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2口 ： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL門電流。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： RXD TXD /INT0 /INT1 T0 T1 /WR /RD RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn) 。 3 (B)硬件設(shè)計(jì) 自行車?yán)锍逃?jì) /速度計(jì)電路原理圖見附錄。 本次設(shè)計(jì)信號(hào)的捕獲采用的是霍爾傳感器。 霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(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、水汽及煙霧等的污染或腐蝕。 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動(dòng)、無回跳、位置重復(fù)精度高。取用各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件工作溫度范圍寬，可達(dá)－55℃ ～ 150℃ 。 XTAL1和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 由于 輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖 的高低電平要求的寬度。 P0 口作為輸出口用于顯示歷程狀態(tài)和速度狀態(tài)。由于 P0 口沒有上拉電阻， 因此作為輸出口時(shí)要加上上拉電阻來驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管的點(diǎn)亮。接于引腳 10 即、 RXD 的開關(guān)用于控制改變顯示的方式，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí) ，顯示速度；開關(guān)打開時(shí)顯示里程。第 12 腳即外部中斷 0 用于對(duì)輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)輸入，輪子每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平脈沖。第十三腳即外部中斷 1 用于控制定時(shí)器T1 的啟停，當(dāng)輸入為 0 時(shí)關(guān)閉定時(shí)器。此控制信號(hào)是將輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)二分頻后形成，這樣，每次定時(shí)器 T1 的開啟時(shí)間剛好為轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間， 根據(jù)輪子的周長(zhǎng)就可以計(jì)算出自行車的速度。 口和 口用于 EEPROM 存儲(chǔ)器24C01 的存取控制。 11 腳輸出用于超速時(shí)的報(bào)警，此時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音，同時(shí)LED 燈閃爍。 LED 數(shù)碼管采用四位相連的共陰極數(shù)碼管，片選信號(hào)分別通過三極管接 至 2124 管腳即 口， 從而 實(shí)現(xiàn)里程和速度的動(dòng)態(tài)顯示。 自行車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)。 4 軟件部分 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即是根據(jù)要求和硬件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，將整個(gè)系統(tǒng)的功能分成許多小的功能模塊，再根據(jù)這些小的功能模塊進(jìn)行程序編寫的過程。這樣的設(shè)計(jì)方法，使得系統(tǒng)的整個(gè)功能和各部分的功能趨于明朗化。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，就可以根據(jù)功能設(shè)置找出問題的根源，從而更快地解決問題。所以說，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，軟件設(shè)計(jì)必須與硬件設(shè)計(jì)緊密地結(jié)合在一起。 軟件設(shè)計(jì)包括 初始化程序、 主程序、行車過程中里程和 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 。 系統(tǒng)軟件 總體流程圖如圖 所示 總體設(shè)計(jì)思路： 首先進(jìn)行初始化，選擇車輪周長(zhǎng) ， 是用于里程和速度切換的，低電平為顯示速度，高電平為顯示里程。 根據(jù) 的狀態(tài)來決定顯示內(nèi)容， =1 時(shí)，轉(zhuǎn)到計(jì)算速度子程序并進(jìn)行顯示 。=0 時(shí)，轉(zhuǎn)到計(jì)算里程子程序并進(jìn)行顯示。 和 口分別用于顯示里程狀態(tài)和速度狀態(tài)。 、 、 和 口分別用于設(shè)置輪圈的大小，低電平有效。中斷 0 用于對(duì)輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)輸入，輪子每轉(zhuǎn) 一圈，霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平脈沖。將根據(jù)里程寄存器中的內(nèi)容計(jì)算和判斷出行駛里程數(shù)。中斷 1 用于控制定時(shí)器 T1 的