【正文】 部 RAM 32 個可編程 I/O 口線 3 個 16 位定時 /計數(shù)器 8 個中斷源 可編程串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電模式 圖 89S52 引腳圖 AT89S52 提供以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 256 字節(jié)內部 RAM，32 個 I/O 口線， 3 個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 6 向量兩極中斷結構，一個全雙工 定時 /計數(shù)器 中斷系統(tǒng) CPU 存儲器 并行I/O口 串口I/O口 TXD RXD T INT P0P3 14 串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。單片機內部結構示意圖如圖 所示。 A44E 集成霍爾開關是單穩(wěn)態(tài)型，由測量數(shù)據(jù)作出的輸出特性曲線如圖 (b)所示。當施加的磁場達到釋放點時，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 。 XYZBILU hbd 圖 霍爾效應原理圖 集成開關型霍爾傳感器 A44E 集成霍爾開關由穩(wěn)壓器 A、霍爾電勢發(fā)生器 (即硅霍爾片 )B、差分放大器 C、施密特觸發(fā)器 D 和 OC 門輸出 E 五個基本部分組成，如圖 （ a） 所示。在置于磁場中的導體或半導體通入電流 I，若電流垂直磁場 B，則在與磁場和電流都垂直的方向上會出現(xiàn)一個電勢差 Uh，這種現(xiàn)象 稱為霍爾效應。 按被檢測對象的性質可將它們的 應用分為 ： 直接應用和間接應用。 霍爾器件具有許多優(yōu)點，它們的結構牢固 、 體積小 、 重量輕 、 壽命長 、 安裝方便 、 功耗小 、 頻率高（可達 1MHz） 、 耐震動 、 不怕灰塵、油污、水汽及 煙 霧等的污染或腐蝕。其中最具代表的磁傳感器就是霍爾傳感器，在自動檢測系統(tǒng)中，利用霍爾傳感器測轉數(shù)是一種最基本的測量工作，它的特性是霍爾傳感器輸出的脈沖信號的個數(shù)比較直接反映所測量轉數(shù)的數(shù)目。隨著信息產(chǎn)業(yè)、工業(yè)自動化、醫(yī)療儀器等的飛速發(fā)展和計算機應用的普及，需要大量的傳感器將被測或被控的非電信號轉換成可與計算機兼容的電信號。 圖 軟件總體流程圖 初始化 檢測到中斷 計算速度 計算里程 顯示里程 顯示速度 開始 Y N 10 第 3 章 自行車 里程 表 硬件電路設計 概述 傳感器在人們研究自然現(xiàn)象、規(guī)律以及生產(chǎn)實踐活動中，起著非常重要的作用。 中斷子程序是將傳感器產(chǎn)生的信號接入計數(shù)器的 T0 口，然后計數(shù)器開始計數(shù)，當計數(shù)到一定數(shù)目后，計數(shù)器就產(chǎn)生溢出中斷。程序遵循模塊化設計的原則，采用自頂向下的設計方法。 方案的確定 光敏電阻對光特別敏感，當白天行駛時，外界光源將導致光敏電阻發(fā)出錯誤信號；光敏電阻對環(huán)境的要求相當高，如果光敏或發(fā)光二極管被泥沙或灰塵所覆蓋，光敏電阻就不能再進行準確測量；而編碼器必須安裝在車軸上，安裝較為復雜；霍爾元件或干簧管不但不受天氣的影響，即使被泥沙或灰塵覆蓋也不會有影響，而且安裝方便。它廣泛應用于數(shù)控機床、回轉臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測定等需要檢測角度的裝置和設備中。以透射式為例，如圖 所示，當不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時，開關管關斷，否則 導通 。如果在 齒輪盤 上粘上多粒磁鋼，可以實現(xiàn)旋轉一周，獲得多個脈沖輸出。 (1) 霍爾傳感器 霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于信號采集的有 A44E、 CS30CS3040 等，這 類 傳感器是一個 3 端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，通常是集電極開路（ OC 門）輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。要測速，首先要解決是采樣的問題。從組成和功能上看，它具有微型計算機的含義。 整個設計過程包括硬件電路的搭建，軟件的編程，系統(tǒng)的調試，調試通過后，固化程序，脫離開發(fā)系統(tǒng)運行。 實現(xiàn)：利用單片機自帶的計數(shù)器 T0 對霍爾傳感器脈沖 信號進行計數(shù)。自行車里程的測量是通過霍爾元件輸出端的電壓發(fā)生變化產(chǎn)生脈沖，通過計數(shù)器，根據(jù)脈沖數(shù)計算里程。 5 第 2 章 自行車里程 表 總體方案設計 任務分析與實現(xiàn) 本次畢業(yè)設計的題目是：自行車里程 表設計 其設計的任務是：以通用 MCS51 單片機為處理核心，用傳感器將車輪的轉數(shù)轉換為電脈沖，進行處理后送入單片機。本文主要介紹了自行車 里程表的設計思 4 想、電路原理、方案論證以及元件的選擇等內容，整體上分為硬件部分設計和軟件部分設計。 本設計采用了MCS51 系列單片機設計一種體積小、操作簡單的便攜式自行車里程 表 ，它能自動地顯示當前自行車行走的距離及運行的速度 。每天清晨和落日時分，滾滾車流在中國的城市中碾動，這是最為壯觀的一道風景，這是一條現(xiàn)代中國流動的長城。這輛最早的自行車是木制的，其結構比較簡單。 1 目 錄 第 1 章 緒論 ..................................................... 3 課題產(chǎn)生的背景 .............................................. 3 課題的主要任務及內容 ........................................ 3 第 2 章 自行車里程表總體方案設計 ................................... 5 任務分析與實現(xiàn) .............................................. 5 自行車里程表硬件方案設計 .................................... 5 自行車里程表軟件方案設計 .................................... 9 第 3 章 自行車里程表硬件電路設計 .................................. 10 概述 ....................................................... 10 傳感器及其測量系統(tǒng) ......................................... 10 芯片簡介 ................................................... 12 單片機外圍電路的設計 ....................................... 18 第 4 章 自行車里程表軟件程序設計 .................................. 27 概述 ....................................................... 27 自行車里程表總體程序設計 ................................... 27 中斷子程序的設計 ........................................... 27 數(shù)據(jù)處理子程序的設計 ....................................... 28 顯示子程序的設計 ........................................... 30 第 5 章 系統(tǒng)調試與分析 ........................................... 32 自行車里程表系統(tǒng)調試 ....................................... 32 調試故障及原因分析 ..........................錯誤 !未定義書簽。世界上第一批真正實用型的自行車出現(xiàn) 于 19 世紀初。 隨著居民生活水平的不斷提高，自行車不再僅僅是普通的運輸、代步的工具，而是成為人們娛樂、休閑、鍛煉的首選。 單片微型計算機自 1976 年問世以來發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在已成為微型計算機一個很重要的分支，在現(xiàn)實生活中應用越來越廣泛，已經(jīng)對人類產(chǎn)生了巨大的影響，尤其是美國 Intel 公司的 MCS—51 系列單片機，由于其集成度高、處理功能強、性能價格比高、可靠性高、系統(tǒng)結構簡單，可以靈活的與其他芯片組成眾多的測量電路用于速度、溫度、深度、高度、濕度、光強等方面的測 量和研究等特點，在我國現(xiàn)代化生活、生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛的應用，如在工業(yè)檢測控制、儀器儀表、電子工業(yè)、機電一體化等眾多領域取得了令人矚目的成果。 本文首 先扼要對該課題的任務進行方案論證，包括硬件方案和軟件方案的設計；繼而具體介紹了自行車的速度里程表的硬件設計，包括傳感器的選擇、單片機的選擇、顯示電路的設計；然后闡述了該自行車的速度里程表的軟件設計，包括數(shù)據(jù)處理子程序的設計、顯示子程序的設計；最后針對仿真過程遇到的問題進行了具體說明與分析，對本次設計進行了系統(tǒng)的總結。里程及速度的測量，是經(jīng)過 MCS51的定時 /計數(shù)器測出總的脈沖數(shù)和每轉一圈的時間，再經(jīng)過一系列的計算得出的，其結果通過顯示器顯示出來。自行車速度的測量是通過定時器測出車輪轉一周所用的時間 t，車輪周長 L 除以時間 t 就是自行車的速度。 3. 對數(shù)據(jù)進行處理，要求用 LCD 顯示里程總數(shù)和即時速度。 自行車里程 表 硬件方案設計 自從 1971年微型計算機問世以來，隨著大規(guī)模集成電路技術的不斷進步，微型機主要向兩個方向發(fā)展： 一個向高速度，高性能的高檔微型計算機方向發(fā)展。 單片機由于將 CPU、內存和一些必要的接口集成到一個芯片上，并且面向控制功能將結構作了一定的優(yōu)化，所以它有一般芯片不具有的特點： 1. 體積小、重量輕； 2. 電源單一、功耗低； 3. 功能強、價格低； 4. 全部集成在一塊芯片上，布線短、合理； 5. 數(shù)據(jù)大部分在單片機內傳送，運行速度快、抗干擾能力強、可靠性高。在使用模擬技術制作測速表時，常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉軸與待測軸 相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉速的高低。A44e 的外形如圖 所示 。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再 試。為此，可以制作一個遮光葉片 ， 如圖 所示，安裝在轉軸上，當扇葉經(jīng)過時，產(chǎn)生脈沖信號。某光電編碼器的外形 如圖 所示 。所以本設計采用霍爾元件對里程與速度進行測量，既簡單易行，又經(jīng)濟適用。即先考慮整體目標，明確整體任務，然后把整體任務分成一個個子任務，子任務再分成子子任務，這樣逐層細分，同時分析層次間的關系與同一層次各任務間的關系，最后擬訂出各任務的細節(jié)。 數(shù)據(jù)處理子程序是將進入單片機的脈沖信號與實際要顯示值之間有一定的對應關系，經(jīng)過軟件編程顯示所需要的值。特別是在當今，科學技術的發(fā)展使人類進入了一個信息時代，在利用信息的過程中，首先要解決的就是獲取準確可靠的信息。作為輸入信號，這就給 磁傳感器的快速發(fā)展提供了機遇，形成了磁傳感器的產(chǎn)業(yè)。 傳感器及其測量系統(tǒng) 霍爾器件是一種磁傳感器。霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高（可達 μm級）。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體 。利用霍爾效應制成的元件稱為霍爾元件。(1)、 (2)、 (3)代表集成霍爾開關的三個引出端點。這樣兩次電壓變換，使霍爾開關完成了一次開關動作。測量時 在 2 兩端加 +12V 直流電 壓 ,在輸出端 3 與 1 之間接一個 2k?的負載電阻，如圖 所示 。 單片機實質上是一個芯片。同時， AT89S52 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。 AT89S52 的主要管腳功能如下： ～ ： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也是地址 /數(shù)據(jù)總線復用口。對端口寫“ 1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。對端口 P3 寫“ 1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 PSEN ：外部程序存儲器讀選通信號。 RST：復位信號。 VSS：地線。例如， MCS51 系列把芯片引腳數(shù)目限定為 40 條，但單片機為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠遠超過此數(shù)，因此就出現(xiàn)了需要與可能的矛盾。 (1) P3 口線的第二功能。當電源發(fā)生故障，電壓降低到下限值時，備用電源經(jīng)此端向內部 RAM 提供電壓，以保護內部 RAM 中的信息不丟失 。 (2) 定時： 8051 單片機中的定時器和計數(shù)器是一個部件，只不過計數(shù)器記錄的是外界發(fā)生的事件，而定時器則是由單片機內部提供一個非常穩(wěn)定的計數(shù)源進行定時的。適用于定時控制、延時、外部計數(shù)和檢測等。 定時器 /計數(shù)器的結構組成： 16 位加法計數(shù)器、工作方式寄存器 TMOD 和控制寄存器 TCON。24C02 支持 I2C 總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議， I2C 總線協(xié)議規(guī)定： 任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器，任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器，數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址： 24C02 雙向串行數(shù) 據(jù) /