【正文】 信號處理波形圖 單片機系統(tǒng)部分 AT89C51單片機介紹　 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。其中電阻R3為輸入電阻，R4為輸出電阻。脈沖發(fā)生源的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖35所示。把這些脈沖通過一系列的波形整形成單片機可以識別的TTL電平，即可算出輪子即時的轉(zhuǎn)速。當有物體擋在紅外光電發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時，傳感器將會輸出一個低電平，而當沒有物體擋在中間時則輸出為高電平，從而形成一個脈沖。紅外光電傳感器ST1101采用高輸出的紅外光電二極管與高靈敏度光敏晶其特點是性能可靠，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，廣泛應(yīng)用于里程表。當葉片數(shù)較多時，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。如圖32所示，是某光電編碼器的外形。霍爾集成電路由霍爾元件、放大器、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，當垂直于霍爾元件的磁場強度發(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。所以說，在整個設(shè)計過程中，軟件設(shè)計必須與硬件設(shè)計緊密地結(jié)合在一起。所謂軟件設(shè)計就是把軟件需求變換成軟件的具體設(shè)計方案（即模塊結(jié)構(gòu)）的過程。另外單片機能識別的都是TTL信號，經(jīng)波形變換和波形整形電路方能將放大的信號轉(zhuǎn)換成可與單片機相連的形式。對待測信號進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)換成可與單片機相連的TTL信號；通過單片機的設(shè)置可使內(nèi)部定時器T1對脈沖輸入引腳T0進行控制，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)計任務(wù)電子式車速表更加智能，車速表的功能也更加人性化，如加上了里程累計、超速提醒等功能。因此，低速時車速表指針擺動劇烈、測量及顯示精度不高。當電磁轉(zhuǎn)矩與彈簧產(chǎn)生的阻力矩平衡時，指針偏轉(zhuǎn)停留在某一角度上。而對于自行車運動員來說，最為關(guān)心的莫過于一段時間內(nèi)的訓練效果。而且在運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。并且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。因此其輔助功能也變得越來越重要。而且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。自行車在中國普遍作為代步工具。在中國這種情況也在慢慢發(fā)生變化。因為教練要根據(jù)一段時間內(nèi)運動員的訓練效果進行評估，從而進行適當?shù)恼{(diào)整已使運動員達到最佳的狀態(tài)。指針偏轉(zhuǎn)角與車速成正比，因而可用其表示車速。對于發(fā)動機后置的車輛，要將車速表指針的偏轉(zhuǎn)動力由變速箱經(jīng)軟軸等傳至駕駛室，軟軸必然布置的較長，如何將這種長長的轉(zhuǎn)動軟軸從結(jié)構(gòu)上布置妥當，肯定是一件十分困難的事情。本設(shè)計就是針對騎自行車的人們在行進中不能很好的把握自己達到了多大的速度，行駛了多遠的距離而設(shè)計的。本設(shè)計要以單片機為核心，通過光電傳感器來檢測自行車的運轉(zhuǎn)情況進而實現(xiàn)電動自行車的速度的測量，最后用液晶顯示器直觀地將速度與里程顯示出來，并且在速度高于一定的值時可自動向用戶報警，從而達到智能化的目的。本設(shè)計中，計數(shù)的正確性決定了本裝置的精度，如何在復雜的環(huán)境中得到正確的計數(shù)脈沖，是本設(shè)計的重點，設(shè)計中里程表顯示采用LCD1602液晶模塊，用液晶顯示器顯示是本設(shè)計的難點。當行駛達到一定的車速時，會發(fā)出報警聲。模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計即是根據(jù)要求和硬件設(shè)計的結(jié)構(gòu)，將整個系統(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行程序編寫的過程。圖22 系統(tǒng)軟件流程圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計本設(shè)計采用的是以紅外傳感器ST1101為傳感器，以AT89C51作為系統(tǒng)的主控芯片，以LCD160128*16液晶顯示器進行顯示。光電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一種器件，各種各樣的形式，如透射式、反射式等，基本原理就是當發(fā)射管光照射到接收管時，接收管導通，反之關(guān)斷。而考慮到實際可操作性以及設(shè)計要求方面，本設(shè)計選用的傳感器為光電傳感器。表31 主要參數(shù)輸入正向電流IF50mA反向電壓Vr6v耗散功率P75mW輸出集射電壓Vceo25V射集電壓Veco6V集電極功耗Pc50mWST1101外圍電路如圖34所示，RR2均為限流電阻，限制發(fā)射二極管的電流，發(fā)射二極管的電流大則發(fā)射功率大，但不能超過它的極限電流。然后通過帶施密特觸發(fā)器的反相器DM74LS14 來把放大器生成的單相脈沖轉(zhuǎn)換成與COMS 電平相兼容的方波信號，再輸入給單片機。鋁盤的圓孔的個數(shù)決定了測量的精度，個數(shù)越多，精度越高。圖35 脈沖發(fā)生源硬件結(jié)構(gòu)圖（左為正視圖，右為側(cè)視圖） 信號預處理電路如圖36所示，系統(tǒng)的信號預處理電路由二級電路構(gòu)成，第一級是由開關(guān)三極管組成的零偏置放大器，采用開關(guān)三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應(yīng)。預處理電路的第二級采用帶施密特觸發(fā)器的反相器DM74LS14 來把放大器生成的單相脈沖轉(zhuǎn)換成與COMS 電平相兼容的方波信號（如圖37所示）。當傳輸線上的電容較大時，波形的上升沿將明顯變壞；當傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當其他脈沖信號通過導線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號時，信號上將出現(xiàn)附加的噪聲。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。定時/計數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖39所示： 圖39 定時/計數(shù)器結(jié)構(gòu)圖AT89S52單片機定時/計數(shù)器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。GATE＝0時，以運行控制位TRX(X=0，1)來啟動定時/計數(shù)器運行；GATA＝1時，要用軟件使TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數(shù)器工作；C/T計數(shù)器模式和定時器模式選擇位C/T=1時，選擇計數(shù)器模式，計數(shù)器對外部輸入引腳T0（）或T1（）的外部脈沖計數(shù)；C/T=0時，選擇定時器模式。TCON的高4位用于控制定時/計數(shù)器的啟動和中斷申請。T1工作時，CPU可隨時查詢TF1的狀態(tài)。TR1置1時，T1開始工作；TR1置0時，T1停止工作。TR0（）：T0運行控制位，其功能與TR1類同。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲器中的0000H地址單元開始執(zhí)行程序。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。按下按鈕，則直接把+5V加到了RESET端從而復位稱為手動復位。時鐘頻率選用6MHZ時，C取22uF,Rs取200Ω，RK取1KΩ。比如此系統(tǒng)所用的12MHz晶振，單片機工作速度就是每秒12M。晶振電路在本系統(tǒng)中是并聯(lián)方式，連接在AT89c51的XTAL1和XTAL2引腳。視域尺寸(WxHxT) 驅(qū)動電壓(V) or 顏色: 藍色(帶背光)第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，其指令具體功能介紹如下：指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令4：顯示開關(guān)控制。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令11：讀數(shù)據(jù)。因為1602識別的是ASCII碼，試驗可以用ASCII碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如39。 顯示模式設(shè)置： (初始化) 0011 0000 [0x38] 設(shè)置162顯示，57點陣，8位數(shù)據(jù)接口； 顯示開關(guān)及光標設(shè)置： (初始化) 0000 1DCB D顯示(1有效)、C光標顯示(1有效)、B光標閃爍(1有效) 0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加1 amp。報警電路圖如圖314所示。但每個按鍵都需要占用一根I/O口線，適用于按鍵數(shù)量少的鍵盤。當該引腳為高電平時，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，要一直到該引腳出 現(xiàn)低電平時才開始測頻率。而MN所得到的正是這兩秒內(nèi)鋁盤在圓周上所走得距離S。通過單片機計算出來的速度和里程的數(shù)據(jù),通過LCD1602顯示模塊顯示。 測量算法概述速度測量是工控系統(tǒng)中最基本的需求之一，最常用的是用數(shù)字脈沖測量某根軸的轉(zhuǎn)速，再根據(jù)機械比、直徑換算成線速度。如要降低測量的速度下限，可以提高編碼器線數(shù)或加大測量的單位時間，使用一次采集的脈沖數(shù)盡可能多。如要增加速度測量的上限，可以減小編碼器的脈沖數(shù)，或使用更小更精確的計時單位，使一次測量的時間值盡可能大。另外，還應(yīng)盡量保證其他子模塊在編程時的通用性和高效性。例如：。而速度的顯示則是在計算出速度里程后立刻顯示出來，體現(xiàn)實時性。這種中斷請求是在單片機芯片內(nèi)部發(fā)生的，因此無須在芯片上設(shè)置引入端。中斷子程序流程圖如圖41所示。然后再判斷P3. 2 引腳是否還為低電平，如為低電平則等待,直到出現(xiàn)高電平再開始判斷P3. 2 引腳是否為低電平，當其不是低電平時再等待。速度是用車輪的周長除以脈沖周期得到的。其中階段里程為本次行駛所走過的里程，總里程為自行車從開始使用當前行駛的總路程，兩者處理程序大致相同，總里程為階段里程的累加。定時器計出每轉(zhuǎn)一圈所用的時間，用自行車車輪的周長除以時間就得出自行車的瞬時速度。接著進入自行車輪胎半徑設(shè)置畫面：　　　　　　　Set Bike Tire L= 55cm按SS2調(diào)整輪胎直徑后，按S4確認，里程表開始工作。本設(shè)計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的簡單性，故盡可能簡化硬件電路，節(jié)省線路板的空間，達到硬件電路最優(yōu)化設(shè)計。但也有一些不足存在，當顯示速度時，若自行車轉(zhuǎn)動太快，顯示器會顯示過快，應(yīng)該將速度定時顯示，使人們能夠清楚地看出速度。（3）實現(xiàn)了時鐘的定時與當前時間的顯示，使設(shè)計更合理。( 2 ) 開關(guān)按鍵和指示燈設(shè)計，使方案更便于實踐，設(shè)計更合理。 結(jié)論及不足本設(shè)計以AT89C2051為核心，通過光電傳感器來檢測自行車的運轉(zhuǎn)情況進而實現(xiàn)電動自行車的速度，里程的計算及里程的累計，最后用液晶顯示器直觀地將速度與里程顯示給用戶，并且在速度高于一定的值時可自動向用戶報警，從而達到智能速度里程表。如此可計算(轉(zhuǎn)盤齒數(shù)為10)，系統(tǒng)能測量的轉(zhuǎn)速需低于：Vmax=60s/(3us*10)=6000000r/min。致謝在本次畢業(yè)設(shè) 學生簽名： 日 期： 參考文獻[1]王福瑞．單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全[M]．北京航空航天大學出版社，1999:49[2]邵群濤，徐余法．電機及拖動基礎(chǔ)[M]．機械工業(yè)出版社，2002:250269[3]馬西秦．自動檢測技術(shù)[M]．機械工業(yè)出版社，2001:210230[4]徐麗萍．自行車測速儀[J]．南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院學報，2010[5]余永權(quán)，汪明慧，黃英．單片機在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[M]．電子工業(yè)出版社，2003[6][M].清華大學出版社，2006:1020[7] 李剛，林凌. 新概念單片機教程[M].天津大學出版社，2007[8][M].高等教育出版社，2003:120124[9]（第2版）[M].中國計量出版社，2009:254259[10]郭培源，[M].北京航空航天大學出版，2006:221224[11]W Q Yang. D M Spink, et. An imagereconstuction algorithm based on Landweber’s iteration method for electricalcapacitance tomography. Meas. Sci. Technol. , 1999,10: 10651069[12]Ateml AT89S51 Data :[13][M].北京郵電大學出版社，2005:17[14]王為青， Cx51應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[M].人民郵電出版社，2007:3138附錄附錄I 系統(tǒng)電路原理圖附錄II 設(shè)計源程序includedefine uchar unsigned char/****************************************************************引腳定義：P20=S1　時鐘設(shè)置時更改“時”，直徑設(shè)置時更改十位P21=S2 時鐘設(shè)置時更改“分”的十位，直徑設(shè)置時更改個位P22=S3 時鐘設(shè)置時更改“分”的個位P23=Enter　確認更