【正文】 信號(hào)處理波形圖 單片機(jī)系統(tǒng)部分 AT89C51單片機(jī)介紹　 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。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(guò)一系列的波形整形成單片機(jī)可以識(shí)別的TTL電平，即可算出輪子即時(shí)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)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(shí)，傳感器將會(huì)輸出一個(gè)低電平，而當(dāng)沒(méi)有物體擋在中間時(shí)則輸出為高電平，從而形成一個(gè)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(diǎn)是性能可靠，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于里程表。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。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(kāi)路輸出等部分組成，其功能是把磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，霍爾元件為磁敏元件，當(dāng)垂直于霍爾元件的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，其兩端的電壓就會(huì)發(fā)生變化，經(jīng)放大和整形即可輸出脈沖電信號(hào)。所以說(shuō)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)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。所謂軟件設(shè)計(jì)就是把軟件需求變換成軟件的具體設(shè)計(jì)方案（即模塊結(jié)構(gòu)）的過(guò)程。另外單片機(jī)能識(shí)別的都是TTL信號(hào)，經(jīng)波形變換和波形整形電路方能將放大的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可與單片機(jī)相連的形式。對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大的目的是降低對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求；波形變換和波形整形電路則用來(lái)將放大的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可與單片機(jī)相連的TTL信號(hào)；通過(guò)單片機(jī)的設(shè)置可使內(nèi)部定時(shí)器T1對(duì)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(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的脈沖數(shù)。 設(shè)計(jì)任務(wù)電子式車(chē)速表更加智能，車(chē)速表的功能也更加人性化，如加上了里程累計(jì)、超速提醒等功能。因此，低速時(shí)車(chē)速表指針擺動(dòng)劇烈、測(cè)量及顯示精度不高。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與彈簧產(chǎn)生的阻力矩平衡時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)停留在某一角度上。而對(duì)于自行車(chē)運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)，最為關(guān)心的莫過(guò)于一段時(shí)間內(nèi)的訓(xùn)練效果。而且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可以充分享受到大自然，對(duì)于忙碌的現(xiàn)代人來(lái)說(shuō)，無(wú)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(duì)于生活質(zhì)量的要求也日益增加，尤其是對(duì)健身的要求。因此其輔助功能也變得越來(lái)越重要。而且人們希望自行車(chē)的娛樂(lè)、休閑、鍛煉的功能越來(lái)越多，能帶來(lái)大家更多的健康與快樂(lè)。自行車(chē)在中國(guó)普遍作為代步工具。在中國(guó)這種情況也在慢慢發(fā)生變化。因?yàn)榻叹氁鶕?jù)一段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練效果進(jìn)行評(píng)估，從而進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整已使運(yùn)動(dòng)員達(dá)到最佳的狀態(tài)。指針偏轉(zhuǎn)角與車(chē)速成正比，因而可用其表示車(chē)速。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)后置的車(chē)輛，要將車(chē)速表指針的偏轉(zhuǎn)動(dòng)力由變速箱經(jīng)軟軸等傳至駕駛室，軟軸必然布置的較長(zhǎng)，如何將這種長(zhǎng)長(zhǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軟軸從結(jié)構(gòu)上布置妥當(dāng)，肯定是一件十分困難的事情。本設(shè)計(jì)就是針對(duì)騎自行車(chē)的人們?cè)谛羞M(jìn)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(jì)的。本設(shè)計(jì)要以單片機(jī)為核心，通過(guò)光電傳感器來(lái)檢測(cè)自行車(chē)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行車(chē)的速度的測(cè)量，最后用液晶顯示器直觀地將速度與里程顯示出來(lái)，并且在速度高于一定的值時(shí)可自動(dòng)向用戶(hù)報(bào)警，從而達(dá)到智能化的目的。本設(shè)計(jì)中，計(jì)數(shù)的正確性決定了本裝置的精度，如何在復(fù)雜的環(huán)境中得到正確的計(jì)數(shù)脈沖，是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(jì)的難點(diǎn)。當(dāng)行駛達(dá)到一定的車(chē)速時(shí)，會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。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(xiě)的過(guò)程。圖22 系統(tǒng)軟件流程圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)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(jìn)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(dāng)發(fā)射管光照射到接收管時(shí)，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷。而考慮到實(shí)際可操作性以及設(shè)計(jì)要求方面，本設(shè)計(jì)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(guò)它的極限電流。然后通過(guò)帶施密特觸發(fā)器的反相器DM74LS14 來(lái)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(hào)，再輸入給單片機(jī)。鋁盤(pán)的圓孔的個(gè)數(shù)決定了測(cè)量的精度，個(gè)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(hào)預(yù)處理電路如圖36所示，系統(tǒng)的信號(hào)預(yù)處理電路由二級(jí)電路構(gòu)成，第一級(jí)是由開(kāi)關(guān)三極管組成的零偏置放大器，采用開(kāi)關(guān)三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應(yīng)。預(yù)處理電路的第二級(jí)采用帶施密特觸發(fā)器的反相器DM74LS14 來(lái)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(hào)（如圖37所示）。當(dāng)傳輸線上的電容較大時(shí)，波形的上升沿將明顯變壞；當(dāng)傳輸線較長(zhǎng)，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時(shí)，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當(dāng)其他脈沖信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號(hào)時(shí)，信號(hào)上將出現(xiàn)附加的噪聲。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖39所示： 圖39 定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)圖AT89S52單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)特殊功能寄存器控制。GATE＝0時(shí)，以運(yùn)行控制位TRX(X=0，1)來(lái)啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器運(yùn)行；GATA＝1時(shí)，要用軟件使TR0或TR1為1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；C/T計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位C/T=1時(shí)，選擇計(jì)數(shù)器模式，計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入引腳T0（）或T1（）的外部脈沖計(jì)數(shù)；C/T=0時(shí)，選擇定時(shí)器模式。TCON的高4位用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢(xún)TF1的狀態(tài)。TR1置1時(shí)，T1開(kāi)始工作；TR1置0時(shí)，T1停止工作。TR0（）：T0運(yùn)行控制位，其功能與TR1類(lèi)同。有了它可以使程序從指定處開(kāi)始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行程序。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。按下按鈕，則直接把+5V加到了RESET端從而復(fù)位稱(chēng)為手動(dòng)復(fù)位。時(shí)鐘頻率選用6MHZ時(shí)，C取22uF,Rs取200Ω，RK取1KΩ。比如此系統(tǒng)所用的12MHz晶振，單片機(jī)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(dòng)電壓(V) or 顏色: 藍(lán)色(帶背光)第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)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(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令4：顯示開(kāi)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?yàn)?602識(shí)別的是ASCII碼，試驗(yàn)可以用ASCII碼直接賦值，在單片機(jī)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(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口； 顯示開(kāi)關(guān)及光標(biāo)設(shè)置： (初始化) 0000 1DCB D顯示(1有效)、C光標(biāo)顯示(1有效)、B光標(biāo)閃爍(1有效) 0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加1 amp。報(bào)警電路圖如圖314所示。但每個(gè)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(pán)。當(dāng)該引腳為高電平時(shí)，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，要一直到該引腳出 現(xiàn)低電平時(shí)才開(kāi)始測(cè)頻率。而MN所得到的正是這兩秒內(nèi)鋁盤(pán)在圓周上所走得距離S。通過(guò)單片機(jī)計(jì)算出來(lái)的速度和里程的數(shù)據(jù),通過(guò)LCD1602顯示模塊顯示。 測(cè)量算法概述速度測(cè)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(cè)量某根軸的轉(zhuǎn)速，再根據(jù)機(jī)械比、直徑換算成線速度。如要降低測(cè)量的速度下限，可以提高編碼器線數(shù)或加大測(cè)量的單位時(shí)間，使用一次采集的脈沖數(shù)盡可能多。如要增加速度測(cè)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(jì)時(shí)單位，使一次測(cè)量的時(shí)間值盡可能大。另外，還應(yīng)盡量保證其他子模塊在編程時(shí)的通用性和高效性。例如：。而速度的顯示則是在計(jì)算出速度里程后立刻顯示出來(lái)，體現(xiàn)實(shí)時(shí)性。這種中斷請(qǐng)求是在單片機(jī)芯片內(nèi)部發(fā)生的，因此無(wú)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(kāi)始判斷P3. 2 引腳是否為低電平，當(dāng)其不是低電平時(shí)再等待。速度是用車(chē)輪的周長(zhǎng)除以脈沖周期得到的。其中階段里程為本次行駛所走過(guò)的里程，總里程為自行車(chē)從開(kāi)始使用當(dāng)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(shí)器計(jì)出每轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間，用自行車(chē)車(chē)輪的周長(zhǎng)除以時(shí)間就得出自行車(chē)的瞬時(shí)速度。接著進(jìn)入自行車(chē)輪胎半徑設(shè)置畫(huà)面：　　　　　　　Set Bike Tire L= 55cm按SS2調(diào)整輪胎直徑后，按S4確認(rèn)，里程表開(kāi)始工作。本設(shè)計(jì)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(jiǎn)單性，故盡可能簡(jiǎn)化硬件電路，節(jié)省線路板的空間，達(dá)到硬件電路最優(yōu)化設(shè)計(jì)。但也有一些不足存在，當(dāng)顯示速度時(shí)，若自行車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)太快，顯示器會(huì)顯示過(guò)快，應(yīng)該將速度定時(shí)顯示，使人們能夠清楚地看出速度。（3）實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘的定時(shí)與當(dāng)前時(shí)間的顯示，使設(shè)計(jì)更合理。( 2 ) 開(kāi)關(guān)按鍵和指示燈設(shè)計(jì)，使方案更便于實(shí)踐，設(shè)計(jì)更合理。 結(jié)論及不足本設(shè)計(jì)以AT89C2051為核心，通過(guò)光電傳感器來(lái)檢測(cè)自行車(chē)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行車(chē)的速度，里程的計(jì)算及里程的累計(jì)，最后用液晶顯示器直觀地將速度與里程顯示給用戶(hù)，并且在速度高于一定的值時(shí)可自動(dòng)向用戶(hù)報(bào)警，從而達(dá)到智能速度里程表。如此可計(jì)算(轉(zhuǎn)盤(pán)齒數(shù)為10)，系統(tǒng)能測(cè)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(xué)生簽名： 日 期： 參考文獻(xiàn)[1]王福瑞．單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全[M]．北京航空航天大學(xué)出版社，1999:49[2]邵群濤，徐余法．電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2002:250269[3]馬西秦．自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2001:210230[4]徐麗萍．自行車(chē)測(cè)速儀[J]．南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010[5]余永權(quán)，汪明慧，黃英．單片機(jī)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(xué)出版社，2006:1020[7] 李剛，林凌. 新概念單片機(jī)教程[M].天津大學(xué)出版社，2007[8][M].高等教育出版社，2003:120124[9]（第2版）[M].中國(guó)計(jì)量出版社，2009:254259[10]郭培源，[M].北京航空航天大學(xué)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(xué)出版社，2005:17[14]王為青， Cx51應(yīng)用開(kāi)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(jì)源程序includedefine uchar unsigned char/****************************************************************引腳定義：P20=S1　時(shí)鐘設(shè)置時(shí)更改“時(shí)”，直徑設(shè)置時(shí)更改十位P21=S2 時(shí)鐘設(shè)置時(shí)更改“分”的十位，直徑設(shè)置時(shí)更改個(gè)位P22=S3 時(shí)鐘設(shè)置時(shí)更改“分”的個(gè)位P23=Enter　確認(rèn)更