【正文】 案論證，包括硬件方案和軟件方案的設(shè)計(jì)；繼而具體介紹了自行車的速度里程表的硬件設(shè)計(jì)，包括傳感器的選擇、單片機(jī)的選擇、顯示 電路的設(shè)計(jì)； 然后闡述了該自行車的速度 里程表的軟件設(shè)計(jì)， 包括數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì)、顯示子程序的設(shè)計(jì)；最后對本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。 測速，首先要解決是采樣的問題。里程 測量傳感器的選擇也有以下幾種方案：使用光敏電阻對里程進(jìn)行測量、利用編碼器對車 輪的圈數(shù)進(jìn)行測量、利用霍爾傳感器對里程進(jìn)行測量、利用干簧管型傳感器測量里程 。 按鍵部分：有客無客模擬按鍵，當(dāng)按下時表示有客，彈開時表示無客；待行使模擬按華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 鍵，無客狀態(tài)下，無論按下或彈起都無效，及等待行使指示燈都處于亮狀態(tài)。 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 4 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 總體方案比較 方案一： 利用大規(guī)模的數(shù)字邏輯器件來實(shí)現(xiàn)，簡單的自行車?yán)锍逃?jì)功能，其原理是利用計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)對汽車車輪旋轉(zhuǎn)時按在車輪上的傳感器產(chǎn)生的計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過計(jì)數(shù)值達(dá)到33次可以認(rèn)為近似 公里（車輪的周長為 3 米），每 公里顯示 1元，用數(shù)字邏輯器件設(shè)計(jì)電路，電路的很復(fù)雜，成本很高，沒有什么實(shí)際的運(yùn)用價值?？尚行院芨?，而且電路簡單，可以用軟件完全仿真，但設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)比較困難，對設(shè)計(jì)者的要求很高。 能經(jīng)受很高的電壓，與周圍溫度環(huán)境沒有影響且提供磁靈敏度有一個較大的范圍，許多干簧管在質(zhì)量、可靠性及安全性上是一流的。而且容易實(shí)現(xiàn)。通過頻率 計(jì)輸出脈沖，代表車輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)，已知自行車輪胎的半徑為 50cm，輪子每轉(zhuǎn)動一圈，安裝在車輪輻條上的磁鋼接近傳感器一次，傳感器送一個脈沖信號給單片機(jī)的外部中斷計(jì)數(shù)器 T0，產(chǎn)生一次中斷，圈數(shù)加一。可以通過按鍵來改變半徑和速度的上限值。 8032/8052/8752 是增 強(qiáng)型產(chǎn)品，而 80 80C32 片內(nèi)是沒有 ROM 的， 而 89C51 內(nèi)部含有 4K 字節(jié)的 FLASH 的 ROM。 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器， 具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。 掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi) 容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 。 串行靜態(tài) LED 數(shù)碼管顯示。把紅外對管分別安裝在自行車車輪的兩側(cè)，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時，輻條 會阻擋紅外對管的光路，接收管輸出低電平，單片機(jī)根據(jù)此信號可計(jì)算里程、速度等。把開關(guān)型霍爾 傳感器安裝在自行車貼近車輪的支架上，磁鋼安裝在輻條上，當(dāng)磁鋼 靠近霍爾傳感器的時候，傳感器輸出一個無抖動的低電平，單片機(jī)根據(jù)此信號可計(jì)算里程、速度等。干簧管的優(yōu)點(diǎn)是成本低廉和安裝簡易，缺點(diǎn)是比較脆弱和不夠穩(wěn)定。4) 顯示電路。P0口和 P2口 用于七段 LED 顯示器的段碼及掃描輸出，在顯示里程時，第三位小數(shù)點(diǎn)用 17腳 。第 12 腳外中斷 0 用于對輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)輸入，輪子每轉(zhuǎn)一18B20 輸入 按鍵輸入 干簧管輸入 STC89C52 LCD1602 顯示 燈光輸出報(bào)警 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 12 圈，傳感器輸出一個地電平脈沖。 和 口用于 EEPROM 存儲器 24C01 的存取控制。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī) 的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機(jī)、攝象機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。 AT89C52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲 器。 AT89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。 其芯片引腳圖如圖 。 ④可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） STC89C52 單片機(jī)有 4組 8位的可編程 I/O 口，分別為 P0、 P P P3 口，每個口有 8位（ 8 根引腳），共 32 根。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。按下按鍵，可直接把 +5V 加到了 RET/VPD端從而復(fù)位稱為手動復(fù)位。由于傳感器采用機(jī)械接觸方式控制電路的通斷以及光電耦合器件 , 因而可避免干擾信號的影響。因此可以作為傳感器用，用于計(jì)數(shù)，限位等等。 顯示單元設(shè)計(jì) 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。用單片機(jī)一組 I/O口作為數(shù)據(jù)口向 LCD1602發(fā)送數(shù)據(jù)信息。 (2)液晶顯示器的分類 液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。這就是 LCD 顯示的基本原理。 ③漢字的顯示 漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 5??右邊為 6??根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)， 光標(biāo)位置加 1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié)??直到 32B 顯示完 LCD 就可以得到一個完整的漢字 . (4)主要技術(shù)參數(shù)如表 所示 表 技術(shù)參數(shù) 顯示容量 16*2 個字符 芯片工作電壓 工作電流 20mA() 模塊最佳電壓 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 20 字符尺寸 *（ WXH） /mm 表 （續(xù)） （ 5）引腳接口說明如表 所示 表 引腳接口 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 第 1 腳： VSS 為地電源 第 2 腳： VDD 接 5V電源 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 第 6 腳： E端為使能端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 3所示 表 LCD 寄存器的分類 E R/W RS 功能說明 1 0 0 寫入命令寄存器 1 0 1 寫入數(shù)據(jù)寄存器 1 1 0 讀取忙碌標(biāo)志及宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 22 RAM 地址 1 1 1 讀取 RAM 數(shù)據(jù) 0 X 不動作 表 （續(xù)） 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。高電平表示有效，低電平則無效。 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示 5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平時顯示 5x10的點(diǎn)陣字符。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 5. 溫度顯示 計(jì)時器通過程序?qū)?18B20 進(jìn)行初始化操作，并將當(dāng)前的數(shù)據(jù)顯示于 LCD1602。 圖 液晶顯示電路 7. 發(fā)光二極管 主控單片機(jī) 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 24 它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為 LED。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。系統(tǒng) LED提示部分電路如圖 所示。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。 S51 增強(qiáng)型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板通過一個三極管 C8550 來放大驅(qū)動蜂鳴器，原理圖見下面圖 所示： 圖 系統(tǒng)蜂鳴器輸出電路圖 如圖 所示，蜂鳴器的正極接到 VCC（＋ 5V）電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極 E，三極管的基級 B經(jīng)過限流電阻 R1 后由單片機(jī)的 引腳控制，當(dāng) 輸出高電平時，三極管 T1 截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng) 輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。 (3)報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 本次報(bào)警電路采用蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)自 行車行駛的速度超過本設(shè)計(jì)所設(shè)定的速度時，宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 26 口輸出低電平，使三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號。 圖 程序 流程圖 系統(tǒng)主函數(shù) 開始 啟動？ 計(jì)數(shù) 器加 1 計(jì)數(shù)值10？ 里程加 1 REI 檢測傳感器 否 是 否 是 讀入里程數(shù) 已經(jīng)達(dá)到1M？ 里程增加 開始計(jì)時 是否轉(zhuǎn)一圈 產(chǎn)生速度 返回 里程加 1 否 是 否 是 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 28 主要工作：將 T0 設(shè)為外部控制定時器方式；外中斷 0 及外中斷 1 設(shè)為邊沿觸發(fā)方式；將部分內(nèi)存單元清零；設(shè)置輪子周長；開中斷及定時器；將 EEPROM 中的數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存等。系統(tǒng)初始化完成后 ,啟動時鐘系統(tǒng)隨后進(jìn)入正常工作狀態(tài)。當(dāng)輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過傳感器采集到一個脈沖信號，并從引腳 中斷 0 端輸入，可以采用兩種定時器，一個定時器定位 1s,一個是計(jì)數(shù)器。 子程序設(shè)計(jì) 定時子程序 時間子函數(shù)部分主要用于產(chǎn)生時鐘 信號，實(shí)現(xiàn)對等待計(jì)時部分電路的等待計(jì)時。在該設(shè)計(jì)中對定時器 0進(jìn)行設(shè)置來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示，對定時器 1進(jìn)行設(shè)置以實(shí)現(xiàn)秒計(jì)時，設(shè)置秒計(jì)數(shù)初始值，待計(jì)數(shù)完成后就可以對變量加一，既對系統(tǒng)進(jìn)行顯示掃描的設(shè)計(jì)要求。當(dāng)輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過傳感器采集到一個脈沖信號，并從引腳 中斷 0 端輸入，可以采用兩種定時器，一個定時器定位 1s,一個是計(jì)數(shù)器。當(dāng)處于可信模式時，通過可信內(nèi)部總線接口傳送對應(yīng)于按鍵動作的鍵碼。 （ 1）邏輯錯誤： 樣機(jī)硬件的邏輯錯誤是由于設(shè)計(jì)錯誤或加工過程中的工藝性錯誤而造成的包括錯線 ,開路和短路等等，其中短路是最常見的故障。特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯誤 ,重點(diǎn)檢查系統(tǒng)的總線或其他信號線之間是否存在相互的短路。 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 34 系統(tǒng)軟件調(diào)試 系統(tǒng)仿真調(diào)試 本文采用了 KEIL uVISION2 軟件對程序進(jìn)行編寫和調(diào)試。首先從菜 單的 “ 工程 ” 中 “ 新建工程 ” ，建立我們將要做的工程項(xiàng)目 。 （ 3） 點(diǎn)擊 “ 文件 ” 中的 “ 新建 ” ，新建一個空白文檔；這個空白文檔就是讓我們編華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 寫單片機(jī)程序的場所。鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊 “Source Group 1” ，在彈出的菜單中選 “ 增加文件到組 Source Group 1” 在接下來出現(xiàn)的窗口中，選中剛才保存的 ，按 “Add” ，再按 “ 關(guān)閉 ” ，文件就添加到了工程中。直至沒有錯誤。 （ 11） 執(zhí)行寫入操作完成后，編程器程序就會顯示： “ ?? ，編程成功！ ” 若寫入出錯，請先 “ 擦除 ” 后再 “ 寫入 ” 。 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 38 圖 設(shè)置最高速度和半徑 時間顯示在 LCD1602 的第一排，其顯示年、月、日、小時、分鐘，其顯示的格式為 20xx 11 11 11： 13；小時和分鐘之間的冒號在不停的閃爍表示當(dāng)前秒在不停的計(jì)時。第二行的第二個數(shù)字表示設(shè)置的半徑 ，半徑設(shè)置好的話會根據(jù)所設(shè)置的半徑來計(jì)算所行走的路程。第二行的第二個數(shù)字表示自行車運(yùn)行的里程里程計(jì)數(shù)部分采用兩位 LCD1602 進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示，計(jì)數(shù)范圍 ～ 公里。第二行的第一個數(shù)字表示設(shè)置的最高速度，如果在運(yùn)行時自行車的瞬時速度超過這個值，蜂鳴器就會想起發(fā)出警報(bào)。 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 結(jié)論 本文從理 論上構(gòu)建了基于單片機(jī)的自行車?yán)锍唐鞯姆桨?，并進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自行車?yán)锍唐鞯幕居?jì)費(fèi)功能和顯示。 該設(shè)計(jì)是以 STC89C52單片機(jī)為主要控制電路，通過傳感器傳送給單片機(jī)，利用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)時和中斷，計(jì)算里程速度并通過液晶顯示器顯示。 第二、速度可以通過霍爾元器件進(jìn)行模擬，再送進(jìn)單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)也有許多不完善之處，運(yùn)用顯示的 LCD1602數(shù)量太多，沒有信息存儲