【正文】 示電路的設(shè)計(jì) ................................................ 16 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) ................................................ 17 4 自行車的速度里程表軟件程序設(shè)計(jì) ....................................... 18 概述 .............................................................. 18 自行車的速度里程表總體程序設(shè)計(jì) .................................... 18 中斷子程序的設(shè)計(jì) .................................................. 20 IV 數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì) .............................................. 20 顯示子程序的設(shè)計(jì) .................................................. 22 5 系統(tǒng)調(diào)試與分析 ....................................................... 24 系統(tǒng)仿真調(diào)試 ...................................................... 24 調(diào)試故障及原因分析 ................................................ 24 6 結(jié)論與展望 ........................................................... 26 結(jié)論 .............................................................. 26 展望 .............................................................. 26 致 謝 ................................................................. 27 參考文獻(xiàn) ............................................................... 28 附 錄 .................................................................. 29 1 緒 言 1 1 緒 言 課題 背景 自行車被發(fā)明及使用到現(xiàn)在已有兩百多年的歷史，這兩百年間人類在不斷的嘗試與研發(fā)過程中，將玩具式的木馬車轉(zhuǎn)換到今日各式新穎休閑運(yùn)動(dòng)自行車，自行車發(fā)展的目的也從最早的交通代步的工具轉(zhuǎn)換成休閑娛樂運(yùn)動(dòng)的用途。文章詳細(xì)介紹了自行車的速度里程表的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)。以 AT89C52 單片機(jī)為核心， A44E 霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自行車?yán)锍?/速度的測(cè)量統(tǒng)計(jì)，采用 24C02 實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)掉電的時(shí)候保存里程信息，并能將自行車的里程數(shù)及速度用 LED 實(shí)時(shí)顯示。 Single chip microputer。 本文首先扼要對(duì)該課題的任務(wù)進(jìn)行方案論證，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)行了系統(tǒng)的總結(jié) 。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。 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。 使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡(jiǎn)單，只要在轉(zhuǎn)軸的齒輪盤上粘上一粒磁鋼，霍爾元件固定在前叉上，當(dāng)車子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)霍爾元件靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。在設(shè)計(jì)中選用的是 AT89C52 單片機(jī)。 圖 軟件總體流程圖 初始化 =1? 計(jì)算里程 顯示里程 計(jì)算速度 顯示速度 N 開始 3 自行車的速度里程表硬件電路設(shè)計(jì) 5 3 自行車的速度里程表硬件電路設(shè)計(jì) 概述 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)。 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。在置于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體通入電流 I，若電流垂直磁場(chǎng) B，則在與磁場(chǎng)和電流都垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差 Uh，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到釋放點(diǎn)時(shí)，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(guān) 。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。其特點(diǎn)是傳輸速度快，效率高；但傳送多少位就需要多少根傳輸線，因此傳送成本高，適合動(dòng)態(tài)顯示 。 ALE：地址鎖存控制信號(hào)。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE控制 CPU 是否響應(yīng)中斷請(qǐng)求； 由 中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP 安排各優(yōu)中斷源的優(yōu)先級(jí)；同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)各終端同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。 CPU 對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器 IE控制的。單片機(jī)復(fù)位時(shí)， IP 各位清 0，各中斷源同為低優(yōu)先級(jí)中斷。 /CT：定時(shí) /計(jì)數(shù)模式選擇位。 CPU 響應(yīng)中斷后 TF1 由硬件自動(dòng)清零。 TR0（ ）：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 運(yùn)行控制位。 圖 24C02 管腳圖 SCL 串行時(shí)鐘： AT24C02 串行時(shí)鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘 。由于其狀態(tài)的更新發(fā)生在 CP 脈 沖的邊沿故又稱之為上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器， D 觸發(fā)器的狀態(tài)只取決于時(shí)針到來前 D 端的狀態(tài)。所以在單片機(jī)輸出口先接入驅(qū)動(dòng)芯片 74LS244，增大電流，使 LED能夠正常工作。 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的 0000H 地址單元開始執(zhí)行程序。復(fù)位后， P0 到 P3 并行 I/O口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有 SBUF 寄存器狀態(tài)不確定。如圖 所示。 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)即時(shí)速度超過預(yù)定值是蜂鳴器響，指示燈閃爍，提示應(yīng)該減速。 基于霍爾傳感器自行車的速度里程表的軟件設(shè)計(jì)包括上電初始化程序、中斷子程序、速度調(diào) 用子程序、里程調(diào)用子程序、 LED 顯示子程序、延時(shí)子程序等幾大部分。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。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)，即表明定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)值已滿，這時(shí)就以計(jì)數(shù)溢出信號(hào)作為中斷請(qǐng)求，去置位一個(gè)溢出標(biāo)志，作為單片機(jī)接受中斷請(qǐng)求的標(biāo)志。每次計(jì)數(shù)一次后，對(duì)里程數(shù)據(jù)進(jìn)行一次存儲(chǔ)操作?？梢圆捎梅謺r(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的 COM 端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。直到通 過電器規(guī)則檢查為止。軟件采用匯編語言編寫，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，程序可讀性強(qiáng)。這就意味著所有的器件功能比較強(qiáng)大、 穩(wěn)定。 還要感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和關(guān)懷。 本次設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單、低成本，而且能夠滿足人們對(duì)高性能、多功能自行車的要求，可在很多里程 /速度測(cè)量場(chǎng)合使用，具有廣泛的應(yīng)用前景。 通過 仿真 證明本次設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)的要求，能實(shí)現(xiàn)對(duì)里程、速度的顯示，功能性較強(qiáng)，具有一定的實(shí)踐意義，將會(huì)在許多場(chǎng)合應(yīng)用。 P0 口顯示高阻態(tài) 正常情況下 P0 口輸出應(yīng)為高（紅色）低（藍(lán)色）互換，但在實(shí)際情況下 P0 口出現(xiàn)了高阻態(tài)（灰色），經(jīng)翻閱資料查得 P0 口做 I/O 口是應(yīng)接上拉電阻。 PROTEUS 可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和 PCB 設(shè)計(jì)等全部功能。當(dāng)標(biāo)志位（ 00H）為 1時(shí)，計(jì)數(shù)溢出，放入最大時(shí)間值（為 0FFH）；當(dāng)標(biāo)志位為 0 時(shí)，將計(jì)數(shù)單元（ TLTH 6CH、 6DH）的值放入 68H～ 6BH 單元。本設(shè)計(jì)采用定時(shí)中斷，對(duì)自行車的里程和速度進(jìn)行計(jì)數(shù)。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。然后主程序?qū)⒏鶕?jù)各標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，分別完成啟動(dòng)、清除、計(jì)程和計(jì)速等不同的操作。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。 CPU 向字段輸出口送出字型碼時(shí)，所有顯示器接收到相同的字型碼，但究竟是哪個(gè)顯示器亮，則取決于 COM 端。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽 命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。 本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的電路，如圖 所示，是常用復(fù)位電路之一。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器的高低、振蕩器的穩(wěn) 定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。分頻前后對(duì)比圖如圖 所示。 3 自行車的速度里程表硬件電路設(shè)計(jì) 13 本次設(shè)計(jì)采用的 24C02 是為了防止掉電時(shí)里 程數(shù)據(jù)的丟失，由于 24C02 的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，采用串口的方式傳輸數(shù)據(jù)，所以只用兩根線 SCL 和 SDA 與單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。 AT24C02 支持 I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議。 TR1（ ）定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 運(yùn)行控制位。 12 本次設(shè)計(jì) TMOD 為 90H，即選通定時(shí) /計(jì)數(shù)器 定時(shí)功能、工作方式 1。 TMOD 用于設(shè)置其工作方式； TCON 用于控制其啟動(dòng)和中斷請(qǐng)求。 EX0（ ）外部 0INT 中斷允許位； ET0（ ）定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 中斷允許位； EX1（ ）外部 1INT 中斷允許位； ET1（ ）定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 中斷允許位； ES（ ）串行口中斷允許位； EA（ ） CPU 中斷允許位。只要在 0INT 和 1INT 引腳上出現(xiàn)有效低