【正文】 單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì) .................................................................... 24 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) .......................................................................... 24 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) .......................................................................... 26 顯示電路的設(shè)計(jì) .......................................................................... 27 本章小結(jié) ......................................................................................... 29 IV 第四章 軟件程序設(shè)計(jì) ..................................................................................30 總體論述 ......................................................................................... 30 總體程序設(shè)計(jì) .................................................................................. 30 中 斷子程序的設(shè)計(jì) ........................................................................... 33 數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì) .................................................................... 34 顯示子程序的設(shè)計(jì) ........................................................................... 35 第五章 系統(tǒng)調(diào)試與分析 ...............................................................................38 系統(tǒng)仿真調(diào)試 .................................................................................. 38 調(diào)試故障及原因分析 ........................................................................ 39 設(shè)計(jì)總結(jié) ......................................................................................... 41 改進(jìn)與創(chuàng)新 ...................................................................................... 41 致 謝 .........................................................................................................43 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................44 附 錄 ...........................................................................................................46 1 第一章 緒 論 課題 簡(jiǎn)介 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。 CMOS 雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 CHMOS 則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些 特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。而 Microchip 公司的 PIC精簡(jiǎn)指令集 (RISC)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國(guó)臺(tái)灣的 HOLTEK公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其低價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)一定的市場(chǎng)分額。里程及速度的測(cè)量，是經(jīng)過 MCS51 的定時(shí) /計(jì)數(shù)器測(cè)出總的脈沖數(shù)和每轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，再經(jīng)過單片機(jī)的計(jì)算得出，其結(jié)果通過 LED 顯示器顯示出來。 2. 對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。每當(dāng)鋁盤隨著后輪旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，傳感器將向外輸出若干個(gè)脈沖。由于放大器的放大功能 降低了對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要 6 求，因此，系統(tǒng)能對(duì)任意大于 的正弦波和脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。 硬件方案設(shè)計(jì) 測(cè)速，首先要解決是采樣的問題。如果在齒輪盤上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。 圖 22 系統(tǒng)的原理框圖 軟件方案設(shè)計(jì) 通過軟件控制單片機(jī)的功能是單片機(jī)的主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，程序的設(shè)計(jì)要考慮合理性和可讀性 ， 遵循模塊化設(shè)計(jì)的原則，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。 傳感器是獲取自然或生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的關(guān)鍵器件，是現(xiàn)代信息系統(tǒng)和各種設(shè)備不可缺少的信息采集工具。霍爾線 性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無 11 磨損、輸出波形清晰、無抖動(dòng)、無回跳、位置重復(fù)精度高。利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件。這樣兩次電壓變換，使霍爾開關(guān)完成了一次開關(guān)動(dòng)作。 圖 34 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 （ CPU） 中央處理器是單片機(jī)最 核心的部分，主要完成運(yùn)算和控制 能。 單片機(jī)的引腳功能介紹 AT89C52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8K Bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ EPROM）和 256字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度 、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，AT89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控 制場(chǎng)合應(yīng)用。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)， ALE 用于控制把 P0 口輸出的低 8位地址鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的 分時(shí)傳送 。 XTALl 和 XTAL2：外接晶體引線端。 采用的外部中斷方式包括外部中斷 0和外部中斷 1，它們的中斷請(qǐng)求信號(hào)分別由單片機(jī)引腳 0INT / 和 1INT / 輸入 。 IE 的狀態(tài)可通過程序由軟件設(shè)定，某位設(shè)定為 1，相應(yīng)的中斷源中斷允許；某位設(shè)定為 0，相應(yīng)的中斷源中斷屏蔽。 IP 寄存器各位的定義如下。 /CT=0 為定時(shí)模式； /CT =1 為計(jì)數(shù)模式。 T1 工作時(shí)， CPU 可隨時(shí)查詢 TF 的狀態(tài) 。 其他 元 器件的 選擇 存儲(chǔ)器的 選擇 AT24C02 是一個(gè) 2K 位串行 CMOSE2PROM。 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址： CAT24WC02 雙向串行數(shù)據(jù) /地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收 ， 是一個(gè)開漏輸出管腳可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進(jìn)行線或（ wireOR）。引腳圖如圖 37所示。其邏輯圖如圖 39所示，可以看出 74LS244 由 2組組成、每組由四路輸入、輸出構(gòu)成。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。在 89C52 的時(shí)鐘電路工作后，只要在 RET 引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。 圖 311 按鍵復(fù)位電路 工作原理： 通 電瞬間， RC 電路充電， RST 引腳出現(xiàn)高電平，只要 RST 27 端保持 10ms 以上高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。本次設(shè)計(jì)采用共陰極接法。報(bào)警電路圖如圖 313 所示。驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管采用了 74LS244 這款芯片，他是一個(gè)三態(tài)輸出的八位緩沖器和線驅(qū)動(dòng)器，接入它可以增大電流，使 LED 能夠正常穩(wěn)定工作。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)）的過程。另外，在主 程序模塊中還需要設(shè)置啟動(dòng) /清除標(biāo)志寄存器、里程寄存器、速度寄存器，并對(duì)它們進(jìn)行初始化。此控制信號(hào)是將輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)經(jīng)二分頻后形成。其高 4 位用于定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷控制，低 4 位借給外部中斷，用做中斷標(biāo)志和觸發(fā)方式選擇位。 外中斷 1 服務(wù)程序用于處理輪子轉(zhuǎn)動(dòng)一圈后的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)。 37 圖 45 顯示子程序流程圖 開始 顯示單元首址 取顯示數(shù)據(jù) 送段碼到 P0 口 取段碼表首址 調(diào)用延時(shí) 送位選到 P2 口 4 位顯示結(jié)束 返回 Y N 修改顯示單元地址 求下一位位選碼 38 第五章 系統(tǒng)調(diào)試與分析 系統(tǒng) 仿真調(diào)試 PROTEUS系統(tǒng)仿真平臺(tái)與開發(fā)平臺(tái)是由英國(guó) Labcenter公司開發(fā)的，是目前世界上最完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái) 之一 。 39 調(diào)試故障及原因分析 在軟件仿真過程中遇到了 一些 問題，具體故障和解決方法如下： 數(shù)碼管不顯示 本次設(shè)計(jì)的電路數(shù)碼管采用共陰極接法，在仿真時(shí)錯(cuò)用共陽(yáng)極數(shù)碼管，導(dǎo)致數(shù)碼管不顯示。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)， 小磁片滑過霍爾元件時(shí)，霍爾元件輸出一脈沖，可根據(jù)車輪周長(zhǎng)計(jì)算里程，選擇不同的車輪周長(zhǎng)，里程數(shù)的變化有所不同；當(dāng)按下開關(guān)，顯示速度時(shí)， LED會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同顯示不同的數(shù)字，當(dāng)速度超過一定速度時(shí)，將啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，可讀性強(qiáng)，方便二次開發(fā)。也要感謝我的同學(xué)們，在我遇到困難時(shí)主動(dòng)幫我解決，使我很快地攻克了一個(gè)又一個(gè)難關(guān)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，但是它卻給我留下了美好的回憶，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中加深了師生的感 情和同學(xué)之間的友誼，覺得每一天都是那么的充實(shí)和愉快。 設(shè)計(jì) 中 還有許多可以改進(jìn)和創(chuàng)新的地方 ，比如 自動(dòng)開 關(guān)機(jī) 功能， 車輛不運(yùn)行時(shí) 300 秒后自動(dòng)關(guān)機(jī) ,當(dāng)車動(dòng)或按任一鍵即可恢復(fù)到開機(jī)前的模式，并記憶開機(jī)前的各項(xiàng)數(shù)值 。但也有一些不足存在，當(dāng)顯示速度時(shí)，若自行車轉(zhuǎn)動(dòng)太快，顯示器會(huì)顯示過快，應(yīng)該將速度定時(shí)顯示，使人們能夠清楚地看出速度。在加上上拉電阻后， P0 口輸出正常。 PROTEUS 軟件能夠?qū)Ω鞣N處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真、調(diào)試與測(cè)試的 EDA 工具，真正實(shí)現(xiàn)了在沒有目標(biāo)原形時(shí)就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試與驗(yàn)證。點(diǎn)亮里程指示燈 開始 將車圈數(shù)轉(zhuǎn)換成里程 顯示里程值 返回 35 定時(shí)器計(jì)出每轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間，用自行 車車輪的周長(zhǎng)除以時(shí)間就得出自行車的速度。中斷子程序流 程圖如圖 42 所示。其程序流程如圖 41所示。 31 和 口分別用于顯示里程狀態(tài)和速度狀態(tài)。這樣的設(shè)計(jì)方法，使得系統(tǒng)的整個(gè)功能和各部分的功能趨于明朗 化。 復(fù)位電路是按鍵觸發(fā)方式，是最常見的方式之一。硬件部分包括信號(hào)的捕捉，信號(hào)的放大，信號(hào)的整形等。本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示接口電路，動(dòng)態(tài)顯示接口電路是把所有顯示器的 8 個(gè)筆劃段 ah同名端連在一起，而每一個(gè)顯示器的公共極 COM 各自獨(dú)立地受 I/O 線控制。在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用 LED 數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)字或符號(hào)。只有當(dāng) RET 由高電平變成低電平以后，89C52 才從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。 圖 310 單片機(jī)片內(nèi)振蕩電路 電路中的電容 C1 和 C2 常選擇為 30P 左右。 圖 39 74LS244 邏輯圖 單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。當(dāng)車輪每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平脈沖，通過 74LS74 進(jìn)行二分頻后，定時(shí)器 T1 的開啟時(shí)間為車輪轉(zhuǎn) 1 圈的時(shí)間，這樣就可以算出自行車的速度。當(dāng) WP 管腳連接到 Vss 或懸空，允許器件進(jìn)行正常的讀 /寫操作。 AT24C02 有一個(gè)1