【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 信息顯示器件了。在本次設(shè)計(jì)中， LCD 能夠滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)時(shí)顯示自行車速度和里程，而且使用方便，所以選 LCD1602 作為顯示模塊。 傳感器的選擇 （ 1）紅外光電傳感器 把紅外對(duì)管分別安裝在自行車車輪的兩側(cè)，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輻條會(huì)阻擋紅外對(duì)管的光路，接收管輸出低電平，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)可計(jì)算里程、速度等。紅外對(duì)管的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，缺點(diǎn)是安裝比較復(fù)雜和容易受外來(lái)光線、灰塵等的影西安工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 響 [6]。 （ 2）霍爾傳感器 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)把磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。把開(kāi)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(shí)候，傳感器輸出一個(gè)無(wú)抖動(dòng)的低電平，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)可計(jì)算里程、速度等 [7]。 （ 3）干簧管 干 簧管是一種磁敏的有觸點(diǎn)無(wú)源電子開(kāi)關(guān)元件，應(yīng)用在里程表上的原理與開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器類似，把干簧管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(shí)候，干簧管閉合，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)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(jiǎn)易，缺點(diǎn)是比較脆弱和不夠穩(wěn)定。 因?yàn)榛魻杺鞲衅骺梢院芎玫臋z測(cè)數(shù)據(jù)，方便與單片機(jī)通信，原理簡(jiǎn)單，操作方便，能夠滿足設(shè)計(jì)需求，因此選霍爾傳感器 [8]。 時(shí)鐘芯片的選擇 時(shí)鐘芯片種類繁多，有內(nèi)置晶振及充電電池的，也有外置晶振的。 DS1302是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片附加 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI 三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和 RAM 數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小與 31 天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá) ～ 。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電 方式，提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。經(jīng)分析采用 DS1302 時(shí)鐘芯片。 按鍵模塊的選擇 本設(shè)計(jì)共需要 4 個(gè)開(kāi)關(guān)式按鍵，用來(lái)設(shè)置極限速度和日期，實(shí) 現(xiàn)的功能比較簡(jiǎn)單，獨(dú)立式按鍵已經(jīng)可以很好的滿足要求，所以采用獨(dú)立式按鍵，若采用矩陣式鍵盤則會(huì)使設(shè)計(jì)更繁瑣。 西安工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)接線圖 基于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求中需要用到單片機(jī)最小系統(tǒng)，查閱相關(guān)資料后設(shè)計(jì)圖如圖 31 所示。 圖 31 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng) 如圖 31 所示為單片機(jī)最小系統(tǒng)，包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。 時(shí)鐘電路 單片機(jī)工作時(shí)，從取指令到譯碼再進(jìn)行微操作，必須在時(shí)鐘信號(hào)控制下才能有序地進(jìn)行，時(shí)鐘電路就是為單片機(jī)工作提供基本時(shí)鐘的。單片 機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通西安工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 常有兩種產(chǎn)生方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式則是在單片機(jī)XTAL1 和 XTAL2 引腳上跨接上一個(gè)晶振和兩個(gè)穩(wěn)頻電容，可以與單片機(jī)片內(nèi)的電路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振的取值范圍一般為 024MHz，常用的晶振頻率有 6MHz、 12 MHz、 MHz、 24 MHz 等，本設(shè)計(jì)采用 12 MHz，再外接 22pF 的瓷片電容對(duì)振蕩器進(jìn)行頻率微調(diào)，使振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率一致，同時(shí)起到穩(wěn)定頻率的作用；外部時(shí)鐘方式則是在單片機(jī) XTAL1 引腳上外接一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)源，它一般適用于多片 單片機(jī)同時(shí)工作的情況，使用同一時(shí)鐘信號(hào)可以保證單片機(jī)的工作同步 [9]。 復(fù)位電路 無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí)，還是運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障都需要復(fù)位。復(fù)位電路用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到一個(gè)確定的初始值，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。單片機(jī)的復(fù)位形式：上電復(fù)位、按鍵復(fù)位。上電復(fù)位電路中，利用電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在電源接通瞬間， RST 引腳上的電位是高電平（ Vcc），電源接通后對(duì)電容進(jìn)行快速充電，隨著充電的進(jìn)行， RST 引腳上的電位也會(huì)逐漸下降為低電平。只要保證 RST 引腳上高電平出現(xiàn)的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期 ，便可以實(shí)現(xiàn)正常復(fù)位；按鍵復(fù)位電路中，當(dāng)按鍵沒(méi)有按下時(shí)，電路同上電復(fù)位電路。如在單片機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，按下 RESET 鍵，已經(jīng)充好電的電容會(huì)快速通過(guò) 200Ω電阻的回路放電，從而使得 RST 引腳上的電位快速變?yōu)楦唠娖?，此高電平?huì)維持到按鍵釋放，從而滿足單片機(jī)復(fù)位的條件實(shí)現(xiàn)按鍵復(fù)位。本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的電路，如圖 31 所示，若運(yùn)行過(guò)程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按下按鍵即可。按下按鍵，可直接把 +5V 加到了 RET/VPD 端從而復(fù)位。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 [10]。 顯示模塊 本設(shè)計(jì)中需要對(duì)速度、里程進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，可以選用數(shù)碼管或 LCD 液晶顯示，因?yàn)橐壕э@示操作方便，滿足設(shè)計(jì)要求，我選用 LCD1602 進(jìn)行顯示。 液晶顯示電路 如圖 32 所示，液晶屏 LCD1602 的 1 腳 VSS 接地； 2 引腳 VDD 接電源為單西安工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 片機(jī)供電； 3 腳 VEE 為背光調(diào)節(jié)端，通過(guò)改變電位來(lái)調(diào)節(jié)，本系統(tǒng)采用 10K 的線性電位器，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)節(jié)液晶屏亮度； 4 引腳 RS 為寄存器選擇端，接單片機(jī) 口，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； 5 引腳RW 為讀寫信號(hào)線 ，接單片機(jī) 口，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作； 6 引腳 E 為使能端，接單片機(jī) 口，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令； 7～ 14 腳為 8 位雙向數(shù)據(jù)線，接單片機(jī) P0 口； 15 引腳為背光源正極； 16 引腳為背光源負(fù)極。 圖 32 液晶顯示電路 顯示器 LCD1602 的介紹 （ 1）液晶顯示原理 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣就可以顯示出圖形。液晶顯示器適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)，目前已經(jīng)被廣泛的運(yùn)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、 PDA 移動(dòng)通信工具等眾多的領(lǐng)域。 （ 2）液晶顯示各種圖形原理： ①線段的顯示 點(diǎn)陣圖形式液晶由 M N 個(gè)顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列對(duì)應(yīng) 1 字節(jié)的 8 位，即每行有 16 字節(jié)，共 16 8=128 個(gè)點(diǎn)西安工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 組成，屏上 64 16 個(gè)顯示單元與顯示 RAM 區(qū) 1024 字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 區(qū)的 000H—— 00FH 的 16 字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（ 000H） =FFH 時(shí)，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長(zhǎng)度為 8 個(gè)點(diǎn)；當(dāng)（ 3FFH） =FFH 時(shí)，屏幕的右下角 顯示一條短亮線；當(dāng)（ 000H） =FFH，（ 001H） =00H，（ 002H） =00H，??（ 00EH） =00H，（ 00FH）=00H 時(shí)，則在屏幕的頂部顯示一條由 8 段亮線和 8 條暗線組成的虛線。 ②字符的顯示 用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 6 8 或 8 8 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“ 1”，其它的為“ 0”，為“ 1”的點(diǎn)亮，為“ 0”的不亮。這樣一來(lái)就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來(lái)說(shuō)，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可以讓控制器工作在文本 方式，根據(jù)在 LCD 上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。 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，每個(gè)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(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對(duì)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(gè)字節(jié)，換行按列對(duì)齊，送第三個(gè)字節(jié)，直到 32B 顯示完 LCD 就可以得到一個(gè)完整的漢字。 3． LCD1602 指令集： 0x38 設(shè)置 16*2 顯示， 5*7 點(diǎn)陣， 8 位數(shù)據(jù)接口 0x01 清屏 0x0F 開(kāi)顯示，顯示光標(biāo)，光標(biāo)閃爍 0x08 只開(kāi)顯示 0x0e 開(kāi)顯示，顯示光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍 0x0c 開(kāi)顯示，不顯示光標(biāo) 0x06 地址加 1，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候光標(biāo)右移 0x02 地址計(jì)數(shù)器 AC=0。 光標(biāo)歸原點(diǎn)，但是 DDRAM 中斷內(nèi)容不變 西安工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 0x18 光標(biāo)和顯示一起向左移動(dòng) 傳感器模塊 由于需要檢測(cè)元件對(duì)自行車參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，然后對(duì)所檢測(cè)的信息進(jìn)行處理，從而顯示，基于此要求本設(shè)計(jì)選用 霍爾傳感器 A3144，如圖 33 所示，霍爾傳感器有 3 個(gè)引腳，從左到右分別為電源引腳，地引腳，輸出端，本設(shè)計(jì)中 1 腳接5V 電源為芯片供電； 2 腳接地； 3 腳接單片機(jī) 口，霍爾傳感器檢測(cè)到信號(hào)后經(jīng) 3 腳輸出脈沖給單片機(jī)。 圖 33 霍爾傳感器 霍爾傳感器工作原理 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)制成的一種磁敏傳感器。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)。利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件。因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測(cè)量線性范圍大、抗干擾能力強(qiáng)以及體積小、使用壽命長(zhǎng)等一系列特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于測(cè)量、自動(dòng)控制及信息處理等領(lǐng)域 。 圖 34 霍爾傳感器工作原理 西安工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 霍爾傳感器的特性 （ 1） 線性型霍爾傳感器的特性如圖 35 所示： 圖 35線性霍爾傳感器的特性 輸出電壓與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系，如圖 35 所示，可見(jiàn)，在 B1～ B2 的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍內(nèi)有較好的線性度，磁感應(yīng)強(qiáng)度超出此范圍時(shí)則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。 （ 2） 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的特性 如圖 36 所示，其中 BOP 為工作點(diǎn)“開(kāi)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度， BRP 為釋放點(diǎn)“關(guān)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 圖 36開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器特性 當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)動(dòng)作點(diǎn) Bop 時(shí)，傳感器輸出低電平，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度降到動(dòng)作點(diǎn) Bop 以下時(shí)，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點(diǎn) BRP 時(shí)，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖健?Bop 與 BRP 之間的滯后使開(kāi)關(guān)動(dòng)作更為可靠。 另外還有一種“鎖鍵型”（或稱“鎖存型”）開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器，其特性如 圖 37 所示 圖 37 鎖鍵型開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器 西安工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 測(cè)速方法 如圖 38 所示，在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，當(dāng)圓盤旋 轉(zhuǎn)一周時(shí)，霍爾傳感器就會(huì)輸出一個(gè)脈沖給單片機(jī)，傳感器每次獲取一個(gè)脈沖信號(hào)即對(duì)系統(tǒng)提供一次計(jì)數(shù)中斷。中斷數(shù) n 與輪圈的周長(zhǎng) L的乘積即為里程值。計(jì)數(shù)器 T1 計(jì)算每轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間，就可以計(jì)算出自行車的速度。 圖 38 模擬測(cè)速 時(shí)鐘模塊 基于自行車?yán)锍逃?jì)需要顯示日期、時(shí)間等參數(shù)，本設(shè)計(jì)選用了 DS1302 時(shí)鐘芯片，它和單片機(jī)工作后可以顯示日期、時(shí)間，也可以對(duì)日期和時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。 時(shí)鐘電路 圖 39 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘芯片電路設(shè)計(jì)圖如圖 39 所示， 1 引腳 Vcc2 接 5V 電源為芯片供電； 2西安工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 腳 X1 和 3 腳 X2 接晶振，為了使時(shí)鐘更加精確，選用 的晶振 ； 4 腳GND 接地； 5 腳 RST 為復(fù)位腳 ,通過(guò)把 RST 輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送； 6 腳為數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳； 7 腳 SCLK 時(shí)鐘輸入端； 8 腳 Vcc1 為后備電源管腳。 DS1302 與 STC89C52 的連接線有三條線： RST 引腳接單片機(jī) 口 ,單片機(jī)通過(guò) 口把 RST 輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送； SCLK 串行時(shí)鐘引腳接單片機(jī) 口、 I/O 串行數(shù)據(jù)引腳接單片機(jī) 口， Vcc2 作為備用電源， 3 引腳 外接晶振 X2。 時(shí)鐘芯片介紹 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，可以通過(guò)串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、星期、月、年的信息，每個(gè)月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過(guò) AM/PM 標(biāo)志位決定采用 24 或 12 小時(shí)時(shí)間格式。 DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需三根 I/O 線：復(fù)位（ RST）、 I/O 數(shù)據(jù)線、串行時(shí)鐘（ SCLK）。時(shí)鐘 /RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達(dá)31 字節(jié)的字符組方式通信。 DS1302 工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)，功耗小于 1mW。 DS1302 的工作原理 DS1302 工作時(shí)為了對(duì)任何數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化，需要將復(fù)位腳（ RST）置為高電平且將 8 位地址和命令信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在時(shí)鐘（ SCLK）的上升沿串行輸入，前