【文章內(nèi)容簡介】 有LED顯示模塊和LCD顯示模塊兩大類。方案一：發(fā)光二極管LED顯示模塊通常用來顯示數(shù)字和狀態(tài)。發(fā)光二極管根據(jù)制造材料的不同，可分為紅、黃、紫等各種單色光，發(fā)光二極管可以有很多形式，應(yīng)用最多的是七段發(fā)光二極管顯示模塊。由于它通常需要幾個到幾十個毫安的驅(qū)動電流才能發(fā)光，因此，每個顯示模塊必須用一個七位的驅(qū)動器才能正常工作。此外，由于顯示的數(shù)字為BCD碼，而七段數(shù)碼管的顯示模塊為七段代碼，所以在顯示之前把BCD碼轉(zhuǎn)換成七段代碼。 方案一：LCD顯示模塊 LCD顯示模塊件是一種新型的、被動的顯示模塊，它與其他顯示模塊件相比較，有體積小、低壓微功耗、適合戶外使用、顯示信息大和無電磁輻射等優(yōu)點。LCD本身不發(fā)光，只調(diào)節(jié)光的亮度。目前市場出售的LCD都是根據(jù)液晶的扭曲向列效應(yīng)原理制成的。這是一種電場效應(yīng)。常用的液晶顯示模塊主要有段型和點陣式兩大類。因此，本文采用LCD液晶顯示器模塊，既可以省電，也方便外出攜帶。 通過比較，針對本次設(shè)計的實際性能要求，方案二為本次設(shè)計最佳選擇，即采用LCD顯示模塊。 測速裝置方案的比較與確定本次設(shè)計任務(wù)，系統(tǒng)核心設(shè)計在于要求對機動車行駛里程的統(tǒng)計和速度的計算，測速裝置在機車控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位，對測速裝置的要求是分辨能力強、高精度和盡可能短的檢測時間，所以重點在于測速裝置的方案設(shè)計。發(fā)電機轉(zhuǎn)速的檢測方案可分成兩類：用測速發(fā)電機檢測或用脈沖發(fā)生器檢測。測速發(fā)電機的工作原理是將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，它運行可靠，但體積大，精度低，且由于測量值是模擬量，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后讀入計算機。脈沖發(fā)生器的工作原理是按發(fā)電機轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)動時發(fā)出相應(yīng)數(shù)目的脈沖信號。本設(shè)計按要求選擇設(shè)計脈沖發(fā)生器，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能檢測。在此，提出三種方案，并作比較。 方案一：用干簧管實現(xiàn)里程計數(shù)。 所需器件：干簧管、永久磁鐵、家用電子計算器、漆包線。原理 ：干簧管英文名為Reed Switches，又稱磁簧開關(guān)或舌簧開關(guān)及磁控管，是一種磁敏的器件，無需外部電源供電。它的兩個觸點由特殊材料制成，被封裝在真空的玻璃管里。只要用磁鐵接近它，干簧管兩個節(jié)點就會吸合在一起，使電路導通。常作為磁接近開關(guān)或繼電器使用。它比一般機械開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、速度高、工作壽命長；而與電子開關(guān)相比，它又有工作可靠性高、抗負載、沖擊能力強的特點，因此可作為傳感器使用，用于計數(shù)，限位等等。在本方案中，干簧管作為數(shù)據(jù)輸入裝置。具體步驟：把一塊永久磁鐵固定在電動車車輪邊沿某一位置。在車輪旁的車架上，某一固定位置固定一個干簧管。用漆包線把單簧管的兩個引腳接出來，分別接到家用計算器的“=”號鍵下面電路板的兩個引腳上。電路接通后為驗證電路是否正常工作，在計算器中輸入1+1，此時，讓車輪轉(zhuǎn)動一圈，如果計數(shù)器顯示結(jié)果為2，再轉(zhuǎn)一圈顯示結(jié)果為3，則可確定線路工作正常。在電動車行駛前，測量好車輪的周長，然后在計算器內(nèi)輸入0+1。這樣，磁鐵每次經(jīng)過干簧管，使干簧管吸合一次，所作的加法結(jié)果為車輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，經(jīng)處理便可知道里程及速度[11]。方案二：用紅外光電傳感器實現(xiàn)里程計數(shù)所需器件：自制鋁盤或碼盤，紅外光電傳感器，漆包線。原理 ：光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號[3]。使用直射式紅外光電傳感器當碼盤旋轉(zhuǎn)時,由于碼盤的遮擋, 傳感器將會輸出一個低電平，而當沒有物體擋在中間時則輸出為高電平，信號處理電路將此變化的光信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，一個脈沖信號即表示車輪轉(zhuǎn)過一個過孔。使用反射式紅外光電傳感器時，不同的反射面產(chǎn)生脈沖信號進行計數(shù)。紅外光電轉(zhuǎn)速測量裝置,系統(tǒng)的硬件電路簡單,測量轉(zhuǎn)速范圍較寬，且具有較高的測量精度,對于低轉(zhuǎn)速的測量也有相當高的精度，可用于各行業(yè)轉(zhuǎn)速的非接觸式檢測和控制中。具體步驟：在自行車后輪的軸處保持著與輪子旋轉(zhuǎn)切面平行的方向延伸附加一個鋁盤，在這個鋁盤的邊沿處挖出若干個圓形過孔，把傳感器的檢測部分放在圓孔的圓心位置。每當鋁盤隨著后輪旋轉(zhuǎn)的時候，傳感器將向外輸出若干個脈沖。把這些脈沖通過一系列的波形整形成單片機可以識別的TTL電平，即可算出輪子即時的轉(zhuǎn)速。 脈沖發(fā)生源硬件結(jié)構(gòu)圖（左為正視圖，右為側(cè)視圖）方案三：用霍爾傳感器實現(xiàn)里程計數(shù)所需器件：磁鋼珠，霍爾傳感器，漆包線。原理 ：霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器，它具有靈敏度高，線性度好，穩(wěn)定性高、體積小和耐高溫等特點，在機車控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位。，在一塊半導體薄片上，其長度為l，寬度為b，厚度為d，當它被置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中，如果在它相對的兩邊通以控制電流I，且磁場方向與電流方向正交，則在半導體另外兩邊將產(chǎn)生一個大小與控制電流I和磁感應(yīng)強度B乘積成正比的電勢VH，即VH= kHIB，其中kH為霍爾元件的靈敏度。該電勢稱為霍爾電勢，半導體薄片就是霍爾元件[3]。 霍爾效應(yīng)現(xiàn)象這類元件可以分為兩大類，一類是線性元件，另一類是開關(guān)類元件。開關(guān)型霍爾傳感器內(nèi)部有5個部分，即由穩(wěn)壓源、霍爾電勢發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器以及輸出級組成?；魻栭_關(guān)集成電路中的信號放大器將霍爾元件產(chǎn)生的幅值隨磁場強度變化的霍爾電壓UH放大后再經(jīng)信號變換器、驅(qū)動器進行整形、放大后輸出幅值相等、頻率變化的方波信號。由于線性元件輸出的是線性變化的信號，需外加電路整形和電壓比較，故選用集成的開關(guān)式霍爾傳感器，[10]。 施密特觸發(fā)器對脈沖的整形具體步驟：把磁鋼安裝在內(nèi)輪鋼圈上，注意傳感器對磁鋼的極性靈敏度不同，應(yīng)使反應(yīng)靈敏的一面朝向傳感器。用尼龍扎帶固定霍爾傳感器感應(yīng)器安裝到車輪Y型夾叉上，感應(yīng)頭部份正對磁鋼，相距23毫米。這樣圓盤每轉(zhuǎn)一周，當磁鋼轉(zhuǎn)到正對著霍爾傳感器時，霍爾元件輸出低電平，其他時間輸出為高電平。把該脈沖作為外部中斷的信號源，啟動單片機定時器中斷。綜上所述，干簧管實現(xiàn)里程計數(shù)容易受到震動溫度潮濕度的等外界因素的影響，誤差較大；紅外光電對管需要附加碼盤形成測速裝置，增加硬件設(shè)備，并且紅外光電對管反應(yīng)時間長容易產(chǎn)生丟失脈沖的現(xiàn)象；故本設(shè)計采用霍爾傳感器作為測速裝置的核心芯片，針對實際情況設(shè)置輸出車輪的周長，更符合用戶對可操作性和實用性的要求。 最終方案的確定及系統(tǒng)框圖當里程鍵按下時，LCD切換顯示當前里程，與當速度鍵按下時，LCD切換顯示當前速度，若自行車超速，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，指示燈閃爍。要求達到的各項指標及實現(xiàn)方法如下：1. 利用霍爾傳感器產(chǎn)生里程數(shù)的脈沖信號。2. 對脈沖信號進行計數(shù)。 實現(xiàn)：利用單片機自帶的計數(shù)器T1對霍爾傳感器脈沖信號進行計數(shù)。3. 對數(shù)據(jù)進行處理，要求用LCD顯示里程總數(shù)和即時速度。實現(xiàn)：利用軟件編程，對數(shù)據(jù)進行處理得到需要的數(shù)值。最終實現(xiàn)目標：電動車的速度里程表具有里程、速度測試與顯示功能，采用單片機作控制，顯示電路可顯示里程及速度。在設(shè)計中選用的是AT89S52單片機。聲光報警電路AT89S52電源電路鍵盤電路霍爾傳感器時鐘電路脈沖信號AT24C02儲存電路復位電路PCD8544顯示電路 硬件系統(tǒng)框圖第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機主控模塊[1] 主控芯片的介紹—AT89S52芯片AT89S52單片機是一種低功耗高性能的CMOS 8位微控制器，內(nèi)置8KB可在線編程閃存。該器件采用Atmel公司的高密度非失易性存儲技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標準的80C51指令集兼容。片內(nèi)程序存儲器允許重復在線編程，允許程序存儲器在系統(tǒng)內(nèi)通過SPI串行口改寫或用通用的非失易性存儲器改寫。AT89S52有以下主要性能：l 與MCS51單片機產(chǎn)品兼容 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器l 全靜態(tài)操作：0Hz~33Hz 1000次擦寫周期l 三級加密程序存儲器 32個可編程I/O口線l 三個16位定時器/計數(shù)器 8個中斷源l 全雙工UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式l 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時器l 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標識符8K字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，3個16位定時/計數(shù)器，一個6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器以及時鐘電路。同時，AT89S52可降至0 Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有工作直到下一個硬件復位。，其功能如下： AT89S52引腳圖各引腳功能簡介VCC：電源電壓GND：接地P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對PO端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用，在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口也用來接受指令字節(jié)，在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，此時需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，（）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（）,具體如下表所示；在Flash編程 和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。 P1口引腳復用功能引腳號復用功能T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）MOSI（在系統(tǒng)編程用）MISO（在系統(tǒng)編程用）SCK （在系統(tǒng)編程用）P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。此時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口實用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在Flash編程和校驗時，P2口也接受高八位地址字節(jié)和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。此時被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。P3口亦可作為AT89S52特殊功能使用，；在Flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。 P3口引腳特殊功能引腳號特殊功能RXD (串行輸入)TXD（串行輸出）外部中斷0外部中斷1TO（定時器0外部輸入）T1（定時器1外部輸入）外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 主控電路的設(shè)計RST：復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8E11）上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。 如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置 “1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 PSEN：外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。 當AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。 EA/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。 為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。 在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。 XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。本設(shè)計中AT89S52無內(nèi)部時鐘，需外接外部晶振，由芯片119腳接入。其余的I/O做簡單的輸入輸出口使用，用于連接按鍵、蜂鳴器、顯示器等。 AT89S52芯片引腳分配情況表引腳序號引腳分配情況備注18LCD數(shù)據(jù)并行總線供陽數(shù)碼管9復位引腳 高電平有效本設(shè)計采用按鍵復位12霍爾傳感器117存儲器經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后連接PC機119外部時鐘輸入晶振采用12MHz40GND、VCC該單片機電壓此處接5V22報警器控制位低電平工作24285鍵獨立鍵盤與中斷按鈕3739LCD功能控制引腳其它懸空 測速模塊 霍爾傳感器原理的介紹 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)制成的一種磁敏傳