【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 沖。經(jīng) 74LS74二分頻后的信號(hào)輸入到 1INT ，內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器測(cè)得每轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間，通過(guò)計(jì)算即可得里程值和即時(shí)速度。 74LS244 芯片的介紹 本次設(shè)計(jì)中的采用驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的芯片為 74LS244， 74LS244 為三態(tài)輸出的八位緩沖器和線驅(qū)動(dòng)器，若單片機(jī)輸出口直接接顯示部分電路，則電流太小，會(huì)導(dǎo)致顯示部分不能正常工作。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。其邏輯圖如圖 所示，可以看出 74LS244 由 2 組組成、每組由四路輸入、輸出構(gòu)成。每組有一個(gè)控制端高或低電平?jīng)Q定該組數(shù)據(jù)被接通還是斷開(kāi)。 圖 74LS244 邏輯圖 t t 0 0 v v 霍爾輸出圈脈 沖 二分頻后的波形 4 電動(dòng)自行車 的速度里程表軟件程序設(shè)計(jì) 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。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。 AT89C52 片內(nèi)由一個(gè)反相放大器構(gòu)成振蕩器，可以由它產(chǎn)生時(shí)鐘。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)采用前者。 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。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。單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘方式的振蕩電路如圖 所示。 圖 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。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)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。而外接晶體的振蕩頻率的大小，主要取決于單片機(jī)的工作頻率范圍，每一種單片機(jī)都有自己的最大工作頻率，外接的晶體振蕩頻率不大于單片機(jī)的最大工作頻率即可。此外，如果單片機(jī)有串行通信，則應(yīng)該選擇振蕩頻率除以串行通信頻率可以除盡的晶體。本設(shè)計(jì)晶振采用 12MHz，則計(jì)數(shù)周期為 6 1 11 2 1 0 1 1 2T Hz???? μ（ ）S 復(fù)位電路 的設(shè)計(jì) AT89C52 單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳 RET 為 AT89C52 提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開(kāi)始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的 0000H 地址單元開(kāi)始執(zhí)行程序。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。只要 RET 保持高電平，則 89C52 循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng) RET 由高電平變成低電平以后， 89C52 才從 0000H 地址開(kāi)始執(zhí)行程序。 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。單片機(jī)復(fù)位通過(guò)按動(dòng)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動(dòng) 復(fù)位。上電時(shí)，剛接通電源，電容 C相當(dāng)于瞬間短路， +5V立即加到 RET/VPD 端，該高電平使 89C52 全機(jī)自動(dòng)復(fù)位，這就是上電復(fù)位；若運(yùn)行過(guò)程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動(dòng)按鈕即可。按下按鈕，則直接把 +5V 加到了 RET/VPD 端從而復(fù)位稱為手動(dòng)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。 圖 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 端保持 10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。 顯示電路的設(shè) 計(jì) 本設(shè)計(jì)中采用 LED 數(shù)碼管顯示。在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用 LED 數(shù)碼顯示器來(lái)顯示各種數(shù)字或符號(hào)。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。八段 LED 顯示器由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成。其中 7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型 “8”的各個(gè)筆畫(huà)段，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為 dp 發(fā)光二極管。 LED 顯示器有兩種不同的形式：一種是發(fā)光二極管的陽(yáng)極都連在一起的，稱之為共陽(yáng)極 LED 顯示器；另一種是發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED 顯示器。如圖 所示。本次設(shè)計(jì)采用共陰極接法。 LED 顯示方式有動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯 示兩種方式。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。 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。也就是說(shuō)我們可以采用分時(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。在輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約 1ms），由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足 夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。 4 電動(dòng)自行車 的速度里程表軟件程序設(shè)計(jì) 圖 七 (八 )段 LED 顯示器 本設(shè)計(jì) 、 、 、 信號(hào)一起組成位選通的位選信號(hào)， ～ 信號(hào)一起組成段碼選通的段選信號(hào)，通過(guò)軟件編程，先把所要顯示的數(shù)據(jù)放入存儲(chǔ)單元，然后把數(shù)據(jù)送入段選通對(duì)應(yīng)的地址，再選通某一個(gè) LED，逐步完成四個(gè) LED 的顯示。 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(guò)預(yù)定值是蜂鳴器響，指示燈閃爍，提示應(yīng)該減速。報(bào)警電路圖如圖 所示。 圖 報(bào)警 電路圖 4 電動(dòng)自行車 的速度里程表軟件程序設(shè)計(jì) 概述 在硬件設(shè)計(jì)完畢之后，接下來(lái)就是設(shè)計(jì)中最核心和最為主要的軟件部分設(shè)計(jì)。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(guò)程。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(xiě)的過(guò)程。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。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，就可以根據(jù)功能設(shè)置找出問(wèn)題的根源，從而更快地解決問(wèn)題。所以說(shuō)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，軟件設(shè)計(jì)必須與硬件設(shè)計(jì)緊密地 結(jié)合在一起。 基于霍爾傳感器 電動(dòng)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。由于要實(shí)現(xiàn)很多功能，所以采用模塊化設(shè)計(jì)，下面就其主要部分分別加以分析。 電動(dòng)自行車 的速度里程表總體程序設(shè)計(jì) 在主程序模塊中，需要完成對(duì)各接口芯片的初始化、 電動(dòng)自行車 里程和速度的初始化、中斷向量的設(shè)計(jì)以及開(kāi)中斷、循環(huán)等待等工作。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。然后主程序 將根據(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。 和 口分別用于顯示里程狀態(tài)和速度狀態(tài)。 、 、 和 口分別用于設(shè)置輪圈的大小，低電平有效。 是用于里程和速度切換的，低電平為顯示速度，高電平為顯示里程。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。將根據(jù)里程寄存器中的內(nèi)容計(jì)算和判斷出行駛里程數(shù)。中斷 1 用于控制定時(shí)器 T1 的啟 /停，當(dāng)輸入為 0 時(shí)關(guān)閉定時(shí)器。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。這樣，每次定時(shí)器 T1 的開(kāi)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 電動(dòng)自行車 的速度。其程序流程如圖 所示。 4 電動(dòng)自行車 的速度里程表軟件程序設(shè)計(jì) 圖 主程序流程圖 開(kāi)始 初始化 =1? N =1? =1? =1? 出錯(cuò)提示 將車圈周長(zhǎng)調(diào)入 21H 開(kāi)中斷，啟動(dòng)定時(shí)器 =1? 調(diào)用里程處理子程序 調(diào)用速度處理子程序 N N N Y Y Y Y N Y 中斷子程序的設(shè)計(jì) 定時(shí)中斷是為滿足定時(shí)或計(jì)數(shù)的需要而設(shè)置的。在單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以對(duì)其中的計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。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。這種中斷請(qǐng)求是在單片機(jī)芯片內(nèi)部發(fā)生 的，因此無(wú)須在芯片上設(shè)置引入端。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON 是 8 位寄存器，地址為 88H，可以位尋址。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。本設(shè)計(jì)采用定時(shí)中斷，對(duì) 電動(dòng)自行車 的里程和速度進(jìn)行計(jì)數(shù)。中斷子程序流程圖如圖 所示。 圖 中斷子程序流程圖 數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì) 1. 里程計(jì)算子程序 關(guān)中斷 開(kāi)始 現(xiàn)場(chǎng)保護(hù) 開(kāi)中斷 中斷處理 關(guān)中斷 現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù) 開(kāi)中斷 中斷返回 4 電動(dòng)自行車 的速度里程表軟件程序設(shè)計(jì) 外中斷 0 服務(wù)程序用于對(duì)單片機(jī) 口輸入的圈脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，為十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 60H 為低位， 62H 為高位。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 。當(dāng)車輪每轉(zhuǎn)一圈，通過(guò)霍爾元件將脈沖數(shù)輸入單片機(jī)內(nèi)，通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)出脈沖數(shù)，再用乘法子程序算出里程數(shù)。里程處理子程序流程圖如圖 所示。 圖 里程處理子程序流程圖 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)。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。定時(shí)器計(jì)出每轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間，用電動(dòng)自行車 車輪的周長(zhǎng)除以時(shí)間就得出 電動(dòng)自行車 的速度。 點(diǎn)亮里程指示燈 開(kāi)始 將車圈數(shù)轉(zhuǎn)換成里程 顯示里程值 返回 圖 速度處理子程序流程圖 顯示子程序的設(shè)計(jì) 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。 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?？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。在輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約1ms），由于人的視覺(jué)暫 留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。 本設(shè)計(jì) 、 、 、 信號(hào)一起組成位選通的位選信號(hào)， ～ 信號(hào)一起組成段碼選通的段選信號(hào)，通過(guò)軟件編程，先把所要顯示的數(shù)據(jù)放入存儲(chǔ)單元，然后把數(shù)據(jù)送入段選通對(duì)應(yīng)的地址，再選通某一個(gè) LED，逐步完成四個(gè) LED 的顯示。 開(kāi)始 開(kāi)速 度指示燈 計(jì)算速度 報(bào)警 顯示速度 N Y 是否超速？ 返回 4 電動(dòng)自行車 的速度里程表軟件程序設(shè)計(jì) 圖 顯示子程序流程圖 開(kāi)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 24 5 系 統(tǒng)調(diào)試與分析 1．程序的查錯(cuò)手段 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)均需借助對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)（或裝置）進(jìn)行在線仿真，對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的軟，硬件進(jìn)行全面地檢測(cè)與調(diào)試。各種開(kāi)發(fā)系統(tǒng)或裝置均提供以下查錯(cuò)手段。 （ 1）單步執(zhí)行 采用單步執(zhí)行操作可對(duì)應(yīng)用程序每步執(zhí)行一條指令，可逐條檢查這一段程序的執(zhí)行過(guò)程是否符合原設(shè)計(jì)要求?？芍苯硬槌鲥e(cuò)誤所在。宏單步可執(zhí)行一段程序，如一步就可執(zhí)行完整個(gè)循環(huán)程序段。 （ 2）斷點(diǎn)設(shè)置全速運(yùn)行 可在程序有疑慮的地方設(shè)置斷點(diǎn)，從設(shè)置的起始地址開(kāi)始，以全速或非全速方式向設(shè)定的斷點(diǎn)處運(yùn)行。如果這段程序無(wú)語(yǔ)法或邏輯 上的錯(cuò)誤，則連續(xù)運(yùn)行到設(shè)置的斷點(diǎn)處停止運(yùn)行，返回監(jiān)控狀態(tài)。如果有錯(cuò)誤，則在錯(cuò)誤處停止運(yùn)行，如果進(jìn)入死循環(huán)或者程序跑飛，就會(huì)永不停止運(yùn)行。全速斷點(diǎn)運(yùn)行為檢查實(shí)時(shí)性及中斷響應(yīng)處理等提供了方便。 （ 3）顯示器窗口檢查 （ 4）實(shí)時(shí)跟蹤記錄 除上述之外，還有以下功能： ? 符號(hào)化調(diào)試。 在原程序中一般均以符號(hào)地址，標(biāo)號(hào)等出現(xiàn)，通過(guò)匯編自動(dòng)進(jìn)行變換和調(diào)整，偏移量等均可自動(dòng)換算和填入。 ? 程序的運(yùn)行。 ? 自動(dòng)生成目標(biāo)代碼和固化 ]4[ 。 2．源程序的檢測(cè) 在源程序進(jìn)行調(diào)試之前，硬件系統(tǒng)必須基 本正確，重點(diǎn)對(duì)源程序進(jìn)行檢測(cè)。 （ 1）對(duì)照程序流程圖，先對(duì)相對(duì)獨(dú)立的功能模塊，子程序，中斷服務(wù)程4 電動(dòng)自行車 的速度里程表軟件程序設(shè)計(jì) 序等進(jìn)行仔細(xì)地檢查，然后對(duì)整個(gè)主程序按其功能劃分成若干程序段進(jìn)行分段檢查，逐步擴(kuò)大到整個(gè)程序系統(tǒng)。 檢查時(shí)重點(diǎn)檢查程序的邏輯功能，結(jié)構(gòu)和算法，有關(guān)參量和初始值是否完善，正確，關(guān)鍵性指令的選擇是否合理，特別是借助開(kāi)發(fā)系統(tǒng)也較難調(diào)試正確的隱患，只有通過(guò)細(xì)心的檢查加以排除。 （ 2）硬件系統(tǒng)檢查。 硬件系統(tǒng)必須排除電源短路和碰線故障，然后空板（沒(méi)有插上芯片等器件）進(jìn)行上電檢