【導(dǎo)讀】戶對自行車?yán)锍趟俣扔?jì)的要求也越來越高，因此設(shè)計(jì)了自行車?yán)锍趟俣扔?jì)。本文主要研究了以單片機(jī)為基礎(chǔ)的自行車?yán)锍趟俣绕鞯脑O(shè)計(jì)。為主要控制芯片，運(yùn)用自行車車輪上的傳感器進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過一定時間間隔對信號的采集，大速度和平均速度顯示，具有超速報(bào)警。自行車?yán)锍趟俣扔?jì)的設(shè)計(jì)本著安全、方便、節(jié)能、人性化的原則進(jìn)行，可使現(xiàn)代生

　　

【正文】 過 1s 進(jìn)行一次監(jiān)測，從而得出速度，并計(jì)算出路程，再通過液晶 1602 顯示 按鍵掃描子程序 該鍵盤掃描引擎探測按鍵動作。當(dāng)處于可信模式時，通過可信內(nèi)部總線接口傳送對應(yīng)于按鍵動作的鍵碼。當(dāng)處于非可信模式時，通過一個接口傳送鍵碼以使板上鍵盤控制器對其進(jìn)行處理。 本設(shè)計(jì)中采用了按鍵來切換各種不同狀態(tài)，而系統(tǒng)需要時刻查詢按鍵信息，因此需要采用按鍵掃描來實(shí)時查詢按鍵情況，在該程序中單獨(dú)編寫了按鍵掃描子程序，在有按鍵信息時進(jìn)行程序調(diào)用 和跳轉(zhuǎn)，該按鍵掃描子程序中還嵌套了按鍵掃描程序以處理在各種情況下的狀態(tài)切換。 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 按鍵掃描子程序圖 LCD1602 程序 LCD1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的， 程序框架如下圖 ： 圖 LCD1602 程序圖 開始 延時 1ms 清顯示 延時 10ms 進(jìn)入模式設(shè)置 延時 40ms 顯示開關(guān)控制 功能設(shè)置 初使化結(jié)束 延時 1ms 開始 掃描是否有按鍵輸入 再次掃描按鍵 判斷兩次數(shù)據(jù)是否相同？ 按鍵是否釋放 輸出按鍵值 Y Y Y N N 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 32 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)硬件調(diào)試 常見的硬件故障 。 （ 1）邏輯錯誤： 樣機(jī)硬件的邏輯錯誤是由于設(shè)計(jì)錯誤或加工過程中的工藝性錯誤而造成的包括錯線 ,開路和短路等等，其中短路是最常見的故障。 （ 2）元器件失效： 元器件失效的原因有兩個方面 ,一是器件本身已經(jīng)損壞或性能不符合要求；二是由于組裝錯誤造成的元器件失效 ,如電解電容 ,二極管的極性錯誤或集成塊安裝方向錯誤等。 （ 3）性差： 若樣機(jī)中存在電源故障 ,則加電后將造成器件損壞。電源故障包括電壓值不符合設(shè)計(jì)要求，電源引出線和插座不對應(yīng) ,電源功率不足和負(fù)載能力差等 硬件 調(diào) 試 方法 脫機(jī)調(diào)試是在樣機(jī)加點(diǎn)之前 ,先用萬用表等工具 ,根據(jù)硬件電氣原理圖和裝配圖 ,仔細(xì)檢查樣機(jī)線路的正確性 ,并核對元器件型號 ,規(guī)格和安裝是否合要求。特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯誤 ,重點(diǎn)檢查系統(tǒng)的總線或其他信號線之間是否存在相互的短路。樣機(jī)所用的電源 ,事先必須單獨(dú)調(diào)試后才能加到系統(tǒng)中 ,在不插芯片的情況下 ,加電檢測各底座上引腳的電位 ,仔細(xì)測量各點(diǎn)電位是否正常 ,尤其應(yīng)注意單片機(jī)底座上的各點(diǎn)電位是否正常 接通 5v 電源，液晶顯示器會顯示速度為 0，當(dāng)磁鐵靠近霍爾元器件時，就會顯示速度的值，不停的靠近 霍爾傳感器，速度的值就會越來越大?？梢酝ㄟ^切換開關(guān)來查看此時的路程和半徑，最大速度和平均速度?？梢酝ㄟ^改變半徑改變路程與速度。 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 34 系統(tǒng)軟件調(diào)試 系統(tǒng)仿真調(diào)試 本文采用了 KEIL uVISION2 軟件對程序進(jìn)行編寫和調(diào)試。 KEIL uVISION2 是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的 MCS51 架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，同時還支持， PLM，匯編和 C 語言的程序設(shè)計(jì)，它的界面和常用的微軟 VC++的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大 的功能。 protel99 的介紹 早期的 PROTEL 主要作為印制板自動布線工具使用，運(yùn)行在 DOS 環(huán)境，對硬件的要求很低，在無硬盤 286 機(jī)的 1M 內(nèi)存下就能運(yùn)行，但它的功能也較少，只有電路原理圖繪制與印制板設(shè)計(jì)功能，其印制板自動布線的布通率也低，而現(xiàn)今的 PROTEL 已發(fā)展到DXP 20xx，是個龐大的 EDA 軟件，完全安裝有 200 多 M，它工作在 WINDOWS95 環(huán)境下，是個完整的板級全方位電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)（包含印制電路板自動布線 ）、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有 Client/Server（客戶 /服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如 ORCAD， PSPICE， EXCEL 等，其多層印制線路板的自動布線可實(shí)現(xiàn)高密度 PCB 的 100%布通率。在國內(nèi) PROTEL 軟件較易買到，有關(guān) PROTEL 軟件和使用說明的書也有很多，這為它的普及提供了基礎(chǔ) 系統(tǒng)調(diào)試方法 （ 1） 在 Keil 系統(tǒng)中，每做個獨(dú)立的程序，都視為工程（或者叫項(xiàng)目）。首先從菜 單的 “ 工程 ” 中 “ 新建工程 ” ，建立我們將要做的工程項(xiàng)目 。 新建的工程要起個與工程項(xiàng)目意義一致的名字，可以是中文名 。 （ 2） Keil 環(huán)境要求我們?yōu)? Test 工程選擇一個單片機(jī)型號；我們選擇 Atmel 公司的 89C51（雖然我們使用的是 89C52，但由于 89S51 與 89C51 內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)完全一樣，所以這里依然選擇 “89C51” ）。 “ 確定 ” 后工程項(xiàng)目就算建立了。 （ 3） 點(diǎn)擊 “ 文件 ” 中的 “ 新建 ” ，新建一個空白文檔；這個空白文檔就是讓我們編華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 寫單片機(jī)程序的場所。在這里你可以進(jìn)行編輯、修改等操作。 （ 4） 根據(jù)題意，在文檔中寫入 系統(tǒng)程序原 代碼 ， 寫 完后再檢查一下，并保存文件，保存文件時，其文件名最好與前面建立的工程名相同其擴(kuò)展名必須為 .c ！ “ 文件名 ” 中一定要寫全，如： ；保存后的文檔彩色語法會起作用，將關(guān)鍵字實(shí)行彩色顯示 。 （ 5） 保存了 c 文件后，還要將其添加到工程中。鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊 “Source Group 1” ，在彈出的菜單中選 “ 增加文件到組 Source Group 1” 在接下來出現(xiàn)的窗口中，選中剛才保存的 ，按 “Add” ，再按 “ 關(guān)閉 ” ，文件就添加到了工程中。 （ 6） 向工程添加了源文件后，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊 “TarGet 1” ，在彈出的菜單中選 “ 目標(biāo) Target 1 屬性 ” ， 在打開的話框中，選擇 “ 輸出 ” 選項(xiàng)卡，在這個選項(xiàng)卡中， “E 生成 HEX 文件 ” 選項(xiàng)前要打勾，按 “ 確定 ” 退出。 （ 7） 最后，從菜單的 “ 工程 ” 中執(zhí)行 “R 重新構(gòu)造所有目標(biāo) ” ，匯編、連接、創(chuàng)建Hex 文件一氣呵成；在工程文件的目錄下就會生成與工程名相同的一些文件，其中大部分文件我們并不必關(guān)心，而生成的 Hex 文件是我們需要的！它是要燒寫到單片機(jī)中的最終代碼，也就是單片機(jī)可以執(zhí)行的程序。 （ 8） 若在狀態(tài)窗中有錯誤提示，就需要再次編輯、修改源程序（如語法、字符有錯等）、保存、構(gòu)造所有。直至沒有錯誤。在沒有語法錯誤的情況下，就可以進(jìn)行模擬調(diào)試 。 （ 9） 從菜單的 “ 外圍設(shè)備 ” 中打開 對應(yīng) I/O 口窗口， 單擊 “ 單步運(yùn)行 ” ，在窗中就可以看到我們原先設(shè)想的效果 。 （ 10） 接下來，我們啟動 51 編程器，將剛剛生成的 燒寫到單片機(jī)芯片，在 51 編程程序的菜單 “ 文件 ” 中， “ 打開 HEX 文件 ” 打開 .hex 文件 ， 執(zhí)行寫入操作 。 （ 11） 執(zhí)行寫入操作完成后，編程器程序就會顯示： “ ?? ，編程成功！ ” 若寫入出錯，請先 “ 擦除 ” 后再 “ 寫入 ” 。若在實(shí)驗(yàn)板上實(shí)際驗(yàn)證的并不是我們預(yù)期的效 果，那么，就需要再次返回到編輯、修改源程序那一步，修改后再構(gòu)造所有，再次將生成的 Hex 文件燒寫、實(shí)驗(yàn)，直至成功！ 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 36 系統(tǒng)整體調(diào)試 圖 接通電源正常顯示 圖 時間顯示的變化 在調(diào)試中第一行和第二行的第一個按鍵分別是對時間的上調(diào)和下調(diào)，這兩幅圖的對比表示了在調(diào)試中顯示時間的變化。 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 圖 最高速度，半徑的顯示 圖 最高速度，半徑的變化 在這個界面的第二行依次分別表示設(shè)置的最高速度，半徑，運(yùn)行時間。在調(diào)試中第一行和第二行的第一個按鍵分別是對設(shè)置的最高速度，半 徑，顯示時間的大小調(diào)試這兩幅圖的對比表示了最高速度，半徑，運(yùn)行時間的變化 。 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 38 圖 設(shè)置最高速度和半徑 時間顯示在 LCD1602 的第一排，其顯示年、月、日、小時、分鐘，其顯示的格式為 20xx 11 11 11： 13；小時和分鐘之間的冒號在不停的閃爍表示當(dāng)前秒在不停的計(jì)時。 在這個界面的第一行的第一個數(shù)字表示運(yùn)行時瞬時速度的最高速度。第一行的第二個數(shù)字表示運(yùn)行時的平均速度。第二行的第一個數(shù)字表示設(shè)置的最高速度，如果在運(yùn)行時自行車的瞬時速度超過這個值，蜂鳴器就會想起發(fā)出警報(bào)。第二行的第二個數(shù)字表示設(shè)置的半徑 ，半徑設(shè)置好的話會根據(jù)所設(shè)置的半徑來計(jì)算所行走的路程。第二行的第三個數(shù)字表示自行車的運(yùn)行時間，所表示的是小時和分鐘，如果時間顯示小于一分鐘將不會顯示。小時和分鐘之間的冒號在不停的閃爍表示當(dāng)前秒在不停的計(jì)時。 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 圖 運(yùn)行時的正常顯示 這個界面第二行第一個數(shù)字是自行車運(yùn)行的瞬時速度。第二行的第二個數(shù)字表示自行車運(yùn)行的里程里程計(jì)數(shù)部分采用兩位 LCD1602 進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示，計(jì)數(shù)范圍 ～ 公里。當(dāng)里程小于 1公里時，顯示 公里；當(dāng)里程計(jì)數(shù)超過 1公里時，顯示為 公里。 圖 最高速度和平均速度的顯示 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 40 在這個界面的第一行的第一個數(shù)字表示運(yùn)行時瞬時速度的最高速度。第一行的第二個數(shù)字表示運(yùn)行時的平均速度。第二行的第一個數(shù)字表示設(shè)置的最高速度，如果在運(yùn)行時自行車的瞬時速度超過這個值，蜂鳴器就會想起發(fā)出警報(bào)。第二行的第二個數(shù)字表示設(shè)置的半徑，半徑設(shè)置好的話會根據(jù)所設(shè)置的半徑來計(jì)算所行走的路程。第二行的第三個數(shù)字表示自行車的運(yùn)行時間，所表示的是小時和分鐘，如果時間顯示小于一分鐘將不會顯示。小時和分鐘之間的冒號在不停的閃爍表示當(dāng)前秒在不停的計(jì)時。 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 結(jié)論 本文從理 論上構(gòu)建了基于單片機(jī)的自行車?yán)锍唐鞯姆桨?，并進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自行車?yán)锍唐鞯幕居?jì)費(fèi)功能和顯示。由于條件限制，系統(tǒng)采用了按鍵對車輪計(jì)程信號進(jìn)行模擬，并用按鍵來實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)器有客 /空車、計(jì)程 /等待、總費(fèi)用顯示等狀態(tài)轉(zhuǎn)換功能。系統(tǒng)采用七位 LEDLCD1602來分別顯示計(jì)程、等待計(jì)時。從硬件調(diào)試現(xiàn)象看出，系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)基本符合設(shè)計(jì)要求，個別部分略有改動。 該設(shè)計(jì)是以 STC89C52單片機(jī)為主要控制電路，通過傳感器傳送給單片機(jī)，利用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)時和中斷，計(jì)算里程速度并通過液晶顯示器顯示。在此次設(shè)計(jì)中本人也遇到了很多困難 ，開始拿到課題時還覺得很簡單，可通過動手做之后，才發(fā)現(xiàn)自己的不足，對單片機(jī)知識掌握的不牢，所有知識都只局限于課本上老師講過的，課外知識積累的太少。通過此次設(shè)計(jì)，本人學(xué)到了很多老師課上沒教的知識，如干簧管元件，液晶顯示器等的管腳及其功能，了解了它們的用法、原理、接口電路及其應(yīng)用程序，進(jìn)一步加強(qiáng)了本人的專業(yè)基礎(chǔ)知識和相關(guān)專業(yè)課程知識，提高了本人的動手能力，能將所學(xué)知識運(yùn)用在實(shí)際生活中；培養(yǎng)獨(dú)立自主、綜合分析的思維與創(chuàng)新能力。在以后的學(xué)習(xí)中，本人要多閱讀課外書籍，不能只局限于書本，擴(kuò)展本人的思路，積累更多的知識， 并將它應(yīng)用到實(shí)際生活中去 在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，三個需要解決的關(guān)鍵問題都得到了解決： 第一、電源可以通過網(wǎng)上購買 USB充電器 5v電源適配器，更方便進(jìn)行測試。 第二、速度可以通過霍爾元器件進(jìn)行模擬，再送進(jìn)單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算。從而可以得出速度與里程。 第三、顯示電路可以用液晶顯示器，可以減少電路的復(fù)雜程度，使得電路更加美觀。 在此過程中也遇到了問題，液晶顯示器的顯示屏顯示的字很模糊，因此在液晶顯示器的 3腳與地接了一個 2K～ 5K的電阻。本設(shè)計(jì)也有許多不完善之處，運(yùn)用顯示的 LCD1602數(shù)量太多，沒有信息存儲 功能。 目前各種電子技術(shù)發(fā)展迅速，自行車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也日趨完善，功能趨向于多元化，性能更加穩(wěn)定，具有防作弊、信息打印、語音提示、刷卡付費(fèi)和通信等功能。而且隨著 FPGA等計(jì)數(shù) 的發(fā)展，自行車?yán)锍唐鞯脑O(shè)計(jì)也將更加簡便和快捷。 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 42 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 參考文獻(xiàn) [I]蔡美琴等 .MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用 [M].高等教育出版社 ～ 23. [2]吳秀清 .周荷琴 . 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) [M].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出