【正文】 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)出版社 ～ 68. [3]馬忠梅 籍順心等 .單片機(jī)的 C語言應(yīng)用程 序設(shè)計(jì) [M].北京航～空航天大學(xué)出版社 ～ 55. [4]黃智偉 .FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐 [M].電子工業(yè)出版社 .～ 33. [5]趙不賄等 .在系統(tǒng)可編程器件與開發(fā)技術(shù) [M].。 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。 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(gè) 2K～ 5K的電阻。從而可以得出速度與里程。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(shí)， 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(gè)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。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(shí)還覺得很簡單，可通過動(dòng)手做之后，才發(fā)現(xiàn)自己的不足，對單片機(jī)知識(shí)掌握的不牢，所有知識(shí)都只局限于課本上老師講過的，課外知識(shí)積累的太少。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(gè)別部分略有改動(dòng)。由于條件限制，系統(tǒng)采用了按鍵對車輪計(jì)程信號(hào)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。小時(shí)和分鐘之間的冒號(hào)在不停的閃爍表示當(dāng)前秒在不停的計(jì)時(shí)。第二行的第二個(gè)數(shù)字表示設(shè)置的半徑，半徑設(shè)置好的話會(huì)根據(jù)所設(shè)置的半徑來計(jì)算所行走的路程。第一行的第二個(gè)數(shù)字表示運(yùn)行時(shí)的平均速度。當(dāng)里程小于 1 公里時(shí)，顯示 公里；當(dāng)里程計(jì)數(shù)超過 1 公里時(shí)，顯示為 公里。 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 圖 運(yùn)行時(shí)的正常顯示 這個(gè)界面第二行第一個(gè)數(shù)字是自行車運(yùn)行的瞬時(shí)速度。第二行的第三個(gè)數(shù)字表示自行車的運(yùn)行時(shí)間，所表示的是小時(shí)和分鐘，如果時(shí)間顯示小于一分鐘將不會(huì)顯示。第二行的第一個(gè)數(shù)字表示設(shè)置的最高速度，如果在運(yùn)行時(shí)自行車的瞬時(shí)速度超過這個(gè)值，蜂鳴器就會(huì)想起發(fā)出警報(bào)。 在這個(gè)界面的第一行的第一個(gè)數(shù)字表示運(yùn)行時(shí)瞬時(shí)速度的最高速度。在調(diào)試中第一行和第二行的第一個(gè)按鍵分別是對設(shè)置的最高速度，半 徑，顯示時(shí)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(shí)間的變化 。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 圖 在調(diào)試中第一行和第二行的第一個(gè)按鍵分別是對時(shí)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(shí)間的變化。 （ 10） 接下來，我們啟動(dòng) 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 。在沒有語法錯(cuò)誤的情況下，就可以進(jìn)行模擬調(diào)試 。 （ 8） 若在狀態(tài)窗中有錯(cuò)誤提示，就需要再次編輯、修改源程序（如語法、字符有錯(cuò)等）、保存、構(gòu)造所有。 （ 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(gè)選項(xiàng)卡中， “E 生成 HEX 文件 ” 選項(xiàng)前要打勾，按 “ 確定 ” 退出。 （ 5） 保存了 c文件后，還要將其添加到工程中。在這里你可以進(jìn)行編輯、修改等操作。 “ 確定 ” 后工程項(xiàng)目就算建立了。 新建的工程要起個(gè)與工程項(xiàng)目意義一致的名字，可以是中文名 。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(gè)獨(dú)立的程序，都視為工程（或者叫項(xiàng)目）。 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(shí)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?？梢酝ㄟ^改變半徑改變路程與速度。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(huì)顯示速度為 0，當(dāng)磁鐵靠近霍爾元器件時(shí)，就會(huì)顯示速度的值，不停的靠近 霍爾傳感器，速度的值就會(huì)越來越大。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(hào) ,規(guī)格和安裝是否合要求。 （ 2）元器件失效： 元器件失效的原因有兩個(gè)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(cuò)誤造成的元器件失效 ,如電解電容 ,二極管的極性錯(cuò)誤或集成塊安裝方向錯(cuò)誤等。 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 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(shí) 1ms 清顯示 延時(shí) 10ms 進(jìn) 入 模式設(shè)置 延時(shí) 40ms 顯示開關(guān)控制 功能設(shè)置 初使化結(jié)束 延時(shí) 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 。當(dāng)處于非可信模式時(shí)，通過一個(gè)接口傳送鍵碼以使板上鍵盤控制器對其進(jìn)行處理。 里程 S=周長 L*圈數(shù) n 速度 V=周長 L/t 通過計(jì)數(shù)外部中斷的脈沖數(shù)，每經(jīng)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(dòng)作。計(jì)數(shù)器是用來計(jì)數(shù) 1s鐘輪子的圈數(shù)。本設(shè)計(jì)中取 m=1。 圖 開始 重設(shè)定時(shí)器初值 送顯示數(shù)據(jù) 位選 RETI 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 30 算法流程 A44E 輸出端 OUT 連到單片機(jī)外部中斷 T0上，用磁鐵靠近 A44E，輸出端產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)，使 CPU 產(chǎn)生一次中斷計(jì)一次數(shù)。 89c52 單片機(jī)內(nèi)部含有兩個(gè)定時(shí)器可以分別進(jìn)行定時(shí)和計(jì)數(shù)的功能。該部分主要采用單片機(jī)定時(shí)器 0 來實(shí)現(xiàn)，編程時(shí)需要對定時(shí)器進(jìn)行各項(xiàng)設(shè)置并對計(jì)數(shù)器輸入初始值，每次對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位時(shí)都要重復(fù)以上步驟。 里程 S=周長 L*圈數(shù) n 速度 V=周長 L/t 通過計(jì)數(shù)外部中斷的脈沖數(shù)，每經(jīng)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。計(jì)數(shù)器是用來計(jì)數(shù) 1s鐘輪子的圈數(shù)。本設(shè)計(jì)中取 m=1。 圖 A44E 輸出端 OUT連到單片機(jī)外部中斷 T0 上，用磁鐵靠近 A44E，輸出端產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)，使 CPU 產(chǎn)生一次中斷計(jì)一次數(shù)。在硬件沒有任何觸發(fā)信號(hào)時(shí)，主程序進(jìn)行反復(fù)循環(huán)執(zhí)行，并時(shí)刻檢測觸發(fā)端口是否有觸發(fā)信號(hào)。 和 兩個(gè)引腳分別接兩個(gè)開關(guān)，通過調(diào)節(jié)這兩個(gè)開關(guān)，可以改變輪圈的半徑。對于以上幾個(gè)任務(wù)稍加分析可以看出 ， LCD顯示、按鍵掃描相對而言有實(shí)時(shí)要求，而時(shí)鐘任務(wù)則可用單片機(jī)的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。報(bào)警電路如圖 所示 圖 報(bào)警電路 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件 流程圖 根據(jù)自行車?yán)锍唐鞯脑O(shè)計(jì)功能要求，系統(tǒng)程序必需實(shí)現(xiàn)以下任務(wù)： LCD 掃描；按鍵掃描處理；時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生。另外，改變 輸出電平的高低電平占空比，則可以控制蜂鳴器的聲音大小，這些我們都可以通過編程實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。因此，我們可以通過程序控制 腳的電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。 (2)電磁式蜂鳴器驅(qū)動(dòng)原理 蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī) IO 引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的 TTL 電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。 圖 系統(tǒng) LED提示電路 (1)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的分類 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，本文介紹如何用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，他廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī) 、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電話機(jī)等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，發(fā)光二極管正常發(fā)光，而當(dāng)系統(tǒng)停止運(yùn)行進(jìn)入等待模式時(shí)發(fā)光二極管也將熄滅來提示乘客。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。不同的半導(dǎo)體材料中電 子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè) PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴Ｒ壕э@示電路如圖 所示。 6. 顯示電路的設(shè)計(jì)電路 本設(shè)計(jì)中 LCD1602 的數(shù)據(jù)總線接 STC89C52 單片機(jī)的 P0 口，控制引腳 RS接 口，R/W 接 口， E 接 。 4. 時(shí)間顯示 時(shí)間顯示在 LCD1602 的第一排，其顯示年、月、日、小時(shí)、分鐘，其顯示的格式為 2020 11 11 11： 13；小時(shí)和分鐘之間的冒號(hào)在不停的閃爍表示當(dāng)前秒在不停的計(jì)時(shí)。 指令 11：讀數(shù)據(jù) 3．里程計(jì)數(shù)顯示 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 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。 指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。（說明：1為高電平、 0為低電平） 指令 1： 清除顯示，指令碼 01H 光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 第 16 腳：背光源負(fù)極 LCD1602 分為帶背光和不帶背光兩種，基本控制器大部分為 HD44780，帶背光的比 不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖 所示 圖 LCD1602帶背光與不帶背光的外形尺寸差別 （ 6） LCD 寄存器的選擇如表 3。 第 7～ 14 腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng) RS 和 R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 4 腳： RS為寄存器選擇，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。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD 上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。 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。LCDDISPLAY 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 例如屏的第一行的亮暗由 RA