【正文】 按鍵控制按鍵電路 在方案一中，我用到了加速度傳感器作為信號(hào)的接收方，用LCD液晶顯示作為輸出模塊，整體上來說優(yōu)勢是芯片較少，較精確。 單片機(jī) 電源電路 AD轉(zhuǎn)換 LED顯示 按鍵電路 加速度傳感器 時(shí)鐘芯片設(shè)計(jì)二方案中有加速度傳感器實(shí)現(xiàn)計(jì)步器功能，時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)間顯示功能。 加速度傳感器電路因?yàn)橛?jì)步器控制系統(tǒng)需要傳感器提供電信號(hào)，而由加速度傳感器模塊省略了調(diào)理電路和濾波電路，所以在電路設(shè)計(jì)與制作時(shí)較為方便。理論上加速度傳感器如果被測物處于勻加速直線運(yùn)動(dòng)中應(yīng)該是加速度傳感器有測量值而振動(dòng)傳感器沒有，不過實(shí)際中基本可以用加速度傳感器只要讀值不為0即可認(rèn)為有震動(dòng)。（1）靈敏度的選擇 靈敏度原則上來說是越靈敏越好，最小加速度測量值也稱最小分辨率，考慮到后級(jí)放大電路噪聲問題，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離最小可用值，以確保最佳信噪比。在兼顧頻響、重量的同時(shí)，可參照以下范圍選擇傳感器靈敏度：～10g左右，可選3000pC/g～300pC/g的加速度計(jì)，機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)在10g～100g左右，可選擇20pC/g～200pC/g的加速度計(jì)，～20pC/g左右的加速度計(jì)。土木工程是低頻，～1kHz左右，機(jī)械設(shè)備一般是中頻段，可根據(jù)設(shè)備轉(zhuǎn)速、設(shè)備剛度等因素綜合估計(jì)頻率，～5kHz的加速度計(jì)。加速度計(jì)的安裝方式不同也會(huì)改變使用頻響(對振動(dòng)值影響不大)，安裝面要平整、光潔，安裝選擇應(yīng)根據(jù)方便、安全的原則。加速度計(jì)的重量、靈敏度與使用頻率成反比，靈敏度高，重量大，使用頻率低，這也是選擇的技巧。中心壓縮頻響高于剪切型，剪切型的環(huán)境適應(yīng)性好于中心壓縮型。內(nèi)置的概念是將電荷/電壓轉(zhuǎn)換放大電路置于加速度計(jì)內(nèi)，成為具有電壓輸出功能的傳感元件。目前，內(nèi)置電路傳感器在國內(nèi)使用較多的方面是用于機(jī)械故障、樁基檢測，不少在線監(jiān)測項(xiàng)目上也在使用該類產(chǎn)品。內(nèi)置電路傳感器靈敏度的選型計(jì)算：如選用目前最為通用的100mV/g,可測50g以內(nèi)振動(dòng)，因?yàn)樵搨鞲衅鲃?dòng)態(tài)范圍177。內(nèi)置電路的優(yōu)勢是低價(jià)位，抗干擾好，可長線使用，但它的耐高溫、可靠性不如電荷輸出產(chǎn)品，且動(dòng)態(tài)范圍也因輸出電壓和偏置電壓的作用而受到限制。防水有兩個(gè)概念，淺層防水和深層防水，尤以深層防水為難，如三峽工程永久船閘閘門的振動(dòng)監(jiān)測，水深近百米，它涉及地回路干擾、高壓滲水、導(dǎo)線防護(hù)、長期可靠性等諸多問題。加速度計(jì)永久安裝在現(xiàn)場會(huì)受到人為碰撞，應(yīng)選擇工業(yè)型產(chǎn)品，在加速度計(jì)外加裝防護(hù)罩，這可同時(shí)起絕緣、防塵的作用，對出線方向有要求也應(yīng)向廠商提出，對于不能觸及的部位，可用手持式加速度計(jì)(帶長探針)。對于多點(diǎn)接地、潮濕等現(xiàn)場，要解決好測試干擾則可用浮地或絕緣型加速度計(jì)。沒有特殊要求且干擾不大的工況，可用絕緣型加速度計(jì)。這二種命名的區(qū)別在于絕緣型傳感器的外殼為信號(hào)地，底座采取絕緣方法，而浮地型產(chǎn)品的外殼為屏蔽層，要采取三線方式。 幾種重要的加速度傳感器（1）ADXL335 ADXL335是一種熱對流式三軸加速度傳感器,經(jīng)信號(hào)調(diào)理電壓輸出,最大測量范圍為177。（2）MMA7260 MMA7260 是美國Freescale 公司的一款低成本單芯片三軸高靈敏度加速度傳感器，是一種電容式的加速度傳感器，融合了信號(hào)調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補(bǔ)償技術(shù)，并且具有4 種不同的高靈敏度選擇模式.（3） MMA7455 MMA745 是一款數(shù)字輸出（I2C/SPI）、低功耗、緊湊型電容式微機(jī)械加速度計(jì)，具有信號(hào)調(diào)理、低通濾波器、溫度補(bǔ)償、自測、可配置通過中斷引腳（INT1或INT2）檢測0g、以及脈沖檢測（用于快速運(yùn)動(dòng)檢測）等功能?？蛻艨墒褂弥付ǖ?g 寄存器和gSelect 量程選擇對0g 偏置進(jìn)行校準(zhǔn)， 量程可通過命令選擇 3 個(gè)加速度范圍（2g/4g/8g）。 在加速度傳感器的選擇上我們采取的是成本，功能，性能綜合考慮的原則。對于MMA7260來說它的精度沒有ADXL335高，但它具有的多功能切換是多功能智能儀器的不二之選，但是由于計(jì)步器只是需要加速度傳感器而已，對于使用MMA7260來說，顯得過于奢侈了。 MMA7455的工作原理與管腳排列 MMA7455 數(shù)字三軸加速度傳感器模塊核心為飛思卡爾公司的MMA7455L數(shù)字三軸加速度傳感器，該模塊設(shè)計(jì)板卡線路經(jīng)過高電磁兼容設(shè)計(jì)和優(yōu)化，具有輸出精確，體積小，工作可靠，各種標(biāo)識(shí)清晰，擴(kuò)展性好等特點(diǎn)。模塊主要參數(shù)包括 Z 軸自測，低壓操作： – ，用于偏置校準(zhǔn)的用戶指定寄存器，可編程閥值中斷輸出，電平檢測模式運(yùn)動(dòng)識(shí)別（沖擊、震動(dòng)、自由下落），脈沖檢測模式單脈沖或雙脈沖識(shí)別，靈敏度 64 LSB/g 2g /8g 10 位模式，8 位模式的可選靈敏度（177。4g、177。 MMA7455加速度傳感器由2部分組成：G單元和信號(hào)調(diào)理ASIC電路，如圖15所示。 圖15 G單元的等效電路如圖16所示，它相當(dāng)于在2個(gè)固定的電容極板中間放置1個(gè)可移動(dòng)的極板。用中間極板偏離靜止位置的距離測量加速度，中間極板與其中一個(gè)固定極板的距離增加，同時(shí)與另一個(gè)固定極板的距離減少，且距離變化值相等。當(dāng)測量完畢后在INT1/INT2輸出高電平，用戶可以通過I2C或SPI接口讀取MMA7455L內(nèi)部寄存器的值，判斷運(yùn)動(dòng)的方向。引腳14 SCL/SPC為I2C 時(shí)鐘信號(hào)輸出/SPI 時(shí)鐘信號(hào)輸出。傳感器其他部分如接地，接電源，懸空等都是固定接法。 由于采用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，只需看到 SDA，SCL分別接到14,15引腳。單片機(jī)在家電，電子，軍工等控制方面得到更加廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由組成單片機(jī)系統(tǒng)必需的一些元件構(gòu)成的，除了單片機(jī)之外，還需要包括電源供電電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏 輯電平。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。 在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。 P1 口是一個(gè)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(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。對P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR） 時(shí)，P2 口送出高八位地址。在使用 8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 P3 口是一個(gè)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(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。對FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。 PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。圖21 LCD1602 LCD1602管腳功能1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：引腳1：VSS為電源地引腳2：VCC接5V電源正極引腳3：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高引腳4：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。引腳6：E(或EN)端為使能端,高電平時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。引腳15～16：空腳或背燈電源。 圖22 1602管腳圖 LCD1602顯示電路設(shè)計(jì) 1602與單片機(jī)的接法較為固定，1602 液晶的控制管腳都接到了單片機(jī)管腳上，在功能設(shè)置指令中可以將液晶設(shè)為8 位數(shù)據(jù)接口和4 位數(shù)據(jù)接口，當(dāng)然也可以當(dāng)四位數(shù)據(jù)接口來用。此外，液晶的偏壓管腳（VO）接到一個(gè)電位器的中間抽頭，電位器的兩端分別接5V 和地，這樣就可通過調(diào)節(jié)電位器來實(shí)現(xiàn)對1602 液晶對比度的調(diào)節(jié)。圖23 LCD與單片機(jī)連接圖 開關(guān)與電源電路 開關(guān)電路 在開關(guān)電路中，根據(jù)計(jì)步器所要實(shí)現(xiàn)的功能，我設(shè)定了3個(gè)基本按鍵，分別代表開始、停止與重新開始。在具體設(shè)計(jì)中，我采用四角開關(guān)，在接線時(shí)注意對角接為導(dǎo)通，平角接為短路。按鍵二為停止鍵，在計(jì)步器工作到一段時(shí)間使用者希望查看當(dāng)前計(jì)步狀態(tài)，則可以停止當(dāng)前計(jì)步。如要清零，則可以使用單片機(jī)復(fù)位鍵。只需要配上合適的電池盒，用導(dǎo)線在PCB板上焊好即可。在電源電路中我放置了一個(gè)LED小燈泡，用來檢測電源是否損壞或者沒有連接好。控制模塊主要對加速度信號(hào)進(jìn)行讀取和顯示步數(shù)信息。 開始 結(jié)束檢測按鍵 獲取采樣LCD顯示，清零等 執(zhí)行按鍵操作 讀取按鍵值單片機(jī)端口初始化LCD初始化 Yes No 傳送加速度信號(hào)采樣頻率《10HZ 開始 對加速度值進(jìn)行采樣 端口初始化在獲取加速度信號(hào)時(shí)，采樣頻率的選擇很重要。采樣頻率過高，則會(huì)引入很多無關(guān)的信息，增加了系統(tǒng)的運(yùn)算量，影響反應(yīng)速度。而人行走時(shí)的頻率一般為110 步/ 每分鐘( )，跑步時(shí)也不超過5