【正文】 今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中 SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。所以 C8051 為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江 1 山。此外還有 MOTOROLA 公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機(jī)。本文主要介紹了自行車的速度里程表的設(shè)計(jì)思想、電路原理、方案論證以及元件的選擇等內(nèi)容，整體上分為硬件部分設(shè)計(jì)和軟件部分設(shè)計(jì)。具體的硬件電路包括：AT89C52 單片機(jī)的外圍電路以及 LED 顯示電路等。 4第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)總體思想方案一：本設(shè)計(jì)的任務(wù)是：以通用 MCS51 單片機(jī)為處理核心，用傳感器將車輪的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈沖，進(jìn)行處理后送入單片機(jī)。本系統(tǒng)總體思路如下：假定輪圈的周長為 L，在輪圈上安裝 m 個(gè)永久磁鐵，則測得的里程值最大誤差為 L/m。當(dāng)輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過開關(guān)型霍爾元件傳感器采集到一個(gè)脈沖信號，并從引腳 中斷 0 端輸入，傳感器每獲取一個(gè)脈沖信號即對系統(tǒng)提供一次計(jì)數(shù)中斷。計(jì)數(shù)器 T1 計(jì)算每轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出即時(shí)速度 v。要求達(dá)到的各項(xiàng)指標(biāo)及實(shí)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。實(shí)現(xiàn)：利用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器 T1 對霍爾傳感器脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。5實(shí)現(xiàn)：利用軟件編程，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到需要的數(shù)值。方案二：設(shè)計(jì)采用了 ST1101 紅外光電傳感器，進(jìn)行非接觸式檢測。 該系統(tǒng)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(gè)鋁盤，在這個(gè)鋁盤的邊沿處挖出若干個(gè)圓形過孔，把傳感器的檢測部分放在圓孔的圓心位置。把這些脈沖通過一系列的波形整形成單片機(jī)可以識別的 TTL 電平，即可算出輪子即時(shí)的轉(zhuǎn)速。這樣就可以在單位時(shí)間內(nèi)盡可能多地得到脈沖數(shù)，從而避免了因?yàn)閮蓚€(gè)過孔之間的距離過大，而車子正好在過孔之間或者是在下個(gè)過孔之前停止了，造成較大的誤差。這樣在以后的軟件設(shè)計(jì)中能夠較為方便的計(jì)算出速度里程。當(dāng)輸入信號為零或負(fù)電壓時(shí)，三極管截止，電路輸出高電平；而當(dāng)輸入信號為正電壓時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)輸出電壓隨著輸入電壓的上升而下降，這使得速度里程表既可以測量任意方波信號的頻率，也可以測量正弦波6信號的頻率。預(yù)處理電路的第二級采用帶施密特觸發(fā)器的反相器 DM74LS14 來把放大器生成的單相脈沖轉(zhuǎn)換成與 COMS 電平相兼容的方波信號。當(dāng)傳輸線上的電容較大時(shí)，波形的上升沿將明顯變壞；當(dāng)傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時(shí)，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當(dāng)其他脈沖信號通過導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號時(shí)，信號上將出現(xiàn)附加的噪聲。只要施密特觸發(fā)器的 VT+和 VT設(shè)置得合適，均能受到滿意的整形效果。方案二在測量中會存在較大的誤差，故選擇方案一。使用單片機(jī)進(jìn)行測速，可以使用簡單的脈沖計(jì)數(shù)法。常用的測速元件有霍爾傳感器、光電傳感器和光電編碼器。光敏電阻對光特別敏感，當(dāng)白天行駛時(shí)，外界光源將導(dǎo)致光敏電阻發(fā)出錯(cuò)誤信號；光敏電阻對環(huán)境的要求相當(dāng)高，如果光敏或發(fā)光二極管被7泥沙或灰塵所覆蓋，光敏電阻就不能再進(jìn)行準(zhǔn)確測量；而編碼器必須安裝在車軸上，安裝較為復(fù)雜；霍爾元件或干簧管不但不受天氣的影響，即使被泥沙或灰塵覆蓋也不會有影響，而且安裝方便。使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的齒輪盤上粘上一粒磁鋼，霍爾元件固定在前叉上，當(dāng)車子轉(zhuǎn)動時(shí)霍爾元件靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個(gè)方向再試?；魻杺鞲衅魇菍Υ琶舾械膫鞲性?，常用于信號采集的有 A44E，該傳感器是一個(gè) 3 端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，工作電壓范圍寬，使用非常方便。A 4 4 E1 2 3 1Vcc 2GND 3OUT圖 21 A44E 外形圖單片機(jī)由于將 CPU、內(nèi)存和一些必要的接口集成到一個(gè)芯片上，并且面向控制功能將結(jié)構(gòu)作了一定的優(yōu)化，所以它有一般芯片不具有的特點(diǎn)：1. 體積小、重量輕；82. 電源單一、功耗低；3. 功能強(qiáng)、價(jià)格低；4. 全部集成在一塊芯片上，布線短、合理；5. 數(shù)據(jù)大部分在單片機(jī)內(nèi)傳送，運(yùn)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。在設(shè)計(jì)中選用的是 AT89C52 單片機(jī)。模塊化設(shè)計(jì)使程序的可讀性好、修改及完善方便。中斷子程序是將傳感器產(chǎn)生的信號接入外部中斷 0，將經(jīng)過 74LS749分頻后的信號接入外部中斷 1，利用中斷和定時(shí)器對分別對里程進(jìn)行累加、每轉(zhuǎn)一周的時(shí)間進(jìn)行測量。顯示子程序是將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果送顯示器顯示。 初始化=1?計(jì)算里程顯示里程計(jì)算速度顯示速度N開始圖 23 軟件總體流程圖10第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 概述自行車的速度里程表的硬件電路設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)部分，它包括信號的捕獲、放大、整形，單片機(jī)的計(jì)算處理，數(shù)碼管的實(shí)時(shí)顯示和單片機(jī)外圍基本電路的設(shè)計(jì)，兩大主要器件就是傳感器和單片機(jī)。磁傳感器是一種將磁學(xué)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕钠骷蜓b置。作為輸入信號，這就給磁傳感器的快速發(fā)展提供了機(jī)遇，形成了磁傳感器的產(chǎn)業(yè)。單片機(jī)是本次設(shè)計(jì)的核心部件，它是信號從采集到輸出的橋梁，而且包括計(jì)算、定時(shí)、信息處理等功能。 霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便、功耗小、頻率高（可達(dá) 1MHz） 、耐震動、不怕灰塵、油污、水汽及煙霧等的污染或腐蝕。取用各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件工作溫度范圍寬，可達(dá)－55℃～150℃。 按被檢測對象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)行檢測和控制。在置于磁場中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體通入電流 I，若電流垂直磁場 B，則在與磁場和電流都垂直的方向上會出現(xiàn)一個(gè)電勢差 Uh，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測量線性范圍大、抗干擾能力強(qiáng)以及體積小、使用壽命長等一系列特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于測量、自動控制及信息處理等領(lǐng)域。12XYZBILU hbd圖 31 霍爾效應(yīng)原理圖 集成開關(guān)型霍爾傳感器A44E 集成霍爾開關(guān)由穩(wěn)壓器 A、霍爾電勢發(fā)生器(即硅霍爾片)B、差分放大器 C、施密特觸發(fā)器 D 和 OC 門輸出 E 五個(gè)基本部分組成，如圖（a）所示。在電源端加電壓 Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處在磁場中時(shí)，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍爾電勢差 VH 輸出，該 VH 信號經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到 OC 門輸出。當(dāng)施加的磁場達(dá)到釋放點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使 OC 門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān) 。工作點(diǎn)與釋放點(diǎn)的差值一定，此差值稱為磁滯，在此差值內(nèi)，V0 保持不變，因而使開關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍爾開關(guān)傳感器優(yōu)良特性之一。A44E 集成霍爾開關(guān)是單穩(wěn)態(tài)型，由測量數(shù)據(jù)作出的輸出特性曲線如圖 32(b)所示。DABCEVC C( 1 )( 2 )G N DO U T( 3 )( a )0 5 1 01 5 2 03691 2VO/ VB / m T釋放點(diǎn)( O F F )工作點(diǎn)( O N )( V )( b )圖 32 集成開關(guān)型霍爾傳感器圖 33 集成霍爾開關(guān)接線圖 單片機(jī)的原理及應(yīng)用 單片機(jī)原理簡介單片機(jī)是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，也就是把組成微型計(jì)算14機(jī)的各種功能部件，包括 CPU(Central Processing Unit)、隨機(jī)存儲器 RAM(Random Access Memory)、只讀存儲器 ROM(Readonly Memory)、基本輸入/輸出(Input/Output)接口電路。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖 34 所示。內(nèi)部存儲器包括內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部 RAM）和內(nèi)部程序存儲器。單片機(jī)的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是同一結(jié)構(gòu)，只是計(jì)數(shù)器記錄的是單片機(jī)外15部發(fā)生的事件，由單片機(jī)的外部電路提供計(jì)數(shù)信號；而定時(shí)器是由單片機(jī)內(nèi)部提供一個(gè)非常穩(wěn)定的計(jì)數(shù)信號。 I/O 接口串行 I/O 口的數(shù)據(jù)各位按順序傳輸，其特點(diǎn)是需要一對傳輸線，成本低；但速度慢，效率低，適合靜態(tài)顯示。其特點(diǎn)是傳輸速度快，效率高；但傳送多少位就需要多少根傳輸線，因此傳送成本高，適合動態(tài)顯示。16圖 35 AT89C52 引腳圖AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K 字節(jié) Flash 閃速存儲器，256 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個(gè) I/O 口線，3 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5 個(gè)中斷源，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)具有振蕩器及時(shí)鐘電路。AT89C52 的主要管腳功能如下：～：P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也是地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口?！篜2 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。ALE：地址鎖存控制信號。此外，由于 ALE 是以晶振 1／6 的固定頻率輸出的正脈沖，因此，可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。在讀外部 ROM 時(shí)， 有效PSEN PSEN(低電平)，以實(shí)現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。當(dāng) 信號為低電平時(shí)，對 ROM 的讀操AEA作限定在外部程序存儲器；當(dāng) 信號為高電平時(shí)，對 ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號。 VCC：+5V 電源。P3 的 8 條口線都定義有第二功能，如表 31 所示對于有內(nèi)部 EPROM 的單片機(jī)芯片(例如 87C51)，為寫入程序須提供專門的編程脈沖和編程電源。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE 控制 CPU 是否響應(yīng)中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器 IP 安排各優(yōu)中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內(nèi)各終端同時(shí)提出中斷請求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。0INT1IT19外部中斷請求有兩種信號方式：電平觸發(fā)方式和脈沖觸發(fā)方式。只要在 和 引腳上出現(xiàn)有0INT1I效低電平時(shí)，就激活外部中斷方式。在這種方式下，在兩個(gè)相鄰機(jī)器周期內(nèi)， 和 0IT引腳電平發(fā)生變化，即在第一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)為高電平，第二個(gè)機(jī)器1INT周期內(nèi)為低電平，就激活外部中斷。CPU 對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器 IE 控制的。CPU復(fù)位時(shí)，IE 各位為 0，禁止所有中斷。EX0（）外部 中斷允許位；INTET0（）定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0 中斷允許位；EX1（）外部 中斷允許位；1IET1（）定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T1 中斷允許位；ES（）串行口中斷允許位；EA（）CPU 中斷允許位。每個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級都是由中斷優(yōu)先級寄存器 IP 中的相應(yīng)的狀態(tài)來規(guī)定的。單片機(jī)復(fù)20位時(shí)，IP 各位清 0，各中斷源同為低優(yōu)先級中斷。PX0（）外部中斷 優(yōu)先級設(shè)定位；0INTPT0（）定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0 中斷優(yōu)先級設(shè)定位；PX1（）外部中斷 中斷優(yōu)先級設(shè)定位；1IPT1（）定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T1 中斷優(yōu)先級設(shè)定位；PS（）串行口中斷優(yōu)先級設(shè)定位。TMOD 用于設(shè)置其工作方式；TCON 用于控制其啟動和中斷請求。GATE：門控位。：定時(shí)/計(jì)數(shù)模式選擇位。M1M2：工作方式設(shè)置位。本次設(shè)計(jì) TMOD 為 90H，即選通定時(shí)/計(jì)數(shù)器 定時(shí)功能。21 TCONTF1（）定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T1 溢出中斷請求標(biāo)志位。CPU 響應(yīng)中斷后 TF1 由硬件自動清零。所以，TF1