【正文】 證，包括硬件方案和軟件方案的設(shè)計；繼而具體介紹了自行車的速度里程表的硬件設(shè)計，包括傳感器的選擇、單片機的選擇、顯示電路的設(shè)計；然后闡述了該自行車的速度里程表的軟件設(shè)計，包括數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計、顯示子程序的設(shè)計；最后針對仿真 過程遇到的問題進行了具體說明與分析，對本次設(shè)計進行了系統(tǒng)的總結(jié)。 軟件設(shè)計包括：芯片的初始化程序、定時中斷采樣子程序、顯示子程序等，軟件采用匯編語言編寫，軟件設(shè)計的思想主要是自頂向下，模塊化設(shè)計，各個子模塊逐一設(shè)計。里程及速度的測量，是經(jīng)過 MCS51的定時 /計數(shù)器測出總的脈沖數(shù)和每轉(zhuǎn)一圈的時間，再經(jīng)過單片 機的計算得出，其結(jié)果通過 LED 顯示器顯示出來。經(jīng)綜合分析，本設(shè)計中取 m=1。每次中斷代表車輪轉(zhuǎn)動一圈，中斷數(shù) n輪圈的周長為 L 的乘積為里程值。當(dāng)里程鍵按下時，里程指示燈亮，基于單片機自行車測速系統(tǒng)設(shè)計 第 5 頁 共 30 頁 LED 切換顯示當(dāng)前里程，與當(dāng)速度鍵按下時， 速度指示燈亮， LED 切換顯示當(dāng)前速度 。 2. 對脈沖信號進行計數(shù)。 3. 對數(shù)據(jù)進行處理，要求用 LED顯示里程總數(shù)和即時速度。 最終實現(xiàn)目標：自行車的速度里程表具有里程、速度測試與顯示功能，采用單片機作控制，顯示電路可顯示里程及速度。使用單片機進行測速，可以使用簡單 的脈沖計數(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，外界光源將導(dǎo)致光敏電阻發(fā)出錯誤信號；光敏電阻對環(huán)境的要求相當(dāng)高，如果光敏或發(fā)光二極管被泥沙或灰塵所覆蓋，光敏電阻就不能再進行準確測量；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)動時霍爾元件靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。在粘磁鋼時要注意，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 沒有基于單片機自行車測速系統(tǒng)設(shè)計 第 6 頁 共 30 頁 信號輸出，可以換一個方向再試。 霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于信號采集的有 A44E，該傳感器是一個 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。 A44E1 2 3 1Vcc 2GND 3OUT 圖 A44E外形圖 單片機由于將 CPU、內(nèi)存和一些必要的接口集成到一個芯片上，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： 1. 體積小、重量輕； 2. 電源單一、功耗低； 3. 功能強、價格低； 4. 全部集成在一塊芯片上，布線短、合理； 5. 數(shù)據(jù)大部分在單片機內(nèi)傳送，運行速度快、抗干擾能力強、可靠性高。在設(shè)計中選用的是 AT89C52 單片機。模塊化設(shè)計使程序的可讀性好、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 74LS74 分頻后的信號接入外部中斷 1，利用中斷和定時器對分別對里程進行累加、每轉(zhuǎn)一周的時間進行測量。 顯示子程序是將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果送顯示器顯示。 圖 軟件總體流程圖 初始化 =1? 計算里程 顯示里程 計算速度 顯示速度 N 開始 基于單片機自行車測速系統(tǒng)設(shè)計 第 8 頁 共 30 頁 第 2 章 硬件電路設(shè)計 概述 自行車的速度里程表的硬件電路設(shè)計是基礎(chǔ)部分，它包括信號的捕獲、放大、整形，單片機的計算處理，數(shù)碼管的實時顯示和單片機外圍基本 電路的設(shè)計，兩大主要器件就是傳感器和單片機。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)展提供了機遇，形成了磁傳感器的產(chǎn)業(yè)。 單片機是本次設(shè) 計的核心部件，它是信號從采集到輸出的橋梁，而且包括計算、定時、信息處理等功能。定時器 /計數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機從而實現(xiàn)微型計算機的基本功能。 基于單片機自行車測速系統(tǒng)設(shè)計 第 10 頁 共 30 頁 圖 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 單片機的引腳功能介紹 AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8K Bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ EPROM）和 256 字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大， AT89C52 單片機適合于許多較為復(fù)雜控制場合應(yīng)用。 AT89C52 管腳圖如圖 所示。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)各終端同時提出中斷請求時，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。 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 0INT 和 1INT 引腳上出現(xiàn)有效低電平時，就激活外部中斷方式。在這 種方式下，在兩個相鄰機器周期內(nèi)， 0INT 和 1INT 引腳電平發(fā)生變化，即在第一個機器周期內(nèi)為高電平，第二個機器周期內(nèi)為低電平，就激活外部中斷。 傳感器及其測量系統(tǒng) 本次設(shè)計信號的捕獲采用的是霍爾傳感器?；魻柧€性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高。按照霍爾器件的功能可將它們分為：霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件，前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信 息的載體。 霍爾傳感器的測溫原理 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)制成的一種磁敏傳感器。利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件?；魻栃?yīng)原理圖如圖 所示。(1)、 (2)、 (3)代表集成霍爾開關(guān)的三個引出端點。當(dāng)施加的磁場達到工作點時，觸發(fā)器輸出高電壓 (相對于地電位 )，使三極管導(dǎo)通，此時 OC 門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開 。這樣兩次電壓變換，使霍爾開關(guān)完成了一次開關(guān)動作。傳感器主要特性是它的輸出特性，即輸入磁感應(yīng)強度 B與輸出電壓 V0 之間的關(guān)系。測量時，在 2兩端加 5V直流電壓 ,在輸出端 3 與 1 之間接一個 2k? 的負載電阻，如圖 。內(nèi)部含有 256 個 8 位字節(jié)， ATMEL公司的先進 CMOS 技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。 AT24C02 支持 I2C 總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式，通過器件地址輸入端 A0、 A1 和 A2 可以實現(xiàn)將最多 8個 24C02 器件連接到總線上。 圖 24C02管腳圖 SCL 串行時鐘： AT24C02 串行時鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘。 基于單片機自行車測速系統(tǒng)設(shè)計 第 15 頁 共 30 頁 WP 寫保護：如果 WP 管腳連接到 Vcc 所有的內(nèi)容都被寫保護，只能讀。 本次設(shè)計采用的 24C02 是為了防止掉電時里程數(shù)據(jù)的丟失，由于 24C02 的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，采用串口的方式傳輸數(shù)據(jù)，所以只用兩 根線 SCL 和 SDA與單片機傳輸數(shù)據(jù)。 74LS74 芯片的介紹 74LS74 是 D觸發(fā)器的一種 ,它是一個具有記憶功能的二進制信息存儲器件，是構(gòu)成多種時序電路的最基本邏輯單元。由于其狀態(tài)的更新發(fā)生在 CP脈沖的邊沿故又稱之為上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器， D觸發(fā)器的狀態(tài)只取決于時針到來前 D端的狀態(tài)。