【正文】 葉經(jīng)過時，產生脈沖信號。 而考慮到實際可操作性以及設計要求 方面，本設計選用的傳感器為光電傳感器。在同等高度的輻條上貼上一圈黑色材料，并在黑色材料上打上等間距的小孔，這樣當小孔經(jīng)過光敏電阻時，光敏電阻根據(jù)光電流的變化發(fā)出脈沖， 從而測量里程。 表 31 主要參數(shù) 輸入 正向電流 IF 50 mA 反向電壓 Vr 6 v 耗散功率 P 75 mW 輸出 集 射電壓 Vceo 25 V 射 集電壓 Veco 6 V 集電極功耗 Pc 50 mW ST1101 外圍電路如圖 34 所示， R R2 均為 限流電阻，限制發(fā)射二極管的電流，發(fā)射二極管的電流大則發(fā)射功率大，但不能超過它的極限電流 。 470R1R2光電傳感器VCC脈沖 圖 34 傳感器外圍電路 光電式速度里程表設計 7 輪脈沖檢測與轉換電路 本設計采用了 ST1101 紅外光電傳感器，進行非接觸式檢測。然后通過帶施密特觸發(fā)器的反相器 DM74LS14 來把放大器生成的單相脈沖轉換成與 COMS 電平相兼容的方波信號，再輸入給單片機。每當鋁盤隨著后輪旋轉的時候，傳感器將向外輸出若干個脈沖。鋁盤的圓孔的個數(shù)決定了測量的精度，個數(shù)越多，精度越高。 本設計在鋁盤過孔的設計上采用 9 個過孔，從而留下了 8 個同等的間距這樣在以后的軟件設計中能夠較為方便的計算出速度里程。 圖 35 脈沖發(fā)生源硬件結構圖（左為正視圖，右為側視圖） 信號預處理電路 如圖 36 所示，系統(tǒng)的信號預處理電路由二級電路構成，第一級是由開關三極管組成的零偏置放大器，采用開關三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應。由于放大器的放大功能降低了對待測信號的 幅度要求，因此，系統(tǒng)能對任意大于 的正弦波和脈沖信號進行測量。 預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換成與 COMS 電平相兼容的方波信號（如圖 37 所示），同時將輸出信號加到單片機的 口上。輸入的信號只要幅度大于 VT+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號。當傳輸線上的電容較大時，波形的上升沿將明顯變壞；當傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時，在波形的上升沿和下降沿將產生振蕩現(xiàn)象；當其他脈沖信號通過導線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號時，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 設置得合適，均能受到滿意的整形效果。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 3233343536373839VCC402122232425262728ALE/PROG30PSEN29EA/VPP3112345678REST91011121314151617XTAL218XTAL119GND20U5ALEPSENRSTA10A11A12A13A14A15A16A17D10D11D12D13D14D15D16D17VCCB10B11B12B13B14B15B16B17C10C11C12C13C14C15C16C17 圖 38 AT89C51 引腳圖 定時 /計數(shù)器的結構及控制 定時 /計數(shù)器的實質是加 1 計數(shù)器（ 16 位），由高 8 位和低 8 位兩個寄存器組成。定時 /計數(shù)器結構如圖 39 所示： 圖 39 定時 /計數(shù)器結構圖 光電式速度里程表設計 10 AT89S52 單片機定時 /計數(shù)器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。 TMOD 工作方式寄存器 TMOD 用于設置定時 /計數(shù)器的工作方式，低四位用于 T0，高四位用于 T1。 GATE＝ 0 時，以運 行控制位 TRX(X=0， 1)來啟動定時 /計數(shù)器運行； GATA＝ 1 時，要用軟件使 TR0 或 TR1 為 1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時 /計數(shù)器工作； C/T 計數(shù)器模式和定時器模式選擇位 C/T=1 時，選擇計數(shù)器模式，計數(shù)器對外部輸入引腳 T0（ ）或 T1（ ）的外部脈沖計數(shù)； C/T=0 時，選擇定時器模式。定時 /計數(shù)器有四種工作方式，由 M1M0 進行設置。 TCON 的高 4 位用于控制定時/計數(shù)器的啟動和中斷申請。 T1 計數(shù)溢出時由硬件自動置 TF1 為 1。 T1 工作時， CPU 可隨時查詢 TF1 的狀態(tài)。 TF1 也可以用軟件置 1 或清 0，同硬件置 1 或清 0 的效果一樣。 TR1 置 1 時， T1 開始工作； TR1 置 0 時， T1 停止工作。所以，用軟件可控制定時 /計數(shù)器的啟動與停止。 TR0（ ）： T0 運行控制位，其功能與 TR1 類同。 表 35 位 7 6 5 4 3 2 1 0 字節(jié)地址： 88H EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 IE EX0()，外部中斷 0 允許位； ET0()，定時 /計數(shù)器 T0 中斷允許位； EX1()，外部中斷 0 允許位； ET1()，定時 /計數(shù)器 T1 中斷允許位； ES（ )，串行口中斷允許位； EA ()， CPU 中斷允許（總允許）位。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲器中的 0000H 地址單元開始執(zhí)行程序。只要 RST 保持高電平，則 89C51 循環(huán)復位。 復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復 位兩種方式。單片機復位通過按動按鈕產生高電平復位稱手動復位。按下按鈕，則直接把 +5V 加到了 RESET 端從而復位稱為手動復位。 C10UFSVCCresetR210KR110K1 2 圖 310 AT89C51 復位電路 按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種 。時鐘頻率選用 6MHZ 時， C 取 22uF,Rs 取 200Ω， RK取1KΩ。晶振電路部分電路連接如圖 311 所示。比如此系統(tǒng)所用的 12MHz 晶振，單片機工作速度就是每秒 12M。至于兩個電容的大小，它是根據(jù)晶振廠家提供的晶振要求選值的，換句話說，晶振的頻率就是在它提供 負載電容下測得，能最大限度的保證頻率值誤差。晶振電路在本系統(tǒng)中是并聯(lián)方式，連接在 AT89c51的 XTAL1 和 XTAL2引腳。 LCD1602 以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、 超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。當 RS 和 RW 共 同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平RW 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 16 腳：背光電源接地。液晶模塊內部的控制器共有 11 條控制指令，其指令具體功能介紹如下： 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標復位到地址 00H 位置。 指令 3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，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。 指令 4：顯示開關控制。 指令 5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設置。 指令 9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時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 11：讀數(shù)據(jù)。而且具有低功耗，容易控制，占用 CPU 資源少這些優(yōu)點，從而成為一些顯示器的首選。因為 1602 識別的是 ASCII 碼，試驗可以用 ASCII 碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如 39。 以下是 1602 的 16 進制 ASCII 碼表地址： 讀的時候，先讀左邊那列，再讀上面那行，如：感嘆號！的 ASCII 為 0x21，字母 B 的 ASCII 為 0x42（前面加 0x 表示十六進制）。 光電式速度里程表設計 16 顯示模式設置： (初始化 ) 0011 0000 [0x38] 設置 162 顯示， 57 點陣， 8 位數(shù)據(jù)接口； 顯示開關及光標設置： (初始化 ) 0000 1DCB D 顯示 (1 有效 )、 C 光標顯示 (1 有效 )、 B 光標閃爍 (1 有效 ) 0000 01NS N=1(讀或寫一個字符后 地址指針加 1 amp。光標減 1)， S=1 且 N=1 (當寫一個字符后，整屏顯示左移 ) S=0 當寫一個字符后，整屏顯示不移動 數(shù)據(jù)指針設置： 數(shù)據(jù)首地址為 80H，所以數(shù)據(jù)地址為 80H+地址碼 (027H， 4067H) 其他設置： 01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針 =0，所有顯示 =0)； 02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針 =0)。報警電路圖如圖 314 所示。每一個獨立式按鍵單獨占用一根 I/O 口線。但每個按鍵都需要占用一根 I/O 口線，適用于按鍵數(shù)量少的鍵盤。按鍵未按時有上拉電阻保證此時輸入為高電平 。單片機通過檢測 引腳電平來決定是否啟動測量頻率程序。我們可從硬件的轉盤上知道兩個過孔之間在圓周上的距離。同時可以從 TL0 寄存器知道在兩秒內單片機檢測到的 N 個脈沖。（此時假設在這個 兩秒內車子是勻速前進的），距離 S 除以 2 秒的時間，就可以大概的算出這 2 秒內鋁盤的線速度。至于里程的計算，根據(jù)速度計算的相加即可得到目前的總里程數(shù)。當自行車 行駛時 ,單片機開機經(jīng)過初始化后讀取并且顯示出來 ,這樣以來用戶可以清楚的知道自己的車子已經(jīng)運行了多少公里了。由于要實現(xiàn)很多功能，所以采用模塊化設計，下面就其主要部分分別加以分析。脈沖測速最典型的方法有測頻率 (M 法 )和測周期 (T 法 )。速度較低時，因測量時間內的脈沖 數(shù)變少，誤差所占的比例會變大，所以 M 法宜測量高速。 T 法是測量兩個脈沖之間的時間換算成周期，從而得到頻率。速度較高時，測得的周期較小，誤差所占的比例變大，所以 T 法宜測量低速。 光電式速度里程表設計 19 設計中綜合考慮測速精度和系統(tǒng)反應時間，本設計用測量脈沖頻率來計算歷程，因而具有較高的 測距精度。實際中，誤差控制在幾米之內，相對于整個里程來說不是很大。 首先我們把槽型光電傳感器 ST1101 放在自行車的轉軸上，當自行車啟動時，接通電源后，光電二極管發(fā)光，通過和不通過轉盤孔時，使三極管導通或截止，這種變化將會光電傳感器產生脈沖電壓。所以將會產生 8 個方波，既每輸出 8 個方波代表自行車轉動了一周。由于每一圈光電傳感器將輸出 8 個脈沖，當自行車行駛 1KM時會轉動 667 次，這樣每 1 千米 將 會 產生 5336個脈沖，單片機對這 5336 個脈沖計數(shù)，當達到這個數(shù)時單片機將會產生中斷?？偫锍虜?shù)會自動保存到單片機的數(shù)據(jù)存儲器，當自行車行駛，單片機開機經(jīng)過初始化后顯示出來，這樣以來用戶可以清楚的知道自己的車子已經(jīng)運行了多少公里了。 中斷子程序的設計 定時中斷是為滿足定時或計數(shù)的 需要而設置的。當結構發(fā)生計數(shù)溢出時，即表明定時時間或計數(shù)值已滿，這時就以計數(shù)溢出信號作為中斷請求，去置位一個溢出標志，作為單片機接受中斷請求的標志。 定時 /計數(shù)器控制寄存器 TCON 是 8 位寄存器，地址為 88H。本設計采用定時中斷，對自行車的里程和速度進行計數(shù)。 光電式速度里程表設計 20 信 信信 信 信信 信 信 信信 信 信信 信 信信 信 信 信信 信 信 信信 信 信 信 圖 41 中斷子程序流程圖 數(shù)據(jù)處理子程序的設計 待測信號經(jīng)預處理電路后加至單片機的 P3. 2( INT0) 引腳可為單片機測量信號周期提供有效的輸入信號。當該引腳為高電平時 ,系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，要一直到該引腳出現(xiàn)低電平時才開始測周期。然 后再判斷 P3. 2 引腳是否還為低電平，如為低電平則等待 ,直到出現(xiàn)高電平再開始判斷 P3. 2 引腳是否為低電平，當其不是低電平時再等待。測周期過程中可能會發(fā)生定時器 T0 的中斷，每發(fā)生一次中斷則將R0 寄存器加一，因此 R0 實際上是周期值的高字節(jié)。速度是用車輪的周長除以脈沖周期得到的。 里程計算子程序 外中斷 0 服務程序用于對單片機 口輸入的圈脈沖進行計數(shù)，為十六進制計數(shù)器。其中階段里程為本次行駛所走過的里程，總里程為自行車從開始使用當前行駛的總路程，兩者處理程序大致相同，總里程為階段里程 的累加。里程 處理子程序流程圖如圖 42 所示。定時器計出每轉一圈所用的時間，用自行車車輪的周長除以時間就得出自行車的瞬時速度。下為瞬時速度處理子程序流程圖： 光電式速度里程