基于單片機(jī)的計(jì)步器硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例分析目錄TOC\o"1-3"\h\u17644基于單片機(jī)的計(jì)步器硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例分析 193121基于單片機(jī)的計(jì)步器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1286391.1微處理器電路模塊 1236791.2傳感器電路模塊 3172061.3液晶顯示器電路模塊 4316112基于單片機(jī)的計(jì)步器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6304262.1Keil4軟件介紹 671432.2AD繪圖軟件介紹 672212.3軟件設(shè)計(jì) 6281832.1.1主程序 6236772.2.2數(shù)據(jù)檢查子程序設(shè)計(jì) 740592.2.3液晶顯示子程序設(shè)計(jì) 81基于單片機(jī)的計(jì)步器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1微處理器電路模塊在整個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)在工作的時(shí)候，由于單片機(jī)無法直接使用單個(gè)芯片來進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，以及進(jìn)行系統(tǒng)的工作內(nèi)容，因此需要使用單片機(jī)最小系統(tǒng)，單片機(jī)最小系統(tǒng)是指能夠使單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理以及信息采集的最精簡電路，該部分的組成結(jié)構(gòu)方面[[]陳國良，李飛，張言哲.一種基于自適應(yīng)波峰檢測的MEMS計(jì)步算法[J].中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，2015,23(3):315-312.]，主要是由單片機(jī)程序下載電路，單片機(jī)時(shí)鐘電路，以及單片機(jī)復(fù)位電路構(gòu)成。在所有單片機(jī)進(jìn)行工作的時(shí)候，這都是必不可少的部分，如下圖[]陳國良，李飛，張言哲.一種基于自適應(yīng)波峰檢測的MEMS計(jì)步算法[J].中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，2015,23(3):315-312.圖1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖（1）單片機(jī)復(fù)位電路單片機(jī)在運(yùn)行程序的過程當(dāng)中，由于單片機(jī)所處的環(huán)境復(fù)雜多樣，可能會(huì)受到外界電磁干擾或者是電源的干擾作用而造成死機(jī)的現(xiàn)象，死機(jī)時(shí)候的具體現(xiàn)象是單片機(jī)無法執(zhí)行程序或者是無法按照預(yù)想的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)行，在該種情況下，單片機(jī)整個(gè)系統(tǒng)都是處于無效工作狀態(tài)，但是單片機(jī)整個(gè)系統(tǒng)還在處于供電，其外部的電源以及外部的設(shè)備都在處于工作狀態(tài)，為了能夠在不斷電的情況下使單片機(jī)重新運(yùn)行，則需要單片機(jī)復(fù)位電路，單片機(jī)復(fù)位電路最大的功能就是能夠在按鍵按下時(shí)通過電路的輸出給單片機(jī)復(fù)位電路引腳一個(gè)高電平信號(hào)使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位反應(yīng)，單片機(jī)復(fù)位電路主要包含按鍵電容以及電阻，其具體的電路設(shè)計(jì)如下圖1.2所示：圖1.2單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)（2）單片機(jī)時(shí)鐘電路在單片機(jī)運(yùn)行程序的時(shí)候，單片機(jī)的內(nèi)部需要使用時(shí)鐘節(jié)拍來使單片機(jī)的內(nèi)部按照相應(yīng)的規(guī)律來進(jìn)行運(yùn)行程序，由于單片機(jī)的內(nèi)部不具備時(shí)鐘電路以及時(shí)鐘芯片，因此在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，需要通過外部時(shí)鐘電路的輸入才能夠完成該部分的功能，時(shí)鐘電路在組成結(jié)構(gòu)方面主要是由晶振電容構(gòu)成[[]馬明.基于可佩帶傳感器的人員自主定位技術(shù)研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2014.]，晶振的作用是能夠提供震蕩的信號(hào)，并聯(lián)諧振諧振的功能就是能夠?yàn)檎鹗幍男盘?hào)提供并聯(lián)諧振回路，Stm32單片機(jī)所采用的時(shí)鐘頻率輸入為32.768K赫茲，所采用的并聯(lián)諧振電容為20pf，其電路設(shè)計(jì)原理圖如下圖[]馬明.基于可佩帶傳感器的人員自主定位技術(shù)研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2014.圖1.3單片機(jī)時(shí)鐘電路1.2傳感器電路模塊ADXL345該模塊是一款體積較小[[]黃小平,王巖.卡爾曼濾波原理及應(yīng)用—MATLAB仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2015.]，同時(shí)精確度較高的三軸加速度計(jì)，在進(jìn)行使用的過程當(dāng)中，該款模塊具有超低的功耗，在進(jìn)行待機(jī)時(shí)其功耗電流為0.1uA，模塊進(jìn)行檢測，加速度計(jì)時(shí)能夠進(jìn)行配置，采集精度以及分辨率，模塊內(nèi)部具有10位固定的分辨率，供電范圍較寬，使用供電電源為2V~1.6v，通常使用AMS1117進(jìn)行降壓處理，將5v直流電轉(zhuǎn)換為[]黃小平,王巖.卡爾曼濾波原理及應(yīng)用—MATLAB仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2015.ADXL345的工作原理：本產(chǎn)品是一款高性價(jià)比，體積小功耗低的電子產(chǎn)品，在進(jìn)行使用的過程中有多種加速度可以供選擇，能夠測量的范圍較寬，不僅能夠測試動(dòng)態(tài)物體，也能夠進(jìn)行靜態(tài)的測試?？梢宰鳛閮A角加速度以及重力加速度進(jìn)行使用。在進(jìn)行使用時(shí)應(yīng)該特別注意其引腳電平，保證電平不會(huì)燒壞實(shí)物，在使用的過程中當(dāng)模塊進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)時(shí)應(yīng)該保證模塊能夠被立即喚醒進(jìn)行工作，同時(shí)，該模塊能夠進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)消耗的電能在使用時(shí)，該模塊的消耗電能以及輸出的速率之間成正比關(guān)系，在自動(dòng)休眠模式下，模塊能夠從禁止期間，進(jìn)行自動(dòng)切換，同時(shí)能夠大大節(jié)約電能消耗，使用該功能時(shí)，功耗電流為23uA。ADXL345加速度計(jì)與單片機(jī)進(jìn)行連接時(shí)，采用IIC的通行方式，只需要兩根數(shù)據(jù)線，時(shí)鐘線以及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)項(xiàng)組成，在使用的過程當(dāng)中，芯片的任意一個(gè)引腳與單片機(jī)連接，SCL為時(shí)鐘線引腳能夠與單片機(jī)的任意一個(gè)引腳進(jìn)行連接使用，第2號(hào)SDA數(shù)據(jù)輸出引腳能夠與單片機(jī)的任意一各引腳進(jìn)行連接使用[[]李越，黃凱，張曉濛，等.基于加速度傳感器的無按鍵計(jì)步腕表低功耗算法[J].傳感器與微系統(tǒng),2015,(3):144-147.]，在使用的過程當(dāng)中通過數(shù)據(jù)傳送，將采集到的信息傳送到單片機(jī)內(nèi)部，同時(shí)該款芯片的供電電壓為5V。下圖[]李越，黃凱，張曉濛，等.基于加速度傳感器的無按鍵計(jì)步腕表低功耗算法[J].傳感器與微系統(tǒng),2015,(3):144-147.圖1.4單片機(jī)與ADXL345電路連接原圖1.3液晶顯示器電路模塊在系統(tǒng)進(jìn)行工作的過程當(dāng)中，為了能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)的解釋，方便工作人員進(jìn)行查看數(shù)據(jù)信息，則需要使用顯示裝置，在一般情況下顯示裝置目前能夠使用很多種，經(jīng)過選型之后決定使用LCD1602顯示器，該液晶顯示器在進(jìn)行工作的過程當(dāng)中，所采用的功能電壓為5伏，能夠同時(shí)顯示兩行32個(gè)字符，其顯示的內(nèi)容數(shù)據(jù)比較多，可以同時(shí)顯示字母數(shù)字以及特殊的字符?？梢赃M(jìn)行一共有16個(gè)引腳使用，在進(jìn)行電路原理圖設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中[[]楊偉篤.基于可穿戴設(shè)備的人體行為識(shí)別與狀態(tài)監(jiān)測方法研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2016.]，需要對(duì)各個(gè)引腳進(jìn)行詳細(xì)的分析，并且能夠與單片機(jī)之間建立起數(shù)據(jù)的通信，通過單片機(jī)控制引腳的方式來使用液晶，進(jìn)行實(shí)時(shí)刷新功能。并且該液晶顯示器具有一個(gè)液晶對(duì)比度調(diào)節(jié)引腳，利用該引腳能夠調(diào)節(jié)液晶顯示器的對(duì)比亮度可以在使其在不同的環(huán)境之下進(jìn)行清晰的顯示，所設(shè)計(jì)的整體電路原理圖如下圖[]楊偉篤.基于可穿戴設(shè)備的人體行為識(shí)別與狀態(tài)監(jiān)測方法研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2016.圖1.5LCD1602液晶顯示器電路設(shè)計(jì)

2基于單片機(jī)的計(jì)步器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1Keil4軟件介紹在本次設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，選擇了兩片單片機(jī)作為系統(tǒng)的處理器，這兩片單片機(jī)都選擇了stc89C52單片機(jī)，該款單片機(jī)在進(jìn)行程序開發(fā)時(shí)，所使用的編程軟件為KEIL4，該軟件支持使用C語言以及匯編語言進(jìn)行程序開發(fā)，在進(jìn)行程序編寫的時(shí)候支持多窗口輸入，同時(shí)能夠在應(yīng)用的過程當(dāng)中進(jìn)行子程序的檢驗(yàn)，在編譯完成之后可以通過窗口的檢驗(yàn)功能來進(jìn)行檢測，程序是否正確，軟件能夠及時(shí)指出錯(cuò)誤的地方，同時(shí)能夠?qū)﹀e(cuò)誤的語法進(jìn)行自動(dòng)的標(biāo)注，具有較高的編程效率[[]張童飛.基于BLE4.0的計(jì)步系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].東南大學(xué),2016.[]張童飛.基于BLE4.0的計(jì)步系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].東南大學(xué),2016.2.2AD繪圖軟件介紹AltiumDesigner是一款，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)以及電路開發(fā)專用的軟件，該軟件能夠進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)以及電路的仿真PCB的繪制工作，在進(jìn)行布線的過程當(dāng)中可以采用自動(dòng)布線以及手動(dòng)布線兩種方式，為了能夠提升用戶的使用體驗(yàn)，在ad8版的版本當(dāng)中加入了數(shù)據(jù)庫，使用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)可以直接從這一塊當(dāng)中，選取相應(yīng)的軟件及封裝也將會(huì)直接添加。2.3軟件設(shè)計(jì)2.1.1主程序在該系統(tǒng)進(jìn)行工作的過程當(dāng)中。系統(tǒng)需要進(jìn)行模塊化的初始操作，通過對(duì)模塊化進(jìn)行速度操作，才能完成相關(guān)的數(shù)據(jù)讀取。在一開始的工作過程當(dāng)中，需要對(duì)所使用的io口模塊進(jìn)行操作使其進(jìn)行初始化操作，在操作完畢之后開始進(jìn)行按鍵的檢測，在進(jìn)行安全檢測的過程當(dāng)中，主要是檢測是否進(jìn)行清零，或者是是否進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)，然后該系統(tǒng)開始接收傳感器模塊的數(shù)據(jù)信息，當(dāng)接收完畢該數(shù)據(jù)信息之后，開始進(jìn)行相關(guān)的算法設(shè)計(jì)，進(jìn)行顯示數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行輸出控制。將采集到的信息存儲(chǔ)到數(shù)組當(dāng)中，同時(shí)利用液晶顯示器進(jìn)行刷新，其組成其設(shè)計(jì)流程圖如下圖1.2所示：

開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化否開始按鍵？否開始按鍵？是是算法計(jì)算算法計(jì)算顯示輸出顯示輸出否清零按鍵？否清零按鍵？是是結(jié)束結(jié)束圖2.1基于單片機(jī)的計(jì)步器設(shè)計(jì)的主程序流程圖2.2.2數(shù)據(jù)檢查子程序設(shè)計(jì)ADXL345，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過程當(dāng)中，首先需要對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，該芯片通過感知外界的運(yùn)動(dòng)狀況，進(jìn)行相應(yīng)的判斷，如果超過一定的閾值范圍時(shí)，將能夠進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，然后將該數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線IIC發(fā)送到打印機(jī)上進(jìn)行相應(yīng)的處理，如下圖2.2所示：

預(yù)采樣預(yù)采樣自適應(yīng)調(diào)節(jié)自適應(yīng)調(diào)節(jié)判斷判斷閾值有效否計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)判斷判斷閾值有效否計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)圖2.2基于單片機(jī)的計(jì)步器設(shè)計(jì)的子程序流程圖2.2.3液晶顯示子程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用了LCD1602液晶顯示器作為本次設(shè)計(jì)流程圖，在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的時(shí)候，開