1、畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目：基于單片機的自行車速度及里程表設(shè)計系部名稱： 信息工程系 專業(yè)班級： 電氣102 學(xué)生姓名： 曹康 學(xué) 號： 8 指導(dǎo)教師： 姜宏偉 教師職稱： 副教授 201 年 月 日摘 要隨著自行車行業(yè)和電子技術(shù)的發(fā)展，自行車?yán)锍趟俣扔嫾夹g(shù)也在不斷進(jìn)步和提高，用戶對自行車?yán)锍趟俣扔嫷囊笠苍絹碓礁?，因此設(shè)計了自行車?yán)锍趟俣扔?。本文主要研究了以單片機為基礎(chǔ)的自行車?yán)锍趟俣绕鞯脑O(shè)計。采用STC89C52單片機為主要控制芯片，運用自行車車輪上的傳感器進(jìn)行計數(shù)，通過一定時間間隔對信號的采集，結(jié)合自行車本身車輪參數(shù)，經(jīng)過單片機對采集信號進(jìn)行分析計算，最終在液晶顯示器LCD上顯示車輛行駛的里

2、程和速度，同時運用其他按鍵分別自行車單里程計數(shù)，瞬時速度、最大速度和平均速度顯示以及超速報警。 該設(shè)計重點闡述了系統(tǒng)的工作原理、硬件構(gòu)成、各部分的主要功能以及軟件的結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)。自行車?yán)锍趟俣扔嫷脑O(shè)計本著安全、方便、節(jié)能、人性化的原則進(jìn)行，可使現(xiàn)代生活顯著提高。關(guān)鍵詞：自行車,STC89C52, LCD1602，霍爾傳感器Bicycle mileage velocity meter based on MCU ABSTRACTAlong with the development of the bicycle industry and electronic technology, bicycle s

3、peedometer technology is also in constant progress and improve, user demand for bicycle mileage is more and more is also high, so I chose bicycle mileage speedometerThis article mainly introduced take the monolithic integrated circuit as the foundation rental car fare register design. Uses the 89C52

4、 monolithic integrated circuit for the primary control chip, using the pressed key signal imitation rental car wheel counting signal, simultaneously utilizes other pressed keys to control the rental car movement to carry passengers separately/the spatial vehicle condition, the kilometer idea regulat

5、ion/waiting time and the traveling schedule expense amount to the demonstration. The system used three groups of nixietubes, the utilization dynamic display technology has demonstrated the distance in kilometer, the standby period and the expense separately. Meanwhile carries on the design using the

6、 software programming to the monolithic integrated circuit timer, produces the waiting timed pulse signal. this article elaborated with emphasis systems principle of work, the hardware constitution, various part of major functions as well as softwares structure and realizes.The mileage log system wi

7、th STC89C52 as control core, using sensors to detect signals, by a certain time interval signal collection, in combination with itself, bicycle wheel parameters through single chip microcomputer for the analysis of the collected signal, finally displayed on the LCD screen LCD vehicle mileage and spe

8、ed, overspeed alarm。The design of this multi-function window will be in line with the principles of safe, convenient, energy saving, user-friendly, and it will make modern life significantly improved.Keywords： Bicycle; STC89C52; LCD1602；Hall sensor目 錄1 緒論11.1 課題的來源11.2 選題的意義12 自行車?yán)锍瘫硐到y(tǒng)22.1 傳統(tǒng)里程表2傳統(tǒng)的

9、自行車?yán)锍瘫硪话闶褂没诖烹妭鞲衅骱蛦纹瑱C。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但是存在以下缺點：一是其輸出信號的幅值會隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化。如果車速過快，其輸出信號電壓值過高，則會出現(xiàn)次脈沖，檢測結(jié)果與真實轉(zhuǎn)速不符；二是抗電磁波干擾能力較差。所以這種里程表受到磁電式傳感器的影響，不能克服以上缺點。2基于霍爾效應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器和單片機的里程表則能克服上述兩個缺點。自行車工作環(huán)境較為惡略，震動性大，油污較多而霍爾傳感器具有無觸點、高壽命、高可靠性、無火花、無自激振蕩、溫度性好、抗污染能力強、結(jié)構(gòu)簡單、堅固、體積小、耐沖擊等優(yōu)點，憑借這些特點從而決定了選擇新型的自行車?yán)锍瘫硎莻€很好的選擇。22.2 常

10、用傳感器里程表比較22.2.1 基于能變磁阻式的傳感器里程表22.2.2 基于霍爾效應(yīng)式傳感器里程表22.3 霍爾傳感器突出優(yōu)點23 自行車?yán)锍瘫碛布O(shè)計33.1自行車?yán)锍瘫砭唧w硬件電路及工作原理33.2 其他外圍硬件電路43.2.1 電源電路43.2.2 液晶1602顯示電路53.2.3 里程計數(shù)顯示93.2.4 時間顯示93.3 單片機的選用103.3.1 單片機的選用103.3.2 AT89C52單片機簡介103.4 傳感器的選用124 自行車?yán)锍瘫碥浖O(shè)計124.1 自行車?yán)锍瘫砜傮w程序設(shè)計134.1.1 中斷子程序設(shè)計134.1.2 路程子程序設(shè)計134.1.3 速度子程序設(shè)計144

11、.2 系統(tǒng)軟件模塊框圖155 系統(tǒng)調(diào)試與分析165.1 運行調(diào)試結(jié)果165.2 調(diào)試故障及原因166 總結(jié)與展望176.1 總結(jié)176.2 展望18參 考 文 獻(xiàn)18致謝19 1 緒論1.1 課題的來源我國是自行車大國，隨著人們生活水平的不斷提高，自行車已經(jīng)不僅僅是運輸、代步的工具，其輔助功能也變得越來越重要。因此，人們希望自行車的娛樂、休閑、鍛煉的功能越來越多，能帶來大家更多的健康與快樂。在這個背景下，自行車?yán)锍瘫碜鳛樽孕熊嚨囊淮筝o助工具迅速發(fā)展起來.科學(xué)、美觀、合理設(shè)計自行車?yán)锍瘫碛幸欢ǖ膶嵱脙r值.它能合理計算出速度及公里數(shù),使運動者運動適量,達(dá)到健康運動與代步的最佳效果。隨著自行車?yán)锍瘫?/p>

12、的發(fā)展,其功能也逐漸從單一的里程顯示發(fā)展到速度、時間顯示，甚至有的還具有測量騎車人的心跳、顯示騎車人熱量消耗等功能，讓人能清楚地知道當(dāng)前的速度、時間、里程等物理量。如佛山高明華勁電子公司的自行車?yán)锍瘫鞰S-601,能動態(tài)顯示行駛里程、騎車時間、實時車速等。1.2 選題的意義隨著自行車的產(chǎn)生，里程計也就伴隨著時代應(yīng)運而生。隨著自行車行業(yè)和電子技術(shù)的發(fā)展，自行車?yán)锍逃嫾夹g(shù)也在不斷進(jìn)步和提高，對自行車?yán)锍唐鞯囊笠苍絹碓礁?，用戶不僅要求速度顯示性能穩(wěn)定。騎自行車時，希望看到的不僅僅只是速度。安裝在與自行車輪相連接的傳感器在自行車行進(jìn)時向里程器發(fā)送脈沖信號，在一定的公里數(shù)（即一定的脈沖數(shù)）內(nèi)，不停的進(jìn)

13、行里程計數(shù)。國內(nèi)自行車?yán)锍逃嬕呀?jīng)經(jīng)歷了四個階段的發(fā)展,從傳統(tǒng)的全部由機械元器件組成的機械式,到半電子式即用電子線路代替部分機械元器件的自行車?yán)锍逃?再從集成電路式到目前的單片機系統(tǒng)設(shè)計的自行車?yán)锍逃?。隨著社會的不斷發(fā)展，單片機應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展，里程計的功能也在不斷完善.當(dāng)單片機出現(xiàn)并應(yīng)用于里程計后，現(xiàn)代自行車?yán)锍逃嫷哪Ｐ鸵簿突揪邆淞?，它可以完成計程，顯示等基本工作，同時還具備了LED顯示、永久時鐘、存儲等其他一些附加功能。單片機以及外圍芯片的不斷發(fā)展也進(jìn)一步促進(jìn)了里程計的發(fā)展。 本課題在基于單片機基礎(chǔ)上對自行車計費系統(tǒng)進(jìn)行研究，由于研究條件限制，本課題采用了按鍵來模擬自行車車輪的計費脈沖信號

14、，同時用LCD1602分別顯示里程表公里數(shù)、速度和時間。整個設(shè)計只對自行車?yán)锍瘫淼某Ｓ霉δ苓M(jìn)行了設(shè)計，并未附加其他功能。運用單片機對自行車?yán)锍逃嬤M(jìn)行設(shè)計使得里程計在功能，穩(wěn)定性和設(shè)計難度上都得到很大的提高。本設(shè)計主要是運用單片機技術(shù)對里程計進(jìn)行了簡單的模擬，而隨著單片機技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機在自行車?yán)锍瘫硇袠I(yè)的應(yīng)用將會越來越廣泛。2 自行車?yán)锍瘫硐到y(tǒng)2.1傳統(tǒng)的里程表傳統(tǒng)的自行車?yán)锍瘫硪话闶褂没诖烹妭鞲衅骱蛦纹瑱C。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但是存在以下缺點：一是其輸出信號的幅值會隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化。如果車速過快，其輸出信號電壓值過高，則會出現(xiàn)次脈沖，檢測結(jié)果與真實轉(zhuǎn)速不符；二是抗電

15、磁波干擾能力較差。所以這種里程表受到磁電式傳感器的影響，不能克服以上缺點?；诨魻栃?yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器和單片機的里程表則能克服上述兩個缺點。自行車工作環(huán)境較為惡略，震動性大，油污較多而霍爾傳感器具有無觸點、高壽命、高可靠性、無火花、無自激振蕩、溫度性好、抗污染能力強、結(jié)構(gòu)簡單、堅固、體積小、耐沖擊等優(yōu)點，憑借這些特點從而決定了選擇新型的自行車?yán)锍瘫硎莻€很好的選擇。2.2 常用傳感器里程表比較2.2.1 基于能變磁阻式的傳感器里程表能變磁阻式傳感器也稱電磁感應(yīng)式傳感器，會產(chǎn)生磁脈沖信號，該信號的產(chǎn)生是由于傳感器內(nèi)的轉(zhuǎn)子的傳動從而使磁通量的大小發(fā)生了變化從而使線圈中的感應(yīng)電動勢也改變了。基于這種里程表

16、的優(yōu)點則是價格低、形狀小、不用外接電源就能產(chǎn)生交流信號、而且溫度的穩(wěn)定性高：不過不好的地方是轉(zhuǎn)子在不轉(zhuǎn)動的時候就沒有信號的輸出，信號跳動的范圍取決于傳感器里面轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度，需要專門的處理信號的電路，而且傳感器內(nèi)的氣體空間必須要小于2mm。2.2.2 基于霍爾效應(yīng)式傳感器里程表霍爾效應(yīng)式（Hall Effect）傳感器所獲得的電壓信號，是因為傳感器內(nèi)轉(zhuǎn)軸的傳動令磁通量的大小發(fā)生了變化。轉(zhuǎn)軸經(jīng)過傳感器中的霍爾器件和永磁鐵，磁通量的改變與可變化磁阻式的傳感器差不多，不過和可變磁阻式不一樣的是霍爾器件所測量的是磁通量的大小而不是變化率?；魻柶骷怯媒橛趯?dǎo)體和絕緣之間的材料制成，需要偏置電流，此傳感器

17、隨著作用于霍爾器件的磁場的磁通量的增大而增大?；魻杺鞲衅魇褂昧藘蓸O半導(dǎo)體做法，使變大、熱量的補充以及信號的處理全部集中在一張芯片上?；诨魻杺鞲衅骼锍瘫淼膬?yōu)點則是：價格較便宜、形狀小、能測出無轉(zhuǎn)速、有著很好的線條；不過敝處是：溫度承受力不高（要低于200），傳感器的氣體間隔要小于2.5mm，承壓力較小。但對于自行車的工作環(huán)境，霍爾式里程表受溫度極限、壓力敏感方面的影響則較小。2.3 霍爾傳感器突出優(yōu)點轉(zhuǎn)速傳感器的類型有很多，因為霍爾傳感器具有堅固、無觸點、結(jié)構(gòu)簡單、長壽命、無火花、溫度性能好、無自激振蕩、體積小、抗污染能力強、可靠性高、耐沖擊力強等優(yōu)點，所以采用霍爾效應(yīng)式傳感器作為設(shè)計用轉(zhuǎn)速傳

18、感器。該傳感器是開關(guān)元件，直接輸出脈沖頻率信號，但是由于存在一些電磁噪聲干擾，必須將信號采取過濾無用波以及矯正，提升信號波的精確度和抵抗干擾的能力。處理過的信號則轉(zhuǎn)變成了所需要的方波型信號，然后經(jīng)過單片機的輸入采取能力就能準(zhǔn)確的獲得他脈沖所產(chǎn)生時間，為了控制單位運算以及提供轉(zhuǎn)速和上截止點的基準(zhǔn)信號。用霍爾元件做成的速度傳感器，在車輛速度范圍內(nèi)信號的幅度變化不大。并且，還可以利用這些輸出信號另有用途，如可以控制牽引力，對車輛的導(dǎo)航系統(tǒng)和發(fā)動機以及變速器進(jìn)行管理等?；魻杺鞲衅鞯暮锰庍€在于：信號的輸出電壓比較高，從而使用因為兩端收到的腐蝕和電磁干擾等這些外接因素引起的問題不大；抗氣體敏感度能力強，受

19、質(zhì)量和空氣的影響較小等?；魻栃?yīng)傳感器里程表裝置具有諸多優(yōu)點，他們無減少了質(zhì)量觸點，結(jié)構(gòu)堅固，質(zhì)量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，耐振動。同時，裝置當(dāng)中的器件的耐溫范圍高。抗震能力強，而且傳感器當(dāng)中的磁場的存在不受介質(zhì)的影響，所以霍爾器件能暴露在空氣中，所以能在環(huán)境因素不太好的地方進(jìn)行工作。另外此傳感器的變換器能與處理信號的電路集成在同一個硅片上，體積較小，成本低，同時具有較好的抗電磁干擾性能。3 自行車?yán)锍瘫碛布O(shè)計3.1自行車?yán)锍瘫砭唧w硬件電路及工作原理整個設(shè)計系統(tǒng)以單片機作為核心，有液晶1602顯示、電源、霍爾傳感器等器件組成。從霍爾傳感器得到脈沖信號，經(jīng)過信號的處理，轉(zhuǎn)變成單片機能夠接受

20、到的信號，通過單片機的計算和控制，就可以實現(xiàn)車速和里程的顯示。以實現(xiàn)車速、里程、時間的直觀顯示。工作原理：此設(shè)計的優(yōu)點在于我們能夠隨時隨地的讀出速度與里程數(shù)，主要是將輸?shù)絾纹瑱C中的傳感器信號的頻率實時的測出來，但是因為信號的衰減性、干擾等的影響，在單片機接受信號以前要對信號放大并矯形，然后再經(jīng)過單片機可以得到速度和里程，最好把這些數(shù)據(jù)存儲到相應(yīng)的存儲器，并由液晶1602顯示出所測的速度與里程。設(shè)計時，應(yīng)綜合的思考測量的準(zhǔn)確度與系統(tǒng)的反應(yīng)時間。在本設(shè)計中速度是通過測脈沖的頻率而算出來的，所以有比較高的準(zhǔn)確度。在計算里程的時候我們往往要假設(shè)自行車是處于理想狀態(tài)當(dāng)中的。而實際中，誤差往往不會超過數(shù)米

21、，而整個里程往往都有幾千米，所以誤差很小。但是為了能隨時的讀出數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的所有模塊都運用了快捷的算法。另外，還要力所能及的讓其他的子模塊在編程時具有通用性以及高效性。本設(shè)計的所有數(shù)據(jù)都用液晶1602顯示。硬件設(shè)計霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)如圖3-1所示，在非磁性材料的車輪上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個脈沖，從而可測出轉(zhuǎn)數(shù)（計數(shù)器），若接入頻率計，便可測出轉(zhuǎn)數(shù)。圖3-1 霍爾傳感器測速按照車輪的周長大小，乘以運行時間內(nèi)測到的轉(zhuǎn)數(shù)，其乘積就是單程的行程。3.2 其他外圍硬件電路3.2.1 電源電路如圖3-2所示。外部由12V經(jīng)7805降壓芯片提供電源，給

22、霍爾傳感器和單片機系統(tǒng)供電。圖3-2 電源電路原理圖由于電流可達(dá)數(shù)值較高，且允許時間較長，所以三極管選用功率高的。二極管用于控制電流大小，避免電流過大燒壞元件。當(dāng)然，實驗設(shè)計工程中為了簡便，我們直接由一個12V的電源經(jīng)78M05穩(wěn)壓后得到+5V電壓給單片機系統(tǒng)和霍爾傳感器穩(wěn)定供電。3.2.2 液晶1602顯示電路圖3-3 液晶1602顯示電路原理圖3.2.2.1 液晶顯示原理液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機

23、、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域。3.2.2.2 液晶顯示器的分類 液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動（Static）、單純矩陣驅(qū)動（SimpleMatrix）和主動矩陣驅(qū)動（ActiveMatrix）三種3.2.2.3 液晶顯示器各種圖形的顯示原理:線段的顯示 點陣圖形式液晶由MN個顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行有16字節(jié)，共168=128個點組成，屏上6416個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)

24、的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000H）=FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當(dāng)（3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。字符的顯示 用LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由68或88點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的

25、為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。漢字的顯示 漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、3、5右邊為2、4、6根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié)直到

26、32B顯示完LCD就可以得到一個完整的漢字.3.2.2.4 主要技術(shù)參數(shù)如表3.1所示表3.1技術(shù)參數(shù)顯示容量16*2個字符芯片工作電壓4.5-5.5工作電流20mA(5.0/v)模塊最佳電壓5.0/v字符尺寸2.95*4.35（WXH）/mm表3.1（續(xù)）3.2.2.5 引腳接口說明如表3.2所示表3.2引腳接口編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：VSS為地電源第

27、2腳：VDD接5V電源第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。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。第5腳：R/W為寄存器選擇，高電平時進(jìn)行讀寫操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光

28、源負(fù)極LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，基本控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖3.6所示圖3.7 LCD1602帶背光與不帶背光的外形尺寸差別3.2.2.6 LCD寄存器的選擇如表3。3所示表3.3 LCD寄存器的分類ER/WRS功能說明100寫入命令寄存器101寫入數(shù)據(jù)寄存器110讀取忙碌標(biāo)志及RAM地址111讀取RAM數(shù)據(jù)0X不動作表3.3（續(xù)）1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清除顯示，指令碼01H光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，

29、光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)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。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)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(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示F:低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)

30、生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址BF：為忙標(biāo)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10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)3.2.3 里程計數(shù)顯示里程計數(shù)部分采用兩位LCD1602進(jìn)行計數(shù)顯示，計數(shù)范圍0.0999.9公里。當(dāng)里程小于1公里時，顯示0.111公里；當(dāng)里程計數(shù)超過1公里時，顯示為111.1公里。3.2.4 時間顯示時間顯示在LCD1602的第一排，其顯示小時、分鐘、秒，其顯示的格式為00:00:00，第二排顯示速度和總路程。圖3-4 顯示的內(nèi)容結(jié)構(gòu)框圖：圖3-5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)由霍爾傳感器、液晶1602顯示部分

31、、電源電路部分和單片機構(gòu)成。單片機可以實時采集、處理顯示。具體硬件電路及工作原理：里程、速度等都是由霍爾傳感器測量。已知自行車輪胎的直徑D，輪子每轉(zhuǎn)動一圈，咱裝到車輪輻條上的磁鋼接近干簧管一次，干簧管閉合，送一個下降沿信號給單片機的外部中斷0，產(chǎn)生一次中斷，圈數(shù)n加1.兩個相鄰的下降沿脈沖信號的時間由單片機定時器1計算（設(shè)為t），那么計算單程累計里程S和當(dāng)前速度V的公式為：S=D*n V=D*/t處理各項數(shù)據(jù)時同時計算刷新并顯示數(shù)據(jù)。單片機定時器0定時時間為50ms，每20次刷新系統(tǒng)時鐘及計算累計行駛時間。3.3 單片機的選用3.3.1 單片機的選用鑒于本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理上速度的要求，單片機采用

32、美國ATMEL公司產(chǎn)生的AT89C52單片機。該芯片不但具有MCS51系列單片機的所有特征，而且片內(nèi)集成有8K字節(jié)的電擦除只讀程序存儲器。它價格低廉、引腳齊全，是目前性價比較高的單片機芯片之一。它是ATMEL的高密非易失存儲技術(shù)制造，并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS.51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPLI和Flash存儲器，使AT89C51成為了適用性強的微型計算機。它為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活度和成本低的解決辦法。3.3.2 AT89C52單片機簡介1） 芯片概述：AT89C52是一個低壓、低功耗和高性能的CMOS 8位單片機，片內(nèi)含有8k Bytes能重復(fù)進(jìn)行編寫一千次的只讀程

33、序FLASH存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件由ATMEL公司生產(chǎn)的具有高密度、不容易丟失的存儲技術(shù)所制造，兼容了標(biāo)準(zhǔn)型mcs-51指令系統(tǒng)以及80C51的引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了可以兼容的中央處理器（8位）和flash的存儲單元，多功能的微型計算機的AT89C52能為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89C52包含了20對引腳，16對外向雙向輸入/輸出（I/O）端口，并且里面還有2個外部中斷接口，16位的可編程定時計數(shù)器有3個，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52能常規(guī)的進(jìn)行編寫程序，同時也能在線編程。3-7 AT89C52引腳圖2） 主要功能介紹

34、：AT89C52為40腳雙列直插封裝的8位通用微處理器，引腳分布參照-單片機引腳表3-1：表3-1 單片機引腳功能AT89C52也可以為很多的嵌入式控制應(yīng)用提供高度靈活而且價格低廉的方案，特別適合小系統(tǒng)。本系統(tǒng)用到單片機的32個I/O口，選用AT89C52單片機做為主系統(tǒng)。3.4 傳感器的選用 傳感器額選用原則:傳感器是各種各樣的，即便是對相同種類的測量也可以采用不同工作原理的傳感器，因此根據(jù)需要來選用最合適的傳感器?，F(xiàn)在的傳感器在原理上與結(jié)構(gòu)上有著很大的區(qū)別，根據(jù)需要來其恰當(dāng)?shù)倪x用什么傳感器，這是對某個量進(jìn)行測量時首先要考慮的。當(dāng)傳感器確定之后，怎樣去測量和如何去選擇測量所需要的裝備也就能定

35、下來了。怎樣去選擇傳感器對最后測量的準(zhǔn)確度有著至關(guān)重要的作用。1） 根據(jù)測量什么以及測量在什么情況下進(jìn)行測量來確定的傳感器類型根據(jù)所需要進(jìn)行的測量對象，考慮采用哪種原理的傳感器，本設(shè)計需要根據(jù)被測量的特點以及傳感器的使用條件考慮選用何種類型的傳感器，然后再來考慮傳感器詳細(xì)的各項指標(biāo)。2） 頻率響應(yīng)特性被測量對象的頻率范圍是由傳感器的頻率響應(yīng)特性決定的，頻率響應(yīng)越高，測量對象的信號的頻率范圍越寬。在對運動中的對象進(jìn)行測量，為了不產(chǎn)生較大的誤差，就要對被測對象的信號特點來確定所需要的傳感器的頻率響應(yīng)特性。3） 靈敏度的選擇在一定的線性范圍以內(nèi)，傳感器的靈敏度越高則處理信號則越簡單。因為當(dāng)靈敏度比較

36、高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才會比較大，有利于信號的處理。同時又要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比；如果被測量是一個多維向量則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。4） 穩(wěn)定性要使傳感器具有較好的穩(wěn)定性，則傳感器必須要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器前，應(yīng)對傳感器的使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境來選擇合適的傳感器。5） 精度精度是傳感器的一個重要性能指標(biāo)，它關(guān)系到了整個測量系統(tǒng)與測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。因此，傳感器的精度只要能滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以了，同時要考慮性價比與適用性，不要選用的過高。4 自行車?yán)锍瘫碥浖O(shè)計硬件設(shè)計完后，將進(jìn)行軟件部分的設(shè)計，這部分也是設(shè)計中最核心

37、的部分。軟件設(shè)計是把許多事物和問題抽象起來，并且抽象它們不同的層次和角度。軟件設(shè)計將問題或事物分解并模塊化，使得解決問題變得容易。模塊化設(shè)計是根據(jù)硬件設(shè)計的結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)的功能分成很多小的模塊，是系統(tǒng)功能逐漸趨于明朗化。因此，在整體設(shè)計中，能否將軟件設(shè)計和硬件設(shè)計合理的結(jié)合是成功的關(guān)鍵?；趩纹瑱C自行車?yán)锍瘫淼能浖O(shè)計包括初始化程序，里程調(diào)用子程序，速度調(diào)用子程序，中斷服務(wù)子程序，LED顯示子程序，延時子程序等部分。幾大部分采用模塊化設(shè)計具有方便，實用的特點。下面介紹其中主要部分。4.1 自行車?yán)锍瘫砜傮w程序設(shè)計在主程序模塊中，需完成對各接口芯片初始化，自行車速度和里程的初始化，中斷向量的設(shè)計，

38、開中斷等工作。除此之外，在主程序模塊中還需設(shè)置啟動/清除標(biāo)志寄存器，速度寄存器，速度寄存器，然后對它們進(jìn)行初始化。最后在主程序中完成啟動，清除，計程，測速等不同操作。4.1.1 中斷子程序設(shè)計外部中斷0用于對車輪圈數(shù)的計數(shù)，車輪每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器輸出一個低電平脈沖，根據(jù)里程寄存器中的數(shù)值計算出總里程數(shù)。定時中斷是為滿足定時或計數(shù)需要而設(shè)置的。單片機有兩個定時器/計數(shù)器。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生計數(shù)溢出時，就以溢出信號作為中斷請求，從而置位一個溢出標(biāo)志，作為單片機接受請求的標(biāo)志。TCON是定時器/計數(shù)器的控制寄存器，字節(jié)地址為88H，可位尋址。該寄存器中既有定時器/計數(shù)器T0和T1的溢出中斷請求標(biāo)志位TF1

39、和TF0，也包括了有關(guān)外部中斷請求標(biāo)志位IE1和IE0。本設(shè)計設(shè)計采用定時中斷，對自行車的里程和速度進(jìn)行計數(shù)。4.1.2 路程子程序設(shè)計里程處理子程序里程圖：圖4-1外中斷0服務(wù)程序用于對單片機P3.2口輸入的圈脈沖進(jìn)行計數(shù)。每次計數(shù)一次后，對里程數(shù)據(jù)進(jìn)行一次存儲操作。當(dāng)車輪每轉(zhuǎn)一圈，通過霍爾元件將脈沖數(shù)輸入單片機內(nèi)，通過計數(shù)器計出脈沖數(shù)，再用乘法子程序算出里程數(shù)。里程處理子程序流程圖如圖4-1所示。4.1.3 速度子程序設(shè)計圖4-2程序代碼：void Time0INT(void) interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256

40、; t+; time+; if(t=20) t=0;miao+; if(t=0) S_long1=S_long; time1=time; /*行駛的總路程*/void Lucheng()S_long=2*3.14*R*huonum; / m;sudu=(S_long-S_long1)/(time1-time)*1000; / m/s;4.2 系統(tǒng)軟件模塊框圖初始化 模塊里 程 顯 示 模 塊E E P R O M 數(shù) 據(jù) 讀 出 模 塊頻 率 測 量 模 塊中 斷 服 務(wù) 模 塊圖4.1 系統(tǒng)軟件框圖如圖4-1所示,本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計方法。整個系統(tǒng)由初始化模塊、頻率測量模塊、速度,里程計

41、算模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)BCD碼模塊、速度顯示模塊、里程顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲,讀取模塊、定時器中斷服務(wù)模塊以及其他功能模塊組成。5 系統(tǒng)調(diào)試與分析5.1 運行調(diào)試結(jié)果Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的，目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Protues具有原理布圖，PCB自動或人工布線，SPICE電路仿真等功能。Protues從布圖，代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，可以一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念性目標(biāo)原型到實際產(chǎn)品的完整設(shè)計。電路原理圖和程序完成后可進(jìn)行系統(tǒng)仿真。原理圖具體設(shè)計流程圖如圖5.1所示。智能器件搜索，智能化連線功能可以大大縮短繪圖時間

42、。在PROTUES繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理圖中看到模擬后實物的運行狀態(tài)和過程。通過仿真過程不斷的完善電路和程序的功能，最終達(dá)到設(shè)計所要求的目的。5.2 調(diào)試故障及原因 在仿真過程中遇到了一些問題，具體故障以及解決故障所以方法如下:1）液晶顯示不穩(wěn)定，受干擾。 開始把掃描函數(shù)放到了主函數(shù)中，由于受到中斷的影響，液晶不能穩(wěn)定的正確顯示。使液晶顯示子程序放在定時器中，從而定時器定時的對顯示程序段掃描，最終解決了該問題。2）芯片替換仿真時用AT89C52單片機芯片運行仿真時，軟件點擊“開始”按鈕后，沒有出現(xiàn)正常運行狀態(tài)。AT89C2051屬于5

43、1單片機系列，具有20PIN引腳，其他功能與AT89C52類似，替換AT89C2051后，液晶正常顯示，問題得到了解決。系統(tǒng)硬件原理圖設(shè)計過程如圖5.1所示：圖5.16 總結(jié)與展望6.1 總結(jié)該課題的主要任務(wù)是開發(fā)一個以MCS-52單片機為核心的自行車的速度里程表。本設(shè)計主要分為硬件部分和軟件部分，硬件部分著重考慮硬件電路的簡單使用性，所以盡可能簡化硬件電路，節(jié)省線路板的空間，達(dá)到硬件電路最優(yōu)化設(shè)計。軟件采用C程序語言編寫，采用模塊化設(shè)計思想，程序可讀性強。通過仿真、實驗驗證了系統(tǒng)的可行，達(dá)到設(shè)計要求的指標(biāo)，實現(xiàn)對自行車?yán)锍?速度的計算功能，并用1602液晶顯示，里程與速度分別根據(jù)以下公式求得

44、：里程=脈沖總數(shù)輪子周長速度=1s內(nèi)的路程/1ms1000此公式將顯示出里程值和速度值，。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)的一圈，小磁鐵繞過霍爾元件時，霍爾元件輸出一個脈沖，根據(jù)車輪周長計算出里程數(shù)。顯示速度時，LED會根據(jù)轉(zhuǎn)速顯示不同的速度值。當(dāng)速度超過一定數(shù)值時，將啟動報警系統(tǒng)。通過仿真證明了這次設(shè)計符合要求，可以實現(xiàn)對里程和速度的顯示。鑒于此里程表的實踐功能性，以后會出現(xiàn)在眾多場合。不足之處是速度若太快，即自行車車輪轉(zhuǎn)動太快，速度顯示也會過快，運用定時顯示，將能更清楚的看出速度。6.2 展望本系統(tǒng)操作簡單，易于實現(xiàn)。硬件所采用的器件應(yīng)用廣泛，價格低廉，功能強大且穩(wěn)定。本次設(shè)計的核心AT89C52單片機成熟，需求廣泛。這類微處理器可以用作控制器或用于數(shù)據(jù)處理。軟件部分采用模塊化設(shè)計，可讀性較強。本次設(shè)計原理電路簡單，成本低，能夠滿足人們?nèi)粘Ｉ顚Ω咝阅?，多功能自行車要求，可以運動很多場合，具有廣泛應(yīng)用前景。 參 考 文 獻(xiàn)1張懷強，周通，基于單片機與霍爾傳感器的自行車速度與里程表的設(shè)計【J】2吳敏，一種基于單片機的速度測量系統(tǒng)，北京航空航天大學(xué)3陳照章，霍爾測速傳感器及其信號調(diào)理電路，江蘇大學(xué)4路立平，鹿曉力，單片機霍爾傳感器電路設(shè)計，鄭州輕工業(yè)學(xué)院5陳偉，基于單片機的測速儀【M】6崔亮，單片機高精度測速系統(tǒng)實現(xiàn)【M】，天津科技