單片機(jī)自行車(chē)速度行程測(cè)試儀1

1、單片機(jī)自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀摘要目前自行車(chē)已成為人們娛樂(lè)、休閑、鍛煉的首選，尤其是對(duì)于用來(lái)鍛煉的人們，自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀能讓他們清楚地知道當(dāng)前的速度、行程等物理量，更好的用于鍛煉。本論文主要闡述一種基于霍爾元件的自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀的設(shè)計(jì)。以 at89c51 單片機(jī)為核心，a44e 霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自行車(chē)速度/行程的測(cè)量統(tǒng)計(jì)。該速度/行程測(cè)試儀能將傳感器輸入到單片機(jī)的脈沖信號(hào)的寬度實(shí)時(shí)地測(cè)量出來(lái)，然后通過(guò)單片機(jī)計(jì)算出速度和行程，再將所得的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到串口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，采用cat24wc32 實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)掉電的時(shí)候保存速度和行程信息，并由串口液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示出所測(cè)速度和行程。本設(shè)計(jì)介

2、紹了自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)。硬件部分利用霍爾元件將自行車(chē)每轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)傳入單片機(jī)系統(tǒng)，然后單片機(jī)系統(tǒng)將信號(hào)經(jīng)過(guò)處理送顯示。軟件部分用c語(yǔ)言進(jìn)行編程，采用模塊化設(shè)計(jì)思想。該系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單，子程序具有通用性，完全符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：速度/行程；霍爾元件；單片機(jī)；液晶顯示bicycle speed/trip tester by scmabstractnow the bicycle has become the first choice of entertainmenting and exercising. especially for people to exercise，

3、the bicycle speed/trip can fulfill the basic need of peoples life, so that they can learn the speed and the mileage of the bicycle. in these paper, the bicycle speed/trip design based on the hall element is elaborated. by at89c51 as kernel, using a44e hall element to measure revolution, the measure

4、and statistic are achieved. the range informations are saved by cat24wc32 when the power is off, the bicycle speed can be displayed on lcd. in this article, the hardware circuit and software design of bicycle speed/trip instrument are introduced in detail. about the hardware, the pulse number is tra

5、nsmitted of one cycle of the bicycle into single chip microcomputer system. then the signal processed by single chip microcomputer system is sent to display scream. about the software, in assemble language, the program is designed in the mode of modules. the system has simple hardware, common sub-pr

6、ogram, and meet the demand of design.key words: speed/trip; hall element; single chip microcomputer; lcd目 錄摘要iabstractii第1章 緒 論11.1 課題研究的目的11.2 課題的主要任務(wù)及內(nèi)容1第2章 自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀總體方案設(shè)計(jì)22.1 任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn)22.2 自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀硬件方案設(shè)計(jì)22.2.1 整體方案論證22.2.2 系統(tǒng)的組成32.2.3 系統(tǒng)的原理框圖32.3 自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀軟件方案設(shè)計(jì)4第3章 單片機(jī)at89c51簡(jiǎn)介53.1 單片機(jī)的組成和

7、特點(diǎn)53.1.1 單片機(jī)的組成53.1.2 單片機(jī)的特點(diǎn)53.2 單片機(jī)的發(fā)展史63.3 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)63.4 單片機(jī)的應(yīng)用73.5 at89c51的主要特性和實(shí)物圖73.6 at89c51的引腳功能介紹93.7 單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)功能介紹11第4章 測(cè)速傳感器的選型124.1 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的工作原理124.2a44e集成開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器介紹134.3 傳感器的檢測(cè)原理和檢測(cè)電路14第5章 整體硬件電路設(shè)計(jì)155.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)155.2 傳感器檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)165.3 電源電路的設(shè)計(jì)175.4 鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)175.5 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)185.6 時(shí)鐘晶振電路的設(shè)計(jì)195.7 外

8、部存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì)205.7.1 存儲(chǔ)器cat24wc32概述205.7.2 cat24wc32引腳功能介紹215.7.3 ic總線協(xié)議介紹225.7.4 cat24wc32和at89c51的硬件連接設(shè)計(jì)235.8 lcd顯示電路的設(shè)計(jì)245.8.1 lcd1602引腳功能介紹245.8.2 lcd1602的指令介紹255.8.3 lcd顯示電路285.9 聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)29第6章 整體軟件設(shè)計(jì)306.1 軟件設(shè)計(jì)概述306.2 整體程序設(shè)計(jì)306.3 中斷子程序的設(shè)計(jì)326.4 數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì)336.4.1 速度計(jì)算子程序的設(shè)計(jì)336.4.2 行程計(jì)算子程序的設(shè)計(jì)336.5 顯示子程

9、序的設(shè)計(jì)346.6ic協(xié)議下讀/寫(xiě)eprom程序的設(shè)計(jì)35結(jié)論與展望36致 謝37參考文獻(xiàn)38附 一 整體硬件原理圖39附 二 程序清單40外文原文43中文翻譯52第1章 緒 論隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)提高，尤其是單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)以其功能強(qiáng)大，價(jià)格低廉的顯著特點(diǎn)，使全數(shù)字化測(cè)量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用。本論文在此基礎(chǔ)上，對(duì)單片機(jī)自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀的硬件和編程作一簡(jiǎn)單的分析和研究。單片機(jī)突出的特點(diǎn)是體積小，功耗低，精簡(jiǎn)指令集，抗干擾性好，可靠性高，有較強(qiáng)的模擬接口，代碼保密性好。外圍電路更少，因而得到了廣泛的應(yīng)用。另外其較少的指令及較強(qiáng)的實(shí)用功能更為許多單片機(jī)的初學(xué)者之首選品牌。單片機(jī)指令少，pi

10、c中檔系列單片機(jī)共有35條指令，非常有利于記憶和掌握，指令為單字節(jié)，占用程序存儲(chǔ)器的空間小，而且中檔系列單片機(jī)每一條指令為14位，前6位存操作指令，后8位存操作數(shù)，大部分芯片有其兼容的flash程序存儲(chǔ)器的芯片，支持低電壓擦寫(xiě)，擦寫(xiě)速度快，允許多次擦寫(xiě)，程序修改方便。基于單片機(jī)以上特點(diǎn)使其在現(xiàn)代工業(yè)占據(jù)了舉足輕重的位置。其中利用單片機(jī)設(shè)計(jì)自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀就是特例之一。本設(shè)計(jì)以at89c51為核心，通過(guò)a44e集成開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)自行車(chē)的轉(zhuǎn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)自行車(chē)速度/行程的測(cè)量，最后用lcd能直觀的將速度和行程顯示給用戶，并且在速度高于一定的值時(shí)可以自動(dòng)向用戶報(bào)警，實(shí)現(xiàn)速度的實(shí)時(shí)

11、測(cè)量。1.1 課題研究的目的轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法很多，而模擬量的采集和模擬量處理一直是轉(zhuǎn)速測(cè)量的主要方法。目前這種測(cè)量方法已不能適應(yīng)現(xiàn)代化科技發(fā)展的要求。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，使得全數(shù)字測(cè)試儀越來(lái)越普及，其轉(zhuǎn)速測(cè)試儀也可以全數(shù)字化處理。在測(cè)量范圍和測(cè)量精度方面都有很大提高。因此，本次設(shè)計(jì)的目的是：在自行車(chē)上，利用at89c51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一種全數(shù)字化的速度/行程測(cè)試儀，并從提高測(cè)量精度的角度出發(fā)，分析討論其產(chǎn)生誤差的可能原因，為今后的實(shí)際使用提供參考。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為中心，設(shè)計(jì)全數(shù)字化的自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀。這個(gè)測(cè)試儀采用全數(shù)字化結(jié)構(gòu)，操作使用方便，能夠精確的為用戶提供速度和行程的

12、數(shù)值。1.2 課題的主要任務(wù)及內(nèi)容本設(shè)計(jì)的這個(gè)系統(tǒng)以單片機(jī)at89c51為控制核心，用a44e集成開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器作為測(cè)量轉(zhuǎn)速和行程的檢測(cè)元件，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理，用lcd1602液晶顯示模塊顯示速度和行程。本設(shè)計(jì)的速度和里程值采用8位顯示，并包含兩個(gè)小數(shù)位。速度和里程值可單獨(dú)顯示，測(cè)量值誤差小于1%。超速行駛（設(shè)置限速參數(shù)）時(shí)，能自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警。具體的硬件電路包括電源電路、轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)電路以及l(fā)cd顯示電路等。軟件設(shè)計(jì)包括：芯片的初始化程序、顯示子程序等，軟件采用c語(yǔ)言編寫(xiě)，軟件設(shè)計(jì)的思想主要是自頂向下，模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)子模塊逐一設(shè)計(jì)。 第2章 自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀總體方案設(shè)計(jì)2.1

13、 任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的任務(wù)是：以at89c51單片機(jī)為處理核心，用a44e集成開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器將車(chē)輪的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈沖，轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后，送入單片機(jī)計(jì)算處理。速度和里程的測(cè)量，是經(jīng)過(guò)at89c51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器測(cè)出總的脈沖數(shù)和每轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)的計(jì)算得出，其結(jié)果通過(guò)lcd顯示器顯示出來(lái)。并采用cat24wc32 實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)掉電的時(shí)候保存速度和里程信息。本系統(tǒng)總體思路如下：假定輪圈的周長(zhǎng)為l，在輪圈上安裝m個(gè)永久磁鐵，則測(cè)得的里程值最大誤差為l/m。經(jīng)綜合分析，本設(shè)計(jì)中取m=1。當(dāng)輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過(guò)開(kāi)關(guān)型霍爾元件傳感器采集到一個(gè)脈沖信號(hào)，并從引腳p3.2中斷0端輸入，傳感器每獲

14、取一個(gè)脈沖信號(hào)即對(duì)系統(tǒng)提供一次計(jì)數(shù)中斷。每次中斷代表車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，中斷數(shù)n輪圈的周長(zhǎng)為l的乘積為里程值。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。并有液晶顯示器對(duì)速度和里程進(jìn)行同時(shí)顯示，若自行車(chē)超速，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，指示燈亮，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音。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(hào)。2. 對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。實(shí)現(xiàn)：利用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器t1對(duì)霍爾傳感器脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。3. 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，要求用lcd顯示里程總數(shù)和即時(shí)速度。實(shí)現(xiàn)：利用軟件編程，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到需要的數(shù)值。最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：自行車(chē)的速度/行程測(cè)試儀里具有速度、里程測(cè)試與顯

15、示功能，采用單片機(jī)作控制，顯示電路可同時(shí)顯示速度和里程。2.2 自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀硬件方案設(shè)計(jì)2.2.1 整體方案論證測(cè)速，首先要解決是采樣的問(wèn)題。使用單片機(jī)進(jìn)行測(cè)速，可以使用簡(jiǎn)單的脈沖計(jì)數(shù)法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個(gè)或固定的多個(gè)脈沖，將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)算，即可獲得轉(zhuǎn)速的信息。常用的測(cè)速元件有霍爾傳感器、光電傳感器和光電編碼器。里程測(cè)量傳感器的選擇也有以下幾種方案：使用光敏電阻對(duì)里程進(jìn)行測(cè)量、利用編碼器對(duì)車(chē)輪的圈數(shù)進(jìn)行測(cè)量、利用霍爾傳感器對(duì)里程進(jìn)行測(cè)量、利用干簧管型傳感器測(cè)量里程。光敏電阻對(duì)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(hào)；光敏電阻對(duì)環(huán)境的要求相當(dāng)高，

16、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(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量；而編碼器必須安裝在車(chē)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(huì)有影響，而且安裝方便。所以本設(shè)計(jì)采用霍爾元件對(duì)里程與速度進(jìn)行測(cè)量，既簡(jiǎn)單易行，又經(jīng)濟(jì)適用。使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡(jiǎn)單，只要在轉(zhuǎn)軸的齒輪盤(pán)上粘上一粒磁鋼，霍爾元件固定在前叉上，當(dāng)車(chē)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)霍爾元件靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。如果在齒輪盤(pán)上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，

17、如果沒(méi)有信號(hào)輸出，可以換一個(gè)方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛?；魻杺鞲衅魇菍?duì)磁敏感的傳感元件，常用于信號(hào)采集的有a44e。由a44e采樣，經(jīng)單片機(jī)將該處理的數(shù)據(jù)處理后，在lcd顯示屏上顯示出來(lái)，并設(shè)置轉(zhuǎn)速的上限值，一旦超速，單片機(jī)就通過(guò)報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警。2.2.2 系統(tǒng)的組成單片機(jī)自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀系統(tǒng)由傳感器、單片機(jī)、顯示器和報(bào)警器四部分組成。傳感器采用霍爾傳感器將低速物體的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，處理器采用at89c51單片機(jī)，計(jì)算器采用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器完成脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)，顯示器采用lcd1602液晶顯示模塊進(jìn)行顯示，報(bào)警器采用聲光報(bào)警器。系統(tǒng)組成框圖如圖2-1所

18、示：自行轉(zhuǎn)軸軸霍爾傳感器89c51單片機(jī)lcd顯示器聲光報(bào)警器圖2-1 系統(tǒng)組成框圖2.2.3 系統(tǒng)的原理框圖整個(gè)系統(tǒng)以at89c51單片機(jī)為核心，簡(jiǎn)單的原理框圖如圖2-2所示。at89c51鍵盤(pán)霍爾傳感器霍爾傳感器外部存儲(chǔ)器cat24wc32外部存儲(chǔ)器cat24wc32lcd1602里程顯示速度顯示lcd1602 速度顯示里程顯示聲光報(bào)警器聲光報(bào)警器電 源 電 路圖2-2 系統(tǒng)的原理框圖2.3 自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀軟件方案設(shè)計(jì)通過(guò)軟件控制單片機(jī)是單片機(jī)的主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，程序的設(shè)計(jì)要考慮合理性和可讀性，遵循模塊化設(shè)計(jì)的原則，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。模塊化設(shè)計(jì)使程序的可讀性好、修改及完善方便。

19、軟件設(shè)計(jì)包括主程序、行車(chē)過(guò)程中里程和速度計(jì)算子程序、中斷服務(wù)子程序、顯示子程序等等。中斷子程序是將傳感器產(chǎn)生的信號(hào)接入外部中斷0，利用中斷和定時(shí)器對(duì)分別對(duì)里程進(jìn)行累加、每轉(zhuǎn)一周的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。數(shù)據(jù)處理子程序是將進(jìn)入單片機(jī)的脈沖信號(hào)與實(shí)際要顯示值之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過(guò)軟件編程顯示所需要的值。并在程序開(kāi)始階段設(shè)置一個(gè)v的報(bào)警值vo，當(dāng)v超過(guò)vo時(shí)，程序會(huì)驅(qū)動(dòng)p2.3口，讓報(bào)警器工作。顯示子程序是將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果送顯示器顯示。系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖2-3所示。開(kāi)始初始化p1.0=1？?ny計(jì)算里程s和速度vv=vo ?y報(bào) 警顯示里程s和速度v n圖2-3 系統(tǒng)軟件總體流程圖第3章 單片機(jī)at8

20、9c51簡(jiǎn)介單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器cpu隨機(jī)存儲(chǔ)器ram、只讀存儲(chǔ)器rom、多種i/o口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、a/d轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。3.1 單片機(jī)的組成和特點(diǎn)3.1.1 單片機(jī)的組成單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)可用圖3-1所示的方框圖描述。包括：中央處理器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、并行輸入/輸出端口、串行輸入/輸出端口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、系統(tǒng)時(shí)鐘。圖3-1 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)以上只是單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代的單片機(jī)又加入了許多新的功能部件，如

21、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（dac）、溫度傳感器、液晶驅(qū)動(dòng)器、電壓監(jiān)控、“看門(mén)狗”電路、抵押檢測(cè)電路等。3.1.2 單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)除了具備體積小、價(jià)格低、性能強(qiáng)大、速度快、用途廣、靈活性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)外，它與通用微型計(jì)算機(jī)相比，在硬件結(jié)構(gòu)和指令功能方面還有以下獨(dú)特之處。 存儲(chǔ)器rom和ram嚴(yán)格分工 采用面向控制的指令系統(tǒng) 輸入/輸出端口引腳具有復(fù)用功能 品種規(guī)格的系列化硬件功能具有廣泛的通用性3.2 單片機(jī)的發(fā)展史在1970年微型計(jì)算機(jī)研制成功之后，單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)就隨之出現(xiàn)了。1976年，intel公司首先推出了mcs-48系列的單片微型計(jì)算機(jī)，它具有體積小、功能

22、全、價(jià)格低等特點(diǎn)，獲得廣泛的應(yīng)用，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可分為三個(gè)階段。第一階段（19761978年）：以intel公司的mcs-48系列為代表，此單片微型計(jì)算機(jī)具有8位cpu、并行i/o端口、8位時(shí)序同步計(jì)數(shù)器，尋址范圍不大于4kb，但沒(méi)有串口。第二階段（19781982年）：高性能單片微型計(jì)算機(jī)階段，如intel公司的mcs-51系列、motorola公司的6801和zilog公司的z-8等。該類單片微型計(jì)算機(jī)具有串口、多級(jí)中斷處理系統(tǒng)和16位時(shí)序同步計(jì)數(shù)器，ram、rom容量加大，尋址范圍可達(dá)64kb，有的芯片還有a/d轉(zhuǎn)換接口。第三階段（1982至今）：8位單片

23、微型計(jì)算機(jī)改良型及16與32位單片微型計(jì)算機(jī)階段，如intel公司的16位單片機(jī)mcs-96系列，32位單片機(jī)arm系列。intel公司開(kāi)發(fā)的mcs-51系列單片機(jī)，其代表芯片包括8051、8031、8052、8032、8751和8752，這些統(tǒng)稱為51系列單片機(jī)。到目前為止，世界各地廠商研制出大約50個(gè)系列、300多個(gè)品種的單片機(jī)產(chǎn)品。其中有motorola公司的6801、6802，zilog公司的z-8系列，rockwell公司的6501、6502等，nec公司、日立公司及epson公司等也相繼推出了各具特色的單片機(jī)產(chǎn)品。盡管目前單片機(jī)的品種繁多，但其中最具典型性的仍當(dāng)屬intel公司的m

24、cs-51系列單片機(jī)，mcs-51系列單片機(jī)應(yīng)用非常廣泛，是單片機(jī)的主流機(jī)型。國(guó)內(nèi)尤以mcs-51系列單片機(jī)應(yīng)用最為廣泛。3.3 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)在可以說(shuō)單片機(jī)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流c51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有：1、低功耗cmos化mcs-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mw，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mw左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采

25、用了cmos(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。象80c51就采用了hmos(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和chmos(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。cmos雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而chmos則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。2、微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(cpu)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(ram)、只讀程序存儲(chǔ)器(rom)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如a/d轉(zhuǎn)換器、pmw(脈寬調(diào)制電路)、

26、wdt(看門(mén)狗)、有些單片機(jī)將lcd(液晶)驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。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。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，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(lái)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。3、主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80c51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有philips公司的產(chǎn)品，atmel公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的winbond系列單

27、片機(jī)。所以c8051為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而microchip公司的pic精簡(jiǎn)指令集(risc)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國(guó)臺(tái)灣的holtek公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其低價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)一定的市場(chǎng)分額。此外還有motorola公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。3.4 單片機(jī)的應(yīng)用 工業(yè)控制：?jiǎn)纹瑱C(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它特別適用于各種控制系統(tǒng)。它既可以作單機(jī)控制器，也可作為多級(jí)控制的前沿處理機(jī)用于控制系統(tǒng)，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。 智能化的儀器儀表：?jiǎn)纹瑱C(jī)用于包括溫度、濕

28、度、流量、流速、電壓、頻率、功率、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素測(cè)定等和各類儀器儀表中，使儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化、功能大大提高。 日常生活中的電器產(chǎn)品：?jiǎn)纹瑱C(jī)可用于電子秤、錄像機(jī)、彩電、洗衣機(jī)、高級(jí)電子玩具、冰箱、照相機(jī)、家用多功能報(bào)警器等。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信方面：?jiǎn)纹瑱C(jī)可用bit bus、can、以太網(wǎng)等構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，還可以用于調(diào)制解調(diào)器、各種智能通信設(shè)備（例如小型背負(fù)式通信機(jī)、列車(chē)無(wú)線通信等）、無(wú)線遙控系統(tǒng)等。 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備：?jiǎn)纹瑱C(jī)可以用于溫氏硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、微型打印機(jī)、圖形終端、crt顯示器等。3.5 at89c51的主要特性和實(shí)物圖at89c51是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低

29、電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（eprom）和128 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及8051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(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的at89c51單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制場(chǎng)合應(yīng)用，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。at89c51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。它的實(shí)物圖如圖3-2所示。它的主要特性如下：圖3-2 at89c51的實(shí)物圖與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器壽命：1000

30、寫(xiě)/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部ram32可編程i/o線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 3.6 at89c51的引腳功能介紹at89c51單片機(jī)為40引腳雙列直插式封裝。其引腳排列和邏輯符號(hào)如圖3-3所示。圖3-3 at89c51的引腳圖各引腳功能簡(jiǎn)單介紹如下：vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門(mén)電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在

31、fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門(mén)電流。p1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門(mén)電流，當(dāng)p2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口

32、當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門(mén)電流。當(dāng)p3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表3.1所示：表3.1 p3口引腳與第二功能引腳第二功能信號(hào)名稱p3.0rxd

33、串行數(shù)據(jù)接收p3.1txd串行數(shù)據(jù)接收p3.2外部中斷0申請(qǐng)p3.3外部中斷1申請(qǐng)p3.4t0定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的外部輸入p3.5t1定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的外部輸入p3.6外部ram寫(xiě)選通p3.7外部ram讀選通注：p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每

34、當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無(wú)效。/psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen信號(hào)將不出現(xiàn)。/ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在

35、flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。整個(gè)perom陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ale管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)

36、編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，at89c51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。3.7 單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)功能介紹at89c51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)特殊功能寄存器控制。tmod用于設(shè)置其工作方式；tcon用于控制其啟動(dòng)和中斷請(qǐng)求。1.工作方式寄存器tmod工作方式寄存器tmod用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式。gate：門(mén)控位。gate=0時(shí)，只要用軟件使tcon中的tr0或

37、tr1為1，就可以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；gate=1時(shí)，要用軟件tr0或tr1為1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作。：定時(shí)/計(jì)數(shù)模式選擇位。=0為定時(shí)模式； =1為計(jì)數(shù)模式。m1m2：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有4種工作方式，由m1m2進(jìn)行設(shè)置。本次設(shè)計(jì)tmod為90h，即選通定時(shí)/計(jì)數(shù)器1、定時(shí)功能、工作方式1。工作方式16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。2.控制寄存器tcontf1（tcon.7）定時(shí)/計(jì)數(shù)器t1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器t1計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置tf1為1。cpu響應(yīng)中斷后tf1由硬件自動(dòng)清零。t1工作時(shí)，cpu可隨時(shí)查詢tf的狀態(tài)。所以，tf1可用作查

38、詢測(cè)試的標(biāo)志。tf1也可以用軟件置1或清零，同硬件置1或清零的效果一樣。tr1（tcon.6）定時(shí)/計(jì)數(shù)器t1運(yùn)行控制位。tr1置1時(shí)時(shí)，定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器t1開(kāi)始工作；tr1置0時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器t1停止工作。tr1由軟件置1或清0。tf0（tcon.5）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器t0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。tr0（tcon.4）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器t0運(yùn)行控制位。第4章 測(cè)速傳感器的選型自行車(chē)速度/行程測(cè)試儀的傳感器電路設(shè)計(jì)是硬件電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)部分，但也是最為關(guān)鍵的部分。它包括信號(hào)的捕獲、放大、整形和傳送等。傳感器是獲取自然或生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的關(guān)鍵器件，是現(xiàn)代信息系統(tǒng)和各種設(shè)備不可缺少的信息采集工具。磁傳感器是一種將磁學(xué)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的器件或裝置。隨著信息產(chǎn)業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療儀器等的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，需要大量的傳感器將被測(cè)或被控的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可與計(jì)算機(jī)兼容的電信號(hào)。作為輸入信號(hào)，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)。其中最具代表的磁傳感器就是