畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機(jī)的自行車?yán)锍趟俣扔嫷脑O(shè)計

1、 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）論文（設(shè)計）題目：自行車?yán)锍?速度計的設(shè)計 學(xué) 院： 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 05 級 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 誠信責(zé)任書 本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。畢業(yè)論文（設(shè)計）中凡引用他人已發(fā)表的成果，數(shù)據(jù)，觀點(diǎn)，均已明確注明出處。 特別聲明 論文（設(shè)計）作者簽名： 日期：2009.05.23 目 錄摘 要iiiabstractiv前 言1第1章 緒論31.1課題產(chǎn)生的背景31.2課題的主要任務(wù)及內(nèi)容4第2章 自行車?yán)锍?速度計總體方案設(shè)計62.1 任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn)6

2、2.2 自行車?yán)锍?速度計硬件方案設(shè)計72.2.1 里程/速度測量傳感器的設(shè)計72.2.2 方案的確定92.3 自行車?yán)锍?速度計軟件方案設(shè)計9第3章 自行車?yán)锍?速度計硬件電路設(shè)計113.1 概述113.2 傳感器及其測量系統(tǒng)113.2.1 霍爾傳感器的測量原理123.2.2 集成開關(guān)型霍爾傳感器123.3 單片機(jī)的原理及應(yīng)用143.3.1 單片機(jī)原理簡介143.3.2 單片機(jī)的引腳功能介紹153.3.3 單片機(jī)中斷系統(tǒng)介紹183.3.4 單片機(jī)定時/計數(shù)功能介紹193.3 其他器件的介紹203.3.1 存儲器的介紹203.3.2 74ls74芯片的介紹213.3.3 74ls244芯片的介

3、紹223.4 單片機(jī)外圍電路的設(shè)計223.4.1 時鐘電路的設(shè)計223.4.2 復(fù)位電路的設(shè)計233.4.3 顯示電路的設(shè)計243.4.4 報警電路的設(shè)計25第4章 自行車?yán)锍?速度計軟件程序設(shè)計264.1 概述264.2 自行車?yán)锍?速度計總體程序設(shè)計264.3 中斷子程序的設(shè)計274.4 數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計284.5 顯示子程序的設(shè)計30第5章 系統(tǒng)調(diào)試與分析325.1 自行車?yán)锍?速度計系統(tǒng)調(diào)試325.1.1 調(diào)試系統(tǒng)簡介325.1.2 系統(tǒng)仿真325.1.3 硬件電路的搭建335.2 調(diào)試故障及原因分析33第6章 社會經(jīng)濟(jì)效益分析35結(jié)束語36參考文獻(xiàn)37致 謝38附錄 自行車?yán)锍?

4、速度計硬件系統(tǒng)原理圖39附錄 元件清單40附錄 程序清單41自行車?yán)锍?速度計的設(shè)計 摘 要隨著居民生活水平的不斷提高，自行車不再僅僅是普通的運(yùn)輸、代步的工具，而是成為人們娛樂、休閑、鍛煉的首選。自行車?yán)锍?速度計能夠滿足人們最基本的需求，讓人們能清楚地知道當(dāng)前的速度、里程等物理量。本論文主要闡述一種基于霍爾元件的自行車?yán)锍?速度計的設(shè)計。以 at89c52 單片機(jī)為核心，a44e 霍爾傳感器測轉(zhuǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對自行車?yán)锍?速度的測量統(tǒng)計，采用 24c02 實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)掉電的時候保存里程信息，并能將自行車的里程數(shù)及速度用led實(shí)時顯示。文章詳細(xì)介紹了自行車?yán)锍?速度計的硬件電路和軟件設(shè)計。硬件部分利用

5、霍爾元件將自行車每轉(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)將信號經(jīng)過處理送顯示。軟件部分用匯編語言進(jìn)行編程，采用模塊化設(shè)計思想。該系統(tǒng)硬件電路簡單，子程序具有通用性，完全符合設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：里程/速度；霍爾元件；單片機(jī)；led顯示 abstractwith the developing of peoples life, the bicycle is not only the universal tool of transportation and substitute for walking, but becomes the first choice of entertainmentin

6、g and exercising. the bicycle mileage/speed 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 mileage/speed design based on the hall element is elaborated. by at89c52 as kernel, using a44e hall element to measure

7、revolution, the measure and statistic are achieved. the range informations are saved by 24c02 when the power is off, the bicycle speed can be displayed on led. in this article, the hardware circuit and software design of bicycle mileage/speed instrument are introduced in detail. about the hardware,

8、the pulse number is transmitted 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

9、hardware, common sub-program, and meet the demand of design.keywords: mileage / speed; hall element; single chip microcomputer; led 前 言單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，作為微計算機(jī)一個很重要的分支，應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速，已對人類社會產(chǎn)生了巨大的影響。目前，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)與人們生活中的各個領(lǐng)域。各類導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的手機(jī)充電器電話電風(fēng)扇錄像機(jī)攝像機(jī)全自動化

10、洗衣機(jī)的控制，以及遙控玩具電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。隨著居民生活水平的不斷提高，自行車不再僅僅是普通的運(yùn)輸、代步的工具，而是成為人們娛樂、休閑、鍛煉的首選。因此，人們希望自行車的功用更強(qiáng)大，能給人們帶來更多的方便。自行車?yán)锍趟俣缺碜鳛樽孕熊嚨囊淮筝o助工具也正是隨著這個要求而迅速發(fā)展的，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。本設(shè)計采用了mcs-51系列單片機(jī)設(shè)計一種體積小、操作簡單的便攜式自行車?yán)锍?速度計，它能自動地顯示當(dāng)前自行車行走的距離及運(yùn)行的速度。 本文主要介紹了自行車?yán)锍?速度計的設(shè)計思想、電路原理、方案論證

11、以及元件的選擇等內(nèi)容，整體上分為硬件部分設(shè)計和軟件部分設(shè)計。具體內(nèi)容安排如下：第1章 扼要介紹了該課題的產(chǎn)生背景、主要任務(wù)和內(nèi)容；第2章 針對該課題的任務(wù)進(jìn)行方案論證，包括硬件方案和軟件方案的設(shè)計；第3章 具體介紹了自行車?yán)锍?速度計的硬件設(shè)計，包括傳感器的選擇、單片機(jī)的選擇、顯示電路的設(shè)計；第4章 闡述了該自行車?yán)锍?速度計的軟件設(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；第5章 針對仿真過程和硬件搭建過程中遇到的問題進(jìn)行了具體說明與分析；第6章 對本次設(shè)計進(jìn)行了綜合經(jīng)濟(jì)效益分析。本文的核心部分是第3、4、5章。具體的硬件電路包括at89c52單片機(jī)的外圍電路以及l(fā)ed顯示電路等。軟件

12、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，再分別進(jìn)行調(diào)試，最后聯(lián)調(diào)整個程序，判斷是否達(dá)到預(yù)期的要求，得出結(jié)論。仿真部分是整個設(shè)計的重要一環(huán)，也是設(shè)計能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。由于本人的能力有限，論文中的錯誤及疏漏之處在所難免，敬請老師批評指正。第1章 緒論1.1課題產(chǎn)生的背景自行車被發(fā)明及使用到現(xiàn)在已有兩百多年的歷史，這兩百年間人類在不斷的嘗試與研發(fā)過程中，將玩具式的木馬車轉(zhuǎn)換到今日各式新穎休閑運(yùn)動自行車，自行車發(fā)展的目的也從最早的交通代步的工具轉(zhuǎn)換成休閑娛樂運(yùn)動的用途。1791年，法國人西弗拉克發(fā)明

13、了最原始的自行車。它只有兩個輪子而沒有傳動裝置，人騎在上面，需用兩腳蹬地驅(qū)車向前滾動。1801年，俄國人阿爾塔馬諾夫設(shè)計出世界上第一輛用踏板踩動的自行車。1817年德國人德雷斯在自行車上裝了方向舵，使其能改變行使方向。1839年，蘇格蘭人麥克米倫制造出木制車輪，裝實(shí)心橡膠輪胎、前輪小、后輪大、坐墊較低、裝有腳踏板和曲柄連桿裝置，騎者可以雙腳離開地面的自行車。同年，麥克米倫又將木制自行車改為鐵制自行車。1867年，英國人麥迪遜設(shè)計出第一輛裝有鋼絲輻條的自行車。1869年德國斯圖加特出現(xiàn)了由后輪導(dǎo)向和驅(qū)動的自行車，同時車上采用了滾動軸承、飛輪、腳剎、彈簧等部件。1886年英國人詹姆斯把自行車前后輪

14、改為大小相同，并增加了鏈條，使其車型與現(xiàn)代自行車基本相同。1887年，德國曼內(nèi)斯公司將無縫鋼管首先用于自行車生產(chǎn)。1888年英國人鄧洛普用橡膠制造出內(nèi)胎，用皮革制造出外胎，以次作為自行車的充氣輪胎。從此，基本奠定了現(xiàn)代自行車的雛形。時至今日，自行車已成為全世界人們使用最多，最簡單，最實(shí)用的交通工具。隨著居民生活水平的不斷提高，自行車不再僅僅是普通的運(yùn)輸、代步的工具，而是成為人們娛樂、休閑、鍛煉的首選。因此，人們希望自行車的功用更強(qiáng)大，能給人們帶來更多的方便。自行車?yán)锍趟俣缺碜鳛樽孕熊嚨囊淮筝o助工具也正是隨著這個要求而迅速發(fā)展的，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

15、量騎車人的心跳、顯示騎車人熱量消耗等功能。本設(shè)計采用了mcs-51系列單片機(jī)設(shè)計一種體積小、操作簡單的便攜式自行車?yán)锍?速度計，它能自動地顯示當(dāng)前自行車行走的距離及運(yùn)行的速度。 單片微型計算機(jī)自1976年問世以來發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在已成為微型計算機(jī)一個很重要的分支，在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)對人類產(chǎn)生了巨大的影響，尤其是美國intel公司的mcs51系列單片機(jī)，由于其集成度高、處理功能強(qiáng)、性能價格比高、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可以靈活的與其他芯片組成眾多的測量電路用于速度、溫度、深度、高度、濕度、光強(qiáng)等方面的測量和研究等特點(diǎn)，在我國現(xiàn)代化生活、生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，如在工業(yè)檢測控制、

16、儀器儀表、電子工業(yè)、機(jī)電一體化等眾多領(lǐng)域取得了令人矚目的成果。本設(shè)計利用mcs51系列單片機(jī)擴(kuò)展方便、可靠性能高、處理功能強(qiáng)、速度高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對自行車?yán)锍毯退俣鹊臏y量。1.2課題的主要任務(wù)及內(nèi)容本課題主要任務(wù)是利用霍爾元件、單片機(jī)等部件設(shè)計一個可用led數(shù)碼管實(shí)時顯示里程和速度的自行車?yán)锍?速度計?；诖巳蝿?wù)，本課題的內(nèi)容主要分為軟件和硬件兩大部分，在遵循軟硬件相結(jié)合的原則下，先熟悉軟件環(huán)境，然后進(jìn)行硬件電路設(shè)計，再根據(jù)設(shè)計的硬件進(jìn)行軟件編程，進(jìn)行模塊化設(shè)計，并對各模塊進(jìn)行調(diào)試，再焊接電路板，最后軟硬件進(jìn)行調(diào)試。本文主要介紹了自行車?yán)锍?速度計的設(shè)計思想、電路原理、方案論證以及元件的選擇等內(nèi)

17、容，整體上分為硬件部分設(shè)計和軟件部分設(shè)計。本文首先扼要介紹了該課題的產(chǎn)生背景、主要任務(wù)和內(nèi)容；接著針對該課題的任務(wù)進(jìn)行方案論證，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?yán)锍?速度計的硬件設(shè)計，包括傳感器的選擇、單片機(jī)的選擇、顯示電路的設(shè)計；然后闡述了該自行車?yán)锍?速度計的軟件設(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；最后針對仿真過程和硬件搭建過程中遇到的問題進(jìn)行了具體說明與分析，對本次設(shè)計進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，并對其進(jìn)行了綜合經(jīng)濟(jì)效益分析。本文的核心部分是第3、4、5章。這3章內(nèi)容具體介紹了硬件設(shè)計過程、軟件設(shè)計過程和系統(tǒng)仿真過程。具體的硬件電路包括at89c52單片機(jī)的外圍電路

18、以及l(fā)ed顯示電路等。在實(shí)驗(yàn)板上每一個硬件電路焊接完成后，每一部分單獨(dú)調(diào)試，在各個部分調(diào)試成功后，聯(lián)調(diào)整個硬件電路，最后做出分析，得出結(jié)論。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，再分別進(jìn)行調(diào)試，最后聯(lián)調(diào)整個程序，判斷是否達(dá)到預(yù)期的要求，得出結(jié)論。仿真是整個設(shè)計的重要一環(huán)，也是設(shè)計能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。 第2章 自行車?yán)锍?速度計總體方案設(shè)計2.1 任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn)本次畢業(yè)設(shè)計的題目是：自行車?yán)锍?速度計的設(shè)計。其設(shè)計的任務(wù)是：以通用mcs-51單片機(jī)為處理核心，用傳感器將車輪的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈

19、沖，進(jìn)行處理后送入單片機(jī)。里程及速度的測量，是經(jīng)過mcs-51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(jī)的計算得出的，其結(jié)果通過led顯示器顯示出來。本系統(tǒng)總體思路如下：假定輪圈的周長為l，在輪圈上安裝m個永久磁鐵，則測得的里程值最大誤差為l/m。經(jīng)綜合分析，本設(shè)計中取m=1。當(dāng)輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過開關(guān)型霍爾元件傳感器采集到一個脈沖信號，并從引腳p3.2口中斷0端輸入，傳感器每獲取一個脈沖信號即對系統(tǒng)提供一次計數(shù)中斷。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。計數(shù)器t1計算每轉(zhuǎn)一圈所用的時間t，就可以計算出即時速度v。當(dāng)里程鍵按下時，里程指示燈亮，led切換

20、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，若自行車超速，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，指示燈閃爍。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；2. 對脈沖信號進(jìn)行計數(shù)；實(shí)現(xiàn)：利用單片機(jī)自帶的計數(shù)器t1對霍爾傳感器脈沖信號進(jìn)行計數(shù)。3. 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，要求用led顯示里程總數(shù)和即時速度。實(shí)現(xiàn)：利用軟件編程，對數(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?yán)锍?速度計具有里程、速度測試與顯示功能，采用單片機(jī)作控制，可根據(jù)車圈的不同設(shè)置常用的四種尺寸，顯示電路可顯示里程及速度。整個設(shè)計過程包括硬件電路的搭建，軟件的編程，系統(tǒng)的調(diào)試，調(diào)試通過后，固化

21、程序，脫離開發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行。2.2 自行車?yán)锍?速度計硬件方案設(shè)計自從1971年微型計算機(jī)問世以來，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步，微型機(jī)主要向兩個方向發(fā)展：一個向高速度，高性能的高檔微型計算機(jī)方向發(fā)展。一個向穩(wěn)定可靠，小而廉價的單片機(jī)方向發(fā)展。所謂的單片機(jī)，就是把中央處理器cpu、只讀存儲器rom、定時/計數(shù)器以及i/o 接口電路等集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)。從組成和功能上看，它具有微型計算機(jī)的含義。單片機(jī)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(diǎn)：1. 體積小、重量輕；2. 電源單一、功耗低； 3. 功能強(qiáng)

22、、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(jī)內(nèi)傳送，運(yùn)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。目前，單片機(jī)被廣泛的應(yīng)用于測控系統(tǒng)、工業(yè)自動化、智能儀表、集成智能傳感器、機(jī)電一體化產(chǎn)品、家用電器領(lǐng)域、辦公自動化領(lǐng)域、汽車電子與航空航天器電子系統(tǒng)以及單片機(jī)的多機(jī)系統(tǒng)等領(lǐng)域。2.2.1 里程/速度測量傳感器的設(shè)計 1. 速度傳感器的設(shè)計測速是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問題，學(xué)會使用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計測速儀表具有很重要的意義。要測速，首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術(shù)制作測速表時，常用測速發(fā)電機(jī)的方法，即將測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測軸相連，測速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。使用單

23、片機(jī)進(jìn)行測速，可以使用簡單的脈沖計數(shù)法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個或固定的多個脈沖，將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計算，即可獲得轉(zhuǎn)速的信息。常用的測速元件有霍爾傳感器、光電傳感器和光電編碼器。(1) 霍爾傳感器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、cs3020、cs3040等，這類傳感器是一個3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，通常是集電極開路（oc門）輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。a44e的外形如圖2.1所示。1-vcc 2-gnd 3-out圖2.1 a44e外形圖使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機(jī)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

24、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。如果在齒輪盤上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個脈沖輸出。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，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。(2) 光電傳感器光電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一種器件，有各種各樣的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是當(dāng)發(fā)射管光照射到接收管時，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷。以紅外光電傳感器為例，當(dāng)有物體擋在紅外光電發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時，傳感器將會輸出一個低電平，

25、而當(dāng)沒有物體擋在中間時則輸出為高電平，從而形成一個脈沖。該系統(tǒng)在自行車后輪的軸處保持著與輪子旋轉(zhuǎn)切面平行的方向延伸附加一個鋁盤，在這個鋁盤的邊沿處挖出若干個圓形過孔，把傳感器的檢測部分放在圓孔的圓心位置。每當(dāng)鋁盤隨著后輪旋轉(zhuǎn)的時候，傳感器將向外輸出若干個脈沖。(3) 光電編碼器光電編碼器的工作原理與光電傳感器一樣，不過它已將光電傳感器、電子電路、碼盤等做成一個整體，只要用連軸器將光電傳感器的軸與轉(zhuǎn)軸相連，就能獲得多種輸出信號。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。2. 里程測量傳感器的設(shè)計里程測量傳感器的選擇也有以下幾種方案：使用光敏電

26、阻對里程進(jìn)行測量、利用編碼器對車輪的圈數(shù)進(jìn)行測量、利用霍爾傳感器對里程進(jìn)行測量、利用干簧管型傳感器測量里程。這幾種方案都是通過自行車車輪轉(zhuǎn)動產(chǎn)生脈沖數(shù)，然后根據(jù)脈沖數(shù)計算里程。2.2.2 方案的確定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(jìn)行準(zhǔn)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。所以本設(shè)計采用霍爾元件對里程與速度進(jìn)行測量，既簡單易行，又經(jīng)濟(jì)適用。本系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)原理框圖如圖2.2所示圖

27、2.2 硬件系統(tǒng)原理框圖2.3 自行車?yán)锍?速度計軟件方案設(shè)計硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂。通過軟件控制單片機(jī)的功能是單片機(jī)的主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，程序的設(shè)計要考慮合理性和可讀性。程序遵循模塊化設(shè)計的原則，采用自頂向下的設(shè)計方法。即先考慮整體目標(biāo)，明確整體任務(wù)，然后把整體任務(wù)分成一個個子任務(wù)，子任務(wù)再分成子子任務(wù)，這樣逐層細(xì)分，同時分析層次間的關(guān)系與同一層次各任務(wù)間的關(guān)系，最后擬訂出各任務(wù)的細(xì)節(jié)。模塊化設(shè)計使程序的可讀性好、修改及完善方便。軟件設(shè)計包括主程序、行車過程中里程和速度計算子程序、延時子程序、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)生的信號接入外部中斷0，將經(jīng)過74ls74分頻后的

28、信號接入外部中斷1，利用中斷和定時器對分別對里程進(jìn)行累加、每轉(zhuǎn)一周的時間進(jìn)行測量。數(shù)據(jù)處理子程序是將進(jìn)入單片機(jī)的脈沖信號與實(shí)際要顯示值之間有一定的對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過軟件編程顯示所需要的值。顯示子程序是將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果送顯示器顯示。本系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖2.3所示。 圖2.3 軟件總體流程圖第3章 自行車?yán)锍?速度計硬件電路設(shè)計3.1 概述自行車?yán)锍?速度計的硬件電路設(shè)計是本次畢業(yè)設(shè)計的基礎(chǔ)部分，它包括信號的捕獲、放大、整形，單片機(jī)的計算處理，數(shù)碼管的實(shí)時顯示和單片機(jī)外圍基本電路的設(shè)計。而本章的兩大主要器件就是傳感器和單片機(jī)了。傳感器在人們研究自然現(xiàn)象、規(guī)律以及生產(chǎn)實(shí)踐活動中，起著非常重要的作用。

29、特別是在當(dāng)今，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使人類進(jìn)入了一個信息時代，在利用信息的過程中，首先要解決的就是獲取準(zhǔn)確可靠的信息。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)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕钠骷蜓b置。隨著信息產(chǎn)業(yè)、工業(yè)自動化、醫(yī)療儀器等的飛速發(fā)展和計算機(jī)應(yīng)用的普及，需要大量的傳感器將被測或被控的非電信號轉(zhuǎn)換成可與計算機(jī)兼容的電信號。作為輸入信號，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霍爾傳感器，在自動檢測系統(tǒng)中，利用霍爾傳感器測轉(zhuǎn)數(shù)是一種最基本的測量工作。自從1971年微型計算機(jī)問世以來，隨著大

30、規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步，微型機(jī)主要向兩個方向發(fā)展：一個向高速度，高性能的高檔微型計算機(jī)方向發(fā)展。一個向穩(wěn)定可靠，小而廉價的單片機(jī)方向發(fā)展。所謂的單片機(jī)，就是把中央處理器cpu、只讀存儲器rom、定時/計數(shù)器以及i/o 接口電路等集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)，可見它的功能非常強(qiáng)大。單片機(jī)是本次設(shè)計的核心部件，它是信號從采集到輸出的橋梁，而且肩負(fù)計算、定時、信息處理等功能。下面我們就具體介紹一下硬件電路設(shè)計的過程。3.2 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，霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用。霍爾器件以霍爾效應(yīng)為其工作

31、基礎(chǔ)?；魻柶骷哂性S多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便、功耗小、頻率高（可達(dá)1mhz）、耐震動、不怕灰塵、油污、水汽及煙霧等的污染或腐蝕。霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)m級）。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件工作溫度范圍寬，可達(dá)55150。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。 按被檢測對象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。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

32、信息的載體。通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)行檢測和控制。 3.2.1 霍爾傳感器的測量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。在置于磁場中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體通入電流i，若電流垂直磁場b，則在與磁場和電流都垂直的方向上會出現(xiàn)一個電勢差uh，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件。因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測量線性范圍大、抗干擾能力強(qiáng)以及體積小、使用壽命長等一系列特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于測量、自動控制及信息處理等領(lǐng)域。霍爾效應(yīng)原理圖如圖3.

33、1所示。圖3.1 霍爾效應(yīng)原理圖3.2.2 集成開關(guān)型霍爾傳感器a44e集成霍爾開關(guān)由穩(wěn)壓器a、霍爾電勢發(fā)生器(即硅霍爾片)b、差分放大器 c、施密特觸發(fā)器d和oc門輸出e五個基本部分組成，如圖3.2（a）所示。(1)、(2)、(3)代表集成霍爾開關(guān)的三個引出端點(diǎn)。在電源端加電壓vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍爾電勢差vh輸出，該vh信號經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到oc門輸出。當(dāng)施加的磁場達(dá)到工作點(diǎn)時，觸發(fā)器輸出高電壓(相對于地電位)，使三極管導(dǎo)通，此

34、時oc門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開 。當(dāng)施加的磁場達(dá)到釋放點(diǎn)時，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使oc門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān) 。這樣兩次電壓變換，使霍爾開關(guān)完成了一次開關(guān)動作。工作點(diǎn)與釋放點(diǎn)的差值一定，此差值稱為磁滯，在圖3.2 集成開關(guān)型霍爾傳感器此差值內(nèi)，v0保持不變，因而使開關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍爾開關(guān)傳感器優(yōu)良特性之一。傳感器主要特性是它的輸出特性，即輸入磁感應(yīng)強(qiáng)度b與輸出電壓v0之間的關(guān)系。a44e集成霍爾開關(guān)是單穩(wěn)態(tài)型，由測量數(shù)據(jù)作出的輸出特性曲線如圖 3.2(b)所示。測量時 在1、2兩端加5v直流電壓,在輸出端3與1之間接一個2kw的負(fù)載電阻，如圖3.3所

35、示。圖3.3 集成霍爾開關(guān)接線圖3.3 單片機(jī)的原理及應(yīng)用3.3.1 單片機(jī)原理簡介單片微型計算機(jī)是指集成在一個芯片上的微型計算機(jī)，也就是把組成微型計算機(jī)的各種功能部件，包括cpu(centralprocessingunit)、隨機(jī)存儲器ram(randomaccess memory)、只讀存儲器rom(read-onlymemory)、基本輸入/輸出(input/output)接口電路。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(jī)從而實(shí)現(xiàn)微型計算機(jī)的基本功能。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.4所示。單片機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個芯片。在實(shí)際應(yīng)用中，通常很少將單片機(jī)直接和被控對象進(jìn)行電

36、氣連接，必須外加各種擴(kuò)展接口電路、外部設(shè)備、被控對象等硬件和軟件，才能構(gòu)成一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 圖3.4 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖1.中央處理器（cpu）中央處理器是單片機(jī)最核心的部分，主要完成運(yùn)算和控制功能。2.內(nèi)部存儲器內(nèi)部存儲器包括內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部ram）和內(nèi)部程序存儲器。存儲器是由大量的寄存器所組成，其中每一個寄存器就稱為一個存儲單元。3.定時/計數(shù)器單片機(jī)的定時器和計數(shù)器是同一結(jié)構(gòu)，只是計數(shù)器記錄的是單片機(jī)外部發(fā)生的事件，由單片機(jī)的外部電路提供計數(shù)信號；而定時器是由單片機(jī)內(nèi)部提供一個非常穩(wěn)定的計數(shù)信號。4.中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)在計算機(jī)中起著十分重要的作用，是現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)中廣泛采用的一種

37、實(shí)時控制技術(shù)，能對突發(fā)事件進(jìn)行及時處理，從而大大提高系統(tǒng)的實(shí)時性能。5.串行i/o接口串行i/o口的數(shù)據(jù)各位按順序傳輸，其特點(diǎn)是需要一對傳輸線，成本低；但速度慢，效率低，適合靜態(tài)顯示。6.并行i/o接口并行i/o接口的數(shù)據(jù)所有位同時傳送。其特點(diǎn)是傳輸速度快，效率高；但傳送多少位就需要多少根傳輸線，因此傳送成本高，適合動態(tài)顯示。3.3.2 單片機(jī)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(jī)，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(jī)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)，

38、與標(biāo)準(zhǔn)mcs-51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(qiáng)大，at89c52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制場合應(yīng)用。圖3.5 89c52引腳圖at89c52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部ram，32個i/o口線，3個16位定時/計數(shù)器，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)具有振蕩器及時鐘電路。同時，at89c52可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作

39、直到下一個硬件復(fù)位。89c52管腳圖如圖3.5所示。89c52的主要管腳功能如下：p0.0p0.7：p0口是一組8位漏極開路型雙向i/o口，也是地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個ttl邏輯門電路，對端口p0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。p1.0p1.7：p1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖極可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。p2.0p2.7：p2是一

40、個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2的輸出緩沖極可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口p2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。p3.0p3.7：p3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p3的輸出緩沖極可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口p3寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。ale：地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴(kuò)展時，ale用于控制把p0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外，由于ale是以晶振16的固定頻率輸出的正脈沖，因此，可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。：外部程序存儲器讀選通信號

41、。在讀外部rom時，有效(低電平)，以實(shí)現(xiàn)外部rom單元的讀操作。：訪問程序存儲控制信號。當(dāng)信號為低電平時，對rom的讀操作限定在外部程序存儲器；當(dāng)信號為高電平時，對rom的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。rst：復(fù)位信號。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩個機(jī)器周期以上的高電平時即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。xtall和xtal2：外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。vss：地線。 vcc：+5v電源。以上是mcs-51單片機(jī)芯片40條引腳的定義及簡單功能說明。由于工藝及標(biāo)準(zhǔn)化等原因，芯片的引

42、腳數(shù)目是有限制的。例如，mcs-51系列把芯片引腳數(shù)目限定為40條，但單片機(jī)為實(shí)現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此數(shù)，因此就出現(xiàn)了需要與可能的矛盾。如何解決這個矛盾? “兼職”是唯一可行的辦法，即給一些信號引腳賦以雙重功能。如果把前述的信號定義為引腳第一功能的話，則根據(jù)需要再定義的信號就是它的第二功能。下面介紹一些信號引腳的第二功能。(1) p3 口線的第二功能。p3的8條口線都定義有第二功能，如表3.1所示表3.1 p3口引腳與第二功能引腳第二功能信號名稱p3.0rxd串行數(shù)據(jù)接收p3.1txd串行數(shù)據(jù)發(fā)送p3.2外部中斷0申請p3.3外部中斷1申請p3.4t0定時/計數(shù)器0的外部輸入p3

43、.5t1定時/計數(shù)器1的外部輸入p3.6外部ram寫選通p3.7外部ram讀選通(2) eprom存儲器程序固化所需要的信號。有內(nèi)部eprom的單片機(jī)芯片(例如8751)，為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳以第二功能的形式提供的，即：編程脈沖：30腳(ale/)編程電壓(25v)：31腳(/vpp)(3) 備用電源引入。mcs-51單片機(jī)的備用電源也是以第二功能的方式由9腳(rst/vpd)引入的。當(dāng)電源發(fā)生故障，電壓降低到下限值時，備用電源經(jīng)此端向內(nèi)部ram提供電壓，以保護(hù)內(nèi)部ram中的信息不丟失。3.3.3 單片機(jī)中斷系統(tǒng)介紹在本次設(shè)計當(dāng)中，中斷部分的設(shè)計尤為

44、重要，所謂中斷，是當(dāng)計算機(jī)執(zhí)行正常程序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)某些急需處理的事件，cpu暫時中止當(dāng)前的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行服務(wù)程序，以對發(fā)生的更緊迫的事件進(jìn)行處理，待處理結(jié)束后，cpu自動返回原來的程序執(zhí)行。at89c52系列單片機(jī)的系統(tǒng)有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可實(shí)現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。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；有中斷優(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。本次設(shè)計采用的外部中斷方式包括外部中斷0和外部中斷1，它們的中斷請求信號分別由單片機(jī)的和輸入。外部中斷請求有兩種信號方式：電平觸發(fā)方式和脈沖觸

45、發(fā)方式。電平觸發(fā)方式的中斷請求是低電平有效。只要在和引腳上出現(xiàn)有效低電平時，就激活外部中斷方式。脈沖觸發(fā)方式的中斷請求則是脈沖的負(fù)跳變有效。在這種方式下，在兩個相鄰機(jī)器周期內(nèi)，活引腳電平發(fā)生變化，即在第一個機(jī)器周期內(nèi)為高電平，第二個機(jī)器周期內(nèi)為低電平，就激活外部中斷。由此可見，在脈沖方式下，中斷請求信號的高電平和低電平狀態(tài)都應(yīng)至少維持一個機(jī)器周期，以使cpu采樣到電平狀態(tài)的變化，本次設(shè)計所采用的觸發(fā)方式為脈沖觸發(fā)方式。1.中斷允許控制cpu對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器ie控制的。ie的狀態(tài)可通過程序由軟件設(shè)定，某位設(shè)定為1，相應(yīng)的中斷源中斷允許；某位設(shè)定為0，

46、相應(yīng)的中斷源中斷屏蔽。cpu復(fù)位時，ie各位為0，禁止所有中斷。ie寄存器各位的定義如下。ex0（ie.0）外部中斷允許位；et0（ie.1）定時/計數(shù)器t0中斷允許位；ex1（ie.2）外部中斷允許位；et1（ie.3）定時/計數(shù)器t1中斷允許位；es（ie.4）串行口中斷允許位；ea（ie.7）cpu中斷允許位。2.中斷優(yōu)先級控制at89c52單片機(jī)有兩個中斷優(yōu)先級，即可實(shí)現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。每個中斷源的中斷優(yōu)先級都是由中斷優(yōu)先級寄存器ip中的相應(yīng)的狀態(tài)來規(guī)定的。ip的狀態(tài)由軟件設(shè)定，某位設(shè)定為1，則相應(yīng)的中斷源為高優(yōu)先級中斷；某位設(shè)定為0.則相應(yīng)的中斷源為低優(yōu)先級中斷。單片機(jī)復(fù)位時，ip

47、各位清0，各中斷源同為低優(yōu)先級中斷。ip寄存器各位的定義如下：px0（ip.0）外部中斷優(yōu)先級設(shè)定位；pt0（ip.1）定時/計數(shù)器t0中斷優(yōu)先級設(shè)定位；px1（ip.2）外部中斷中斷優(yōu)先級設(shè)定位；pt1（ip.3）定時/計數(shù)器t1中斷優(yōu)先級設(shè)定位；ps（ip.4）串行口中斷優(yōu)先級設(shè)定位。3.3.4 單片機(jī)定時/計數(shù)功能介紹at89c52單片機(jī)定時/計數(shù)器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。tmod用于設(shè)置其工作方式；tcon用于控制其啟動和中斷請求。1.工作方式寄存器tmod工作方式寄存器tmod用于設(shè)置定時/計數(shù)器的工作方式。gate：門控位。gate=0時，只要用軟件使tcon中的tr0或t

48、r1為1，就可以啟動定時/計數(shù)器工作；gate=1時，要用軟件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。：定時/計數(shù)模式選擇位。=0為定時模式； =1為計數(shù)模式。m1m2：工作方式設(shè)置位。定時/計數(shù)器有4種工作方式，由m1m2進(jìn)行設(shè)置。本次設(shè)計tmod為90h，即選通定時/計數(shù)器1、定時功能、工作方式1。工作方式16位定時/計數(shù)器。2.控制寄存器tcontf1（tcon.7）定時/計數(shù)器t1溢出中斷請求標(biāo)志位。定時/計數(shù)器t1計數(shù)溢出時由硬件自動置tf1為1。cpu響應(yīng)中斷后tf1由硬件自動清零。t1工作時，cpu可隨時查詢tf的狀態(tài)。所以，tf1可用作查詢

49、測試的標(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/計數(shù)器t1運(yùn)行控制位。tr1置1時時，定時/ 計數(shù)器t1開始工作；tr1置0時，定時/計數(shù)器t1停止工作。tr1由軟件置1或清0。tf0（tcon.5）：定時/計數(shù)器t0溢出中斷請求標(biāo)志位。tr0（tcon.4）：定時/計數(shù)器t0運(yùn)行控制位。3.3 其他器件的介紹3.3.1 存儲器的介紹at24c02是一個2k位串行cmose2prom。內(nèi)部含有256個8 位字節(jié)，atmel公司的先進(jìn)cmos技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。at24c02有一個16 字節(jié)頁寫緩沖器，該器件通過i2c總線接口進(jìn)行操作有一

50、個專門的寫保護(hù)功能。at24c02支持i2c總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。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(shí)現(xiàn)將最多8個24c02器件連接到總線上。管腳圖如圖3.7所示。 圖3.7 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，這是一個輸入管腳。sda串行數(shù)據(jù)/地址：cat24wc02雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。sda 是一個開漏輸出管腳可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進(jìn)行線或（w

51、ire-or）。wp 寫保護(hù)：如果wp管腳連接到vcc所有的內(nèi)容都被寫保護(hù)，只能讀。當(dāng)wp管腳連接到vss或懸空，允許器件進(jìn)行正常的讀/寫操作。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(jī)傳輸數(shù)據(jù)。在軟件編程時采用程序包來控制24c02發(fā)送或接受數(shù)據(jù)。3.3.2 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(jìn)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。觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，即0和1，在一定的外界信號作用下，可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀

52、態(tài)。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)。d觸發(fā)器應(yīng)用很廣，可用做數(shù)字信號的寄存、移位寄存、分頻和波形發(fā)生器等。引腳圖如圖3.8所示。圖3.8 74ls74引腳圖在本題目中74ls74芯片起分頻的作用。當(dāng)車輪每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器輸出一個低電平脈沖，通過74ls74進(jìn)行二分頻后，定時器t1的開啟時間為車輪轉(zhuǎn)1圈的時間，這樣就可以算出自行車的速度。分頻前后對比圖如圖3.9所示。圖3.9 分頻前后對比圖由圖可見，二分頻后的波形的高或地電平的時間正好是霍爾傳感器開關(guān)的一個周期，霍爾傳感器輸出脈沖到，即接收到對圈數(shù)計數(shù)的脈沖。經(jīng)

53、74ls74二分頻后的信號輸入到，內(nèi)部定時計數(shù)器測得每轉(zhuǎn)一圈所用的時間，通過計算即可得里程值和即時速度。3.3.3 74ls244芯片的介紹本次設(shè)計中的采用驅(qū)動數(shù)碼管的芯片為74ls244，74ls244為三態(tài)輸出的八位緩沖器和線驅(qū)動器，若單片機(jī)輸出口直接接顯示部分電路，則電流太小，會導(dǎo)致顯示部分不能正常工作。所以在單片機(jī)輸出口先接入驅(qū)動芯片74ls244，增大電流，使led能夠正常工作。其邏輯圖如圖3.9所示，可以看出74ls244由2組組成、每組由四路輸入、輸出構(gòu)成。每組有一個控制端高或低電平?jīng)Q定該組數(shù)據(jù)被接通還是斷開。圖3.9 74ls244邏輯圖3.4 單片機(jī)外圍電路的設(shè)計3.4.1

54、時鐘電路的設(shè)計時鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。at89c52片內(nèi)由一個反相放大器構(gòu)成振蕩器，可以由它產(chǎn)生時鐘。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本設(shè)計采用第一種方式。單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入為芯片引腳xtal1，輸出端為引腳xtal2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。單片機(jī)內(nèi)部時鐘方式的振蕩電路如圖3.10所示。圖3.10 單片機(jī)片內(nèi)振蕩電路電

55、路中的電容c1和c2常選擇為30pf左右。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響振蕩器的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。而外接晶體的振蕩頻率的大小，主要取決于單片機(jī)的工作頻率范圍，每一種單片機(jī)都有自己的最大工作頻率，外接的晶體振蕩頻率不大于單片機(jī)的最大工作頻率即可。此外，如果單片機(jī)有串行通信，則應(yīng)該選擇振蕩頻率除以串行通信頻率可以除盡的晶體。本設(shè)計晶振采用12mhz，則計數(shù)周期為t=s 3.4.2 復(fù)位電路的設(shè)計at89c52單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳ret為at89c52提供了初始化的手段。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)

56、行程序。在89c52的時鐘電路工作后，只要在ret引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上的高電平時，單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。只要ret保持高電平，則89c52循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)ret由高電平變成低電平以后，89c52才從0000h地址開始執(zhí)行程序。本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的電路，如圖3.11所示，是常用復(fù)位電路之一。單片機(jī)復(fù)位通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動復(fù)位。上電時，剛接通電源，電容c相當(dāng)于瞬間短路，+5v立即加到ret/vpd端，該高電平使89c52全機(jī)自動復(fù)位，這就是上電復(fù)位；若運(yùn)行過程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動按鈕即可。按下按鈕，則直接把+5v加到了ret/vpd端從而復(fù)位稱為手動復(fù)位。復(fù)位后，p0到p3并行i/o口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有sbuf寄存器狀