基于單片機(jī)的多功能自行車?yán)锍趟俣葍x設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告(論文)基于單片機(jī)的多功能自行車?yán)锍趟俣葍x設(shè)計(jì) 所 屬 系 電子工程系 專 業(yè) 自動(dòng)化 學(xué) 號 01212117 姓名 陸奕喆 指導(dǎo)教師 辛海燕 起訖日期 2016.02 -2016.05 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 東南大學(xué)成賢學(xué)院實(shí)驗(yàn)大樓502 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）誠 信 承 諾本人承諾所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）及取得的成果是在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成，引用他人成果的部分均已列出參考文獻(xiàn)。如論文涉及任何知識產(chǎn)權(quán)糾紛，本人將承擔(dān)一切責(zé)任。 學(xué)生簽名： 日期：基于單片機(jī)的多功能自行車?yán)锍趟俣葍x設(shè)計(jì)摘 要當(dāng)今社會，能源資源越來越緊缺，全世界，包括中國都在倡導(dǎo)綠色出行，騎車出行越來越成為一種時(shí)尚

2、，風(fēng)格，甚至一種生活態(tài)度，隨著自行車的不斷普及與發(fā)展，與之相關(guān)的一些配套設(shè)備也將蓬勃發(fā)展，碼表就是其中之一。一個(gè)好的碼表集美觀、實(shí)用、功能多樣于一身，碼表應(yīng)該在能夠正常穩(wěn)定的基礎(chǔ)上盡可能多的顯示騎行者所需信息，方便騎行者調(diào)整自身。本次設(shè)計(jì)將UBLOX- GPS芯片接收到的信息與霍爾元件接收的脈沖通過單片機(jī)處理以后傳輸?shù)揭粔KLCD12864顯示芯片中，從而將定位速度信息顯示出來。本文主要介紹所用芯片的特點(diǎn)，并將這些芯片按照一定方式組合起來，再通過軟件的編程使每個(gè)芯片發(fā)揮應(yīng)有的作用。單片機(jī)有體積小，能耗低，穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，可以獲得理想的效果，從而產(chǎn)生一個(gè)優(yōu)秀的自行車碼表。關(guān)鍵詞：UBLOX- GP

3、S；單片機(jī)；霍爾元件Design of Multifunctional Bicycle Speedmeter Based on MCUAbstract In todays society , more and more scarce energy resources leads the world , including China,Advocating green trave . Cycling is becoming more and more fashionable, style, and even a kind of life attitude. With the populariza

4、tion and development of bicycle, some related equipment will also be developed,which contains Cycle Computers. A good Cycle Computer must Contain beautiful, practical, functional diversity. Cycle Computers should be based on the stability as much as possible, and they also should display the riders

5、the necessary information they need, to make riders adjust themselves simply. This design makes the GPS UBLOX- chip receiving the information and Holzer components receiving the pulse and then transmitted through the MCU to a LCD12864 display chip，which will display the location and speed informatio

6、n. This paper mainly introduces the characteristics of the used chips,and the chips are combined in a certain way. Programming through the software to play the role of each chip.MCU has a small size, low energy consumption, good stability characteristics.We can obtain ideal results,so that a great b

7、ike computer is going to be created.Keywords:UBLOX- GPS;MCU;Hall element目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.1研究背景11.2國外現(xiàn)狀11.3國內(nèi)現(xiàn)狀11.4發(fā)展前景11.5功能介紹21.6設(shè)計(jì)內(nèi)容與預(yù)期結(jié)果2第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)32.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)32.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則32.3單片機(jī)選擇32.4顯示模塊的選擇4第三章 系統(tǒng)硬件電路53.1主控模塊53.1.1 STC89C5253.1.2 STC89C52的主要特點(diǎn)53.2 時(shí)鐘電路63.3 復(fù)位電路73.4 GPS模塊73.5 霍爾測速模塊83.6 LCD

8、 12864顯示模塊93.7 接口轉(zhuǎn)換電路10第四章 系統(tǒng)軟件114.1主程序114.2 GPS數(shù)據(jù)解析程序124.3霍爾元件處理程序124.4 LCD 12864顯示模塊程序134.5 小結(jié)13第五章 心得與體會15致 謝16參考文獻(xiàn)（References）17附錄：系統(tǒng)總體程序18II東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)論文第一章 緒 論1.1研究背景隨著人們生活水平提高，越來越多的人更加注重生活質(zhì)量，與世界他國的接觸越來越多，文化的交融，政策的變化致使一些曾經(jīng)不被人們重視的東西也越來越被人重視。在這樣的背景下，自行車行業(yè)也重現(xiàn)活力，越來越多的人選擇用低碳環(huán)保的自行車出行以及鍛煉，同時(shí)人們也能通過自行車來

9、挑戰(zhàn)自己，與之對應(yīng)的，自行車的一系列相關(guān)衍生品也就有了越來越大的市場價(jià)值，其中碼表就是一樣非常重要的配件，幾乎每個(gè)騎行愛好者都會在愛車上安裝一塊碼表，方便看時(shí)間和計(jì)速，國內(nèi)的自行車發(fā)展太遲，故自行車配件上也落后國外很多，中國發(fā)展這一方面技術(shù)很有必要。1.2國外現(xiàn)狀中國被稱為自行車大國，但是這個(gè)名號看起來并不是太適合，平常的日常出行，選擇自行車作為交通工具的人很少，自行車運(yùn)動(dòng)越來越趨于個(gè)人興趣或者商業(yè)模式的運(yùn)作。在瑞典，公共自行車的計(jì)劃在快速推廣中，并且已經(jīng)小有成效。法國作為自行車運(yùn)動(dòng)強(qiáng)國，自行車的銷量在持續(xù)平穩(wěn)增長，有市場才有需求，法國騎行人數(shù)持續(xù)上升，騎行頻率也在持續(xù)上升。此外，三大環(huán)賽車隊(duì)

10、也都是外國車隊(duì)，只有臺灣的廠商美利達(dá)和捷安特各自贊助一支車隊(duì)。國外自行車運(yùn)動(dòng)的氛圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于國內(nèi)，自行車運(yùn)動(dòng)在全世界范圍內(nèi)目前都在蓬勃發(fā)展。與之對應(yīng)的，在國外騎行大熱的氛圍下催生了很多的做碼表的品牌，比如德國的CRIVIT,美國的SCHWINN，貓眼，等等.發(fā)展了有20來年，產(chǎn)品線很完善，質(zhì)量可靠，功能豐富，和各大車隊(duì)都有合作，在這方面外國領(lǐng)先我國太多。1.3國內(nèi)現(xiàn)狀騎行運(yùn)動(dòng)的繁榮昌盛確實(shí)從歐洲開始的，單英國注冊自行車運(yùn)動(dòng)員已經(jīng)超過40000人，而作為三大環(huán)賽之首的環(huán)法的主辦國法國注冊自行車運(yùn)動(dòng)員多達(dá)50萬，但中國13億人口才2000的自行車注冊運(yùn)動(dòng)員，這個(gè)比例遠(yuǎn)小于歐洲國家。無論是作為愛好還是

11、作為運(yùn)動(dòng)，在中國發(fā)展騎行非常有必要。好在現(xiàn)在倡導(dǎo)綠色出行，短途出行以及旅游，私家車的出行方式已經(jīng)被越來越多的人所放棄。但是畢竟發(fā)展時(shí)間太短，與之對應(yīng)的一系列產(chǎn)品都不成熟，從車架到套件到輪組，前叉，甚至更簡單的三件套等等，都是國外的技術(shù)遙遙領(lǐng)先，中國做的碼表更多的只有簡單的計(jì)速功能的低端碼表，中國的高端碼表依然空白。1.4發(fā)展前景中國人口基數(shù)大，故而即使騎行人口比例不高，但是數(shù)目依舊巨大，碼表需求量也十分大，尤其中高端碼表，功能多樣并且非常方便的就可以放在自行車上，同時(shí)可以提供多方面信息。隨著騎行者需求的提高，越來越多的騎行者必將舍棄簡單的計(jì)速計(jì)時(shí)的碼表，而轉(zhuǎn)向需求更多的功能，故中高端碼表的需求

12、會越來越大，前景很好，同時(shí)為了防止外國產(chǎn)品的壟斷，本國也應(yīng)該研發(fā)中高端碼表來與外國廠商競爭。1.5功能介紹本次設(shè)計(jì)所做碼表能夠即時(shí)的反饋使用者的定位和時(shí)間信息，讓使用者清楚的知道自己當(dāng)前所處的位置，經(jīng)緯度，海拔高度和北京時(shí)間，方便使用者規(guī)劃自己的騎行時(shí)間分配，何時(shí)休息，離下一個(gè)休息點(diǎn)還需要騎行多久等等。同時(shí)，該碼表還能反應(yīng)當(dāng)前騎行速度，時(shí)刻提醒使用者是否已經(jīng)超速，并且可以讓使用者時(shí)刻調(diào)節(jié)自身，防止過快導(dǎo)致體力消耗，后繼無力。此外，車載碼表應(yīng)該越小越好，首先不占空間，而且對于專業(yè)運(yùn)動(dòng)員來說空氣阻力的影響非常大，小的碼表能夠減小一定的阻力，對于專業(yè)TT計(jì)時(shí)賽車，在設(shè)計(jì)車型時(shí)候會考慮碼表而特地預(yù)留一

13、個(gè)位置用來放碼表，滿足需要的同時(shí)盡可能減少空氣阻力。1.6設(shè)計(jì)內(nèi)容與預(yù)期結(jié)果本文主要完成的內(nèi)容有： （1） 確立系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路； （2） 完成系統(tǒng)總體以及各模塊原理圖繪制； （3） 焊接以后并且對硬件電路進(jìn)行測試； （4） 設(shè)計(jì)編譯軟件部分，并且能夠運(yùn)行；預(yù)期結(jié)果：按照原理圖連接完硬件電路以后，將軟件下載進(jìn)系統(tǒng)，當(dāng)自行車轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能夠較為準(zhǔn)確的將計(jì)算所得速度顯示在屏幕上，同時(shí)定位信息每秒刷新，也在屏幕上顯示。第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要完成的任務(wù)如下：（1）UBLOX- GPS采集到的數(shù)據(jù)以及霍爾元件檢測到的脈沖實(shí)時(shí)采集，由單片機(jī)循環(huán)處理，實(shí)現(xiàn)速度的持續(xù)測量以及定位信息的實(shí)時(shí)

14、更新；（2）設(shè)備應(yīng)反應(yīng)及時(shí)，精準(zhǔn)度比較高；（3）軟件設(shè)計(jì)應(yīng)盡量精簡，執(zhí)行速度要快；系統(tǒng)框圖如下圖2.1所示：圖2.1 系統(tǒng)框圖2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則由于自行車上空間有限，所以針對自行車設(shè)計(jì)的碼表應(yīng)滿足如下幾點(diǎn)：（1） 可靠性高可靠性是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定使用的前提，在自行車上面對不同環(huán)境能夠穩(wěn)定工作，自行車用作不同用途時(shí)可能遇見風(fēng)雨，泥沙甚至一些碰撞，在遇到這些情況時(shí)也要能夠穩(wěn)定工作。為了提高可靠性，需要使用可靠性高的元件，元件之間的連接也應(yīng)該盡量穩(wěn)定可靠。（2）性價(jià)比高單片機(jī)除體積小，功耗低的特點(diǎn)外，還有一個(gè)明顯特點(diǎn)就是性價(jià)比高，作為期望打進(jìn)中國中高端的產(chǎn)品，做工質(zhì)量上短時(shí)間內(nèi)難以打敗國外眾多

15、廠商，只能通過高性價(jià)比來拓寬市場。增加性價(jià)比的方法就是在保證質(zhì)量的情況下降低硬件成本，比如簡化硬件電路，用軟件功能來代替硬件功能。（3） 體積小作為自行車載的碼表，鑒于空間有限，并且有些對于速度的需要，體積應(yīng)該盡量的小?，F(xiàn)在主流的碼表體積都比較小，方便使用，為了達(dá)到體積小的效果，必須多采用高度集成的元件，同時(shí)注意走線，硬件電路應(yīng)該盡量精簡。2.3單片機(jī)選擇鑒于大學(xué)期間所學(xué)為51系列單片機(jī)，故本次設(shè)計(jì)采用51系列及其加強(qiáng)版52系列的單片機(jī)。出于成本的考慮，采用國產(chǎn)單片機(jī)價(jià)格更加實(shí)惠，而且芯片資料有中文資料，學(xué)習(xí)更加方便。在上網(wǎng)尋找各種型號芯片以后發(fā)現(xiàn)51與52單片機(jī)的價(jià)格相仿，而52單片機(jī)的性能

16、更加強(qiáng)大，故而選擇52單片機(jī)。2.4顯示模塊的選擇常見的顯示模塊有LCD 1602、LCD 12864、還有現(xiàn)在用的比較多TFT LCD。3個(gè)芯片都是液晶顯示的芯片，都具有輕薄短小、工作電壓低、功耗低、體積小、無輻射、平面直角顯示及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)點(diǎn)，但是其中LCD 1602顯示內(nèi)容太少，不能滿足需求，而TFT的彩色顯示價(jià)格較高，并且碼表顯示不需要彩色，功能過剩，此外，相比于LCD 12864，其功耗也更大，所以最終選定LCD 12864作為顯示模塊。第三章 系統(tǒng)硬件電路3.1主控模塊本次設(shè)計(jì)采用高度集成的STC89C52單片機(jī)作為控制核心，通過GPS模塊采集到的所有定位信息通過STC89C

17、52處理后傳送到LCD12864模塊顯示出來，同時(shí)將霍爾元件采集到的脈沖通過STC89C52計(jì)算并通過LCD12864顯示出。通過中文加顯示的信息(單位采用國際標(biāo)準(zhǔn)單位)，方便使用者更加直觀的看到所需信息，同時(shí)因?yàn)槟繕?biāo)市場為中國，所以定位的時(shí)間轉(zhuǎn)換成北京時(shí)間。3.1.1 STC89C52STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有在系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系

18、統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案2。3.1.2 STC89C52的主要特點(diǎn)STC89C52相比于STC89C51的主要特點(diǎn)有：(1) C52是一款增強(qiáng)型8051單片機(jī)，相比于51單片機(jī)，52單片機(jī)多了個(gè)定時(shí)器，共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2；(2) C52單片機(jī)的RAM與ROM均為51單片機(jī)的兩倍,C51是12yte RAM、ROM，C52是25yte RAM、 ROM； (3) C52比C51具有更多的中斷源，C51有6個(gè)中斷源、C52有8個(gè)；(4) C52相比C51多了一個(gè)看門狗功能，即具有EEPROM 功能，在斷電以后數(shù)據(jù)不會損失，能夠有效的保護(hù)數(shù)據(jù)安全；單片機(jī)STC

19、89C52的管腳圖如圖3.1所示：圖3.1 STC89C52引腳圖STC89C52引腳功能說明：VCC：電源端，接+。VSS：接地端。P0端口（P0.0P0.7引腳）：數(shù)據(jù)/低8位地址復(fù)用總線端口。P1端口（P1.0P1.7引腳）：靜態(tài)通用端口。P2端口（P2.0P2.7引腳）：高8位地址總線動(dòng)態(tài)端口。P3端口（P3.0P3.7引腳）：雙功能靜態(tài)端口。RST/Vpd：用于進(jìn)行單片機(jī)的復(fù)位。當(dāng)該端口接收到兩個(gè)周期的高電平脈沖時(shí)，該端口對單片機(jī)進(jìn)行初始化的復(fù)位操作。當(dāng)VCC端失去電壓時(shí)，接入自身電源，此時(shí)進(jìn)入看門狗狀態(tài)，以低功耗運(yùn)行并且保護(hù)RAM中的數(shù)據(jù)，這也是52單片機(jī)的一大優(yōu)勢。ALE/PRO

20、G：程序鎖存允許。當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲器時(shí)，該引腳的輸出信號ALE用于鎖存P0的低8位地址。ALE輸出的頻率為時(shí)鐘振蕩頻率的1/6。EA/VPP：EA=0,單片機(jī)只訪問外部程序存儲器，EA=1單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲器。對內(nèi)部有程序存儲器的51單片機(jī)，此引腳應(yīng)該接高電平，但若地址值超過范圍，單片機(jī)將自動(dòng)訪問外部程序存儲器。PSEN：程序控制允許。輸出讀取外部程序數(shù)據(jù)信息的信號。取指令操作期間，PSEN的頻率為振蕩周期頻率的1/6；若此期間有訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的操作，則有一個(gè)機(jī)器周期中的PSEN信號將不出現(xiàn)。XTAL1：接外部晶振的一個(gè)管腳。XTAL2：接外部晶振的一個(gè)管腳。3.2 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電

21、路是一個(gè)單片機(jī)的心臟，沒有時(shí)鐘電路，單片機(jī)無法工作，單片機(jī)各部分的運(yùn)行都是以時(shí)鐘電路的時(shí)鐘信號為基準(zhǔn)，嚴(yán)格按照時(shí)鐘信號的節(jié)拍工作，一個(gè)時(shí)鐘信號工作一個(gè)指令。本次設(shè)計(jì)采用的是外部時(shí)鐘，時(shí)鐘頻率為11.059kHz。用11.0592k晶振的原因是52單片機(jī)的定時(shí)器導(dǎo)致的。用52單片機(jī)的定時(shí)器做波特率發(fā)生器時(shí)，如果用11.059khz的晶振，根據(jù)公式算下來需要定時(shí)器設(shè)置的值都是整數(shù)；如果用12khz晶振，則波特率都是有偏差的，比如9600，用定時(shí)器取FD，實(shí)際波特率10000。原理圖如圖3.2所示：圖3.2 時(shí)鐘電路原理圖3.3 復(fù)位電路復(fù)位電路長期為低電平，當(dāng)開關(guān)閉合后，VCC通過導(dǎo)線導(dǎo)通，單片機(jī)

22、復(fù)位端口接收到高電平，啟動(dòng)復(fù)位。由于需要接受兩個(gè)高電平脈沖，電壓快速變化會引起意外，所以需要電容來降低變化的速度，給單片機(jī)反應(yīng)時(shí)間。因此對于低電平復(fù)位的單片機(jī)，在系統(tǒng)剛上電的時(shí)候，電容還沒有充電，或電壓沒有達(dá)到單片機(jī)認(rèn)同的高電平，此時(shí)單片機(jī)復(fù)位，之后電容的電壓逐漸上升至高電平，單片機(jī)就不會復(fù)位了。當(dāng)不需要復(fù)位時(shí)，斷電，該電路回到原來狀態(tài)，再需要復(fù)位時(shí)再次啟動(dòng)。當(dāng)碼表不工作或者工作有誤的時(shí)候可以通過復(fù)位電路一次性修正，使之能夠正常使用，猶豫硬件的不穩(wěn)定和軟件可能的漏洞，雖然開發(fā)的時(shí)候會極力避免此類事情發(fā)生，但是難免還是會出現(xiàn)，所以為了碼表能夠持續(xù)進(jìn)行，一個(gè)復(fù)位功能的按鍵顯得十分重要。原理圖如圖3

23、.3所示：圖3.3 復(fù)位電路原理圖3.4 GPS模塊GPS模塊就是集成了RF射頻芯片、基帶芯片和核心CPU，并加上相關(guān)外圍電路而組成的一個(gè)集成電路。GPS模塊其實(shí)就是一個(gè)接收芯片，工作原理是通過不停接受不同衛(wèi)星發(fā)送過來的時(shí)間和位置信息，將其采集后送到核心CPU，當(dāng)GPS模塊移動(dòng)時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)也隨之產(chǎn)生變化，CPU通過生產(chǎn)時(shí)候拷貝進(jìn)去的算法將接受的時(shí)間位置計(jì)算出來，得到自己的位置和速度信息。GPS常見的天線是陶瓷平板天線，這種天線成本低，外部加有源放大電路，接收信號方向單一，增益比較高，所以采用最多。本次設(shè)計(jì)所采用的就是這樣的一種陶瓷芯片，該芯片工作不穩(wěn)定，接收信號不夠強(qiáng)，所以本次設(shè)計(jì)所采用的

24、GPS加上天線的整體只能在室外工作，但是考慮到自行車碼表的工作地點(diǎn)，尤其是需要定位的場合，基本都是在室外，故而本款GPS模塊已經(jīng)能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。 GPS天線的信號傳輸線同樣非常重要，包括外部饋線與PCB走線。只有在阻抗匹配時(shí)輸出功率才可能最大。因此整個(gè)傳輸線要保證5的高頻阻抗。具體的RF上的阻抗需要設(shè)計(jì)者去學(xué)習(xí)計(jì)算，已達(dá)到最高功率。原理圖如3.4所示：圖3.4 GPS原理圖 本次試驗(yàn)采用UBLOX- GPS芯片，特點(diǎn)如下：1、 該GPS采用U-BLOX NEO-模組，體積非常小，十分適合本次設(shè)計(jì)。 2、 該GPS增加放大電路，有利于無源陶瓷天線快速搜星。 3、 該GPS可以直接設(shè)置各種參數(shù)

25、，并保存在EEPROM中，使用方便。 4、 該GPS自帶SMA接口，可以連接各種有源天線，適應(yīng)能力強(qiáng)。 5、 該GPS兼容3.3V/5V電平，方便連接各種單片機(jī)系統(tǒng)3。 6、 該GPS自帶可充電后備電池，可以掉電保持星歷數(shù)據(jù)。 主要參數(shù) ：1)本模塊默認(rèn)波特率為9600； 2)供電電壓3.-（可直接接或者3.供電，內(nèi)核工作電壓3.）； 3)可直接接3.或者單片機(jī)IO進(jìn)行通信；3.5 霍爾測速模塊霍爾元件即是應(yīng)用霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體。所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應(yīng)是1879年被美國物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流通過金屬箔片時(shí)，若在垂

26、直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側(cè)面會出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)4。如果把霍爾元件集成的開關(guān)按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在物體上，當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)物體上的永磁體經(jīng)過它時(shí)，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據(jù)脈沖信號列可以傳感出該運(yùn)動(dòng)物體的位移。若測出單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，則可以確定其運(yùn)動(dòng)速度4。理論來說霍爾元件使用的越多，每次測得脈沖之間間隔就會更短，但是考慮到抗干擾性的影響，以及高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的風(fēng)阻影響，越少的器件越不容易發(fā)生故障，阻力也更小，而且在自行車中，直行車運(yùn)行速度已經(jīng)足夠快，所以一個(gè)霍爾元件已經(jīng)足夠正常使用。原理圖如圖3

27、.5：圖3.5 霍爾測速模塊3.6 LCD 12864顯示模塊原理圖如圖3.6所示：12864是一種統(tǒng)稱，說明由128*64個(gè)點(diǎn)構(gòu)成，本次采用LCD 12864并行口通信，通信編程比較方便，而且LCD 12864相比LCD 1602，除了顯示的類容更多外，還自帶中文字庫，使用起來非常方便。對比于TFT LCD，功耗較小，盡管不能顯示彩色以及更多的信息，但是作為一款定位中端的碼表所用的顯示器，其能顯示的信息已經(jīng)足夠設(shè)計(jì)所需。圖3.6 LCD 12864原理圖12864顯示模塊顯示原理是將一定數(shù)目的像素點(diǎn)看作一整個(gè)模塊，8*16作為一個(gè)英文字符，16*16作為一個(gè)中文字符，每一個(gè)模塊就可以用16個(gè)

28、8位二進(jìn)制數(shù)或者16個(gè)16位二進(jìn)制數(shù)來表示，每一個(gè)1表示點(diǎn)亮，0表示不點(diǎn)亮，通過這些組合，就可以在屏幕上顯示出本次設(shè)計(jì)所需的信息。LCD 12864芯片剛到手時(shí)是沒有接線的，只預(yù)留了焊接的孔，需要使用者自己將線焊接上去，在焊接時(shí)要注意，與線連接時(shí)間不能過長，否則線上膠皮會融化，容易傷手，此外，與電路板接觸時(shí)間也不宜過長，對電路板可能造成損壞。3.7 接口轉(zhuǎn)換電路由于編程矯正是在電腦上完成，完成程序編寫以后需要將程序燒錄進(jìn)單片機(jī)中，而單片機(jī)本身與電腦無法直接通信，所以需要一個(gè)轉(zhuǎn)換接口將電腦與單片機(jī)連接，CH340芯片由此而生。CH340是一個(gè)USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口或者USB轉(zhuǎn)打印

29、口。在串口方式下，CH340提供常用的MODEM聯(lián)絡(luò)信號，用于為計(jì)算機(jī)擴(kuò)展異步串口，或者將普通的串口設(shè)備直接升級到USB總線5。該芯片能夠兼容USB2.0，且使用簡單，外圍電路只需要再接晶振和電容，電路也相對更加簡單，體積小。而且網(wǎng)上資源有現(xiàn)成的驅(qū)動(dòng)，接上電腦，安裝驅(qū)動(dòng)后就可以被識別并且直接使用。支持波特率也很廣，從240bps到11520bps，考慮到本次試驗(yàn)采用9600bps，故而完全夠用。原理圖如圖3.7所示：圖3.7 接口轉(zhuǎn)換電路第四章 系統(tǒng)軟件本次系統(tǒng)編譯采用C語言，在Keil uVision4的環(huán)境下編譯。相比于匯編語言，C語言編屬于高級語言，具有可移植性，能夠結(jié)構(gòu)化編程。C語言也

30、是現(xiàn)在大學(xué)主要學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)語言，編寫程序時(shí)上手更快，C語言的邏輯偏向人的邏輯，更容易理解和編寫，C語言的一些固定模塊網(wǎng)上也能找到，直接移植過來，編寫能夠節(jié)省很多時(shí)間，尤其是GPS的編寫模塊，能夠節(jié)省大量時(shí)間。而匯編語言針對不同的操作系統(tǒng)平臺，不同的微控制器，指令都是完全不同的，即使指令相似，也不具有可移植性。但是匯編語言是針對專門的控制器的，所以運(yùn)行速度可以精確到一個(gè)指令周期。匯編語言的程序讀懂需要借助微控制器的指令手冊以及各個(gè)寄存器的說明，所以很難讀懂6。此外，匯編的編寫邏輯更偏向于機(jī)器語言，而C語言是更加接近人的邏輯，所以匯編更加難以理解，編寫難度大。同時(shí)，匯編的語句限制太多，關(guān)于寄存器，

31、存儲器，變量，每個(gè)語句都有其局限性，使用時(shí)顧忌很多，編寫困難。Keil uVision4是專門針對單片機(jī)卡發(fā)而制作的一個(gè)軟件，歸屬于ARM公司，旨在使用c語言進(jìn)行單片機(jī)的開發(fā)，能夠完美的兼容C51系列單片機(jī)，Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。相比于初代的uVision，2009年2月發(fā)布的Keil Vision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的

32、完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地 利用屏幕空間和更有效地組織多個(gè)窗口，提供一個(gè)整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應(yīng)用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，還添加了一些其他新功能。2011年3月ARM公司發(fā)布最新集成開發(fā)環(huán)境RealView MDK開發(fā)工具中集成了最新版本的Keil Vision4，其編譯器、調(diào)試工具實(shí)現(xiàn)與ARM器件的最完美匹配7。燒錄軟件采用STC自主開發(fā)的專用燒錄軟件stc-isp-1x-v6.80，該軟件與使用芯片系同一公司出品，故而能夠完美匹配兼容。該軟件元件庫豐富，能夠完美兼容51、52系列單片機(jī)。此外，使用方便，功能齊全，并且可以在軟件上直接進(jìn)行串口通信，將結(jié)果顯示在電

33、腦上，方便人員調(diào)試。4.1主程序設(shè)計(jì)思路如下圖4.1所示：圖4.1 程序流程圖本次設(shè)計(jì)中，首先初始化顯示模塊，然后設(shè)置顯示模塊為普通模式，當(dāng)收集到“GPRMC”這一幀數(shù)據(jù)時(shí)開啟中斷，進(jìn)行對GPS信號的處理，將UTC日期轉(zhuǎn)換為北京時(shí)間，再將日期轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的ASCII碼，經(jīng)緯度也經(jīng)過類似處理，然后都傳送到12864顯示出來?；魻栐邮盏降臄?shù)據(jù)經(jīng)過函數(shù)處理計(jì)算后也通過LCD 12864顯示出來.一次數(shù)據(jù)處理結(jié)束。4.2 GPS數(shù)據(jù)解析程序調(diào)節(jié)單片機(jī)各控制字，UART方式1，8位UART；允許串口接收數(shù)據(jù)，設(shè)置SMOD=0，T1方式2，用于產(chǎn)生波特率，啟動(dòng)定時(shí)器1，打開串行口中斷與全局中斷控制。每當(dāng)

34、接收數(shù)據(jù)就從主程序轉(zhuǎn)入GPS數(shù)據(jù)接收程序，數(shù)據(jù)接收完以后轉(zhuǎn)入主程序，同時(shí)ES置1，此時(shí)轉(zhuǎn)入主程序，通過固定算法將GPS采集到的信息計(jì)算得到騎行者平時(shí)能夠輕松閱讀的信息。由于定位信息需要通過LCD 12864顯示出來，故而還得按照LCD 12864的字庫將所得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，再通過LCD 12864顯示出來。流程如下圖4.2所示：圖4.2 GPS數(shù)據(jù)解析流程圖4.3霍爾元件處理程序調(diào)節(jié)單片機(jī)各控制字，開總中斷，允許串口中斷，允許定時(shí)器T1的中斷，設(shè)置定時(shí)器T1在方式2中斷產(chǎn)生波特率，設(shè)置SMOD=0，波特率設(shè)置為9600，開定時(shí)器T1運(yùn)行控制位。由于磁鐵掃過霍爾元件有一段時(shí)間，所以需要一個(gè)類似消抖作用

35、的延時(shí)程序，當(dāng)霍爾元件電平變化時(shí)，產(chǎn)生中斷，程序從主程序跳到霍爾元件程序，由一個(gè)變量通過定時(shí)計(jì)數(shù)，從而記住兩次高電平之間的時(shí)間間隔，再乘上輪徑即可得到該時(shí)間內(nèi)通過的距離，進(jìn)行一下單位轉(zhuǎn)換即可得到時(shí)速。再將該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到它對應(yīng)的ASCII碼，將其在LCD 12864上顯示出來。流程如圖4.3所示：圖4.3 霍爾元件處理程序流程圖4.4 LCD 12864顯示模塊程序 液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，在執(zhí)行指令之前需要檢測忙信號，當(dāng)檢測信號表示不忙以后才會寫入命令字。本次設(shè)計(jì)中，當(dāng)LCD 12864顯示不忙以后經(jīng)過一個(gè)延時(shí)函數(shù)，寫入數(shù)據(jù)。LCD 12864的顯示數(shù)據(jù)過程首先液晶初始化，初始化完

36、成后執(zhí)行延時(shí)函數(shù)，等待數(shù)據(jù)的采集，延時(shí)完成后LCD會先寫入一些指令和顯示字符的地址，在這完成后單片機(jī)會向LCD發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完LCD就會讀取寫入的地址并顯示出來，最后返回。軟件流程圖如圖4.4所示：圖4.4 LCD 12864顯示模塊程序4.5 小結(jié)本次設(shè)計(jì)采用c語言編程，程序更加直觀，方便理解，只需對GPS信號以及忽而援建的脈沖進(jìn)行持續(xù)檢測即可得到想要的數(shù)據(jù)。而且一塊LCD 12864 液晶屏就可以充分顯示出本次設(shè)計(jì)所需的信息，不存在浪費(fèi)的情況，采用STC89C52系列的單片機(jī)，有著keil軟件的編程支持，里面自帶51單片機(jī)的庫，使用方便。此外，本次設(shè)計(jì)中的部分軟件可以直接移植到其他設(shè)計(jì)

37、中，非常的方便。同時(shí)stc-isp-1x-v6.80也為燒錄提供了可能，其強(qiáng)大的功能和豐富的元件庫也為燒錄帶來很多幫助，比如GPS的調(diào)試，就是在數(shù)據(jù)燒錄進(jìn)單片機(jī)以后直接使用軟件的串口通信，調(diào)整端口與波特率，將結(jié)果顯示在電腦上，有不對的地方再進(jìn)行調(diào)整。節(jié)省了很多時(shí)間，并且電腦的屏幕大且清晰，觀察起來更加方便。本次設(shè)計(jì)所采用的也是高度集成的單片機(jī)最小系統(tǒng)，集成度高，可以方便的將設(shè)計(jì)所需要的軟件拷貝進(jìn)去，而且由于機(jī)器焊接，很少出現(xiàn)硬件問題，所以發(fā)生錯(cuò)誤只需要在軟件上進(jìn)行更改就好，能夠節(jié)省不少時(shí)間。第五章 心得與體會經(jīng)過幾個(gè)月的努力，終于完成了本次設(shè)計(jì)，所完成的成果基本滿足最初要求。本設(shè)計(jì)是基于GPS

38、的自行車碼表設(shè)計(jì)，主要包含信息采集，芯片控制，LCD顯示模塊。其中LCD顯示和信息采集模塊完成耗費(fèi)時(shí)間最長，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)剛開始才用的是TFT LCD顯示模塊，但是因?yàn)闆]有接觸過，學(xué)習(xí)花費(fèi)時(shí)間較長，在一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)該模塊價(jià)格不低而且能力并不能被完全發(fā)揮，并且功耗相比而言大一些，作為一塊不顯示具體地圖的碼表來說代價(jià)高昂，不太合適，后來轉(zhuǎn)向LCD 12864。而GPS信息采集后的處理，比較復(fù)雜，尋找算法，并且通過C語言編譯出來是本次設(shè)計(jì)的核心，故而花費(fèi)時(shí)間很長。本次設(shè)計(jì)采用硬件都是自己購買的高度集成的芯片，除了LCD 12864以外都不需要焊接，節(jié)約了很多時(shí)間，也避免的很多可能的錯(cuò)誤，但是學(xué)習(xí)最小系

39、統(tǒng)的使用，顯示模塊，GPS的原理和使用方法也花費(fèi)了大量時(shí)間，甚至獨(dú)自上網(wǎng)查找視頻資料自己學(xué)習(xí)如何接線，如何點(diǎn)亮，如何顯示中文字庫，如何將想要顯示的變量進(jìn)行處理后在屏幕上顯示出來。同時(shí)GPS接收到的數(shù)據(jù)也不是常規(guī)數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行處理以后才能顯示，這些只能通過自己查找資料將其理解后解決，而且時(shí)間上也需要顯示北京時(shí)間，都需要進(jìn)行修改，除了軟件的難題，顯示模塊也是需要自己焊接的。設(shè)計(jì)中仍然存在很多問題，比如當(dāng)自行車慢速行駛時(shí)，霍爾測速元件不能即時(shí)快速的將速度采集并讓騎行者看見，本次測速是采用兩次掃描間隔的時(shí)間內(nèi)走過的距離算出速度，這樣的測速不夠精確，在一圈內(nèi)速度發(fā)生改變時(shí)，騎行者不能即時(shí)得到反饋。同時(shí)，

40、硬件方面也能改進(jìn)，可以選用更小體積，集成度更高的單片機(jī)，功耗更低，這樣可以采用紐扣電池供電，持續(xù)時(shí)間更長，體積上也會更小，更加符合實(shí)際要求。本次設(shè)計(jì)基本可以算結(jié)束，但是碼表上依然可以大做文章，比如再外接功率計(jì)，可以讓騎行者更加清楚的知道自己的速度，體能消耗狀況，這樣有助于分配自己的體力，對于專業(yè)運(yùn)動(dòng)員來說，功率計(jì)必不可少，有了功率計(jì)才能根據(jù)自己的體能，與團(tuán)隊(duì)之間形成配合，更加靈活的制定戰(zhàn)略。此外，顯示屏也可以大做文章，采用TFT LCD會更加清晰，市面上有的GPS功能碼表能夠?qū)⒌貓D顯示出來，同時(shí)顯示騎行者的定位信息，這個(gè)也是可以實(shí)現(xiàn)的，這樣的話騎行者能夠更加直觀的知道自己的位置。通過本次設(shè)計(jì)，

41、我充分意識到，學(xué)校所學(xué)的知識尚還淺薄，芯片繁多，我們只學(xué)了基礎(chǔ)的，比較低級的51系列單片機(jī)，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。針對不同的使用條件，需要根據(jù)需求和客觀條件，選擇合適的單片機(jī)，這樣才能一最少的成本，最少的資源開發(fā)出適合環(huán)境需求的產(chǎn)品。此外，對于不同的編譯環(huán)境我們也要熟悉，多接觸學(xué)習(xí)其它的編譯環(huán)境，這樣在面對將來激烈的單片機(jī)開發(fā)的競爭的時(shí)候才有自己的競爭力。面對多樣化的社會，我們要能夠?qū)W會從中尋找機(jī)遇，勇于創(chuàng)新。創(chuàng)新使人具有核心競爭力，在多變的社會中，創(chuàng)新才是最快的創(chuàng)造財(cái)富的方式。在未來，物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為趨勢，而單片機(jī)的嵌入式開發(fā)與物聯(lián)網(wǎng)息息相關(guān)，這是我們這一代人的機(jī)遇，所以需要我們努力鉆研單片機(jī)

42、的嵌入式開發(fā)。致謝令人緊張而忙碌的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于快結(jié)束了，我通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)既檢驗(yàn)了自己對大學(xué)四年來所學(xué)知識的了解程度，又更深刻的理解了自動(dòng)化方面的專業(yè)知識?；仡櫲康脑O(shè)計(jì)過程，因?yàn)闀r(shí)間較為緊張，且是第一次嘗試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，因考慮不周而引起的問題經(jīng)常會發(fā)生。盡管現(xiàn)在的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)基本要完成了，但是仍然不算完美，希望各位老師能夠諒解各種不詳盡甚至不當(dāng)之處。我在做畢業(yè)設(shè)計(jì)這段期間，運(yùn)用到了大量大學(xué)所學(xué)的知識，這期間我溫習(xí)了以前所學(xué)的有關(guān)單片機(jī)、傳感器等方面的書，并去圖書館借了很多資料，學(xué)到了很多新的知識。 通過本次設(shè)計(jì)，我真正體會到了做設(shè)計(jì)放入辛苦，作為一名即將畢業(yè)的大學(xué)生，我發(fā)現(xiàn)，只有努力認(rèn)真的從最

43、基本的小事做起，才能獲得成功。我要感謝我的導(dǎo)師，通過我的導(dǎo)師我鞏固了以前學(xué)的知識，還學(xué)到了不少新的知識，也從老師身上學(xué)到了很多做人做事的道理。其次，我要感謝我的舍友和同學(xué)們，在做畢設(shè)的過程中，我難免會遇到一些自己不懂的問題，這個(gè)時(shí)候他們就發(fā)揮了廣大的同學(xué)愛，經(jīng)常給予我很多幫助，而且他們分別擅長不同的領(lǐng)域，能夠彌補(bǔ)我很多方面的不足，讓我充分體會到了集體合作的重要性。另外，我還要特別向我的輔導(dǎo)員以及系里的其他老師也表達(dá)我最衷心的謝意。最后，讓我再次對給予我?guī)椭母魑活I(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué)們表達(dá)我最真摯的感謝。 參考文獻(xiàn)（References）1信息動(dòng)態(tài)J. 西部交通科技,2013，1（8）：1673-4

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47、uffer68;unsigned char xdata Display_GPRMC_Buffer68;bit Flag_OV = 0;bit Flag_Calc_GPGGA_OK = 0;bit Flag_Calc_GPRMC_OK = 0;/*/主函數(shù)/*void Initial_com(void) EA=1; /開總中斷 ES=1; /允許串口中斷 ET1=1; /允許定時(shí)器T1的中斷 TMOD=0x20; /定時(shí)器T1，在方式2中斷產(chǎn)生波特率 PCON=0x00; /SMOD=0 SCON=0x50; / 方式1 由定時(shí)器控制 TH1=0xfd; /波特率設(shè)置為9600 TL1=0xfd

48、; TR1=1; /開定時(shí)器T1運(yùn)行控制位void delay(uint z) uint i,j; for(i=z;i0;i-) for(j=110;j0;j-);double test_speed() double a0=0; double b0=0; double speed=0; Initial_com(); while(1) if(key1=0)delay(2); /消抖動(dòng) a0=a0+1;if(key1=0) /確認(rèn)觸發(fā) SBUF=0X01; delay(200); if(RI) speed = 7464.744/(a0-b0);date=SBUF; /單片機(jī)接受SBUF=date;

49、 /單片機(jī)發(fā)送RI=0;b0=a0;break; return speed;void main()unsigned char i = 0;LCD12864_Reset();/初始化液晶LCD12864_HAIZI_SET();/設(shè)置為普通模式Delay_ms(100);LCD12864_COM_Write(0x80);/指針設(shè)置LCD12864_write_word();LCD12864_COM_Write(0x90);/指針設(shè)置LCD12864_write_word( 歡迎使用 );LCD12864_COM_Write(0x88);/指針設(shè)置LCD12864_write_word(正在初始化

50、GPS.);LCD12864_COM_Write(0x98);/指針設(shè)置LCD12864_write_word();Uart_Init();while(1)Scan_Key();if(Flag_GPS_OK = 1 & RX_Buffer4 = G & RX_Buffer6 = , & RX_Buffer13 = .)/確定是否收到GPGGA這一幀數(shù)據(jù)for( i = 0; i = 24)/溢出Hour %= 24;/獲取當(dāng)前HourFlag_OV = 1;/日期進(jìn)位elseFlag_OV = 0;Min_High = Display_GPGGA_Buffer9;Min_Low = Displ

51、ay_GPGGA_Buffer10;Sec_High = Display_GPGGA_Buffer11;Sec_Low = Display_GPGGA_Buffer12;Flag_Calc_GPGGA_OK = 1;if(Page = 0 & Flag_Calc_GPGGA_OK = 1)LED1 = LED1;Flag_Calc_GPGGA_OK = 0;LCD12864_COM_Write(0x80);/設(shè)置指針LCD12864_write_word();/顯示內(nèi)容LCD12864_Data_Write(Hour/10+0x30);LCD12864_Data_Write(Hour%10+0x30);LCD12864_write_word(時(shí));LCD12864_Dat