摩托車測速表的設計

1、 課程設計說明書課程設計名稱： 專業(yè)課程設計 課程設計題目： 摩托車測速表的設計 學 院 名 稱： 信息工程學院 專業(yè)：電子信息科學與技術 班級： 120431 學號： 12043122 姓名： 劉處榮 評分： 教師： 吳開志 20 15 年 9 月 5 日 專業(yè) 課程設計任務書20142015學年第二學期 分散1周 第16 周 18 周集中題目摩托車測速表的設計內容及要求技術要求：（1） 利用光電轉換器實現(xiàn)車輪轉速的測量（2） 利用單片機實現(xiàn)速度的計算和顯示（3） 測速范圍：1 80 KM/小時（4） 顯示精度：1KM 進度安排分散1周：查資料、方案確定。第16周： 電子鐘編程及調試。第17

2、周： 摩托車測速表的軟硬件設計、調試。第18周：考試、撰寫并上交報告。學生姓名： 劉處榮、陳星星指導時間： 分散1周，集中指導：2015.6.15-2015.7.3指導地點：綜合樓中505 室任務下達2015 年 6 月 1 日任務完成2015 年 7 月 3 日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導教師吳開志系（部）主任賈杰注：1、此表一組一表二份，課程設計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。2、課程設計結束后與“課程設計小結”、“學生成績單”一并交院教務存檔。 摘 要 摩托車，由汽油機驅動，靠手把操縱前輪轉向的兩輪或三輪車，輕便靈活，行駛迅速，廣泛用于巡邏、客貨運輸?shù)?/p>

3、，也用作體育運動器械。 轉速測量方法分為兩類，（1）直接法：直接觀測電機的機械運動，測量特定時間內機械旋轉的圈數(shù)，從而測出其轉速；（2）間接法：測量由于機械轉動導致其他物理量的變化，從這些物理量的變化與轉速的關系來得到轉速。目前常用的測速方法有霍爾元件測速法、離心式轉速表測速法、閃光測速法等 本課題主要研究轉速的測量，通用于各類需要測轉速的環(huán)境中。本系統(tǒng)采用對射式光電開關產(chǎn)生與齒輪相對應的脈沖信號，使用AT89S52單片機采樣脈沖信號并計算每分鐘內脈沖信號的數(shù)目，通過液晶顯示器顯示電機的轉速值。經(jīng)過仿真測試和軟硬件系統(tǒng)的搭建，本系統(tǒng)符合設計要求，簡單實用，有效降低了車速所需的儀器成本，測速比較

4、穩(wěn)定，有一定的利用推廣價值。關鍵詞：摩托車 轉速測量 單片機 目錄 第一章：設計方案的要求與選擇11.1 設計內容及要求11.2 基本設計要求11.3 方案的設計11.4 方案的選擇31.5 方案的改進31.6 摩托車測表設計及原理4第二章 系統(tǒng)硬件電路62.1 單片機控制系統(tǒng)62.2 開發(fā)板系統(tǒng)電路62.3 時鐘電路72.4 復位電路72.5 脈沖輸入模塊82.6 速度顯示模塊9第三章 系統(tǒng)軟件設計103.1 主程序流程圖設計103.2 中斷子程序流程圖設計113.3 速度顯示子程序流程圖設計12第四章 系統(tǒng)測試及功能實現(xiàn)134.1硬件電路的測試134.2 軟件程序測試134.2.1 LCD

5、顯示程序134.2.2脈沖計數(shù)模塊程序134.3 功能實現(xiàn)13結論14參考文獻15附錄16附錄A 課設仿真圖16附錄B 主程序代碼17附錄C 1602液晶顯示代碼19 5 第一章：設計方案的要求與選擇1.1 設計內容及要求（1）利用光電轉換器實現(xiàn)車輪轉速的測量 （2）利用單片機實現(xiàn)速度的計算和顯示 （3）測速范圍：1 80 KM/小時 （4）顯示精度：1KM 1.2 基本設計要求 按設計要求，方案整體可分為四個模塊：光電檢測模塊 、信號處理模塊、 51單片機模塊以及顯示模塊，各模塊之間的關系如下：單片機顯示器信號處理光電檢測 圖1.1 測速系統(tǒng)基本模塊關系圖1.3 方案的設計方案一:由傳感器、

6、處理器和顯示3個部分幾部分組成，但所選擇的傳感器類型不同,其方框圖如圖1.2所示。 此方案的測速系統(tǒng)主要是由開關型霍爾傳感器A3144E以及磁鋼構成，由它們來檢測車輪的轉速。工作方式為：將磁鋼安裝在車輪的轉軸上，而霍爾傳感器則放在轉軸的旁邊，霍爾傳感器連接在電路中，當磁鋼隨轉軸經(jīng)過霍爾傳感器時，由開關型霍爾傳感器的工作原理知，此時將輸出一個低電平信號；而當磁鋼離開霍爾傳感器后，又將輸出一個高電平。這樣通過高低電平的轉換，將其送入單片機后就可以測量它的轉速單片機處理車輪霍爾傳感器7279顯示信號轉換 圖1.2方案一模塊框圖 方案二：包括傳感器、處理器和顯示3個部分。其方框圖如圖1.2所示。 在該

7、方案中傳感器是由紅外發(fā)光二極管，和紅外光敏三極管構成。測速的過程為：在車輪的轉軸上安裝一個圓盤，并在圓盤的邊緣處開多個孔讓二極管發(fā)出的紅外光剛好可以通過。在圓盤的上下方分別安裝好發(fā)光二極管和光敏三極管，當車輪轉動時就可以通過圓盤來改變光敏三極管接收的光線，從而產(chǎn)生點位信號的變化，這樣就構成了一個收發(fā)檢測系統(tǒng)，可以檢測車輪的轉速。運用的原理和光電耦合器是相同的。 單片機處理信號轉換光敏三極管光敏二極管7279顯示車輪 圖1.2方案二模塊框圖1.4 方案的選擇 兩個方案的主體電路相同，只是傳感器的選擇不同。而選擇開關型光電傳感器作為此次課程設計的光電檢測模塊的設計方案。有以下幾個原因：（1）光電開

8、關原理簡單，電路簡易，廉價易獲?。唬?）霍爾傳感器價格昂貴，學校器件庫暫不提供；(3) 用光電開關作為傳感器時出現(xiàn)問題也易于調試。 綜上，最終選擇方案二作為設計方案。1.5 方案的改進由于在protues仿真系統(tǒng)上車輪無法模擬，7279八位共陰數(shù)碼管也找不到相應的元器件代替，經(jīng)過小組討論，決定采用脈沖激勵源代替車輪的旋轉信號輸入，以LCD液晶顯示器代替7279顯示，改進后的方案在信號輸入方面更直觀準確，而且液晶顯示也比數(shù)碼顯示更簡潔省電改進后的模塊框圖如圖1.3所示： LCD1602液晶顯示單片機處理信號轉換光敏三極管光敏二極管車輪 圖1.3改進后的模塊框圖1.6 摩托車測表設計及原理 測速采

9、用51單片機外部中斷方式計數(shù)，500ms采集一次計數(shù)脈沖頻率值。在實際應用中，計數(shù)端口最好加一個比較器電路再與外部中斷計數(shù)IO口。如圖1.3，圖1.4所示。加一個比較電路，這樣得到的數(shù)據(jù)更精準。圖1.3 仿真調試電路圖1.4 實際調試電路程序中第一行顯示的是實際頻率f，第二行顯示的是實際轉速r。其中，光電測速裝置假設摩托車轉一圈時，計3個脈沖，一個摩托車的直徑為50cm，則的實際轉速r由下公式得到：r=(f/3)*0.5*本設計中，為了快速實現(xiàn)速度測量，每500ms計算一次速度，所以得到的計數(shù)值為f/2,這樣，上式得到的結果就需要乘以2得到正確的速度值。 第二章 系統(tǒng)硬件電路2.1 單片機控制

10、系統(tǒng) 單片機采用STC89C51,是一款性能穩(wěn)定的8位單片機。單片機的T0口作為外部中斷口來計外部傳感電路產(chǎn)生的脈沖個數(shù)，P1口的P1.0-P1.3口外接LCD液晶顯示模塊2.2 開發(fā)板系統(tǒng)電路 單片機開發(fā)板電路如圖2.1所示，由單片機STC89C51、時鐘電路和復位電路三部分組成。單片機STC89C51作為核心控制器控制著整個系統(tǒng)的工作，而時鐘電路負責產(chǎn)生單片機工作所必需的時鐘信號，復位電路使得單片機能夠正常、有序、穩(wěn)定地工作。學校提供的開發(fā)板操作簡單，使用方便，在PC機上編好程序后，經(jīng)過編程器生成Hex文件后，然后用PC機串口通過STC-ISC程序下載軟件能夠非常方便地將程序燒到單片機中。

11、 圖2.1 開發(fā)板電路2.3 時鐘電路 單片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 本設計中采用內部時鐘方式，如圖2.2所示，以石英晶體振蕩器和兩個片電容組成外部振蕩源。片內的高增益反相放大器通過XTAL1、XTAL2外接，作為反饋元件的片外晶體振蕩器與電容組成的并聯(lián)諧振回路構成一個自激振蕩器，向內部時鐘電路提供振蕩時鐘。振蕩器的頻率取決于晶振的振蕩頻率，振蕩頻率范圍為1.212MHz。 圖2.2 時鐘電路2.4 復位電路 單片機的RST引腳為復位（Reset）端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期

12、的低電平，就可以實現(xiàn)系統(tǒng)復位，使單片機回到初始狀態(tài)。如圖2.3所示，本設計采用手動復位，用一個電容與一個10K電阻串聯(lián)組成，電阻接VCC，電容接地，RESET腳接在它們中間，RC選擇10uF，按鍵與200R電阻串聯(lián)，在電容兩端并聯(lián)，就成了按鍵復位電路，未上電時，RST端為高電平，只要按下這個按鍵，RST端轉換為低電平，經(jīng)過兩個機器周期后，單片機就能復位。 圖2.3 復位電路2.5 脈沖輸入模塊 脈沖技術是脈沖信號產(chǎn)生和波形變換的技術。是指在某一時間內有突變的電壓或電流。從廣義上講，矩形波、方波、尖頂波、鋸齒波、三角波、階梯波等非正弦波信號都是脈沖信號。 圖 2.4 脈沖輸入模塊電路2.6 速度

13、顯示模塊 本設計是通過LCD液晶顯示屏進行顯示的。LCD液晶顯示器是平面超薄的顯示設備，它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方 圖2.5 速度顯示電路 第三章 系統(tǒng)軟件設計3.1 主程序流程圖設計 主程序主要負責總體程序管理，實現(xiàn)人機交互設定。主程序開始時將完成程序的初始化，包擴內存的規(guī)劃、定時器的工作模式、中斷方式等的設定，然后直接調用各個功能模塊子程序。本系統(tǒng)采用STC89C51中的T0定時器和T1計數(shù)器配合使用對轉速脈沖定時計數(shù)。計數(shù)器T1工作于計數(shù)狀態(tài)對外部脈沖進行計數(shù)；T0工作為定時器方式每次定時10ms。本設計程序編程的思想就是在給定的10ms之內，用單片機自帶

14、的計數(shù)器T1對外部脈沖進行計數(shù)。其主程序流程圖如圖3.1所示開始初始化T0、T1開啟定時器T0等待50ms開啟定時器T1T0=100？ N Y 關閉計數(shù)器處理TH0、TH1顯示數(shù)據(jù) 結束 圖3.1 主程序流程圖 3.2 中斷子程序流程圖設計T0定時中斷程序主要是完成10ms的定時任務，并且對變量buf_min進行加一 處理，其中在對T0進行賦初值時，選擇為10236而不是10000。主要是C語言在經(jīng)過反匯編后，一條C語句將會編譯成幾條語句，這樣就增加了指令執(zhí)行的時間，使定時產(chǎn)生誤差，而在經(jīng)過多次調試后，選擇10236為T0初值是最接近10ms的。其程序流程框圖如圖3.2所示進入定時中斷關閉定時

15、器T0TH0、TL0賦值T0=T0+1開啟定時器T0退出中斷 圖3.2 中斷子程序流程圖3.3 速度顯示子程序流程圖設計 定時器設置為方式1，定時10ms。當定時達到10ms時，產(chǎn)生中斷，對液晶顯示器進行刷新，顯示轉速，并使時間計數(shù)標志T加1。當時間計數(shù)標志T=500時，使time0_int置1，取出計數(shù)器在此時間內計算的脈沖數(shù)，通過轉速計算程序計算得出轉速值后，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，供LCD液晶顯示使用。流程圖見圖3.4所示開始初始化數(shù)據(jù)緩存區(qū)開啟定時器T0定時 =10ms？ N Y產(chǎn)生定時中斷顯示定時計數(shù)T0計數(shù)時間計數(shù)清零T=0T=500？ NLCD1602_Init=1 Y 圖3.

16、3 1602速度顯示流程圖 第四章 系統(tǒng)測試及功能實現(xiàn) 測試時按硬件電路測試和軟件程序的測試兩個大塊，其中軟件程序測試包括LCD顯示程序和脈沖計數(shù)程序兩個部分。 4.1硬件電路的測試 硬件電路的測試主要包括光電開關調試和電壓反相器調試。這些測試主要是在 焊接電路板的整個過程當中進行，以便確保每一個電路元件都能工作正常。 4.2 軟件程序測試 4.2.1 LCD顯示程序 不通過T0中斷檢測脈沖個數(shù)，直接給T0count賦值，依據(jù)給T0count賦不同的 值觀察LCD上是否按賦的初值顯示出來。通過多次給T0count賦不同的值，從而判斷顯示模塊是否出現(xiàn)問題。測試完1602之后，通過這種方法還可用于

17、對數(shù)值計算處理模塊進行調試。 4.2.2脈沖計數(shù)模塊程序 當LCD顯示程序測試無誤之后，就可以對脈沖計數(shù)模塊進行調試了。因為顯示已經(jīng)沒有問題，通過用信號發(fā)生器給T0端口送入不同頻率的脈沖，可觀察數(shù)碼管的顯示是否正確。調試過程中出現(xiàn)的誤差，可以依據(jù)誤差的大小給予補償。 4.3 功能實現(xiàn) 本系統(tǒng)以STC89C51單片機為核心，開發(fā)程序調試階段采用Keil軟件進行編程及修改。設計的摩托車測速系統(tǒng)可用于各種汽車速度及電機轉速的測量。顯示采用LCD1602液晶顯示，當超出量程后還會顯示F作為提示，就像汽車超速提示一樣，具有同樣的功能。該系統(tǒng)功能基本達到設計要求，具有很好的應用范圍。 結論 本次專業(yè)課設為

18、期四周，時間不長。設計過程中出現(xiàn)過不少問題，一開始我們對設計要求理解不夠深，致使設計出來的裝置過于簡單，以脈沖輸入替代車輪的旋轉，然而忽視了脈沖信號的失真丟失等問題，導致最后的結果不盡如人意。 本次課程設計我是負責硬件部分，雖然此課題對硬件要求不高，主要是對于脈沖信號的處理、計算及顯示。但為了讓光電傳感部分測量的更加精確，也讓我們查找了相關資料，通過反相器可以讓輸出脈沖更加規(guī)范。速度顯示用到了LCD1602顯示模塊，但我們對顯示部分編程思路不夠清晰，一直糾結于語言功能的實現(xiàn)環(huán)節(jié)，最終在小組相互討論和請教同學后經(jīng)過長時間的調試了才弄出來。通過軟件的調試，我們發(fā)現(xiàn)程序中利用子程序的編程會讓程序易讀

19、，而且在調試方面也更簡便。 通過本次課程設計,我對單片機的工作方式和原理有了一定的了解,掌握了程序設計的基本方法。單片機產(chǎn)品的設計要綜合考慮多方面因素，不能急于動手，需先確定待單片機產(chǎn)品的功能、所實現(xiàn)的指標、成本，進行可行性分析，然后從總體設計確定方案，再細化到硬件與軟件設計。通過本次課程設計，我們深刻地體會到單片機技術的廣泛應用及對人們實際生活的重要意義。 參考文獻1 馬忠梅等編著.單片機的C語言應用程序設計，北京航空航天大學出版社，2003修訂版2 吳國經(jīng)等編著. 單片機應用技術 中國電力出版社， 2004.13 李全利，遲榮強編著. 單片機原理及接口技術 高等教育出版社，2004.14

20、張毅剛等編著. MCS-51單片機應用設計，哈工大出版社，2004年第2版5萬福軍等編著. MCS-51單片機原理、系統(tǒng)設計與應用 清華大學出版社 2008.6 附錄附錄A 課設仿真圖 附錄A 課設仿真圖附錄B 主程序代碼#include #include 1602.huchar table16 = Fre = HZ ; /第一行顯示頻率值uchar disp16 = Speed = . km/h ; /第二行顯示電容值uint Val = 0;uint Cnt;uint Frequence;void CPU_Init(void) TMOD = 0X10; /定時器0/1工作方式1；/ TH0

21、 = (65536 - 5000)/256; /設置定時器0初值20ms/ TL0 = (65536 - 5000)%256;TH1 = (65536 - 50000)/256; /設置定時器1初值50msTL1 = (65536 - 50000)%256;EA = 1; /開總中斷/ ET0 = 1; /開定時器0總中斷/ TR0 = 1; /啟動定時器0ET1 = 1; /開定時器1總中斷TR1 = 1; /啟動定時器1EX0 = 1; /開外部中斷0總中斷IT0 = 1; /外部中斷0觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)void main() uchar num = 0; uint Speed; LCD

22、1602_Init(); LCD1602_Disp(table,disp);CPU_Init();while(1) table7 = Val*2 / 10000 + 0x30;table8 = Val*2 % 10000 / 1000 + 0x30 ;table9 = Val*2 % 1000 / 100 + 0x30 ;table10 = Val*2 % 100 / 10 + 0x30 ;table11 = Val*2 % 10 + 0x30 ;Speed = (int)Val*5*3.1415926)/300;disp7 = Speed / 100 + 0x30;disp8 = Speed %100 / 10 + 0x30; disp10 = Speed %10 + 0x30; LCD1602_Disp(table,disp);void int0 () interrupt 0Frequence+;void T1_time() interrupt 3TH1 = (65536 - 50000)/256; /設置定時器1初值50msTL1 = (65536 - 50000)%256;Cnt+;if(Cnt = 10) /1000ms計算一次頻率 Cnt = 0;Val = Frequence; Frequence = 0