基于單片機(jī)的計(jì)步器設(shè)計(jì)

1、班級(jí)名學(xué)號(hào)成績(jī)電信12-2電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系 基于單片機(jī)的計(jì)步器設(shè)計(jì)摘要隨著社會(huì)的發(fā)展，生活方式的改變，現(xiàn)代人的生活越來(lái)越遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)，都市的白領(lǐng)們?cè)谙硎苤嚒⒒ヂ?lián)網(wǎng)等科學(xué)技術(shù)為生活帶來(lái)便利的同時(shí)，身體的活動(dòng)機(jī)會(huì)也在不斷的減少。高強(qiáng)度的腦力勞動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間的辦公室作業(yè)，讓許多人的身體處于亞健康狀態(tài)，更有不少人患上了肥胖、失眠等疾病。本文基于IAP15F2K61S2單片機(jī)，利用常開(kāi)型振動(dòng)傳感器模塊檢測(cè)人體行走的步數(shù)，通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。并具有清零、存儲(chǔ)記錄和查看歷史記錄的功能。使人們時(shí)刻掌握著自己的健身強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)水平。關(guān)鍵詞：IAP15F2K61S2、常開(kāi)型振動(dòng)傳感器模塊、計(jì)步器設(shè)計(jì)任

2、務(wù)計(jì)步器主要由振動(dòng)傳感器和電子計(jì)數(shù)器組成。人在步行時(shí)重心都要有一點(diǎn)上下移動(dòng)。以腰部的上下位移最為明顯，所以計(jì)步器掛在腰帶上最為適宜。計(jì)步器的工作核心就是振動(dòng)傳感器，通過(guò)振動(dòng)傳感器對(duì)日常鍛煉進(jìn)度監(jiān)控器，可以計(jì)算人們行走的步數(shù)，估計(jì)行走距離、消耗的卡路里，方便人們隨時(shí)監(jiān)控自己的健身強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)水平。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能有：利用振動(dòng)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)步器功能的模擬；可以記錄行走的步數(shù)，可以顯示記錄的步數(shù)；通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)歸零功能，可以存儲(chǔ)歷史記錄，并斷電不丟失；通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)了歷史記錄的查看。設(shè)計(jì)思路計(jì)步器由振蕩電路、復(fù)位電路、數(shù)碼管顯示模塊以及按鍵模塊和傳感器模塊等幾個(gè)部分組成（如圖2-1）。振蕩電路是給單片

3、機(jī)提供外部時(shí)鐘信號(hào)，使單片機(jī)工作。復(fù)位電路是使單片機(jī)恢復(fù)初始狀態(tài)。數(shù)碼管顯示模塊是受單片機(jī)控制顯示步數(shù)。按鍵模塊是通過(guò)相應(yīng)的按鍵控制單片機(jī)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能傳感器模塊是檢測(cè)人體行走時(shí)的振動(dòng)，若檢測(cè)到振動(dòng)則傳感器給出低電平，來(lái)告訴單片機(jī)記錄步數(shù)。圖2-1計(jì)步器系統(tǒng)框圖電路原理圖ABCDDRM4-DNG4s-rdcRtonRUUJ圖3-1計(jì)步器電路原理圖4硬件設(shè)計(jì)及器件清單4.1振蕩電路單片機(jī)內(nèi)設(shè)有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路，振蕩電路是單片機(jī)系統(tǒng)正常工作的保證，如果振蕩器不起振，系統(tǒng)將會(huì)不能工作。假如振蕩器運(yùn)行不規(guī)律，系統(tǒng)執(zhí)行程序的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上的誤差。單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘不精確，尤其是在高頻時(shí)，

4、添加外部振蕩電路3，時(shí)鐘電路中的兩個(gè)電容用作抗干擾，使得晶振頻率更加穩(wěn)定（如圖4-1）。C1.XTAL147pFII12MC2TXTALXTAL247pFGND圖4-1時(shí)鐘振蕩電路4.2復(fù)位電路為確保單片機(jī)電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。按鍵放開(kāi)時(shí)，電容充滿電后相當(dāng)于斷路，RST通過(guò)電阻接地為低電平。按鍵按下時(shí),RST通過(guò)電阻鏈接到VCC為高電平，按鍵松開(kāi)后，電容充電保持一定時(shí)間高電平，系統(tǒng)復(fù)位（如圖4-2）。VCCGND300R圖4-2系統(tǒng)復(fù)位電路4.3顯示電路計(jì)步器設(shè)計(jì)采用4位LED共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示做為系統(tǒng)的顯示界面（如圖4-3）。常用的LED數(shù)

5、碼管為8段或7段（8段比7段多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)“dp”段）。每一個(gè)段對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管，數(shù)碼管有共陽(yáng)極和共陰極兩種。共陽(yáng)極LED數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，通常是共陽(yáng)極接VCC。為了使LED數(shù)碼管顯示不同的符號(hào)和數(shù)字，就要把不同段的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，這樣就要為L(zhǎng)ED數(shù)碼管提供代碼，因?yàn)檫@些代碼可使LED相應(yīng)的段發(fā)光，從而顯示不同字型，該代碼稱之為段碼。當(dāng)某些發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示，這些段組合成字型2。+6CH圖4-3數(shù)碼管顯示電路4.4按鍵電路本次設(shè)計(jì)通過(guò)按鍵的按下來(lái)實(shí)現(xiàn)步數(shù)的存儲(chǔ)、步數(shù)的清零、查看存儲(chǔ)的上一條記錄和查看下一條記錄（如圖4-4）。R15II

6、300RS3oo38R16II300RR17II300RS4oo37S536GND圖4-4系統(tǒng)按鍵電路4.5傳感器模塊振動(dòng)傳感器的基本工作原理是當(dāng)檢測(cè)到機(jī)械振動(dòng)信號(hào)后，它在電路的配合下，將機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出1。模塊使用說(shuō)明1）用于各種振動(dòng)觸發(fā)作用，報(bào)盜報(bào)警，智能小車，電子積木等；2）模塊在感應(yīng)到小的振動(dòng)時(shí)觸發(fā)時(shí)間會(huì)很短，不夠驅(qū)動(dòng)繼電器，有些人的資料顯示可以直接和繼電器模塊相連，實(shí)際運(yùn)用效果不佳;產(chǎn)品不振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)開(kāi)關(guān)呈斷開(kāi)狀態(tài)，輸出端輸出高電平，黃色指示燈不亮；產(chǎn)品振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)開(kāi)關(guān)瞬間導(dǎo)通，輸出端輸出低電平，黃色指示燈亮；輸出端可以與單片機(jī)直接相連，通過(guò)單片機(jī)來(lái)檢測(cè)高低電平，由此來(lái)檢

7、測(cè)環(huán)境是否有振動(dòng)，起到報(bào)警作用。4.6器件清單表4-1計(jì)步器元器件列表序號(hào)器件數(shù)量1IAP15F2K61S2單片機(jī)1片2常開(kāi)型振動(dòng)傳感器模塊1塊34位共陽(yáng)數(shù)碼管1塊4晶振11.05921塊5三極管NPN4個(gè)6四角開(kāi)關(guān)4個(gè)7電阻10K5個(gè)8電阻470R9個(gè)9電阻300R4個(gè)10電解電容10uF1個(gè)11電容47pF2個(gè)12發(fā)光二極管紅色1個(gè)13開(kāi)關(guān)1個(gè)14排針、導(dǎo)線若干5PCB圖5.1計(jì)步器PCB正面圖C5G-3G8;iap_data=dat;iap_trig=0 x5A;iap_trig=0 xA5;_nop_();uniap();/擦除扇區(qū)voiderase(uintaddr)iap_cont

8、r=eniap;iap_cmd=0 x03;iap_addrl=addr;iap_addrh=addr8;iap_trig=0 x5A;iap_trig=0 xA5;_nop_();uniap();8設(shè)計(jì)總結(jié)及學(xué)習(xí)FPGA感想為期兩周的生產(chǎn)實(shí)習(xí)漸漸的結(jié)束了，在這次實(shí)習(xí)過(guò)程中，我選擇了計(jì)步器設(shè)計(jì)。在實(shí)習(xí)過(guò)程中，我先是對(duì)硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，之后要進(jìn)行焊接操作，由于之前很少使用電烙鐵進(jìn)行焊接，所以導(dǎo)致剛開(kāi)始焊接時(shí)對(duì)焊點(diǎn)焊的不夠飽滿，有時(shí)甚至出現(xiàn)了虛焊的情況，但慢慢地熟悉了之后，焊接起來(lái)也就快了不少。而在后面的程序設(shè)計(jì)的階段，我選擇的C語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，在經(jīng)過(guò)數(shù)百次的修改和調(diào)試之后，最終順利完成了設(shè)計(jì)。同

9、時(shí)，這次生產(chǎn)實(shí)習(xí)是一次很好的把理論應(yīng)用到實(shí)踐中去的鍛煉，通過(guò)實(shí)習(xí)，我更加認(rèn)識(shí)到了理論知識(shí)的重要性，也對(duì)自己所學(xué)知識(shí)的長(zhǎng)處與不足有了一定的認(rèn)識(shí)，鍛煉了動(dòng)手能力。最后看著自己努力設(shè)計(jì)出來(lái)的成果，心里有了一絲的成就感。感謝至芯科技，無(wú)私地給我們帶來(lái)一個(gè)星期的FPGA培訓(xùn)。經(jīng)過(guò)一周的培訓(xùn)，我收獲頗豐。有技能的提高，思維的擴(kuò)展還有生活的充實(shí)。技能的提升對(duì)我來(lái)說(shuō)非常明顯。培訓(xùn)一開(kāi)始，老師教我們用熟這些軟件，這些軟件的熟練掌握，加速了進(jìn)一步設(shè)計(jì)電路的速度。老師根據(jù)我們薄弱的底子和對(duì)VerilogHDL的一無(wú)所知的基本情況，從簡(jiǎn)單的顯數(shù)、計(jì)數(shù)，再到RAM、ROM、串行通信的設(shè)計(jì)，逐步深入，設(shè)計(jì)合適的萬(wàn)用框架體

10、系讓我們更容易上手，化繁為簡(jiǎn)，局部分模塊化逐步設(shè)計(jì)到后來(lái)頂層文件做關(guān)聯(lián)形成一個(gè)看起來(lái)功能很復(fù)雜的程序體系。最后能夠輕松完成一個(gè)復(fù)雜功能的電路。體現(xiàn)了硬件描述語(yǔ)言能夠模塊化設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)的強(qiáng)大特性。也使我們對(duì)VerilogHDL編程有了濃厚的興趣。學(xué)習(xí)的一周過(guò)的十分充實(shí)，坐在實(shí)驗(yàn)室里寫程序看似單調(diào)，但有條不紊，忙忙碌碌，腦子里是如何用語(yǔ)言描述一個(gè)功能，如何處理時(shí)序還有各個(gè)功能塊之間的關(guān)系。現(xiàn)在我能能感覺(jué)到自己的提高，自然會(huì)感覺(jué)無(wú)限充實(shí)。經(jīng)過(guò)培訓(xùn)和實(shí)習(xí)，大大增強(qiáng)了我的自學(xué)能力和獨(dú)立能力。更重要的是，我拓展了思路，開(kāi)闊了視野，活躍了思想，對(duì)以后的學(xué)習(xí)工作起到了很大的幫助作用。參考文獻(xiàn)胡向東.傳感器與檢測(cè)技

11、術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2015,01(2):303314.童詩(shī)白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社.2013,12(19):74115.姜志海,黃玉清,劉連鑫.單片機(jī)原理與應(yīng)用.電子工業(yè)出版.2014,07(2):2732.譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)(第四版)清華大學(xué)出版社.2012,10(10):37140./iap數(shù)據(jù)寄存器/iap地址寄存器高字節(jié)/iap地址寄存器低字節(jié)/iap命令寄存器/iap命令觸發(fā)寄存器/iap控制寄存器/延時(shí)程序/數(shù)碼管段顯示關(guān)閉IAP功能/讀字節(jié)數(shù)據(jù)/寫字節(jié)數(shù)據(jù)/擦除扇區(qū)附錄計(jì)步器完整程序：#include#include#defineucharunsignedc

12、har#defineuintunsignedint#defineiapaddr0 x4A00#defineendaddr0 x4800#defineeniap0 x82sfriap_data=0 xC2;sfriap_addrh=0 xC3;sfriap_addrl=0 xC4;sfriap_cmd=0 xC5;sfriap_trig=0 xC6;sfriap_contr=0 xC7;sbitled=P2人7;sbitkeyO=P2人0;sbitkeyl=P2人6;sbitkey2=P2人5;sbitkey3=P2人4;sbitsell=Pl人0;sbitsel2=Pl人1;sbitsel3=

13、Pl人2;sbitsel4=Pl人3;voiddelay(uintz);voidseg(uintn);voiduniap(void);uintread(uintaddr);voidwrite(uintaddr,uchardat);voiderase(uintaddr);/=主程序=voidmain(void)uintnum=0,n,m,i;ucharqian,bai,shi,ge;n=iapaddr;m=iapaddr-4;led=l;while(l)qian=num/1000;bai=(num/100)%10;shi=(num/10)%10;ge=num%10;sel1=0;sel2=0;s

14、el3=0;sel4=1;seg(qian);delay(1);sel1=0;sel2=0;sel3=1;sel4=0;seg(bai);delay(1);sel1=0;sel2=1;sel3=0;sel4=0;seg(shi);delay(1);sel1=1;sel2=0;sel3=0;sel4=0;seg(ge);delay(1);if(num=9999)/計(jì)數(shù)等于9999燈閃爍兩下sel1=1;sel2=1;sel3=1;sel4=1;led=0;delay(50);led=1;delay(50);led=0;delay(50);led=1;if(key1=0)|(num=9999)/按

15、鍵按下存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并歸零if(num!=0)erase(endaddr);if(!(n%512)erase(n);for(i=0;i8);write(uint)endaddr+1,(uchar)n);num=0;if(key2=0)/按鍵按下顯示下一條記錄m=m+4;if(m=(read(uint)endaddr)8)+read(uint)endaddr+1)|m=iapaddr)sel1=1;sel2=1;sel3=1;sel4=1;m=iapaddr;led=0;delay(36);led=1;for(i=0;i200;i+)sel1=0;sel2=0;sel3=0;sel4=1;seg(re

16、ad(m);delay(1);sel1=0;sel2=0;sel3=1;sel4=0;seg(read(m+1);delay(1);sel1=0;sel2=1;sel3=0;sel4=0;seg(read(m+2);delay(1);sel1=1;sel2=0;sel3=0;sel4=0;seg(read(m+3);delay(1);if(key3=0)/按鍵按下顯示上一條記錄m=m-4;if(miapaddr)sel1=1;sel2=1;sel3=1;sel4=1;m=(read(uint)endaddr)8)+read(uint)endaddr+1)-4;led=0;delay(36);l

17、ed=1;for(i=0;i0;i-)for(j=1300;j0;j-);/=數(shù)碼管段顯示=voidseg(uintn)switch(n)case0:P0=0 xC0;break;case1:P0=0 xF9;break;case2:P0=0 xA4;break;case3:P0=0 xB0;break;case4:P0=0 x99;break;case5:P0=0 x92;break;case6:P0=0 x82;break;case7:P0=0 xF8;break;case8:P0=0 x80;break;case9:P0=0 x90;break;default:P0=0 xC0;break;/=關(guān)閉IAP功能=voiduniap(void)iap_contr=0;iap_cmd=0;iap_trig=0;iap_addrh=0 x80;iap_addrl=0;/=讀字節(jié)數(shù)據(jù)=uintread(uintaddr)uintdat;iap_contr=eniap;iap_cmd=0 x01;iap_addrl=addr;iap_addrh=addr8;iap_trig=0 x5A;iap_trig=0 xA5;_nop_();dat=iap_data;uniap();returndat;/=寫字節(jié)數(shù)據(jù)