自行車測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

./2010級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文題目：基于單片機(jī)自行車測(cè)速系統(tǒng)專業(yè)：電子工程助學(xué)站點(diǎn)：電子科技考籍號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：20XX9月基于單片機(jī)自行車測(cè)速系統(tǒng)學(xué)生姓名：考籍號(hào)：站點(diǎn)：指導(dǎo)教師：完成日期：20XX9月目錄摘要..........................5前言..........................6第1章系統(tǒng)總方案論證與分析...............71.1課題主要任務(wù)及容..................71.2任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn)....................71.3硬件方案設(shè)計(jì).....................81.4軟件方案設(shè)計(jì).....................10第2章軟件方案設(shè)計(jì)....................112.1概述.........................112.2系統(tǒng)總電路圖.....................112.3單片機(jī)簡(jiǎn)介.....................122.4傳感器及其測(cè)量系統(tǒng)..................142.5其它器件的介紹....................172.6單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì).................19第3章軟件程序設(shè)計(jì)....................233.1概述.........................233.2總體程序設(shè)計(jì).....................233.3中斷子程序設(shè)計(jì)....................283.4顯示子程序的設(shè).....................29結(jié)論..........................31參考文獻(xiàn)........................32致..........................33基于單片機(jī)自行車測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)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。自行車的速度里程表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的速度里程表的設(shè)計(jì)。以AT89C52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?yán)锍?速度的測(cè)量統(tǒng)計(jì),采用24C02實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)掉電的時(shí)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(shí)顯示。文章詳細(xì)介紹了自行車的速度里程表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)過處理送顯示。軟件部分用匯編語(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：里程/速度；霍爾元件；單片機(jī)；LED顯示前言自行車被發(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(dòng)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(dòng)的用途。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(lái)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(gè)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(shí)間顯示,甚至有的還具有測(cè)量騎車人的心跳、顯示騎車人熱量消耗等功能。本設(shè)計(jì)采用了MCS-51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一種體積小、操作簡(jiǎn)單的便攜式自行車的速度里程表,它能自動(dòng)地顯示當(dāng)前自行車行走的距離及運(yùn)行的速度。系統(tǒng)總方案論證與分析1.1課題主要任務(wù)及容本課題主要任務(wù)是利用霍爾元件、單片機(jī)等部件設(shè)計(jì)一個(gè)可用LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示里程和速度的自行車的速度里程表。本文主要介紹了自行車的速度里程表的設(shè)計(jì)思想、電路原理、方案論證以及元件的選擇等容,整體上分為硬件部分設(shè)計(jì)和軟件部分設(shè)計(jì)。本文首先扼要對(duì)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(jì)；繼而具體介紹了自行車的速度里程表的硬件設(shè)計(jì),包括傳感器的選擇、單片機(jī)的選擇、顯示電路的設(shè)計(jì)；然后闡述了該自行車的速度里程表的軟件設(shè)計(jì),包括數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì)、顯示子程序的設(shè)計(jì)；最后針對(duì)仿真過程遇到的問題進(jìn)行了具體說明與分析,對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。具體的硬件電路包括AT89C52單片機(jī)的外圍電路以及LED顯示電路等。軟件設(shè)計(jì)包括：芯片的初始化程序、定時(shí)中斷采樣子程序、顯示子程序等,軟件采用匯編語(yǔ)言編寫,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)。1.2任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)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)換為電脈沖,進(jìn)行處理后送入單片機(jī)。里程及速度的測(cè)量,是經(jīng)過MCS-51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)過單片機(jī)的計(jì)算得出,其結(jié)果通過LED顯示器顯示出來(lái)。本系統(tǒng)總體思路如下：假定輪圈的周長(zhǎng)為L(zhǎng),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(zhǎng)/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,通過開關(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。每次中斷代表車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,中斷數(shù)n輪圈的周長(zhǎng)為L(zhǎng)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。當(dāng)里程鍵按下時(shí),里程指示燈亮,LED切換顯示當(dāng)前里程,與當(dāng)速度鍵按下時(shí),速度指示燈亮,LED切換顯示當(dāng)前速度。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LED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)：自行車的速度里程表具有里程、速度測(cè)試與顯示功能,采用單片機(jī)作控制,顯示電路可顯示里程及速度。1.3硬件方案設(shè)計(jì)測(cè)速,首先要解決是采樣的問題。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,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)軸的齒輪盤上粘上一粒磁鋼,霍爾元件固定在前叉上,當(dāng)車子轉(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,如果沒有信號(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。霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件,常用于信號(hào)采集的有A44E,該傳感器是一個(gè)3端器件,外形與三極管相似,只要接上電源、地,即可工作,工作電壓圍寬,使用非常方便。A44E的外形如圖1.1所示。1-Vcc2-GND3-OUT圖1.1A44E外形圖單片機(jī)由于將CPU、存和一些必要的接口集成到一個(gè)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)、價(jià)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)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(cè)控系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)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(dòng)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。在設(shè)計(jì)中選用的是AT89C52單片機(jī)。外部信號(hào)外部信號(hào)霍爾傳感器外部存儲(chǔ)器AT89C52單片機(jī)里程顯示速度顯示報(bào)警部分圖1.2系統(tǒng)的原理框圖1.4軟件方案設(shè)計(jì)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(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。軟件設(shè)計(jì)包括主程序、行車過程中里程和速度計(jì)算子程序、延時(shí)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,將經(jīng)過74LS74分頻后的信號(hào)接入外部中斷1,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。系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖1.3所示。初始化初始化P3.0=1?計(jì)算里程顯示里程計(jì)算速度顯示速度N開始圖1.3軟件總體流程圖第2章硬件電路設(shè)計(jì)2.1概述自行車的速度里程表的硬件電路設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)部分,它包括信號(hào)的捕獲、放大、整形,單片機(jī)的計(jì)算處理,數(shù)碼管的實(shí)時(shí)顯示和單片機(jī)外圍基本電路的設(shè)計(jì),兩大主要器件就是傳感器和單片機(jī)。傳感器是獲取自然或生產(chǎn)領(lǐng)域息的關(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霍爾傳感器,在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中,利用霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)是一種最基本的測(cè)量工作。單片機(jī)是本次設(shè)計(jì)的核心部件,它是信號(hào)從采集到輸出的橋梁,而且包括計(jì)算、定時(shí)、信息處理等功能。2.2系統(tǒng)總電路圖圖2.1系統(tǒng)總電路圖2.3單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī),也就是把組成微型計(jì)算機(jī)的各種功能部件,包括CPU<CentralProcessingUnit>、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM<RandomAccessMemory>、只讀存儲(chǔ)器ROM<Read-onlyMemory>、基本輸入/輸出<Input/Output>接口電路。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上,構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)從而實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。單片機(jī)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.2所示。定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷系統(tǒng)CPU存儲(chǔ)器并行I/O口串口I/O口TXD TXDRXDTINTP0-P3圖2.2單片機(jī)部結(jié)構(gòu)示意圖單片機(jī)的引腳功能介紹AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓,高性能CMOS8位單片機(jī),片含8KBytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器〔EPROM和256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8052產(chǎn)品引腳兼容,片置通用8位中央處理器〔CPU和Flash存儲(chǔ)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(chǎng)合應(yīng)用。圖2.3AT89C52引腳圖AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器,256字節(jié)部RAM,32個(gè)I/O口線,3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,5個(gè)中斷源,一個(gè)全雙工串行通信口,片具有振蕩器及時(shí)鐘電路。AT89C52管腳圖如圖2.3所示。單片機(jī)中斷系統(tǒng)介紹中斷是指當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行正常程序時(shí),系統(tǒng)中出現(xiàn)某些急需處理的事件,CPU暫時(shí)中止當(dāng)前的程序,轉(zhuǎn)去執(zhí)行服務(wù)程序,以對(duì)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(dòng)返回原來(lái)的程序執(zhí)行AT89C52系列單片機(jī)的系統(tǒng)有5個(gè)中斷源,2個(gè)優(yōu)先級(jí),可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套。由片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(qǐng)求；由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP安排各優(yōu)中斷源的優(yōu)先級(jí)；同一優(yōu)先級(jí)各終端同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí),由部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。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(qǐng)求信號(hào)分別由單片機(jī)引腳/P3.2和/P3.3輸入。外部中斷請(qǐng)求有兩種信號(hào)方式：電平觸發(fā)方式和脈沖觸發(fā)方式。電平觸發(fā)方式的中斷請(qǐng)低電平有效。只要在和引腳上出現(xiàn)有效低電平時(shí),就激活外部中斷方式。脈沖觸發(fā)方式的中斷請(qǐng)求則是脈沖的負(fù)跳變有效。在這種方式下,在兩個(gè)相鄰機(jī)器周期,和引腳電平發(fā)生變化,即在第一個(gè)機(jī)器周期為高電平,第二個(gè)機(jī)器周期為低電平,就激活外部中斷。由此可見,在脈沖方式下,中斷請(qǐng)求信號(hào)的高電平和低電平狀態(tài)都應(yīng)至少維持一個(gè)機(jī)器周期,以使CPU采樣到電平狀態(tài)的變化,本次設(shè)計(jì)所采用的觸發(fā)方式為脈沖觸發(fā)方式。傳感器及其測(cè)量系統(tǒng)本次設(shè)計(jì)信號(hào)的捕獲采用的是霍爾傳感器。

霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn),它們的結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、安裝方便、功耗小、頻率高〔可達(dá)1MHz、耐震動(dòng)、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(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高。取用各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件工作溫度圍寬,可達(dá)－55℃～150℃。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(cè)對(duì)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(cè)出受檢測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性,后者是檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng),用這個(gè)磁場(chǎng)來(lái)作被檢測(cè)的信息的載體。通過它,將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、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(shí)間等,轉(zhuǎn)變成電量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。霍爾傳感器的測(cè)溫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(chǎng)中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體通入電流I,若電流垂直磁場(chǎng)B,則在與磁場(chǎng)和電流都垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)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(jiǎn)單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測(cè)量線性圍大、抗干擾能力強(qiáng)以及體積小、使用壽命長(zhǎng)等一系列特點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于測(cè)量、自動(dòng)控制及信息處理等領(lǐng)域。霍爾效應(yīng)原理圖如圖2.4所示。圖2.4霍爾效應(yīng)原理圖集成開關(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(shì)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(gè)基本部分組成,如圖2.5〔a所示。<1>、<2>、<3>代表集成霍爾開關(guān)的三個(gè)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(shì)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(chǎng)中時(shí),在垂直于磁場(chǎng)的方向通以電流,則與這二者相垂直的方向上將會(huì)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差VH輸出,該VH信號(hào)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(chǎng)達(dá)到工作點(diǎn)時(shí),觸發(fā)器輸出高電壓<相對(duì)于地電位>,使三極管導(dǎo)通,此時(shí)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(chǎng)達(dá)到釋放點(diǎn)時(shí),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(dòng)作。工作點(diǎn)與釋放點(diǎn)的差值一定,此差值稱為磁滯,在此差值,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(cè)量數(shù)據(jù)作出的輸出特性曲線如圖2.5<b>所示。測(cè)量時(shí),在1、2兩端加5V直流電壓,在輸出端3與1之間接一個(gè)2k的負(fù)載電阻,如圖2.6所示。圖2.5集成開關(guān)型霍爾傳感器圖2.6集成霍爾開關(guān)接線圖其它器件的介紹儲(chǔ)存器的介紹AT24C02是一個(gè)2K位串行CMOSE2PROM。部含有256個(gè)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(gè)16字節(jié)頁(yè)寫緩沖器,該器件通過I2C總線接口進(jìn)行操作有一個(gè)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(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)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(gè)24C02器件連接到總線上。管腳圖如2.7所示。圖2.724C02管腳圖SCL串行時(shí)鐘：AT24C02串行時(shí)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(shí)鐘。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,是一個(gè)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〔wire-OR。WP寫保護(hù)：如果WP管腳連接到Vcc所有的容都被寫保護(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(jì)采用的24C02是為了防止掉電時(shí)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(shí)采用程序包來(lái)控制24C02發(fā)送或接受數(shù)據(jù)。74LS74芯片的介紹74LS74是D觸發(fā)器的一種,它是一個(gè)具有記憶功能的二進(jìn)制信息存儲(chǔ)器件,是構(gòu)成多種時(shí)序電路的最基本邏輯單元。觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),即"0”和"1”,在一定的外界信號(hào)作用下,可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(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(shí)針到來(lái)前D端的狀態(tài)。引腳圖如圖2.8所示。圖2.874LS74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(gè)低電平脈沖,通過74LS74進(jìn)行二分頻后,定時(shí)器T1的開啟時(shí)間為車輪轉(zhuǎn)1圈的時(shí)間,這樣就可以算出自行車的速度。分頻前后對(duì)比圖如圖2.9所示。ttt00vv霍爾輸出圈脈沖二分頻后的波形圖2.9分頻前后對(duì)比圖由圖可見,二分頻后的波形的高或地電平的時(shí)間正好是霍爾傳感器開關(guān)的一個(gè)周期,霍爾傳感器輸出脈沖到,即P3.2口接收到對(duì)圈數(shù)計(jì)數(shù)的脈沖。經(jīng)74LS74二分頻后的信號(hào)輸入到,部定時(shí)計(jì)數(shù)器測(cè)得每轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間,通過計(jì)算即可得里程值和即時(shí)速度。74LS244芯片的介紹本次設(shè)計(jì)中的采用驅(qū)動(dòng)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(dòng)器,若單片機(jī)輸出口直接接顯示部分電路,則電流太小,會(huì)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(dòng)芯片74LS244,增大電流,使LED能夠正常工作。其邏輯圖如圖2.10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(gè)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2.1074LS244邏輯圖單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)鐘頻率為基準(zhǔn),有條不紊地一拍一拍地工作。因此,時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度,時(shí)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片由一個(gè)反相放大器構(gòu)成振蕩器,可以由它產(chǎn)生時(shí)鐘。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式,一種是部時(shí)鐘方式,另一種為外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)采用前者。單片機(jī)部有一個(gè)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(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和電容,就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。單片機(jī)部時(shí)鐘方式的振蕩電路如圖2.11所示。圖2.11單片機(jī)片振蕩電路電路中的電容C1和C2常選擇為30P左右。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求,但電容的大小會(huì)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(jì)晶振采用12MHz,則計(jì)數(shù)周期為S復(fù)位電路的設(shè)計(jì)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(chǔ)器中的0000H地址單元開始執(zhí)行程序。在89C52的時(shí)鐘電路工作后,只要在RET引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí),單片機(jī)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2.12所示,是常用復(fù)位電路之一。單片機(jī)復(fù)位通過按動(dòng)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動(dòng)復(fù)位。上電時(shí),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(dòng)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(dòng)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(dòng)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寄存器狀態(tài)不確定。圖2.12按鍵復(fù)位電路工作原理：通電瞬間,RC電路充電,RST引腳出現(xiàn)高電平,只要RST端保持10ms以上高電平,就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。顯示電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中采用LED數(shù)碼管顯示。在單片機(jī)系統(tǒng)中,通常用LED數(shù)碼顯示器來(lái)顯示各種數(shù)字或符號(hào)。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),因此使用非常廣泛。八段LED顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成。其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型"8"的各個(gè)筆畫段,另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。LED顯示器有兩種不同的形式：一種是發(fā)光二極管的陽(yáng)極都連在一起的,稱之為共陽(yáng)極LED顯示器；另一種是發(fā)光二極管的陰極都連在一起的,稱之為共陰極LED顯示器。如圖2.13所示。本次設(shè)計(jì)采用共陰極接法。LED顯示方式有動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種方式。本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示接口電路,動(dòng)態(tài)顯示接口電路是把所有顯示器的8個(gè)筆劃段a-h同名端連在一起,而每一個(gè)顯示器的公共極COM各自獨(dú)立地受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字型碼時(shí),所有顯示器接收到相同的字型碼,但究竟是哪個(gè)顯示器亮,則取決于COM端。也就是說我們可以采用分時(shí)的方法,輪流控制各個(gè)顯示器的COM端,使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中,每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的〔約1ms,由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng),盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮,但只要掃描的速度足夠快,給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù),不會(huì)有閃爍感。圖2.13七<八>段LED顯示器本設(shè)計(jì)P2.0、P2.1、P2.2、P2.3信號(hào)一起組成位選通的位選信號(hào),P0.0～P0.7信號(hào)一起組成段碼選通的段選信號(hào),通過軟件編程,先把所要顯示的數(shù)據(jù)放入存儲(chǔ)單元,然后把數(shù)據(jù)送入段選通對(duì)應(yīng)的地址,再選通某一個(gè)LED,逐步完成四個(gè)LED的顯示。第3章軟件程序設(shè)計(jì)3.1概述在硬件設(shè)計(jì)完畢之后,接下來(lái)就是設(shè)計(jì)中最核心和最為主要的軟件部分設(shè)計(jì)。所謂軟件設(shè)計(jì)就是把軟件需求變換成軟件的具體設(shè)計(jì)方案〔即模塊結(jié)構(gòu)的過程。模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即是根據(jù)要求和硬件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu),將整個(gè)系統(tǒng)的功能分成許多小的功能模塊,再根據(jù)這些小的功能模塊進(jìn)行程序編寫的過程。這樣的設(shè)計(jì)方法,使得系統(tǒng)的整個(gè)功能和各部分的功能趨于明朗化。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題,就可以根據(jù)功能設(shè)置找出問題的根源,從而更快地解決問題。所以說,在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中,軟件設(shè)計(jì)必須與硬件設(shè)計(jì)緊密地結(jié)合在一起?；诨魻杺鞲衅髯孕熊嚨乃俣壤锍瘫淼能浖O(shè)計(jì)包括上電初始化程序、中斷子程序、速度調(diào)用子程序、里程調(diào)用子程序、LED顯示子程序、延時(shí)子程序等幾大部分。由于要實(shí)現(xiàn)很多功能,所以采用模塊化設(shè)計(jì),下面就其主要部分分別加以分析?？傮w程序設(shè)計(jì)在主程序模塊中,需要完成對(duì)各接口芯片的初始化、自行車?yán)锍毯退俣鹊某跏蓟?、中斷向量的設(shè)計(jì)以及開中斷、循環(huán)等待等工作。另外,在主程序模塊中還需要設(shè)置啟動(dòng)/清除標(biāo)志寄存器、里程寄存器、速度寄存器,并對(duì)它們進(jìn)行初始化。然后主程序?qū)⒏鶕?jù)各標(biāo)志寄存器的容,分別完成啟動(dòng)、清除、計(jì)程和計(jì)速等不同的操作。P1.0和P1.1口分別用于顯示里程狀態(tài)和速度狀態(tài)。P1.2、P1.3、P1.6和P1.7口分別用于設(shè)置輪圈的大小,低電平有效。P3.0是用于里程和速度切換的,低電平為顯示速度,高電平為顯示里程。中斷0用于對(duì)輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)輸入,輪子每轉(zhuǎn)一圈,霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平脈沖。將根據(jù)里程寄存器中的容計(jì)算和判斷出行駛里程數(shù)。中斷1用于控制定時(shí)器T1的啟/停,當(dāng)輸入為0時(shí)關(guān)閉定時(shí)器。此控制信號(hào)是將輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)經(jīng)二分頻后形成。這樣,每次定時(shí)器T1的開啟時(shí)間剛好為轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間,根據(jù)輪子的周長(zhǎng)就可以計(jì)算出自行車的速度。其程序流程如圖3.1所示。開始開始初始化P1.2=1?NP1.3=1?P1.6=1?P1.7=1?出錯(cuò)提示將車圈周長(zhǎng)調(diào)入21H開中斷,啟動(dòng)定時(shí)器P3.0=1?調(diào)用里程處理子程序調(diào)用速度處理子程序NNNYYYYNY圖3.1主程序流程圖系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)如下：$INCLUDE<REG52.INC>

DISPBUF

EQU

59H

;顯示緩沖區(qū)從5AH開始

SecCoun

EQU

58H

SpCoun

EQU

56H

;速度計(jì)時(shí)器單元57H和58H,高位在前〔57H單元中

Count

EQU

55H;

顯示時(shí)的計(jì)數(shù)器

SpCalc

bit

00h

;要求計(jì)算速度的標(biāo)志,該位為1則主程序進(jìn)行速度計(jì)算,然后清該位

Hidden

EQU

16

;消隱碼

ORG

0000H

AJMP

START

ORG

1BH

JMP

TIMER1

;定時(shí)中斷1入口

ORG

30H

START:

MOV

SP,#5FH

;設(shè)置堆棧

MOV

P1,#0FFH

MOV

P0,#0FFH

MOV

P2,#0FFH

;初始化,所有顯示器、LED滅

MOV

TMOD,#00010101B

;定時(shí)器T1工作于方式1,定時(shí)器0工作方式1,計(jì)數(shù)器

MOV

TH1,#HIGH<65536-3686>

MOV

TL1,#LOW<65536-3686>

SETB

TR1

SETB

ET1

;開定時(shí)器1中斷

SETB

EALOOP:

JNB

SpCalc,LOOP

;如果未要求計(jì)算,轉(zhuǎn)本身循環(huán);標(biāo)號(hào)：ＭＵＬＤ

功能：雙字節(jié)二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)乘法

;入口條件：被乘數(shù)在R2、R3中,乘數(shù)在R6、R7中。

;出口信息：乘積在R2、R3、R4、R5中。

;影響資源：PSW、A、B、R2～R7

堆棧需求：

２字節(jié)

MOV

R2,SpCoun

MOV

R3,SpCoun+1

MOV

R6,#0

MOV

R7,#5

;測(cè)得的數(shù)值是每秒計(jì)數(shù)值,轉(zhuǎn)為分〔每一轉(zhuǎn)測(cè)12次,故乘5而非60

CALL

MULDSEND:

MOV

SBUF,R2

SLP1:

JBC

TI,SN1

;是否送完？

AJMP

SLP1

SN1:

MOV

SBUF,R3

SLP2:

JBC

TI,SN2

AJMP

SLP2

SN2:

MOV

SBUF,R4

SLP3:

JBC

TI,SN3

AJMP

SLP3

SN3:

MOV

SBUF,R5

SLP4:

JBC

TI,SN4

AJMP

SLP4

SN4:

;標(biāo)號(hào)：ＨＢ２

功能：雙字節(jié)十六進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成雙字節(jié)ＢＣＤ碼整數(shù)

;入口條件：待轉(zhuǎn)換的雙字節(jié)十六進(jìn)制整數(shù)在R6、R7中。

;出口信息：轉(zhuǎn)換后的三字節(jié)ＢＣＤ碼整數(shù)在R3、R4、R5中。

;影響資源：PSW、A、R2～R7

堆棧需求：

２字節(jié)

MOV

A,R4

MOV

R6,A

MOV

A,R5

MOV

R7,A

;將乘得的結(jié)果送R6R7準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換,這里結(jié)果不可能超過2字節(jié)

CALL

HB2

MOV

DISPBUF,R3

;最高位

MOV

A,R4

;

ANL

A,#0F0H

;去掉低4位

SWAP

A

;將高4位切換到低4位

MOV

DISPBUF+1,A

MOV

A,R4

ANL

A,#0FH

MOV

DISPBUF+2,A

MOV

A,R5

ANL

A,#0F0H

SWAP

A

MOV

DISPBUF+3,A

MOV

A,R5

ANL

A,#0FH

MOV

DISPBUF+4,A

CLR

SpCalc

;清計(jì)算標(biāo)志

JMP

LOOP中斷子程序設(shè)計(jì)定時(shí)中斷是為滿足定時(shí)或計(jì)數(shù)的需要而設(shè)置的。在單片機(jī)部有兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器,以對(duì)其中的計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法,來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生計(jì)數(shù)溢出時(shí),即表明定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)值已滿,這時(shí)就以計(jì)數(shù)溢出信號(hào)作為中斷請(qǐng)求,去置位一個(gè)溢出標(biāo)志,作為單片機(jī)接受中斷請(qǐng)求的標(biāo)志。這種中斷請(qǐng)?jiān)趩纹瑱C(jī)芯片部發(fā)生的,因此無(wú)須在芯片上設(shè)置引入端。關(guān)中斷關(guān)中斷開始現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)開中斷中斷處理關(guān)中斷現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)開中斷中斷返回圖3.2中斷子程序流程圖定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON是8位寄存器,地址為88H,可以位尋址。其高4位用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷控制,低4位借給外部中斷,用做中斷標(biāo)志和觸發(fā)方式選擇位。本設(shè)計(jì)采用定時(shí)中斷,對(duì)自行車的里程和速度進(jìn)行計(jì)數(shù)。中斷子程序流程圖如圖3.2所示。顯示子程序的設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示接口電路,動(dòng)態(tài)顯示接口電路是把所有顯示器的8個(gè)筆劃段a-h同名端連在一起,而每一個(gè)顯示器的公共極COM各自獨(dú)立地受I/O線