基于單片機(jī)的自行車?yán)锍瘫碓O(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的自行車?yán)锍瘫碓O(shè) 計(jì)作者:日期：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(lè)、休閑、鍛煉的首選。自行車?yán)锍瘫砟軌驖M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。主要闡述一種基于霍爾元件 的自行車?yán)锍瘫淼脑O(shè)計(jì)。以 at89c52單片機(jī)為核心，a 44e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?yán)锍瘫淼挠布娐泛蛙浖O(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

2、統(tǒng)將信號(hào)經(jīng)過(guò)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a b s tra c twith t h e dev e lopi ng o f peopl e s life,the bicycle i s not only the univer s al t oo 1 of tr a nspo r tat i o n a nd s ub s ti t ute for walking, but becomes the first choice of entertainment i

3、ng a nd exercisin g . the b i cycl e m i 1 eage /spe ed can f u lfil 1 the ba s i c nee d of pe opl e s life, so that they can l e arn the speed and the mile a g e of the b i cy cl e . i n t hese pape r , the bic y cle mil e age/ s pee d d esig n based o n the hal 1 el e m en t is el a bo r a ted. b

4、y at 8 9c52 as k ern e l, usin g a44e h all cle ment to m easure r e v olu t i on, the me a s u r e and s t a t i s t ic a re achiev e d . the r an g e inf o rmati o ns are saved by 24c0 2 when the power is off, the bicyclespeed can be displ a yed o n led. in this artic 1 e, the hardwa re ci r c ui

5、t and soft ware design of bi c yc 1 e mileage/spee d ins t r u m e n t are introd u ce d in d e tai 1 . a b out the h ardwar e , the pulse numbe r is transm i tted of one cycle o f the bi cyc 1 e into single ch ip mi cro c o m p u ter syst e m. t hen the s ignal proce s s ed by s ingle c h ip microc

6、omputer sy s tem i s sent to d i spl a y s cream. about the so ftware, in a s se m b le l a nguage , t he prog ram is designed in th e mode o f m o dules. the system has simple hardware , co mmon sub -pr o g ram, and mee t the d emand of desig n .key words: mileage / sp eed; hall element; s ingle ch

7、ip m i crocomputer; le d目 錄第1章緒論?昔誤！未定義書(shū)簽。1.1課題產(chǎn)生的背景 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽1 .2 課題的主要任務(wù)及內(nèi)容 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第2章 自行車?yán)锍瘫砜傮w方案設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽2.1 任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽2.2 . 2自行車?yán)锍瘫碛布桨冈O(shè)計(jì) ?昔誤！未定義書(shū)簽。2.3 自行車?yán)锍瘫碥浖桨冈O(shè)計(jì)?昔誤！未定義書(shū)簽。第3章 自行車?yán)锍瘫碛布娐吩O(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽3. 1概述?昔誤！未定義書(shū)簽。3.2 傳感器及其測(cè)量系統(tǒng) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽3.3 芯片簡(jiǎn)介?昔誤！未定義書(shū)簽。3. 4 單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)?昔誤！未定義書(shū)簽。第4章自行車?yán)锍?/p>

8、表軟件程序設(shè)計(jì) 253.1 概述 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽3.2 自行車?yán)锍瘫砜傮w程序設(shè)計(jì)25?3.3 中斷子程序的設(shè)計(jì)27?4. 4數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽4 . 5顯示子程序的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第5章 系統(tǒng)調(diào)試與分析 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽5 .1自行車?yán)锍瘫硐到y(tǒng)調(diào)試 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽5. 2調(diào)試故障及原因分析 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽結(jié)論？昔誤！未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽致 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽附錄i自行車?yán)锍瘫碛布到y(tǒng)原理圖.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第1章緒論1.1課題產(chǎn)生的背景自世界上第一輛自行車問(wèn)世至今已有2 00多年的歷史了。1 8世紀(jì)末，法國(guó) 人西夫拉克發(fā)明了最早的自行車。這輛最

9、早的自行車是木制的，具結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。世界上第一批真正實(shí)用型的自行車出現(xiàn)于1 9世紀(jì)初。在 20世紀(jì)，自行車在中國(guó) 獲得了前所未有的普及和發(fā)展。 從某種意義上來(lái)說(shuō)，中國(guó)是一個(gè)自行車的王國(guó)。每 天清晨和落日時(shí)分，滾滾車流在中國(guó)的城市中碾動(dòng)，這是最為壯觀的一道風(fēng)景，這是一條現(xiàn)代中國(guó)流動(dòng)的長(zhǎng)城。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(lè)、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)锍瘫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

10、心跳、顯示騎車人熱量消耗等功能。本設(shè)計(jì)采用了 mc s-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?yán)锍瘫恚茏?動(dòng)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(jì)算機(jī)自1 976年問(wèn)世以來(lái)發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在已成為微型計(jì)算機(jī) 一個(gè)很重要的分支，在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)對(duì)人類產(chǎn)生了巨大的影 響，尤其是美國(guó)i ntel公司的m cs5 1系列單片機(jī)，由于其集成度高、處理功能 強(qiáng)、性能價(jià)格比高、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以靈活的與其他芯片組成眾多的 測(cè)量電路用于速度、溫度、深度、高度、濕度、光強(qiáng)等方面的測(cè)量和研究等特點(diǎn)， 在我國(guó)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(cè)

11、控制、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(jì)利用mcs-51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(duì)自 行車?yán)锍毯退俣鹊臏y(cè)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(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?yán)锍瘫淼脑O(shè)計(jì)思想、電路原理、方案論證以及元件的選擇等內(nèi)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)

12、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(guò)程遇到的問(wèn)題進(jìn)行 了具體說(shuō)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 at89c5 2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)。第2章自行車?yán)锍瘫砜傮w方案設(shè)計(jì)2. 1任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是：自行車?yán)锍瘫碓O(shè)計(jì)其設(shè)計(jì)的任務(wù)是：以通用mc s-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)

13、。里程及速度的測(cè)量，是經(jīng)過(guò) m c s- 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(guò)一系列的計(jì)算得出的，具結(jié)果通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。本系統(tǒng)總體思路如下：里程及速度傳感器采用霍爾元件，用一個(gè)霍爾芯片、 一個(gè)小磁鐵,霍爾芯片緊貼齒輪，磁鐵放在芯片后面。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周霍爾元件與小 磁鐵靠近一次，這樣可以改變通過(guò)霍爾芯片的磁通量，霍爾芯片可以輸出類似正弦 的波形，用運(yùn)放放大波形，后面接一級(jí)比較器，把正弦波轉(zhuǎn)換為方波，方波的頻率 和齒輪的轉(zhuǎn)速成正比。自行車?yán)锍痰臏y(cè)量是通過(guò)霍爾元件輸出端的電壓發(fā)生變化 產(chǎn)生脈沖，通過(guò)計(jì)數(shù)器，根據(jù)脈沖數(shù)計(jì)算里程。自行車速度的測(cè)量是通過(guò)定時(shí)器 測(cè)出車輪轉(zhuǎn)一周所用的時(shí)

14、間t ,車輪周長(zhǎng) l除以時(shí)間t就是自行車的速度。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 t0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l ed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?yán)锍瘫砭哂欣锍?、速度測(cè)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，當(dāng)開(kāi) 關(guān)s打開(kāi)時(shí),led切換顯示當(dāng)前里程；當(dāng)開(kāi)關(guān)s閉合時(shí)，led切換顯示當(dāng)前速度v; 若自行車超速，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程包括硬件

15、電路的搭建 ，軟件的編 程，系統(tǒng)的調(diào)試，調(diào)試通過(guò)后，固化程序，脫離開(kāi)發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行。2 .2自行車?yán)锍瘫碛布桨冈O(shè)計(jì)自從1971年微型計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，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(gè)方向發(fā)展：一個(gè)向高速度，高性能的高檔微型計(jì)算機(jī)方向發(fā)展。 一個(gè)向穩(wěn)定可靠，小而廉價(jià)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c pu、只讀存儲(chǔ)器rom、定時(shí)/計(jì)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(jì)算機(jī)。從組成和功能上看，它具有微型計(jì)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(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)

16、：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)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(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 大器電子系統(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(cè)量傳感器的設(shè)計(jì)1 .速度傳感器的設(shè)計(jì)測(cè)速是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，學(xué)會(huì)使用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)測(cè)速儀表具 有很重要的意義。要測(cè)速，首先要解決是采樣的問(wèn)題。在使用模擬技術(shù)制作測(cè)速 表時(shí)，常用測(cè)速發(fā)電機(jī)的方法，即將測(cè)速發(fā)

17、電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測(cè)軸相連，測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。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。(1)霍爾傳感器霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件，常用于信號(hào)采集的有a 4 4 e、c s3020、cs 3 040等，這類傳感器是一個(gè)3端器件，外形與三極管相似，只要接上電 源、地，即可工作，通常是集電極開(kāi)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。將有字面對(duì)準(zhǔn)自己，三根引腳從左向右分別 是電源、地、輸出。a44e1231-vcc 2-gnd 3out圖2

18、. 1a44 e外形圖使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，具機(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(méi)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。(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(shí)，接收管導(dǎo)通，反

19、之關(guān)斷。以透 射式為例，如圖2, 2所示，當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開(kāi)關(guān) 管關(guān)斷，否則導(dǎo)通。為此，可以制作一個(gè)遮光葉片，如圖2. 3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上， 當(dāng)扇葉經(jīng)過(guò)時(shí)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。*c圖2.2光電傳感器的原理圖圖2.3遮光葉片(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(guò)它已將光電傳感器、電子電路、碼盤等做成一個(gè)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(hào)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍 事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)角度的裝置和設(shè)備中。某光電編碼器的外形如圖2.4所示。圖2.4成

20、品光電編碼器2 .里程測(cè)量傳感器的設(shè)計(jì)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。這幾種方案都是通過(guò)自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生脈沖數(shù)，然后根據(jù) 脈沖數(shù)計(jì)算里程。2. 2 . 2方案的確定光敏電阻對(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)

21、計(jì)采用霍爾元件又t里程與速度進(jìn)行測(cè)量，既簡(jiǎn)單易行，又 經(jīng)濟(jì)適用。本系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)框圖如圖2.5所示2. 3自行車?yán)锍瘫碥浖桨冈O(shè)計(jì)硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂。通過(guò)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。程序遵循模塊化設(shè)計(jì)的原則，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。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(gè)個(gè) 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(shí)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(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(guò)程中里程和速度計(jì)算子程序、 延時(shí)子程序、t0、 t1中斷服務(wù)子程序

22、、顯示子程序等等。中斷子程序是將傳感器產(chǎn)生的信號(hào)接入計(jì)數(shù)器的t0 口 ,然后計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到一定數(shù)目后，計(jì)數(shù)器就產(chǎn)生溢出中斷。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(guò)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 . 6所示。圖2 .6軟件總體流程圖第3章自行車?yán)锍瘫碛布娐吩O(shè)計(jì)3. 1概述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(dòng)中，起著非常重要的作用。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(gè)信息時(shí)代，在利用信息的過(guò) 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

23、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)。自從磁傳感器作為一種獨(dú)立產(chǎn)品進(jìn)入應(yīng) 用領(lǐng)域，從1 0-14t的人體磁場(chǎng)到高達(dá) 25t以上的強(qiáng)磁場(chǎng)，都可以找到相應(yīng)的磁傳 感器進(jìn)行檢測(cè)。而這巨大的應(yīng)用前景也使微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)在磁傳感器中大有可為。 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)

24、是一種最基本的測(cè)量工作，它的特性是霍爾傳感器輸出的脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)比 較直接反映所測(cè)量轉(zhuǎn)數(shù)的數(shù)目。3. 2 傳感器及其測(cè)量系統(tǒng)霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng) 有關(guān)的場(chǎng)合中使用?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(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(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?；魻柧€性器 件的精度高、線性度好；霍爾開(kāi)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（可達(dá)pm級(jí)）。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)-55c150co按

25、照霍爾器件的功能可將它們分為：霍爾線 性器件和霍爾開(kāi)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(guò)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(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。3. 2 .1霍爾傳感器的測(cè)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(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

26、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)量線性范圍大、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?；魻栃?yīng)原理圖如圖 3. 1所示。zz*b4uh 圖3 . 1 霍爾效應(yīng)原理圖3.2 . 2集成開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器a44e集成霍爾開(kāi)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。c門輸出e五個(gè)基本部分組成，如圖3.2 （a）所示。 （1）、（2）、（3）代表集成霍爾開(kāi)關(guān)的三個(gè)引出端點(diǎn)。在電源端加電壓vcc,經(jīng)穩(wěn)

27、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)o c門輸出端輸出低電壓， 通常稱這種狀態(tài)為開(kāi)。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(kāi)關(guān)完成了一次開(kāi)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，在此差值內(nèi)，v0保持不變，因而使開(kāi)關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，

28、這也就是集電成霍爾開(kāi)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)(a)nn12_,9.63-(v)i工作點(diǎn)；(on)釋放點(diǎn) 1(off)-illi,101520b b/mt(b)圖3 . 2集成開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器a)組成 b)輸出特性度b與輸出電壓vo之間的關(guān)系。a4 4 e集成霍爾開(kāi)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 3. 2 (b)所示。測(cè)量時(shí) 在1、2兩端加+ 12v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3.3所示。1 +12v2k3 outa 44e2 gnd圖3. 3集成霍爾開(kāi)關(guān)接線圖3. 3芯片簡(jiǎn)介3 .3 . 1單片機(jī)的選擇

29、單片微型計(jì)算機(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(central process ing unit)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器ram(rand o m acces s memory)、只讀存儲(chǔ)器 rom(read -only me m o r y)、基本輸入/輸出(1 n p ut/ou t put)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)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(gè)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(duì) 象進(jìn)行電氣連接，必須外加各種擴(kuò)展接口電路

30、、外部設(shè)備、被控對(duì)象等硬件和軟件， 才能構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。tint圖3. 4單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖rxd1. at89c52引腳功能at 8 9 c5 2是美國(guó)a tmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 cmos 8位單片 機(jī)，片內(nèi)含8k byt es的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（eprom）和256 bytes 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)m cs-5 1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fl ash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，a t89c52單片機(jī)適合于許 多較為復(fù)雜控制場(chǎng)合應(yīng)用。主要性能參數(shù)：？與

31、mcs-5 1產(chǎn)品指令和引腳完全兼容8 k字節(jié)可重擦寫f lash閃速存儲(chǔ)器1 0 00次擦寫周期全靜態(tài)操作：0hz 24mhz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器2 5 6 x 8字節(jié)內(nèi)部ram3 2個(gè)可編程i/ o 口線3個(gè)1 6位定時(shí)/計(jì)數(shù)器8個(gè)中斷源可編程串行u art通道低功耗空閑和掉電模式p1.0pl. 1pl. 2pl.3fl. 4pl 5pl. 5pl7 kst/vpd rxdp3. 0 top 3. 1 iet0p3.2 funp3.3top3.4 _t2p3, 5 fie5p3.7 xtal2 xtal1 vss14 口23933e4375366357切8 b9c52 33932ic3111

32、301229132814271526ie251724ie23ib2220圖3.5 8 9 c 52引腳圖gppro o1234567n7654321o cooooooo ls22222222 vid.d一 nt - tn _ ri_n .dreft1 a-d.rlr一，!n_ n .d-dtjdat89c52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)f las h閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部 ram,3 2個(gè)i/o 口線,3個(gè)1 6位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量?jī)蓸O中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙 工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)， 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。 空閑方式

33、停止cpu的工作，但允許 ram ,定時(shí)/計(jì)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直到下一個(gè)硬件復(fù)位。8 9c5 2管腳圖如圖3,5所示。8 9c52的主要管腳功能如下：p0.0p0 , 7 : p 0 口是一組8位漏極開(kāi)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(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8個(gè)ttl邏輯門電路，對(duì)端 口 p0寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器 時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。p1.0p 1 ,7: p1是一個(gè)帶

34、內(nèi)部上拉電阻的8位雙向 i/o 口,p 1的輸出緩沖極 可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉 電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。p2.0p 2, 7 :p2是一個(gè)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(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)端口 p 2寫“ 1”，通過(guò) 內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。p3.0p3. 7 : p 3是一個(gè)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(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)端口 p 3寫“1”，通過(guò)內(nèi) 部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸

35、入口。al e :地址鎖存控制信號(hào)。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ale用于控制把p0 口輸出的低8 位地址鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。止匕外，由于a l e是以晶振1/6的固定頻率輸出的正脈沖，因此，可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用psen:外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。在讀外部r o m時(shí)，psen有效(低電平), 以實(shí)現(xiàn)外部r om單元的讀操作。ea:訪問(wèn)程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。當(dāng)ea信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì) rom的讀操 作限定在外部程序存儲(chǔ)器；當(dāng) ea信號(hào)為高電平時(shí)，對(duì)rom的讀操作是從內(nèi)部程 序存儲(chǔ)器開(kāi)始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。rst:復(fù)位信號(hào)。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有 效

36、，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。xt a l l和xtal 2 :外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí) ，此二引線端 用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。vss:地線。v c c:+5v 電源。以上是m cs-5 1單片機(jī)芯片4 0條引腳的定義及簡(jiǎn)單功能說(shuō)明。由于工藝及標(biāo)準(zhǔn)化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限制的。例如，mcs-51系列把芯片引腳數(shù)目限定為4 0條，但單片機(jī)為實(shí)現(xiàn)其功能所需要的信號(hào)數(shù)目卻遠(yuǎn)遠(yuǎn) 超過(guò)此數(shù)，因此就出現(xiàn)了需要與可能的矛盾。如何解決這個(gè)矛盾？“兼職”是唯一可行的辦法，即給一些信號(hào)引腳賦以雙重功能。如果把前述的信號(hào)定義為引腳 第一功能的話，則

37、根據(jù)需要再定義的信號(hào)就是它的第二功能。下面介紹一些信號(hào) 引腳的第二功能。（1） p3 口線的第二功能。p 3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(hào)名稱p3. 0rxd串行數(shù)據(jù)接收p3.1tx d串行數(shù)據(jù)發(fā)送p3.2into外部中斷0申請(qǐng)p3 . 3int1外部中斷1申請(qǐng)p3 .4t0定時(shí)/計(jì)數(shù)器。的外部輸入p3 . 5t 1定時(shí)/af數(shù)器1的外部輸入p3.6wr外部r am寫選通p3.7rd外部ram讀選通（2） e pr om存儲(chǔ)器程序固化所需要的信號(hào)。有內(nèi)部 eprom的單片機(jī)芯 片（例如8 1 5 1）,為寫入程序需提供專門的編

38、程脈沖和編程電源，這些信號(hào)也是 由信號(hào)引腳以第二功能的形式提供的，即：編程脈沖：30腳（a l曰prog）編程電壓（25v）: 31 腳（ea/vpp）（3）備用電源引入。mcs-5 1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(shí)，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。2.定時(shí)/計(jì)數(shù)器（1）計(jì)數(shù):計(jì)數(shù)是指對(duì)外部事件的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)量。其實(shí)質(zhì)就是對(duì)外部輸入脈沖 的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)量。實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的器件稱為計(jì)數(shù)器。（2 ）定時(shí)：8 0 51單片機(jī)中的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是一個(gè)部件，只不過(guò)計(jì)數(shù)器 記錄的是外界發(fā)生的事件，而

39、定時(shí)器則是由單片機(jī)內(nèi)部提供一個(gè)非常穩(wěn)定的計(jì)數(shù) 源進(jìn)行定時(shí)的。這個(gè)計(jì)數(shù)源是由單片機(jī)的晶振經(jīng)過(guò)12分頻后獲得的一個(gè)脈沖源。所以定時(shí)器計(jì)數(shù)脈沖的時(shí)間間隔與晶振有關(guān)。mcs-51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)1 6位可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，簡(jiǎn)稱為 t0和 t1,均可作定時(shí)器和計(jì)數(shù)器使用，它們均是二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿回 零時(shí)能自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求，表示定時(shí)時(shí)間已到或計(jì)數(shù)已終止。適用于定時(shí)控 制、延時(shí)、外部計(jì)數(shù)和檢測(cè)等。計(jì)數(shù)器：對(duì)引腳t0 （p 3.4 ）和丁135）輸入的外部脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，當(dāng)輸 入脈沖彳s號(hào)從1到0的負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器就自動(dòng)加1。計(jì)數(shù)的最高頻率一般為振蕩 頻率的1/24。定時(shí)器：對(duì)系統(tǒng)晶振振蕩

40、脈沖的1 2分頻輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)組成：16位加法計(jì)數(shù)器、工作方式寄存器tmod和控 制寄存器tc on。t0: tl0（低8位）和th0（高8位）t1: tl 1 （低8位）和th 1 （高8位）3.3 . 2存儲(chǔ)器的介紹cat 2 4 wc0 2是一個(gè)2k位串行c mose2prom。內(nèi)部含有2 5 6個(gè)8位字 節(jié)，catalyst公司的先進(jìn)cmos技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。cat 2 4wco 2有一個(gè)16字節(jié)頁(yè)寫緩沖器，該器件通過(guò)i 2c總線接口進(jìn)行操作有一個(gè) 專門的寫保護(hù)功能。cat24wc 0 2支持i2c總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，12c總線協(xié)議規(guī) 定：任何將數(shù)據(jù)傳送到總

41、線的器件作為發(fā)送器，任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收 器，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(guò)器件地址輸入端 a。、ai和a 2可以實(shí)現(xiàn)將最多8個(gè)24wc02器件連接到總 線上。管腳圖如3.6所示。圖3 .6 24c0 2管腳圖s cl串行時(shí)鐘:cat24wc02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，這是一個(gè)輸入管腳。sda串行數(shù)據(jù)/地址：cat 2 4wc 0 2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(gè)開(kāi)漏輸出管腳可與其它開(kāi)漏輸出或集電極開(kāi)路

42、 輸出進(jìn)行線或（w ire-or）。a0、a1、a2器件地址輸入端：這些輸入腳用于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)時(shí)設(shè)置器件地址 ， 當(dāng)這些腳懸空時(shí)默認(rèn)值為 0。當(dāng)使用24wc02時(shí)最大可級(jí)聯(lián)8個(gè)器件，2 4 wc 02被總線尋址這三個(gè)地址輸入腳。 a0、ai、a 2可懸空或連接到 vss。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)w p管腳連接到vs s或懸空，允許器件進(jìn)行正常的讀/寫操作。起始信號(hào)：時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從高到低的跳變作為i 2c總線 的起始信號(hào)。停止信號(hào)：時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從低到高的跳變作為12c總線的停止信號(hào)。本題目中24c 0 2起存儲(chǔ)作

43、用，將自行車?yán)锍檀鎯?chǔ)在24c02中，當(dāng)?shù)綦姇r(shí)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，可以讀取 24c0 2中的里程數(shù)完成里程的累積。3. 3.3 74ls 74芯片的介紹74 ls74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)。d觸發(fā)器應(yīng)用很廣，可用做數(shù)字信號(hào)的 寄存、移位寄存、分頻和波形發(fā)生器等。引腳圖如圖3. 7所示。vec 巳及口 2d z

44、cf 總豈口 zq zqt4lst4呵 id 1cf isb iq iq drd圖3.7 7 4ls 7 4引腳圖在本題目中74l s74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(guò)74ls7 4進(jìn)行二分頻后，定時(shí)器t1的開(kāi)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。3.3.474ls244芯片的介紹7 4 l s 244為三態(tài)輸出的八位緩沖器和總線驅(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74l s2 44,增大電流，使led能夠正常工作。其邏輯圖如圖 3. 8所示。vee 2

45、g lt2a3 m ;a2 ml1g 1a1 my4 2t3 1a31*4 itl gm)圖3 .8 7 4ls244邏輯圖3 . 4單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)1 .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。80 5 1片內(nèi)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，一種是內(nèi)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)內(nèi)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

46、為引腳xtal2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振 蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘方式的振蕩電 路如圖3 .9所示。at89c52 xtal2c1 130pc2 -130 p xtal1 vss圖3. 9單片機(jī)片內(nèi)振蕩電路電路中的電容cl和c2常選擇為30p f左右。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)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。止匕外，如果單片機(jī)有串行通信，則應(yīng)該選擇振蕩頻率除

47、以串行通信 頻率可以除盡的晶體。本設(shè)計(jì)晶振米用 1 2 mhz o2 .復(fù)位電路的設(shè)計(jì)8 9 c52的復(fù)位/u入引腳 ret（即res et）為8 9 c52提供了初始化的手 段。有了它可以使程序從指定處開(kāi)始執(zhí)行， 即從程序存儲(chǔ)器中的0000h地址單 元開(kāi)始執(zhí)行程序。在89c5 2的時(shí)鐘電路工作后，只要在r et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)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，89 c 52才從0 000h地址開(kāi)始執(zhí) 行程序。復(fù)位操作對(duì)寄存器也有影響，但內(nèi)部ram受復(fù)位的影響。當(dāng)vcc加電后，ra m的內(nèi)容是隨機(jī)的

48、。它們的復(fù)位狀態(tài)如表 3.2所示。表3.2 mcs-51的復(fù)位狀態(tài)表寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)pc0 0 0 0htcon00ha00htm od0 0h寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)b00hth 000 hpsw00ht l 000 hsp07hth 1oohdptr00 0 0htl10 0 hp 0p3ffhscon00 hi px x0 0 0 000hsbufxxhie0 x00000 0 hp c 0 n0 xx x 0 000b由表3. 2中可以看出，復(fù)位時(shí)，sp= 0 7h; 4個(gè)i/o端口 p 0p 3的引腳 均為高電平，這在某些控制應(yīng)用中，要考慮到引腳的高電平對(duì)外部控制電路

49、的影 響。由于單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)功能部件均受特殊功能寄存器控制，程序運(yùn)行直接受 程序計(jì)數(shù)器（pc）的指揮。另外，在復(fù)位有效期間（即高電平），mcs-51單片機(jī)的al e引腳和psen引腳均為高電平，且內(nèi)部r am不受復(fù)位的影響。本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的電路，如圖3 .10所示，是常用復(fù)位電路之 一。當(dāng)89 c5 2的ale及psen兩引腳輸出高電平,ret引腳為高電平時(shí)，單片 機(jī)復(fù)位。通過(guò)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89c5 2全機(jī)自動(dòng)復(fù)位， 這就是上電復(fù)位；若運(yùn)行過(guò)程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動(dòng)

50、按鈕即可。按下按鈕， 則直接把+ 5 v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sb uf寄存器狀態(tài)不確定。at89c52圖3. 10按鍵復(fù)位電路工作原理：上電瞬間，rc電路充電，rst引腳出現(xiàn)高電平，只要r st端保持 10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。3 .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)顯示各常小或符號(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 le d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

51、“ 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l e d顯示 器。如圖3. 1 1所示。5 tgnda h n n n n na外形b）其陽(yáng)極掛注口共陰極樓法圖3. 1 1七（八）段led顯示器a）外形圖 b）共陽(yáng)極接法c）共陰極接法le d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c om各自獨(dú)立地受i/o線控制。cpu向字段輸出口

52、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(shuō)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(guò)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(jué)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。因?yàn)閘ed的正向工作電壓一般在1.2 v-2. 6v,其發(fā)光工作電流為5ma-2 0 ma,發(fā)光強(qiáng)度基本上與正向電流成正比，故電路需串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮瑁驹O(shè)計(jì) 選擇比較常用的1 00電阻。本設(shè)計(jì)p2.0

53、、p 2. 1、p2 . 2、p2.3信號(hào)一起組成位選通的位選信號(hào)，p0.0p0.7 信號(hào)一起組成段碼選通的段選信號(hào)，通過(guò)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)l ed,逐步完成四個(gè) le d的顯示。4 .單片機(jī)各口的作用和用途自行車?yán)锍瘫聿捎胊t 89c52單片機(jī)作控制，速度及里程傳感器采用霍爾元 件,其電路原理圖如附錄i所示。p0 口和p2 用于七段led顯示器的段碼及位 選掃描輸出，在顯示里程時(shí)，第3位小數(shù)點(diǎn)用17腳p3. 7 口控制點(diǎn)亮。p 1 .0和p1.1 口分別用于顯示里程狀態(tài)和速度狀態(tài)。p12 p1.3、p1 .6和p 1. 7

54、 口分別用于設(shè)置輪圈的大小。第1 0腳的開(kāi)關(guān)用于確定顯示的方式，當(dāng)開(kāi)關(guān)s閉合時(shí)，顯示速度； 打開(kāi)開(kāi)關(guān)s時(shí)，顯示里程。第12腳外中斷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。第 13腳外中斷1用于控制定時(shí)器t 1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)脈沖經(jīng)二分頻 后形成，如圖3 .12所示。這樣，每次定時(shí)器t 1的開(kāi)啟時(shí)間剛好為轉(zhuǎn)1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。p1 .4 口和p1. 5 口用于e2prom存儲(chǔ)器2 4c02的存取控制。11腳輸出用于速度超速時(shí)的報(bào)警，報(bào)警電路圖如圖 3.13所示。；霍爾輸出國(guó)脈沖a二分頻后的波理圖3. 1 2單片機(jī)11、12腳的輸入波形蜂鳴器at89c52f3.1指示燈i irl2 looq圖3.1 3報(bào)警電路圖第4章自行車?yán)锍瘫碥浖绦蛟O(shè)計(jì)4.1 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(guò)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(guò)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