基于單片機設(shè)計的自行車測速計系統(tǒng)

1、屆 別 2013 屆 學號畢業(yè)設(shè)計基于單片機設(shè)計的自行車測速系統(tǒng)姓名 系 別、 專 業(yè) 導 師 姓 名、職 稱 完 成 時 間目錄摘要 Abstract . . 3 3矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。1 緒論 4殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。1.1 課題背景 5釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。1.2 課題主要任務(wù)及內(nèi)容 . 5彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。1.3 任務(wù)分析與實現(xiàn) . 5謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。2 系統(tǒng)設(shè)計 6廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。2.1 硬件方案設(shè)計 6煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。2.2 軟件方案設(shè)計 7鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。2.3 硬件電路設(shè)計 8籟叢媽羥為贍僨蟶練淨。2.3.1 概述 8預(yù)頌圣鉉

2、儐歲齦訝驊糴。2.3.2 系統(tǒng)總電路圖 . 9滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。2.3.3 單片機簡介 . 9鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。2.3.4 單片機的引腳功能介紹. 10擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。2.3.5 單片機中斷系統(tǒng)介紹 . 10贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。2.3.6 傳感器及其測量系統(tǒng) . 11壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。2.3.7 霍爾傳感器的測溫原理. 11蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。2.3.8 集成開關(guān)型霍爾傳感器. 12買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。2.4 單片機外圍電路的設(shè)計 . 13綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。2.4.1 時鐘電路的設(shè)計 . 13驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。2.4.2 復位電路的設(shè)計 . 14貓蠆驢繪燈鮒誅髏

3、貺廡。2.4.3 顯示電路的設(shè)計 . 15鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。3 軟件程序設(shè)計 16構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。3.1 概述 16輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。3.2 總體程序設(shè)計 16堯側(cè)閆繭絳闕絢勵蜆贅。3.3 中斷子程序設(shè)計 . 18識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。結(jié) 論 . 19凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。參考文獻 20恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。致謝 . 20鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。附件一：總體原理圖設(shè)計 21碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。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前的速度、里程

4、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。以 STC89C52 單片機為核心， A44E 霍爾傳感器測轉(zhuǎn)數(shù)， 實現(xiàn)對自行車里程 / 速度的測量統(tǒng)計，并能將自行車的里程數(shù)及速度用 LED實時顯示。 文章詳細介紹了自行車的速度里程表的硬件電路和軟件設(shè)計。 硬件部分利用霍爾元件將 自行車每轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)傳入單片機系統(tǒng)，然后單片機系統(tǒng)將信號經(jīng)過處理送顯示。軟 件部分用匯編語言進行編程，采用模塊化設(shè)計思想。該系統(tǒng)硬件電路簡單，子程序具有 通用性，完全符合設(shè)計要求。 閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。 關(guān)鍵字：里程 / 速度；霍爾元件；單片機； LED顯示AbstractWith the

5、improvement of peoples living standard, the bicycle is not only the common transport, transport tool, but as people entertainment, leisure, exercise of choice.The speed of the bicycle speedometer can satisfy peoples most basic needs, so that people can clearly know the current speed, mileage.This pa

6、per mainly expounds the design of a Holzer element based on the speed of the bicycle odometer.The STC89C52m icrocontroller as the core, measuring speed A44E Holzer sensor, the measurement of bicycle mileage / speed, and can be bicycle mileage and speed with the LED real-time display.This paper intro

7、duces the hardware circuit and software design of bicycle speed odometer.The hardware part using Holzer element will bike every pulse number of incoming MCU system in a circle, and then the signal processed by SCM system is sent to display.The software is programmed with assembly language, uses the

8、modular design thought.The system hardware circuit is simple, with a generic subprogram, fully meet the design requirements. 氬嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩。Key words:Mileage / speed; Holzer element; MCU; LED display 釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。1 緒論1.1 課題背景自行車被發(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動自行車，自行車發(fā)展的目 的也從最

9、早的交通代步的工具轉(zhuǎn)換成休閑娛樂運動的用途。 慫闡譜鯪逕導嘯畫長涼。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大，能給人們帶 來更多的方便。 自行車里程速度表作為自行車的一大輔助工具也正是隨著這個要求而迅 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、時間顯示，甚至有的還具有測 量騎車人的心跳、顯示騎車人熱量消耗等功能。本設(shè)計采用了MCS-51系列單片機設(shè)計一種體積小、操作簡單的便攜式自行車的速度里程表，它能自動地顯示當前自行車行走 的距離及運行的速度。 諺辭調(diào)擔鈧諂動禪瀉類。1.2 課題主要任務(wù)

10、及內(nèi)容本課題主要任務(wù)是利用霍爾元件、 單片機等部件設(shè)計一個可用 LED數(shù)碼管實時顯示 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)計和軟件部分設(shè)計。 嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。本文首先扼要對該課題的任務(wù)進行方案論證，包括硬件方案和軟件方案的設(shè)計；繼 而具體介紹了自行車的速度里程表的硬件設(shè)計，包括傳感器的選擇、單片機的選擇、顯 示電路的設(shè)計；然后闡述了該自行車的速度里程表的軟件設(shè)計，包括數(shù)據(jù)處理子程序的 設(shè)計、顯示子程序的設(shè)計；最后針對仿真過程遇到的問題進行了具體說明與分析，對本 次設(shè)計進行了系統(tǒng)的總結(jié)。

11、 熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機庫。具體的硬件電路包括 STC89C52單片機的外圍電路以及 LED顯示電路等。 軟件設(shè)計包括：芯片的初始化程序、定時中斷采樣子程序、顯示子程序等，軟件采 用匯編語言編寫， 軟件設(shè)計的思想主要是自頂向下， 模塊化設(shè)計， 各個子模塊逐一設(shè)計。 鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。1.3 任務(wù)分析與實現(xiàn)本設(shè)計的任務(wù)是：以通用 MCS-51單片機為處理核心，用傳感器將車輪的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換 為電脈沖，進行處理后送入單片機。里程及速度的測量，是經(jīng)過MCS-51的定時 / 計數(shù)器測出總的脈沖數(shù)和每轉(zhuǎn)一圈的時間，再經(jīng)過單片機的計算得出，其結(jié)果通過LED顯示器顯示出來。 紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。本系統(tǒng)總體思路如

12、下：假定輪圈的周長為 L，在輪圈上安裝 m個永久磁鐵，則測得 的里程值最大誤差為 L/m。經(jīng)綜合分析，本設(shè)計中取 m=1。當輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過開關(guān) 型霍爾元件傳感器采集到一個脈沖信號，并從引腳 P3.2 中斷 0 端輸入，傳感器每獲取 一個脈沖信號即對系統(tǒng)提供一次計數(shù)中斷。每次中斷代表車輪轉(zhuǎn)動一圈，中斷數(shù) n 輪圈 的周長為 L的乘積為里程值。 計數(shù)器 T1計算每轉(zhuǎn)一圈所用的時間 t ，就可以計算出即時 速度 v。當里程鍵按下時，里程指示燈亮， LED切換顯示當前里程，與當速度鍵按下時， 速度指示燈亮， LED切換顯示當前速度。 穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧。要求達到的各項指標及實現(xiàn)方法如下：1. 利

13、用霍爾傳感器產(chǎn)生里程數(shù)的脈沖信號。2. 對脈沖信號進行計數(shù)。 實現(xiàn)：利用單片機自帶的計數(shù)器 T1 對霍爾傳感器脈沖信號進行計數(shù)。3. 對數(shù)據(jù)進行處理，要求用 LED顯示里程總數(shù)和即時速度。 實現(xiàn)：利用軟件編程，對數(shù)據(jù)進行處理得到需要的數(shù)值。 最終實現(xiàn)目標：自行車的速度里程表具有里程、速度測試與顯示功能，采用單片機 作控制，顯示電路可顯示里程及速度。 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。2 系統(tǒng)設(shè)計2.1 硬件方案設(shè)計 測速，首先要解決是采樣的問題。使用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數(shù) 法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周， 產(chǎn)生一個或固定的多個脈沖， 將脈沖送入單片機中進行計算， 即可獲得轉(zhuǎn)速的信息。常用的測速元件

14、有霍爾傳感器、光電傳感器和光電編碼器。里程 測量傳感器的選擇也有以下幾種方案：使用光敏電阻對里程進行測量、利用編碼器對車 輪的圈數(shù)進行測量、利用霍爾傳感器對里程進行測量、利用干簧管型傳感器測量里程。 銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。光敏電阻對光特別敏感，當白天行駛時，外界光源將導致光敏電阻發(fā)出錯誤信號； 光敏電阻對環(huán)境的要求相當高，如果光敏或發(fā)光二極管被泥沙或灰塵所覆蓋，光敏電阻 就不能再進行準確測量；而編碼器必須安裝在車軸上，安裝較為復雜；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有影響，而且安裝方便。所以本 設(shè)計采用霍爾元件對里程與速度進行測量，既簡單易行，又經(jīng)濟適用。 擠貼綬

15、電麥結(jié)鈺贖嘵類。使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡單，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，當車子轉(zhuǎn)動時霍爾元件靠近磁鋼，就有 信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時， 就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。 如果在齒輪盤上粘上多粒磁鋼， 可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏 感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。這 種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。 賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈?；魻杺鞲衅魇菍Υ琶舾械膫鞲性?，常用于信號采集的有 A44E，該傳感器是一個 3 端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地

16、，即可工作，工作電壓范圍寬，使用非 常方便。 A44E的外形如圖 1 所示。 塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊庫。A44E231-Vcc 2-GND 3-OUT圖 1 A44E 外形圖單片機由于將 CPU、內(nèi)存和一些必要的接口集成到一個芯片上，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： 裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺。1. 體積小、重量輕；2. 電源單一、功耗低；3. 功能強、價格低；4. 全部集成在一塊芯片上，布線短、合理；5. 數(shù)據(jù)大部分在單片機內(nèi)傳送，運行速度快、抗干擾能力強、可靠性高。目前，單片機被廣泛的應(yīng)用于測控系統(tǒng)、 工業(yè)自動化、 智能儀表、集成智能傳感器、 機電一體化產(chǎn)品、家

17、用電器領(lǐng)域、辦公自動化領(lǐng)域、汽車電子與航空航天器電子系統(tǒng)以及單片機的多機系統(tǒng)等領(lǐng)域。在設(shè)計中選用的是STC89C52單片機。 倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。外部信號里程顯示霍爾傳感 器外部存儲器單片速度顯示報警部分圖2 系統(tǒng)的原理框圖2.2 軟件方案設(shè)計通過軟件控制單片機的功能是單片機的主要特點和優(yōu)點， 程序的設(shè)計要考慮合理性 和可讀性，遵循模塊化設(shè)計的原則，采用自頂向下的設(shè)計方法。模塊化設(shè)計使程序的可 讀性好、修改及完善方便。 綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。軟件設(shè)計包括主程序、行車過程中里程和速度計算子程序、延時子程序、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)生的信號接入外部中斷 0，利用中

18、斷和定時器分別對里程 進行累加、每轉(zhuǎn)一周的時間進行測量。 驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。數(shù)據(jù)處理子程序是將進入單片機的脈沖信號與實際要顯示值之間有一定的對應(yīng)關(guān) 系，經(jīng)過軟件編程顯示所需要的值。 瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。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 3所示 。2.3 硬件電路設(shè)計2.3.1 概述自行車的速度里程表的硬件電路設(shè)計是基礎(chǔ)部分， 它包括信號的捕獲、 放大、整形， 單片機的計算處理，數(shù)碼管的實時顯示和單片機外圍基本電路的設(shè)計，兩大主要器件就 是傳感器和單片機。 鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。傳感器是獲取自然或生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的關(guān)鍵器件， 是現(xiàn)代信息系統(tǒng)和各種設(shè)備不可 缺少

19、的信息采集工具。磁傳感器是一種將磁學量信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕钠骷蜓b置。隨著 信息產(chǎn)業(yè)、工業(yè)自動化、醫(yī)療儀器等的飛速發(fā)展和計算機應(yīng)用的普及，需要大量的傳感 器將被測或被控的非電信號轉(zhuǎn)換成可與計算機兼容的電信號。作為輸入信號，這就給磁傳感器的快速發(fā)展提供了機遇，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，在自動檢測系統(tǒng)中，利用霍爾傳感器測轉(zhuǎn)數(shù)是一種最基本的測量工作。 櫛 緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。單片機是本次設(shè)計的核心部件，它是信號從采集到輸出的橋梁，而且包括計算、定 時、信息處理等功能。2.3.2 系統(tǒng)總電路圖圖 4 系統(tǒng)總電路圖2.3.3 單片機簡介單片機是指集成在一個芯片上的微型計

20、算機， 也就是把組成微型計算機的各種功能 部件，包括 CPU(Central Processing Unit) 、隨機存儲器 RAM(RandomA ccess Memory)、 只讀存儲器 ROM(Read-onlyM emory)、基本輸入 / 輸出 (Input/Output) 接口電路。定時器 /計數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機從而實現(xiàn)微型計 算機的基本功能。單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖 5所示。 轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應(yīng)。TINP0-P圖 5 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2.3.4 單片機的引腳功能介紹STC89C52是低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 8K

21、Bytes 的可反復擦寫的只 讀程序存儲器（ EPRO）M和 256 字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用高密度、 非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準 MCS-51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 Flash 存儲單元，功能強大， STC89C52單片機適合于許多較為 復雜控制場合應(yīng)用。 峴揚斕滾澗輻灄興渙藺。圖 6 STC89C52 引腳圖STC89C52提供以下標準功能： 8K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個 I/O 口線， 3 個 16 位定時 / 計數(shù)器， 5 個中斷源，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)具有

22、 振蕩器及時鐘電路。 STC89C52管腳圖如圖 6 所示。 詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。2.3.5 單片機中斷系統(tǒng)介紹10中斷是指當計算機執(zhí)行正常程序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)某些急需處理的事件，CPU暫時中止當前的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行服務(wù)程序， 以對發(fā)生的更緊迫的事件進行處理， 待處理結(jié)束后， CPU自動返回原來的程序執(zhí)行 STC89C52系列單片機的系統(tǒng)有 5個中斷源， 2個優(yōu)先級， 可實現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。由片內(nèi)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)中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器 IP 安排各優(yōu)中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內(nèi)各 終端同時提出中斷請求時，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。 則鯤

23、愜韋瘓賈暉園棟瀧。采用的外部中斷方式包括外部中斷 0 和外部中斷 1，它們的中斷請求信號分別由單 片機引腳 INT 0 /P3.2 和 INT1/P3.3 輸入 。脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。外部中斷請求有兩種信號方式：電平觸發(fā)方式和脈沖觸發(fā)方式。電平觸發(fā)方式的中 斷請求是低電平有效。 只要在 INT0和 INT1引腳上出現(xiàn)有效低電平時， 就激活外部中斷方 式。脈沖觸發(fā)方式的中斷請求則是脈沖的負跳變有效。在這種方式下，在兩個相鄰機器 周期內(nèi)， INT0 和 INT1引腳電平發(fā)生變化，即在第一個機器周期內(nèi)為高電平，第二個機 器周期內(nèi)為低電平，就激活外部中斷。由此可見，在脈沖方式下，中斷請求信號的高電

24、平和低電平狀態(tài)都應(yīng)至少維持一個機器周期，以使 CPU采樣到電平狀態(tài)的變化，本次設(shè) 計所采用的觸發(fā)方式為脈沖觸發(fā)方式。 鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。2.3.6 傳感器及其測量系統(tǒng)本次設(shè)計信號的捕獲采用的是霍爾傳感器。 霍爾器件具有許多優(yōu)點，它們的結(jié)構(gòu) 牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便、功耗小、頻率高（可達1MHz）、耐震動、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 爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高。取用 各種補償和保護措施的霍爾器件工作溫度范圍寬，可達 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)

25、器件，前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字 量。 按被檢測對象的性質(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 測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場，用這個 磁場來作被檢測的信息的載體。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)生變化的時間等， 轉(zhuǎn)變成電量來進行檢測和控制。 稟虛嬪賑維嚌妝擴踴糶。2.3.7 霍爾傳感器的測溫原理 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)制成的一種磁敏傳感器。 在置于磁場中的導體或半導體 通入電流 I ，若電流垂直磁場 B，則在與磁場和電流都垂直的方向上會出現(xiàn)一個電勢差 Uh

26、，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。因為它具有結(jié)構(gòu) 簡單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測量線性范圍大、抗干擾能力強以及體積小、使用壽命11 長等一系列特點，因此被廣泛應(yīng)用于測量、自動控制及信息處理等領(lǐng)域?；魻栃?yīng)原理 圖如圖 7 所示。 陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。Z圖 7 霍爾效應(yīng)原理圖2.3.8 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五個基本部分組成，如圖 9(a)所示。 (1) 、(2) 、(3) 代表集成霍爾開關(guān)的三個引出端點。在電源端加電壓 Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍

27、爾電 勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當霍爾片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通 以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍爾電勢差 VH輸出，該 VH信號經(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。當施加的磁場達到工 作點時，觸發(fā)器輸出高電壓 ( 相對于地電位 ) ，使三極管導通，此時 OC門輸出端輸出低 電壓，通常稱這種狀態(tài)為開 。當施加的磁場達到釋放點時，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)動作。工作點與釋放點的差值一定，此差值稱為磁滯，在此差值內(nèi)， V0 保持不 變，因而使開關(guān)輸

28、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，由測量數(shù)據(jù)作出的輸出特性曲線如圖 8(b) 所示。測量時，在 1、 2兩端加 5V直流電壓,在輸出端 3與 1之間接一個 2k 的負載電阻，如圖 9所示。溈氣嘮 戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。12(a)960圖8 集成開關(guān)型霍爾傳感器VO/V12(V)釋放點(OFF)1015(b)工作點(ON)20B/mT圖9 集成霍爾開關(guān)接線圖2.4 單片機外圍電路的設(shè)計2.4.1 時鐘電路的設(shè)計 時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘

29、頻率為基準，有條不紊 地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影 響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 STC89C52片內(nèi)由一個反相放大器構(gòu)成振蕩器， 可以由它產(chǎn)生時 鐘。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本設(shè) 計采用前者。 鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團藺。單片機內(nèi)部有一個用于構(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。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和電容， 就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。單片機內(nèi)部時鐘方式的振蕩電路如圖10 所示。 懨俠劑鈍觸樂鷴燼觶騮。13圖 10 單片機片內(nèi)振蕩電路電

30、路中的電容 C1和 C2常選擇為 30P左右。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求， 但電容的大小會影響振蕩器的高低、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，主要取決于單片機的工作頻率范圍，每一種單片機都有 自己的最大工作頻率，外接的晶體振蕩頻率不大于單片機的最大工作頻率即可。此外， 如果單片機有串行通信，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) 計晶振采用 12MHz，則計數(shù)周期為 謾飽兗爭詣繚鮐癩別瀘。112 106)Hz 1121S2.4.2 復位電路的設(shè)計STC89C52 單片機的復位輸入引腳 RET為 STC89C52提供了初始化的手段。有

31、了它可 以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲器中的 0000H 地址單元開始執(zhí)行程序。在 89C52的時鐘電路工作后，只要在 RET引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平時，單片 機內(nèi)部則初始復位。只要 RET保持高電平，則 89C52循環(huán)復位。只有當 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。 咼鉉們歟謙鴣餃競蕩賺。本系統(tǒng)的復位電路是采用按鍵復位的電路，如圖 11 所示，是常用復位電路之一。單片機復位通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復位稱手動復位。上電時，剛接通電源，電容C 相當于瞬間短路， +5V立即加到 RET/VPD端，該高電平使 89C52全機自動復位，這就是

32、上 電復位；若運行過程中需要程序從頭執(zhí)行， 只需按動按鈕即可。 按下按鈕，則直接把 +5V 加到了 RET/VPD端從而復位稱為手動復位。復位后， 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。 瑩諧齷蘄賞組靄縐嚴減。14圖 11 按鍵復位電路工作原理：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，就能使單片機有效地復位。 麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。2.4.3 顯示電路的設(shè)計本設(shè)計中采用 LED數(shù)碼管顯示。在單片機系統(tǒng)中，通常用 LED數(shù)碼顯示器來顯示各 種數(shù)字或符號。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電

33、壓低、壽命長的特點，因此使用 非常廣泛。八段 LED顯示器由 8個發(fā)光二極管組成。其中 7個發(fā)光二極管構(gòu)成字型“ 8” 的各個筆畫段， 另一個小數(shù)點為 dp 發(fā)光二極管。 LED顯示器有兩種不同的形式： 一種是 發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極 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 12 所示。本次設(shè)計采用共陰極接法。 納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。LED顯示方式有動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種方式。 本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描顯示接口電路， 動態(tài)顯示接口電路是把所有顯示器的 8個筆劃段 a-h 同名端連在一起， 而每一個顯示器 的公共極 COM各自獨立地受

34、 I/O 線控制。 CPU向字段輸出口送出字型碼時，所有顯示器 接收到相同的字型碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于 COM端。也就是說我們可以采 用分時的方法，輪流控制各個顯示器的 COM端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮掃 描過程中， 每位顯示器的點亮時間是極為短暫的 （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)， 盡管實際上各位顯示器并非同時點亮， 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)，不會有閃爍感。 風攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。15圖 12 數(shù)碼管顯示電路本設(shè)計 P2.0、 P2.1、P2.2、P2.3、 P2.4、P2.5 、P2.6、P2.7 信號一

35、起組成位選通 的位選信號， P1.0P1.7 信號一起組成段碼選通的段選信號， 通過軟件編程， 先把所要 顯示的數(shù)據(jù)放入存儲單元，然后把數(shù)據(jù)送入段選通對應(yīng)的地址，再選通某一個LED，逐步完成四個 LED的顯示。 滅噯駭諗鋅獵輛覯餿藹。3 軟件程序設(shè)計3.1 概述 在硬件設(shè)計完畢之后，接下來就是設(shè)計中最核心和最為主要的軟件部分設(shè)計。所謂 軟件設(shè)計就是把軟件需求變換成軟件的具體設(shè)計方案（即模塊結(jié)構(gòu)）的過程。模塊化結(jié) 構(gòu)設(shè)計即是根據(jù)要求和硬件設(shè)計的結(jié)構(gòu)，將整個系統(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行程序編寫的過程。這樣的設(shè)計方法，使得系統(tǒng)的整個功能和 各部分的功能趨于明朗化。當系

36、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，在整個設(shè)計過程中，軟件設(shè)計必須與硬件設(shè)計緊密地結(jié)合 在一起。 鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。基于霍爾傳感器自行車的速度里程表的軟件設(shè)計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、延時子程序等幾大部分。由 于要實現(xiàn)很多功能，所以采用模塊化設(shè)計，下面就其主要部分分別加以分析。 攙閿頻嶸陣澇 諗譴隴瀘。3.2 總體程序設(shè)計 在主程序模塊中，需要完成對各接口芯片的初始化、自行車里程和速度的初始化、 中斷向量的設(shè)計以及開中斷、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 /清除標志寄存器、

37、里程寄存器、速度寄存器，并對它們進行初始化。然后主程序?qū)⒏?據(jù)各標志寄存器的內(nèi)容，分別完成啟動、清除、計程和計速等不同的操作。 趕輾雛紈顆鋝討 躍滿賺。中斷 0 用于對輪子圈數(shù)的計數(shù)輸入，輪子每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器輸出一個低電平脈沖。將根據(jù)里程寄存器中的內(nèi)容計算和判斷出行駛里程數(shù)。這樣，每次定時器 T1 的開16啟時間剛好為轉(zhuǎn)一圈的時間，根據(jù)輪子的周長就可以計算出自行車的速度。其程序流程 如圖 13所示。 夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。開始初始化設(shè)置特殊寄存器、置定時定時常數(shù)設(shè)置計數(shù)器 關(guān)鍵字開中斷視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。圖 13 主程序流程圖173.3 中斷子程序設(shè)計定時中斷是為滿足定時或計數(shù)的需要而設(shè)

38、置的。 在單片機內(nèi)部有兩個定時 / 計數(shù)器， 以對其中的計數(shù)結(jié)構(gòu)進行計數(shù)的方法， 來實現(xiàn)定時或計數(shù)功能。 當結(jié)構(gòu)發(fā)生計數(shù)溢出時， 即表明定時時間或計數(shù)值已滿，這時就以計數(shù)溢出信號作為中斷請求，去置位一個溢出 標志，作為單片機接受中斷請求的標志。這種中斷請求是在單片機芯片內(nèi)部發(fā)生的，因 此無須在芯片上設(shè)置引入端。 偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。圖 14 中斷子程序流程圖定時/計數(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 / 計數(shù)器中斷控制，低 4 位借給外部中斷，用做中斷標志和觸發(fā)方式選擇位。1814 所本設(shè)計采用定時中斷，對自行車的里程和速度進行計數(shù)。中斷

39、子程序流程圖如圖 示。 緦徑銚膾齲轎級鏜撟廟。結(jié)論該課題的主要任務(wù)是開發(fā)一個以 MCS-51單片機為核心的自行車的速度里程表。本 設(shè)計主要分為硬件部分和軟件部分，硬件部分著重考慮硬件電路的簡單性，故盡可能簡 化硬件電路，節(jié)省線路板的空間，達到硬件電路最優(yōu)化設(shè)計。軟件采用匯編語言編寫， 采用模塊化設(shè)計思想，程序可讀性強。通過仿真、實驗驗證了系統(tǒng)的可行，能滿足設(shè)計 要求，達到設(shè)計的指標，實現(xiàn)對自行車里程 / 速度的計算功能，并用 LED顯示，里程與 速度分別根據(jù)以下公式求得： 騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。里程=脈沖總數(shù)車輪周長速度=車輪周長車輪轉(zhuǎn)一圈所用的時間 根據(jù)此公式將最終顯示出里程和速度。當車輪轉(zhuǎn)

40、動，小磁片滑過霍爾元件時，霍爾 元件輸出一脈沖，可根據(jù)車輪周長計算里程，選擇不同的車輪周長，里程數(shù)的變化有所 不同；當按下開關(guān)，顯示速度時， LED會根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同顯示不同的數(shù)字。 癘騏鏨農(nóng)剎貯獄顥 幗騮。本次設(shè)計電路簡單、低成本，而且能夠滿足人們對高性能、多功能自行車的要求， 可在很多里程 / 速度測量場合使用，具有廣泛的應(yīng)用前景。 鏃鋝過潤啟婭澗駱讕瀘。19參考文獻1 李全利.單片機原理及應(yīng)用技術(shù) M. 北京： 高等教育出版社， 2004.2 樓然苗，李光飛 . 51 系列單片機設(shè)計實例 M. 北京航空航天大學出版社， 2006.3 徐晨，陳繼紅等 . 微機原理及應(yīng)用 M. 北京：高等教育出版社， 2004.4 姜秀英,姜濤等.傳感