自行車車速里程測量儀設(shè)計

1、摘要摘要本文介紹了用 89C52 單片機設(shè)計自行車里程/速度計，運用單片機的運算和控制功能，并采用數(shù)碼管實時顯示所測速度和里程的速度里程計設(shè)計方案，用分頻器 TC4024 實現(xiàn)二分頻，用來探討 24C01 傳感器的用途，通過實用電路的設(shè)計來掌握速度及里程傳感器的使用方法及一些性能參數(shù)。本系統(tǒng)含了電子電路技術(shù)，以及常用的 AT89C52 單片機工作原理，通過本系統(tǒng)的設(shè)計，把它們倆者有機結(jié)合。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：AT89C52 數(shù)碼管 TC4024 24C01 傳感器 自行車里程/速度計的設(shè)計作者： 第 2 頁共 15 頁目 錄1 緒 論.32 AT89C52 單片機.42.1 AT89C52 單片機簡

2、介 .42.2 AT89C52 的管腳及其含義 .43 TC4024.64 24C01 芯片.64.1 24C01 簡介.64.2 24C01 的特性：.75 硬件電路的設(shè)計.85.1 系統(tǒng)硬件電路 .85.2 系統(tǒng)的工作原理.86 軟件設(shè)計.96.1 系統(tǒng)內(nèi)存的規(guī)劃.96.2 系統(tǒng)的主要程序設(shè)計.97 系統(tǒng)調(diào)試.117.1 硬件調(diào)試 .117.2 軟件調(diào)試.128 結(jié) 論.14自行車里程/速度計的設(shè)計作者： 第 3 頁共 15 頁1 1 緒 論傳感器，英文名字為 Sensor 或 Transducer，亦稱換能器、變換器。在科技迅速發(fā)展的今天，傳感器越來倍受重視。在日常生活、航天、航空，常規(guī)

3、武器、交通運輸，機械制造、化工、生物醫(yī)學工程、自動化檢測工程及計量等各項領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用6。目前，傳感器已向新材料開發(fā)，集成化、智能化、數(shù)字化、新工藝，高精度化及高穩(wěn)定、高可靠化等技術(shù)發(fā)展。特別是霍爾傳感器，鑒于它的價廉、易于使用，使它廣泛運用于里程計、速度計等6。單片微型計算機簡稱單片機，又稱微控制器，特別適用于控制領(lǐng)域。通常單片機由單塊集成電路構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本部件：CPU（中央處理器） ，存儲器和 I/O 接口電路等。因此，單片機只需要與適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可以成為一個單片機控制系統(tǒng)4。目前，場上銷售的單片機有 4 位、8、16 位、32 位，并且單片機朝著高性能多種

4、方向發(fā)展，尤其是 8 位單片機以經(jīng)成為當前單片機的主流，主要體現(xiàn)在 CPU功能增強、內(nèi)部資源增多、引腳的功能化、低電壓和低功好耗化上4。單片機因為其體積小、功能強，可靠性高，靈活方便等優(yōu)點，所以可以用于各個領(lǐng)域，對各行各業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代起到重要的推動作用。本人經(jīng)過學習，用 AT89C52 設(shè)計了一個自行車里程/速度計。本設(shè)計可輪流顯示自行車行使的里程和速度, 采用 TC4024 芯片作為計數(shù)器以及 2C401 存儲數(shù)據(jù)，3 個單級共陰數(shù)碼管作為顯示系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有超速信響提醒功能，里程數(shù)據(jù)自動記憶，也可應(yīng)用于電動自行車、摩托車、汽車等機動車儀表上。2 AT89C52 單片機2.12.

5、1 AT89C52 單片機簡介本設(shè)計選用 AT89C52 單片機，AT89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，可與工業(yè) AT89C51自行車里程/速度計的設(shè)計作者： 第 4 頁共 15 頁 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。2.22.2 AT89C52 的管腳及其含義5AT89C52 的管腳及各管腳含義如下： 圖 2.2 89C52 管腳圖各引腳功能說明：VCC電源電壓；GND接地； P0 口P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電

6、路，對端口 P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用； 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻； 在 FLASH 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻； P1 口P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電自行車里程/速度計的設(shè)計作者： 第 5 頁共 15 頁阻把端口拉到高電平，此時可作輸出口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一

7、個電流； 與 AT89C51 不同之處是，P1.0 和 P1.1 還可分別作為定時/計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX） ； FLASH 編程和程序校驗期間，P1 接收低 8 位地址； P1.0 和 P1.1 的第二功能：P1.0 T2（定時/計數(shù)器 2 外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出 ；P1.1 T2EX（定時/計數(shù) 2 捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）； P2 口P2 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口 P2 寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，

8、作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流； 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容； FLASH 編程或校驗時，P2 亦接收高位地址和一些控制信號； P3 口P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流； P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，

9、更重要的用途是它的第二功能：P3.0 RXD(串行輸入口) P3.1 TXD(串行輸出口) P3.2 INTO(外中斷 0) P3.3 INT1(外中斷 1) P3.4 TO(定時/計數(shù)器 0) 自行車里程/速度計的設(shè)計作者： 第 6 頁共 15 頁P3.5 T1(定時/計數(shù)器 1) P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) 此外，P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗的控制信號； RST復(fù)位輸入。當振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位； ALE/PROG當訪問外部程存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）

10、輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖； 對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）； EA 端為高電平（接 Vcc端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。3 TC4024 本程序采用 TC4024 芯片，它是一個 7 位的計數(shù)器，計數(shù)器具有分頻的作用，它包含有 14 個管腳，其 7 腳接地，14 腳接+5V，1 腳接 AT89C52 的 INT0，即12 腳,在系統(tǒng)中此芯片起到了二分頻的作用。4 24C0

11、1 芯片4.14.1 24C01 簡介 24C01 是一個 1K 位串行 CMOS EEPROM，內(nèi)部含有 128 個 8 位字節(jié)，CATALYST 的先進 CMOS 技術(shù)實際上減少了器件的功耗，24C01 是一個 8 位字節(jié)頁寫緩沖器，該器件通過 I2C 總線接口進行操作，即此芯片采用 I2C 協(xié)議進行讀寫數(shù)據(jù)。有一個專門的寫保護功能。24C01 是 I2C 接口的，但標準 51 是不帶 I2C 接口的，串口方式 0 是不行的，需要用 IO 模擬，所以隨便接兩個 IO 都可以，而且都要接上拉電阻，大概幾 K自行車里程/速度計的設(shè)計作者： 第 7 頁共 15 頁就行了，因為不是總線方式，所以不

12、能用 MOV 指令，也不能用 SBUF，要判斷是否為滿，可以在程序里設(shè)個變量。在這里要注意 E2P 芯片的壽命（一般是讀寫 100 萬次，足夠了） 。 存儲數(shù)據(jù)的時候，可以對操作數(shù)和存儲的數(shù)據(jù)進行比較，不相等則存儲，這樣可以增加使用壽命，比有些每隔 1 秒鐘進行存儲的會好多了。以下是 24C01 的管腳圖：圖 4.1 管腳圖表 3.1 24C01 的管腳描述管腳名稱功能A0、A1、A2器件地址選擇SDA串行數(shù)據(jù)/地址SCL串行時鐘WP寫保護VCC+1.8V6.0V 工作電壓VSS接地4.24.2 24C01 的特性：24C01 芯片具有以下特性：1. 與 400KHZ 的 I2C 總線兼容；2

13、. +1.8-6.0V 工作電壓范圍；自行車里程/速度計的設(shè)計作者： 第 8 頁共 15 頁3. 低功耗 CMOS 技術(shù)；4. 寫保護功能：當 WP 為高電平時進入寫保護狀態(tài)；5. 頁寫緩沖器；6. 自定時擦寫周期；7. 1，000，000 編程擦除/周期；8. 可保存數(shù)據(jù) 100 年；9. 8 腳 DIP、SOIC、TSSOP 封裝；10 溫度范圍：商業(yè)級、工業(yè)級和汽車級。5 硬件電路的設(shè)計5.15.1 系統(tǒng)硬件電路 自行車里程/速度計能自動顯示自行車行駛的總里程數(shù)及行車速度，具有超速信響提醒功能，里程數(shù)據(jù)自動記憶，也可應(yīng)用于電動自行車、摩托車、汽車等機動車儀表上。其硬件電路原理圖如圖 5.

14、1。圖 5.1 系統(tǒng)原理圖自行車里程/速度計的設(shè)計作者： 第 9 頁共 15 頁5.25.2 系統(tǒng)的工作原理本設(shè)計能實時地將所測的速度與累計里程數(shù)顯示出來,主要是將 24C01 傳感器輸入到單片機的脈沖信號，將頻率實時地測量出來，然后通過單片機計算出速度和里程,再將所得的數(shù)據(jù)存儲到 TC4024 芯片中，通過 AT89C52 單片機計算出來的速度和里程的數(shù)據(jù)，必須通過 BCD 碼的轉(zhuǎn)換才能輸出給數(shù)碼管。最后由共陰數(shù)碼管顯示所測速度與里程。 自行車里程/速度計采用 AT89C52 單片機作控制，速度及里程傳感器采用霍爾元件，其電器原理圖如圖 5.1 所示。P0 口和 P2 口用于七段 LED 顯

15、示器的段碼及掃描輸出，在顯示里程時，第三位小數(shù)點用 17 腳 P3.7 口控制點亮。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。P3.0 口的開關(guān)用于確定顯示的方式，當開關(guān)閉合時，顯示速度；打開時顯示里程。第 12 腳外中斷 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地電平脈沖。第 13 腳外中斷 1 用于控制定時器T1 的啟停，當輸入為 0 時關(guān)閉定時器。此控制信號是將輪子圈數(shù)的計數(shù)脈沖經(jīng)二分頻后形成（見圖 5.1） ，這樣，每次定時器 T1 的開啟時間剛好為轉(zhuǎn)一圈的時間。根據(jù)輪子的周長

16、就可以計算出自行車的速度。P1.4 和 P1.5 口用于 EEPROM 存儲器 24C01 的存取控制。11 腳輸出用于速度超速時的報警。6 軟件設(shè)計6.16.1 系統(tǒng)內(nèi)存的規(guī)劃 由于本系統(tǒng)處理功能較多，因而一部分內(nèi)存單元用于特定的用處。其主要內(nèi)存單元用處如下：50H:EEPROM 器件尋址字節(jié)存放單元；51H:EEPROM 傳送字節(jié)數(shù)存放單元；30H:EEPROM 發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖單元；40H:EEPROM 讀出數(shù)據(jù)存放單元；自行車里程/速度計的設(shè)計作者： 第 10 頁共 15 頁0A0H:EEPROM 尋址字節(jié)字節(jié)寫；0A1H:EEPROM 尋址字節(jié)字節(jié)讀；62 H:DPTR 計數(shù)器擴展高 8

17、 位；6C H:定時器 T1 計數(shù)器擴展高 8 位；6D H:定時器 T1 計數(shù)器擴展高 816 位；60 H、61 H、62 H：里程計數(shù)單元；68 H、69 H、6A H、6B H：存放自行車每圈時間數(shù)；70 H、71 H、72 H、73 H：顯示 BCD 碼數(shù)據(jù)存放用；11 H15 H：存放被除數(shù)；16 H19 H：存放除數(shù)。 6.26.2 系統(tǒng)的主要程序設(shè)計 1. 初始化程序在本系統(tǒng)初始化程序中，主要完成以下工作：將 T1 設(shè)為外部控制定時器方式；外中斷 0 及外中斷 1 設(shè)為邊沿觸發(fā)方式；將部分內(nèi)存單元清零；設(shè)置輪子 周長值；開中斷及定時器；將 EEPROM 中的數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存等。 2

18、. 輪圈設(shè)置出錯處理程序 P1.2、 P1.3、 P1.6、P1.7 端口的開關(guān)用于設(shè)定輪子的周長，當沒有設(shè)定時（至少讓一個開關(guān)閉合） ，能從 P3.1 口輸出一個周期為 0.5S 的方波信號，用作發(fā)光管閃爍及信響器提醒。3. 主程序主程序根據(jù) P3.0 的開關(guān)狀態(tài)選擇里程或速度顯示，其流程圖如圖 6.2 所示。自行車里程/速度計的設(shè)計作者： 第 11 頁共 15 頁圖 6.2 主程序流程圖4.里程計數(shù)程序（外中斷 0 服務(wù)程序） 外中斷 0 服務(wù)程序用于對 12 腳輸入的圈脈沖進行計數(shù)，為十六進制計數(shù)器。60H 為低位，62H 為高位。每計數(shù)一次后，對里程數(shù)據(jù)進行一次存儲操作。5.外中斷 1

19、 服務(wù)程序外中斷 1 服務(wù)程序用于處理輪子轉(zhuǎn)動一圈后計時數(shù)據(jù)。當標志位（00H）為 1 時，說明計數(shù)器溢出，放入最大時間值（為#0FFH）;當標志位為 0 時，將計數(shù)單元（TL1、TH1、6CH、6DH）的值放入 68H6BH 單元。6.EEPROM 存取程序本系統(tǒng)使用歸一化 I2C 串口存取子程序，使用一條數(shù)據(jù)線和時鐘線，采用 ATMEL 公司的 24C01 串口存儲器，應(yīng)用簡單方便。自行車里程/速度計的設(shè)計作者： 第 12 頁共 15 頁7.顯示子程序當顯示里程時，先要將圈數(shù)計數(shù)器中的數(shù)據(jù)進行運算，求出總里程。當要 顯示速度時，要將輪子的這周長和轉(zhuǎn)一圈的時間數(shù)相除，然后換算成 Km/h 單

20、位。最后放入 70H73H,進行數(shù)據(jù)顯示。7 系統(tǒng)調(diào)試 要完成一個產(chǎn)品的設(shè)計，有很多紛繁復(fù)雜的步驟和過程，其中最為重要和最為關(guān)鍵的就是系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試的步驟和方法有很多。本人也看過不少，在這次系統(tǒng)調(diào)試的中調(diào)試的過程我充分的發(fā)揮了仿真器的作用。7.1 硬件調(diào)試 硬件的焊接是一個比較繁瑣的過程，繁瑣的地方在于 3 個單聯(lián)數(shù)碼管的連接，線路較多，在焊接時要特別的細心，在焊接完成并燒入程序之后通電發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不亮，檢查了好幾遍，電路無焊沒有錯誤，于是我就懷疑可能是數(shù)碼管的問題，拿去貝爾（學院的社團）測試沒問題，數(shù)碼管并沒有燒壞。在插入芯片時要特別注意不能把芯片插反，否則就會把芯片燒掉；也要 注意極性電容的

21、方向，長的腳為正，短的為負，不能把負的接+5V，正的接地；在焊接三極管時也要注意其三個管腳的排布，還有為保護三極管不被燒換，所以 3 個三極管要各自接一個限流電阻（這里為 4.7K） 。7.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試是調(diào)試的重點，同時也是出錯最多的地方；在整個軟件調(diào)試調(diào)試過程中我采取先部分后整體的調(diào)試方法。在整個程序的編寫調(diào)試過程中我首先調(diào)試的是數(shù)碼管顯示系統(tǒng)，為此我編寫了以下一段程序用于數(shù)碼管顯示調(diào)試，要求數(shù)碼管顯示0、1、2。 ORG 0000H自行車里程/速度計的設(shè)計作者： 第 13 頁共 15 頁 MAIN: MOV P2, #0FFH MOV P0, 0C0H MOV P2, #0FEH A