基于單片機的自行車測速系統(tǒng)

1、鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 基于單片機的自行車 測速系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 所 屬 系 專 業(yè) 年 級 學(xué) 號 基于單片機的自行車測速系統(tǒng)設(shè)計基于單片機的自行車測速系統(tǒng)設(shè)計摘 要隨著科技的迅速發(fā)展，單片機的應(yīng)用也越來越廣泛，并帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)不斷更新?，F(xiàn)在的里程表大多是電子式的，用數(shù)碼管或液晶顯示器即時顯示，顯示更加直觀。電子式里程表采用接觸車速傳感器代替軟軸傳動,可使里程表的安裝位置不受距離限制，進一步有效地克服了機械式里程表中的諸多不足。方案采用了一種以單片機STC89C52為主控機，使用光電傳感器進行自行車里程、速度測量的裝置。傳感器將不同車速產(chǎn)生的不同頻率的脈沖信號輸入

2、到單片機進行控制與計算，再采用LCD液晶顯示模塊進行顯示，使得自行車的速度與里程數(shù)據(jù)能直觀的顯示給使用者。本設(shè)計主要包括自行車輪脈沖采集、鍵盤輸入和數(shù)據(jù)顯示等部分，主程序用C語言編寫，完成各項功能及數(shù)據(jù)的處理。本里程表的設(shè)計具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，顯示清晰，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。并且可以進行擴充，更方便于使用者。關(guān)鍵詞 光電傳感器，單片機，液晶顯示器，測速The Design of bicycle speed measuring system based on single chip microcomputerABSTRACTWith the rapid development of technol

3、ogy, more and more widespread application of microcomputer, promote the traditional control detection technology constantly updated. Most of the current electronic odometer, and with the LED digital tube or LCD display real-time, display more intuitive. Electronic odometer flexible shaft using the c

4、ontact speed sensor instead of driving, mileage tables can be installed without distance limitations, and further to effectively overcome the mechanical disadvantages of mileage in the table. The plan adopts the system and configuration of combining the microcontroller STC89C52 as the main control c

5、omputer ,using the photoelectric sensor bicycle odometer, speed measuring devices. when Different speed pulse signals of different frequencies produced by sensor are input into the microcontroller,after its calculation, liquid crystal will display the datas, making the bike's speed and distance

6、data visually to the user.The design includes a bike wheel pulse acquisition, keyboard input and data display section, the main program using C language, This paper first needed to "milestones" design of equipment in detail, on the problems existing in the design, explained And then to har

7、dware and software design and implementation of the part made earnest analysis, Then presented system modeling process and the corresponding system based on this model, the control simulation, and the simulation results are compared. KEY WORDS odometer photoelectric sensor, MCU, LCD, Tachometer目 錄摘

8、要IABSTRACTII1 緒論11.1 問題由來11.2 課題現(xiàn)狀11.3 設(shè)計任務(wù)22 方案論證與分析22.1 單片機模塊論證與選擇22.2顯示模塊論證與選擇32.3電源模塊論證與選擇32.4光電測速模塊論證與選擇33 系統(tǒng)硬件設(shè)計43.1光電傳感器模塊43.2 單片機系統(tǒng)部分63.2.1 STC89C52單片機介紹63.2.2 定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)及控制73.3 單片機外圍電路介紹93.3.1 復(fù)位電路93.3.2 晶振電路103.4LCD顯示模塊103.4.1 1602字符型LCD簡介103.4.2 LCD1602的基本參數(shù)及引腳功能113.5 按鍵模塊134 系統(tǒng)軟件設(shè)計144.1 概

9、述144.2總體程序設(shè)計144.3 測量算法概述154.4 中斷子程序的設(shè)計164.5 人機交互設(shè)計175 結(jié)束語18致 謝19參考文獻20附錄1：系統(tǒng)原理圖21附錄2：源程序22IV基于單片機的自行車測速系統(tǒng)設(shè)計1 緒論1.1 問題由來我國是人口大國，也是自行車大國，隨著生活節(jié)奏的不斷加快，自行車已經(jīng)不僅僅是運輸、代步的工具，現(xiàn)在則是代表著綠色、環(huán)保、節(jié)能。因此其輔助功能也變得越來越重要。而且人們希望自行車的娛樂、休閑、鍛煉的功能越來越多，能帶來大家更多的健康與快樂。在這個背景下，自行車測速系統(tǒng)作為自行車的一大輔助工具迅速發(fā)展起來?？茖W(xué)、美觀、合理設(shè)計自行車測速計有一定的實用價值.它能合理計

10、算出速度及公里數(shù),使運動者運動適量,達到健康運動與代步的最佳效果。并且隨著人們生活水平的逐漸提高，人們對于生活質(zhì)量的要求也日益增加，尤其是對健身的要求。自行車在中國普遍作為代步工具。而在國外，自行車卻是一項十分受歡迎的健身運動。因為它無污染，價位低廉，老少皆宜。而且在運動過程中可以充分享受到大自然，對于忙碌的現(xiàn)代人來說，無疑是一種較好的放松方法。在中國這種情況也在慢慢發(fā)生變化。因此愛好自行車運動的人需要一款里程表，以知道自己的運動情況。并根據(jù)外界條件，如溫度，風(fēng)速等進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，已達到最佳運動的效果。而對于自行車運動員來說，最為關(guān)心的莫過于一段時間內(nèi)的訓(xùn)練效果。因為教練要根據(jù)一段時間內(nèi)運動員

11、的訓(xùn)練效果進行評估，從而進行適當?shù)恼{(diào)整已使運動員達到最佳的狀態(tài)。因此需要一種裝置進行對訓(xùn)練中各種參數(shù)的測定記錄。1.2 課題現(xiàn)狀傳統(tǒng)的機械式車速表是由旋轉(zhuǎn)磁場作用于轉(zhuǎn)動盤，使轉(zhuǎn)動盤連同車速表指針發(fā)生同向的偏轉(zhuǎn)。當電磁轉(zhuǎn)矩與彈簧產(chǎn)生的阻力矩平衡時，指針偏轉(zhuǎn)停留在某一角度上。指針偏轉(zhuǎn)角與車速成正比，因而可用其表示車速。機械式車速表的缺陷是明顯的。由于表盤指針偏轉(zhuǎn)程度正比于軟軸的轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的磁力，當轉(zhuǎn)速較低的時候，磁力較小，隨轉(zhuǎn)速變化波動較大。因此，低速時車速表指針擺動劇烈、測量及顯示精度不高。對于發(fā)動機后置的車輛，要將車速表指針的偏轉(zhuǎn)動力由變速箱經(jīng)軟軸等傳至駕駛室，軟軸必然布置的較長，如何將這種長

12、長的轉(zhuǎn)動軟軸從結(jié)構(gòu)上布置妥當，肯定是一件十分困難的事情?，F(xiàn)在的車速表大多是電子式的，用LED數(shù)碼管或LCD顯示，使速度顯示更加直觀。采用接觸車速傳感器代替軟軸傳動,可使車速表的安裝位置不受距離限制,有效地克服了機械式車速表中的諸多不足。電子式車速表更加智能，車速表的功能也更加人性化，如加上了里程累計、超速提醒等功能。本設(shè)計就是針對騎自行車的人們在行進中不能很好的把握自己達到了多大的速度，行駛了多遠的距離而設(shè)計的。以往的里程表只能進行測量速度，里程，時間，溫度等數(shù)據(jù)，雖然能實現(xiàn)很多的功能，但是其中的一些功能不適合自行車業(yè)余愛好者，浪費資源，而且性價比也低，而且也不能很好的把握當前運動量，從而不能

13、很好的實現(xiàn)娛樂和鍛煉的效果。而本設(shè)計卻能實現(xiàn)娛樂和鍛煉的雙重效果，而且相對業(yè)余愛好者性價比更高。1.3 設(shè)計任務(wù) 本設(shè)計要以單片機為核心，通過光電傳感器來檢測自行車的運轉(zhuǎn)情況進而實現(xiàn)電動自行車的速度的測量，最后用液晶顯示器直觀地將速度與里程顯示出來，并且可以設(shè)置車輪周長，從而達到智能化的目的。主要設(shè)計內(nèi)容:（1） 光電傳感器模塊設(shè)計（2） 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計（3） 人機交互設(shè)計2 方案論證與分析2.1 單片機模塊論證與選擇方案一：采用型號為STC89C52的單片機作為主控制器，使用光電傳感器進行測量的自行車測速系統(tǒng)。STC89C52是帶8K字節(jié)閃爍可編程擦除只讀存儲器的低電壓、高性能

14、CMOS8位微處理器【1】,且內(nèi)部集成EEPROM它將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，為許多控制提供了靈活性高且價格低廉的方案。方案二：采用單片機C8051F060作為主控制器，使用霍爾傳感器進行測量的直流電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。C8051F060系列單片機是美國CYGNAL公司推出的一種與51系列單片機內(nèi)核兼容的單片機。C8051F060作為新一代8051單片機，具有功能強大、體積小、工作穩(wěn)定等特點，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。因此選擇方案一。2.2 顯示模塊論證與選擇方案一：采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價格適中,亮度高，顯示數(shù)字合適,但是連接復(fù)雜，耗電流大，驅(qū)動電路復(fù)雜。方案二：

15、采用點陣屏顯示，點陣是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示簡單文字比較適合,如果顯示數(shù)字則浪費資源,而且價格也相對較高。方案三：采用LCD液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,并且連接很方便 ,所以在此設(shè)計中采用了LCD液晶顯示屏。因此選擇方案三。2.3 電源模塊論證與選擇方案一：采用交流220V/50Hz電源轉(zhuǎn)換為直流5V電源作為電源模塊。該方案實施簡單，電路搭建方便，可作為單片機開發(fā)常備電源使用。方案二：采用干電池串并聯(lián)達到5V作為電源模塊。該方案實施簡單，無需搭建電路，但相對該方案不夠穩(wěn)定，電池耗電快，帶負載后壓降過高，可能無法使系統(tǒng)穩(wěn)定持續(xù)運行

16、。方案三：采用可充電鋰電池結(jié)合穩(wěn)壓模塊作為電源模塊。該方案簡單易行，而且相對穩(wěn)定、誤差小，但該方案相對價格過高，針對該設(shè)計要求性價比低。因此選擇方案一。2.4 光電測速模塊論證與選擇方案一：采用普通紅外對管【2】作為測速模塊的核心，該方案體積小，價格合理，可用于測速，但是對于體積太小的遮擋物（自行車條幅）可能會無響應(yīng)。方案二：采用半導(dǎo)體激光器【3】和光敏電阻作為測速模塊的核心,半導(dǎo)體激光器具有發(fā)射方向性好，功率大的特點，因此對體積小的物體也具有很好的響應(yīng)效果。因此選擇方案二。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計本設(shè)計采用的是以半導(dǎo)體激光器和光敏電阻構(gòu)成光電傳感器，以STC89C52作為系統(tǒng)的主控芯片，以LCD16

17、02液晶顯示器進行顯示，按鍵用于調(diào)整車輪周長。圖3-1為系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖。圖3-1 系統(tǒng)硬件框圖3.1 光電傳感器模塊光電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一種器件，各種各樣的形式，如透射式、反射式等，基本原理就是當發(fā)射管光照射到接收管時，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷【4】。以透射式為例，如圖3-2所示，當不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時，開關(guān)管關(guān)斷，否則打開。為此可以制作一個遮光葉片如圖3-3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當扇葉經(jīng)過時，產(chǎn)生脈沖信號。當葉片數(shù)較多時，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。而考慮到實際可操作性以及設(shè)計要求方面，本設(shè)計采用方向性好的半導(dǎo)體激光器取代了傳統(tǒng)的發(fā)光二極管，使用光敏電阻作為感光元件，從

18、而構(gòu)成透射式光電傳感器。圖3-2 光電傳感器的原理圖圖3-3 遮光葉片將光敏電阻安裝在自行車前又的一側(cè)，在同等高度的另一側(cè)安上一個半導(dǎo)體激光器。在同等高度的輻條上貼上一圈黑色材料，并在黑色材料上打上等間距的小孔，這樣當小孔經(jīng)過光敏電阻時，光敏電阻根據(jù)光電流的變化發(fā)出脈沖， 從而測量里程。由于單片機屬于數(shù)字器件，并不能直接對光敏電阻兩端的脈動電壓直接處理，因此需要信號調(diào)理電路對光敏電阻兩端電壓進行處理，得到數(shù)字脈沖信號。圖3-4 光電傳感器模塊如圖3-4所示，三極光9013工作在開光狀態(tài)，當光信號未被遮擋時，光敏電阻阻值降到500歐姆以下，三極管發(fā)射結(jié)電壓低于PN節(jié)導(dǎo)通電壓，三極管處于截止之狀態(tài)

19、，節(jié)點P34輸出高電平。光信號被遮擋時，光敏電阻阻值上升到5K左右，三極管發(fā)射結(jié)電壓高于PN節(jié)導(dǎo)通電壓工作于飽和狀態(tài)，節(jié)點P34輸出低電平。如此反復(fù)便形成了數(shù)字脈沖，便于單片機直接計數(shù)。3.2 單片機系統(tǒng)部分3.2.1 STC89C52單片機介紹 STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

20、 具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。圖3-5為STC89C52引腳圖【5】。

21、圖3-5 STC89C52引腳圖3.2.2 定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)及控制定時/計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個寄存器組成。TMOD是定時/計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設(shè)置溢出標志。定時/計數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖3-6所示： 圖3-6 定時/計數(shù)器結(jié)構(gòu)圖STC89C52單片機定時/計數(shù)器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式；TCON用于控制其啟動和中斷申請【6】。(1) 工作方式寄存器TMOD工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時/計數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如表3-1:表3

22、-1 位號D7D6D5D4D3D2D1D0符號GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0GATE：門控位。GATE0時，以運行控制位TRX(X=0，1)來啟動定時/計數(shù)器運行；GATA1時，要用軟件使TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數(shù)器工作；C/T計數(shù)器模式和定時器模式選擇位C/T=1時，選擇計數(shù)器模式，計數(shù)器對外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脈沖計數(shù)；C/T=0時，選擇定時器模式。M1M0：工作方式設(shè)置位。定時/計數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進行設(shè)置，其工作方式如表3-2所示：表3-2M1 M0 工作方式功能0 0工作方式013位計

23、數(shù)器0 1工作方式116位計數(shù)器 1 0工作方式2自動再裝入8位計數(shù)器 1 1工作方式3定時器0：分成兩個8位計數(shù)器定時器1：停止計數(shù)(2) 控制寄存器TCON TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時/計數(shù)器的啟動和中斷申請。其格式如表3-3：表3-3位D7D6D5D4D3D2D1D0字節(jié)地址：88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請求標志位。T1計數(shù)溢出時由硬件自動置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動清0。T1工作時，CPU可隨時查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測試的標志。TF1也可以

24、用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。TR1（TCON.6）：T1運行控制位。TR1置1時，T1開始工作；TR1置0時，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時/計數(shù)器的啟動與停止。TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請求標志位，其功能與TF1雷同。TR0（TCON.4）：T0運行控制位，其功能與TR1雷同。3.2.3 中斷控制CPU對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。各個中斷控制位地址如表3-5所示【7】：表3-5位76543210字節(jié)地址：88HEAESET1EX1ET0EX0IEEX0(IE.0)，外部中斷0允許位；ET0

25、(IE.1)，定時/計數(shù)器T0中斷允許位； EX1(IE.2)，外部中斷0允許位；ET1(IE.3)，定時/計數(shù)器T1中斷允許位；ES（IE.4)，串行口中斷允許位；EA (IE.7)， CPU中斷允許（總允許）位。3.3 單片機外圍電路介紹3.3.1 復(fù)位電路STC89C52單片機的復(fù)位輸入引腳RST為單片機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RST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(fù)位。只要RST保持高電平，則89C52循環(huán)復(fù)位。只有當RST由高電平變成低電平以后，8

26、9C52才從0000H地址開始執(zhí)行程序。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用上電自動復(fù)位的電路，如圖3-7所示，是常用復(fù)位電路之一。單片機復(fù)位通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動復(fù)位。上電時，剛接通電源，電容C相當于瞬間短路，+5V立即加到RESET端，該高電平使89C51全機自動復(fù)位，這就是上電復(fù)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RESET端從而復(fù)位稱為手動復(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。圖3-7 STC89C52復(fù)位電路3.3.2 晶振電路晶振電路由晶振和兩個負載電容組成。晶振

27、電路部分電路連接如圖3-8所示。圖3-8 晶振電路晶振是給單片機提供工作信號脈沖的，這個脈沖就是單片機的工作速度。比如此系統(tǒng)所用的12MHz晶振，單片機工作速度就是每秒12M。在調(diào)試時要注意將PC串口波特率設(shè)為1200。至于兩個電容的大小，它是根據(jù)晶振廠家提供的晶振要求選值的，換句話說，晶振的頻率就是在它提供負載電容下測得，能最大限度的保證頻率值誤差。兩個電容取值都是相同的，大部分在20-30pF，沒有相同電容的情況下，可以用兩個相差不大電容代替，但不能相差太大，容易造成諧振不平衡，容易造成停振或者干脆不起振【8】。晶振電路在本系統(tǒng)中是并聯(lián)方式，連接在STC89C52的XTAL1和XTAL2引

28、腳。3.4 LCD顯示模塊3.4.1 1602字符型LCD簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以長沙太陽人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。字符型LCD1602通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣。一般1602字符型液晶顯示器實物如圖3-9所示。圖3-9 1602實物圖3.4.2 LCD1602的基本參數(shù)及引腳功能（1）LCD1602類型：LCD1602分為帶背光和不帶背

29、光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如圖3-10所示。圖3-10 1602帶背光與不帶背光差別圖（2） LCD1602主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16×2個字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm（3） LCD1602引腳【9】：LCD1602采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3-6。表3-6 引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正

30、極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電

31、平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。（4） 其與單片機的連接如圖2-14所示：圖3-11 1602與單片機接線圖3.5 按鍵模塊鍵盤是實現(xiàn)人機交互的重要工具，用戶可用計算機向計算機輸入數(shù)據(jù)和指令，本系統(tǒng)采用獨立鍵盤接口，獨立式按鍵是指直接用I/O口線構(gòu)成單個的按鍵電路。每一個獨立式按鍵單獨占用一根I/O口線。獨立式按鍵接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。但每個按鍵都需要占用一根I/O口線，適用于按鍵數(shù)量少的鍵

32、盤。電路中，按鍵輸入低電平有效。按鍵未按時有上拉電阻保證此時輸入為高電平。按鍵接口電路如圖3-12所示。圖3-12 按鍵接口電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 概述在硬件設(shè)計完成之后，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

33、密地結(jié)合在一起【10】。 4.2 總體程序設(shè)計待測信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后加至單片機的P3.4引腳（T0計數(shù)器外部計數(shù)輸入引腳）通過單片機內(nèi)部T0計數(shù)器對信號脈沖計數(shù)。我們可從通過測量知道車輪上兩個過孔之間在圓周上的距離C。而這個距離C正好為計算速度和距離起到了基本的數(shù)據(jù)儲備作用。同時可以從TL0和TH0寄存器知道每秒單片機檢測到的N個脈沖。而C×N所得到的正是這一秒內(nèi)車輪在圓周上所走得距離S。（此時假設(shè)在這個一秒內(nèi)車子是勻速前進的），這樣就可以推算出自行車的線速度V。至于里程的計算，根據(jù)總共的脈沖數(shù)值T乘以車輪上兩個過孔之間在圓周上的距離C即可得到總里程。單片機計算出來的速度和里程的

34、數(shù)據(jù),通過LCD1602顯示模塊顯示。當自行車行駛時,單片機開機經(jīng)過初始化后讀取并且顯示出來,這樣以來用戶可以清楚的知道自己的車子已經(jīng)運行了多少公里了。系統(tǒng)的軟件總流程如下圖4-1所示；圖2-16 主流程圖4.3 測量算法概述速度測量是工控系統(tǒng)中最基本的需求之一，最常用的是用數(shù)字脈沖測量某根軸的轉(zhuǎn)速，再根據(jù)機械比、直徑換算成線速度。脈沖測速最典型的方法有測頻率(M法)和測周期(T法)。M法是測量單位時間內(nèi)的脈數(shù)換算成頻率，因存在測量時間內(nèi)首尾的半個脈沖問題，可能會有2個脈的誤差。速度較低時，因測量時間內(nèi)的脈沖數(shù)變少，誤差所占的比例會變大，所以M法宜測量高速。如要降低測量的速度下限，可以提高編碼

35、器線數(shù)或加大測量的單位時間，使用一次采集的脈沖數(shù)盡可能多。T法是測量兩個脈沖之間的時間換算成周期，從而得到頻率。因存在半個時間單位的問題，可能會有1個時間單位的誤差。速度較高時，測得的周期較小，誤差所占的比例變大，所以T法宜測量低速。如要增加速度測量的上限，可以減小編碼器的脈沖數(shù)，或使用更小更精確的計時單位，使一次測量的時間值盡可能大。設(shè)計中綜合考慮測速精度和系統(tǒng)反應(yīng)時間，本設(shè)計用測量脈沖頻率來計算歷程，因而具有較高的測距精度。在計算里程時取了自行車的理想狀態(tài)。實際中，誤差控制在幾米之內(nèi)，相對于整個里程來說不是很大。另外，還應(yīng)盡量保證其他子模塊在編程時的通用性和高效性。4.4 中斷子程序的設(shè)計

36、定時中斷是為滿足定時或計數(shù)的需要而設(shè)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。定時/計數(shù)器控制寄存器TCON是8位寄存器，地址為88H，。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。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)。中斷子程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2中斷子程序流程圖4.5 人機交互設(shè)計

37、液晶顯示是本設(shè)計的難點，為了讓顯示的內(nèi)容更豐富，顯示更合理，根據(jù)設(shè)計要求，需要顯示速度、里程、車輪周長，實際顯示效果如下圖4-3所示：圖4-3 顯示實際效果第一行顯示的是速度V(rad/s),緊接著是車輪周長（CM），第二行是里程（M）。兩個按鍵用于調(diào)整車輪周長，S1增加，S2減小，車輪周長單位是CM。階段里程是指本次自行車所走過的路程，階段平均速度為階段里程與階段時間的比值，軟件編程的主要變量為：階段行駛里程（m）、階段時間、階段平均速度（m/s）、總里程（km或m）。5 結(jié)束語經(jīng)過14周的辛勤努力，學(xué)習(xí)了光電傳感器測速原理及相關(guān)器件的性能特點與用法等知識，查閱了關(guān)于單片機的各方面的資料，實

38、現(xiàn)了“基于單片機的自行車測速系統(tǒng)設(shè)計”的基本要求。所設(shè)計的系統(tǒng)具有以下功能：1.設(shè)計采用STC89C52單片機作為測量轉(zhuǎn)速的主CPU芯片，系統(tǒng)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單合理，成本低，實時性好。2.測速系統(tǒng)采用半導(dǎo)體激光器光敏電阻作為光電傳感器，具有頻率響應(yīng)快，抗干擾能力強等特點。光電感器的輸出信號經(jīng)信號調(diào)理后，通過單片機對連續(xù)脈沖計數(shù)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量，充分利用了單片機的內(nèi)部資源，有很高的性價比。3.采用LCD1602顯示測速值，直觀、穩(wěn)定，易于實現(xiàn)，該顯示方式可以推廣到其他工程應(yīng)用領(lǐng)域。4.測速系統(tǒng)的功能還有待進一步擴充，如判別轉(zhuǎn)速方向的能力，電路布局和抗干擾方面還有很大的提升空間。致 謝時光匆匆如流水，

39、轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時節(jié)，春夢秋云，聚散真容易。畢業(yè)論文的完成也隨之進入了尾聲。當我在電腦上敲出了最后一個字，心中涌現(xiàn)的不是想象已久的歡欣，卻是難以言喻的失落。是的，隨著論文的終結(jié)，意味著我生命中最純美的學(xué)生時代即將結(jié)束，盡管百般不舍，這一天終究會在熙熙攘攘的喧囂中決絕的來臨。在做作品的日子里得到了指導(dǎo)教師的悉心指導(dǎo)，特此向指導(dǎo)教師趙明冬致以誠摯的感謝。也感謝其他提供相關(guān)技術(shù)幫助的老師和同學(xué)，你們支持和鼓勵給了我們完成這份作品的信心和動力。在此深表謝意。最后，我要向在百忙之中抽時間對本文進行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位師長表示感謝！參考文獻1王福瑞單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全M北京航空航天大學(xué)出

40、版社，1999:4-92邵群濤，徐余法電機及拖動基礎(chǔ)M機械工業(yè)出版社，2002:250-2693馬西秦自動檢測技術(shù)M機械工業(yè)出版社，2001:210-2304徐麗萍自行車測速儀J南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，20105余永權(quán)，汪明慧，黃英單片機在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用M電子工業(yè)出版社，20036 李剛，林凌. 新概念單片機教程M.天津大學(xué)出版社，20077張毅剛.單片機原理及應(yīng)用M.高等教育出版社，2003:120-1248雷玉堂.光電檢測技術(shù)（第2版）M.中國計量出版社，2009:254-2599郭培源，付揚.光電檢測技術(shù)與應(yīng)用M.北京航空航天大學(xué)出版，2006:221-22410楊路明.C語言程序設(shè)

41、計M.北京郵電大學(xué)出版社，2005:1-711王為青，程國鋼.單片機Keil C51應(yīng)用開發(fā)技術(shù)M.人民郵電出版社，2007:31-38附錄1：系統(tǒng)原理圖附錄2：源程序#include<reg52.h>#include <intrins.h>#define uint unsigned int #define uchar unsigned char void delay(uint z) uint a,b; for(a=z;a>0;a-) for(b=60;b>0;b-);sbit LcdRs= P20;sbit LcdRw= P21;sbit LcdEn =

42、P22;#define DBPort P0#define LCD_COMMAND 0#define LCD_DATA 1#define LCD_CLEAR_SCREEN0x01#define LCD_HOMING 0x02void LCD_Write(bit style, unsigned char input) LcdRs=style;LcdRw=0;DBPort=input;delay(5);LcdEn=1;delay(5);LcdEn=0;#define LCD_SHOW0x04#define LCD_HIDE0x00 #define LCD_CURSOR0x02#define LCD_

43、NO_CURSOR0x00 #define LCD_FLASH0x01#define LCD_NO_FLASH0x00 void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode) LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x08|DisplayMode);#define LCD_AC_UP0x02#define LCD_AC_DOWN0x00#define LCD_MOVE0x01#define LCD_NO_MOVE0x00void LCD_SetInput(unsigned char InputMode)LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x04|InputMode);void LCD_Initial()LcdEn=0;LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38);delay(5);LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38);delay(5); LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR);delay(5);LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN);delay(5);LCD_SetInpu