基于单片机自行车测速专业系统设计.doc

摘 要伴随居民生活水平不停提升，大家对于生活质量要求也日益增加，尤其是对健身要求。自行车不再仅仅是一般运输、代步工具，而是成为大家娱乐、休闲、锻炼首选。自行车速度里程表能够满足大家最基础需求，让大家能清楚地知道目前速度、里程等物理量。而对于自行车运动员来说，最为关心莫过于一段时间内训练效果。因为教练要依据一段时间内运动员训练效果进行评定，从而进行合适调整已使运动员达成最好状态。所以爱好自行车运感人十分学要一款能测速装置，以知道自己运动情况。并依据外界条件，如温度，风速等进行合适调整，已达成最好运动效果。 关键词：单片机、LED显示、里程/速度、霍尔元件第一章系统总方案分析和设计1.1 课题关键任务及内容本课题关键任务是利用霍尔元件、单片机等部件设计一个可用LED数码管实时显示里程和速度自行车速度里程表。本文关键介绍了自行车速度里程表设计思想、电路原理、方案论证和元件选择等内容，整体上分为硬件部分设计和软件部分设计。本文首先扼要对该课题任务进行方案论证，包含硬件方案和软件方案设计；继而具体介绍了自行车速度里程表硬件设计，包含传感器选择、单片机选择、显示电路设计；然后叙述了该自行车速度里程表软件设计，包含数据处理子程序设计、显示子程序设计；最终对此次设计进行了系统总结。具体硬件电路包含AT89C52单片机、霍尔元件和LED显示电路等。软件设计包含：中止子程序设计，里程计算子程序设计，显示子程序设计。软件采取汇编语言编写，软件设计思想关键是自顶向下，模块化设计，各个子模块逐一设计。 1.2 任务分析和实现本设计任务是：以通用AT89C52单片机为处理关键，用传感器将车轮转数转换为电脉冲，进行处理后送入单片机。里程及速度测量，是经过AT89C52定时/计数器测出总脉冲数和每转一圈时间，再经过单片机计算得出，其结果经过LED显示器显示出来。本系统总体思绪以下：假定轮圈周长为L，在轮圈上安装m个永久磁铁，则测得里程值最大误差为L/m。经综合分析，本设计中取m=1。当轮子每转一圈，经过开关型霍尔元件传感器采集到一个脉冲信号，并从引脚P3.2中止0端输入，传感器每获取一个脉冲信号即对系统提供一次计数中止。每次中止代表车轮转动一圈，中止数n和周长L乘积为里程值。计数器T1计算每转一圈所用时间t，就能够计算出即时速度v。当里程键按下时，里程指示灯亮，LED切换显示目前里程;当速度键按下时，速度指示灯亮，LED切换显示目前速度。要求达成各项指标及实现方法以下：1. 利用霍尔传感器产生里程数脉冲信号。2. 对脉冲信号进行计数。实现：利用单片机自带计数器T1对霍尔传感器脉冲信号进行计数。3. 对数据进行处理，要求用LED显示里程总数和即时速度。实现：利用软件编程，对数据进行处理得到需要数值。最终实现目标：自行车速度里程表含有里程、速度测试和显示功效，采取单片机作控制，显示电路可显示里程及速度。第二章系统关键单元模块和速度算法概述2.1 传感器选型方案一、光电传感器。光电传感器是应用很广泛一个器件，多种多样形式，如透射式、反射式等，基础原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。以透射式为例，图2-1所表示，当不透光物体挡住发射和接收之间间隙时，开关管关断，不然打开。为此能够制作一个遮光叶片图2-2所表示，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。当叶片数较多时，旋转一周能够取得多个脉冲信号。图2-1 光电传感器原理图图2-2 遮光叶片将光敏电阻安装在自行车前又一侧，在相同高度另一侧安上一个高亮度发光二极管。在相同高度辐条上贴上一圈黑色材料，并在黑色材料上打上等间距小孔，这么当小孔经过光敏电阻时，光敏电阻依据光电流改变发出脉冲， 从而测量里程。方案二、光电编码器光电编码器工作原理和光电传感器一样，不过它已将光电传感器、电子电路、码盘等做成一个整体，只要用连轴器将光电传感器轴和转轴相连，就能取得多个输出信号。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度装置和设备中。将旋转编码器安装在车轴上，这么每当车轮转过一定距离编码器就会发出一个脉冲。利用脉冲数对里程进行测量。方案三、霍尔传感器霍尔传感器是对磁敏感传感元件，常见于开关信号采集有CS3020、CS3040、A04E等，这种传感器是一个3端器件，外形和三极管相同，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用很方便。图2-3 霍尔元件和磁钢实际图使用霍尔传感器取得脉冲信号，其机械结构也能够做得较为简单，只要在转轴圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不停地产生脉冲信号输出。假如在圆周上粘上多粒磁钢，能够实现旋转一周，取得多个脉冲输出, 单片机依据脉冲数来计算里程。霍尔元件和磁钢图2-3所表示。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前能够先手动靠近一下传感器，假如没有信号输出，能够换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。光敏电阻对光尤其敏感，当白天行驶时，外界光敏电阻对光尤其敏感，当白天行驶时，外界光源造成光敏电阻发犯错误信号；光敏电阻对环境要求相当高，假如光敏电阻或发光二极管被泥沙或灰尘所覆盖，光敏电阻就不能再进行测量；在雾天和雨天光敏电阻测量效果也不好。而编码器必需安装在车轴上，这么安装就会给用户带来很多不便。霍尔元件不受天气影响，即便被泥沙或灰尘覆盖对测量也不会有任何影响。由霍尔元件加整形电路组成霍尔开关系统，含有输出响应快，数字脉冲性能好，安装方便，性能可靠，不受光线、泥水等原因影响，价格廉价优点。所以本设计采取方案三霍尔传感器。2.2 单片机选型本设计用89C52单片机设计自行车里程/速度计。AT89C52是51系列单片机一个型号，它是ATMEL企业生产。 一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes可反复擦写Flash只读程序存放器和256 bytes随机存取数据存放器（RAM），器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存放单元，功效强大AT89C52单片机可为您提供很多较复杂系统控制应用场所。 AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中止口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52能够根据常规方法进行编程,但不能够在线编程(S系列才支持在线编程)。其将通用微处理器和Flash存放器结合在一起，尤其是可反复擦写Flash存放器可有效地降低开发成本2.3 显示模块选型单片机系统中常见显示器有：发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器等。在这里因为单片机测速系统比较简单，所以只考虑LED显示器和LCD显示器。LED显示器工作方法有两种静态显示方法和动态显示方法。方案一 LED静态显示器：静态显示特点是每个数码管段选必需接一个8位数据线来保持显示字形码。当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。这种方法优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。LED动态显示器：动态显示特点是将全部位数码管段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。这么一来，就没有必需每一位数码管配一个锁存器，从而大大地简化了硬件电路。选亮数码管采取动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮番向各位数码管送出字形码和对应位选，利用发光管余辉和人眼视觉暂留作用，使人感觉仿佛各位数码管同时全部在显示，给人印象就是一组稳定显示数据，不会有闪烁感。动态显示亮度比静态显示要差部分，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中。 方案二 用液晶显示器LCD显示信息。LCD显示器工作原理就是利用液晶物理特征；通电时排列变得有序，使光线轻易经过；不通电时排列混乱，阻止光线经过，说简单点就是让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。 LCD好处有：和CRT显示器相比，LCD优点关键包含零辐射、低功耗、散热小、体积小、图像还原正确、字符显示锐利等。LED背光源技术能够大幅度提升电视画面对比度和色彩表现力，同时含有节能环境保护等很多优点，势必成为未来电子显示技术发展趋势。LED技术含有很显著三大优势。第一，它显示色彩愈加丰富，色彩数量可超出现在传统CCFL冷阴极荧光管背光灯1倍以上；第二，LED背光源亮度能够伴随画面亮度进行主动调整，可节能30%以上；第三，LED背光源不含铅和汞等有毒有害物质，是真正绿色环境保护光源。本课题选择LED动态显示器。2.4 算法概述假定轮圈周长为L，在轮圈上安装m个永久磁铁，则测得里程值最大误差为L/m。经综合分析，本设计中取m=1。当轮子每转一圈，经过开关型霍尔元件传感器采集到一个脉冲信号，并从引脚P3.2中止0端输入，传感器每获取一个脉冲信号即对系统提供一次计数中止。每次中止代表车轮转动一圈，中止数n和周长L乘积为里程值。计数器T1计算每转一圈所用时间t，就能够计算出即时速度v。第三章系统硬件设计3.1 单片机主控电路3.1.1 单片机概述单片机就是在一块半导体硅片上集成了微处理器（CPU），存放器（RAM,ROM,EPROM）和多种输入、输出接口（定时器 /计数器，并行I/O口，串行口，A/D转换器和脉宽调制器PWM等），这么一块集成电路芯片含有一台计算机属性，所以被称为单片微型计算机，简称单片机。单片机是此次设计关键部件，它是信号从采集到输出桥梁，而且包含计算、定时、信息处理等功效。现在，单片机被广泛应用于测控系统、工业自动化、智能仪表、集成智能传感器、机电一体化产品、家用电器领域、办公自动化领域、汽车电子和航空航天器电子系统和单片机多机系统等领域。在设计中选择是AT89C52单片机。单片机因为将CPU、内存和部分必需接口集成到一个芯片上，而且面向控制功效将结构作了一定优化，所以它有通常芯片不含有特点：1. 体积小、重量轻；2. 电源单一、功耗低；3. 功效强、价格低；4. 全部集成在一块芯片上，布线短、合理；本设计用89C52单片机设计自行车里程/速度计。AT89C52是51系列单片机一个型号，它是ATMEL企业生产。 一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes可反复擦写Flash只读程序存放器和256 bytes随机存取数据存放器（RAM），器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存放单元，功效强大AT89C52单片机可为您提供很多较复杂系统控制应用场所。 (背景色)AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中止口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52能够根据常规方法进行编程,但不能够在线编程(S系列才支持在线编程)。其将通用微处理器和Flash存放器结合在一起，尤其是可反复擦写Flash存放器可有效地降低开发成本。 AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不一样产品需求。 本设计选择AT89C52单片机，AT89C52是一个低功耗、高性能CMOS 8位微控制器。使用Atmel企业高密度非易失性存放器技术制造，可和工业AT89C51产品指令和引脚完全兼容。 AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes可反复擦写Flash只读程序存放器和256 bytes随机存取数据存放器（RAM），器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存放单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛应用。关键功效特征1、兼容MCS51指令系统 2、8k可反复擦写(大于1000次）Flash ROM； 3、32个双向I/O口； 4、256x8bit内部RAM； 5、3个16位可编程定时/计数器； 6、时钟频率0-24MHz； 7、2个串行中止，可编程UART串行通道； 8、2个外部中止源，共5个中止源； 9、2个读写中止口线，3级加密位； 10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功效； 11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等多个封装形式，以适应不一样产品需求。单片机内部结构示意图图3-1所表示。定时/计数器中止系统CPU存放器并行I/O口串口I/O口TXDTXDRXDTINTP0-P3 图3-13.1.2 单片机引脚功效介绍AT89C52是美国ATMEL企业生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K Bytes可反复擦写只读程序存放器（EPROM）和256 字节随机存取数据存放器（RAM），器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术生产，和标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存放单元，功效强大，AT89C52单片机适合于很多较为复杂控制场所应用。图3-2 AT89C52引脚图AT89C52提供以下标准功效：8K字节Flash闪速存放器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，5个中止源，一个全双工串行通信口，片内含有振荡器立即钟电路。AT89C52管脚图图2.3所表示。AT89C2051芯片20个引脚功效为： 1. Vcc：电源电压。 2. P1口：P1口是一8位双向I/O口。P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器同相输入(AIN0)和反相输入（AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。当引脚P1.2P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部上拉电阻而流出电流(IIL)。 P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。 3. P3口：P3口P3.0P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻七个双向I/0引脚。P3.6用于固定输入片内比较器输出信号而且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸收20mA电流。用作输入时,被外部拉低P3口引脚将用上拉电阻而流出电流(IIL)。 P3口还用于实现AT89C2051多种功效,以下表3-3所表示。P3口还接收部分用于闪速存放器编程和程序校验控制信号。 4. RST：复位输入。RST一旦变成高电平,全部I/O引脚就复位到“1”。当振荡器正在运行时,连续给出RST引脚两个机器周期高电平便可完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。5. XTAL1：作为振荡器反相放大器输入和内部时钟发生器输入。 6. XTAL2：作为振荡器反相放大器输出。 表3-3 P3口功效P3口引脚功效P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5RXD(串行输入端口)TXD(串行输出端口)INT0(外中止0)INT1(外中止1)TO(定时器0外部输入)T1(定时器1外部输入)3.1.3 单片机中止系统介绍中止是指当计算机实施正常程序时，系统中出现一些急需处理事件，CPU临时中止目前途序，转去实施服务程序，以对发生更紧迫事件进行处理，待处理结束后，CPU自动返回原来程序实施AT89C52系列单片机系统有5个中止源，2个优先级，可实现二级中止服务嵌套。由片内特殊功效寄存器中中止许可寄存器IE控制CPU是否响应中止请求；由中止优先级寄存器IP安排各优中止源优先级；同一优先级内各终端同时提出中止请求时，由内部查询逻辑确定其响应次序。采取外部中止方法包含外部中止0和外部中止1，它们中止请求信号分别由单片机引脚/P3.2和/P3.3输入。外部中止请求有两种信号方法：电平触发方法和脉冲触发方法。电平触发方法中止请求是低电平有效。只要在和引脚上出现有效低电平时，就激活外部中止方法。脉冲触发方法中止请求则是脉冲负跳变有效。在这种方法下，在两个相邻机器周期内，和 引脚电平发生改变，即在第一个机器周期内为高电平，第二个机器周期内为低电平，就激活外部中止。由此可见，在脉冲方法下，中止请求信号高电平和低电平状态全部应最少维持一个机器周期，以使CPU采样到电平状态改变，此次设计所采取触发方法为脉冲触发方法。3.1.4 单片机定时器/计数器功效介绍AT89C52单片机定时器/计数器工作由两个特殊功效寄存器控制。TMOD用于设置其工作方法；TCON用于控制其开启和中止请求。1.工作方法寄存器TMOD工作方法寄存器TMOD用于设置定时/计数器工作方法。GATE：门控制。GATE=0时，只要用软件使TCON中TR0或TR1为1，就能够开启定时/计数器工作；GATE=1时，要用软件TR0或TR1为1，同时外部中止引脚或也为高电平时，才能开启定时/计数器工作。C/：定时/计数模式选择位。C/=0为定时模式；C/=1时为计数模式。M1M2：工作方法设置位。定时/计数器有4种工作方法，由M1M2进行设置。此次设计TMOD为90H，即选通定时/计数器为1、定时功效、工作方法1.工作方法为16位定时/计数器。2.控制寄存器TCONTF1（TCON.7）定时/计数器T1溢出中止请求标志位。定时/计数器T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。CPU响应中止后TF1由硬件自动清零。T1工作时，CPU可随时查询TF状态。所以，TF1可用作查询测试标志。TF1也能够用软件置1或清零，同硬件置1或清零效果一样。TR1（TCON.6）定时/计数器T1运行控制位。TR1置1时，定时/计数器T1开始工作；TR1置0时，定时/计数器T1停止工作。TR1由软件置1或清0。TF0（TCON.5）定时/计数器T0溢出中止请求标志位。TR0（TCON.4）定时/计数器T0运行控制位。3.2 霍尔传感器测温原理在信号脉冲发生源上，本系统采取是开关型霍尔传感器。以磁场作为媒介，利用霍尔传感器能够检测多个物理量，如位移、振动、转速、加速度、流量、电流、电功率等。它不仅能够实现非接触测量，而且采取永久磁铁产生磁场，不需附加能源。另外霍尔传感器尺寸小、价格廉价、应用电路简单、性能可靠，所以取得极为广泛应用。除了直接利用霍尔传感器外，还利用它开发出多种派生传感器。金属或半导体薄片两个端面通以控制电流Ic，并在薄片垂直方向上施加磁感应强度为B磁场，则在垂直于电流和磁场方向上将产生电势Uh，称为霍尔电势或霍尔电压(图l所表示)。霍尔电势Uh=KhIcB(其中Kh为霍尔元件灵敏度，它和所用材料及几何尺寸相关)。这种现象称为霍尔效应，而用这种效应制成元件称为霍尔元件。因为霍尔元件输出电压信号较小，而且有一定温度误差，现在已较少直接使用霍尔元件作传感器。霍尔传感器原理图图3-4所表示。图3-4 霍尔传感器磁场效应本系统采取开关型霍尔传感器A04E。开关型霍尔传感器是一个集成传感器，它内部含有霍尔元件、放大器、稳压电源、带一定滞后特征比较器及集电极开路输出部分等，图3-5所表示。 图3-5 开关型霍尔传感器内部结构图开关型霍尔传感器工作特征图3-6 所表示。图3-6 开关型霍尔传感器工作特征当外加磁感应强度超出动作点Bop时，传感器输出低电平，但磁感应强度降到动作点Bop以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRE时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop和Bre之间滞后(或称为回差)使开关动作更为可靠。 图3-7 霍尔传感器检测转速示意图霍尔传感器检测转速示意图3-7以下。在非磁材料圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘周围。圆盘每转动一圈霍尔传感器便输出一个脉冲。经过单片机测量产生脉冲频率，就能够得出圆盘转速。一样道理，依据圆盘(车轮)转速，再结合圆盘周长就是计算出物体位移。假如要增加测量位移精度，能够在圆盘(车轮)上多增加多个磁钢。因为传感器内部为集电极开路输出，所以需外接一个上拉电阻，其阻值和电源电压大小相关，通常取12k，图3-8所表示。图3-8 传感器输出电路3.3 存放器电路AT24C02是美国ATMEL企业低功耗CMOS串行EEPROM，它是内含2568位存放空间，含有工作电压宽（2.55.5V）、擦写次数多（大于10000次）、写入速度快（小于10ms）等特点。AT24C021、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片硬件地址。在AT89C2051试验开发板上它们全部接地，第8脚和第4脚分别为正、负电源。第5脚SDA为串行数据输入/输出，数据经过这条双向I2C总线串行传送，在AT89C2051试验开发板上和单片机P3.5连接。第6脚SCL为串行时钟输入线，在AT89C2051试验开发板上和单片机P3.6连接。SDA和SCL全部需要和正电源间各接一个5.1K电阻上拉。第7脚需要接地。AT24C02中带有片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存放单元读写。全部字节均以单一操作方法读取。为降低总写入时间，一次操作可写入多达8个字节数据。AT24C02是CMOS2048位串行E2PROM，在内部组织成2568位。AT24C02特点是含有许可在简单二线总线上工作串行接口和软件协议。在本设计中用芯片AT24C02SDA端和单片机P3.7口相连，SCL端和单片机P3.5口相连。因为在这个I2C总线上只有一个器件，所以把AT24C02地址设为000，即把A0、A2、A3全部接地。单片机计算出来里程数据经过SDA、SCL向AT24C02输送数据。单片机首先向AT24C02发送写信号，当确定后从单片机内部数据储存单元提取数据然后向AT24C02内部地址传送数据。当显示里程时，单片机首先向AT24C02发送读信号，然后确定后，单片机从AT24C02内部地址向单片机读出单元字节读出数据，供显示所用。和单片机接口图3-9所表示。图3-9 AT24CO2和单片机接口电路3.4 74LS74芯片此次设计中采取驱动数码管芯片为74LS244，74LS244为三态输出八位缓冲器和线驱动器，若单片机输出口直接接显示部分电路，则电流太小，会造成显示部分不能正常工作。所以在单片机输出口先接入驱动芯片74LS244，增大电流，使LED能够正常工作。其逻辑图图3-10所表示，能够看出74LS244由2组组成、每组由四路输入、输出组成。每组有一个控制端高或低电平决定该组数据被接通还是断开。图3-10 74LS244逻辑图74LS74是D触发器一个,它是一个含有记忆功效二进制信息存放器件，是组成多个时序电路最基础逻辑单元。触发器含有两个稳定状态，即“0”和“1”，在一定外界信号作用下，能够从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。因为其状态更新发生在CP脉冲边缘故又称之为上升沿触发边缘触发器，D触发器状态只取决于时针到来前D端状态。引脚图图3-11所表示。 图3-11 74LS74引脚图在本题目中74LS74芯片起分频作用。当车轮每转一圈，霍尔传感器输出一个低电平脉冲，经过74LS74进行二分频后，定时器T1开启时间为车轮转1圈时间，这么就能够算出自行车速度。分频前后对比图图3-12所表示。tt00vv霍尔输出圈脉冲二分频后波形图3-12 分频前后对比图由图可见，二分频后波形高或地电平时间恰好是霍尔传感器开关一个周期，霍尔传感器输出脉冲到，即P3.2口接收到对圈数计数脉冲。经74LS74二分频后信号输入到，内部定时计数器测得每转一圈所用时间，经过计算即可得里程值和即时速度。3.5 时钟电路设计时钟是单片机心脏，单片机各功效部件运行全部是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。所以，时钟频率直接影响单片机速度，时钟电路质量也直接影响单片机系统稳定性。AT89C52片内由一个反相放大器组成振荡器，能够由它产生时钟。常见时钟电路有两种方法，一个是内部时钟方法，另一个为外部时钟方法。本设计采取前者。单片机内部有一个用于组成振荡器高增益反相放大器，该高增益反相放大器输入为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和电容，就组成一个稳定自激振荡器。单片机内部时钟方法振荡电路图3-13所表示。图3-13单片机片内振荡电路电路中电容C1和C2常选择为30PF左右。对外接电容值即使没有严格要求，但电容大小会影响振荡器高低、振荡器稳定性、起振快速性和温度稳定性。而外接晶体振荡频率大小，关键取决于单片机工作频率范围，每一个单片机全部有自己最大工作频率，外接晶体振荡频率小于单片机最大工作频率即可。另外，假如单片机有串行通信，则应该选择振荡频率除以串行通信频率能够除尽晶体。本设计晶振采取12MHz，故计数周期为1us。3.6 复位电路设计AT89C52单片机复位输入引脚RET为AT89C52提供了初始化手段。有了它能够使程序从指定处开始实施，即从程序存放器中0000H地址单元开始实施程序。在89C52时钟电路工作后，只要在RET引脚上出现两个机器周期以上高电平时，单片机内部则初始复位。只要RET保持高电平，则89C52循环复位。只有当RET由高电平变成低电平以后，89C52才从0000H地址开始实施程序。本系统复位电路是采取按键复位电路，图3-14所表示，是常见复位电路之一。单片机复位经过按动按钮产生高电平复位称手动复位。上电时，刚接通电源，电容C相当于瞬间短路，+5V立即加到RET/VPD端，该高电平使89C52全机自动复位，这就是上电复位；若运行过程中需要程序从头实施，只需按动按钮即可。按下按钮，则直接把+5V加到了RET/VPD端从而复位称为手动复位。复位后，P0到P3并行I/O口全为高电平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器状态不确定。图3-14 按键复位电路工作原理：通电瞬间，RC电路充电，RST引脚出现高电平，只要RST端保持24ms以上高电平，就能使单片机有效地复位。3.7 显示电路设计本设计中采取LED数码管显示。在单片机系统中，通常见LED数码显示器来显示多种数字或符号。因为它含有显示清楚、亮度高、使用电压低、寿命长特点，所以使用很广泛。八段LED显示器由8个发光二极管组成。其中7个发光二极管组成字型“8”各个笔画段，另一个小数点为dp发光二极管。LED显示器有两种不一样形式：一个是发光二极管阳极全部连在一起，称之为共阳极LED显示器；另一个是发光二极管阴极全部连在一起，称之为共阴极LED显示器。图3-15所表示。此次设计采取共阴极接法。LED显示方法有动态显示和静态显示两种方法。本系统采取动态扫描显示接口电路，动态显示接口电路是把全部显示器8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器公共极COM各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字型码时，全部显示器接收到相同字型码，但到底是哪个显示器亮，则取决于COM端。也就是说我们能够采取分时方法，轮番控制各个显示器COM端，使各个显示器轮番点亮。在轮番点亮扫描过程中，每位显示器点亮时间是极为短暂（约1ms），因为人视觉暂留现象及发光二极管余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描速度足够快，给人印象就是一组稳定显示数据，不会有闪烁感。图3-15 七(八)段LED显示器本设计P2.0、P2.1、P2.2、P2.3信号一起组成位选通位选信号，P0.0P0.7信号一起组成段码选通段选信号，经过软件编程，先把所要显示数据放入存放单元，然后把数据送入段选通对应地址，再选通某一个LED，逐步完成四个LED显示。第四章 系统软件设计4.1 概述在硬件设计完成以后，接下来就是设计中最关键和最为关键软件部分设计。所谓软件设计就是把软件需求变换成软件具体设计方案（即模块结构）过程。模块化结构设计即是依据要求和硬件设计结构，将整个系统功效分成很多小功效模块，再依据这些小功效模块进行程序编写过程。这么设计方法，使得系统整个功效和各部分功效趋于明朗化。当系统出现问题，就能够依据功效设置找出问题根源，从而愈加快地处理问题。所以说，在整个设计过程中，软件设计必需和硬件设计紧密地结合在一起。 基于霍尔传感器自行车速度里程表软件设计包含中止子程序、里程调用子程序、LED显示子程序等几大部分。因为要实现很多功效，所以采取模块化设计，下面就其关键部分分别加以分析。4.2 总体程序设计在主程序模块中，需要完成对各接口芯片初始化、自行车里程和速度初始化、中止向量设计和开中止、循环等候等工作。另外，在主程序模块中还需要设置开启/清除标志寄存器、里程寄存器、速度寄存器，并对它们进行初始化。然后主程序将依据各标志寄存器内容，分别完成开启、清除、计程和计速等不一样操作。P1.0和P1.1口分别用于显示里程状态和速度状态。P1.2、P1.3、P1.6和P1.7口分别用于设置轮圈大小，低电平有效。P3.0是用于里程和速度切换，低电平为显示速度，高电平为显示里程。中止0是对轮子圈数计数输入，轮子每转一圈，霍尔传感器输出一个低电平脉冲。将依据里程寄存器中内容计算和判定出行驶里程数。中止1用于控制订时器T1启/停，当输入为0时关闭定时器。此控制信号是将轮子圈数计数经二分频后形成。这么，每次定时器T1开启时间刚好为转一圈时间，依据轮子周长就能够计算出自行车速度。其程序步骤图4-1所表示。开始初始化P1.2=1?NP1.3=1?P1.6=1?P1.7=1?犯错提醒将车圈周长调入21H开中止，开启定时器P3.0=1?调用里程处理子程序调用速度处理子程序NNNYYYYNY图4-1 主程序步骤图系统程序设计以下：$INCLUDE (REG52.INC)DISPBUFEQU59H ;显示缓冲区从5AH开始SecCounEQU58HSpCounEQU56H;速度计时器单元57H和58H，高位在前（57H单元中）CountEQU55H;显示时计数器SpCalcbit00h;要求计算速度标志，该位为1则主程序进行速度计算，然后清该位HiddenEQU16;消隐码ORG0000HAJMPSTARTORG1BHJMPTIMER1;定时中止1入口ORG30HSTART:MOVSP,#5FH;设置堆栈MOVP1,#0FFHMOVP0,#0FFHMOVP2,#0FF H;初始化，全部显示器、LED灭MOVTMOD,#00010101B;定时器T1工作于方法1，定时器0工作方法1，计数器MOVTH1,#HIGH(65536-3686)MOVTL1,#LOW(65536-3686)SETBTR1SETBET1;开定时器1中止SETBEALOOP:JNBSpCalc,LOOP;假如未要求计算，转本身循环;标号： 功效：双字节二进制无符号数乘法;入口条件：被乘数在R2、R3中，乘数在R6、R7中。;出口信息：乘积在R2、R3、R4、R5中。;影响资源：PSW、A、B、R2R7 堆栈需求： 字节MOVR2,SpCounMOVR3,SpCoun+1MOVR6,#0MOVR7,#5;测得数值是每秒计数值，转为分（每一转测12次，故乘5而非60）CALLMULDSEND:MOVSBUF,R2SLP1:JBCTI,SN1;是否送完？AJMPSLP1SN1:MOVSBUF,R3SLP2:JBCTI,SN2AJMPSLP2SN2:MOVSBUF,R4SLP3:JBCTI,SN3AJMPSLP3SN3:MOVSBUF,R5SLP4:JBCTI,SN4AJMPSLP4SN4:;标号： 功效：双字节十六进制整数转换成双字节码整数;入口条件：待转换双字节十六进制整数在R6、R7中。;出口信息：转换后三字节码整数在R3、R4、R5中。;影响资源：PSW、A、R2R7 堆栈需求： 字节MOVA,R4MOVR6,AMOVA,R5MOVR7,A;将乘得结果送R6R7准备转换，这里结果不可能超出2字节CALLHB2MOVDISPBUF,R3;最高位MOVA,R4;ANLA,#0F0H;去掉低4位SWAPA;将高4位切换到低4位MOVDISPBUF+1,AMOVA,R4ANLA,#0FHMOVDISPBUF+2,AMOVA,R5ANLA,#0F0HSWAPAMOVDISPBUF+3,AMOVA,R5ANLA,#0FHMOVDISPBUF+4,ACLRSpCalc;清计算标志JMPLOOP4.3 中止子程序设计定时中止是为满足定时或计数需要而设置。在单片机内部有两个定时/计数器，以对其中计数结构进行计数方法，来实现定时或计数功效。当结构发生计数溢出时，即表明定时时间或计数值已满，这时就以计数溢出信号作为中止请求，去置位一个溢出标志，作为单片机接收中止请求标志。这种中止请求是在单片机芯片内部发生，所以无须在芯片上设置引入端。定时/计数器控制寄存器TCON是8位寄存器，地址为88H，能够位寻址。其高4位用于定时/计数器中止控制，低4位借给外部中止，用做中止标志和触发方法选择位。本设计采取定时中止，对自行车里程和速度进行计数。中止子程序步骤图图4-2所表示。关中止开始现场保护开中止中止处理关中止现场恢复开中止中止返回图4-2中止子程序步骤图4.4 里程计算子程序外部中止0服务程序用于对单片机P3.2口输入圈数脉冲进行计数，为十六进制计数器。60H为低位，62H为高位。每次计数一次后，对里程数据进行一次存放操作。当车轮每转一圈，经过霍尔元件将脉冲数输入单片机内，经过计数器计出脉冲数，再用乘法子程序算出里程数。里程处理子程序步骤图图4-3所表示。开始点亮里程指示将车圈数转换成里程显示里程值返回 图4-3 里程处理子程序步骤图4.5 显示子程序设计采取动态扫描显示接口电路，动态显示接口电路是把全部显示器8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器公共极COM各自独立地受I/O线控制。