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基于AT89C52单片机的自行车里程与速度计的设计.docx
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1、自行车里程与速度计的设计本论文主要阐述一种基于单片机的自行车里程/速度计的设计。主要分为三个部分:硬件设计,软件设计和模拟仿真。硬件设计以AT89C52单片机为核心,主要包括复位电路、显示电路、时钟电路、报警电路的设计。本设计采用霍尔传感器测量自行车转速脉冲, 经处理后由LED数码管显示,最多可超速时发出光、语音报警提示。软件设计主要是通过单片机编程软件Keil C设计计算自行车行驶里程和实时速度的程序,以及速度和里程的显示程序;模拟仿真是利用仿真软件Proteus对所设计的硬件电路和程序进行测试。本论文对设计当中所需元件作了详细介绍,对设计中存在的问题进行了说明,而后对硬件和软件部分的设计和
2、实现作了认真的分析,并在此基础上进行了控制仿真。本设计具有结构简单,成本低廉,显示清晰,稳定可靠等优点。关键词:AT89C52单片机;LED;霍尔传感器THE DESIGN OF ODOMETER AND VELOCITY GAUGEThis paper mainly tells the design of odometer and velocity gauge on bicycles based on MCU.There are three part in the thesis:hardware design,software design and simulation.The hardwa
3、re design use with the core of AT89C52 as controler, includes the designs of Reset circuit, display circuit, clock circuit and alarm circuit.which hall sensor is usued to measure the pulse of rotating speed of the wheel,which is displayed by LED after processing,being able to display four figures.Th
4、e alarm circuit can give a light or sound alarm when there is an overspeed or no perimeter input.The software design mostly includes the design of program on caculating the mileage and real-time speed of the bicycle with Keil C as The simulation is finished by testing the designed hardware circuit a
5、nd program with the simulation software Proteus.This paper introduces the demanded components of the design in details,explaining the existing problems in the design,and seriously analyzes the design of both hardware and software,then takes the simulation here on the basis.This design can guarantee
6、the precision measurement precision and owns high real-time performance on the basis of the system resource saving and the process of programming. it has a simple strcture, that is low cost, clear display, stable and reliable. AT89C52;LED;hall sensor目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题背景、发展及意义11.2 系统设计概述11.3
7、 任务分析与实现12 自行车里程速度计的设计方法与原理32.1 硬件方案设计32.2 软件方案设计52.3 仿真软件63 自行车里程速度计的硬件设计73.1 概述73.2 单片机的选型73.2.1 AT89C52 单片机总体结构73.2.2 AT89C52中断系统介绍93.2.3 AT89C52与其他单片机的比较103.3 霍尔传感器的选型113.3.1 霍尔传感器 A44E123.3.2 A44E的测试特性123.3.3 A44E芯片的引脚及功能133.3.4 A44E的磁输入检测133.4 LED显示器133.4.1 LED的显示方法143.5 单片机外围电路的设计153.5.1 时钟电路
8、与复位电路153.5.3 报警电路的设计163.6 总体电路原理图174 自行车里程/速度计的软件设计与仿真194.1 自行车里程/速度计的主程序设计194.2 中断子程序的设计204.3 显示子程序的设计214.4 利用Proteus软件进行系统仿真22总 结25参考文献26附录1 自行车周长值27致谢291.1 课题背景、发展及意义随着居民生活水平的不断提高,自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具,其辅助功能也变得越来越重要。因此,人们希望自行车的娱乐、休闲、锻炼的功能越来越多,能带给大家更多的健康和快乐。在这个背景下,自行车里程表与速度表作为自行车的一大辅助工具迅速发展起来。科学、美观、
9、合理设计自行车里程表与速度表有一定的实用价值,它能合理计算出速度及里程数,让人们清楚的知道当前的速度、里程等,使运动者运动适量,达到健康运动与代步的最佳效果。由于单片机具有体积小、功能强、性价比高等特点,把单片机应用于里程/速度表的控制中,可完成对里程/速度的计算和控制的要求。采用单片机控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点,1.2 系统设计概述本次里程/速度计的设计以AT89C52单片机为主要控件,利用霍尔元件传感器检测自行车轮圈的转数,通过计算和转换,由LED数码管以KM、M/S显示里程、速度。里程只显示当次行驶的路程。速度大于40KM/h时报警提示。本里程/速度计的设计具有结构简单,
10、价格低廉,实时显示,稳定可靠等特点。并且还可以扩充,加入E2PROM存储器芯片,则可以实现全部行驶里程的显示。1.3 任务分析与实现本设计的任务是:以通用的MCS-51单片机为处理核心,用传感器将车轮的转数转换为电脉冲,送入单片机。里程及速度的测量,是通过MCS-51的定时器测出总脉冲数和每转一圈所用的时间,再经过单片机的计算得出,其结果通过LED数码管显示出来。本设计的总体思路是:2.1 硬件方案设计测速,首先要解决的是采样和时间的问题。使用单片机进行测速,可以使用简单的脉冲计数,只要轮轴每旋转一圈,产生一个或固定的多个脉冲,将脉冲送入单片机进行计算,即可获得转速信息。常用的测速元件有霍尔传
11、感器、光电传感器和光电编码器光电传感器对光特别敏感,当白天行驶时,外界光源将导致光敏电阻发出错误信号,而且光敏电阻对环境的要求相当高,如果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准确测量;而编码器必须安装在车轴上,安装比较复杂;霍尔传感器或干簧管不但不受天气的影响,即使被泥沙或灰尘所覆盖也不会有影响,而且安装方便。所以本设计采用霍尔元件对里程与速度进行测量,既简单易行,又经济适用。使用霍尔传感器获得脉冲信号,其机械结构也可以做得较为简单,只要在转轴的齿轮盘上粘上一粒磁钢,霍尔元件固定在前叉上,当车轮转动时霍尔元件靠近磁钢,就有信号输出。如果在齿轮盘上粘上多粒磁钢,就可以实现
12、车轮转动一周,获得多个脉冲输出。在年磁钢时要注意,霍尔传感器对磁感方向敏感,粘之前可以先手动接近一下传感器,如果没有信号输出,可以换一个方向试试。这种传感器不怕灰尘、油污,在工业现场应用广泛。时间可以由单片机的定时功能确定。图2-1 单片机内部结构示意图1)中央处理器(CPU)中央处理器是单片机的最核心部件,主要完成运算和控制功能。2)内部存储器内部存储器包括内部数据存储器(内部RAM)和内部程序存储器(ROM),存储器是由大量的寄存器所组成,其中每一个寄存器就称为一个存储单元。3)定时/计数器单片机的定时器和计数器是同一结构,只是计数器记录的是单片机外部发生的事件,由单片机外部电路提供计数信
13、号;而定时器是由单片机内部提供的一个非常稳定的计数信号。4)中断系统中断系统在计算机中起着十分重要的作用,是现代计算机系统中广泛采用的一种实时在技术,能对突发事件进行及时处理,从而大大提高系统的实时性能。5)串行I/O接口串行I/O接口的数据各位按顺序传输,其特点是需要一对传输线,成本低,但速度慢,效率低,适合静态显示。6)并行I/O接口并行I/O接口的数据所有位同时传输。其特点是传输速度快,效率高;但传输多少位就需要多少根传输线,因此传送成本高,适合动态显示。单片机由于将CPU、内存和一些必要的接口集成在一个芯片上,并且面向控制功能将结构作了一定的变化,所以它具有一般芯片不具有的特点:1)体
14、积小、重量轻;2)电源单一、功耗低;3)功能强、价格低;4)全部集成在一块芯片上,布线短、合理;5)数据大部分在单片机内部传送,运行速度快、抗干扰能力强、可靠性高。目前,单片机被广泛的应用于测控系统、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、汽车电子与航空航天电子系统以及单片机的多机系统领域。显示主要用LED显示器。LED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件,也可称为数码管。显示器常作为单片机系统中最简单的输出设备,用以显示单片机系统的运行结果与运行状态等。常用的显示器主要有LED数码显示器、LCD液晶显示器和CRT显示器。由于它具有显示清晰、亮度高
15、、使用电压低、寿命长的特点,因此使用非常广泛。单片机系统中通常使用8段LED数码显示器,其外形及引脚如图2-2所示。图2-2 LED数码显示器由图可见8段LED显示器由8个发光二极管组成。其中7个长条形的发光二极管排列成“日”字形,另一个圆点形的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数点用,通过不同的组合可用来显示不同的数字,包括AF等英文字母和小数点“”等字样。 LED显示器有两种不同的形式:一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的,称为共阳极LED显示器,如图2-3所示;另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的,称为共阴极LED显示器。如图2-4所示。 图 2-3共阴极图2-4 共阳极共阴和共
16、阳结构的LED显示器各笔划段名和安排位置是相同的,当二极管导通时,相应的笔划段发亮,由发亮的笔划段组合从而显示各种字符。8个笔划段dpgfedcba对应于1B(8位)的D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0,于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。2.2 软件方案设计随着单片机开发技术的不断发展,从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发,单片机的开发软件也在不断发展,Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件,Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案。可以模拟51系列单片机及派生产品的片内部件,支持软件模拟
17、和用户系统实时调试两种功能。在这个环境下,可以完成编辑、汇编、编译、仿真与调试等整个开发流程。Keil既可以对汇编语言源程序进行汇编,也可以对C51语言源程序编译。通过软件控制单片机的功能是单片机的主要特点和优点,程序的设计要考虑合理性和可行性,遵循模块化设计原则,采用自顶向下的设计方法。模块化设计使程序的可读性好、修改及完善方便。软件设计包括主程序、延时子程序、中断服务子程序、显示子程序以及行车过程速度和里程计算子程序等。2.3 仿真软件Proteus嵌入式系统仿真与开发平台是目前世界上最先进、最完整的的嵌入式系统设计与仿真平台。它是一种可视化的支持多种型号单片机,并且支持与当前流行的单片机
18、开发环境连接调试的软硬件仿真系统。Proteus除了具有和其他EDA工具一样的原理图、PCB自动或人工布线及电路仿真功能外,针对微控制系统与外设的混合电路的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真也做到了一体化和互动效果,是目前电子设计爱好者广泛使用的的电子线路设计与仿真软件Protel和Multisim功能的联合进一步扩展。是目前唯一能够对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EAD工具,真正实现了在没有目标原型时就可对系统进行设计、测试与验证。Proteus软件由ISIS和ARES两个软件构成,其中ISIS是一款便捷的电子系统仿真平台软件,ARES是一款高级的布线编辑软件。Proteus支持许多通用
19、的微控制器,如PIC系列、AVR系列、8051系列等;同时它还支持ARD、PLD及各种外围芯片的仿真,如基于HD44780芯片的字符LCD、RAM等;具有单步运行、断点设置等调试功能;能与常用编译器如Keil、IAR、Proton等协同调试;有直流电流表/电压表、交流电压表/电流表、示波器逻辑分析仪、频率计等虚拟仪器,为仿真中的测量记录提供了方便;支持图形化分析功能,具有频率特性、傅里叶分析等图形方式,可将仿真曲线精美地绘制出来。Proteus针对微处理器的仿真方面,不仅可以进行硬件仿真,甚至可以进行软件仿真,即Proteus可直接在基于原理图的虚拟原型上编程,并实现软件代码级的调试,同时配合
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