基于单片机的自行车测速专业系统设计.doc

摘 要
随着居民生活水平不断提高，人们对于生活质量规定也日益增长，特别是对健身规定。自行车不再仅仅是普通运送、代步工具，而是成为人们娱乐、休闲、锻炼首选。自行车速度里程表可以满足人们最基本需求，让人们能清晰地懂得当前速度、里程等物理量。而对于自行车运动员来说，最为关怀莫过于一段时间内训练效果。由于教练要依照一段时间内运动员训练效果进行评估，从而进行恰当调节已使运动员达到最佳状态。因而兴趣自行车运动人十分学要一款能测速装置，以懂得自己运动状况。并依照外界条件，如温度，风速等进行恰当调节，已达到最佳运动效果。

核心词：单片机、LED显示、里程/速度、霍尔元件

第一章系统总方案分析与设计
1.1 课题重要任务及内容
本课题重要任务是运用霍尔元件、单片机等部件设计一种可用LED数码管实时显示里程和速度自行车速度里程表。本文重要简介了自行车速度里程表设计思想、电路原理、方案论证以及元件选取等内容，整体上分为硬件某些设计和软件某些设计。
本文一方面扼要对该课题任务进行方案论证，涉及硬件方案和软件方案设计；继而详细简介了自行车速度里程表硬件设计，涉及传感器选取、单片机选取、显示电路设计；然后阐述了该自行车速度里程表软件设计，涉及数据解决子程序设计、显示子程序设计；最后对本次设计进行了系统总结。
详细硬件电路涉及AT89C52单片机、霍尔元件以及LED显示电路等。
软件设计涉及：中断子程序设计，里程计算子程序设计，显示子程序设计。软件采用汇编语言编写，软件设计思想重要是自顶向下，模块化设计，各个子模块逐个设计。
1.2 任务分析与实现
本设计任务是：以通用AT89C52单片机为解决核心，用传感器将车轮转数转换为电脉冲，进行解决后送入单片机。里程及速度测量，是通过AT89C52定期/计数器测出总脉冲数和每转一圈时间，再通过单片机计算得出，其成果通过LED显示屏显示出来。
本系统总体思路如下：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，通过开关型霍尔元件传感器采集到一种脉冲信号，并从引脚P3.2中断0端输入，传感器每获取一种脉冲信号即对系统提供一次计数中断。每次中断代表车轮转动一圈，中断数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，就可以计算出即时速度v。当里程键按下时，里程批示灯亮，LED切换显示当前里程;当速度键按下时，速度批示灯亮，LED切换显示当前速度。
规定达到各项指标及实现办法如下：
1. 运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：运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. 对数据进行解决，规定用LED显示里程总数和即时速度。
实现：运用软件编程，对数据进行解决得到需要数值。
最后实现目的：自行车速度里程表具备里程、速度测试与显示功能，采用单片机作控制，显示电路可显示里程及速度。

第二章系统重要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。
光电传感器是应用非常广泛一种器件，各种各样形式，如透射式、反射式等，基本原理就是当发射管光照射到接受管时，接受管导通，反之关断。以透射式为例，如图2-1所示，当不透光物体挡住发射与接受之间间隙时，开关管关断，否则打开。为此可以制作一种遮光叶片如图2-2所示，安装在转轴上，当扇叶通过时，产生脉冲信号。当叶片数较多时，旋转一周可以获得各种脉冲信号。

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，在同等高度另一侧安上一种高亮度发光二极管。在同等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，这样当小孔通过光敏电阻时，光敏电阻依照光电流变化发出脉冲， 从而测量里程。
方案二、光电编码器
 光电编码器工作原理与光电传感器同样，但是它已将光电传感器、电子电路、码盘等做成一种整体，只要用连轴器将光电传感器轴与转轴相连，就能获得各种输出信号。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目的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，这样每当车轮转过一定距离编码器就会发出一种脉冲。运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，惯用于开关信号采集有CS3020、CS3040、A04E等，这种传感器是一种3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出普通是集电极开路（OC）门输出，工作电压范畴宽，使用非常以便。

图2-3 霍尔元件和磁钢实际图
使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械构造也可以做得较为简朴，只要在转轴圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关接近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得各种脉冲输出，单片机依照脉冲数来计算里程。霍尔元件和磁钢如图2-3所示。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一种方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。
光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光源导致光敏电阻发出错误信号；光敏电阻对环境规定相称高，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测量；在雾天和雨天光敏电阻测量效果也不好。而编码器必要安装在车轴上，这样安装就会给顾客带来诸多不便。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构成霍尔开关系统，具备输出响应快，数字脉冲性能好，安装以便，性能可靠，不受光线、泥水等因素影响，价格便宜长处。因此本设计采用方案三霍尔传感器。
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系列单片机一种型号，它是ATMEL公司生产。 一种低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes可重复擦写Flash只读程序存储器和256 bytes随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储技术生产，兼容原则MCS-51指令系统，片内置通用8位中央解决器和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
　　AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同步内含2个外中断口，3个16位可编程定期计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规办法进行编程,但不可以在线编程(S系列才支持在线编程)。其将通用微解决器和Flash存储器结合在一起，特别是可重复擦写Flash存储器可有效地减少开发成本
2.3 显示模块选型
单片机系统中惯用显示屏有：发光二极管LED显示屏、液晶LCD显示屏等。在这里由于单片机测速系统比较简朴，因此只考虑LED显示屏和LCD显示屏。LED显示屏工作方式有两种静态显示方式和动态显示方式。
方案一 LED静态显示屏：静态显示特点是每个数码管段选必要接一种8位数据线来保持显示字形码。当送入一次字形码后，显示字形可始终保持，直到送入新字形码为止。这种办法长处是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。缺陷是硬件电路比较复杂，成本较高。LED动态显示屏：动态显示特点是将所有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。这样一来，就没有必要每一位数码管配一种锁存器，从而大大地简化了硬件电路。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应位选，运用发光管余辉和人眼视觉暂留作用，使人感觉好像各位数码管同步都在显示，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某些，因此在选取限流电阻时应略不大于静态显示电路中。
方案二 用液晶显示屏LCD显示信息。
LCD显示屏工作原理就是运用液晶物理特性；通电时排列变得有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，制止光线通过，说简朴点就是让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。 LCD好处有：与CRT显示屏相比，LCD长处重要涉及零辐射、低功耗、散热小、体积小、图像还原精准、字符显示锐利等。
LED背光源技术可以大幅度提高电视画面对比度和色彩体现力，同步具备节能环保等诸多长处，势必成为将来电子显示技术发展趋势。LED技术具备非常明显三大优势。第一，它显示色彩更加丰富，色彩数量可超过当前老式CCFL冷阴极荧光管背光灯1倍以上；第二，LED背光源亮度可以随着画面亮度进行积极调节，可节能30%以上；第三，LED背光源不含铅和汞等有毒有害物质，是真正绿色环保光源。本课题选用LED动态显示屏。
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，通过开关型霍尔元件传感器采集到一种脉冲信号，并从引脚P3.2中断0端输入，传感器每获取一种脉冲信号即对系统提供一次计数中断。每次中断代表车轮转动一圈，中断数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，就可以计算出即时速度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解决器（CPU），存储器（RAM,ROM,EPROM）和各种输入、输出接口（定期器 /计数器，并行I/O口，串行口，A/D转换器以及脉宽调制器PWM等），这样一块集成电路芯片具备一台计算机属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。
单片机是本次设计核心部件，它是信号从采集到输出桥梁，并且涉及计算、定期、信息解决等功能。当前，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、汽车电子与航空航天器电子系统以及单片机多机系统等领域。在设计中选用是AT89C52单片机。
单片机由于将CPU、内存和某些必要接口集成到一种芯片上，并且面向控制功能将构造作了一定优化，因此它有普通芯片不具备特点：
1. 体积小、重量轻；
2. 电源单一、功耗低；
3. 功能强、价格低；
4. 所有集成在一块芯片上，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系列单片机一种型号，它是ATMEL公司生产。 一种低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes可重复擦写Flash只读程序存储器和256 bytes随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储技术生产，兼容原则MCS-51指令系统，片内置通用8位中央解决器和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 (背景色)
　　AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同步内含2个外中断口，3个16位可编程定期计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规办法进行编程,但不可以在线编程(S系列才支持在线编程)。其将通用微解决器和Flash存储器结合在一起，特别是可重复擦写Flash存储器可有效地减少开发成本。
　　AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品需求。
本设计选用AT89C52单片机，AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，可与工业AT89C51 产品指令和引脚完全兼容。
AT89C52是一种低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes可重复擦写Flash只读程序存储器和256 bytes随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储技术生产，兼容原则MCS-51指令系统，片内置通用8位中央解决器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛应用。
重要功能特性
1、兼容MCS51指令系统 　
2、8k可重复擦写(不不大于1000次）Flash ROM； 　　
3、32个双向I/O口； 　　
4、256x8bit内部RAM； 　　
5、3个16位可编程定期/计数器； 　　
6、时钟频率0-24MHz； 　
7、2个串行中断，可编程UART串行通道； 　　
8、2个外部中断源，共5个中断源； 　　
9、2个读写中断口线，3级加密位； 　　
10、低功耗空闲和掉电模式，软件设立睡眠和唤醒功能； 　　
11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品需求。
单片机内部构造示意图如图3-1所示。

定期/计数器
中断系统
CPU
存储器
并行I/O口
串口I/O口
TXD TXD
RXD
T
INT
P0-P3

图3-1
3.1.2 单片机引脚功能简介
AT89C52是美国ATMEL公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K Bytes可重复擦写只读程序存储器（EPROM）和256 字节随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储技术生产，与原则MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央解决器（CPU）和Flash存储单元，功能强大，AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制场合应用。

图3-2 AT89C52引脚图
AT89C52提供如下原则功能：8K字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定期/计数器，5个中断源，一种全双工串行通信口，片内具备振荡器及时钟电路。AT89C52管脚图如图2.3所示。
AT89C2051芯片20个引脚功能为：
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规定外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模仿比较器同相输入(AIN0)和反相输入（AIN1)。P1口输出缓冲器可吸取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P1.2～P1.7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受代码数据。
3. P3口：P3口P3.0～P3.5、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并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸取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各种功能,如下表3-3所示。P3口还接受某些用于闪速存储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,所有I/O引脚就复位到“1”。当振荡器正在运营时,持续给出RST引脚两个机器周期高电平便可完毕复位。每一种机器周期需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口功能
P3口引脚
功能
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
RXD(串行输入端口)
TXD(串行输出端口)
INT0(外中断0)
INT1(外中断1)
TO(定期器0外部输入)
T1(定期器1外部输入)

3.1.3 单片机中断系统简介
中断是指当计算机执行正常程序时，系统中浮现某些急需解决事件，CPU暂时中断当前程序，转去执行服务程序，以对发生更急迫事件进行解决，待解决结束后，CPU自动返回本来程序执行AT89C52系列单片机系统有5个中断源，2个优先级，可实现二级中断服务嵌套。由片内特殊功能寄存器中中断容许寄存器IE控制CPU与否响应中断祈求；由中断优先级寄存器IP安排各优中断源优先级；同一优先级内各终端同步提出中断祈求时，由内部查询逻辑拟定其响应顺序。
采用外部中断方式涉及外部中断0和外部中断1，它们中断祈求信号分别由单片机引脚/P3.2和/P3.3输入。
外部中断祈求有两种信号方式：电平触发方式和脉冲触发方式。电平触发方式中断祈求是低电平有效。只要在和引脚上出既有效低电平时，就激活外部中断方式。脉冲触发方式中断祈求则是脉冲负跳变有效。在这种方式下，在两个相邻机器周期内，和 引脚电平发生变化，即在第一种机器周期内为高电平，第二个机器周期内为低电平，就激活外部中断。由此可见，在脉冲方式下，中断祈求信号高电平和低电平状态都应至少维持一种机器周期，以使CPU采样到电平状态变化，本次设计所采用触发方式为脉冲触发方式。
3.1.4 单片机定期器/计数器功能简介
AT89C52单片机定期器/计数器工作由两个特殊功能寄存器控制。TMOD用于设立其工作方式；TCON用于控制其启动和中断祈求。
1.工作方式寄存器TMOD
工作方式寄存器TMOD用于设立定期/计数器工作方式。
GATE：门控制。GATE=0时，只要用软件使TCON中TR0或TR1为1，就可以启动定期/计数器工作；GATE=1时，要用软件TR0或TR1为1，同步外部中断引脚或也为高电平时，才干启动定期/计数器工作。
C/：定期/计数模式选取位。C/=0为定期模式；C/=1时为计数模式。
M1M2：工作方式设立位。定期/计数器有4种工作方式，由M1M2进行设立。
本次设计TMOD为90H，即选通定期/计数器为1、定期功能、工作方式1.工作方式为16位定期/计数器。
2.控制寄存器TCON
TF1（TCON.7）定期/计数器T1溢出中断祈求标志位。定期/计数器T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。CPU响应中断后TF1由硬件自动清零。T1工作时，CPU可随时查询TF状态。因此，TF1可用作查询测试标志。TF1也可以用软件置1或清零，同硬件置1或清零效果同样。
TR1（TCON.6）定期/计数器T1运营控制位。TR1置1时，定期/计数器T1开始工作；TR1置0时，定期/计数器T1停止工作。TR1由软件置1或清0。
TF0（TCON.5）定期/计数器T0溢出中断祈求标志位。
TR0（TCON.4）定期/计数器T0运营控制位。
3.2 霍尔传感器测温原理
在信号脉冲发生源上，本系统采用是开关型霍尔传感器。
以磁场作为媒介，运用霍尔传感器可以检测各种物理量，如位移、振动、转速、加速度、流量、电流、电功率等。它不但可以实现非接触测量，并且采用永久磁铁产生磁场，不需附加能源。此外霍尔传感器尺寸小、价格便宜、应用电路简朴、性能可靠，因而获得极为广泛应用。除了直接运用霍尔传感器外，还运用它开发出各种派生传感器。
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(如图l所示)。霍尔电势Uh=KhIcB(其中Kh为霍尔元件敏捷度，它与所用材料及几何尺寸关于)。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。由于霍尔元件输出电压信号较小，并且有一定温度误差，当前已较少直接使用霍尔元件作传感器。霍尔传感器原理图如图3-4所示。

图3-4 霍尔传感器磁场效应
本系统采用开关型霍尔传感器A04E。开关型霍尔传感器是一种集成传感器，它内部具有霍尔元件、放大器、稳压电源、带一定滞后特性比较器及集电极开路输出某些等，如图3-5所示。

图3-5 开关型霍尔传感器内部构造图
开关型霍尔传感器工作特性如图3-6 所示。

图3-6 开关型霍尔传感器工作特性
当外加磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出低电平，但磁感应强度降到动作点Bop如下时，传感器输出电平不变，始终要降到释放点BRE时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与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如下。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附近。圆盘每转动一圈霍尔传感器便输出一种脉冲。通过单片机测量产生脉冲频率，就可以得出圆盘转速。同样道理，依照圆盘(车轮)转速，再结合圆盘周长就是计算出物体位移。如果要增长测量位移精度，可以在圆盘(车轮)上多增长几种磁钢。
由于传感器内部为集电极开路输出，因此需外接一种上拉电阻，其阻值与电源电压大小关于，普通取1～2k，如图3-8所示。

图3-8 传感器输出电路

3.3 存储器电路
AT24C02是美国ATMEL公司低功耗CMOS串行EEPROM，它是内含256×8位存储空间，具备工作电压宽（2.5～5.5V）、擦写次数多（不不大于10000次）、写入速度快（不大于10ms）等特点。
AT24C021、2、3脚是三条地址线，用于拟定芯片硬件地址。在AT89C2051实验开发板上它们都接地，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，数据通过这条双向I2C总线串行传送，在AT89C2051实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实验开发板上和单片机P3.6连接。SDA和SCL都需要和正电源间各接一种5.1K电阻上拉。第7脚需要接地。
AT24C02中带有片内地址寄存器。每写入或读出一种数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一种存储单元读写。所有字节均以单一操作方式读取。为减少总写入时间，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256×8位。AT24C02特点是具备容许在简朴二线总线上工作串行接口和软件合同。在本设计中用芯片AT24C02SDA端与单片机P3.7口相连，SCL端与单片机P3.5口相连。由于在这个I2C总线上只有一种器件，因此把AT24C02地址设为000，即把A0、A2、A3都接地。单片机计算出来里程数据通过SDA、SCL向AT24C02输送数据。单片机一方面向AT24C02发送写信号，当确认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，单片机一方面向AT24C02发送读信号，然后确认后，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。与单片机接口如图3-9所示。

图3-9 AT24CO2与单片机接口电路 

3.4 74LS74芯片
本次设计中采用驱动数码管芯片为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某些电路，则电流太小，会导致显示某些不能正常工作。因此在单片机输出口先接入驱动芯片74LS244，增大电流，使LED可以正常工作。其逻辑图如图3-10所示，可以看出74LS244由2组构成、每组由四路输入、输出构成。每组有一种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触发器一种,它是一种具备记忆功能二进制信息存储器件，是构成各种时序电路最基本逻辑单元。触发器具备两个稳定状态，即“0”和“1”，在一定外界信号作用下，可以从一种稳定状态翻转到另一种稳定状态。由于其状态更新发生在CP脉冲边沿故又称之为上升沿触发边沿触发器，D触发器状态只取决于时针到来前D端状态。引脚图如图3-11所示。

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，霍尔传感器输出一种低电平脉冲，通过74LS74进行二分频后，定期器T1启动时间为车轮转1圈时间，这样就可以算出自行车速度。分频先后对比图如图3-12所示。
t
t
0
0
v
v
霍尔输出圈脉冲
二分频后波形

图3-12 分频先后对比图
由图可见，二分频后波形高或地电平时间正好是霍尔传感器开关一种周期，霍尔传感器输出脉冲到，即P3.2口接受到对圈数计数脉冲。经74LS74二分频后信号输入到，内部定期计数器测得每转一圈所用时间，通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，单片机各功能部件运营都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因而，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片内由一种反相放大器构成振荡器，可以由它产生时钟。惯用时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本设计采用前者。
单片机内部有一种用于构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，就构成一种稳定自激振荡器。单片机内部时钟方式振荡电路如图3-13所示。

图3-13单片机片内振荡电路
电路中电容C1和C2常选取为30PF左右。对外接电容值虽然没有严格规定，但电容大小会影响振荡器高低、振荡器稳定性、起振迅速性和温度稳定性。而外接晶体振荡频率大小，重要取决于单片机工作频率范畴，每一种单片机均有自己最大工作频率，外接晶体振荡频率不不不大于单片机最大工作频率即可。此外，如果单片机有串行通信，则应当选取振荡频率除以串行通信频率可以除尽晶体。本设计晶振采用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。有了它可以使程序从指定处开始执行，即从程序存储器中0000H地址单元开始执行程序。在89C52时钟电路工作后，只要在RET引脚上浮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后来，89C52才从0000H地址开始执行程序。
本系统复位电路是采用按键复位电路，如图3-14所示，是惯用复位电路之一。单片机复位通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相称于瞬间短路，+5V及时加到RET/VPD端，该高电平使89C52全机自动复位，这就是上电复位；若运营过程中需要程序从头执行，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，其他寄存器所有清零，只有SBUF寄存器状态不拟定。

图3-14 按键复位电路
工作原理：通电瞬间，RC电路充电，RST引脚浮现高电平，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
本设计中采用LED数码管显示。在单片机系统中，通惯用LED数码显示屏来显示各种数字或符号。由于它具备显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长特点，因而使用非常广泛。八段LED显示屏由8个发光二极管构成。其中7个发光二极管构成字型“8”各个笔画段，另一种小数点为dp发光二极管。LED显示屏有两种不同形式：一种是发光二极管阳极都连在一起，称之为共阳极LED显示屏；另一种是发光二极管阴极都连在一起，称之为共阴极LED显示屏。如图3-15所示。本次设计采用共阴极接法。
LED显示方式有动态显示和静态显示两种方式。本系统采用动态扫描显示接口电路，动态显示接口电路是把所有显示屏8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一种显示屏公共极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，所有显示屏接受到相似字型码，但究竟是哪个显示屏亮，则取决于COM端。也就是说咱们可以采用分时办法，轮流控制各个显示屏COM端，使各个显示屏轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示屏点亮时间是极为短暂（约1ms），由于人视觉暂留现象及发光二极管余辉效应，尽管事实上各位显示屏并非同步点亮，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显示屏
本设计P2.0、P2.1、P2.2、P2.3信号一起构成位选通位选信号，P0.0～P0.7信号一起构成段码选通段选信号，通过软件编程，先把所要显示数据放入存储单元，然后把数据送入段选通相应地址，再选通某一种LED，逐渐完毕四个LED显示。

第四章 系统软件设计
4.1 概述
在硬件设计完毕之后，接下来就是设计中最核心和最为重要软件某些设计。所谓软件设计就是把软件需求变换成软件详细设计方案（即模块构造）过程。模块化构造设计即是依照规定和硬件设计构造，将整个系统功能提成许多小功能模块，再依照这些小功能模块进行程序编写过程。这样设计办法，使得系统整个功能和各某些功能趋于明朗化。当系统浮现问题，就可以依照功能设立找出问题根源，从而更快地解决问题。因此说，在整个设计过程中，软件设计必要与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涉及中断子程序、里程调用子程序、LED显示子程序等几大某些。由于要实现诸多功能，因此采用模块化设计，下面就其重要某些分别加以分析。
4.2 总体程序设计
在主程序模块中，需要完毕对各接口芯片初始化、自行车里程和速度初始化、中断向量设计以及开中断、循环等待等工作。此外，在主程序模块中还需要设立启动/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。然后主程序将依照各标志寄存器内容，分别完毕启动、清除、计程和计速等不同操作。
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口分别用于设立轮圈大小，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。中断0是对轮子圈数计数输入，轮子每转一圈，霍尔传感器输出一种低电平脉冲。将依照里程寄存器中内容计算和判断出行驶里程数。中断1用于控制定期器T1启/停，当输入为0时关闭定期器。此控制信号是将轮子圈数计数经二分频后形成。这样，每次定期器T1启动时间刚好为转一圈时间，依照轮子周长就可以计算出自行车速度。其程序流程如图4-1所示。
开始
初始化
P1.2=1?
N
P1.3=1?
P1.6=1?
P1.7=1?
出错提示
将车圈周长调入21H
开中断，启动定期器
P3.0=1?
调用里程解决子程序
调用速度解决子程序
N
N
N
Y
Y
Y
Y
N
Y

图4-1 主程序流程图
系统程序设计如下：
$INCLUDE (REG52.INC)
 DISPBUF EQU 59H  ;显示缓冲区从5AH开始
 SecCoun EQU 58H
 SpCoun EQU 56H ;速度计时器单元57H和58H，高位在前（57H单
元中）
 Count EQU 55H; 显示时计数器
 SpCalc bit 00h ;规定计算速度标志，该位为1则主程序进行
速度计算，然后清该位
 Hidden EQU 16 ;消隐码

 ORG 0000H
 AJMP START
 ORG 1BH
 JMP TIMER1  ;定期中断1入口
 ORG 30H
START: MOV SP,#5FH  ;设立堆栈
 MOV P1,#0FFH
 MOV P0,#0FFH
 MOV P2,#0FF H ;初始化，所有显示屏、LED灭
 MOV TMOD,#00010101B ;定期器T1工作于方式1，定期器0工作方式1，
计数器
 MOV TH1,#HIGH(65536-3686)
 MOV TL1,#LOW(65536-3686)
 SETB TR1
 SETB ET1  ;开定期器1中断
 SETB EA
LOOP: JNB SpCalc,LOOP ;如果未规定计算，转自身循环
;标号： ＭＵＬＤ    功能：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、R2～R7    堆栈需求：  ２字节
 MOV R2,SpCoun
 MOV R3,SpCoun+1
 MOV R6,#0
 MOV R7,#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）
 CALL MULD
SEND: MOV SBUF,R2
SLP1: JBC TI,SN1  ;与否送完？
 AJMP SLP1
SN1: MOV SBUF,R3
SLP2: JBC TI,SN2
 AJMP SLP2
SN2: MOV SBUF,R4
SLP3: JBC TI,SN3
 AJMP SLP3
SN3: MOV SBUF,R5
SLP4: JBC TI,SN4
 AJMP SLP4
SN4:
;标号： ＨＢ２   功能：双字节十六进制整数转换成双字节ＢＣＤ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ＢＣＤ码整数在R3、R4、R5中。
;影响资源：PSW、A、R2～R7    堆栈需求：  ２字节
 MOV A,R4
 MOV R6,A
 MOV A,R5
 MOV R7,A ;将乘得成果送R6R7准备转换，这里成果不也许超过2
字节
 CALL HB2
 MOV DISPBUF,R3 ;最高位

 MOV A,R4  ;
 ANL A,#0F0H  ;去掉低4位
 SWAP A  ;将高4位切换到低4位
 MOV DISPBUF+1,A
 MOV A,R4
 ANL A,#0FH
 MOV DISPBUF+2,A

 MOV A,R5
 ANL A,#0F0H
 SWAP A
 MOV DISPBUF+3,A

 MOV A,R5
 ANL A,#0FH
 MOV DISPBUF+4,A

 CLR SpCalc  ;清计算标志
 JMP LOOP
4.3 中断子程序设计
定期中断是为满足定期或计数需要而设立。在单片机内部有两个定期/计数器，以对其中计数构造进行计数办法，来实现定期或计数功能。当构造发生计数溢出时，即表白定期时间或计数值已满，这时就以计数溢出信号作为中断祈求，去置位一种溢出标志，作为单片机接受中断祈求标志。这种中断祈求是在单片机芯片内部发生，因而不必在芯片上设立引入端。
定期/计数器控制寄存器TCON是8位寄存器，地址为88H，可以位寻址。其高4位用于定期/计数器中断控制，低4位借给外部中断，用做中断标志和触发方式选取位。本设计采用定期中断，对自行车里程和速度进行计数。中断子程序流程图如图4-2所示。
关中断
开始
现场保护
开中断
中断解决
关中断
现场恢复
开中断
中断返回

图4-2中断子程序流程图

4.4 里程计算子程序
外部中断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储操作。当车轮每转一圈，通过霍尔元件将脉冲数输入单片机内，通过计数器计出脉冲数，再用乘法子程序算出里程数。里程解决子程序流程图如图4-3所示。
开始
点亮里程批示
将车圈数转换成里程
显示里程值
返回

图4-3 里程解决子程序流程图
4.5 显示子程序设计
采用动态扫描显示接口电路，动态显示接口电路是把所有显示屏8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一种显示屏公共极COM各自独立地受I/O线控制