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
TXD TXD
RXD
T
INT
P0-P3

图3-1
3.1.2 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P1.2～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收代码数据。
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
P3.0
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TCON
TF1（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1～2k，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256×8位存放空间，含有工作电压宽（2.5～5.5V）、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256×8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。
t
t
0
0
v
v
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，P0.0～P0.7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?
N
P1.3=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
N
N
N
Y
Y
Y
Y
N
Y

图4-1 主程序步骤图
系统程序设计以下：
$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 ;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
 Hidden EQU 16 ;消隐码

 ORG 0000H
 AJMP START
 ORG 1BH
 JMP TIMER1  ;定时中止1入口
 ORG 30H
START: MOV SP,#5FH  ;设置堆栈
 MOV P1,#0FFH
 MOV P0,#0FFH
 MOV P2,#0FF H ;初始化，全部显示器、LED灭
 MOV TMOD,#00010101B ;定时器T1工作于方法1，定时器0工作方法1，
计数器
 MOV TH1,#HIGH(65536-3686)
 MOV TL1,#LOW(65536-3686)
 SETB TR1
 SETB ET1  ;开定时器1中止
 SETB EA
LOOP: JNB SpCalc,LOOP ;假如未要求计算，转本身循环
;标号： ＭＵＬＤ    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、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  ;是否送完？
 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   功效：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 ;将乘得结果送R6R7准备转换，这里结果不可能超出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。