自行车车速里程测量仪设计Word文档格式.docx
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8结论14
1绪论
传感器，英文名字为Sensor或Transducer，亦称换能器、变换器。
在科技迅速发展的今天，传感器越来倍受重视。
在日常生活、航天、航空，常规武器、交通运输，机械制造、化工、生物医学工程、自动化检测工程及计量等各项领域都被广泛应用[6]。
目前，传感器已向新材料开发，集成化、智能化、数字化、新工艺，高精度化及高稳定、高可靠化等技术发展。
特别是霍尔传感器，鉴于它的价廉、易于使用，使它广泛运用于里程计、速度计等[6]。
单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，特别适用于控制领域。
通常单片机由单块集成电路构成，内部包含有计算机的基本部件：
CPU（中央处理器），存储器和I/O接口电路等。
因此，单片机只需要与适当的软件及外部设备相结合，便可以成为一个单片机控制系统[4]。
目前，场上销售的单片机有4位、8、16位、32位，并且单片机朝着高性能多种方向发展，尤其是8位单片机以经成为当前单片机的主流，主要体现在CPU功能增强、内部资源增多、引脚的功能化、低电压和低功好耗化上[4]。
单片机因为其体积小、功能强，可靠性高，灵活方便等优点，所以可以用于各个领域，对各行各业的技术改造和产品更新换代起到重要的推动作用。
本人经过学习，用AT89C52设计了一个自行车里程/速度计。
本设计可轮流显示自行车行使的里程和速度,采用TC4024芯片作为计数器以及2C401存储数据，3个单级共阴数码管作为显示系统。
本系统具有超速信响提醒功能，里程数据自动记忆，也可应用于电动自行车、摩托车、汽车等机动车仪表上。
2AT89C52单片机
2.1AT89C52单片机简介
本设计选用AT89C52单片机，AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8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。
2.2AT89C52的管脚及其含义[5]
AT89C52的管脚及各管脚含义如下：
图2.289C52管脚图
各引脚功能说明：
VCC——电源电压；
GND——接地；
P0口——P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用；
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻；
在FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻；
P1口——P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输出口。
作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流；
与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）；
FLASH编程和程序校验期间，P1接收低8位地址；
P1.0和P1.1的第二功能：
P1.0T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出；
P1.1T2EX（定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制）；
P2口——P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流；
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容；
FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号；
P3口——P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流；
P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能：
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2INTO（外中断0）
P3.3INT1（外中断1）
P3.4TO（定时/计数器0）
P3.5T1（定时/计数器1）
P3.6WR（外部数据存储器写选通）
P3.7RD（外部数据存储器读选通）
此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号；
RST——复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位；
ALE/PROG——当访问外部程存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲；
对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）；
EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。
3TC4024
本程序采用TC4024芯片，它是一个7位的计数器，计数器具有分频的作用，它包含有14个管脚，其7脚接地，14脚接+5V，1脚接AT89C52的INT0，即12脚,在系统中此芯片起到了二分频的作用。
424C01芯片
4.124C01简介
24C01是一个1K位串行CMOSEEPROM，内部含有128个8位字节，CATALYST的先进CMOS技术实际上减少了器件的功耗，24C01是一个8位字节页写缓冲器，该器件通过I2C总线接口进行操作，即此芯片采用I2C协议进行读写数据。
有一个专门的写保护功能。
24C01是I2C接口的，但标准51是不带I2C接口的，串口方式0是不行的，需要用IO模拟，所以随便接两个IO都可以，而且都要接上拉电阻，大概几K就行了，因为不是总线方式，所以不能用MOV指令，也不能用SBUF，要判断是否为满，可以在程序里设个变量。
在这里要注意E2P芯片的寿命（一般是读写100万次，足够了）。
存储数据的时候，可以对操作数和存储的数据进行比较，不相等则存储，这样可以增加使用寿命，比有些每隔1秒钟进行存储的会好多了。
以下是24C01的管脚图：
图4.1管脚图
表3.124C01的管脚描述
管脚名称
功能
A0、A1、A2
器件地址选择
SDA
串行数据/地址
SCL
串行时钟
WP
写保护
VCC
+1.8V—6.0V工作电压
VSS
接地
24C01芯片具有以下特性：
1.与400KHZ的I2C总线兼容；
2.+1.8-6.0V工作电压范围；
3.低功耗CMOS技术；
4.写保护功能：
当WP为高电平时进入写保护状态；
5.页写缓冲器；
6.自定时擦写周期；
7.1，000，000编程擦除/周期；
8.可保存数据100年；
9.8脚DIP、SOIC、TSSOP封装；
10温度范围：
商业级、工业级和汽车级。
5硬件电路的设计
5.1系统硬件电路
自行车里程/速度计能自动显示自行车行驶的总里程数及行车速度，具有超速信响提醒功能，里程数据自动记忆，也可应用于电动自行车、摩托车、汽车等机动车仪表上。
其硬件电路原理图如图5.1。
图5.1系统原理图
5.2系统的工作原理
本设计能实时地将所测的速度与累计里程数显示出来,主要是将24C01传感器输入到单片机的脉冲信号，将频率实时地测量出来，然后通过单片机计算出速度和里程,再将所得的数据存储到TC4024芯片中，通过AT89C52单片机计算出来的速度和里程的数据，必须通过BCD码的转换才能输出给数码管。
最后由共阴数码管显示所测速度与里程。
自行车里程/速度计采用AT89C52单片机作控制，速度及里程传感器采用霍尔元件，其电器原理图如图5.1所示。
P0口和P2口用于七段LED显示器的段码及扫描输出，在显示里程时，第三位小数点用17脚P3.7口控制点亮。
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的大小。
P3.0口的开关用于确定显示的方式，当开关闭合时，显示速度；
打开时显示里程。
第12脚外中断0用于对轮子圈数的计数输入，轮子每转一圈，霍尔传感器输出一个地电平脉冲。
第13脚外中断1用于控制定时器T1的启停，当输入为0时关闭定时器。
此控制信号是将轮子圈数的计数脉冲经二分频后形成（见图5.1），这样，每次定时器T1的开启时间刚好为转一圈的时间。
根据轮子的周长就可以计算出自行车的速度。
P1.4和P1.5口用于EEPROM存储器24C01的存取控制。
11脚输出用于速度超速时的报警。
6软件设计
6.1系统内存的规划
由于本系统处理功能较多，因而一部分内存单元用于特定的用处。
其主
要内存单元用处如下：
50H:
EEPROM器件寻址字节存放单元；
51H:
EEPROM传送字节数存放单元；
30H:
EEPROM发送数据缓冲单元；
40H:
EEPROM读出数据存放单元；
0A0H:
EEPROM寻址字节字节写；
0A1H:
EEPROM寻址字节字节读；
62H:
DPTR计数器扩展高8位；
6CH:
定时器T1计数器扩展高8位；
6DH:
定时器T1计数器扩展高8—16位；
60H、61H、62H：
里程计数单元；
68H、69H、6AH、6BH：
存放自行车每圈时间数；
70H、71H、72H、73H：
显示BCD码数据存放用；
11H—15H：
存放被除数；
16H—19H：
存放除数。
6.2系统的主要程序设计
1.初始化程序
在本系统初始化程序中，主要完成以下工作：
将T1设为外部控制定时器方式；
外中断0及外中断1设为边沿触发方式；
将部分内存单元清零；
设置轮子周长值；
开中断及定时器；
将EEPROM中的数据调入内存等。
2.轮圈设置出错处理程序
P1.2、P1.3、P1.6、P1.7端口的开关用于设定轮子的周长，当没有设定时（至少让一个开关闭合），能从P3.1口输出一个周期为0.5S的方波信号，用作发光管闪烁及信响器提醒。
3.主程序
主程序根据P3.0的开关状态选择里程或速度显示，其流程图如图6.2所示。
图6.2主程序流程图
4.里程计数程序（外中断0服务程序）
外中断0服务程序用于对12脚输入的圈脉冲进行计数，为十六进制计数器。
60H为低位，62H为高位。
每计数一次后，对里程数据进行一次存储操作。
5.外中断1服务程序
外中断1服务程序用于处理轮子转动一圈后计时数据。
当标志位（00H）为1时，说明计数器溢出，放入最大时间值（为#0FFH）;
当标志位为0时，将计数单元（TL1、TH1、6CH、6DH）的值放入68H—6BH单元。
6.EEPROM存取程序
本系统使用归一化I2C串口存取子程序，使用一条数据线和时钟线，采用ATMEL公司的24C01串口存储器，应用简单方便。
7.显示子程序
当显示里程时，先要将圈数计数器中的数据进行运算，求出总里程。
当要
显示速度时，要将轮子的这周长和转一圈的时间数相除，然后换算成Km/h单位。
最后放入70H—73H,进行数据显示。
7系统调试
要完成一个产品的设计，有很多纷繁复杂的步骤和过程，其中最为重要
和最为关键的就是系统调试。
调试的步骤和方法有很多。
本人也看过不少，在这次系统调试的中调试的过程我充分的发挥了仿真器的作用。
7.1硬件调试
硬件的焊接是一个比较繁琐的过程，繁琐的地方在于3个单联数码管的
连接，线路较多，在焊接时要特别的细心，在焊接完成并烧入程序之后通电发现数码管不亮，检查了好几遍，电路无焊没有错误，于是我就怀疑可能是数码管的问题，拿去贝尔（学院的社团）测试没问题，数码管并没有烧坏。
在插入芯片时要特别注意不能把芯片插反，否则就会把芯片烧掉；
也要
注意极性电容的方向，长的脚为正，短的为负，不能把负的接+5V，正的接地；
在焊接三极管时也要注意其三个管脚的排布，还有为保护三极管不被烧换，所以3个三极管要各自接一个限流电阻（这里为4.7K）。
7.2软件调试
软件调试是调试的重点，同时也是出错最多的地方；
在整个软件调试调试过程中我采取先部分后整体的调试方法。
在整个程序的编写调试过程中我首先调试的是数码管显示系统，为此我编写了以下一段程序用于数码管显示调试，要求数码管显示0、1、2。
ORG0000H
MAIN:
MOVP2,#0FFH
MOVP0,0C0H
MOVP2,#0FEH
ACALLDELAY1
MOVP0,0F9H
MOVP2,#0FDH
MOVP0,0A4H
MOVP2,#OFBH
AJMPMAIN
DELAY1:
MOVR6,#02H
AGAIN:
MOVR7,#8FH
DELAY:
DJNZR7,DELAY
DJNZR6,AGAIN
RET
END
结果数码管正确显示了0、1、2这三个数，显示系统调试成功。
软件测试要注意一下几点：
1.在编写I2C串行归一化存储子程序时本来出了点错，后经过多次调试才运行正确。
2.里程/速度控制程序是系统程序的重点，所以它当然也是软件调试的重点。
3.显示系统最好先调试。
4.用韦幅软件进行仿真时要充分利用其逐步调试功能。
8结论
本设计能自动显示自行车行驶的总里程数及行车速度，具有超速信响报警提醒以及里程数据自动记忆的功能，也可应用于电动自行车、摩托车、汽车等机动车的仪表上。
由于本系统采用的是动态扫描LED显示且共阴数码管的驱动电流不是很大，所以数码管的显示不是特别亮。
但可以通过更换小点的电阻增大其驱动电流（最大驱动电流不能超过20毫安）使数码管变得更亮。
致谢
首先，我要感谢老师在本次课程设计中，给予充足的时间，让我完成此次设计。
另外，我还要感谢我的父母，没有他们的支持，我是无法完成这个系统设计的，他们给予我的，我将来一定会努力回报他们的。
最后，我还要感谢我身边的同学、朋友，他们也给了我很大的帮助。
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