基于单片机的自行车里程表设计

1、基于单片机的自行车里程表设 计作者:日期：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, 而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。自行车里程表能够满足人们最基本的需 求,让人们能清楚地知道当前的速度、里程等物理量。主要阐述一种基于霍尔元件 的自行车里程表的设计。以 at89c52单片机为核心，a 44e霍尔传感器测转 数，实现对自行车里程/速度的测量统计，采用 24c02实现在系统掉电的时候保 存里程信息，并能将自行车的里程数及速度用 led实时显示。文章详细介绍了自 行车里程表的硬件电路和软件设计。硬件部分利用霍尔元件将自行车每转一圈的 脉冲数传入单片机系统，然后单片机系

2、统将信号经过处理送显示。软件部分用汇 编语言进行编程，采用模块化设计思想。该系统硬件电路简单，子程序具有通用性 完全符合设计要求。关键词:里程/速度；霍尔元件；单片机；led显示a b s tra c twith t h e dev e lopi ng o f peopl e s life,the bicycle i s not only the univer s al t oo 1 of tr a nspo r tat i o n a nd s ub s ti t ute for walking, but becomes the first choice of entertainment i

3、ng a nd exercisin g . the b i cycl e m i 1 eage /spe ed can f u lfil 1 the ba s i c nee d of pe opl e s life, so that they can l e arn the speed and the mile a g e of the b i cy cl e . i n t hese pape r , the bic y cle mil e age/ s pee d d esig n based o n the hal 1 el e m en t is el a bo r a ted. b

4、y at 8 9c52 as k ern e l, usin g a44e h all cle ment to m easure r e v olu t i on, the me a s u r e and s t a t i s t ic a re achiev e d . the r an g e inf o rmati o ns are saved by 24c0 2 when the power is off, the bicyclespeed can be displ a yed o n led. in this artic 1 e, the hardwa re ci r c ui

5、t and soft ware design of bi c yc 1 e mileage/spee d ins t r u m e n t are introd u ce d in d e tai 1 . a b out the h ardwar e , the pulse numbe r is transm i tted of one cycle o f the bi cyc 1 e into single ch ip mi cro c o m p u ter syst e m. t hen the s ignal proce s s ed by s ingle c h ip microc

6、omputer sy s tem i s sent to d i spl a y s cream. about the so ftware, in a s se m b le l a nguage , t he prog ram is designed in th e mode o f m o dules. the system has simple hardware , co mmon sub -pr o g ram, and mee t the d emand of desig n .key words: mileage / sp eed; hall element; s ingle ch

7、ip m i crocomputer; le d目 录第1章绪论?昔误！未定义书签。1.1课题产生的背景 错误！未定义书签1 .2 课题的主要任务及内容 错误！未定义书签第2章 自行车里程表总体方案设计 错误!未定义书签2.1 任务分析与实现 错误！未定义书签2.2 . 2自行车里程表硬件方案设计 ?昔误！未定义书签。2.3 自行车里程表软件方案设计?昔误！未定义书签。第3章 自行车里程表硬件电路设计 错误!未定义书签3. 1概述?昔误！未定义书签。3.2 传感器及其测量系统 错误！未定义书签3.3 芯片简介?昔误！未定义书签。3. 4 单片机外围电路的设计?昔误！未定义书签。第4章自行车里程

8、表软件程序设计 253.1 概述 错误！未定义书签3.2 自行车里程表总体程序设计25?3.3 中断子程序的设计27?4. 4数据处理子程序的设计 错误！未定义书签4 . 5显示子程序的设计 错误！未定义书签第5章 系统调试与分析 错误!未定义书签5 .1自行车里程表系统调试 错误！未定义书签5. 2调试故障及原因分析 错误！未定义书签结论？昔误！未定义书签。参考文献 错误!未定义书签致 错误!未定义书签附录i自行车里程表硬件系统原理图.错误!未定义书签。第1章绪论1.1课题产生的背景自世界上第一辆自行车问世至今已有2 00多年的历史了。1 8世纪末，法国 人西夫拉克发明了最早的自行车。这辆最

9、早的自行车是木制的，具结构比较简单。世界上第一批真正实用型的自行车出现于1 9世纪初。在 20世纪，自行车在中国 获得了前所未有的普及和发展。 从某种意义上来说，中国是一个自行车的王国。每 天清晨和落日时分，滚滚车流在中国的城市中碾动，这是最为壮观的一道风景，这是一条现代中国流动的长城。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， 而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。因此，人们希望自行车的功用更强大，能给人们带来更多的方便。自行车里程表作为自行车的一大辅助工具也正是随着 这个要求而迅速发展的，其功能也逐渐从单一的里程显示发展到速度、时间显示， 甚至有的还具有测量骑车人的

10、心跳、显示骑车人热量消耗等功能。本设计采用了 mc s-51系列单片机设计一种体积小、操作简单的便携式自行车里程表，它能自 动地显示当前自行车行走的距离及运行的速度。单片微型计算机自1 976年问世以来发展非常迅速，现在已成为微型计算机 一个很重要的分支，在现实生活中应用越来越广泛，已经对人类产生了巨大的影 响，尤其是美国i ntel公司的m cs5 1系列单片机，由于其集成度高、处理功能 强、性能价格比高、可靠性高、系统结构简单，可以灵活的与其他芯片组成众多的 测量电路用于速度、温度、深度、高度、湿度、光强等方面的测量和研究等特点， 在我国现代化生活、生产中已经得到了广泛的应用，如在工业检测

11、控制、仪器仪表、电子工业、机电一体化等众多领域取得了令人瞩目的成果。本设计利用mcs-51系列单片机扩展方便、可靠性能高、处理功能强、速度高等特点 ，实现对自 行车里程和速度的测量。1. .2课题的主要任务及内容本课题主要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的自行车的速度里程表。本文主要介绍了自行车里程表的设计思想、电路原理、方案论证以及元件的选择等内容，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的任务进行方案论证，包括硬件方案和软件方案的设 计；继而具体介绍了自行车的速度里程表的硬件设计 ，包括传感器的选择、单片机 的选择、显示电路的设

12、计；然后阐述了该自行车的速度里程表的软件设计，包括 数据处理子程序的设计、显示子程序的设计；最后针对仿真过程遇到的问题进行 了具体说明与分析，对本次设计进行了系统的总结。具体的硬件电路包括 at89c5 2单片机的外围电路以及 led显示电路等。软件设计包括：芯片的初始化程序、定时中断采样子程序、显示子程序等， 软件采用汇编语言编写，软件设计的思想主要是自顶向下，模块化设计，各个子模 块逐一设计。第2章自行车里程表总体方案设计2. 1任务分析与实现本次毕业设计的题目是：自行车里程表设计其设计的任务是：以通用mc s-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，进行处理后送入单片机

13、。里程及速度的测量，是经过 m c s- 51的定时/计数器测出总的脉冲数和每转一圈的时间，再经过一系列的计算得出的，具结果通过显示器显示出来。本系统总体思路如下：里程及速度传感器采用霍尔元件，用一个霍尔芯片、 一个小磁铁,霍尔芯片紧贴齿轮，磁铁放在芯片后面。齿轮转动一周霍尔元件与小 磁铁靠近一次，这样可以改变通过霍尔芯片的磁通量，霍尔芯片可以输出类似正弦 的波形，用运放放大波形，后面接一级比较器，把正弦波转换为方波，方波的频率 和齿轮的转速成正比。自行车里程的测量是通过霍尔元件输出端的电压发生变化 产生脉冲，通过计数器，根据脉冲数计算里程。自行车速度的测量是通过定时器 测出车轮转一周所用的时

14、间t ,车轮周长 l除以时间t就是自行车的速度。要求达到的各项指标及实现方法如下：1 .利用霍尔传感器产生里程数的脉冲信号。2 .对脉冲信号进行计数。实现：利用单片机自带的计数器 t0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l ed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的数值。最终实现目标：自行车里程表具有里程、速度测试与显示功能，采用单片机作 控制，可根据车圈的不同设置常用的四种尺寸，显示电路可显示里程及速度，当开 关s打开时,led切换显示当前里程；当开关s闭合时，led切换显示当前速度v; 若自行车超速，系统发出报警提示。整个设计过程包括硬件

15、电路的搭建 ，软件的编 程，系统的调试，调试通过后，固化程序，脱离开发系统运行。2 .2自行车里程表硬件方案设计自从1971年微型计算机问世以来，随着大规模集成电路技术的不断进步，微型 机主要向两个方向发展：一个向高速度，高性能的高档微型计算机方向发展。 一个向稳定可靠，小而廉价的单片机方向发展。所谓的单片机 ，就是把中央处理器c pu、只读存储器rom、定时/计数器以及i /o接口电路等集成在一块集成电路 芯片上的微型计算机。从组成和功能上看，它具有微型计算机的含义。单片机由于将cpu、内存和一些必要的接口集成到一个芯片上，并且面向控 制功能将结构作了一定的优化，所以它有一般芯片不具有的特点

16、：1 .体积小、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 大器电子系统以及单片机的多机系统等领域。2.2. 1 里程/速度测量传感器的设计1 .速度传感器的设计测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具 有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速 表时，常用测速发电机的方法，即将测速发

17、电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，将脉冲送入单片机中进 行计算，即可获得转速的信息。(1)霍尔传感器霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于信号采集的有a 4 4 e、c s3020、cs 3 040等，这类传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电 源、地，即可工作，通常是集电极开路(oc门)输出，工作电压范围宽，使用非常 方便。a44e的外形如图2. 1所示。将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别 是电源、地、输出。a44e1231-vcc 2-gnd 3out图2

18、. 1a44 e外形图使用霍尔传感器获得脉冲信号，具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，当车子转动时霍尔元件靠近磁 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。如果在齿轮盘上 粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。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。(2)光电传感器光电传感器是应用非常广泛的一种器件，有各种各样的形式，如透射式、反 射式等，基本的原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反

19、之关断。以透 射式为例，如图2, 2所示，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关 管关断，否则导通。为此，可以制作一个遮光叶片，如图2. 3所示，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，旋转一周可以获得多个脉冲信号。*c图2.2光电传感器的原理图图2.3遮光叶片(3)光电编码器光电编码器的工作原理与光电传感器一样，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的轴与转轴相连，就能获得多种输出信号。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军 事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。某光电编码器的外形如图2.4所示。图2.4成

20、品光电编码器2 .里程测量传感器的设计里程测量传感器的选择也有以下几种方案：使用光敏电阻对里程进行测量、利 用编码器对车轮的圈数进行测量、利用霍尔传感器对里程进行测量、利用干簧管 型传感器测量里程。这几种方案都是通过自行车车轮转动产生脉冲数，然后根据 脉冲数计算里程。2. 2 . 2方案的确定光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光源将导致光敏电阻发出错误信 号；光敏电阻对环境的要求相当高，如果光敏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，安装较为复杂； 霍尔元件或干簧管不但不受天气的影响，即使被泥沙或灰尘覆盖也不会有影响，而且安装方便。所以本设

21、计采用霍尔元件又t里程与速度进行测量，既简单易行，又 经济适用。本系统的硬件系统框图如图2.5所示2. 3自行车里程表软件方案设计硬件是基础，软件是灵魂。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读性。程序遵循模块化设计的原则，采用自顶向下的设计方法。即先考虑整体目标，明确整体任务，然后把整体任务分成一个个 子任务，子任务再分成子子任务，这样逐层细分，同时分析层次间的关系与同一层 次各任务间的关系，最后拟订出各任务的细节。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、行车过程中里程和速度计算子程序、 延时子程序、t0、 t1中断服务子程序

22、、显示子程序等等。中断子程序是将传感器产生的信号接入计数器的t0 口 ,然后计数器开始计数，当计数到一定数目后，计数器就产生溢出中断。数据处理子程序是将进入单片机的脉冲信号与实际要显示值之间有一定的对 应关系，经过软件编程显示所需要的值。显示子程序是将数据处理的结果送显示器显示。本系统软件总体流程图如图2 . 6所示。图2 .6软件总体流程图第3章自行车里程表硬件电路设计3. 1概述传感器在人们研究自然现象、规律以及生产实践活动中，起着非常重要的作用。特别是在当今，科学技术的发展使人类进入了一个信息时代，在利用信息的过 程中，首先要解决的就是获取准确可靠的信息。传感器是获取自然或生产领域中信

23、息的关键器件，是现代信息系统和各种设备不可缺少的信息采集工具。磁传感器是 一种将磁学量信号转变为电信号的器件或装置。随着信息产业、工业自动化、医 疗仪器等的飞速发展和计算机应用的普及，需要大量的传感器将被测或被控的非 电信号转换成可与计算机兼容的电信号。作为输入信号，这就给磁传感器的快速 发展提供了机遇，形成了磁传感器的产业。自从磁传感器作为一种独立产品进入应 用领域，从1 0-14t的人体磁场到高达 25t以上的强磁场，都可以找到相应的磁传 感器进行检测。而这巨大的应用前景也使微机电系统技术在磁传感器中大有可为。 其中最具代表的磁传感器就是霍尔传感器，在自动检测系统中，利用霍尔传感器测 转数

24、是一种最基本的测量工作，它的特性是霍尔传感器输出的脉冲信号的个数比 较直接反映所测量转数的数目。3. 2 传感器及其测量系统霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场 有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功耗小、频率高 （可 达1mhz）、耐震动、不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器 件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、 无回跳、位置重复精度高（可达pm级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件 工作温度范围宽，可达-55c150co按

25、照霍尔器件的功能可将它们分为：霍尔线 性器件和霍尔开关器件，前者输出模拟量，后者输出数字量。 按被检测对象的性 质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本 身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检 测的信息的载体。通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化 的时间等，转变成电量来进行检测和控制。3. 2 .1霍尔传感器的测量原理霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁敏传感器。在置于磁场中的导体或 半导体通入电流i,若电流垂直磁场b,则在与磁场和电流都垂

26、直的方向上会出现 一个电势差uh,这种现象称为霍尔效应。利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件。 因为它具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、抗干扰能力强 以及体积小、使用寿命长等一系列特点，因此被广泛应用于测量、自动控制及信息 处理等领域。霍尔效应原理图如图 3. 1所示。zz*b4uh 图3 . 1 霍尔效应原理图3.2 . 2集成开关型霍尔传感器a44e集成霍尔开关由稳压器 a、霍尔电势发生器（即硅霍尔片）b、差分放大 器 c、施密特触发器d和。c门输出e五个基本部分组成，如图3.2 （a）所示。 （1）、（2）、（3）代表集成霍尔开关的三个引出端点。在电源端加电压vcc,经稳

27、压器稳压后加在霍尔电势发生器的两端，根据霍尔效应原理，当霍尔片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍尔电 势差vh输出，该vh信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方 波输送到oc门输出。当施加的磁场达到工作点时，触发器输出高电压（相对于地 电位），使三极管导通，此时o c门输出端输出低电压， 通常称这种状态为开。当 施加的磁场达到释放点时，触发器输出低电压，三极管截止，使oc门输出高电压， 这种状态为关。这样两次电压变换，使霍尔开关完成了一次开关动作。工作点与 释放点的差值一定，此差值称为磁滞，在此差值内，v0保持不变，因而使开关输出稳定可靠，

28、这也就是集电成霍尔开关传感器优良特性之一。 传感器主要特性是它 的输出特性，即输入磁感应强(a)nn12_,9.63-(v)i工作点；(on)释放点 1(off)-illi,101520b b/mt(b)图3 . 2集成开关型霍尔传感器a)组成 b)输出特性度b与输出电压vo之间的关系。a4 4 e集成霍尔开关是单稳态型，由测量数据作 出的输出特性曲线如图 3. 2 (b)所示。测量时 在1、2两端加+ 12v直流电压, 在输出端3与1之间接一个2k的负载电阻，如图3.3所示。1 +12v2k3 outa 44e2 gnd图3. 3集成霍尔开关接线图3. 3芯片简介3 .3 . 1单片机的选择

29、单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算机的各种功能部件，包括 cpu(central process ing unit)、随机存取存储器ram(rand o m acces s memory)、只读存储器 rom(read -only me m o r y)、基本输入/输出(1 n p ut/ou t put)接口电路。定时器/计数器等部件都制作在 一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机从而实现微型计算机的基本功能。 单片机内部结构示意图如图 3.4所示。单片机实质上是一个芯片。在实际应用中，通常很少将单片机直接和被控对 象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路

30、、外部设备、被控对象等硬件和软件， 才能构成一个单片机应用系统。tint图3. 4单片机内部结构示意图rxd1. at89c52引脚功能at 8 9 c5 2是美国a tmel公司生产的低电压，高性能 cmos 8位单片 机，片内含8k byt es的可反复擦写的只读程序存储器（eprom）和256 bytes 的随机存取数据存储器（ram）,器件采用atmel公司的高密度、非易失性存 储技术生产，与标准m cs-5 1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fl ash存储单元，功能强大，a t89c52单片机适合于许 多较为复杂控制场合应用。主要性能参数：？与

31、mcs-5 1产品指令和引脚完全兼容8 k字节可重擦写f lash闪速存储器1 0 00次擦写周期全静态操作：0hz 24mhz三级加密程序存储器2 5 6 x 8字节内部ram3 2个可编程i/ o 口线3个1 6位定时/计数器8个中断源可编程串行u art通道低功耗空闲和掉电模式p1.0pl. 1pl. 2pl.3fl. 4pl 5pl. 5pl7 kst/vpd rxdp3. 0 top 3. 1 iet0p3.2 funp3.3top3.4 _t2p3, 5 fie5p3.7 xtal2 xtal1 vss14 口23933e4375366357切8 b9c52 33932ic3111

32、301229132814271526ie251724ie23ib2220图3.5 8 9 c 52引脚图gppro o1234567n7654321o cooooooo ls22222222 vid.d一 nt - tn _ ri_n .dreft1 a-d.rlr一，!n_ n .d-dtjdat89c52提供以下标准功能：8k字节f las h闪速存储器，256字节内部 ram,3 2个i/o 口线,3个1 6位定时/计数器，一个6向量两极中断结构，一个全双 工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时， at89c52可降至0hz的静态逻辑 操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。 空闲方式

33、停止cpu的工作，但允许 ram ,定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 ram中的 内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。8 9c5 2管脚图如图3,5所示。8 9c52的主要管脚功能如下：p0.0p0 , 7 : p 0 口是一组8位漏极开路型双向i /o 口，也是地址/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。p1.0p 1 ,7: p1是一个带

34、内部上拉电阻的8位双向 i/o 口,p 1的输出缓冲极 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，此时可作输入口。p2.0p 2, 7 :p2是一个带内部上拉电阻的 8位双向i /o 口，p2的输出缓 冲极可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对端口 p 2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。p3.0p3. 7 : p 3是一个带内部上拉电阻的8位双向 i/o 口，p3的输出缓冲 极可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对端口 p 3写“1”，通过内 部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输

35、入口。al e :地址锁存控制信号。在系统扩展时，ale用于控制把p0 口输出的低8 位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。止匕外，由于a l e是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲，因此，可作为外部时钟或外部定时脉冲使用psen:外部程序存储器读选通信号。在读外部r o m时，psen有效(低电平), 以实现外部r om单元的读操作。ea:访问程序存储控制信号。当ea信号为低电平时，对 rom的读操 作限定在外部程序存储器；当 ea信号为高电平时，对rom的读操作是从内部程 序存储器开始，并可延至外部程序存储器。rst:复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有 效

36、，用以完成单片机的复位初始化操作。xt a l l和xtal 2 :外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时 ，此二引线端 用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。vss:地线。v c c:+5v 电源。以上是m cs-5 1单片机芯片4 0条引脚的定义及简单功能说明。由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限制的。例如，mcs-51系列把芯片引脚数目限定为4 0条，但单片机为实现其功能所需要的信号数目却远远 超过此数，因此就出现了需要与可能的矛盾。如何解决这个矛盾？“兼职”是唯一可行的办法，即给一些信号引脚赋以双重功能。如果把前述的信号定义为引脚 第一功能的话，则

37、根据需要再定义的信号就是它的第二功能。下面介绍一些信号 引脚的第二功能。（1） p3 口线的第二功能。p 3的8条口线都定义有第二功能，如表3. 1所 示表3 . 1 p3 口引脚与第二功能引脚第二功能信号名称p3. 0rxd串行数据接收p3.1tx d串行数据发送p3.2into外部中断0申请p3 . 3int1外部中断1申请p3 .4t0定时/计数器。的外部输入p3 . 5t 1定时/af数器1的外部输入p3.6wr外部r am写选通p3.7rd外部ram读选通（2） e pr om存储器程序固化所需要的信号。有内部 eprom的单片机芯 片（例如8 1 5 1）,为写入程序需提供专门的编

38、程脉冲和编程电源，这些信号也是 由信号引脚以第二功能的形式提供的，即：编程脉冲：30脚（a l曰prog）编程电压（25v）: 31 脚（ea/vpp）（3）备用电源引入。mcs-5 1单片机的备用电源也是以第二功能的方式 由9脚（rst/vpd）引入的。当电源发生故障，电压降低到下限值时，备用电源经 此端向内部ram提供电压，以保护内部 ram中的信息不丢失。2.定时/计数器（1）计数:计数是指对外部事件的个数进行计量。其实质就是对外部输入脉冲 的个数进行计量。实现计数功能的器件称为计数器。（2 ）定时：8 0 51单片机中的定时器和计数器是一个部件，只不过计数器 记录的是外界发生的事件，而

39、定时器则是由单片机内部提供一个非常稳定的计数 源进行定时的。这个计数源是由单片机的晶振经过12分频后获得的一个脉冲源。所以定时器计数脉冲的时间间隔与晶振有关。mcs-51单片机内部有两个1 6位可编程的定时器/计数器，简称为 t0和 t1,均可作定时器和计数器使用，它们均是二进制加法计数器，当计数器计满回 零时能自动产生溢出中断请求，表示定时时间已到或计数已终止。适用于定时控 制、延时、外部计数和检测等。计数器：对引脚t0 （p 3.4 ）和丁135）输入的外部脉冲信号计数，当输 入脉冲彳s号从1到0的负跳变时，计数器就自动加1。计数的最高频率一般为振荡 频率的1/24。定时器：对系统晶振振荡

40、脉冲的1 2分频输出进行计数。定时器/计数器的结构组成：16位加法计数器、工作方式寄存器tmod和控 制寄存器tc on。t0: tl0（低8位）和th0（高8位）t1: tl 1 （低8位）和th 1 （高8位）3.3 . 2存储器的介绍cat 2 4 wc0 2是一个2k位串行c mose2prom。内部含有2 5 6个8位字 节，catalyst公司的先进cmos技术实质上减少了器件的功耗。cat 2 4wco 2有一个16字节页写缓冲器，该器件通过i 2c总线接口进行操作有一个 专门的写保护功能。cat24wc 0 2支持i2c总线数据传送协议，12c总线协议规 定：任何将数据传送到总

41、线的器件作为发送器，任何从总线接收数据的器件为接收 器，数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式,通过器件地址输入端 a。、ai和a 2可以实现将最多8个24wc02器件连接到总 线上。管脚图如3.6所示。图3 .6 24c0 2管脚图s cl串行时钟:cat24wc02串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发 送或接收的时钟，这是一个输入管脚。sda串行数据/地址：cat 2 4wc 0 2双向串行数据/地址管脚用于器件所 有数据的发送或接收。sda是一个开漏输出管脚可与其它开漏输出或集电极开路

42、 输出进行线或（w ire-or）。a0、a1、a2器件地址输入端：这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址 ， 当这些脚悬空时默认值为 0。当使用24wc02时最大可级联8个器件，2 4 wc 02被总线寻址这三个地址输入脚。 a0、ai、a 2可悬空或连接到 vss。wp写保护:如果wp管脚连接到vcc所有的内容都被写保护，只能读。当w p管脚连接到vs s或悬空，允许器件进行正常的读/写操作。起始信号：时钟线保持高电平期间，数据线电平从高到低的跳变作为i 2c总线 的起始信号。停止信号：时钟线保持高电平期间，数据线电平从低到高的跳变作为12c总线的停止信号。本题目中24c 0 2起存储作

43、用，将自行车里程存储在24c02中，当掉电时，存储的数据不会丢失，可以读取 24c0 2中的里程数完成里程的累积。3. 3.3 74ls 74芯片的介绍74 ls74是d触发器的一种，它是一个具有记忆功能的二进制信息存储器件， 是构成多种时序电路的最基本逻辑单元。触发器具有两个稳定状态，即0和1：在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。由于其 状态的更新发生在cp脉冲的边沿故又称之为上升沿触发的边沿触发器，d触发器的状态只取决于时针到来前 d端的状态。d触发器应用很广，可用做数字信号的 寄存、移位寄存、分频和波形发生器等。引脚图如图3. 7所示。vec 巳及口 2d z

44、cf 总岂口 zq zqt4lst4呵 id 1cf isb iq iq drd图3.7 7 4ls 7 4引脚图在本题目中74l s74芯片起分频的作用。当车轮每转一圈，霍尔传感器输出一 个低电平脉冲，通过74ls7 4进行二分频后，定时器t1的开启时间为车轮转1圈 的时间，这样就可以算出自行车的速度。3.3.474ls244芯片的介绍7 4 l s 244为三态输出的八位缓冲器和总线驱动器 ，若单片机输出口直接接 显示部分电路，则电流太小，会导致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74l s2 44,增大电流，使led能够正常工作。其逻辑图如图 3. 8所示。vee 2

45、g lt2a3 m ;a2 ml1g 1a1 my4 2t3 1a31*4 itl gm)图3 .8 7 4ls244逻辑图3 . 4单片机外围电路的设计1 .时钟电路的设计时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条 不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量 也直接影响单片机系统的稳定性。80 5 1片内由一个反相放大器构成振荡器，可以 由它产生时钟。常用的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。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大 器的输入为芯片引脚xtal1,输出端

46、为引脚xtal2。这两个引脚跨接石英晶体振 荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。单片机内部时钟方式的振荡电 路如图3 .9所示。at89c52 xtal2c1 130pc2 -130 p xtal1 vss图3. 9单片机片内振荡电路电路中的电容cl和c2常选择为30p f左右。对外接电容的值虽然没有严格 的要求，但电容的大小会影响振荡器的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温 度的稳定性。而外接晶体的振荡频率的大小，主要取决于单片机的工作频率范围， 每一种单片机都有自己的最大工作频率，外接的晶体振荡频率不大于单片机的最大工作频率即可。止匕外，如果单片机有串行通信，则应该选择振荡频率除

47、以串行通信 频率可以除尽的晶体。本设计晶振米用 1 2 mhz o2 .复位电路的设计8 9 c52的复位/u入引脚 ret（即res et）为8 9 c52提供了初始化的手 段。有了它可以使程序从指定处开始执行， 即从程序存储器中的0000h地址单 元开始执行程序。在89c5 2的时钟电路工作后，只要在r et引脚上出现两个机器 周期以上的高电平时，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，89 c 52才从0 000h地址开始执 行程序。复位操作对寄存器也有影响，但内部ram受复位的影响。当vcc加电后，ra m的内容是随机的

48、。它们的复位状态如表 3.2所示。表3.2 mcs-51的复位状态表寄存器复位状态寄存器复位状态pc0 0 0 0htcon00ha00htm od0 0h寄存器复位状态寄存器复位状态b00hth 000 hpsw00ht l 000 hsp07hth 1oohdptr00 0 0htl10 0 hp 0p3ffhscon00 hi px x0 0 0 000hsbufxxhie0 x00000 0 hp c 0 n0 xx x 0 000b由表3. 2中可以看出，复位时，sp= 0 7h; 4个i/o端口 p 0p 3的引脚 均为高电平，这在某些控制应用中，要考虑到引脚的高电平对外部控制电路

49、的影 响。由于单片机内部的各个功能部件均受特殊功能寄存器控制，程序运行直接受 程序计数器（pc）的指挥。另外，在复位有效期间（即高电平），mcs-51单片机的al e引脚和psen引脚均为高电平，且内部r am不受复位的影响。本系统的复位电路是采用按键复位的电路，如图3 .10所示，是常用复位电路之 一。当89 c5 2的ale及psen两引脚输出高电平,ret引脚为高电平时，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相当于瞬间短路，+ 5v立即加到ret/vpd端，该高电平使89c5 2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执行，只需按动

50、按钮即可。按下按钮， 则直接把+ 5 v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sb uf寄存器状态不确定。at89c52图3. 10按键复位电路工作原理：上电瞬间，rc电路充电，rst引脚出现高电平，只要r st端保持 10ms以上高电平，就能使单片机有效地复位。3 .显示电路的设计本设计中采用led数码管显示。在单片机系统中，通常用 led数码显示器 来显示各常小或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的 特点，因此使用非常广泛。八段 le d显示器由8个发光二极管组成。其中 7个发 光二极管构成字型

51、“ 8”的各个笔画段，另一个小数点为dp发光二极管。led显 示器有两种不同的形式：一种是发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极led显示器；另一种是发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极l e d显示 器。如图3. 1 1所示。5 tgnda h n n n n na外形b）其阳极挂注口共阴极楼法图3. 1 1七（八）段led显示器a）外形图 b）共阳极接法c）共阴极接法le d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器的8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极c om各自独立地受i/o线控制。cpu向字段输出口

52、送出 字型码时，所有显示器接收到相同的字型码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于com端。也就是说我们可以采用分时的方法，轮流控制各个显示器的com端，使 各个显示器轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂 的（约1ms）,由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应 ，尽管实际上各位显 示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数 据，不会有闪烁感。因为led的正向工作电压一般在1.2 v-2. 6v,其发光工作电流为5ma-2 0 ma,发光强度基本上与正向电流成正比，故电路需串联适当的限流电阻，本设计 选择比较常用的1 00电阻。本设计p2.0

53、、p 2. 1、p2 . 2、p2.3信号一起组成位选通的位选信号，p0.0p0.7 信号一起组成段码选通的段选信号，通过软件编程，先把所要显示的数据放入存储 单元，然后把数据送入段选通对应的地址，再选通某一个l ed,逐步完成四个 le d的显示。4 .单片机各口的作用和用途自行车里程表采用at 89c52单片机作控制，速度及里程传感器采用霍尔元 件,其电路原理图如附录i所示。p0 口和p2 用于七段led显示器的段码及位 选扫描输出，在显示里程时，第3位小数点用17脚p3. 7 口控制点亮。p 1 .0和p1.1 口分别用于显示里程状态和速度状态。p12 p1.3、p1 .6和p 1. 7

54、 口分别用于设置轮圈的大小。第1 0脚的开关用于确定显示的方式，当开关s闭合时，显示速度； 打开开关s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低电平。第 13脚外中断1用于控制定时器t 1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，如图3 .12所示。这样，每次定时器t 1的开启时间刚好为转1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 口和p1. 5 口用于e2prom存储器2 4c02的存取控制。11脚输出用于速度超速时的报警，报警电路图如图 3.13所示。；霍尔输出国脉冲a二分频后的波理图3. 1 2单片机11、12脚的输入波形蜂鸣器at89c52f3.1指示灯i irl2 looq图3.1 3报警电路图第4章自行车里程表软件程序设计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主要的软件部分设计。 所谓软件设计就是把软件需求变换成软件的具体设计方案（即模块结构）的过程。模块化结构设计即是根据要求和硬件设计的结构，将整个系统的功能分成许多小 的功能模块，再根据这些小的功能模块进行程序编写的过程。这样的设计方法，使得系统的整个功能和各部分的功