毕业论文基于51单片机的多功能自行车码表

1、2009届毕业生 毕业设计（论文） 题 目： 基于51单片机的智能多功能自行车码表 学 院： 长 沙 航 空 职 业 技 术 学 院 系 别： 航 空 电 子 电 气 工 程 系 专 业： 应 用 电 子 技 术 专 业 姓 名： 肖 国 军 学 号： 200900042023 班 级： 电 子 0902 指导老师： 欧阳红、戴俨炯老师 2012年5月30日基于51单片机的智能多功能自行车码表摘要随着人们生活水平的不断提高，自行车已经不仅仅是运输、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，能带来大家更多的健康与快乐。自行车码表作为自行车的一大

2、辅助工具迅速发展起来。它能合理计算出速度及公里数,使运动者运动适量,达到健康运动与代步的最佳效果。码表能尽可能真实地反映骑行状况，便于车手及时调整自己的举动。本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车的速度里程表的设计。以 AT89C52 单片机为核心，A44E 霍尔传感器测转数，温度芯片（DS18B20）获得温度数据，万年历芯片（DS1302）获得日期数据，并通过LED实时显示。文章详细介绍了自行车的速度里程表的硬件电路和软件设计。硬件部分由AT89C52单片机最小系统模块、设置与启动模块、霍尔脉冲模块、日历模块、温度模块和数码管显示模块组成。软件部分用C语言进行编程，采用模块化设计思想。关键词

3、AT89C52单片机；A44E霍尔传感器；温度（DS18B20）；日历（DS1302）；速度；里程。Abstract:As people living standard rise ceaselessly, is not only the bicycle has been walking transport, the tool of the auxiliary function also becomes more and more important. So, it is hoped that the bicycle entertainment, recreation, exercise mor

4、e and more of the function, can bring you more health and happiness. Occasionally a bicycle as a bicycle large auxiliary tools rapidly. It can reasonable calculation out speed and traveled, make activists motion is right amount, to health movement and the best results instead of walking. Now as far

5、as possible can reflect the riding condition, it is easy to adjust their behavior drivers. This thesis mainly elaborated one based on the speed of the hall element bike the design of the odometer. By AT89C52 single chip microcomputer as the core, A44E hall sensors RPM, temperature chip (DS18B20) get

6、 temperature data, calendar chip (DS1302) get date data, and through the LED display. This paper introduces in detail the speed of the bicycle odometer hardware circuit and software design. By AT89C52 single chip microcomputer hardware part minimum system module, set up and start module, hall pulse

7、module, calendar module, temperature module and digital pipe display module. Software of C language program, modular design thought.Keywords AT89C52 single chip microcomputer; A44E hall sensors; Temperature (DS18B20); The calendar (DS1302); Speed; Mileage.目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc326175134

8、 基于51单片机的智能多功能自行车码表 PAGEREF _Toc326175134 h 1 HYPERLINK l _Toc326175135 摘要： PAGEREF _Toc326175135 h 1 HYPERLINK l _Toc326175136 关键词： PAGEREF _Toc326175136 h 1 HYPERLINK l _Toc326175137 目录 PAGEREF _Toc326175137 h 3 HYPERLINK l _Toc326175138 第1章：绪论 PAGEREF _Toc326175138 h 5 HYPERLINK l _Toc326175139 课

9、题分析 PAGEREF _Toc326175139 h 5 HYPERLINK l _Toc326175140 1课题要求 PAGEREF _Toc326175140 h 5 HYPERLINK l _Toc326175141 2系统功能概述 PAGEREF _Toc326175141 h 5 HYPERLINK l _Toc326175142 课题总体设计 PAGEREF _Toc326175142 h 0 HYPERLINK l _Toc326175143 1硬件电路设计思路 PAGEREF _Toc326175143 h 0 HYPERLINK l _Toc326175144 2软件设计

10、思路 PAGEREF _Toc326175144 h 1 HYPERLINK l _Toc326175145 第2章：硬件电路设置 PAGEREF _Toc326175145 h 2 HYPERLINK l _Toc326175146 单片机模块 PAGEREF _Toc326175146 h 2 HYPERLINK l _Toc326175147 2.1.1. 处理执行元件 PAGEREF _Toc326175147 h 2 HYPERLINK l _Toc326175148 2.1.3. 复位电路 PAGEREF _Toc326175148 h 2 HYPERLINK l _Toc3261

11、75149 2.1.4. 显示电路 PAGEREF _Toc326175149 h 3 HYPERLINK l _Toc326175150 霍尔传感器简介 PAGEREF _Toc326175150 h 1 HYPERLINK l _Toc326175151 2.3.1. 霍尔器件概述 PAGEREF _Toc326175151 h 1 HYPERLINK l _Toc326175152 2.3.2. 霍尔传感器的应用 PAGEREF _Toc326175152 h 1 HYPERLINK l _Toc326175153 2.3.3. AH41霍尔开关 PAGEREF _Toc32617515

12、3 h 2 HYPERLINK l _Toc326175154 温度模块 PAGEREF _Toc326175154 h 1 HYPERLINK l _Toc326175155 2.4.1. DS18B20的概述 PAGEREF _Toc326175155 h 1 HYPERLINK l _Toc326175156 2.4.2. DS18B20的应用 PAGEREF _Toc326175156 h 1 HYPERLINK l _Toc326175157 2.4.2. DS18B20的主要特性 PAGEREF _Toc326175157 h 1 HYPERLINK l _Toc326175158

13、 2.4.2. DS18B20相关资料 PAGEREF _Toc326175158 h 2 HYPERLINK l _Toc326175159 日历模块（DS1302） PAGEREF _Toc326175159 h 3 HYPERLINK l _Toc326175160 2.5.1. DS1302概述 PAGEREF _Toc326175160 h 3 HYPERLINK l _Toc326175161 2.5.2. DS1302主要的性能指标和特点 PAGEREF _Toc326175161 h 3 HYPERLINK l _Toc326175162 2.5.3. DS1302的基本组成和

14、工作原理 PAGEREF _Toc326175162 h 4 HYPERLINK l _Toc326175163 第3章：软件设计 PAGEREF _Toc326175163 h 0 HYPERLINK l _Toc326175164 自行车码表程序设计思路及过程 PAGEREF _Toc326175164 h 0 HYPERLINK l _Toc326175165 3.1.1. 速度程序设计思路 PAGEREF _Toc326175165 h 0 HYPERLINK l _Toc326175166 3.1.2. 时间程序设计思路 PAGEREF _Toc326175166 h 2 HYPER

15、LINK l _Toc326175167 3.1.3. 行程程序设计思路 PAGEREF _Toc326175167 h 2 HYPERLINK l _Toc326175168 3.1.4. 温度程序设计思路 PAGEREF _Toc326175168 h 2 HYPERLINK l _Toc326175169 3.1.5. 日历程序设计 PAGEREF _Toc326175169 h 0 HYPERLINK l _Toc326175170 第4章：调试 PAGEREF _Toc326175170 h 0 HYPERLINK l _Toc326175171 仿真软件调试 PAGEREF _To

16、c326175171 h 0 HYPERLINK l _Toc326175172 4.1.1. pruotues软件调试 PAGEREF _Toc326175172 h 0 HYPERLINK l _Toc326175173 实物调试 PAGEREF _Toc326175173 h 0 HYPERLINK l _Toc326175174 结论 PAGEREF _Toc326175174 h 2 HYPERLINK l _Toc326175175 参考文献 PAGEREF _Toc326175175 h 2 HYPERLINK l _Toc326175176 致谢 PAGEREF _Toc326

17、175176 h 3 HYPERLINK l _Toc326175177 附录 PAGEREF _Toc326175177 h 3 HYPERLINK l _Toc326175178 附录一：源程序 PAGEREF _Toc326175178 h 3 HYPERLINK l _Toc326175179 附录二：电路PCB板图 PAGEREF _Toc326175179 h 5 HYPERLINK l _Toc326175180 附录三：实物效果图 PAGEREF _Toc326175180 h 1 HYPERLINK l _Toc326175181 附录四：电路元件清单 PAGEREF _To

18、c326175181 h 1第1章：绪论智能化转速测量可以对电机的转速进行测量，电机在运行的过程中，需要对其平稳性进行监测，适时对转速的测量有效地可以反映电机的状况。本系统主要由传感器，单片机AT89C51构成。可以对大范围转速进行测量，测量的转速精度高，还可以和PC机时时通信，实现对电机转速的测量。单片机的英文名称是Micro Controller unit,缩写为MCU，又称为微控制器，它是一种面向控制的大规模集成电路芯片。它具有功能强、体积小、可靠性高、应用简单灵活，因而使用非常广泛，有力地推动各行业的技术发展和更新换代。本文介绍了此系统的功能、技术指标以及主要内容等；论述了总体设计过程

19、,确定了技术指标及器件的选择；着重描述了系统硬件电路设计、硬件设计框图及所使用的各种芯片功能与特性；重点剖析了软件设计的过程。由于本人水平有限，加之时间仓促，论文中难免会有错误和不足之外，不够理想、许多方面还需要继续完善和改进。在这里恳请指导老师和各位专家老师批评指正。在此特别感谢我的指导老师戴严炯老师的大力指导。1.1课题分析1.11课题要求51单片机的智能多功能自行车码功能要求：能显示车速、单次行驶距离、总里程；能够显示骑行时间，当前时间日期；能够显示当前温度。1.12系统功能概述功能：系统主要实现功能是:AT89C51单片机接收霍尔传感器传来的脉冲信号,单片机根据外部中断,以及内部定时器

20、进行记数计算出自行车转速送到LED显示。组成及框图如图1-1：图1-1 组成及框图传感器电路、转速测量、LED显示、温度和日历等将在以下章节作详细地设计。1.2课题总体设计1.21硬件电路设计思路硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的原理框图、电路原理图。89C51单片机通过INT0输入传感器的脉冲信号，通过P3.6获得温度数据，通过P1口制作启动和设置车轮模块，P0口P2口接LED动态显示。自行车码表部分的硬件设计思路：本次设计单片机部分的硬件框图如 图1-2所示。复位电路显示电路CPU执行单元温度电路时钟电路启动和设置电路日历电

21、路图1-2 单片机部分硬件框图具体详细的叙述将在下面的章节中逐一介绍。1.22软件设计思路软件需要解决的是定时器0的记数和外部中断0的设定。显示部分、需要有一个二进制到十进制的转化程序。启动和设置车轮需要用到独立按键方面的程序。软件工作流程：霍尔传感器利用磁电效应产生一周期脉冲向单片机的外部中断0（P3.2）口发送一个中断信号，定时器工作在内部定时，TH0、TL0设定初值为0，作为除数的低两字节，利用软件记数器、定时器0中断的次数作为除数高字节。中断完毕读取内部记数值作为除数，调用除法程序计算转速，再对二进制数进行一系列变换后调用显示程序，同时通过中断累加行程，显示在LED上。转速部分软件设计

22、思路： AT89C51单片机的口接收传感器的信号。主要编写一个外部中断服务程序INT_0，读取记数值的三个字节，并再次清0记数初值以便下次的记数和计算。系统要求单片机晶振。软件的具体设计我们将在下面的章节中作详细介绍。第2章：硬件电路设置硬件的功能由总体设计所规定，硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的电路原理图，必要时做一些部件实验，以确定电路图的正确性，以及工艺结构的设计加工、印制板的制作、样机的组装等。整个自行车码表为单片机控制模块、霍尔传感器模块、启动与设置车轮模块、温度模块和日历模块，各个模块都承担着各自的任务。设计单片机

23、模块，考虑到单片机本身的外围电路较多，所以在单片机模块方面需要极为小心。具体每一部分的设计将在以下章节中详细分析。2.1单片机模块根据系统功能要求以及单片机硬件电路设计思路（如图31）对单片机模块进行设计，要使单片机准确的测量转速和行程，并且使测出的数据能显示出来，所以整个单片机部分分为传感器电路、时钟电路、复位电路、执行元件以及显示电路五个部分。2.1.1. 处理执行元件单片机我们采用AT89C51(其引脚图如图21)，相较于INTEL公司的8051它本身带有一定的优点。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存贮器（FPEROMFalsh Programmable and Era

24、sable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。图2-1 AT89C51引脚图主要特性：与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路管脚说明：1.VCC：供电电压；2.GND：接地；3.P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数

25、据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。4.P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。5.P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚

26、被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。6.P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表21所示：7.RS

27、T：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。8.ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。P3口的第二功能表（表2-1）引 脚第二功能信 号 名 称RXDTXDINT0INT1T0T1WRRD串行数据接收串行数据发送外部中断0请求外部中断1请求定时器

28、/计数器0计数输入定时器/计数器1计数输入外部RAM写选通外部RAM读选通表2-1 P3口的第二功能P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。此时， ALE只在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 9./PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 10./EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部

29、锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 11.XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 12.XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石英振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.1.2. 时钟电路时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS

30、-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的典型值为12MHZCMOS型单片机内部（如AT89C51）有一个可控的负反馈反相放大器，外接晶振（或陶瓷谐振器）和电容组成振荡器，图2-2为CMOS型单片机时钟电路框图。振荡器工作受/PD端控制，由软件置“1”PD（即特殊功能寄存器PCON.1）使/PD0，振荡器停止工作，整个单片机也就停止工作，以达到节电目的。清“0”PD，使振荡器工作产生时钟，单片机便正常运行。图中SYS为晶振或陶瓷谐振器，振荡器产生的时钟频率主要由SYS参数确定（晶振上标明的频率）。电容C1和C2的作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f起微调作用（C1、C2大，f变

31、小），其典型值为30pF。图2-2 CMOS型单片机时钟电路框图2.1.3. 复位电路计算机在启动运行时都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51单片机有一个复位引脚RST，它是史密特触发输入(对于CHMOS单片机，RST引脚的内部有一个拉低电阻)，当振荡器起振后该引脚上出现2个机器周期(即24个时钟周期)以上的高电平，使器件复位，只要RST保持高电平，MCS-51保持复位状态。RST变为低电平后，退出复位，CPU从初始状态开始工作。单片机采用的复位方式是自动复位方式。对于MOS(AT89C51)单片机只要接一个电容至VCC即可

32、(见图2-3)。在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在RST端出现一定时间的高电平，只要高电平时间足够长，就可以使MCS-51有效的复位。RST端在加电时应保持的高电平时间包括VCC的上升时间和振荡器起振的时间，Vss上升时间若为10ms，振荡器起振的时间和频率有关。10MHZ时约为1ms，1MHZ时约为10ms，所以一般为了可靠的复位，RST在上电应保持20ms以上的高电平。RC时间常数越大，上电RST端保持高电平的时间越长。若复位电路失效，加电后CPU从一个随机的状态开始工作，系统就不能正常运转。图2-3 上电复位电路2.1.4. 显示电路(1)许多电子产品上都有跳动的数码来指示电器的工作状态

33、，其实数码管显示的数码均是由八个发光二极管构成的。每段上加上合适的电压，该段就点亮。LED数码有共阳和共阴两种，把这些LED发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个8字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳的，相反的，就叫共阴的，那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。再把多个这样的8字装在一起成了多位的数码管了。图2-4 实物图 图2-5 内部结构图 共阳型（图2-5）就是八个发光管的正极都连在一起 ，作为一条引线.AG段用于显示数字,字符的笔画,（dp显示小数点），每一段控制AGdp的亮与来。共阴型LCD数码管可以分为静态式和动态式两类。静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每

34、个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多。动态显示驱动：动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就

35、使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。(2) LED段码表(表2-2) 显示字符共阴极段选码共阳极段选码显示字符共阴极段选码共阳极段选码012343FH06H5BH4FH66HC0HF9HA4HB0H99H567896DH7DH07H7BH6FH92H82HF8H80H90H表2-2 LED段码表（3）动态显示仿真（图2-6）图2-6 动态显示仿真图图2-7启动和设置车轮图 图

36、2-8 启动和设置车轮通过开关SW2选择启动还是设置车轮值。1)当SW2打向启动时开始行驶，2当SW2打向车轮设置时开始设置车轮；按下T1或立即松开车轮值加或减一；按住T1或T2不放车轮值一直加或减。3)SW1拨码开关拨动切换显示各模块。2.3霍尔传感器简介2.3.1. 霍尔器件概述霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛应用。霍尔元件是一种磁传感器。要他们可以检测磁场及其变化，可以在各种与磁场有关的场合中。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔期间具有许多优点，他们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震

37、动，不怕灰尘、水汽及烟雾等污染或腐蚀。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、无回调、位置重复精度高（可达um级）。采用了各种补偿措施的霍尔器件的工作温度范围广，可达55-150度。按照霍尔器件的功能可将他们分为：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。集成霍尔传感器是利用硅集成电路工艺将霍尔元件和测量线路集成在一起的一种传感器。集成霍尔传感器的输出是经过处理的霍尔输出信号。按照输出信号的形式，可以分为开关型集成霍尔传感器和线性集成霍尔传感器两种类型。开关型集成霍尔传感器是把霍尔元件的输出经过处理后输出一个高电平或低电平的数字信号。

38、霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成。2.3.2. 霍尔传感器的应用使用霍尔器件检测磁场的方法极为简单，将霍尔器件做成各种形式的探头，放在被测磁场中，因霍尔器件只对垂直于霍尔片表面的磁感应强度敏感，因而必须令磁力线和器件表面垂直，通电后即可由输出电压得到被测磁场的磁感应强度。若不垂直，则应求出其垂直分量来计算被测磁场的磁感应强度值。而且，因霍尔元件的尺寸极小，可以进行多点检测，由计算机进行数据处理，可以得到场的分布状态，并可对狭缝，小孔中的磁场进行检测用磁场作为被传感物体的运动和位置信息载体时，一般采用永久磁钢来产生工作磁场。2.3.3. AH4

39、1霍尔开关AH41霍尔开关电路最适于响应变化斜率陡峭的磁场并在磁通密度较弱的场合使用，适用于单极或多对磁环工作，它由反向电压保护器、电压调整器、霍尔电压发生器、信号放大器、史密特触发器和集电极开路的输出级组成。工作温度范围为-40 150（存储温度为150），可适用于各种机及机电一体化领域。 电参数： 参数 符号 测试条件 量值 单位 最小 典型 最大输出低电平电压 Vout Iout=20mA BBOP-200-400mV输出高电平电流 IOFF Vout=24V B 电源电流ICCVCC=24V 输出端开路 10 mA CL=20Pf-0.12S CL=20Pf-0.18S 产品特点:.电

40、源电压范围宽.可用市售的小磁环来驱动.无可动部件、可靠性高.尺寸小.抗环境应力.可直接同双极和MOS逻辑电路接口应用:.高灵敏的无触点开关.直流无刷电机.直流无刷风机. 霍尔开关元件的电路图如下：图2-9 霍尔传感器的电路图2.4温度模块在此采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号。便于单片机处理及控制，节省硬件电路。且该芯片的物理化学性很稳定，此元件线形性能好，在0100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器。每只DS1

41、8B20具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件。这样一条总线上可挂接多个DS18B20传感器，实现多点温度测量，轻松的组建传感网络。2.4.1. DS18B20的概述美国Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820 是世界上第一片支持 一线总线接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20 体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。目前DS18B20

42、 批量采购价格仅10 元左右。2.4.2. DS18B20的应用在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。2.4.2. DS18B20的主要特性适应电压范围

43、更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内温范围55125，在-10+85，可实现高精度测温在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码

44、，具有极强的抗干扰纠错能力负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2.4.2. DS18B20相关资料1、DS18B20原理与分析DS18B20是美国DALLAS半导体公司最新推出的改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读写信息仅需要一根口线（单线接口）,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。2、DS18B20的测温原理图2-10 DS18B20

45、原理框图DS18B20的测温原理上图所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在 -55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄

46、存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。另外，系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。DS18B20工作过程一般遵循以下协议：初始化ROM操作命令存储器操作命令

47、处理数据2.5日历模块（DS1302）2.5.1. DS1302概述DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片,内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM,通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路.提供秒分时日日期.月年的信息,每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式.DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信,仅需用到三个口线:1 RES 复位,2 I/O 数据线,3 SCLK串行时钟.时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信.DS1302 工作时功耗很低,保持数

48、据和时钟信息时功率小于1mW。2.5.2. DS1302主要的性能指标和特点实时时钟具有能计算2100 年之前的秒分时日日期星期月年的能力还有闰年调整的能力;31 8 位暂存数据存储RAM;串行I/O 口方式使得管脚数量最少;宽范围工作电压2.0 5.5V;工作电流2.0V 时,小于300nA;读/写时钟或RAM 数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式;8 脚DIP 封装或可选的8 脚SOIC 封装根据表面装配;简单3 线接口;与TTL 兼容Vcc=5V;可选工业级温度范围-40 +85;与DS1202 兼容;在DS1202 基础上增加的特性;对Vcc1 有可选的涓流充电能力;双

49、电源管用于主电源和备份电源供应;备份电源管脚可由电池或大容量电容输入;2.5.3. DS1302的基本组成和工作原理DS1302 的引脚功能排列及描述如下图所示.图2-11 DS1302引脚图管脚描述X1 X2 32.768KHz 晶振管脚GND 地RST 复位脚I/O 数据输入/输出引脚SCLK 串行时钟Vcc1,Vcc2 电源供电管脚DS1302 串行时钟芯片8 脚DIPDS1302S 串行时钟芯片8 脚SOIC 200milDS1302Z 串行时钟芯片8 脚SOIC 150mil第3章：软件设计本章重点阐述测量转速、行程累加、温度数据和日历的C语言程序。以及软件设计的过程。软件需要解决的

50、是单片机中断服务程序的设计、计算程序的设计、显示部分程序设计以及在我们这里非重点介绍的通信程序设计。3.1自行车码表程序设计思路及过程自行车码表程序可以分为若干模块，然后在主程序中调用各个模块，流程图如下图3-1所示。开始初始化启动或设置设置车轮启动否是设置车轮值显示速度时间行程温度日历显示图3-1 总体设计流程图3.1.1. 速度程序设计思路测频法“M法”在一定测量时间T内，测量脉冲发生器（替代输入脉冲）产生的脉冲数m1来测量转速，如图3-2“M”法测量转速脉冲所示，设在时间T内，转轴转过的弧度数为X，则转速n可由下式表示： n= (3-1)转轴转过的弧度数X可用下式所示m1 X (3-2)

51、图3-2 “M”法测量转速脉冲将（3-2）式代入（3-1）式得转速n的表达式为： n= （3-3） P-为转轴转一周脉冲发生器产生的脉冲数；n-转速单位：（转/分）； T-定时时间单位：（秒）。在该方法中，测量精度是由于定时时间T和脉冲不能保证严格同步，可能产生的1个脉冲的量化误差。因此，为了提高测量精度，T要有足够长的时间。侧周期法“T法”转速可以用两脉冲产生的间隔宽度TP来决定。用以采集数据的码盘，可以是单孔或多孔，对于单孔码盘测量两次脉冲间的时间，就可测出转述数据，TP也可以用时钟脉冲数来表示。对于多孔码盘，其测量的时间只是每转的1/N，N为码盘孔数。如图3-3“T”法脉宽测量所示。TP

52、通过定时器测得。定时器对时基脉冲(频率为fc)进行计数定时，在TP内计数值若为m2，则计算公式为： n= （3-4）即： （3-5） fc-为硬件产生的基准时钟脉冲频率：单位（Hz）；n-转速单位：（转/分）； m2-时基脉冲。图3-3 “T”法脉宽测量由 “T”法脉宽测量可知“T”法测量精度的误差主要有两个方面，一是两脉冲的上升沿触发时间不一致而产生的；二是计数和定时起始和关闭不一致而产生的。测周法在低转速时精度较高，但随着转速的增加，精度变差，有小于一个脉冲的误差存在。3.1.2. 时间程序设计思路51单片机有两个内部定时器，因此可通过内部定时获得骑行时间。TMOD=0 x01使定时器零工

53、作在定时模式，设定一定的初值，通过程序处理获得60进制值，从而在数码管上显示。3.1.3. 行程程序设计思路行程可通过外部脉冲信号进行累加，于是可利用单片机的外部中断实现。从而通过数码管显示3.1.4. 温度程序设计思路温度的数据可通过DS18B20的DQ端获得，需注意的是DS18B20的时序要求比较严格。DS18B20工作过程一般遵循一下协议：初始化ROM操作命令存储器操作命令处理数据。温度传感器与单片机通讯时序1、DS18B20的复位时序（初始化） 关于复位时序。首先是总线DS处在空闲状态(DS=1)，主机(单片机)需要将总线拉低480us-960us之后，单片机需要释放总线(DS=1)，

54、延迟时间为15-60us，等待DS18B20响应以检测DS18B20是否存在(presence pulse)如果总线被拉低(DS=0)表示DS18B20存在，可以进行后续操作。因为存在低电平检测时延(60-240us),在进行后操作之前需要延迟60-240us后将总线拉高(DS=1)将总线置为空闲状态。复位时序图如下：图3-4 DS18B20复位时序图2、DS18B20的读时序 对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少

55、需要60us才能完成。 读时序图如下：图3-5 DS18B20读时序图 3、DS18B20的写时序 对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。 对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。写时序如下：图3-6 DS18B20写时序图3.1.5. 日历程序设计DS1302可通过简单的串行接口与单片机进行通信可提供:-秒分时日日期月年的信息-每月的天数和闰年的天数可自动调整-可通过AM

56、/PM 指示决定采用24 或12 小时格式-保持数据和时钟信息时功率小于1mW 读写时序说明DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。 要想与DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如下图。图3-7 控制字（即地址及命令字节）控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1（A4A0）：指示操作单元的地址；位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。控制字总是从最低位开始输出。在控制

57、字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如图3-8 。图3-8 数据读写时序第4章：调试4.1仿真软件调试通过pruotues和keil调适仿真软件上调适未发现错误一切都能正常工作，符合设计要求和能实现设计功能。4.1.1. pruotues软件调试电路仿真功能简介（Prospice）ProSPICE混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；超过27000个仿真器件：可以通过内部原型

58、或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件； 多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入； 丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等； 生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、

59、生动； 高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析。课程设计具体仿真具体要求仿真图如下：图4-1 骑行距离仿真图图4-2 骑行时间仿真图图4-3 车轮直径设置仿真图4.2实物调试调适故障按下电源开关无反映，手触碰复位引脚能显示；按下电源既有一圈的行程。解决方法添加一个上电复位电路即有显示；在初始化程序后添加了启动程序解决了开机既有一圈行程问题结论课程设计完成情况通过keil编译出程序；通过pruotues对设计进行仿真并实现；通过DXP2004绘制PCB板并作出电路板；最终调

60、适能够达到课题要求，能够正确的测出速度（误差范围内）、骑行距离、骑行时间、温度和显示当前时间。系统的不足和展望通过数码管显示效果不佳。可以通过液晶显示屏显示；在速度模块上硬件不够完善，导致速度精度不够。可通过放置多块磁铁缩短间隔，已达到提高精度。参考文献1.王文海.单片机应用与实践项目化教程.北京：化学工业出版社，2010,62.张有德.单片微机原理、应用与实验.上海:复旦大学出版社，1997，83.李朝青.单片机&DSP外围数字IC技术手册.北京:北京航空航天大学出版社，1998，44.梁廷贵、王裕琛 .现代集成电路实用手册.北京:科学技术文献出版社，1999，65.于海生.微型计算机控制技