基于51單片機(jī)的自行車測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

《基于51單片機(jī)的自行車測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于51單片機(jī)的自行車測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc（25頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

摘 要 隨著居民生活水平的不斷提高，人們對(duì)于生活質(zhì)量的要求也日益增加，尤其是對(duì)健身的要求。自行車不再僅僅是普通的運(yùn)輸、代步的工具，而是成為人們娛樂、休閑、鍛煉的首選。自行車的速度里程表能夠滿足人們最基本的需求，讓人們能清楚地知道當(dāng)前的速度、里程等物理量。而對(duì)于自行車運(yùn)動(dòng)員來說，最為關(guān)心的莫過于一段時(shí)間內(nèi)的訓(xùn)練效果。因?yàn)榻叹氁鶕?jù)一段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練效果進(jìn)行評(píng)估，從而進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整已使運(yùn)動(dòng)員達(dá)到最佳的狀態(tài)。因此愛好自行車運(yùn)動(dòng)的人十分學(xué)要一款能測(cè)速的裝置，以知道自己的運(yùn)動(dòng)情況。并根據(jù)外界條件，如溫度，風(fēng)速等進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，已達(dá)到最佳運(yùn)動(dòng)的效果。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、LED顯示、里程/速度、霍爾元件 第一章系統(tǒng)總方案分析與設(shè)計(jì) 1.1 課題主要任務(wù)及內(nèi)容 本課題主要任務(wù)是利用霍爾元件、單片機(jī)等部件設(shè)計(jì)一個(gè)可用LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示里程和速度的自行車的速度里程表。本文主要介紹了自行車的速度里程表的設(shè)計(jì)思想、電路原理、方案論證以及元件的選擇等內(nèi)容，整體上分為硬件部分設(shè)計(jì)和軟件部分設(shè)計(jì)。 本文首先扼要對(duì)該課題的任務(wù)進(jìn)行方案論證，包括硬件方案和軟件方案的設(shè)計(jì)；繼而具體介紹了自行車的速度里程表的硬件設(shè)計(jì)，包括傳感器的選擇、單片機(jī)的選擇、顯示電路的設(shè)計(jì)；然后闡述了該自行車的速度里程表的軟件設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì)、顯示子程序的設(shè)計(jì)；最后對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。 具體的硬件電路包括AT89C52單片機(jī)、霍爾元件以及LED顯示電路等。 軟件設(shè)計(jì)包括：中斷子程序設(shè)計(jì)，里程計(jì)算子程序設(shè)計(jì)，顯示子程序設(shè)計(jì)。軟件采用匯編語(yǔ)言編寫，軟件設(shè)計(jì)的思想主要是自頂向下，模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)子模塊逐一設(shè)計(jì)。 1.2 任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是：以通用AT89C52單片機(jī)為處理核心，用傳感器將車輪的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈沖，進(jìn)行處理后送入單片機(jī)。里程及速度的測(cè)量，是經(jīng)過AT89C52的定時(shí)/計(jì)數(shù)器測(cè)出總的脈沖數(shù)和每轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，再經(jīng)過單片機(jī)的計(jì)算得出，其結(jié)果通過LED顯示器顯示出來。 本系統(tǒng)總體思路如下：假定輪圈的周長(zhǎng)為L(zhǎng)，在輪圈上安裝m個(gè)永久磁鐵，則測(cè)得的里程值最大誤差為L(zhǎng)/m。經(jīng)綜合分析，本設(shè)計(jì)中取m=1。當(dāng)輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過開關(guān)型霍爾元件傳感器采集到一個(gè)脈沖信號(hào)，并從引腳P3.2中斷0端輸入，傳感器每獲取一個(gè)脈沖信號(hào)即對(duì)系統(tǒng)提供一次計(jì)數(shù)中斷。每次中斷代表車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，中斷數(shù)n和周長(zhǎng)L的乘積為里程值。計(jì)數(shù)器T1計(jì)算每轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間t，就可以計(jì)算出即時(shí)速度v。當(dāng)里程鍵按下時(shí)，里程指示燈亮，LED切換顯示當(dāng)前里程;當(dāng)速度鍵按下時(shí)，速度指示燈亮，LED切換顯示當(dāng)前速度。 要求達(dá)到的各項(xiàng)指標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法如下： 1. 利用霍爾傳感器產(chǎn)生里程數(shù)的脈沖信號(hào)。 2. 對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 實(shí)現(xiàn)：利用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器T1對(duì)霍爾傳感器脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 3. 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，要求用LED顯示里程總數(shù)和即時(shí)速度。 實(shí)現(xiàn)：利用軟件編程，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到需要的數(shù)值。 最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：自行車的速度里程表具有里程、速度測(cè)試與顯示功能，采用單片機(jī)作控制，顯示電路可顯示里程及速度。 第二章系統(tǒng)主要單元模塊和速度算法概述 2.1 傳感器選型 方案一、光電傳感器。 光電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一種器件，各種各樣的形式，如透射式、反射式等，基本原理就是當(dāng)發(fā)射管光照射到接收管時(shí)，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷。以透射式為例，如圖2-1所示，當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，否則打開。為此可以制作一個(gè)遮光葉片如圖2-2所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過時(shí)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。 圖2-1 光電傳感器的原理圖 圖2-2 遮光葉片 將光敏電阻安裝在自行車前又的一側(cè)，在同等高度的另一側(cè)安上一個(gè)高亮度的發(fā)光二極管。在同等高度的輻條上貼上一圈黑色材料，并在黑色材料上打上等間距的小孔，這樣當(dāng)小孔經(jīng)過光敏電阻時(shí)，光敏電阻根據(jù)光電流的變化發(fā)出脈沖， 從而測(cè)量里程。 方案二、光電編碼器 光電編碼器的工作原理與光電傳感器一樣，不過它已將光電傳感器、電子電路、碼盤等做成一個(gè)整體，只要用連軸器將光電傳感器的軸與轉(zhuǎn)軸相連，就能獲得多種輸出信號(hào)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)角度的裝置和設(shè)備中。 將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在車軸上，這樣每當(dāng)車輪轉(zhuǎn)過一定的距離編碼器就會(huì)發(fā)出一個(gè)脈沖。利用脈沖數(shù)對(duì)里程進(jìn)行測(cè)量。 方案三、霍爾傳感器 霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件，常用于開關(guān)信號(hào)采集的有CS3020、CS3040、A04E等，這種傳感器是一個(gè)3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。 圖2-3 霍爾元件和磁鋼實(shí)際圖 使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡(jiǎn)單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出, 單片機(jī)根據(jù)脈沖數(shù)來計(jì)算里程?；魻栐痛配撊鐖D2-3所示。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒有信號(hào)輸出，可以換一個(gè)方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛。 光敏電阻對(duì)光特別敏感，當(dāng)白天行駛時(shí)，外界光敏電阻對(duì)光特別敏感，當(dāng)白天行駛時(shí)，外界光源導(dǎo)致光敏電阻發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)；光敏電阻對(duì)環(huán)境的要求相當(dāng)高，如果光敏電阻或發(fā)光二極管被泥沙或灰塵所覆蓋，光敏電阻就不能再進(jìn)行測(cè)量；在霧天和雨天光敏電阻的測(cè)量的效果也不好。而編碼器必須安裝在車軸上，這樣安裝就會(huì)給用戶帶來很多不便?；魻栐皇芴鞖獾挠绊?，即便被泥沙或灰塵覆蓋對(duì)測(cè)量也不會(huì)有任何影響。由霍爾元件加整形電路構(gòu)成的霍爾開關(guān)系統(tǒng)，具有輸出響應(yīng)快，數(shù)字脈沖性能好，安裝方便，性能可靠，不受光線、泥水等因素影響，價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。所以本設(shè)計(jì)采用方案三霍爾傳感器。 2.2 單片機(jī)選型 本設(shè)計(jì)用89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)自行車?yán)锍?速度計(jì)。AT89C52是51系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。 一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 　　AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本 2.3 顯示模塊選型 單片機(jī)系統(tǒng)中常用的顯示器有：發(fā)光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器等。在這里由于單片機(jī)測(cè)速系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，所以只考慮LED顯示器和LCD顯示器。LED顯示器工作方式有兩種靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。 方案一 LED靜態(tài)顯示器：靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是每個(gè)數(shù)碼管的段選必須接一個(gè)8位數(shù)據(jù)線來保持顯示字形碼。當(dāng)送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是占用CPU時(shí)間少，顯示便于監(jiān)測(cè)和控制。缺點(diǎn)是硬件電路比較復(fù)雜，成本較高。LED動(dòng)態(tài)顯示器：動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。這樣一來，就沒有必要每一位數(shù)碼管配一個(gè)鎖存器，從而大大地簡(jiǎn)化了硬件電路。選亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。動(dòng)態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時(shí)應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。 方案二 用液晶顯示器LCD顯示信息。 LCD顯示器工作原理就是利用液晶的物理特性；通電時(shí)排列變得有序，使光線容易通過；不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過，說簡(jiǎn)單點(diǎn)就是讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。 LCD的好處有：與CRT顯示器相比，LCD的優(yōu)點(diǎn)主要包括零輻射、低功耗、散熱小、體積小、圖像還原精確、字符顯示銳利等。 LED背光源技術(shù)能夠大幅度提升電視畫面的對(duì)比度和色彩表現(xiàn)力，同時(shí)具有節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，勢(shì)必成為未來電子顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。LED技術(shù)具有非常明顯的三大優(yōu)勢(shì)。第一，它顯示的色彩更加豐富，色彩數(shù)量可超過目前傳統(tǒng)CCFL冷陰極熒光管背光燈的1倍以上；第二，LED背光源亮度可以隨著畫面亮度進(jìn)行主動(dòng)調(diào)節(jié)，可節(jié)能30%以上；第三，LED背光源不含鉛和汞等有毒有害物質(zhì)，是真正的綠色環(huán)保光源。本課題選用LED動(dòng)態(tài)顯示器。 2.4 算法概述 假定輪圈的周長(zhǎng)為L(zhǎng)，在輪圈上安裝m個(gè)永久磁鐵，則測(cè)得的里程值最大誤差為L(zhǎng)/m。經(jīng)綜合分析，本設(shè)計(jì)中取m=1。當(dāng)輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過開關(guān)型霍爾元件傳感器采集到一個(gè)脈沖信號(hào)，并從引腳P3.2中斷0端輸入，傳感器每獲取一個(gè)脈沖信號(hào)即對(duì)系統(tǒng)提供一次計(jì)數(shù)中斷。每次中斷代表車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，中斷數(shù)n和周長(zhǎng)L的乘積為里程值。計(jì)數(shù)器T1計(jì)算每轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間t，就可以計(jì)算出即時(shí)速度v。 第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 單片機(jī)主控電路 3.1.1 單片機(jī)概述 單片機(jī)就是在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器（CPU），存儲(chǔ)器（RAM,ROM,EPROM）和各種輸入、輸出接口（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，并行I/O口，串行口，A/D轉(zhuǎn)換器以及脈寬調(diào)制器PWM等），這樣一塊集成電路芯片具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的屬性，因而被稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。 單片機(jī)是本次設(shè)計(jì)的核心部件，它是信號(hào)從采集到輸出的橋梁，而且包括計(jì)算、定時(shí)、信息處理等功能。目前，單片機(jī)被廣泛的應(yīng)用于測(cè)控系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化、智能儀表、集成智能傳感器、機(jī)電一體化產(chǎn)品、家用電器領(lǐng)域、辦公自動(dòng)化領(lǐng)域、汽車電子與航空航天器電子系統(tǒng)以及單片機(jī)的多機(jī)系統(tǒng)等領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)中選用的是AT89C52單片機(jī)。 單片機(jī)由于將CPU、內(nèi)存和一些必要的接口集成到一個(gè)芯片上，并且面向控制功能將結(jié)構(gòu)作了一定的優(yōu)化，所以它有一般芯片不具有的特點(diǎn)： 1. 體積小、重量輕； 2. 電源單一、功耗低； 3. 功能強(qiáng)、價(jià)格低； 4. 全部集成在一塊芯片上，布線短、合理； 本設(shè)計(jì)用89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)自行車?yán)锍?速度計(jì)。AT89C52是51系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。 一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 (背景色) 　　AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 　　AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 本設(shè)計(jì)選用AT89C52單片機(jī)，AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，可與工業(yè)AT89C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。 主要功能特性 1、兼容MCS51指令系統(tǒng) 　 2、8k可反復(fù)擦寫(大于1000次）Flash ROM； 　　 3、32個(gè)雙向I/O口； 　　 4、256x8bit內(nèi)部RAM； 　　 5、3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器； 　　 6、時(shí)鐘頻率0-24MHz； 　 7、2個(gè)串行中斷，可編程UART串行通道； 　　 8、2個(gè)外部中斷源，共5個(gè)中斷源； 　　 9、2個(gè)讀寫中斷口線，3級(jí)加密位； 　　 10、低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能； 　　 11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-1所示。 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 中斷系統(tǒng) CPU 存儲(chǔ)器 并行I/O口 串口I/O口 TXD TXD RXD T INT P0-P3 圖3-1 3.1.2 單片機(jī)的引腳功能介紹 AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K Bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和256 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制場(chǎng)合應(yīng)用。 圖3-2 AT89C52引腳圖 AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)具有振蕩器及時(shí)鐘電路。AT89C52管腳圖如圖2.3所示。 AT89C2051芯片的20個(gè)引腳功能為： 1. Vcc：電源電壓。 2. P1口：P1口是一8位雙向I/O口。P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(AIN0)和反相輸入（AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示。當(dāng)P1口引腳寫入“1”時(shí),其可用作輸入端。當(dāng)引腳P1.2～P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí),它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流(IIL)。 P1口還在閃速編程和程序校驗(yàn)期間接收代碼數(shù)據(jù)。 3. P3口：P3口的P3.0～P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個(gè)雙向I/0引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問。P3口緩沖器可吸收20mA電流。用作輸入時(shí),被外部拉低P3口引腳將用上拉電阻而流出電流(IIL)。 P3口還用于實(shí)現(xiàn)AT89C2051的各種功能,如下表3-3所示。P3口還接收一些用于閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 4. RST：復(fù)位輸入。RST一旦變成高電平,所有的I/O引腳就復(fù)位到“1”。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí),持續(xù)給出RST引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個(gè)機(jī)器周期需12個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。 5. XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。 6. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。 表3-3 P3口的功能 P3口引腳 功能 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 RXD(串行輸入端口) TXD(串行輸出端口) INT0(外中斷0) INT1(外中斷1) TO(定時(shí)器0外部輸入) T1(定時(shí)器1外部輸入) 3.1.3 單片機(jī)中斷系統(tǒng)介紹 中斷是指當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行正常程序時(shí)，系統(tǒng)中出現(xiàn)某些急需處理的事件，CPU暫時(shí)中止當(dāng)前的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行服務(wù)程序，以對(duì)發(fā)生的更緊迫的事件進(jìn)行處理，待處理結(jié)束后，CPU自動(dòng)返回原來的程序執(zhí)行AT89C52系列單片機(jī)的系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器IE控制CPU是否響應(yīng)中斷請(qǐng)求；由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP安排各優(yōu)中斷源的優(yōu)先級(jí)；同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)各終端同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。 采用的外部中斷方式包括外部中斷0和外部中斷1，它們的中斷請(qǐng)求信號(hào)分別由單片機(jī)引腳/P3.2和/P3.3輸入。 外部中斷請(qǐng)求有兩種信號(hào)方式：電平觸發(fā)方式和脈沖觸發(fā)方式。電平觸發(fā)方式的中斷請(qǐng)求是低電平有效。只要在和引腳上出現(xiàn)有效低電平時(shí)，就激活外部中斷方式。脈沖觸發(fā)方式的中斷請(qǐng)求則是脈沖的負(fù)跳變有效。在這種方式下，在兩個(gè)相鄰機(jī)器周期內(nèi)，和 引腳電平發(fā)生變化，即在第一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)為高電平，第二個(gè)機(jī)器周期內(nèi)為低電平，就激活外部中斷。由此可見，在脈沖方式下，中斷請(qǐng)求信號(hào)的高電平和低電平狀態(tài)都應(yīng)至少維持一個(gè)機(jī)器周期，以使CPU采樣到電平狀態(tài)的變化，本次設(shè)計(jì)所采用的觸發(fā)方式為脈沖觸發(fā)方式。 3.1.4 單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能介紹 AT89C52單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)特殊功能寄存器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式；TCON用于控制其啟動(dòng)和中斷請(qǐng)求。 1.工作方式寄存器TMOD 工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式。 GATE：門控制。GATE=0時(shí)，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；GATE=1時(shí)，要用軟件TR0或TR1為1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作。 C/：定時(shí)/計(jì)數(shù)模式選擇位。C/=0為定時(shí)模式；C/=1時(shí)為計(jì)數(shù)模式。 M1M2：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有4種工作方式，由M1M2進(jìn)行設(shè)置。 本次設(shè)計(jì)TMOD為90H，即選通定時(shí)/計(jì)數(shù)器為1、定時(shí)功能、工作方式1.工作方式為16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 2.控制寄存器TCON TF1（TCON.7）定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動(dòng)清零。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢TF的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測(cè)試的標(biāo)志。TF1也可以用軟件置1或清零，同硬件置1或清零的效果一樣。 TR1（TCON.6）定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1運(yùn)行控制位。TR1置1時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1開始工作；TR1置0時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。 TF0（TCON.5）定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 TR0（TCON.4）定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0運(yùn)行控制位。 3.2 霍爾傳感器的測(cè)溫原理 在信號(hào)脈沖發(fā)生源上，本系統(tǒng)采用的是開關(guān)型霍爾傳感器。 以磁場(chǎng)作為媒介，利用霍爾傳感器可以檢測(cè)多種物理量，如位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、電流、電功率等。它不僅可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，并且采用永久磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，不需附加能源。另外霍爾傳感器尺寸小、價(jià)格便宜、應(yīng)用電路簡(jiǎn)單、性能可靠，因而獲得極為廣泛的應(yīng)用。除了直接利用霍爾傳感器外，還利用它開發(fā)出各種派生的傳感器。 金屬或半導(dǎo)體薄片的兩個(gè)端面通以控制電流Ic，并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電勢(shì)Uh，稱為霍爾電勢(shì)或霍爾電壓(如圖l所示)?；魻栯妱?shì)Uh=KhIcB(其中Kh為霍爾元件靈敏度，它與所用的材料及幾何尺寸有關(guān))。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，而用這種效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件。由于霍爾元件輸出的電壓信號(hào)較小，并且有一定溫度誤差，目前已較少直接使用霍爾元件作傳感器。霍爾傳感器原理圖如圖3-4所示。 圖3-4 霍爾傳感器磁場(chǎng)效應(yīng) 本系統(tǒng)采用開關(guān)型霍爾傳感器A04E。開關(guān)型霍爾傳感器是一種集成傳感器，它內(nèi)部含有霍爾元件、放大器、穩(wěn)壓電源、帶一定滯后特性的比較器及集電極開路輸出部分等，如圖3-5所示。 圖3-5 開關(guān)型霍爾傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 開關(guān)型霍爾傳感器的工作特性如圖3-6 所示。 圖3-6 開關(guān)型霍爾傳感器工作特性 當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過動(dòng)作點(diǎn)Bop時(shí)，傳感器輸出低電平，但磁感應(yīng)強(qiáng)度降到動(dòng)作點(diǎn)Bop以下時(shí)，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點(diǎn)BRE時(shí)，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖?。Bop與Bre之間的滯后(或稱為回差)使開關(guān)動(dòng)作更為可靠。 圖3-7 霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)速示意圖 霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)速示意圖3-7如下。在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近。圓盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈霍爾傳感器便輸出一個(gè)脈沖。通過單片機(jī)測(cè)量產(chǎn)生脈沖的頻率，就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速。同樣道理，根據(jù)圓盤(車輪)的轉(zhuǎn)速，再結(jié)合圓盤的周長(zhǎng)就是計(jì)算出物體的位移。如果要增加測(cè)量位移精度，可以在圓盤(車輪)上多增加幾個(gè)磁鋼。 由于傳感器內(nèi)部為集電極開路輸出，所以需外接一個(gè)上拉電阻，其阻值與電源電壓大小有關(guān)，一般取1～2k，如圖3-8所示。 圖3-8 傳感器輸出電路 3.3 存儲(chǔ)器電路 AT24C02是美國(guó)ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是內(nèi)含2568位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬（2.5～5.5V）、擦寫次數(shù)多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點(diǎn)。 AT24C02的1、2、3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在AT89C2051試驗(yàn)開發(fā)板上它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負(fù)電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向I2C總線串行傳送，在AT89C2051試驗(yàn)開發(fā)板上和單片機(jī)的P3.5連接。第6腳SCL為串行時(shí)鐘輸入線，在AT89C2051試驗(yàn)開發(fā)板上和單片機(jī)的P3.6連接。SDA和SCL都需要和正電源間各接一個(gè)5.1K的電阻上拉。第7腳需要接地。 AT24C02中帶有片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加1，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時(shí)間，一次操作可寫入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。 AT24C02是CMOS2048位串行E2PROM，在內(nèi)部的組織成2568位。AT24C02的特點(diǎn)是具有允許在簡(jiǎn)單的二線總線上工作的串行接口和軟件協(xié)議。在本設(shè)計(jì)中用芯片AT24C02的SDA端與單片機(jī)的P3.7口相連，SCL端與單片機(jī)的P3.5口相連。因?yàn)樵谶@個(gè)I2C總線上只有一個(gè)器件，所以把AT24C02的地址設(shè)為000，即把A0、A2、A3都接地。單片機(jī)計(jì)算出來的里程數(shù)據(jù)通過SDA、SCL向AT24C02輸送數(shù)據(jù)。單片機(jī)首先向AT24C02發(fā)送寫信號(hào)，當(dāng)確認(rèn)后從單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元提取數(shù)據(jù)然后向AT24C02的內(nèi)部地址傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)顯示里程時(shí)，單片機(jī)首先向AT24C02發(fā)送讀信號(hào)，然后確認(rèn)后，單片機(jī)從AT24C02內(nèi)部的地址向單片機(jī)的讀出單元字節(jié)讀出數(shù)據(jù)，供顯示所用。與單片機(jī)的接口如圖3-9所示。 圖3-9 AT24CO2與單片機(jī)的接口電路 3.4 74LS74芯片 本次設(shè)計(jì)中的采用驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的芯片為74LS244，74LS244為三態(tài)輸出的八位緩沖器和線驅(qū)動(dòng)器，若單片機(jī)輸出口直接接顯示部分電路，則電流太小，會(huì)導(dǎo)致顯示部分不能正常工作。所以在單片機(jī)輸出口先接入驅(qū)動(dòng)芯片74LS244，增大電流，使LED能夠正常工作。其邏輯圖如圖3-10所示，可以看出74LS244由2組組成、每組由四路輸入、輸出構(gòu)成。每組有一個(gè)控制端高或低電平?jīng)Q定該組數(shù)據(jù)被接通還是斷開。 圖3-10 74LS244邏輯圖 74LS74是D觸發(fā)器的一種,它是一個(gè)具有記憶功能的二進(jìn)制信息存儲(chǔ)器件，是構(gòu)成多種時(shí)序電路的最基本邏輯單元。觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，即“0”和“1”，在一定的外界信號(hào)作用下，可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。由于其狀態(tài)的更新發(fā)生在CP脈沖的邊沿故又稱之為上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器，D觸發(fā)器的狀態(tài)只取決于時(shí)針到來前D端的狀態(tài)。引腳圖如圖3-11所示。 圖3-11 74LS74引腳圖 在本題目中74LS74芯片起分頻的作用。當(dāng)車輪每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平脈沖，通過74LS74進(jìn)行二分頻后，定時(shí)器T1的開啟時(shí)間為車輪轉(zhuǎn)1圈的時(shí)間，這樣就可以算出自行車的速度。分頻前后對(duì)比圖如圖3-12所示。 t t 0 0 v v 霍爾輸出圈脈沖 二分頻后的波形 圖3-12 分頻前后對(duì)比圖 由圖可見，二分頻后的波形的高或地電平的時(shí)間正好是霍爾傳感器開關(guān)的一個(gè)周期，霍爾傳感器輸出脈沖到，即P3.2口接收到對(duì)圈數(shù)計(jì)數(shù)的脈沖。經(jīng)74LS74二分頻后的信號(hào)輸入到，內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器測(cè)得每轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間，通過計(jì)算即可得里程值和即時(shí)速度。 3.5 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。AT89C52片內(nèi)由一個(gè)反相放大器構(gòu)成振蕩器，可以由它產(chǎn)生時(shí)鐘。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)采用前者。 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘方式的振蕩電路如圖3-13所示。 圖3-13單片機(jī)片內(nèi)振蕩電路 電路中的電容C1和C2常選擇為30PF左右。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。而外接晶體的振蕩頻率的大小，主要取決于單片機(jī)的工作頻率范圍，每一種單片機(jī)都有自己的最大工作頻率，外接的晶體振蕩頻率不大于單片機(jī)的最大工作頻率即可。此外，如果單片機(jī)有串行通信，則應(yīng)該選擇振蕩頻率除以串行通信頻率可以除盡的晶體。本設(shè)計(jì)晶振采用12MHz，故計(jì)數(shù)周期為1us。 3.6 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) AT89C52單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳RET為AT89C52提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的0000H地址單元開始執(zhí)行程序。在89C52的時(shí)鐘電路工作后，只要在RET引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。只要RET保持高電平，則89C52循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RET由高電平變成低電平以后，89C52才從0000H地址開始執(zhí)行程序。 本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的電路，如圖3-14所示，是常用復(fù)位電路之一。單片機(jī)復(fù)位通過按動(dòng)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動(dòng)復(fù)位。上電時(shí)，剛接通電源，電容C相當(dāng)于瞬間短路，+5V立即加到RET/VPD端，該高電平使89C52全機(jī)自動(dòng)復(fù)位，這就是上電復(fù)位；若運(yùn)行過程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動(dòng)按鈕即可。按下按鈕，則直接把+5V加到了RET/VPD端從而復(fù)位稱為手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位后，P0到P3并行I/O口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器狀態(tài)不確定。 圖3-14 按鍵復(fù)位電路 工作原理：通電瞬間，RC電路充電，RST引腳出現(xiàn)高電平，只要RST端保持24ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。 3.7 顯示電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中采用LED數(shù)碼管顯示。在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用LED數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)字或符號(hào)。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。八段LED顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成。其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆畫段，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。LED顯示器有兩種不同的形式：一種是發(fā)光二極管的陽(yáng)極都連在一起的，稱之為共陽(yáng)極LED顯示器；另一種是發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極LED顯示器。如圖3-15所示。本次設(shè)計(jì)采用共陰極接法。 LED顯示方式有動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種方式。本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示接口電路，動(dòng)態(tài)顯示接口電路是把所有顯示器的8個(gè)筆劃段a-h同名端連在一起，而每一個(gè)顯示器的公共極COM各自獨(dú)立地受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字型碼時(shí)，所有顯示器接收到相同的字型碼，但究竟是哪個(gè)顯示器亮，則取決于COM端。也就是說我們可以采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的COM端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約1ms），由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。 圖3-15 七(八)段LED顯示器 本設(shè)計(jì)P2.0、P2.1、P2.2、P2.3信號(hào)一起組成位選通的位選信號(hào)，P0.0～P0.7信號(hào)一起組成段碼選通的段選信號(hào)，通過軟件編程，先把所要顯示的數(shù)據(jù)放入存儲(chǔ)單元，然后把數(shù)據(jù)送入段選通對(duì)應(yīng)的地址，再選通某一個(gè)LED，逐步完成四個(gè)LED的顯示。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 概述 在硬件設(shè)計(jì)完畢之后，接下來就是設(shè)計(jì)中最核心和最為主要的軟件部分設(shè)計(jì)。所謂軟件設(shè)計(jì)就是把軟件需求變換成軟件的具體設(shè)計(jì)方案（即模塊結(jié)構(gòu)）的過程。模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即是根據(jù)要求和硬件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，將整個(gè)系統(tǒng)的功能分成許多小的功能模塊，再根據(jù)這些小的功能模塊進(jìn)行程序編寫的過程。這樣的設(shè)計(jì)方法，使得系統(tǒng)的整個(gè)功能和各部分的功能趨于明朗化。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，就可以根據(jù)功能設(shè)置找出問題的根源，從而更快地解決問題。所以說，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，軟件設(shè)計(jì)必須與硬件設(shè)計(jì)緊密地結(jié)合在一起。 基于霍爾傳感器自行車的速度里程表的軟件設(shè)計(jì)包括中斷子程序、里程調(diào)用子程序、LED顯示子程序等幾大部分。由于要實(shí)現(xiàn)很多功能，所以采用模塊化設(shè)計(jì)，下面就其主要部分分別加以分析。 4.2 總體程序設(shè)計(jì) 在主程序模塊中，需要完成對(duì)各接口芯片的初始化、自行車?yán)锍毯退俣鹊某跏蓟?、中斷向量的設(shè)計(jì)以及開中斷、循環(huán)等待等工作。另外，在主程序模塊中還需要設(shè)置啟動(dòng)/清除標(biāo)志寄存器、里程寄存器、速度寄存器，并對(duì)它們進(jìn)行初始化。然后主程序?qū)⒏鶕?jù)各標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，分別完成啟動(dòng)、清除、計(jì)程和計(jì)速等不同的操作。 P1.0和P1.1口分別用于顯示里程狀態(tài)和速度狀態(tài)。P1.2、P1.3、P1.6和P1.7口分別用于設(shè)置輪圈的大小，低電平有效。P3.0是用于里程和速度切換的，低電平為顯示速度，高電平為顯示里程。中斷0是對(duì)輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)輸入，輪子每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平脈沖。將根據(jù)里程寄存器中的內(nèi)容計(jì)算和判斷出行駛里程數(shù)。中斷1用于控制定時(shí)器T1的啟/停，當(dāng)輸入為0時(shí)關(guān)閉定時(shí)器。此控制信號(hào)是將輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)經(jīng)二分頻后形成。這樣，每次定時(shí)器T1的開啟時(shí)間剛好為轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，根據(jù)輪子的周長(zhǎng)就可以計(jì)算出自行車的速度。其程序流程如圖4-1所示。 開始 初始化 P1.2=1? N P1.3=1? P1.6=1? P1.7=1? 出錯(cuò)提示 將車圈周長(zhǎng)調(diào)入21H 開中斷，啟動(dòng)定時(shí)器 P3.0=1? 調(diào)用里程處理子程序 調(diào)用速度處理子程序 N N N Y Y Y Y N Y 圖4-1 主程序流程圖 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)如下： $INCLUDE (REG52.INC) DISPBUFEQU59H ;顯示緩沖區(qū)從5AH開始 SecCounEQU58H SpCounEQU56H;速度計(jì)時(shí)器單元57H和58H，高位在前（57H單 元中） CountEQU55H;顯示時(shí)的計(jì)數(shù)器 SpCalcbit00h;要求計(jì)算速度的標(biāo)志，該位為1則主程序進(jìn)行 速度計(jì)算，然后清該位 HiddenEQU16;消隱碼 ORG0000H AJMPSTART ORG1BH JMPTIMER1;定時(shí)中斷1入口 ORG30H START:MOVSP,#5FH;設(shè)置堆棧 MOVP1,#0FFH MOVP0,#0FFH MOVP2,#0FF H;初始化，所有顯示器、LED滅 MOVTMOD,#00010101B;定時(shí)器T1工作于方式1，定時(shí)器0工作方式1， 計(jì)數(shù)器 MOVTH1,#HIGH(65536-3686) MOVTL1,#LOW(65536-3686) SETBTR1 SETBET1;開定時(shí)器1中斷 SETBEA LOOP:JNBSpCalc,LOOP;如果未要求計(jì)算，轉(zhuǎn)本身循環(huán) ;標(biāo)號(hào)： ＭＵＬＤ 功能：雙字節(jié)二進(jìn)制無符號(hào)數(shù)乘法 ;入口條件：被乘數(shù)在R2、R3中，乘數(shù)在R6、R7中。 ;出口信息：乘積在R2、R3、R4、R5中。 ;影響資源：PSW、A、B、R2～R7 堆棧需求： ２字節(jié) MOVR2,SpCoun MOVR3,SpCoun+1 MOVR6,#0 MOVR7,#5;測(cè)得的數(shù)值是每秒計(jì)數(shù)值，轉(zhuǎn)為分（每一轉(zhuǎn)測(cè) 12次，故乘5而非60） CALLMULD SEND:MOVSBUF,R2 SLP1:JBCTI,SN1;是否送完？ AJMPSLP1 SN1:MOVSBUF,R3 SLP2:JBCTI,SN2 AJMPSLP2 SN2:MOVSBUF,R4 SLP3:JBCTI,SN3 AJMPSLP3 SN3:MOVSBUF,R5 SLP4:JBCTI,SN4 AJMPSLP4 SN4: ;標(biāo)號(hào)： ＨＢ２ 功能：雙字節(jié)十六進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成雙字節(jié)ＢＣＤ碼整數(shù) ;入口條件：待轉(zhuǎn)換的雙字節(jié)十六進(jìn)制整數(shù)在R6、R7中。 ;出口信息：轉(zhuǎn)換后的三字節(jié)ＢＣＤ碼整數(shù)在R3、R4、R5中。 ;影響資源：PSW、A、R2～R7 堆棧需求： ２字節(jié) MOVA,R4 MOVR6,A MOVA,R5 MOVR7,A;將乘得的結(jié)果送R6R7準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換，這里結(jié)果不可能超過2 字節(jié) CALLHB2 MOVDISPBUF,R3;最高位 MOVA,R4; ANLA,#0F0H;去掉低4位 SWAPA;將高4位切換到低4位 MOVDISPBUF+1,A MOVA,R4 ANLA,#0FH MOVDISPBUF+2,A MOVA,R5 ANLA,#0F0H SWAPA MOVDISPBUF+3,A MOVA,R5 ANLA,#0FH MOVDISPBUF+4,A CLRSpCalc;清計(jì)算標(biāo)志 JMPLOOP 4.3 中斷子程序設(shè)計(jì) 定時(shí)中斷是為滿足定時(shí)或計(jì)數(shù)的需要而設(shè)置的。在單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以對(duì)其中的計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法，來實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)，即表明定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)值已滿，這時(shí)就以計(jì)數(shù)溢出信號(hào)作為中斷請(qǐng)求，去置位一個(gè)溢出標(biāo)志，作為單片機(jī)接受中斷請(qǐng)求的標(biāo)志。這種中斷請(qǐng)求是在單片機(jī)芯片內(nèi)部發(fā)生的，因此無須在芯片上設(shè)置引入端。 定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON是8位寄存器，地址為88H，可以位尋址。其高4位用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷控制，低4位借給外部中斷，用做中斷標(biāo)志和觸發(fā)方式選擇位。本設(shè)計(jì)采用定時(shí)中斷，對(duì)自行車的里程和速度進(jìn)行計(jì)數(shù)。中斷子程序流程圖如圖4-2所示。 關(guān)中斷 開始 現(xiàn)場(chǎng)保護(hù) 開中斷 中斷處理 關(guān)中斷 現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù) 開中斷 中斷返回 圖4-2中斷子程序流程圖 4.4 里程計(jì)算子程序 外部中斷0服務(wù)程序用于對(duì)單片機(jī)P3.2口輸入的圈數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，為十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。60H為低位，62H為高位。每次計(jì)數(shù)一次后，對(duì)里程數(shù)據(jù)進(jìn)行一次存儲(chǔ)操作。當(dāng)車輪每轉(zhuǎn)一圈，通過霍爾元件將脈沖數(shù)輸入單片機(jī)內(nèi)，通過計(jì)數(shù)器計(jì)出脈沖數(shù)，再用乘法子程序算出里程數(shù)。里程處理子程序流程圖如圖4-3所示。 開始 點(diǎn)亮里程指示 將車圈數(shù)轉(zhuǎn)換成里程 顯示里程值 返回 圖4-3 里程處理子程序流程圖 4.5 顯示子程序的設(shè)計(jì) 采用動(dòng)態(tài)掃描顯示接口電路，動(dòng)態(tài)顯示接口電路是把所有顯示器的8個(gè)筆劃段a-h同名端連在一起，而每一個(gè)顯示器的公共極COM各自獨(dú)立地受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字型碼時(shí)，所有顯示器接收到相同的字型碼，但究竟是哪個(gè)顯示器亮，則取決于COM端。可以采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的COM端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約1ms），由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。 本設(shè)計(jì)P2.0、P2.1、P2.2、P2.3信號(hào)一起組成位選通的位選信號(hào)，P0.0～P0.7信號(hào)一起組成段碼選通的段選信號(hào)，通過軟件編程，先把所要顯示的數(shù)據(jù)放入存儲(chǔ)單元，然后把數(shù)據(jù)送入段選通對(duì)應(yīng)的地址，再選通某一個(gè)LED，逐步完成四個(gè)LED的顯示。顯示子程序流程圖如圖4-4所示。 開始 顯示單元首址 取顯示數(shù)據(jù) 送段碼到P0口 取段碼表首址 調(diào)用延時(shí) 送位選到P2口 4位顯示結(jié)束 返回 Y N 修改顯示單元地址 求下一位位選碼 圖4-4 顯示子程序流程圖 總結(jié)與展望 本設(shè)計(jì)以AT89C2051為核心，利用單片機(jī)的運(yùn)算和控制功能，并采用系統(tǒng)化LED顯示模塊實(shí)時(shí)顯示所測(cè)速度的設(shè)計(jì)方案，以及串口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和系統(tǒng)軟件。本設(shè)計(jì)主要分為硬件部分和軟件部分，硬件部分著重考慮硬件電路的簡(jiǎn)單性，故盡可能簡(jiǎn)化硬件電路，節(jié)省線路板的空間，達(dá)到硬件電路最優(yōu)化設(shè)計(jì)。軟件采用匯編語(yǔ)言編寫，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，程序可讀性強(qiáng)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性，能滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)的指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自行車?yán)锍?速度的計(jì)算功能，并用LED顯示， 當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小磁片滑過霍爾元件時(shí)，霍爾元件輸出一脈沖，可根據(jù)車輪周長(zhǎng)計(jì)算里程，選擇不同的車輪周長(zhǎng)，里程數(shù)的變化有所不同；當(dāng)按下開關(guān)，顯示速度時(shí)，LED會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同顯示不同的數(shù)字。 論文主要是在參考各種資料和相關(guān)的專業(yè)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上完成的，所參考的專業(yè)文獻(xiàn)在論文中已經(jīng)列單出來，但還有部分來源資料參差不齊不能在論文中詳細(xì)列出，在這里也說明一下。論文的整個(gè)制作過程的確不容易，現(xiàn)在回想一下那段時(shí)日，有艱辛的一面，亦有喜悅的一面，但整個(gè)過程總結(jié)來說還是蠻充實(shí)的，畢竟在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，自己又對(duì)已經(jīng)學(xué)過的專業(yè)課知識(shí)梳理了一下，而且對(duì)于實(shí)際的應(yīng)用和需求也參考了各個(gè)方面的資料，所以整個(gè)設(shè)計(jì)過程下來，自己整體的專業(yè)知識(shí)水平又進(jìn)行了一次升華。