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1、华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）自行车里程与速度计的设计摘要本论文主要阐述一种基于单片机的自行车里程/速度计的设计。主要分为三个部分：硬件设计，软件设计和模拟仿真。硬件设计以AT89C52单片机为核心,主要包括复位电路、显示电路、时钟电路、报警电路的设计。本设计采用霍尔传感器测量自行车转速脉冲, 经处理后由LED数码管显示，最多可显示4位数；报警电路是当没有输入周长或超速时发出光、语音报警提示。软件设计主要是通过单片机编程软件Keil C设计计算自行车行驶里程和实时速度的程序，以及速度和里程的显示程序；模拟仿真是利用仿真软件Proteus对所设计的硬件电路和程序进行测试。本论文对设计当
2、中所需元件作了详细介绍，对设计中存在的问题进行了说明，而后对硬件和软件部分的设计和实现作了认真的分析，并在此基础上进行了控制仿真。本设计由于使用了串口液晶显示以及高效快速算法,因而可在节约系统资源和简化程序设计的基础上保证测量精度和系统实时性，而且具有结构简单，成本低廉，显示清晰，稳定可靠等优点。关键词：AT89C52单片机；LED；霍尔传感器ITHE DESIGN OF ODOMETER AND VELOCITY GAUGEAbstractThis paper mainly tells the design of odometer and velocity gauge on bicycles
3、 based on MCU.There are three part in the thesis:hardware design,software design and simulation.The hardware design use with the core of AT89C52 as controler, includes the designs of Reset circuit, display circuit, clock circuit and alarm circuit.which hall sensor is usued to measure the pulse of ro
4、tating speed of the wheel,which is displayed by LED after processing,being able to display four figures.The alarm circuit can give a light or sound alarm when there is an overspeed or no perimeter input.The software design mostly includes the design of program on caculating the mileage and real-time
5、 speed of the bicycle with Keil C as The simulation is finished by testing the designed hardware circuit and program with the simulation software Proteus.This paper introduces the demanded components of the design in details,explaining the existing problems in the design,and seriously analyzes the d
6、esign of both hardware and software,then takes the simulation here on the basis.This design can guarantee the precision measurement precision and owns high real-time performance on the basis of the system resource saving and the process of programming. it has a simple strcture, that is low cost, cle
7、ar display, stable and reliable. Keywords: AT89C52；LED；hall sensor29目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题背景、发展及意义11.2 系统设计概述11.3 任务分析与实现12 自行车里程速度计的设计方法与原理32.1 硬件方案设计32.2 软件方案设计52.3 仿真软件63 自行车里程速度计的硬件设计73.1 概述73.2 单片机的选型73.2.1 AT89C52 单片机总体结构73.2.2 AT89C52中断系统介绍93.2.3 AT89C52与其他单片机的比较103.3 霍尔传感器的选型113.3.1 霍尔传
8、感器 A44E123.3.2 A44E的测试特性123.3.3 A44E芯片的引脚及功能133.3.4 A44E的磁输入检测133.4 LED显示器133.4.1 LED的显示方法143.5 单片机外围电路的设计153.5.1 时钟电路与复位电路153.5.3 报警电路的设计163.6 总体电路原理图174 自行车里程/速度计的软件设计与仿真194.1 自行车里程/速度计的主程序设计194.2 中断子程序的设计204.3 显示子程序的设计214.4 利用Proteus软件进行系统仿真22总 结25参考文献26附录1 自行车周长值27致谢291 绪论1.1 课题背景、发展及意义我国的自行车大国，
9、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，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，能带给大家更多的健康和快乐。在这个背景下，自行车里程表与速度表作为自行车的一大辅助工具迅速发展起来。科学、美观、合理设计自行车里程表与速度表有一定的实用价值，它能合理计算出速度及里程数，让人们清楚的知道当前的速度、里程等，使运动者运动适量，达到健康运动与代步的最佳效果。由于单片机具有体积小、功能强、性价比高等特点，把单片机应用于里程/速度表的控制中，可完成对里程/速度的计算和控制的要求。采用单片机控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，既可以
10、大幅度提高被控量的技术指标，大大的提高产品的准确度，又可以降低成本，简化设计。1.2 系统设计概述本次里程/速度计的设计以AT89C52单片机为主要控件，利用霍尔元件传感器检测自行车轮圈的转数，通过计算和转换，由LED数码管以KM、M/S显示里程、速度。里程只显示当次行驶的路程。速度大于40KM/h时报警提示。本里程/速度计的设计具有结构简单，价格低廉，实时显示，稳定可靠等特点。并且还可以扩充，加入E2PROM存储器芯片，则可以实现全部行驶里程的显示。1.3 任务分析与实现本设计的任务是：以通用的MCS-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，送入单片机。里程及速度的测量，是通
11、过MCS-51的定时器测出总脉冲数和每转一圈所用的时间，再经过单片机的计算得出，其结果通过LED数码管显示出来。本设计的总体思路是：假定轮圈的周长为L，在轮圈上安装m个永久磁铁，则测得的里程值最大误差为L/m。经综合分析，本设计中取m=1。当轮子每转一圈，通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中断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断。每次中断代表车轮转动一圈，中断数n与轮圈的周长的乘积为里程值。计数器T0计算每转一圈所用的时间t，就可以计算出实时速度v。当里程键按下时，里程指示灯亮，LED切换显示当前里程，与当速度键按下时，速度指示灯亮，LED切换显
12、示当前速度，若自行车超速，系统发出报警信号，指示灯闪烁。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的数值。最终实现目标：自行车里程/速度计具有里程、速度显示功能，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。整个设计过程包括硬件电路的设计，软件的编程，系统的调试，调试通过后，利用Proteus软件进行系统仿真。2 自行车里程速度计的设计方法与原理2.1 硬
13、件方案设计测速，首先要解决的是采样和时间的问题。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数，只要轮轴每旋转一圈，产生一个或固定的多个脉冲，将脉冲送入单片机进行计算，即可获得转速信息。常用的测速元件有霍尔传感器、光电传感器和光电编码器1。光电传感器对光特别敏感，当白天行驶时，外界光源将导致光敏电阻发出错误信号，而且光敏电阻对环境的要求相当高，如果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准确测量；而编码器必须安装在车轴上，安装比较复杂；霍尔传感器或干簧管不但不受天气的影响，即使被泥沙或灰尘所覆盖也不会有影响，而且安装方便。所以本设计采用霍尔元件对里程与速度进行测量，既简单易行，
14、又经济适用。使用霍尔传感器获得脉冲信号，其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，当车轮转动时霍尔元件靠近磁钢，就有信号输出。如果在齿轮盘上粘上多粒磁钢，就可以实现车轮转动一周，获得多个脉冲输出。在年磁钢时要注意，霍尔传感器对磁感方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向试试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。时间可以由单片机的定时功能确定。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功
15、能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统2,图2-1所示。图2-1 单片机内部结构示意图1）中央处理器（CPU）中央处理器是单片机的最核心部件，主要完成运算和控制功能。2）内部存储器内部存储器包括内部数据存储器（内部RAM）和内部程序存储器（ROM），存储器是由大量的寄存器所组成，其中每一个寄存器就称为一个存储单元。3）定时/计数器单片机的定时器和计数器是同一结构，只是计数器记录的是单片机外部发生的事件，由单片机外部电路提供计数信号；而定时器是由单片机内部提供的一个非常稳定的计数信号。4）中断系统中断系统在计算机中起着十分重要的作用，是现代计算机系统中广泛采用的一种实时在技术，能对突发事件进行及时处理，从而大大提高系统的实时性能。5）串行I/O接口串行I/O接口的数据各位按顺序传输，其特点是需要一对传输线，成本低，但速度慢，效率低，适合静态显示。6）并行I/O接口并行I/O接口的数据所有位同时传输。其特点是传输速度快，效率高；但传输多少位就需要多少根传输线，因此传送成本高，适合动态显示。单片机由于将CPU、内存和一些必要的接口集成在一个芯片上，并且面向控制功能将结构作了一定的变化，所以它具有一般芯片不具有的特点：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
