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1、毕业设计说明书自行车里程速度计的设计目 录序言1第一章系统方案21.1课题的主要任务与容21.2任务分析与实现21.3单片机选择31.4显示模块的选择41.5传感器的选择41.6系统简介5第二章硬件设计72.1单片机的介绍72.1.1单片机原理简介72.1.2 单片机的引脚功能介绍82.2单片机外围电路的设计102.2.1时钟电路102.2.2复位电路的设计102.2.3报警电路的设计112.3传感器112.4显示电路的设计152.4.1显示器LCD1602的介绍152.4.2显示电路的设计电路19第三章软件设计213.1软件实现的功能213.2主程序213.3显示子程序的设计23第四章系统调
2、试与仿真254.1系统仿真调试254.2 protel99的介绍254.3硬件调试264.3.1常见的硬件故障264.3.2调试方法274.3.3 调试步骤27结束语28参考文献29致30附录31附录一元器件清单31附录二电路图32附录三实物照片34附录四源程序35附录五中英文文献51 / 序 言传感器，是一种检测装置，能感受到被测的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节1。它的作用是将一种能量转换成另一种能量的形式。英文名字为Sensor或Transducer，
3、亦称变换器、换能器。在科学技术迅速发展的当今社会，传感器的应用越来越广泛，如在日常生活、航空、航天，常规武器、交通运输，机械制造、生物医学工程、化工、自动化检测工程与计量等各项领域2。单片微型计算机是制作在一块集成电路芯片上的计算机，简称单片机，又称微控制器。它包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、用RAM构成的数据存储器、用ROM构成的程序存储器、定时器/计数器、各种输入/输出（I/O）接口和时钟电路，可独立地进行工作。特别适用于控制领域。因此，单片机只要与适当的软件与外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统3。单片机由于其体积小、功能强，可靠性高，灵活
4、方便等优点，所以被广泛的应用于各个领域，并对各行各业的技术改造和产品的更新换代起到重要的推动作用4。本设计介绍了一种基于单片机控制的简易自行车速度以与里程计算系统，包括自行车里程表的硬件构成，软件逻辑以与程序代码。该里程测速系统以STC89C52作为系统控制核心，采用传感器来检测信号，通过一定时间间隔对信号的采集，结合自行车本身车轮参数，经过单片机对采集信号进行分析计算，最终在液晶显示器LCD上显示车辆行驶的里程和速度，具有超速报警 5。此次的毕业设计过程中，有三个需要解决的关键问题：(1)5v电源怎么实现。 (2)速度怎样采样。 (3)速度显示模块采用何种方式，液晶还是数码管。第一章 系统方
5、案1.1课题的主要任务与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1602液晶显示的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的速度里程表的设计思想、电路原理、方案论证以与元件的选择等容，整体上分为硬件部分设计和软件部分设计。本文首先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；最后对本次设计进行了系统的总结。具体的硬件电路包括STC89C52单片机的外围电路以与LCD液晶
6、显示电路、霍尔检测电路等。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C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。1.2任务分析与实现本设计的任务是：以STC89C52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。里程与速度的测量，是经过STC89C52的定时/计数器测出定时1s会计数几个脉冲，再经过单片机的计算得出，其结果通过LCD液晶显示器显示出来。测速，首先要解决是采样的问题。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
7、得转速的信息。常用的测速元件有霍尔传感器、光电传感器和光电编码器。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。要求达到的各项指标与实现方法如下：(1).上电后实时显示速度(2).路程实时记录（掉电存储）(3).半径可设定（掉电存储）(4).超速报警(5).掉电存储实现：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：自行车的速度里程表具有里程、速度测试与显示功能，采用单片机作控制，显示电路可显示里程与速度。1.3单片机选择随着微电子技术和超大规模集成电路技术的发展，单片微型
8、计算机以其体积小、性价比高、功能强、可靠性高等独有的特点，在各个领域（如工业控制、家电产品、汽车电子、智能仪器仪表）得到了广泛的应用。下面就简要介绍具有代表性的几款单片机6。1. 8031单片机是Intel公司生产的MCS-51系列单片机中的一种，除无片ROM外，其余特性与MCS-51单片机基本一样，部含有一个8位CPU、128个字节的RAM，21个特殊功能寄存器。而单片机8031要进行存储器的扩展比较麻烦，外围器件多，而且8031的功耗也大。2. 单片机8032/8052/8752是增强型产品，而8032、80C32片是没有ROM的，而89C51部含有4K字节的FLASH的ROM。52系列的
9、单片机计数器为三个16位计数器，中断源为8个。3.8051是最早最典型的产品，是在8031的基础上片又集成4KROM，作为程序存储器。8051单片机与80C51单片机从外形看是完全一样的，其指令系统、引脚信号、总线等完全一致（完全兼容），也就是说在8051下开发的软件完全可以在80C51上应用，反过来，在80C51下开发的软件也可以在8051上应用7。4.STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。在单片机芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下
10、标准功能:8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选8。 在本次设计中，经过分析与比较，选择了单片机STC89C52，这是因为：1.单片机STC89C52采用的是CHMOS工艺：高速度、高密度、低功耗。也就是说STC89C52单片机是一种低功耗单片机
11、。2.可靠性高、便于扩展。3.控制功能强。4.单片机89C51片存储容量较小，除此之外，单片机STC89C52还具有集成度高、体积小、性价比高、应用广泛、易于产品化等特点。1.4显示模块的选择动态扫描LED数码管显示。里程表的显示容以数字为主，利用LED数码管可基本满足使用要求，且成本较低。但是用动态扫描的方式驱动数码管，亮度太低，在下几乎看不见显示容，失去使用价值。串行静态LED数码管显示。把单片机的串行口设置为方式0（同步移位寄存器），输出显示信息，可实现LED数码管的静态显示，其亮度令人满意。但由于要使用74HC164/74LS164串并转换芯片驱动LED数码管，因此会带来体积大、成本高
12、、功耗高等缺点。LCD液晶显示模块。液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示容丰富等特点，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了9。在本次设计中，经过分析与比较使用LCD1602作为显示模块。1.5传感器的选择红外光电传感器。把红外对管分别安装在自行车车轮的两侧，当车轮转动时，辐条会阻挡红外对管的光路，接收管输出低电平，单片机根据此信号可计算里程、速度等。红外对管的优点是测量精度高，缺点是安装比较复杂和容易受外来光线、灰尘等的影响。开关型霍尔传感器。霍尔传感器是利用霍尔效应把磁输入信号转换成电信号的器件。把开关型霍尔传感器安装在自行车贴近车轮的支架上，磁钢安装在辐条上，
13、当磁钢靠近霍尔传感器的时候，传感器输出一个无抖动的低电平，单片机根据此信号可计算里程、速度等。霍尔传感器的优点是稳定和安装简易，缺点是成本较高。干簧管。干簧管是一种磁敏的有触点无源电子开关元件，应用在里程表上的原理与开关型霍尔传感器类似，把干簧管安装在自行车贴近车轮的支架上，磁钢安装在辐条上，当磁钢靠近霍尔传感器的时候，干簧管闭合，单片机根据此信号可计算里程、速度等。干簧管的优点是成本低廉和安装简易，缺点是比较脆弱和不够稳定。本里程表选用开关型霍尔传感器，稳定、安装简易。1.6系统简介系统由霍尔传感器脉冲检测电路、LCD1602液晶显示、数据存储模块、主控单片机系统组成，霍尔传感器把车轮的每周
14、期信号转换成脉冲传送给单片机，单片机通过判断脉冲周期计算出转速与路程，通过数据稳定处理等程序，得出转速稳定近似值，通过LCD1602液晶屏显示，并记录总路程于部掉电存储，能保证掉电数据不丢失。系统方框图如图1-1所示。 测量自行车的速度的原理有两种：测量一定时间间隔t,自此时间段自行车车轮转过的圈数q。假设车轮周长为c，则速度V=c*q/t；测量自行车车轮转过一圈的时间t，则速度V=c/t。本里程表是根据前一个原理计算速度的。图1-1系统方框图工作原理：里程、速度等都是由霍尔元器件测量。通过频率计输出脉冲，代表车轮转动圈数，已知自行车轮胎的半径为50cm，轮子每转动一圈，安装在车轮辐条上的磁钢
15、接近霍尔传感器一次，传感器送一个脉冲信号给单片机的外部中断计数器T0，产生一次中断，圈数加一。圈数*2*0.5即为车前进距离，而通过单片机T0定时器记录时间，间隔1秒，1秒的前进距离除以时间1秒，得到1秒的当前速度。而总里程L除以总时间t得到平均速度10。若速度大于所设定的值，则P1.0口输出低电平，LED警示灯亮，扬声器发出声音。可以通过按键来改变半径和速度的上限值。第二章 硬件设计2.1单片机的介绍2.1.1单片机原理简介单片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 Processing Unit)、随机存储器RAM(Random Access Memory)、只读存储器ROM(Read-only Memory)、基本输入/输出(Input/Output)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。单片机部结构示意图如图2-1所示11。定时/计数器中断系统CPU存储器并行I/O口串口
