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单片机自行车速度里程计论文.doc

单片机自行车速度里程计论文.doc

上传者: 新浪人 2012-08-25 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《单片机自行车速度里程计论文doc》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含河南大学本科毕业生学士学位论文编号:河南大学届本科毕业论文自行车里程速度计的设计TheDesignOfTheBicycletripspeedtest符等。

河南大学本科毕业生学士学位论文编号:河南大学届本科毕业论文自行车里程速度计的设计TheDesignOfTheBicycletripspeedtester论文作者姓名:高兵作者学号:所在学院:计算机与信息工程学院所学专业:自动化导师姓名职称:肖兴达(副教授)论文完成时间:年月日年月日目录I摘要IIAbstract第章绪论课题研究的目的课题的主要任务及内容第章自行车里程速度计总体方案设计任务分析与实现自行车里程速度计硬件方案设计整体方案论证系统的组成第章单片机ATC简介单片机的组成和特点ATC的主要特性和实物图ATC的引脚功能介绍单片机定时计数功能介绍第章测速传感器的选型开关型霍尔传感器的工作原理AE集成开关型霍尔传感器介绍传感器的检测原理和检测电路第章整体硬件电路设计单片机最小系统设计复位电路的设计时钟晶振电路的设计传感器检测电路的设计电源电路的设计键盘电路的设计外部存储电路的设计存储器CATWC概述CATWC引脚功能介绍IC总线协议介绍CATWC和ATC的硬件连接设计显示电路的设计EDMA的特点主要技术参数引脚介绍EDMA的数据传输原理声光报警电路的设计第章软件设计软件设计概述主程序设计中断子程序的设计键盘子程序的设计功能选择键S程序的设计增加键S程序的设计减少键S程序的设计数据处理子程序的设计速度计算子程序的设计里程计算子程序的设计显示子程序的设计IC协议下读写EPROM程序的设计结论与展望致谢主要参考文献附录一元器件清单附录二系统原理图附录三系统源程序摘要目前自行车已成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选尤其是对于用来锻炼的人们自行车速度里程计让他们清楚地知道当前的速度、里程等物理量更好的用于锻炼。本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车速度里程计设计。以ATC单片机为核心AE霍尔传感器测转数实现对自行车速度里程计测量统计。该速度里程计将传感器输入到单片机的脉冲信号的宽度实时地测量出来然后通过单片机计算出速度和行程再将所得的数据存储到串口数据存储器采用CATWC实现在系统掉电的时候保存速度和行程信息并由串口液晶显示模块实时显示出所测速度和行程。本设计介绍了自行车速度里程测试仪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:速度里程霍尔元件单片机LCD液晶显示AbstractNowthebicyclehasbecomethefirstchoiceofentertainmentingandexercisingEspeciallyforpeopletoexerciseThebicyclespeedtripcanfulfillthebasicneedofpeople’slife,sothattheycanlearnthespeedandthemileageofthebicycleInthese paper,thebicyclespeedtripdesignbasedontheHallelementiselaboratedByATCaskernel,usingAEHallelementtomeasurerevolution,themeasureandstatisticareachievedTherangeinformationsaresavedbyCATWCwhenthepowerisoff,thebicyclespeedcanbedisplayedonLCDInthisarticle,thehardwarecircuitandsoftwaredesignofbicyclespeedtripinstrumentareintroducedindetailAboutthehardware,thepulsenumberistransmittedofonecycleofthebicycleintoSingleChipMicrocomputersystemThenthesignalprocessedbySingleChipMicrocomputersystemissenttodisplayscreamAboutthesoftware,inassemblelanguage,theprogramisdesignedinthemodeofmodulesThesystemhassimplehardware,commonsubprogram,andmeetthedemandofdesignKeywords:speedtripHallelementSingleChipMicrocomputerLCD第章绪论随着超大规模集成电路技术提高尤其是单片机应用技术以其功能强大价格低廉的显著特点使全数字化测量转速系统得以广泛应用。本论文在此基础上对单片机自行车速度里程计硬件和编程作一简单的分析和研究。单片机突出的特点是体积小功耗低精简指令集抗干扰性好可靠性高有较强的模拟接口代码保密性好。外围电路更少因而得到了广泛的应用。另外其较少的指令及较强的实用功能更为许多单片机的初学者之首选品牌。单片机指令少PIC中档系列单片机共有条指令非常有利于记忆和掌握指令为单字节占用程序存储器的空间小而且中档系列单片机每一条指令为位前位存操作指令后位存操作数大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片支持低电压擦写擦写速度快允许多次擦写程序修改方便。基于单片机以上特点使其在现代工业占据了举足轻重的位置。其中利用单片机设计自行车速度行程测试仪就是特例之一。本设计以ATC为核心通过AE集成开关型霍尔传感器来检测自行车的转轴运转情况进而实现对自行车速度里程的测量最后用LCD能直观的将速度和里程显示给用户并且在速度高于一定的值时可以自动向用户报警实现速度的实时测量。课题研究的目的转速的测量方法很多而模拟量的采集和模拟量处理一直是转速测量的主要方法。目前这种测量方法已不能适应现代化科技发展的要求。随着大规模及超大规模集成电路的发展使得全数字测试仪越来越普及其转速测试仪也可以全数字化处理。在测量范围和测量精度方面都有很大提高。因此本次设计的目的是:在自行车上利用ATC系列单片机设计一种全数字化的自行车里程速度计并从提高测量精度的角度出发分析讨论其产生误差的可能原因为今后的实际使用提供参考。本设计以单片机为中心设计全数字化的自行车速度里程计这个测试仪采用全数字化结构操作使用方便能够精确的为用户提供速度和行程的数值。课题的主要任务及内容本设计的这个系统以单片机ATC为控制核心用AE集成开关型霍尔传感器作为测量转速和里程的检测元件经过单片机的数据处理用LCDEDMA液晶显示模块显示速度和里程。本设计的速度和里程值采用位显示速度和里程值可单独显示测量值误差小于。超速行驶(设置限速参数)时能自动发出声光报警。具体的硬件电路包括电源电路、转速传感器检测电路、单片机最小系统电路以及LCD显示电路等。软件设计包括:芯片的初始化程序、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。第章自行车里程速度计总体方案设计任务分析与实现本设计的任务是:以ATC单片机为处理核心用AE集成开关型霍尔传感器将车轮的转数转换为电脉冲转变成标准信号后送入单片机计算处理。速度和里程的测量是经过ATC单片机的定时计数器测出总的脉冲数和每转一圈的时间再经过单片机的计算得出其结果通过LCD显示器显示出来。并采用CATWC实现在系统掉电的时候保存速度和里程信息。本系统总体思路如下: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Lm。经综合分析本设计中取m=。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P中断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轮圈的周长为L的乘积为里程值。计数器T计算每转一圈所用的时间t就可以计算出即时速度V。并有液晶显示器对速度和里程进行同时显示若自行车超速系统发出报警信号指示灯亮蜂鸣器发出报警声音。要求达到的各项指标及实现方法如下:利用霍尔传感器产生里程数的脉冲信号。对脉冲信号进行计数。实现:利用单片机自带的计数器T对霍尔传感器脉冲信号进行计数。对数据进行处理要求用LCD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速度、里程测试与显示功能采用单片机作控制显示电路可选择显示速度和里程可通过按键选择显示行驶里程值或速度值。自行车里程速度计硬件方案设计整体方案论证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。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。所以本设计采用霍尔元件对里程与速度进行测量既简单易行又经济适用。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。霍尔传感器是对磁敏感的传感元件常用于信号采集的有AE。由AE采样经单片机将该处理的数据处理后在LCD显示屏上显示出来并设置转速的上限值一旦超速单片机就通过报警器发出声光报警。系统的组成单片机自行车里程速度计系统由传感器、单片机、显示器和报警器四部分组成。传感器采用霍尔传感器将低速物体的转速转化为脉冲信号处理器采用单片机计算器采用单片机内部的计数器完成脉冲信号的计数采用液晶显示模块进行显示报警器采用声光报警器。系统组成框图如图所示:图系统的原理框图第章单片机ATC简介单片机是一种集成在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IO口和中断系统、定时器计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、AD转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机的组成和特点单片机的基本结构可用图所示的方框图描述。包括:中央处理器、程序存储器、数据存储器、并行输入输出端口、串行输入输出端口、定时计数器、系统时钟。图单片机的基本结构以上只是单片机的基本结构现代的单片机又加入了许多新的功能部件如模拟数字转换器(ADC)、数字模拟转换器(DAC)、温度传感器、液晶驱动器、电压监控、“看门狗”电路、抵押检测电路等。到目前为止世界各地厂商研制出大约个系列、多个品种的单片机产品。其中有Motorola公司的、Zilog公司的Z系列Rockwell公司的、等NEC公司、日立公司及EPSON公司等也相继推出了各具特色的单片机产品。尽管目前单片机的品种繁多但其中最具典型性的仍当属Intel公司的MCS系列单片机MCS系列单片机应用非常广泛是单片机的主流机型。国内尤以MCS系列单片机应用最为广泛。ATC的主要特性和实物图ATC是美国ATMEL公司生产的低电压高性能CMOS位单片机片内含KBytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和字节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MCS指令系统及产品引脚兼容片内置通用位中央处理器(CPU)和Flash存储单元功能强大的ATC单片机适合于许多较为复杂控制场合应用可灵活应用于各种控制领域。ATC单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。它的实物图如图所示。它的主要特性如下:图ATC的实物图与MCS兼容K字节可编程闪烁存储器寿命:写擦循环数据保留时间:年全静态工作:HzHz三级程序存储器锁定*位内部RAM可编程IO线两个位定时器计数器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ATC的引脚功能介绍ATC单片机为引脚双列直插式封装。其引脚排列和逻辑符号如图所示。图ATC的引脚图各引脚功能简单介绍如下:VCC:供电电压。GND:接地。P口:P口为一个位漏级开路双向IO口每脚可吸收TTL门电流。当P口的管脚第一次写时被定义为高阻输入。P能够用于外部程序数据存储器它可以被定义为数据地址的第八位。在FIASH编程时P口作为原码输入口当FIASH进行校验时P输出原码此时P外部必须被拉高。P口:P口是一个内部提供上拉电阻的位双向IO口P口缓冲器能接收输出TTL门电流。P口管脚写入后被内部上拉为高可用作输入P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P口作为第八位地址接收。P口:P口为一个内部上拉电阻的位双向IO口P口缓冲器可接收输出个TTL门电流当P口被写“”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P口的管脚被外部拉低将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P口当用于外部程序存储器或位地址外部数据存储器进行存取时P口输出地址的高八位。在给出地址“”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P口输出其特殊功能寄存器的内容。P口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P口:P口管脚是个带内部上拉电阻的双向IO口可接收输出个TTL门电流。当P口写入“”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P口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P口也可作为ATC的一些特殊功能口如下表所示:表P口引脚与第二功能引脚第二功能信号名称PRXD串行数据接收PTXD串行数据接收P外部中断申请P外部中断申请PT定时计数器的外部输入PT定时计数器的外部输入P外部RAM写选通P外部RAM读选通注:P口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST: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。ALEPROG: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。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SFREH地址上置。此时ALE只有在执行MOVXMOVC指令是ALE才起作用。另外该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止置位无效。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。EAVPP:当EA保持低电平时则在此期间外部程序存储器(HFFFFH)不管是否有内部程序存储器。注意加密方式时EA将内部锁定为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V编程电源(VPP)。XTAL:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL:来自反向振荡器的输出。XTAL和XTAL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。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件XTAL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。整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合并保持ALE管脚处于低电平ms来完成。在芯片擦操作中代码阵列全被写“”且在任何非空存储字节被重复编程以前该操作必须被执行。此外ATC设有稳态逻辑可以在低到零频率的条件下静态逻辑支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下CPU停止工作。但RAM定时器计数器串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下保存RAM的内容并且冻结振荡器禁止所用其他芯片功能直到下一个硬件复位为止。单片机定时计数功能介绍ATC单片机定时计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。TMOD用于设置其工作方式TCON用于控制其启动和中断请求。工作方式寄存器TMOD工作方式寄存器TMOD用于设置定时计数器的工作方式。GATE:门控位。GATE=时只要用软件使TCON中的TR或TR为就可以启动定时计数器工作GATE=时要用软件TR或TR为同时外部中断引脚或也为高电平时才能启动定时计数器工作。:定时计数模式选择位。=为定时模式=为计数模式。MM:工作方式设置位。定时计数器有种工作方式由MM进行设置。本次设计TMOD为H即选通定时计数器、定时功能、工作方式。工作方式位定时计数器。控制寄存器TCONTF(TCON)定时计数器T溢出中断请求标志位。定时计数器T计数溢出时由硬件自动置TF为。CPU响应中断后TF由硬件自动清零。T工作时CPU可随时查询TF的状态。所以TF可用作查询测试的标志。TF也可以用软件置或清零同硬件置或清零的效果一样。TR(TCON)定时计数器T运行控制位。TR置时时定时计数器T开始工作TR置时定时计数器T停止工作。TR由软件置或清。TF(TCON):定时计数器T溢出中断请求标志位。TR(TCON):定时计数器T运行控制位。第章测速传感器的选型自行车里程速度计的传感器电路设计是硬件电路设计的基础部分但也是最为关键的部分。它包括信号的捕获、放大、整形和传送等。传感器是获取自然或生产领域中信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。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是一种最基本的测量工作。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MHz)、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。取用各种补偿和保护措施的霍尔器件工作温度范围宽可达-~。所以本设计采用的就是AE集成开关型霍尔传感器。开关型霍尔传感器的工作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直的方向上会出现一个电势差UH它们之间的关系为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。霍尔效应原理图如图所示。图霍尔效应原理图AE集成开关型霍尔传感器介绍AE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OC门输出E五个基本部分组成如图所示。()、()、()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OC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V保持不变因而使开关输出稳定可靠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度B与输出电压V之间的关系。AE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所示。图AE的外形图和组成结构图图AE集成开关型霍尔传感器的输出特性传感器的检测原理和检测电路本设计的检测原理如下: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Lm。经综合分析本设计中取m=。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经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。并从引脚P中断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轮圈的周长为L的乘积为里程值。计数器T计算每转一圈所用的时间t就可以计算出即时速度V=L*nt。检测的信号处理框图如图所示而传感器的工作原理如图所示。图信号处理框图图AE传感器检测工作原理第章整体硬件电路设计自行车的里程速度计的硬件电路设计是基础部分它包括信号的捕获、放大、整形单片机的计算处理LCD的实时显示和单片机外围基本电路的设计两大主要器件就是传感器和单片机。外围电路包括:键盘电路、电源电路、复位电路、时钟晶振电路、外部存储电路和LCD显示电路、声光报警电路。传感器是获取自然或生产领域中信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。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是一种最基本的测量工作。单片机是本次设计的核心部件它是信号从采集到输出的桥梁而且包括计算、定时、信息处理等功能。单片机最小系统设计以单片机为主复位电路和晶振电路为辅组成的系统称为单片机系统。复位电路的设计ATC单片机的复位输入引脚RET为ATC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H地址单元开始执行程序。在C的时钟电路工作后只要在RET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ATC循环复位。只有当RET由高电平变成低电平以后ATC才从H地址开始执行程序。本系统的复位电路是采用按键复位的电路如图所示是常用复位电路之一。单片机复位通过按动按钮S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V立即加到RET端该高电平使ATC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按钮S即可。按下按钮S则直接把V加到了RET端从而复位称为手动复位。复位后P到P并行IO口全为高电平其它寄存器全部清零只有SBUF寄存器状态不确定。图复位电路此电路的工作原理:通电瞬间RC电路充电RST引脚出现高电平只要RST端保持ms以上高电平就能使单片机有效地复位。时钟晶振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。ATC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。本设计采用内部时钟方式。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XTAL输出端为引脚XTAL。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和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所示。图时钟晶振电路电路中的电容C和C的推荐电容值为pf,如是陶瓷谐振器电容应为pf。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。此外如果单片机有串行通信则应该选择振荡频率除以串行通信频率可以除尽的晶体。本设计晶振采用MHz则计数周期为S由最少外围电路组成、可使单片机工作的系统称为单片机最小系统。本设计的单片机最小系统图如图所示。图单片机最小系统图传感器检测电路的设计对于由单片机构成的测控系统总要有被测信号输入通道由单片机提取必要的输入信息作为测试系统对被测对象提取必要的原始参量信号是系统的核心任务。而提取外部原始参量一般就需要用传感器或敏感元件用传感器或敏感元件把被测得的非电量转换位可以被单片机直接处理的电参量。由于输入通道的工作环境往往都比较恶劣又由于传感器输出的大都是模拟量输出微弱信号输出在转换成计算机要求的数字信号时就必须要进行隔离放大整形加宽等处理步骤因此输入通道常常是一个模拟数字电路的混杂电路是传感器集成化和单片机功能集成的边界区域在单片机测控系统的输入输出通道中。为减少干扰普遍采用了通道隔离技术。用于隔离的器件主要有隔离放大器、隔离变压器和光电耦合器等。本设计采用的是光电耦合器。经处理后的信号能直接被ATC识别。传感器AE与ATC的硬件连接如图所示。图开关型霍尔传感器AE与ATC的硬件连接图本设计中用光电耦合器消除电磁干扰尽可能达到测量的准确度。测量信号经AE内部的放大器放大后再经LS施密特触发器的整形驱动光电耦合器导通将信号输入到单片机的P端口。电源电路的设计由于ATC的工作电压要求是V为了给单片机提供稳定的工作电压我选用了能提供V直流电压的电瓶所以需要设计一个简单的电源电路进行电平转换将V电压降为V电源的电路如图所示。图电源电路电路中Power处的是电瓶的正负引脚FUSE是一个熔断器当电路出现短路等情况造成电路电流过大时会自动熔断起到保护电路的作用。而V处就是此电路的输出端为ATC和其他外围电路提供电源。LML是一个集成稳压器可以为单片机的器件提供稳定的工作电压C,C分别为输入端和输出端的滤波电容R为负载电阻D为电源指示灯。键盘电路的设计本设计的键盘电路设计比较简单有一个功能按钮S和功能加按钮S以及功能减按钮通过三个按键的组合可以实现:四个车轮周长(寸、寸、寸、寸)设置还可以选择显示里程和速度以及设置所要求的声光报警速度值的大小即:按下S一次时选择车轮尺寸并配合S、S选择具体车轮大小按下S两次选择设置报警时的车速大小此时和S、S组合可以设置报警车速的大小按下S键三次显示里程按下S四次显示速度此时S、S失效。其电路图如图所示。图键盘电路外部存储电路的设计存储器CATWC概述CATWC是一个K位串行CMOSEPROM内部含有个字节(每字节为位)。CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗CATWC有一个字节页写缓冲器该器件通过IC总线接口进行操作。CATWC支持IC总线数据传送协议IC总线协议规定任何将数据传送到总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。CATWC是作为从器件被操作的。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。其特性如下:与KHzIC总线兼容到伏工作电压范围最多可级联个器件低功耗CMOS技术写保护功能当WP为高电平时进入写保护状态字节页写缓冲器自定时擦写周期噪声保护的施密特触发输入零待机电流,,编程擦写周期可保存数据年脚DIPSOIC封装温度范围商业级工业级和汽车级其可靠性参数见表。表CATWC的可靠性参数符号参数最小最大单位参考测试模式NEND耐久性,,周期字节MILSTD测试方法TDR数据保存年MILSTD测试方法VZAPESDVMILSTD测试方法ILTH上拉电流mAJEDEC标准CATWC引脚功能介绍CATWC是双列直插引脚芯片其引脚图如图所示。图存储器CATWC的引脚图CATWC芯片的各引脚功能描述如下:SCL:串行时钟CATWC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输出进行线或(wireOR)。A、A、A:器件地址输入端这些管脚为硬连线或者不连接(在硬件上与CATWC兼容)。对于单总线系统最多可寻址个CATWC器件(参阅器件寻址)。当这些引脚没有连接时其默认值为。WP:写保护当WP脚连接到Vcc所有内存变成写保护(只能读)。当WP引脚连接到Vss或悬空允许器件进行读写操作。Vcc:接V~V工作电压Vss:接地。IC总线协议介绍IC总线协议定义如下()只有在总线空闲时才允许启动数据传送。()在数据传送过程中当时钟线为高电平时数据线必须保持稳定状态不允许有跳变。时钟线为高电平时数据线的任何电平变化将被看作总线的起始或停止信号。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IC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IC总线的停止信号。IC总线协议的总线时序图如图所示。图IC总线协议的总线时序图IC总线协议的写时序图如图所示。图IC总线协议的写时序图IC总线协议的起始停止时序图如图所示。图IC总线协议的起始停止时序图CATWC和ATC的硬件连接设计CATWC和ATC的硬件连接电路图如图所示。图CATWC和ATC的硬件连接电路图CATWC由于利用了IC总线技术只需要SCL和SDA两条线即可完成与ATC单片机的连接及数据交换。但ATC内核并不支持IC总线结构需要用软件编程辅助利用普通的IO接口模拟IC总线控制。显示电路的设计与七段数码显示器LED(LightEmittingDiode)相比液晶显示器LCD(LiquidCrystalDisplay)是一种功耗极低的显示器。LCD是一种平板薄膜显示器件出了功耗低以外它还具有美观、显示工作电压低、抗干扰能力强、与CMOS电路电性能匹配好等优点。因此它的应用非常广泛从电子表到计算器、从袖珍式仪表到便携式微型计算机以及一些文字处理机都用到了LCD。目前LCD有段式和点阵式两种在只涉及数据显示及简单字母提示时智能仪器通常采用段式LCD。EDMA是一种实用美观的四位串行段式液晶显示模块。与现有的一些并行段式液晶显示模块相比EDMA具有管脚少(现在一般的四位并行段式LCD模块一般都多达个引脚而EDMA只有四个引脚)与单片机系统连接简单、编程方便等优点。EDMA的特点EDMA断码式液晶显示模块由LCD液晶显示器、驱动电路、位CPU接口电路构成。它具有低功耗、抗干扰性强、温度范围宽等优点此外EDMA的输入接口信号可与CMOS和TTL电平兼容而且它的个引脚都具有静电保护电路。主要技术参数()电源电压:V()驱动方式:静态()视角:点()显示容量:位数字(带小数点)()数据传输方式:串行()显示方式:低电平显示()工作温度:~()存储温度:~()工作时间:>kh。引脚介绍EDMA的外型及管脚图如图所示。EDMA的外型及管脚尺寸为:mm:mm字符高度为:mmmm图中最左侧从上至下的个管脚分别是脚。EDMA的管脚功能如表所示。图EDMA的外型及管脚图EDMA的数据传输原理数据传输方向七段数码显示器中的每一位数字都由七段组成分别将这七段记为ABCDEFG小数点记为DP。EDMA的数据传输方向如图所示。当显示数字时从脚依次输入每个数字所对应的段码按照先高位后低位的顺序进行移位传输。每一位数字所对应的段码如图所示当输入一位信号为“”(低电平)时点亮该段。注意要想使EDMA显示出正确的数字最后一定要向脚再输入一位停止位此位输入为或均可。图EDMA的数据传输方向数据传送的时序EDMA数据传输的时序如下所示。时钟信号CLK(第4管脚)同时又是LCD模块的片选信号。在高电平时将数据从脚输入接着时钟信号CLK变为低电平然后经过一段时间后计将所输入的数据锁存这样就完成了一个数据的输入按照这样的时序可以将信号逐次地由脚输入每显示一位数字(包括小数点)只需将一个8位二进制数输入脚就可以了。5..3 EDM1190A的应用5..3.1 EDM1190A接口电路的设计EDM1190A与单片机的接口电路如图5-所示图5- EDM1190A与单片机AT89C51的硬件连接电路图LCD显示模块EDM1190A用来显示速度和里程EDM1190A的数据输入就管脚与单片机的P0.1口相连。单片机的P0.2口与EDM119A的时钟信号管脚CLK相连。预显示数字的二进制段码由P0.1口一位一位的输出只要在P0.1和P0.2两个端口分时产生方波信号就可以控制在LCD上显示数字。EDM1190A显示数字所对应的段码如表2所示声光报警电路的设计本次报警电路采用声光报警器当即时速度超过预定值时蜂鸣器响报警指示灯亮。声光报警电路图如图所示。图声光报警电路本设计的报警电路采用声和光双重报警提示。当速度V超过了设定值时,P口就会产生一个高电平驱动报警器工作。报警指示灯D会亮蜂鸣器也会发出警报声直到手动复位或按了停止按钮。报警电路可以提醒人们控制自己的骑车速度有助于安全和更好的锻炼。第章软件设计软件设计概述在硬件设计完毕之后接下来设计核心就是软件部分设计。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能趋于明朗化。当系统出现问题就可以根据功能设置找出问题的根源而不需要从头到尾检查整个程序这样便可以更快地解决问题。所以说在整个设计过程中软件设计必须与硬件设计紧密地结合在一起。基于ATC单片机自行车里程速度计的软件设计包括上中断子程序、速度调用子程序、里程调用子程序、LCD显示子程序、延时子程序和报警子程序等几大部分。由于要实现很多功能所以采用模块化设计下面就其主要部分分别加以分析并画出了对应的流程图。主程序设计在主程序模块中需要完成对各接口芯片的初始化、自行车速度和里程的初始化、中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。另外在主程序模块中还需要设置启动清除标志寄存器、里程寄存器、速度寄存器并对它们进行初始化。然后主程序将根据各标志寄存器的内容分别完成启动、清除、计速和计程等不同的操作。主程序流程如图所示。  图主程序流程图中断子程序的设计定时中断是为满足定时或计数的需要而设置的。在单片机内部有两个定时计数器以对其中的计数结构进行计数的方法来实现定时或计数功能。当结构发生计数溢出时即表明定时时间或计数值已满这时就以计数溢出信号作为中断请求去置位一个溢出标志作为单片机接受中断请求的标志。这种中断请求是在单片机芯片内部发生的因此无须在芯片上设置引入端。定时计数器控制寄存器TCON是位寄存器地址为H可以位寻址。其高位用于定时计数器中断控制低位借给外部中断用做中断标志和触发方式选择位。本设计采用定时中断对自行车的速度和行程进行计数。中断子程序流程图如图所示。中断子程序流程图键盘子程序的设计功能选择键S程序的设计内存H用来存放按键次数H用来存放报警车速设定值H用来存放车轮尺寸编号(寸、寸、寸、寸编号为、、、)S的程序流程图如下图所示图按键S程序流程图增加键S程序的设计S的程序流程图如图所示图增加键S程序流程图减少键S程序的设计S的程序流程图如图所示图减少键S程序流程图数据处理子程序的设计速度计算子程序的设计外中断服务程序用于处理轮子转动一圈后的计时数据。当标志位(H)为时计数溢出放入最大时间值(为#FFH)当标志位为时将计数单元(TL、TH、CH、DH)的值放入H~BH单元。定时器计出每转一圈所用的时间用自行车车轮的周长除以时间就得出自行车的速度。速度处理子程序流程图如图所示。图速度处理子程序流程图里程计算子程序的设计外中断服务程序用于对单片机P口输入的圈脉冲进行计数为十六进制计数器。H为低位H为高位。每次计数一次后对里程数据进行一次存储操作。当车轮每转一圈通过霍尔元件将脉冲数输入单片机内通过计数器计出脉冲数再用乘法子程序算出行程数。里程处理子程序流程图如图所示。图里程处理子程序流程图显示子程序的设计显示程序流程图如图所示图显示子程序流程图IC协议下读写EPROM程序的设计主机在SCL线上产生自己的时钟传输IC总线上的数据数据只在时钟的高电平周期有效每传输一个数据位产生一个时钟脉冲数据线的高低电平状态只有在SCL线的时钟信号是低电平时才能改变。当SCL为高电平时SDA的改变表示“开始”和“停止”状态即SDA由高电平转入低电平表示开始该命令必须在其他命令前执行SDA由低电平转入高电平表示停止状态该命令可终止所有通讯。在开始后SCL低电平期间SDA允许变化每位数据需一个时间脉冲当SCL为高时SDA必须稳定主控器在应答时钟脉冲高电平期间释放SDA线转由接收器控制。相同总线上的设备在收到数据后以置SDA为低电平的方式对其确认。总线不忙时数据线和时钟线保持为高点平。程序流程图如图所示。图存储程序流程图结论与展望该课题的主要任务是开发一个以ATC单片机为核心的自行车速度里程计。本设计主要分为硬件部分和软件部分硬件部分着重考虑硬件电路的简单性故尽可能简化硬件电路节省线路板的空间达到硬件电路最优化设计。软件采用汇编语言编写采用模块化设计思想程序可读性强能满足设计要求达到设计的指标实现对自行车速度里程的计算功能并用LCD显示行程与速度分别根据以下公式求得:里程=脉冲总数车轮周长速度=车轮周长车轮转一圈所用的时间根据此公式将最终显示出行程和速度。当车轮转动小磁片滑过霍尔元件时霍尔元件输出一脉冲可根据车轮周长计算行程和速度。当速度超过一定速度时将启动报警系统。本次设计符合设计的要求能实现对行程、速度的单独显示功能性较强具有一定的实践意义将会在许多场合应用。但也有一些不足存在要显示里程和速度需要按键骑车时不安全可以设计语音系统来报告速度和里程避免交通事故的发生。下面对本设计展望一下:本系统操作简单易于实现。硬件部分采用的器件应用较广泛且价格低廉如ATC单片机、存储器CATWC、EDMA液晶显示器比较强大、稳定。尤其是本次设计的核心元件ATC单片机软件技术成熟并具有种类齐全的支持芯片。这类微处理器既可用作控制器又适合于做数据处理而且成本也甚是低廉。软件采用模块化设计可读性强方便二次开发。本次设计电路简单、低成本而且能够满足人们对高性能、多功能自行车的要求可在很多速度里程的测量场合使用具有广

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