基于单片机的自行车里程表设计-

基于单片机的自行车里程表设计-内容摘要：

控制、延时、外部计数和检测等。 计数器：对引脚 T0（ P ）和 T1（ .）输入的外部脉冲信号计数，当输入脉冲信号从 1 到 0 的负跳变时，计数器就自动加 1。 计数的最高频率一般为振荡频率的 1/24。 定时器 ： 对系统晶振振荡脉冲的 12 分频 输出进行计数。 定时器 /计数器的结构组成： 16 位加法计数器、工作方式寄存器 TMOD 和控制寄存器 TCON。 T0： TL0（低 8 位）和 TH0（高 8 位） T1： TL1（低 8 位）和 TH1（高 8 位） 存储器的介绍 24C02 是一个 2K 位串行 CMOSE2PROM。 内部含有 256 个 8 位字节， CATALYST 公司的先进 CMOS 技术实质上减少了器件的功耗。 24C02 有一个 16 字节页写缓冲器，该器件通过 I2C 总线接口进行操作有一个专门的写保护功能。 24C02 支持 I2C 总线数据传送协议， I2C 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。 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，通过器件地址输入端 A0、 A1 和 A2 可以实现将最多 8 个 24WC02 器件连接到总线上。 管脚图如 所 17 示。 图 24C02 管脚图 SCL 串行时钟： 24C02 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： 24C02 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）。 A0、 A A2 器件地址输入端：这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址， 当这些脚悬空时默认值为 0。 当使用 24WC02 时最大可级联 8 个器件， 24WC02被总线寻址这三个地址输入脚。 A0、 A A2 可悬空或连接到 Vss。 WP 写保护：如果 WP 管脚连接到 Vcc 所有的内容都被写保护，只能读。 当WP 管脚连接到 Vss 或悬空，允许器件进行正常的读 /写操作。 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 I2C 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 I2C 总线的停止信号。 本题目中 24C02 起存储作用，将自行车里程存储在 24C02 中，当掉电时，存储的数据不会丢失，可以读取 24C02 中的里程数完成里程的累积。 18 单片机外围电路的设计 1. 时钟电路的设计 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。 8051 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。 本设计采用前者。 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 XTAL1，输出端为引脚 XTAL2。 这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，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。 19 图 单片机片内振荡电路 电路中的电容 C1 和 C2 常选择为 30pF 左右。 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 12MHz。 2. 复位电路的设计 AT89S52 的复位输入引脚 RET（即 RESET）为 AT89S52 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 0000H 地址单元开始执行程序。 在 AT89S52 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 AT89S52 循环复位。 只有当 RET 由高电平变成低电平以后， AT89S52 才从 0 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。 当 AT89S52 的 ALE 及 PSEN 两引脚输出高电平， RET 引脚为高电平时，单片机复位。 通过按动按钮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， +5V 立即加到 RET/VPD端，该高电平使 AT89S52 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，只需按动按钮即可。 按下按钮，则直接把 +5V 加到了 RET/VPD 端从而复位称为手动复位。 复位后，P0 到 P3 并行 I/O 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。 20 图 按键复位电路 工作原理：上电瞬间， RC 电路充电， RST 引脚出现高电平，只要 RST 端保持 10ms 以上高电平，就能使单片机有效地复位。 3. 显示电路的设计 10． 8． 2 1602 字符型 LCD 简介 字符型液晶显示模块是 一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，目前常用 16*1，16*2， 20*2 和 40*2 行等的模块。 下面以长沙太阳人电子有限公司的 1602 字符型液晶显示器为例，介绍其用法。 一般 1602 字符型液晶显示器实物如图 1053： 21 图 1053 1602 字符型液晶显示器实物图 10． 1602LCD 的基本参数及引脚功能 1602LCD 分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为 HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图 1054 所示： 图 1054 1602LCD 尺寸图 1602LCD 主要技术参数： 显示容量 :162 个字符 芯片工作电压 :— 工作电流 :() 模块最佳工作电压 : 字符尺寸 :(WH)mm 引脚功能说明 22 1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表1013 所示 : 表 1013：引脚接口说明表 第 1 脚： VSS 为地电源。 第 2 脚： VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚： VL 为液晶显示器对比度调整端， 接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生 “鬼影 ”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚： RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚： R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据 线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 10． 8． 2． 3 1602LCD 的指令说明及时序 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表 1014 所示： 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据 /命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读 /写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 23 表 1014：控制命令表 1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实 现的。 （说明： 1为高电平、 0 为低电平） 指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。 指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。 指令 3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 高电平表示有效，低电平则无效。 指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令 5：光标或显示移位 S/C：高电 平时移动显示的文字，低电平时移动光标。 指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符。 指令 7：字符发生器 RAM 地址设置。 指令 8： DDRAM 地址设置。 指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令 10：写数据。 序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开 /关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址 8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址 9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址 10 写数到 CGRAM或 DDRAM） 1 0 要写的数据内容 11 从 CGRAM或 DDRAM 读数 1 1 读出的数据内容 24 指令 11：读数据。 与 HD44780 相兼容的芯片时序表如下： 表 1015：基本操作时序表 读写操作时序如图 1055 和 1056 所示： 图 1055 读操作时序 图 1056 写操作时序 10． 8． 2． 4 1602LCD 的 RAM 地址映射及标准字库表 读状态 输入 RS=L， R/W=H， E=H 输出 D0—D7=状态字 写指令 输入 RS=L， R/W=L， D0—D7=指令码， E=高脉冲 输出 无 读数据 输入 RS=H， R/W=H， E=H 输出 D0—D7=数据 写数据 输入 RS=H， R/W=L， D0—D7=数据， E=高脉冲 输出 无 25 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。 要显示字符 时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图 1057 是 1602 的内部显示地址。 4. 单片机各口的作用和用途 自行车里程 表 采用 AT89S52 单片机作控制，速度及里程传感器采用霍尔元件，其电路原理图如附录Ⅰ所示。 P0 口和 、 、 口用于 LCD1602 的显示刷新 ，第 12 脚外中断 0 用于对轮子圈数的计数输入，轮子每转一圈，霍尔传感器输出 二 个低电平。 口和 口用于 E2PROM 存储器 24C02 的存取控制。 P14 口 输出用于 控制蜂鸣器的 报警， 报警电路图如图 所示。 26 当当前速度小于设置的报警速度时 ，蜂鸣器不报警 ,L1 灯亮，当当前速度大于报警速度，蜂鸣器 滴滴报警 图 报警电路图 27 第 4 章 自行车里程 表 软件程序设计 概述 在硬件设计完毕之后，接下来就是设计中最核心和最为主要的软件部分设计。 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，从而更快地解决问题。 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。 基于霍尔传感器自行。