毕业论文设计基于51单片机的自行车测速系统设计

毕业论文设计基于51单片机的自行车测速系统设计内容摘要：

时计数器 ,2 个全双工串行通信口， 2个读写口线， AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。 其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。 AT89C52 有PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求 [6]。 单片机内部结构示意图如图 所示。 图 单片机内部结构示意图 单片机中断系统 在本次设计当中，中断部分的设计尤为重要，所谓中断，是当计算机执行正常程序时，系统中出现某些急需处理的事件， CPU 暂时中止当前的程序，转 去执行服务程太原工业学院毕业设计 11 序，以对发生的更紧迫的事件进行处理，待处理结束后， CPU 自动返回原来的程序执行。 AT89C52 系列单片机的系统有 5 个中断源， 2 个优先级，可实现二级中断服务嵌套。 由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器 IE 控制 CPU 是否响应中断请求；有中断优先级寄存器 IP 安排各优中断源的优先级；同一优先级内各终端同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。 本次设计采用的外部中断方式包括外部中断 0 和外部中断 1，它们的中断请求信号分别由单片机的 0INT 和 1INT 输入。 外部中断请求有两种信号方式：电平触发方式和脉冲触发方式。 电平触发方式的中断请求是低电平有效。 只要在 0INT 和 1INT 引脚上出现有效低电平时，就激活外部中断方式。 脉冲触发方式的中断请求则是脉冲的负跳变有效。 在这种方式 下，在两个相邻机器周期内， 0INT 活 1INT 引脚电平发生变化，即在第一个机器周期内为高电平，第二个机器周期内为低电平，就激活外部中断。 由此可见，在脉冲方式下，中断请求信号的高电平和低电平状态都应至少维持一个机器周期，以使 CPU采样到电平状态的变化，本次设计所采用的触发方式为脉冲触发方式 [7]。 单片机定时 /计数功能 AT89C52 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。 ⑴ 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=0 时，只要用软件使 TCON 中的 TR0 或 TR1 为 1，就可以启动定时 /计数器工作； GATE=1 时，要用软件 TR0或 TR1 为 1，同时外部中断引脚 0INT或 1INT 也为高电平时，才能启动定时 /计数器工作。 TC/ ：定时 /计数模式选择位。 TC/ =0 为定时模式； TC/ =1 为计数模式。 M1M2：工作方式设置位。 定时 /计数器有 4种工作方式，由 M1M2 进行设置。 本次设计 TMOD 为 90H，即选通定时 /计数器 定时功能、工作方式 1。 工作方式16 位定时 /计数器。 ⑵ 控制寄存器 TCON TF1（ ）定时 /计数器 T1 溢出中断请求标志位。 定时 /计数器 T1 计数溢出太原工业学院毕业设计 12 时由硬件自动置 TF1 为 1。 CPU 响应中断后 TF1 由硬件自动清零。 T1 工作时， CPU 可随时查询 TF 的状态。 所以， TF1 可用作查询测试的标志。 TF1也可以用软件置 1或清零，同硬件置 1 或清零的效果一样。 TR1（ ）定时 /计数器 T1 运行控制位。 TR1 置 1 时时，定时 / 计数器 T1开始工作； TR1 置 0时，定时 /计数器 T1停止工作。 TR1 由软件置 1或清 0。 TF0（ ）：定时 /计数器 T0 溢出中断请求标志位。 TR0（ ）：定时 /计数器 T0 运行控制位。 存储器 为了防止掉电时里程数据的丢失 ,本次设计采用的是 AT24C02。 AT24C02 是一个 2K位串行 CMOS EEPROM。 内部含有 256 个 8 位字节， ATMEL 公司的先进 CMOS 技术实质上减少了器件的功耗。 AT24C02 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。 AT24C02 支持 I2C 总线数据传送协议。 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 24C02 器件连接到总线上。 管脚图如图 所示。 图 AT24C02管脚图 SCL 串行时钟： AT24C02 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： CAT24WC02 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）。 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 管太原工业学院毕业设计 13 脚连接到 Vss 或悬空，允许器件进行正常的读 /写操作。 由于 AT24C02 的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传输数据，所以只用两根线 SCL 和 SDA 与单片机传输数据。 在软件编程时采用 EEPROM 程序包来控制AT24C02 发送或接受数据。 74LS74芯片 在本设计中采用 74LS74 芯片进行分频。 74LS74 是 D 触发器的一种 ,它是一个具有记忆功能的二进制信息存储器件，是构成多种时序电路的最基本逻辑单元。 触发器具有两个稳定状态，即“ 0”和“ 1”，在一 定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。 由于其状态的更新发生在 CP脉冲的边沿故又称之为上升沿触发的边沿触发器， D触发器的状态只取决于时针到来前 D端的状态。 D触发器应用很广，可用做数字信号的寄存、移位寄存、分频和波形发生器等。 引脚图如图 所示。 图 74LS74引脚图 当车轮每转一圈，霍尔传感器输出一个低电平脉冲，通过 74LS74 进行二分频后，定时器 T1 的开启时间为车轮转 1 圈的时间，这样就可以算出自行车的速度。 分频前后对比图如图 所示。 图 分频前后对比图 太原工业学院毕业设计 14 由图可 见，二分频后的波形的高或低电平的时间正好是霍尔传感器开关的一个周期，霍尔传感器输出脉冲到 0INT ，即 0INT 接收到对圈数计数的脉冲。 经 74LS74 二分频后的信号输入到 1INT ，内部定时计数器测得每转一圈所用的时间，通过计算即可得里程值和即时速度。 74LS244 芯片的介绍 本次设计中的采用驱动数码管的 芯片为 74LS244， 74LS244 为三态输出的八位缓冲器和线驱动器，若单片机输出口直接接显示部分电路，则电流太小，会导致显示部分不能正常工作。 所以在单片机输出口先接入驱动芯片 74LS244，增大电流，使 LED能够正常工作。 其逻辑图如图 所示，可以看出 74LS244 由 2组组成、每组由四路输入、输出构成。 每组有一个控制端高或低电平决定该组数据被接通还是断开。 图 74LS244逻辑图 时钟电路设计 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。 AT89C52 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。 本设计采用第一种方式。 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 XTAL1，输出端为引脚 XTAL2。 这两个引脚跨接石英晶体振荡器和电太原工业学院毕业设计 15 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 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，则计数周期为 T= μ）（ 11211012 16  HzS （式 ） 复位电路的设计 AT89C52 单片机的复位输入引脚 RET 为 AT89C52 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89C52 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 89C52 循环复位。 只有当 RET 由高电平变成低电平以后， 89C52 才从 0000H 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 89C52 全机自动复位，太原工业学院毕业设计 16 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。 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。 显示电路的设计 单片机系统中常用的显示器有：发光二极管 LED 显示器、液晶 LCD显示器等。 在这里由于单片机测速系统比较简单，所以只考虑 LED 显示器和 LCD 显示器。 LED 显示器工作方式有两种静态显示方式和动态显示方式。 方案一 LED 静态显示器：静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个 8 位数据线来保持显示字形码。 当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。 这种方法的优点是占用 CPU 时间少，显示便于监测和控制。 缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。 LED 动 态显示器：动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。 这样一来，就没有必要每一位数码管配一个锁存器，从而大大地简化了硬件电路。 选亮数码管采用动态扫描显示。 所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。 动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。 方案二 用液晶显示器 LCD 显示信息。 太原工业学院毕业设计 17 LCD 显示器工作原 理就是利用液晶的物理特性；通电时排列变得有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。 LCD 的好处有：与 CRT 显示器相比， LCD的优点主要包括零辐射、低功耗、散热小、体积小、图像还原精确、字符显示锐利等。 LED 背光源技术能够大幅度提升电视画面的对比度和色彩表现力，同时具有节能环保等诸多优点，势必成为未来电子显示技术的发展趋势。 LED 技术具有非常明显的三大优势：第一，它显示的色彩更加丰富，色彩数量可超过目前 CCFL 冷阴极荧光管背光灯的一倍以上；第二， LED 背光源亮度可以随着画面亮度进行主动调节，可节 能30%以上；第三， LED 背光源不含铅和汞等有毒有害物质，是真正的绿色环保光源。 本课题选用 LED 动态显示器。 LED 显示器有两种不同的形式：一种是发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极 LED 显示器；另一种是发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极 LED 显示器。 如图 所示。 本次设计采用共阴极接法。 图 LED显示器 本系统采用动态扫描显示接口电路，动态显示接口电路是把所有显示器的 8个笔划段 ah同名端连在一起，而每一个显示器的公共极 COM 各自独立地受 I/O 线控制。 CPU 向字段输出口送出字型码时，所有显示器接收到相同的字型码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于 COM 端。 也就是说我们可以采用分时的方法，轮流控制各个显示器的 COM 端，使各个显示器轮流点亮。 在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约 1ms），由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。 本设计 、 、 、 信号一起组成位选通的位选信号， ～ 太原工业学院毕业设计 18 信号 一起组成段码选通的段选信号，通过软件编程，先把所要显示的数据放入存储单元，然后把数据送入段选通对应的地址，再选通某一个 LED。