鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕題目基于單片機(jī)的自行車測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師所屬系專業(yè)年級(jí)學(xué)號(hào)基于單片機(jī)的自行車測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著科技的迅速開展，單片機(jī)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，并帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)不斷更新。現(xiàn)在的里程表大多是電子式的，用數(shù)碼管或液晶顯示器即時(shí)顯示，顯示更加直觀。電子式里程表采用接觸車速傳感器代替軟軸傳動(dòng),可使里程表的安裝位置不受距離限制，進(jìn)一步有效地克服了機(jī)械式里程表中的諸多缺乏。方案采用了一種以單片機(jī)STC89C52為主控機(jī)，使用光電傳感器進(jìn)行自行車?yán)锍獭⑺俣葴y(cè)量的裝置。傳感器將不同車速產(chǎn)生的不同頻率的脈沖信號(hào)輸入到單片機(jī)進(jìn)行控制與計(jì)算，再采用LCD液晶顯示模塊進(jìn)行顯示，使得自行車的速度與里程數(shù)據(jù)能直觀的顯示給使用者。本設(shè)計(jì)主要包括自行車輪脈沖采集、鍵盤輸入和數(shù)據(jù)顯示等局部，主程序用C語(yǔ)言編寫，完成各項(xiàng)功能及數(shù)據(jù)的處理。本里程表的設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本錢低廉，顯示清晰，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。并且可以進(jìn)行擴(kuò)充，更方便于使用者。關(guān)鍵詞光電傳感器，單片機(jī)，液晶顯示器，測(cè)速TheDesignofbicyclespeedmeasuringsystembasedonsinglechipmicrocomputerABSTRACTWiththerapiddevelopmentoftechnology,moreandmorewidespreadapplicationofmicrocomputer,promotethetraditionalcontroldetectiontechnologyconstantlyupdated.Mostofthecurrentelectronicodometer,andwiththeLEDdigitaltubeorLCDdisplayreal-time,displaymoreintuitive.Electronicodometerflexibleshaftusingthecontactspeedsensorinsteadofdriving,mileagetablescanbeinstalledwithoutdistancelimitations,andfurthertoeffectivelyovercomethemechanicaldisadvantagesofmileageinthetable.TheplanadoptsthesystemandconfigurationofcombiningthemicrocontrollerSTC89C52asthemaincontrolcomputer,usingthephotoelectricsensorbicycleodometer,speedmeasuringdevices.whenDifferentspeedpulsesignalsofdifferentfrequenciesproducedbysensorareinputintothemicrocontroller,afteritscalculation,liquidcrystalwilldisplaythedatas,makingthebike'sspeedanddistancedatavisuallytotheuser.Thedesignincludesabikewheelpulseacquisition,keyboardinputanddatadisplaysection,themainprogramusingClanguage,Thispaperfirstneededto"milestones"designofequipmentindetail,ontheproblemsexistinginthedesign,explainedAndthentohardwareandsoftwaredesignandimplementationofthepartmadeearnestanalysis,Thenpresentedsystemmodelingprocessandthecorrespondingsystembasedonthismodel,thecontrolsimulation,andthesimulationresultsarecompared.KEYWORDSodometerphotoelectricsensor,MCU,LCD,Tachometer目錄TOC\o"1-3"\u摘要IABSTRACT II1緒論11.1問(wèn)題由來(lái)11.2課題現(xiàn)狀11.3設(shè)計(jì)任務(wù)22方案論證與分析22.1單片機(jī)模塊論證與選擇22.2顯示模塊論證與選擇32.3電源模塊論證與選擇32.4光電測(cè)速模塊論證與選擇33系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)43.1光電傳感器模塊43.2單片機(jī)系統(tǒng)局部63.2.1STC89C52單片機(jī)介紹63.2.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及控制73.3單片機(jī)外圍電路介紹93.3.1復(fù)位電路93.3.2晶振電路103.4LCD顯示模塊103.4.11602字符型LCD簡(jiǎn)介103.4.2LCD1602的根本參數(shù)及引腳功能113.5按鍵模塊134系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)144.1概述144.2總體程序設(shè)計(jì)144.3測(cè)量算法概述154.4中斷子程序的設(shè)計(jì)164.5人機(jī)交互設(shè)計(jì)175結(jié)束語(yǔ)18致謝19參考文獻(xiàn)20附錄1：系統(tǒng)原理圖21附錄2：源程序221緒論1.1問(wèn)題由來(lái)我國(guó)是人口大國(guó)，也是自行車大國(guó)，隨著生活節(jié)奏的不斷加快，自行車已經(jīng)不僅僅是運(yùn)輸、代步的工具，現(xiàn)在那么是代表著綠色、環(huán)保、節(jié)能。因此其輔助功能也變得越來(lái)越重要。而且人們希望自行車的娛樂(lè)、休閑、鍛煉的功能越來(lái)越多，能帶來(lái)大家更多的健康與快樂(lè)。在這個(gè)背景下，自行車測(cè)速系統(tǒng)作為自行車的一大輔助工具迅速開展起來(lái)。科學(xué)、美觀、合理設(shè)計(jì)自行車測(cè)速計(jì)有一定的實(shí)用價(jià)值.它能合理計(jì)算出速度及公里數(shù),使運(yùn)動(dòng)者運(yùn)動(dòng)適量,到達(dá)健康運(yùn)動(dòng)與代步的最正確效果。并且隨著人們生活水平的逐漸提高，人們對(duì)于生活質(zhì)量的要求也日益增加，尤其是對(duì)健身的要求。自行車在中國(guó)普遍作為代步工具。而在國(guó)外，自行車卻是一項(xiàng)十分受歡送的健身運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樗鼰o(wú)污染，價(jià)位低廉，老少皆宜。而且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可以充分享受到大自然，對(duì)于忙碌的現(xiàn)代人來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一種較好的放松方法。在中國(guó)這種情況也在慢慢發(fā)生變化。因此愛好自行車運(yùn)動(dòng)的人需要一款里程表，以知道自己的運(yùn)動(dòng)情況。并根據(jù)外界條件，如溫度，風(fēng)速等進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，已到達(dá)最正確運(yùn)動(dòng)的效果。而對(duì)于自行車運(yùn)發(fā)動(dòng)來(lái)說(shuō)，最為關(guān)心的莫過(guò)于一段時(shí)間內(nèi)的訓(xùn)練效果。因?yàn)榻叹氁鶕?jù)一段時(shí)間內(nèi)運(yùn)發(fā)動(dòng)的訓(xùn)練效果進(jìn)行評(píng)估，從而進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整已使運(yùn)發(fā)動(dòng)到達(dá)最正確的狀態(tài)。因此需要一種裝置進(jìn)行對(duì)訓(xùn)練中各種參數(shù)的測(cè)定記錄。1.2課題現(xiàn)狀傳統(tǒng)的機(jī)械式車速表是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用于轉(zhuǎn)動(dòng)盤，使轉(zhuǎn)動(dòng)盤連同車速表指針發(fā)生同向的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與彈簧產(chǎn)生的阻力矩平衡時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)停留在某一角度上。指針偏轉(zhuǎn)角與車速成正比，因而可用其表示車速。機(jī)械式車速表的缺陷是明顯的。由于表盤指針偏轉(zhuǎn)程度正比于軟軸的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的磁力，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低的時(shí)候，磁力較小，隨轉(zhuǎn)速變化波動(dòng)較大。因此，低速時(shí)車速表指針擺動(dòng)劇烈、測(cè)量及顯示精度不高。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)后置的車輛，要將車速表指針的偏轉(zhuǎn)動(dòng)力由變速箱經(jīng)軟軸等傳至駕駛室，軟軸必然布置的較長(zhǎng)，如何將這種長(zhǎng)長(zhǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軟軸從結(jié)構(gòu)上布置妥當(dāng)，肯定是一件十分困難的事情。現(xiàn)在的車速表大多是電子式的，用LED數(shù)碼管或LCD顯示，使速度顯示更加直觀。采用接觸車速傳感器代替軟軸傳動(dòng),可使車速表的安裝位置不受距離限制,有效地克服了機(jī)械式車速表中的諸多缺乏。電子式車速表更加智能，車速表的功能也更加人性化，如加上了里程累計(jì)、超速提醒等功能。本設(shè)計(jì)就是針對(duì)騎自行車的人們?cè)谛羞M(jìn)中不能很好的把握自己到達(dá)了多大的速度，行駛了多遠(yuǎn)的距離而設(shè)計(jì)的。以往的里程表只能進(jìn)行測(cè)量速度，里程，時(shí)間，溫度等數(shù)據(jù)，雖然能實(shí)現(xiàn)很多的功能，但是其中的一些功能不適合自行車業(yè)余愛好者，浪費(fèi)資源，而且性價(jià)比也低，而且也不能很好的把握當(dāng)前運(yùn)動(dòng)量，從而不能很好的實(shí)現(xiàn)娛樂(lè)和鍛煉的效果。而本設(shè)計(jì)卻能實(shí)現(xiàn)娛樂(lè)和鍛煉的雙重效果，而且相對(duì)業(yè)余愛好者性價(jià)比更高。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)

本設(shè)計(jì)要以單片機(jī)為核心，通過(guò)光電傳感器來(lái)檢測(cè)自行車的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行車的速度的測(cè)量，最后用液晶顯示器直觀地將速度與里程顯示出來(lái)，并且可以設(shè)置車輪周長(zhǎng)，從而到達(dá)智能化的目的。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容:〔1〕光電傳感器模塊設(shè)計(jì)〔2〕單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)〔3〕人機(jī)交互設(shè)計(jì)2方案論證與分析2.1單片機(jī)模塊論證與選擇方案一：采用型號(hào)為STC89C52的單片機(jī)作為主控制器，使用光電傳感器進(jìn)行測(cè)量的自行車測(cè)速系統(tǒng)。STC89C52是帶8K字節(jié)閃爍可編程擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器【1】,且內(nèi)部集成EEPROM它將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，為許多控制提供了靈活性高且價(jià)格低廉的方案。方案二：采用單片機(jī)C8051F060作為主控制器，使用霍爾傳感器進(jìn)行測(cè)量的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)。C8051F060系列單片機(jī)是美國(guó)CYGNAL公司推出的一種與51系列單片機(jī)內(nèi)核兼容的單片機(jī)。C8051F060作為新一代8051單片機(jī)，具有功能強(qiáng)大、體積小、工作穩(wěn)定等特點(diǎn)，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。因此選擇方案一。顯示模塊論證與選擇方案一：采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價(jià)格適中,亮度高，顯示數(shù)字適宜,但是連接復(fù)雜，耗電流大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。方案二：采用點(diǎn)陣屏顯示，點(diǎn)陣是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示簡(jiǎn)單文字比擬適合,如果顯示數(shù)字那么浪費(fèi)資源,而且價(jià)格也相對(duì)較高。方案三：采用LCD液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,并且連接很方便,所以在此設(shè)計(jì)中采用了LCD液晶顯示屏。因此選擇方案三。電源模塊論證與選擇方案一：采用交流220V/50Hz電源轉(zhuǎn)換為直流5V電源作為電源模塊。該方案實(shí)施簡(jiǎn)單，電路搭建方便，可作為單片機(jī)開發(fā)常備電源使用。方案二：采用干電池串并聯(lián)到達(dá)5V作為電源模塊。該方案實(shí)施簡(jiǎn)單，無(wú)需搭建電路，但相對(duì)該方案不夠穩(wěn)定，電池耗電快，帶負(fù)載后壓降過(guò)高，可能無(wú)法使系統(tǒng)穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行。方案三：采用可充電鋰電池結(jié)合穩(wěn)壓模塊作為電源模塊。該方案簡(jiǎn)單易行，而且相對(duì)穩(wěn)定、誤差小，但該方案相對(duì)價(jià)格過(guò)高，針對(duì)該設(shè)計(jì)要求性價(jià)比低。因此選擇方案一。光電測(cè)速模塊論證與選擇方案一：采用普通紅外對(duì)管【2】作為測(cè)速模塊的核心，該方案體積小，，價(jià)格合理，可用于測(cè)速，但是對(duì)于體積太小的遮擋物〔自行車條幅〕可能會(huì)無(wú)響應(yīng)。方案二：采用半導(dǎo)體激光器【3】和光敏電阻作為測(cè)速模塊的核心,半導(dǎo)體激光器具有發(fā)射方向性好，功率大的特點(diǎn)，因此對(duì)體積小的物體也具有很好的響應(yīng)效果。因此選擇方案二。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是以半導(dǎo)體激光器和光敏電阻構(gòu)成光電傳感器，以STC89C52作為系統(tǒng)的主控芯片，以LCD1602液晶顯示器進(jìn)行顯示，按鍵用于調(diào)整車輪周長(zhǎng)。圖3-1為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖。圖3-1系統(tǒng)硬件框圖光電傳感器模塊光電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一種器件，各種各樣的形式，如透射式、反射式等，根本原理就是當(dāng)發(fā)射管光照射到接收管時(shí)，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷【4】。以透射式為例，如圖3-2所示，當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，否那么翻開。為此可以制作一個(gè)遮光葉片如圖3-3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過(guò)時(shí)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。而考慮到實(shí)際可操作性以及設(shè)計(jì)要求方面，本設(shè)計(jì)采用方向性好的半導(dǎo)體激光器取代了傳統(tǒng)的發(fā)光二極管，使用光敏電阻作為感光元件，從而構(gòu)成透射式光電傳感器。圖3-2光電傳感器的原理圖圖3-3遮光葉片將光敏電阻安裝在自行車前又的一側(cè)，在同等高度的另一側(cè)安上一個(gè)半導(dǎo)體激光器。在同等高度的輻條上貼上一圈黑色材料，并在黑色材料上打上等間距的小孔，這樣當(dāng)小孔經(jīng)過(guò)光敏電阻時(shí)，光敏電阻根據(jù)光電流的變化發(fā)出脈沖，從而測(cè)量里程。由于單片機(jī)屬于數(shù)字器件，并不能直接對(duì)光敏電阻兩端的脈動(dòng)電壓直接處理，因此需要信號(hào)調(diào)理電路對(duì)光敏電阻兩端電壓進(jìn)行處理，得到數(shù)字脈沖信號(hào)。圖3-4光電傳感器模塊如圖3-4所示，三極光9013工作在開光狀態(tài)，當(dāng)光信號(hào)未被遮擋時(shí)，光敏電阻阻值降到500歐姆以下，三極管發(fā)射結(jié)電壓低于PN節(jié)導(dǎo)通電壓，三極管處于截止之狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)P34輸出高電平。光信號(hào)被遮擋時(shí)，光敏電阻阻值上升到5K左右，三極管發(fā)射結(jié)電壓高于PN節(jié)導(dǎo)通電壓工作于飽和狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)P34輸出低電平。如此反復(fù)便形成了數(shù)字脈沖，便于單片機(jī)直接計(jì)數(shù)。3.2 單片機(jī)系統(tǒng)局部3.2.1STC89C52單片機(jī)介紹STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改良使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)〔兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)〕，全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。圖3-5為STC89C52引腳圖【5】。圖3-5STC89C52引腳圖3.2.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器〔16位〕，由高8位和低8位兩個(gè)存放器組成。TMOD是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式存放器，確定工作方式和功能；TCON是控制存放器，控制T0、T1的啟動(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖3-6所示：圖3-6定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)圖STC89C52單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)特殊功能存放器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式；TCON用于控制其啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)【6】。(1)工作方式存放器TMOD工作方式存放器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如表3-1:表3-1位號(hào)D7D6D5D4D3D2D1D0符號(hào)GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0GATE：門控位。GATE＝0時(shí)，以運(yùn)行控制位TRX(X=0，1)來(lái)啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器運(yùn)行；GATA＝1時(shí)，要用軟件使TR0或TR1為1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；C/T計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位C/T=1時(shí)，選擇計(jì)數(shù)器模式，計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入引腳T0〔P3.4〕或T1〔P3.5〕的外部脈沖計(jì)數(shù)；C/T=0時(shí)，選擇定時(shí)器模式。M1M0：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進(jìn)行設(shè)置，其工作方式如表3-2所示：表3-2M1M工作方式功能00工作方式013位計(jì)數(shù)器01工作方式116位計(jì)數(shù)器10工作方式2自動(dòng)再裝入8位計(jì)數(shù)器11工作方式3定時(shí)器0：分成兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器定時(shí)器1：停止計(jì)數(shù)(2)控制存放器TCONTCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。其格式如表3-3：表3-3位D7D6D5D4D3D2D1D0字節(jié)地址：88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1〔TCON.7〕：T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。T1計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動(dòng)清0。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測(cè)試的標(biāo)志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。TR1〔TCON.6〕：T1運(yùn)行控制位。TR1置1時(shí)，T1開始工作；TR1置0時(shí)，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止。TF0〔TCON.5〕：T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，其功能與TF1雷同。TR0〔TCON.4〕：T0運(yùn)行控制位，其功能與TR1雷同。3.2.3中斷控制CPU對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許存放器IE控制的。各個(gè)中斷控制位地址如表3-5所示【7】：表3-5位76543210字節(jié)地址：88HEAESET1EX1ET0EX0IEEX0(IE.0)，外部中斷0允許位；ET0(IE.1)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷允許位；EX1(IE.2)，外部中斷0允許位；ET1(IE.3)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷允許位；ES〔IE.4)，串行口中斷允許位；EA(IE.7)，CPU中斷允許〔總允許〕位。3.3單片機(jī)外圍電路介紹3.3.1復(fù)位電路STC89C52單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳RST為單片機(jī)提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的0000H地址單元開始執(zhí)行程序。在89C52的時(shí)鐘電路工作后，只要在RST引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部那么初始復(fù)位。只要RST保持高電平，那么89C52循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RST由高電平變成低電平以后，89C52才從0000H地址開始執(zhí)行程序。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用上電自動(dòng)復(fù)位的電路，如圖3-7所示，是常用復(fù)位電路之一。單片機(jī)復(fù)位通過(guò)按動(dòng)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動(dòng)復(fù)位。上電時(shí)，剛接通電源，電容C相當(dāng)于瞬間短路，+5V立即加到RESET端，該高電平使89C51全機(jī)自動(dòng)復(fù)位，這就是上電復(fù)位；假設(shè)運(yùn)行過(guò)程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動(dòng)按鈕即可。按下按鈕，那么直接把+5V加到了RESET端從而復(fù)位稱為手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位后，P0到P3并行I/O口全為高電平，其它存放器全部清零。圖3-7STC89C52復(fù)位電路3.3.2晶振電路晶振電路由晶振和兩個(gè)負(fù)載電容組成。晶振電路局部電路連接如圖3-8所示。圖3-8晶振電路晶振是給單片機(jī)提供工作信號(hào)脈沖的，這個(gè)脈沖就是單片機(jī)的工作速度。比方此系統(tǒng)所用的12MHz晶振，單片機(jī)工作速度就是每秒12M。在調(diào)試時(shí)要注意將PC串口波特率設(shè)為1200。至于兩個(gè)電容的大小，它是根據(jù)晶振廠家提供的晶振要求選值的，換句話說(shuō)，晶振的頻率就是在它提供負(fù)載電容下測(cè)得，能最大限度的保證頻率值誤差。兩個(gè)電容取值都是相同的，大局部在20-30pF，沒(méi)有相同電容的情況下，可以用兩個(gè)相差不大電容代替，但不能相差太大，容易造成諧振不平衡，容易造成停振或者干脆不起振【8】。晶振電路在本系統(tǒng)中是并聯(lián)方式，連接在STC89C52的XTAL1和XTAL2引腳。LCD顯示模塊3.4.11602字符型LCD簡(jiǎn)介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以長(zhǎng)沙太陽(yáng)人電子的1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。字符型LCD1602通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來(lái)的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣。一般1602字符型液晶顯示器實(shí)物如圖3-9所示。圖3-91602實(shí)物圖3.4.2LCD1602的根本參數(shù)及引腳功能〔1〕LCD1602類型：LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大局部為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差異，兩者尺寸差異如圖3-10所示。圖3-101602帶背光與不帶背光差異圖〔2〕LCD1602主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16×2個(gè)字符芯片工作電壓:4.5—5.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最正確工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm〔3〕LCD1602引腳【9】：LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳〔無(wú)背光〕或16腳〔帶背光〕接口，各引腳接口說(shuō)明如表3-6。表3-6引腳接口說(shuō)明表編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時(shí)比照度最弱，接地時(shí)比照度最高，比照度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影〞，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整比照度。第4腳：RS為存放器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時(shí)選擇指令存放器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。〔4〕其與單片機(jī)的連接如圖2-14所示：圖3-111602與單片機(jī)接線圖3.5按鍵模塊鍵盤是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的重要工具，用戶可用計(jì)算機(jī)向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和指令，本系統(tǒng)采用獨(dú)立鍵盤接口，獨(dú)立式按鍵是指直接用I/O口線構(gòu)成單個(gè)的按鍵電路。每一個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線。獨(dú)立式按鍵接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但每個(gè)按鍵都需要占用一根I/O口線，適用于按鍵數(shù)量少的鍵盤。電路中，按鍵輸入低電平有效。按鍵未按時(shí)有上拉電阻保證此時(shí)輸入為高電平。按鍵接口電路如圖3-12所示。圖3-12按鍵接口電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1概述在硬件設(shè)計(jì)完成之后，接下來(lái)就是設(shè)計(jì)中最核心和最為主要的軟件局部設(shè)計(jì)。所謂軟件設(shè)計(jì)就是把軟件需求變換成軟件的具體設(shè)計(jì)方案〔即模塊結(jié)構(gòu)〕的過(guò)程。模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即是根據(jù)要求和硬件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，將整個(gè)系統(tǒng)的功能分成許多小的功能模塊，再根據(jù)這些小的功能模塊進(jìn)行程序編寫的過(guò)程。這樣的設(shè)計(jì)方法，使得系統(tǒng)的整個(gè)功能和各局部的功能趨于明朗化。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，就可以根據(jù)功能設(shè)置找出問(wèn)題的根源，從而更快地解決問(wèn)題。所以說(shuō)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，軟件設(shè)計(jì)必須與硬件設(shè)計(jì)緊密地結(jié)合在一起【10】。總體程序設(shè)計(jì)待測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路后加至單片機(jī)的P3.4引腳〔T0計(jì)數(shù)器外部計(jì)數(shù)輸入引腳〕通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部T0計(jì)數(shù)器對(duì)信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)。我們可從通過(guò)測(cè)量知道車輪上兩個(gè)過(guò)孔之間在圓周上的距離C。而這個(gè)距離C正好為計(jì)算速度和距離起到了根本的數(shù)據(jù)儲(chǔ)藏作用。同時(shí)可以從TL0和TH0存放器知道每秒單片機(jī)檢測(cè)到的N個(gè)脈沖。而C×N所得到的正是這一秒內(nèi)車輪在圓周上所走得距離S。〔此時(shí)假設(shè)在這個(gè)一秒內(nèi)車子是勻速前進(jìn)的〕，這樣就可以推算出自行車的線速度V。至于里程的計(jì)算，根據(jù)總共的脈沖數(shù)值T乘以車輪上兩個(gè)過(guò)孔之間在圓周上的距離C即可得到總里程。單片機(jī)計(jì)算出來(lái)的速度和里程的數(shù)據(jù),通過(guò)LCD1602顯示模塊顯示。當(dāng)自行車行駛時(shí),單片機(jī)開機(jī)經(jīng)過(guò)初始化后讀取并且顯示出來(lái),這樣以來(lái)用戶可以清楚的知道自己的車子已經(jīng)運(yùn)行了多少公里了。系統(tǒng)的軟件總流程如下列圖4-1所示；圖2-16主流程圖4.3測(cè)量算法概述速度測(cè)量是工控系統(tǒng)中最根本的需求之一，最常用的是用數(shù)字脈沖測(cè)量某根軸的轉(zhuǎn)速，再根據(jù)機(jī)械比、直徑換算成線速度。脈沖測(cè)速最典型的方法有測(cè)頻率(M法)和測(cè)周期(T法)。M法是測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的脈數(shù)換算成頻率，因存在測(cè)量時(shí)間內(nèi)首尾的半個(gè)脈沖問(wèn)題，可能會(huì)有2個(gè)脈的誤差。速度較低時(shí)，因測(cè)量時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)變少，誤差所占的比例會(huì)變大，所以M法宜測(cè)量高速。如要降低測(cè)量的速度下限，可以提高編碼器線數(shù)或加大測(cè)量的單位時(shí)間，使用一次采集的脈沖數(shù)盡可能多。T法是測(cè)量?jī)蓚€(gè)脈沖之間的時(shí)間換算成周期，從而得到頻率。因存在半個(gè)時(shí)間單位的問(wèn)題，可能會(huì)有1個(gè)時(shí)間單位的誤差。速度較高時(shí)，測(cè)得的周期較小，誤差所占的比例變大，所以T法宜測(cè)量低速。如要增加速度測(cè)量的上限，可以減小編碼器的脈沖數(shù)，或使用更小更精確的計(jì)時(shí)單位，使一次測(cè)量的時(shí)間值盡可能大。設(shè)計(jì)中綜合考慮測(cè)速精度和系統(tǒng)反響時(shí)間，本設(shè)計(jì)用測(cè)量脈沖頻率來(lái)計(jì)算歷程，因而具有較高的測(cè)距精度。在計(jì)算里程時(shí)取了自行車的理想狀態(tài)。實(shí)際中，誤差控制在幾米之內(nèi)，相對(duì)于整個(gè)里程來(lái)說(shuō)不是很大。另外，還應(yīng)盡量保證其他子模塊在編程時(shí)的通用性和高效性。4.4中斷子程序的設(shè)計(jì)定時(shí)中斷是為滿足定時(shí)或計(jì)數(shù)的需要而設(shè)置的。在單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以對(duì)其中的計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)，即說(shuō)明定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)值已滿，這時(shí)就以計(jì)數(shù)溢出信號(hào)作為中斷請(qǐng)求，去置位一個(gè)溢出標(biāo)志，作為單片機(jī)接受中斷請(qǐng)求的標(biāo)志。這種中斷請(qǐng)求是在單片機(jī)芯片內(nèi)部發(fā)生的，因此無(wú)須在芯片上設(shè)置引入端。定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制存放器TCON是8位存放器，地址為88H，。其高4位用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷控制，低4位借給外部中斷，用做中斷標(biāo)志和觸發(fā)方式選擇位。本設(shè)計(jì)采用定時(shí)中斷，對(duì)自行車的里程和速度進(jìn)行計(jì)數(shù)。中斷子程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2中斷子程序流程圖4.5人機(jī)交互設(shè)計(jì)液晶顯示是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，為了讓顯示的內(nèi)容更豐富，顯示更合理，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要顯示速度、里程、車輪周長(zhǎng)，實(shí)際顯示效果如下列圖4-3所示：圖4-3顯示實(shí)際效果第一行顯示的是速度V(rad/s),緊接著是車輪周長(zhǎng)〔CM〕，第二行是里程〔M〕。兩個(gè)按鍵用于調(diào)整車輪周長(zhǎng)，S1增加，S2減小，車輪周長(zhǎng)單位是CM。階段里程是指本次自行車所走過(guò)的路程，階段平均速度為階段里程與階段時(shí)間的比值，軟件編程的主要變量為：階段行駛里程〔m〕、階段時(shí)間、階段平均速度〔m/s〕、總里程〔km或m〕。5結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)14周的辛勤努力，學(xué)習(xí)了光電傳感器測(cè)速原理及相關(guān)器件的性能特點(diǎn)與用法等知識(shí)，查閱了關(guān)于單片機(jī)的各方面的資料，實(shí)現(xiàn)了“基于單片機(jī)的自行車測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)〞的根本要求。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有以下功能：1.設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作為測(cè)量轉(zhuǎn)速的主CPU芯片，系統(tǒng)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，本錢低，實(shí)時(shí)性好。2.測(cè)速系統(tǒng)采用半導(dǎo)體激光器光敏電阻作為光電傳感器，具有頻率響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。光電感器的輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理后，通過(guò)單片機(jī)對(duì)連續(xù)脈沖計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量，充分利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，有很高的性價(jià)比。3.采用LCD1602顯示測(cè)速值，直觀、穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)，該顯示方式可以推廣到其他工程應(yīng)用領(lǐng)域。4.測(cè)速系統(tǒng)的功能還有待進(jìn)一步擴(kuò)充，如判別轉(zhuǎn)速方向的能力，電路布局和抗干擾方面還有很大的提升空間。致謝時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢(mèng)秋云，聚散真容易。畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。當(dāng)我在電腦上敲出了最后一個(gè)字，心中涌現(xiàn)的不是想象已久的歡欣，卻是難以言喻的失落。是的，隨著論文的終結(jié)，意味著我生命中最純美的學(xué)生時(shí)代即將結(jié)束，盡管百般不舍，這一天終究會(huì)在熙熙攘攘的喧囂中決絕的來(lái)臨。在做作品的日子里得到了指導(dǎo)教師的悉心指導(dǎo)，特此向指導(dǎo)教師趙明冬致以誠(chéng)摯的感謝。也感謝其他提供相關(guān)技術(shù)幫助的老師和同學(xué)，你們支持和鼓勵(lì)給了我們完成這份作品的信心和動(dòng)力。在此深表謝意。最后，我要向在百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱、評(píng)議和參加本人論文辯論的各位師長(zhǎng)表示感謝！參考文獻(xiàn)[1]王福瑞．單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全[M]．北京航空航天大學(xué)出版社，1999:4-9[2]邵群濤，徐余法．電機(jī)及拖動(dòng)根底[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2002:250-269[3]馬西秦．自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2001:210-230[4]徐麗萍．自行車測(cè)速儀[J]．南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2023[5]余永權(quán)，汪明慧，黃英．單片機(jī)在控制系統(tǒn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