单片机的多功能计步器设计
摘 要随着社会经济的发展和生活水平的提高，人们的生活安逸，造成越来越多的肥胖，导致越来越多的疾病产生。本设计主要研究基于STC89C52与三轴加速度传感器ADXL345构成的系统，该系统主要实现的功能是步数的数据采集和根据运动量进行语音播报。硬件设计主要包括：研究STC89C52单片机核心系统的构建；研究三轴加速度传感器ADXL345模块和语音模块的应用，并完成其与STC89C52的关联设计；以及研究液晶屏、串口、按键等外围接口的详细设计。软件设计主要包括：应用Altium Designer绘制系统原理图和PCB图；应用KEIL编程软件对各个功能模块进行相应代码的编写和测试。经过软硬件正常调试，整个系统可以通过单片机实现对各个传感器的数据采集和数据处理，和对液晶屏的显示，以及对相关按键控制状态进行改变。
Keywords:Three axis acceleration sensor ；STC89C52 processor; Voice；LCD 目 录
第一章 绪 论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2课题研究的国内外发展概状 1
1.3课题研究的未来发展趋势 1
1.4课题研究的内容和工作 2
第二章 系统总体方案设计 3
2.1系统概述 3
2.2 ADXL345概述 3
2.2.1 ADXL345概念 3
2.2.2 ADXL345 特性 3
2.3系统方案选择 4
2.4系统主要功能描述 4
第三章 系统硬件电路设计 6
3.1系统硬件电路设计 6
3.1.1STC89C52最小系统的设计 6
3.1.2ADXL345模块电路设计 6
3.1.3液晶模块电路设计 7
3.1.4语音模块电路设计 7
3.1.5外部按键控制电路设计 7
3.2系统硬件PCB设计 8
3.3系统硬件制作 9
第四章 系统软件设计 10
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4.1系统开发工具简介 10
4.1.1Altium Designer简介 10
4.1.2编程软件介绍 11
4.2系统软件流程图 11
4.2.1系统软件总体流程图 11
4.2.2三轴加速度传感器流程图 12
4.2.3 LCD1602传感器流程图 2
4.2.4语音模块流程图 13
4.2.5外部按键控制流程图 14
第五章 系统调试 15
5.1系统调试过程 15
5.1.1语音模块调试过程 15
5.1.2三轴加速度传感器调试过程 16
5.1.3PCB板子调试 17
5.2系统调试问题解决 18
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
附录A 22
第一章 绪 论
1.1课题研究的背景及意义
随着中国经济的飞速发展，电子技术也在飞速发展，一方面促使嵌入式和传感器的技术在不断地发展。另一方面，技术的发展的同时也产生了很多负面的影响。人们长时间的在家，缺少了足够的运动，这也导致肥胖和其它身体隐患。所以，人们急需要一套计步器系统。当人们在进行跑步的同时，能够第一时间把运动数据报告给使用者（可语音播报，也可屏幕上直观显示），从而促使人们进行合理的运动。从运动健康这一角度看，基于单片机的多功能计步系统的市场前景都是非常广阔的，也是具有时代气息的。
1.2课题研究的国内外发展概状
国外对于运动步行健康的研究，可追朔到20世纪60年代左右的时间，是由日本的科学家提出每天步行或者跑步最少10000步的目标。这些研究的对象的数据为了有比较好的对比性，也为了数据的合理性，在研究运动数据的过程中，我们有意识的按性别、年龄、种族、职业、身体水平和运动水平等等一些区分度比较大的规则来分。这些研究中的样本来自不同的身体水平和运动水平，这就为了进行数据分析提供了多种可对比性的结果，最最重要的是能够证明这些数据的合理性。通过这些研究的数据进行分析，最后我们得出了每天一万步的健康生活是最健康的生活方式。当代的人们对于运动健康非常崇拜。现在手机上面也有这种记步的APP软件（QQ），这也将充分说明人们对于高质量健康运动生活的强烈要求。现在每天步行到10000步的，可以进行捐步，一些企业可为山区或者是贫困地区提供资金等的公益性活动。
最艰难，小米手环、iwtach等一些穿戴设备的热卖之后，充分体现了当代人对于运动健康的关注。随着中国的企业例如小米等等公司也加入了穿戴设备的研究，体现了国内外市场的巨大市场，也反映我国人名生活水平朝着健康的目标前进，也充分体现了该课题的前沿性，具有一定的时代气息。
1.3 课题研究的未来发展趋势
计步器是一种现代的健康运动电子产品，光从它的名字就可以想到它的功能就是在你散步或者跑步的时候，通过一些传感器和单片机的数据处理就能够轻轻松松帮你计算出一共走了多少步和当前一次运动了多少步？因此，我们经常会在一些场合或者一些运动场地，都会看到一些口号“10000 steps a day”。计步器这时可就帮了我们大忙了就。如果多了那么就提醒你少走几步，多多休息。如果少了那么就提醒你多走几步，多多运动。像现在的QQ软件也推出了类似于计步器的功能，说明计步器的应用前景的市场是巨大的。当前，微信、QQ等一些聊天工具都有计步的功能，并且每天到达一万步，可以进行捐步，然后得到的钱捐给山区或者一些贫困的地区。
相信在接下来的三到五年，计步器肯定有长足的发展，一定会有很强的事业前景。
1.4 课题研究的内容和工作
该毕业设计是以8位的51系列单片机STC89C52为核心的主控芯片，他具有性价比高、自带8K存储内存、操作十分简单。STC89C52具有性能优良和价格便宜的超高性价比，因此我们选用这一款芯片。数据处理主要是对数字ADXL345三轴加速度传感器所检测到数据进行采集，通过三个不同I/O口来检测三个不同的按键是否按下来进行相应的清零操作。该毕业设计是单片机数据采集系统整，它包含两个部分即为硬件外围电路搭载设计和各模块软件编写程序设计两大部分。其中硬件部分我们先用洞洞板进行硬件电路的搭载实验，然后通过AD画图软件进行PCB板子的制作，最后得到PCB板子。关于软件部分，我们采用模块化编程的思想，将所有的传感器的子程序糅合在一起，最后实现主要的功能。主要的研究步骤大致可以分为以下几个部分：
(1)找出以前上课的书籍并且去图书馆借阅一些关于课题相关的文献资料，通过对资料文献的阅读和详细深入的理解，对嵌入式系统设计、AD采样、语音芯片取址的读取语音的方式有个整体的理解。学习STC89C52最小单片机系统的原理并且画出最小系统的原理图，学会并且会使用STC89C52的编程方法和它的最小系统组成，了解它的内部寄存器和中断，会采集端口上的数据；
Keywords:Three axis acceleration sensor ；STC89C52 processor; Voice；LCD 目 录
第一章 绪 论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2课题研究的国内外发展概状 1
1.3课题研究的未来发展趋势 1
1.4课题研究的内容和工作 2
第二章 系统总体方案设计 3
2.1系统概述 3
2.2 ADXL345概述 3
2.2.1 ADXL345概念 3
2.2.2 ADXL345 特性 3
2.3系统方案选择 4
2.4系统主要功能描述 4
第三章 系统硬件电路设计 6
3.1系统硬件电路设计 6
3.1.1STC89C52最小系统的设计 6
3.1.2ADXL345模块电路设计 6
3.1.3液晶模块电路设计 7
3.1.4语音模块电路设计 7
3.1.5外部按键控制电路设计 7
3.2系统硬件PCB设计 8
3.3系统硬件制作 9
第四章 系统软件设计 10
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4.1系统开发工具简介 10
4.1.1Altium Designer简介 10
4.1.2编程软件介绍 11
4.2系统软件流程图 11
4.2.1系统软件总体流程图 11
4.2.2三轴加速度传感器流程图 12
4.2.3 LCD1602传感器流程图 2
4.2.4语音模块流程图 13
4.2.5外部按键控制流程图 14
第五章 系统调试 15
5.1系统调试过程 15
5.1.1语音模块调试过程 15
5.1.2三轴加速度传感器调试过程 16
5.1.3PCB板子调试 17
5.2系统调试问题解决 18
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
附录A 22
第一章 绪 论
1.1课题研究的背景及意义
随着中国经济的飞速发展，电子技术也在飞速发展，一方面促使嵌入式和传感器的技术在不断地发展。另一方面，技术的发展的同时也产生了很多负面的影响。人们长时间的在家，缺少了足够的运动，这也导致肥胖和其它身体隐患。所以，人们急需要一套计步器系统。当人们在进行跑步的同时，能够第一时间把运动数据报告给使用者（可语音播报，也可屏幕上直观显示），从而促使人们进行合理的运动。从运动健康这一角度看，基于单片机的多功能计步系统的市场前景都是非常广阔的，也是具有时代气息的。
1.2课题研究的国内外发展概状
国外对于运动步行健康的研究，可追朔到20世纪60年代左右的时间，是由日本的科学家提出每天步行或者跑步最少10000步的目标。这些研究的对象的数据为了有比较好的对比性，也为了数据的合理性，在研究运动数据的过程中，我们有意识的按性别、年龄、种族、职业、身体水平和运动水平等等一些区分度比较大的规则来分。这些研究中的样本来自不同的身体水平和运动水平，这就为了进行数据分析提供了多种可对比性的结果，最最重要的是能够证明这些数据的合理性。通过这些研究的数据进行分析，最后我们得出了每天一万步的健康生活是最健康的生活方式。当代的人们对于运动健康非常崇拜。现在手机上面也有这种记步的APP软件（QQ），这也将充分说明人们对于高质量健康运动生活的强烈要求。现在每天步行到10000步的，可以进行捐步，一些企业可为山区或者是贫困地区提供资金等的公益性活动。
最艰难，小米手环、iwtach等一些穿戴设备的热卖之后，充分体现了当代人对于运动健康的关注。随着中国的企业例如小米等等公司也加入了穿戴设备的研究，体现了国内外市场的巨大市场，也反映我国人名生活水平朝着健康的目标前进，也充分体现了该课题的前沿性，具有一定的时代气息。
1.3 课题研究的未来发展趋势
计步器是一种现代的健康运动电子产品，光从它的名字就可以想到它的功能就是在你散步或者跑步的时候，通过一些传感器和单片机的数据处理就能够轻轻松松帮你计算出一共走了多少步和当前一次运动了多少步？因此，我们经常会在一些场合或者一些运动场地，都会看到一些口号“10000 steps a day”。计步器这时可就帮了我们大忙了就。如果多了那么就提醒你少走几步，多多休息。如果少了那么就提醒你多走几步，多多运动。像现在的QQ软件也推出了类似于计步器的功能，说明计步器的应用前景的市场是巨大的。当前，微信、QQ等一些聊天工具都有计步的功能，并且每天到达一万步，可以进行捐步，然后得到的钱捐给山区或者一些贫困的地区。
相信在接下来的三到五年，计步器肯定有长足的发展，一定会有很强的事业前景。
1.4 课题研究的内容和工作
该毕业设计是以8位的51系列单片机STC89C52为核心的主控芯片，他具有性价比高、自带8K存储内存、操作十分简单。STC89C52具有性能优良和价格便宜的超高性价比，因此我们选用这一款芯片。数据处理主要是对数字ADXL345三轴加速度传感器所检测到数据进行采集，通过三个不同I/O口来检测三个不同的按键是否按下来进行相应的清零操作。该毕业设计是单片机数据采集系统整，它包含两个部分即为硬件外围电路搭载设计和各模块软件编写程序设计两大部分。其中硬件部分我们先用洞洞板进行硬件电路的搭载实验，然后通过AD画图软件进行PCB板子的制作，最后得到PCB板子。关于软件部分，我们采用模块化编程的思想，将所有的传感器的子程序糅合在一起，最后实现主要的功能。主要的研究步骤大致可以分为以下几个部分：
(1)找出以前上课的书籍并且去图书馆借阅一些关于课题相关的文献资料，通过对资料文献的阅读和详细深入的理解，对嵌入式系统设计、AD采样、语音芯片取址的读取语音的方式有个整体的理解。学习STC89C52最小单片机系统的原理并且画出最小系统的原理图，学会并且会使用STC89C52的编程方法和它的最小系统组成，了解它的内部寄存器和中断，会采集端口上的数据；
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