stc15单片机的计步器设计
摘 要本文选择了“基于STC15单片机的计步器控制系统设计”作为研究课题，设计了一款以51单片机作为主要控制芯片的智能控制系统，实现了步数精确检测和计量、时间显示等功能，实现了预期设立的性能指标，使得计步器的性价比突破了目前市面上相关产品所存在的普遍弊端，降低了现有产品的功耗参数，大大提升了现有产品的性价比，实现了计步器控制系统的改进和优化，使得本次毕业设计非常有意义。笔者所设计的这款自动控制系统经历了硬件系统和软件系统的设计和优化，在硬件上以最少的元器件和最低的成本构建了一个完整的硬件系统；在软件上以最流畅的代码运行方式实现了对硬件的控制，如果将这款计步器控制系统进行大量生产并将之投向市场，能够大大降低这种产品的成本。
目录
一、 引言 1
（一） 智能计步器的发展背景 1
（二） 智能计步器的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控芯片的选取 3
（二） IAP15F2K61S2单片机 4
（三） ADXL345三维加速度传感器介绍 5
（四） LCD1602型显示器概述 5
（五） DS1302实时时钟芯片 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 计步器系统的系统结构框图设计 8
（二） 最小系统设计 8
（三） ADXL345三维加速度传感器电路设计 9
（四） 显示器外围电路设计 10
（五） DS1302实时时钟芯片电路的设计 10
四、 软件系统设计 12
（一） 计步器系统的软件工作流程设计 12
（二） ADXL345工作流程图上设计 13
（三） 显示器工作流程设计 14
1. 判忙函数?? 14
2. 写数据流程?? 14
3. 写指令流程?? 15
（四） DS1302实时时钟芯片的驱动流程设计 15
五、 Proteus软件仿真 17
（一） Proteus软件仿真 17
总 结 20
参
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
考文献 21
致 谢 22
附录一 原理图 23
附录二 元件列表 24
附录三 程序 25
引言
智能计步器的发展背景
随着科学技术的不断发展以及人们对生活品质的不断追求，计步器在人们的生活中以及随处可见了，这种电子器件通常能够辅助人们对走动的步数进行检测和统计，不仅如此它通常还能够实现一些障碍物警告、步速提示以及训练计划等复杂功能。各类人群都对自身的健康状况紧密关注，每天的运动量称为人们密切关注的一个常见指标，而每天所走动的步数最能反映运动量，尤其是一些上班族，很少有时间去健身房进行专业训练，因此大多数智能手机都实现了计步器功能。本文课题的提出就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和三维角速度传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能计步器控制系统。所谓“计步器控制系统”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合三维加速度传感器、显示器、时间处理模块、音频模块以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现计步器系统的自动控制特性。计步器控制系统的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物，其中主要的核心部件——三维加速度传感器不仅依靠经过反复推敲的理论基础，并且需要结合到实际应用中，将理论基础映射到实际的电子线路中，将三个维度的加速度检测通过硬件电路来实现，并通过数字信号输出的形式来实现加速度值的检测输出。在三维角速度传感器出现之前，步数的计量几乎无法实现，人们的很多对于步数计量的想法只能够停留在理论阶段。由于三维角速度传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的计步器系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的计步器控制系统，可以看出要设计出一款性能卓越的计步器控制系统并不是一件简单的事情，本文将以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能型计步器控制系统。
智能计步器的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的计步器系统进行研究，由于基本的计步功能已经实现了普及化，现在几乎任何一台手机上都能够实现计步的功能，然而要实现更高精度、更高灵敏度的检测性能，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。前不久国外研发出了一个体积能够小到一个绿豆里大小的计步处理模块，这款高度集成的功能模块不仅内部嵌入了控制器模块，电源管理、传感器也被集成了进去，采用高速的SPI接口进行数据读写，因此能够满足高速的计步要求，尤其是在快速跑动过程中更加适用；而国内的研究小组主要将研究重心放在了大幅度降低其功耗上，这样将其嵌入到智能手机中，将能够很大程度的节约手机电量开销。
本文主要研究内容
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的计步器控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，文章的第一章主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对计步器控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；文章第二章快速确定了计步器控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三章是计步器控制系统的硬件设计章节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四章是软件设计章节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析；论文的第五章将对本文所设计的系统进行系统仿真，以此来验证系统的可行性和实用性。当供电后，系统能够自动检测人体走动时产生的步数值，并实现以下指标：
1、计步范围为1~99999；
2、具有RTC实时时间显示功能；
3、具有设置按键，能够对时间进行灵活设置以及步数清零。
方案选择及元器件介绍
系统主控芯片的选取
为了实现本文所有的设计指标，必须得对控制系统的主控器芯片进行一个全方位的考核，这不仅仅涉及到它的性能和功能等方面，还要对它外形封装以及管脚数量等情况进行仔细对比。通过对目前微处理器市场上多款常用的器件查阅和学习，最终从中选择出了430单片机以及51单片机两种器件进行全面对比，从而选择出其中一个来进行控制系统的设计。
所谓430单片机指的是TI公司在二十世纪初推出的一种以低功耗为主要特点的控制器芯片，在当时它的低功耗性能达到了单片机市场上的最高水平，该公司的测试人员通过一个新鲜柠檬产生的酸性电压来对430单片机进行供电，使其进入了正常的工作状态，并且柠檬的酸性汁液发出的电量足以使其维持工作达到一小时以上。该低功耗特性使得MSP430单片机迅速赢得了许许多多手持设备设计者的青睐，由于手持设备多是通过电池供电，并且许多外形轻巧的手持设备或者玩具都是通过干电池供电，而干电池的电压最多达到3V左右，许多以5V电压供电的单片机就不适用于这种设备中，而以3.3V供电的430单片机则能轻松工作，这就是430单片机的优势，经过了十几年的发展和优化，430单片机已经形成了多个种类以适用于不同用户，其中F2系列以集成功能模块多、价格低廉赢得了最多的使用者，尤其是学生用户，不但有利于他们学习低功耗的概念，更能使得他们通过配置F2为数不多的寄存器来更快地熟悉430单片机，因此本文若采用F2系列430单片机，那么不但能够使得系统具有低功耗的特点，更能够通过430单片机丰富的配置来使得最终系统取得非常小的外形体积。
目录
一、 引言 1
（一） 智能计步器的发展背景 1
（二） 智能计步器的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控芯片的选取 3
（二） IAP15F2K61S2单片机 4
（三） ADXL345三维加速度传感器介绍 5
（四） LCD1602型显示器概述 5
（五） DS1302实时时钟芯片 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 计步器系统的系统结构框图设计 8
（二） 最小系统设计 8
（三） ADXL345三维加速度传感器电路设计 9
（四） 显示器外围电路设计 10
（五） DS1302实时时钟芯片电路的设计 10
四、 软件系统设计 12
（一） 计步器系统的软件工作流程设计 12
（二） ADXL345工作流程图上设计 13
（三） 显示器工作流程设计 14
1. 判忙函数?? 14
2. 写数据流程?? 14
3. 写指令流程?? 15
（四） DS1302实时时钟芯片的驱动流程设计 15
五、 Proteus软件仿真 17
（一） Proteus软件仿真 17
总 结 20
参
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
考文献 21
致 谢 22
附录一 原理图 23
附录二 元件列表 24
附录三 程序 25
引言
智能计步器的发展背景
随着科学技术的不断发展以及人们对生活品质的不断追求，计步器在人们的生活中以及随处可见了，这种电子器件通常能够辅助人们对走动的步数进行检测和统计，不仅如此它通常还能够实现一些障碍物警告、步速提示以及训练计划等复杂功能。各类人群都对自身的健康状况紧密关注，每天的运动量称为人们密切关注的一个常见指标，而每天所走动的步数最能反映运动量，尤其是一些上班族，很少有时间去健身房进行专业训练，因此大多数智能手机都实现了计步器功能。本文课题的提出就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和三维角速度传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能计步器控制系统。所谓“计步器控制系统”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合三维加速度传感器、显示器、时间处理模块、音频模块以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现计步器系统的自动控制特性。计步器控制系统的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物，其中主要的核心部件——三维加速度传感器不仅依靠经过反复推敲的理论基础，并且需要结合到实际应用中，将理论基础映射到实际的电子线路中，将三个维度的加速度检测通过硬件电路来实现，并通过数字信号输出的形式来实现加速度值的检测输出。在三维角速度传感器出现之前，步数的计量几乎无法实现，人们的很多对于步数计量的想法只能够停留在理论阶段。由于三维角速度传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的计步器系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的计步器控制系统，可以看出要设计出一款性能卓越的计步器控制系统并不是一件简单的事情，本文将以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能型计步器控制系统。
智能计步器的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的计步器系统进行研究，由于基本的计步功能已经实现了普及化，现在几乎任何一台手机上都能够实现计步的功能，然而要实现更高精度、更高灵敏度的检测性能，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。前不久国外研发出了一个体积能够小到一个绿豆里大小的计步处理模块，这款高度集成的功能模块不仅内部嵌入了控制器模块，电源管理、传感器也被集成了进去，采用高速的SPI接口进行数据读写，因此能够满足高速的计步要求，尤其是在快速跑动过程中更加适用；而国内的研究小组主要将研究重心放在了大幅度降低其功耗上，这样将其嵌入到智能手机中，将能够很大程度的节约手机电量开销。
本文主要研究内容
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的计步器控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，文章的第一章主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对计步器控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；文章第二章快速确定了计步器控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三章是计步器控制系统的硬件设计章节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四章是软件设计章节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析；论文的第五章将对本文所设计的系统进行系统仿真，以此来验证系统的可行性和实用性。当供电后，系统能够自动检测人体走动时产生的步数值，并实现以下指标：
1、计步范围为1~99999；
2、具有RTC实时时间显示功能；
3、具有设置按键，能够对时间进行灵活设置以及步数清零。
方案选择及元器件介绍
系统主控芯片的选取
为了实现本文所有的设计指标，必须得对控制系统的主控器芯片进行一个全方位的考核，这不仅仅涉及到它的性能和功能等方面，还要对它外形封装以及管脚数量等情况进行仔细对比。通过对目前微处理器市场上多款常用的器件查阅和学习，最终从中选择出了430单片机以及51单片机两种器件进行全面对比，从而选择出其中一个来进行控制系统的设计。
所谓430单片机指的是TI公司在二十世纪初推出的一种以低功耗为主要特点的控制器芯片，在当时它的低功耗性能达到了单片机市场上的最高水平，该公司的测试人员通过一个新鲜柠檬产生的酸性电压来对430单片机进行供电，使其进入了正常的工作状态，并且柠檬的酸性汁液发出的电量足以使其维持工作达到一小时以上。该低功耗特性使得MSP430单片机迅速赢得了许许多多手持设备设计者的青睐，由于手持设备多是通过电池供电，并且许多外形轻巧的手持设备或者玩具都是通过干电池供电，而干电池的电压最多达到3V左右，许多以5V电压供电的单片机就不适用于这种设备中，而以3.3V供电的430单片机则能轻松工作，这就是430单片机的优势，经过了十几年的发展和优化，430单片机已经形成了多个种类以适用于不同用户，其中F2系列以集成功能模块多、价格低廉赢得了最多的使用者，尤其是学生用户，不但有利于他们学习低功耗的概念，更能使得他们通过配置F2为数不多的寄存器来更快地熟悉430单片机，因此本文若采用F2系列430单片机，那么不但能够使得系统具有低功耗的特点，更能够通过430单片机丰富的配置来使得最终系统取得非常小的外形体积。
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