stc89c51的高精度计步器控制系统设计
摘 要本文主要设计了一款具有高精度性能的计步器控制系统，可以实现对步数的精确检测和计量、时间显示等功能，在主控方案上使用了宏晶公司的STC89C51单片机作为核心控制，并通过复位电路和时钟电路的配置构成了最小系统电路，实现了对液晶屏显示电路、ADXL345三维加速度传感电路和DS1302时钟芯片电路等电路的驱动，在软件设计方式上采用的是C语言作为开发语言。在对系统设计成果进行验证的环节，通过大量的测试数据与标准仪器检测的信号进行对比的方法，对比结果一致，表示本多功能计步器控制系统的全部指标功能都已达标。
目录
一、 引言 1
（一） 多功能计步器的发展背景 1
（二） 计步器的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 步数检测的方案简述 3
（二） 多功能计步器的方案设计 3
（三） STC89C51单片机简介 3
（四） ADXL345三维加速度传感器简介 4
三、 系统硬件设计 5
（一） 最小系统电路设计 5
1. 复位电路构建 5
2. 时钟电路配置 5
（二） 行走加速度检测电路设计 5
（三） 计步器液晶显示电路设计 6
（四） 实时时钟电路设计 7
（五） 按键电路设计 8
四、 系统软件设计 9
（一） 多功能计步器的主程序流程设计 9
（二） 行走加速度检测流程设计 10
（三） 液晶显示流程设计 11
（四） 实时时钟流程设计 12
五、 实物安装与制作 13
总结 16
参考文献 17
致 谢 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB 20
附录三 元器件列表 21
附录四 程序 22
引言
多功能计步器的发展背景
本课题主要以高精度计步器控制系统作为研究目标，使用STC89C51单片机作为主控实现一款高性能的计步器一起，目前 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
对计步器控制系统的研究开发呈现出一种炙手可热的现状，因为32位处理器的性能愈来愈完善另外单片成本也在持续下降，因此越来越多的计步器系统开发设计人员正不断把研究重点迁移到了对具备32位数据处理内核的计步器控制系统的研究。计步器控制系统是一种通过模拟电路方案或程序算法进行操控的一类电子产品，要是遵循里面电路形式或者控制算法划分，那么可把现如今市场上的计步器控制系统划分为三个类型——纯模拟电路类、集成数字芯片类和微处理器类，这三个类型各有各的优点和缺点，这也是直到现在三类产品可以共存的理由。
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图1 计步器
目前大多数智能手机中都能够实现计步功能，这主要得益于设计者在手机硬件电路中植入了三维加速度传感器或者陀螺仪等高性能传感器，实现对手机姿态的检测，从而实现计步的测量。目前市面上的计步器主要分为两类，一种是采用全数字式的系统，另一种是通过较为传统的模拟电路构建的，在全数字计步器系统中集成芯片的大比例应用使这类计步器系统的优秀性能非常显著，因为选用的是由下而上的模块化设计，因此每一个模块之间干扰减少，与此同时万一芯片出现损坏，能够直接把相同型号的芯片进行替换。它的不足和待优化项是没有使用人员编写的程序语言进行参与，程控化参数为零，一般多个芯片组合在一起所完成的功能只是一句简易的编程代码的指标，所以距离嵌入式计步器系统还具有非常大的差距。
计步器的国内外发展现状
对现如今市场上现存的计步器系统来说，它们所呈现出的共同不足是高功耗、外观设计感不佳而且技术支持力度低等，其中高功耗较为突出，这是由于初期的处理器还不具备低功耗性能，CMOS技术还没有在计步器系统中得到普及，这是它的电压电流消耗大的一个主要原因。通过对互联网和图书馆中计步器控制系统的设计开发文献等一些相关参考资料进行翻阅和归纳总结后，可以看出目前市场上的绝大多数计步器控制系统产品在一种略过时的现状，这些计步器系统都是以一些成本低廉与此同时功效非常简单的16位数字处理器作为主控。国内外正在以一种炙手可热的研究状态对计步器控制系统进行设计，由于较早期的计步器系统已经不能满足当前人们对于其多功能和高性价比的指标要求，因此对新型系统的期望正在不断上升，这也是国际上的专家学者目前主要的研究目标。
本文主要研究内容
1、学习STC89C51单片机的使用方法，掌握通过C语言对其内部各种功能的寄存器进行配置，通过查阅这款宏晶公司研发的微处理器芯片资料，将其与AT89C51单片机进行对比，找出这两款单片机之间的差别，并且能够通过资料的广泛查阅，实现这款单片机芯片的时钟电路以及复位电路的设计，通过这两个电路的设计，将其与STC89C51单片机进行连接，构建出单片机主控电路。
2、学习掌握IIC协议的内容，熟悉这种数字接口在数字电路中的应用场合，并且能够充分掌握IIC接口的总线挂起、启动、停止等指令的构建方式，与此同时还能够通过C语言结合STC89C51单片机的普通GPIO管脚模拟出软件方式的IIC接口，实现对ADXL345三维加速度传感器的驱动。
3、学习掌握通过PL2303型USB转串口往STC89C51单片机下载程序的方法，了解USB转串口的原理以及电平之间的转换过程，与此同时还要对冷启动方式进行了解。
4、构建ADXL345三维加速度传感器的驱动，能够通过STC89C51单片机的IIC接口对其进行启动、三个维度的加速度分量采集等。
5、构建RTC时钟电路，能够通过单片机与DS1302时钟芯片之间的三线式串口之间的连接，实现实时时间的读取、初始化和写入等。
6、构建用于驱动LCD1602液晶屏的并行接口，能够通过单片机的P0口向LCD1602液晶屏送入待显示数据的ASCII码，实现步数、时间等信息的显示。
7、能够通过对三个维度加速度分量的采集，构建三个维度的加速度分量数组，检测数组中是否含有加速度峰值的出现，如果有峰值出现，则判定人体走动了一步。
目录
一、 引言 1
（一） 多功能计步器的发展背景 1
（二） 计步器的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 步数检测的方案简述 3
（二） 多功能计步器的方案设计 3
（三） STC89C51单片机简介 3
（四） ADXL345三维加速度传感器简介 4
三、 系统硬件设计 5
（一） 最小系统电路设计 5
1. 复位电路构建 5
2. 时钟电路配置 5
（二） 行走加速度检测电路设计 5
（三） 计步器液晶显示电路设计 6
（四） 实时时钟电路设计 7
（五） 按键电路设计 8
四、 系统软件设计 9
（一） 多功能计步器的主程序流程设计 9
（二） 行走加速度检测流程设计 10
（三） 液晶显示流程设计 11
（四） 实时时钟流程设计 12
五、 实物安装与制作 13
总结 16
参考文献 17
致 谢 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB 20
附录三 元器件列表 21
附录四 程序 22
引言
多功能计步器的发展背景
本课题主要以高精度计步器控制系统作为研究目标，使用STC89C51单片机作为主控实现一款高性能的计步器一起，目前 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
对计步器控制系统的研究开发呈现出一种炙手可热的现状，因为32位处理器的性能愈来愈完善另外单片成本也在持续下降，因此越来越多的计步器系统开发设计人员正不断把研究重点迁移到了对具备32位数据处理内核的计步器控制系统的研究。计步器控制系统是一种通过模拟电路方案或程序算法进行操控的一类电子产品，要是遵循里面电路形式或者控制算法划分，那么可把现如今市场上的计步器控制系统划分为三个类型——纯模拟电路类、集成数字芯片类和微处理器类，这三个类型各有各的优点和缺点，这也是直到现在三类产品可以共存的理由。
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图1 计步器
目前大多数智能手机中都能够实现计步功能，这主要得益于设计者在手机硬件电路中植入了三维加速度传感器或者陀螺仪等高性能传感器，实现对手机姿态的检测，从而实现计步的测量。目前市面上的计步器主要分为两类，一种是采用全数字式的系统，另一种是通过较为传统的模拟电路构建的，在全数字计步器系统中集成芯片的大比例应用使这类计步器系统的优秀性能非常显著，因为选用的是由下而上的模块化设计，因此每一个模块之间干扰减少，与此同时万一芯片出现损坏，能够直接把相同型号的芯片进行替换。它的不足和待优化项是没有使用人员编写的程序语言进行参与，程控化参数为零，一般多个芯片组合在一起所完成的功能只是一句简易的编程代码的指标，所以距离嵌入式计步器系统还具有非常大的差距。
计步器的国内外发展现状
对现如今市场上现存的计步器系统来说，它们所呈现出的共同不足是高功耗、外观设计感不佳而且技术支持力度低等，其中高功耗较为突出，这是由于初期的处理器还不具备低功耗性能，CMOS技术还没有在计步器系统中得到普及，这是它的电压电流消耗大的一个主要原因。通过对互联网和图书馆中计步器控制系统的设计开发文献等一些相关参考资料进行翻阅和归纳总结后，可以看出目前市场上的绝大多数计步器控制系统产品在一种略过时的现状，这些计步器系统都是以一些成本低廉与此同时功效非常简单的16位数字处理器作为主控。国内外正在以一种炙手可热的研究状态对计步器控制系统进行设计，由于较早期的计步器系统已经不能满足当前人们对于其多功能和高性价比的指标要求，因此对新型系统的期望正在不断上升，这也是国际上的专家学者目前主要的研究目标。
本文主要研究内容
1、学习STC89C51单片机的使用方法，掌握通过C语言对其内部各种功能的寄存器进行配置，通过查阅这款宏晶公司研发的微处理器芯片资料，将其与AT89C51单片机进行对比，找出这两款单片机之间的差别，并且能够通过资料的广泛查阅，实现这款单片机芯片的时钟电路以及复位电路的设计，通过这两个电路的设计，将其与STC89C51单片机进行连接，构建出单片机主控电路。
2、学习掌握IIC协议的内容，熟悉这种数字接口在数字电路中的应用场合，并且能够充分掌握IIC接口的总线挂起、启动、停止等指令的构建方式，与此同时还能够通过C语言结合STC89C51单片机的普通GPIO管脚模拟出软件方式的IIC接口，实现对ADXL345三维加速度传感器的驱动。
3、学习掌握通过PL2303型USB转串口往STC89C51单片机下载程序的方法，了解USB转串口的原理以及电平之间的转换过程，与此同时还要对冷启动方式进行了解。
4、构建ADXL345三维加速度传感器的驱动，能够通过STC89C51单片机的IIC接口对其进行启动、三个维度的加速度分量采集等。
5、构建RTC时钟电路，能够通过单片机与DS1302时钟芯片之间的三线式串口之间的连接，实现实时时间的读取、初始化和写入等。
6、构建用于驱动LCD1602液晶屏的并行接口，能够通过单片机的P0口向LCD1602液晶屏送入待显示数据的ASCII码，实现步数、时间等信息的显示。
7、能够通过对三个维度加速度分量的采集，构建三个维度的加速度分量数组，检测数组中是否含有加速度峰值的出现，如果有峰值出现，则判定人体走动了一步。
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