单片机的自行车码表的设计
摘 要本课题主要以基于单片机的自行车码表作为研究对象，选用的AT89C51单片机是由美国ATMEL公司生产的,可作为主控芯片，应用了霍尔传感器的磁场测量功能，设计了一款能够实现自行车前进速度准确测量的电子系统.在硬件上以AT89C51单片机和复位电路以及时钟电路组成单片机最小系统，霍尔传感器和LM393通用比较器组成的测速系统，选择LCD1602液晶屏作为显示模块，DS1302型RTC时钟模块作为实时时间获取模块，并辅之以其他电路模块，实现了本系统的硬件系统。在软件上通过Keil以及Proteus两款软件对系统的程序代码进行调试和编译，经过了多次的改进和优化，本系统表现出了很高的稳定性，具有很好的实用价值，如果投向未来的自行车码表市场，能够极大程度地降低相关产品设计成本。
目 录
一、 引言 1
（一） 自行车码表的研究背景 1
（二） 在国内外自行车码表的研究现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控芯片的选择 3
（二） 51单片机芯片概述 3
（三） 霍尔传感器测速模块介绍 5
（四） 显示器概述 6
（五） RTC时钟芯片 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 自行车码表硬件系统设计 8
（二） STC89C51单片机最小系统构建 8
（三） 霍尔传感器测速模块电路设计 9
（四） 显示器与单片机电路设计 10
（五） RTC时钟芯片电路设计 11
四、 软件系统设计 12
（一） 自行车码表的工作流程设计 12
（二） 霍尔传感器测速流程设计 13
（三） 显示器工作流程设计 14
（四） RTC时钟芯片工作流程图设计 15
五、实物制作与调试 17
（一）实物展示 17
（二）PCB设计 18
（三）元件的焊接 18
（四）LCD1602调试 18
（五）仿真图 19
总结 20
致 谢 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
自行车码表的研究背景
在微控制技术大行其道的今天，智能仪器在很多场合都得到了重要的应用，自行车里程表就是一种典型的代表。这种新型的智能仪器能够实现对自行车行驶里程。车速的自动测量，在自行车比赛或者家用自行车上都有广泛的应用。里程表的实现方法有很多，例如目前技术非常成熟和使用最广的GPS技术，通过微控制器的驱动，获得当前自行车所处位置的经纬度，从而间接的获得自行车行驶的总路程以及车速等数据，这种方法的特点是测量数据精确，能够获得多种数据（如经纬度、海拔高度以及室外温度等信息），然而美中不足的是当前GPS技术较为新颖，因此成本非常高，所以不能很好地讲这种智能仪器得到普及。在传感器技术飞速发展之后，技术人员将霍尔传感器加以应用，设计除了能够感应霍尔效应的霍尔传感器，并通过霍尔传感器开发出了霍尔传感器测速技术，这种传感器不像GPS那样需要依赖无线通信进行数据收发，因此造价非常的低廉。在霍尔传感器得到应用后，人们首先想到的就是将霍尔传感器的测速和计数功能应用到自行车的里程表控制系统中，经过技术人员的多次尝试，目前较为成熟的一种技术是在车轮的特定位置固定一块小型磁铁，并将霍尔传感器模块固定在车轮的轴上，当车轮在转动时磁铁会周期性的靠近和远离霍尔传感器的探头，当磁铁靠近探头时，由于霍尔效应，探头的信号输出管脚会输出一个压值较高的模拟电压；而当磁铁远离探头时，由于霍尔效应较弱，探头的输出电压值将降低。这样就产生了一个明显的现象：当小磁铁周期性的靠近和远离霍尔传感器探头时，霍尔传感器探头会周期性的输出忽大忽小的直流模拟电压，然而有了这种现象，处理器却不能直接对这种不规则忽大忽小的直流模拟电压进行测量，因此技术人员在霍尔传感器探头的后方配置了一个比较器，这样通过比较器的作用，忽大忽小的直流模拟电压就会被整形成一串波形规则的方波脉冲。通过微处理器（如单片机、DSP等）对方波脉冲的频率测量和脉冲数测量，就可以直接获得当前车轮的转速和行驶路程。这种依靠霍尔传感器技术而发展起来的自行车里程表控制系统，不但成本低，并且测量精度也非常的高，能够将自行车里程表的成本压得非常的低，使得它能够在未来的自行车市场上得到普遍的使用。
在国内外自行车码表的研究现状
由于节能减排理念的深入人心，几乎各行各业都在倡导节能理念，以自行车代步就是一种较为突出的表现。目前国内外对于自行车里程表的研究非常热门，同时也取得了比较明显的研究成果。前不久美国一个大学的自行车兴趣小组设计了一款多功能自行车里程表，这款仪表内部集成了一个低功耗的蓝牙模块，在骑行人员的骑行过程中，蓝牙模块会将当前车速、行驶路程等主要信息通过无线通信技术传输到骑行人员的手机上，从而方便使用者对数据的管理。在国内，研究者将高清晰度的语音芯片嵌入到自行车里程表中，实现对当前车况的语音播报，与此同时更为重要的是，研究者将地图数据下载到里程表的存储器中，里程表的导航功能实现了。
本文主要研究内容
本文主要以基于单片机的自行车码表控制系统作为研究对象，设计了一款采用AT89C51单片机作为主控芯片的码表盘，能够对自行车的行驶速度进行实时测量和显示，并且能够实现如下功能：
1、当车速超过上限速度时，发出报警；
2、上限速度能够通过按键进行设置；
3、能够显示实时时间。
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选择
方案一：控制系统的主控芯片可以选择8位单片机中的51单片机，所说得51单片机是指那些片内采用MCS—51架构作为内核的单片机，如美国ATMEL公司的AT89C52、AT89C51、AT89S52以及AT89S51，由中国宏晶公司生产的STC89C52、STC89C51、STC12系列等，它们都是采用51内核，经典51单片机只是片内资源不同。采用51单片机作为控制系统有两大好处，一是51单片机内部需要操控的寄存器较少，非常适合初学者和学生使用，容易完成系统的设计；而是51单片机采用串口进行程序的下载和调试，不需要专门的JATG式仿真器，因此成本非常低。但是使用51单片机作为主控核心也有几个缺点，一是51单片机的主频较低，内部没有集成锁相环电路，因此芯片的处理速度较低；二是51单片机内部集成的资源较少，如常用的IIC、SPI以及AD采样模块都没有集成进去，使用者需要自己在片外配置。然而综合到自身的学习情况，对于51单片机的使用能够很熟练的程度，这对于顺利完成毕业设计是有利的。
目 录
一、 引言 1
（一） 自行车码表的研究背景 1
（二） 在国内外自行车码表的研究现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控芯片的选择 3
（二） 51单片机芯片概述 3
（三） 霍尔传感器测速模块介绍 5
（四） 显示器概述 6
（五） RTC时钟芯片 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 自行车码表硬件系统设计 8
（二） STC89C51单片机最小系统构建 8
（三） 霍尔传感器测速模块电路设计 9
（四） 显示器与单片机电路设计 10
（五） RTC时钟芯片电路设计 11
四、 软件系统设计 12
（一） 自行车码表的工作流程设计 12
（二） 霍尔传感器测速流程设计 13
（三） 显示器工作流程设计 14
（四） RTC时钟芯片工作流程图设计 15
五、实物制作与调试 17
（一）实物展示 17
（二）PCB设计 18
（三）元件的焊接 18
（四）LCD1602调试 18
（五）仿真图 19
总结 20
致 谢 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
自行车码表的研究背景
在微控制技术大行其道的今天，智能仪器在很多场合都得到了重要的应用，自行车里程表就是一种典型的代表。这种新型的智能仪器能够实现对自行车行驶里程。车速的自动测量，在自行车比赛或者家用自行车上都有广泛的应用。里程表的实现方法有很多，例如目前技术非常成熟和使用最广的GPS技术，通过微控制器的驱动，获得当前自行车所处位置的经纬度，从而间接的获得自行车行驶的总路程以及车速等数据，这种方法的特点是测量数据精确，能够获得多种数据（如经纬度、海拔高度以及室外温度等信息），然而美中不足的是当前GPS技术较为新颖，因此成本非常高，所以不能很好地讲这种智能仪器得到普及。在传感器技术飞速发展之后，技术人员将霍尔传感器加以应用，设计除了能够感应霍尔效应的霍尔传感器，并通过霍尔传感器开发出了霍尔传感器测速技术，这种传感器不像GPS那样需要依赖无线通信进行数据收发，因此造价非常的低廉。在霍尔传感器得到应用后，人们首先想到的就是将霍尔传感器的测速和计数功能应用到自行车的里程表控制系统中，经过技术人员的多次尝试，目前较为成熟的一种技术是在车轮的特定位置固定一块小型磁铁，并将霍尔传感器模块固定在车轮的轴上，当车轮在转动时磁铁会周期性的靠近和远离霍尔传感器的探头，当磁铁靠近探头时，由于霍尔效应，探头的信号输出管脚会输出一个压值较高的模拟电压；而当磁铁远离探头时，由于霍尔效应较弱，探头的输出电压值将降低。这样就产生了一个明显的现象：当小磁铁周期性的靠近和远离霍尔传感器探头时，霍尔传感器探头会周期性的输出忽大忽小的直流模拟电压，然而有了这种现象，处理器却不能直接对这种不规则忽大忽小的直流模拟电压进行测量，因此技术人员在霍尔传感器探头的后方配置了一个比较器，这样通过比较器的作用，忽大忽小的直流模拟电压就会被整形成一串波形规则的方波脉冲。通过微处理器（如单片机、DSP等）对方波脉冲的频率测量和脉冲数测量，就可以直接获得当前车轮的转速和行驶路程。这种依靠霍尔传感器技术而发展起来的自行车里程表控制系统，不但成本低，并且测量精度也非常的高，能够将自行车里程表的成本压得非常的低，使得它能够在未来的自行车市场上得到普遍的使用。
在国内外自行车码表的研究现状
由于节能减排理念的深入人心，几乎各行各业都在倡导节能理念，以自行车代步就是一种较为突出的表现。目前国内外对于自行车里程表的研究非常热门，同时也取得了比较明显的研究成果。前不久美国一个大学的自行车兴趣小组设计了一款多功能自行车里程表，这款仪表内部集成了一个低功耗的蓝牙模块，在骑行人员的骑行过程中，蓝牙模块会将当前车速、行驶路程等主要信息通过无线通信技术传输到骑行人员的手机上，从而方便使用者对数据的管理。在国内，研究者将高清晰度的语音芯片嵌入到自行车里程表中，实现对当前车况的语音播报，与此同时更为重要的是，研究者将地图数据下载到里程表的存储器中，里程表的导航功能实现了。
本文主要研究内容
本文主要以基于单片机的自行车码表控制系统作为研究对象，设计了一款采用AT89C51单片机作为主控芯片的码表盘，能够对自行车的行驶速度进行实时测量和显示，并且能够实现如下功能：
1、当车速超过上限速度时，发出报警；
2、上限速度能够通过按键进行设置；
3、能够显示实时时间。
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选择
方案一：控制系统的主控芯片可以选择8位单片机中的51单片机，所说得51单片机是指那些片内采用MCS—51架构作为内核的单片机，如美国ATMEL公司的AT89C52、AT89C51、AT89S52以及AT89S51，由中国宏晶公司生产的STC89C52、STC89C51、STC12系列等，它们都是采用51内核，经典51单片机只是片内资源不同。采用51单片机作为控制系统有两大好处，一是51单片机内部需要操控的寄存器较少，非常适合初学者和学生使用，容易完成系统的设计；而是51单片机采用串口进行程序的下载和调试，不需要专门的JATG式仿真器，因此成本非常低。但是使用51单片机作为主控核心也有几个缺点，一是51单片机的主频较低，内部没有集成锁相环电路，因此芯片的处理速度较低；二是51单片机内部集成的资源较少，如常用的IIC、SPI以及AD采样模块都没有集成进去，使用者需要自己在片外配置。然而综合到自身的学习情况，对于51单片机的使用能够很熟练的程度，这对于顺利完成毕业设计是有利的。
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