单片机控制的自行车速度里程计的设计
单片机控制的自行车速度里程计的设计[20200128193942]
摘 要
随着人们生活水平的不断提高，自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具，而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。因为它无污染，价格低廉，老少皆宜。因此爱好自行车运动的人十分需要一种装置来知道自己的运动情况。自行车的速度里程表能够满足人们最基本的需求，能够让人们能清楚地知道当前的速度、里程等。
本论文主要阐述一种基于单片机的自行车的速度里程表的设计。以AT89C51 单片机为核心，A44E霍尔传感器测转数，实现对自行车里程/速度的测量计算，采用AT24C02 实现在系统掉电的时候保存里程信息，并且能将自行车的里程数及速度用LED实时显示。
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关键字:单片机,AT24C02,LED显示,霍尔元件
引言 1
一、课题的主要任务及实现 1
二、自行车的速度里程表硬件方案设计 2
（一） 单片机简介 2
（二） 里程表各部分电路介绍 3
1．霍尔传感器电路 3
2．里程指示电路 4
3．里程数据储存电路 4
4．时钟电路 5
5．LED显示模块电路 5
三、自行车的速度里程表软件方案设计 6
（一） 自行车的速度里程表总体程序设计 7
（二） 中断子程序的设计 9
（三） 数据处理子程序的设计 10
1. 里程计算子程序 10
2. 显示子程序的设计 10
结论与展望 10
致 谢 12
参 考 文 献 13
附录1 14
附录2 15
附录3 16
引言
从保护环境和经济条件许可等因素综合来看，自行车目前乃至今后都有着广阔的发展空间。目前市面上自行车的速度表和里程表都是机械的，看起来不够直观方便。如果能用LED直接显示出来里程数或速度值，就可节省用户的时间及精力处理自行车行进过程中的突发事件。本文介绍的速度与里程表设计以单片机和光电传感 器为核心，传感器 将不同车速转变成不同频率的脉冲信号输入到单片机进行控制 与计算，再采用LED模块进行显示，使得自行车的速度与里程数据能直观的显示给使用者。
一、课题的主要任务及实现s2,
首先要对此系统进行原理分析，对整个电路过程画出原理框图设计，然后分析选择各模块的核心元件，完成用单片机，感应装置，驱动装置的硬件电路设计；硬件的检测和运行，画出软件流程图，编写程序，完成软件设计，最后完成整体电路的PCB设计。
设计目标：该设计能实时的将所测的速度与累计里程数显示出来，主要是将传感器输入到单片机的脉冲信号的频率实时地测量出来，考虑到信号的衰减、干扰等影响，在信号送入单片机前应对其进行放大整形，然后通过单片机计算出速度和里程，再将所得的数据存储到串口数据存储器，并由LED显示模块交替显示所测速度与里程。本设计的里程数的算法是一种大概的算法（假设在一定时间内自行车是匀速行进，平均速度与时间的乘积即为里程数）。
本设计的任务：本系统由信号预处理电路、单片机AT89C51、系统化LED显示模块、掉电存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机相连的信号；通过单片机的设置可使内部定时器T1对脉冲输入引脚T0进行控制，这样能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中速度显示采用LED模块，通过速度换算得来的里程数采用I2C总线并通过AT24C02来存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图1所示。
图1 系统的原理框图
二、自行车的速度里程表硬件方案设计
（一）单片机简介
单片机是单片微型计算机(Singlc-Chip Microcomputer)的简称。单片机是将中央处理器(CPU)，程序存贮器(ROM或EPROM)，随机存贮器(RAM)，定时器/计数器，并行及串行I/O口等电路集成在一块芯片上做成的计算机。单片机的典型结构如图2所示。
图2单片机的典型结构
AT89C52提供以下标准功能：8K字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。引脚如图3所示。
图3单片机引脚
AT89C52共有6个中断向量：两个外部中断（INT0和INT1），3个定时器中断（定时器0，1，2）和串行口中断。所有这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE的置位或清0来控制每一个中断的允许或禁止。IE也有一个总禁止位EA，它能控制所有中断的允许或禁止。
AT89C52编程方法：
在地址线上加上要编程单元的地址信号；在数据线上加上要写入的数据字节；激活相应的控制信号；在高电压编程方式时，将 /Vpp端加上+12V编程电压；每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加入一个ALE/ 编程脉冲。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1.5ms。重复上述步骤，改变编程单元的地址和写入的数据，直到全部文件编程结束。
AT89C52的极限参数：工作温度为-55℃ to +125℃；储藏温度为-65℃ to +150℃；任一引脚对地电压为-1.0V to +7.0V；最高工作电压为6.6V；直流输出电流为15.0mA。
（二）里程表各部分电路介绍
1． 霍尔传感器电路
霍尔传感器电路图如下图4所示。
图4霍尔传感器电路
2．里程指示电路
霍尔传感器发出一个低电平脉冲，里程显示时四个数码管点亮后开始计数，表明电动自行车正在行驶中，一盏指示灯一直闪烁着。电路如图5所示。
图5里程指示电路
3．里程数据储存电路
里程数据的存储电路是本次设计的关键电路，单片机首先向AT24C01发送写信号，当确认后从单片机内部的数据储存单元提取数据然后向AT24C01的内部地址传送数据。
当显示里程时，单片机首先向AT24C01发送读信号，然后确认后，单片机从AT24C02内部的地址向单片机的读出单元字节读出数据，供显示所用。因此，最终可保证掉电时数据不丢失，里程数据存储电路如图6。
图6 里程数据存储电路
4． 时钟电路
电容器C1和C2对振荡频率有微调作用，通常的范围：30±10PF；石英晶体选择6MHZ或12MHZ都可以。其结果只是机器周期时间不同，影响计数器的计数初值。
5．LED显示模块电路
LED显示器采用动态显示，用74LS07驱动共阴极LED数码管。LED显示模块电路如图7所示。
摘 要
随着人们生活水平的不断提高，自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具，而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。因为它无污染，价格低廉，老少皆宜。因此爱好自行车运动的人十分需要一种装置来知道自己的运动情况。自行车的速度里程表能够满足人们最基本的需求，能够让人们能清楚地知道当前的速度、里程等。
本论文主要阐述一种基于单片机的自行车的速度里程表的设计。以AT89C51 单片机为核心，A44E霍尔传感器测转数，实现对自行车里程/速度的测量计算，采用AT24C02 实现在系统掉电的时候保存里程信息，并且能将自行车的里程数及速度用LED实时显示。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机,AT24C02,LED显示,霍尔元件
引言 1
一、课题的主要任务及实现 1
二、自行车的速度里程表硬件方案设计 2
（一） 单片机简介 2
（二） 里程表各部分电路介绍 3
1．霍尔传感器电路 3
2．里程指示电路 4
3．里程数据储存电路 4
4．时钟电路 5
5．LED显示模块电路 5
三、自行车的速度里程表软件方案设计 6
（一） 自行车的速度里程表总体程序设计 7
（二） 中断子程序的设计 9
（三） 数据处理子程序的设计 10
1. 里程计算子程序 10
2. 显示子程序的设计 10
结论与展望 10
致 谢 12
参 考 文 献 13
附录1 14
附录2 15
附录3 16
引言
从保护环境和经济条件许可等因素综合来看，自行车目前乃至今后都有着广阔的发展空间。目前市面上自行车的速度表和里程表都是机械的，看起来不够直观方便。如果能用LED直接显示出来里程数或速度值，就可节省用户的时间及精力处理自行车行进过程中的突发事件。本文介绍的速度与里程表设计以单片机
一、课题的主要任务及实现s2,
首先要对此系统进行原理分析，对整个电路过程画出原理框图设计，然后分析选择各模块的核心元件，完成用单片机，感应装置，驱动装置的硬件电路设计；硬件的检测和运行，画出软件流程图，编写程序，完成软件设计，最后完成整体电路的PCB设计。
设计目标：该设计能实时的将所测的速度与累计里程数显示出来，主要是将传感器输入到单片机的脉冲信号的频率实时地测量出来，考虑到信号的衰减、干扰等影响，在信号送入单片机前应对其进行放大整形，然后通过单片机计算出速度和里程，再将所得的数据存储到串口数据存储器，并由LED显示模块交替显示所测速度与里程。本设计的里程数的算法是一种大概的算法（假设在一定时间内自行车是匀速行进，平均速度与时间的乘积即为里程数）。
本设计的任务：本系统由信号预处理电路、单片机AT89C51、系统化LED显示模块、掉电存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机相连的信号；通过单片机的设置可使内部定时器T1对脉冲输入引脚T0进行控制，这样能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中速度显示采用LED模块，通过速度换算得来的里程数采用I2C总线并通过AT24C02来存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图1所示。
图1 系统的原理框图
二、自行车的速度里程表硬件方案设计
（一）单片机简介
单片机是单片微型计算机(Singlc-Chip Microcomputer)的简称。单片机是将中央处理器(CPU)，程序存贮器(ROM或EPROM)，随机存贮器(RAM)，定时器/计数器，并行及串行I/O口等电路集成在一块芯片上做成的计算机。单片机的典型结构如图2所示。
图2单片机的典型结构
AT89C52提供以下标准功能：8K字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。引脚如图3所示。
图3单片机引脚
AT89C52共有6个中断向量：两个外部中断（INT0和INT1），3个定时器中断（定时器0，1，2）和串行口中断。所有这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE的置位或清0来控制每一个中断的允许或禁止。IE也有一个总禁止位EA，它能控制所有中断的允许或禁止。
AT89C52编程方法：
在地址线上加上要编程单元的地址信号；在数据线上加上要写入的数据字节；激活相应的控制信号；在高电压编程方式时，将 /Vpp端加上+12V编程电压；每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加入一个ALE/ 编程脉冲。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1.5ms。重复上述步骤，改变编程单元的地址和写入的数据，直到全部文件编程结束。
AT89C52的极限参数：工作温度为-55℃ to +125℃；储藏温度为-65℃ to +150℃；任一引脚对地电压为-1.0V to +7.0V；最高工作电压为6.6V；直流输出电流为15.0mA。
（二）里程表各部分电路介绍
1． 霍尔传感器电路
霍尔传感器电路图如下图4所示。
图4霍尔传感器电路
2．里程指示电路
霍尔传感器发出一个低电平脉冲，里程显示时四个数码管点亮后开始计数，表明电动自行车正在行驶中，一盏指示灯一直闪烁着。电路如图5所示。
图5里程指示电路
3．里程数据储存电路
里程数据的存储电路是本次设计的关键电路，单片机首先向AT24C01发送写信号，当确认后从单片机内部的数据储存单元提取数据然后向AT24C01的内部地址传送数据。
当显示里程时，单片机首先向AT24C01发送读信号，然后确认后，单片机从AT24C02内部的地址向单片机的读出单元字节读出数据，供显示所用。因此，最终可保证掉电时数据不丢失，里程数据存储电路如图6。
图6 里程数据存储电路
4． 时钟电路
电容器C1和C2对振荡频率有微调作用，通常的范围：30±10PF；石英晶体选择6MHZ或12MHZ都可以。其结果只是机器周期时间不同，影响计数器的计数初值。
5．LED显示模块电路
LED显示器采用动态显示，用74LS07驱动共阴极LED数码管。LED显示模块电路如图7所示。
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