自行车测速系统设计.docx

续教2010 级毕业设计（论文）题目：基于单片机自行车测速系统专 业：电子工程 助学站点：电子科技考籍号： 姓 名： 指导教师： 2011 年 9 月基于单片机自行车测速系统学生姓名： 考籍号： 站 点： 指导教师： 完成日期：2011年9月目录摘要 5前 言 6第 1章 系统总方案论证与分析 71.1课题主要任务及内容 71.2任务分析与实现 71.3硬件方案设计 81.4软件方案设计 10第 2章 软件方案设计 112.1概述 112.2系统总电路图 112.3单片机简介 122.4传感器及其测量系统 142.5其它器件的介绍 172.6单片机外围电路的设计 19第3章软件程序设计 233.1概述 233.2总体程序设计 233.3中断子程序设计 283.4显示子程序的设 2.9结论 31参考文献 32致谢 33基于单片机自行车测速系统设计摘要随着居民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、锻炼的首选自行车的速度里程表能够满足人们最基 本的需求，让人们能清楚地知道当前的速度、里程等物理量本论文主要阐述一 种基于霍尔元件的自行车的速度里程表的设计。

以AT89C52单片机为核心,A44E 霍尔传感器测转数，实现对自行车里程/速度的测量统计，采用 24C02 实现在系 统掉电的时候保存里程信息，并能将自行车的里程数及速度用LED实时显示文 章详细介绍了自行车的速度里程表的硬件电路和软件设计硬件部分利用霍尔元 件将自行车每转一圈的脉冲数传入单片机系统,然后单片机系统将信号经过处理 送显示软件部分用汇编语言进行编程,采用模块化设计思想该系统硬件电路 简单,子程序具有通用性,完全符合设计要求关键词：里程/速度；霍尔元件；单片机；LED显示前言自行车被发明及使用到现在已有两百多年的历史，这两百年间人类在不断的 尝试与研发过程中，将玩具式的木马车转换到今日各式新颖休闲运动自行车，自 行车发展的目的也从最早的交通代步的工具转换成休闲娱乐运动的用途随着居民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、锻炼的首选因此，人们希望自行车的功用更强大， 能给人们带来更多的方便自行车里程速度表作为自行车的一大辅助工具也正是 随着这个要求而迅速发展的，其功能也逐渐从单一的里程显示发展到速度、时间 显示，甚至有的还具有测量骑车人的心跳、显示骑车人热量消耗等功能。

本设计 采用了 MCS-51 系列单片机设计一种体积小、操作简单的便携式自行车的速度里 程表，它能自动地显示当前自行车行走的距离及运行的速度第1章 系统总方案论证与分析1.1 课题主要任务及内容本课题主要任务是利用霍尔元件、单片机等部件设计一个可用 LED 数码管实 时显示里程和速度的自行车的速度里程表本文主要介绍了自行车的速度里程表 的设计思想、电路原理、方案论证以及元件的选择等内容，整体上分为硬件部分 设计和软件部分设计本文首先扼要对该课题的任务进行方案论证，包括硬件方案和软件方案的设 计；继而具体介绍了自行车的速度里程表的硬件设计，包括传感器的选择、单片 机的选择、显示电路的设计；然后阐述了该自行车的速度里程表的软件设计，包 括数据处理子程序的设计、显示子程序的设计；最后针对仿真过程遇到的问题进 行了具体说明与分析，对本次设计进行了系统的总结具体的硬件电路包括AT89C52单片机的外围电路以及LED显示电路等软件设计包括：芯片的初始化程序、定时中断采样子程序、显示子程序等， 软件采用汇编语言编写，软件设计的思想主要是自顶向下，模块化设计，各个子 模块逐一设计1.2 任务分析与实现本设计的任务是：以通用MCS-51单片机为处理核心，用传感器将车轮的转 数转换为电脉冲，进行处理后送入单片机。

里程及速度的测量，是经过 MCS-51 的定时/计数器测出总的脉冲数和每转一圈的时间，再经过单片机的计算得出， 其结果通过LED显示器显示出来本系统总体思路如下：假定轮圈的周长为L,在轮圈上安装m个永久磁铁， 则测得的里程值最大误差为L/m经综合分析，本设计中取m=1当轮子每转一 圈，通过开关型霍尔元件传感器采集到一个脉冲信号，并从引脚 P3.2 中断 0 端 输入，传感器每获取一个脉冲信号即对系统提供一次计数中断每次中断代表车 轮转动一圈，中断数n轮圈的周长为L的乘积为里程值计数器T1计算每转一 圈所用的时间t,就可以计算出即时速度v当里程键按下时，里程指示灯亮，LED切换显示当前里程，与当速度键按下时，速度指示灯亮，LED切换显示当前 速度要求达到的各项指标及实现方法如下：1. 利用霍尔传感器产生里程数的脉冲信号2. 对脉冲信号进行计数实现：利用单片机自带的计数器 T1 对霍尔传感器脉冲信号进行计数3. 对数据进行处理，要求用LED显示里程总数和即时速度实现：利用软件编程，对数据进行处理得到需要的数值最终实现目标：自行车的速度里程表具有里程、速度测试与显示功能，采用 单片机作控制，显示电路可显示里程及速度。

1.3 硬件方案设计测速，首先要解决是采样的问题使用单片机进行测速，可以使用简单的脉 冲计数法只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，将脉冲送入单片 机中进行计算，即可获得转速的信息常用的测速元件有霍尔传感器、光电传感 器和光电编码器里程测量传感器的选择也有以下几种方案：使用光敏电阻对里 程进行测量、利用编码器对车轮的圈数进行测量、利用霍尔传感器对里程进行测 量、利用干簧管型传感器测量里程光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光源将导致光敏电阻发出错误 信号；光敏电阻对环境的要求相当高，如果光敏或发光二极管被泥沙或灰尘所覆 盖，光敏电阻就不能再进行准确测量；而编码器必须安装在车轴上，安装较为复 杂；霍尔元件或干簧管不但不受天气的影响，即使被泥沙或灰尘覆盖也不会有影 响，而且安装方便所以本设计采用霍尔元件对里程与速度进行测量，既简单易 行，又经济适用使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转 轴的齿轮盘上粘上一粒磁钢，霍尔元件固定在前叉上，当车子转动时霍尔元件靠 近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出如果在齿 轮盘上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。

在粘磁钢时要注 意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有 信号输出，可以换一个方向再试这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用 广泛霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于信号采集的有A44E，该传感器 是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，工作电压 范围宽，使用非常方便A44E的外形如图1.1所示A44E1231-Vcc 2-GND 3-OUT图1.1 A44E外形图单片机由于将CPU、内存和一些必要的接口集成到一个芯片上，并且面向控 制功能将结构作了一定的优化，所以它有一般芯片不具有的特点：1. 体积小、重量轻；2. 电源单一、功耗低；3. 功能强、价格低；4. 全部集成在一块芯片上，布线短、合理；5. 数据大部分在单片机内传送，运行速度快、抗干扰能力强、可靠性高目前，单片机被广泛的应用于测控系统、工业自动化、智能仪表、集成智能 传感器、机电一体化产品、家用电器领域、办公自动化领域、汽车电子与航空航 天器电子系统以及单片机的多机系统等领域在设计中选用的是 AT89C52 单片 机图1.2系统的原理框图1.4软件方案设计通过软件控制单片机的功能是单片机的主要特点和优点，程序的设计要考虑 合理性和可读性，遵循模块化设计的原则，采用自顶向下的设计方法。

模块化设 计使程序的可读性好、修改及完善方便软件设计包括主程序、行车过程中里程和速度计算子程序、延时子程序、中 断服务子程序、显示子程序等等中断子程序是将传感器产生的信号接入外部中断0,将经过74LS74分频后 的信号接入外部中断1，利用中断和定时器对分别对里程进行累加、每转一周的 时间进行测量数据处理子程序是将进入单片机的脉冲信号与实际要显示值之间有一定的 对应关系,经过软件编程显示所需要的值显示子程序是将数据处理的结果送显示器显示系统软件总体流程图如图1.3所示开始NP3.0=l?初始化显示里程计算里程计算速度显示速度图 1.3软件总体流程图第 2 章 硬件电路设计2.1 概述自行车的速度里程表的硬件电路设计是基础部分，它包括信号的捕获、放大、 整形，单片机的计算处理，数码管的实时显示和单片机外围基本电路的设计，两 大主要器件就是传感器和单片机传感器是获取自然或生产领域中信息的关键器件，是现代信息系统和各种设 备不可缺少的信息采集工具磁传感器是一种将磁学量信号转变为电信号的器件 或装置随着信息产业、工业自动化、医疗仪器等的飞速发展和计算机应用的普 及，需要大量的传感器将被测或被控的非电信号转换成可与计算机兼容的电信 号。

作为输入信号，这就给磁传感器的快速发展提供了机遇，形成了磁传感器的 产业其中最具代表的磁传感器就是霍尔传感器，在自动检测系统中，利用霍尔 传感器测转数是一种最基本的测量工作单片机是本次设计的核心部件，它是信号从采集到输出的桥梁，而且包括计 算、定时、信息处理等功能2.2 系统总电路图图2.1系统总电路图2.3单片机简介单片机是指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算机的各 种功能部件，包括 CPU(Central Processing Unit)、随机存储器 RAM(Random Access Memory)、只读 存储器 ROM(Read-only Memory)、基本输入/输出 (Inp ut/Ou tpu t)接口电路定时器/计数器等部件都制作在一块集成芯片上，构 成一个完整的微型计算机从而实现微型计算机的基本功能单片机内部结构示意 图如图2.2所示TINTPO-P3RXD图2.2单片机内部结构示意图TXD2.3.1单片机的引脚功能介绍AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内 含8K Bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和256字节的随机存取 数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与 标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU） 和Flash存储单元，功能强大，AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制场合应用。

Pl. 0 Pl. 1 Pl. 2 ——Pl. 3 Pl.4 Fl. 5 Pl. 6 PL. 7 RST/VFD mP3. 0 ——TXDP3. 1 IinOP3. 2 iiniP3.3 ——P3. 4 ——_F3. 5 WP3. 6 W3. 7 XTAL2 ——-KTAL1 VSS _u 1 2 3 4 5 6 7 s _y _u ■-I.--」-I'-II nrlI t-lB-lrlI ・MX - - - - - - - - - - - - ■ - - - - - -■ ■ _4039383736353489C52 3332313029。