自行车车速里程测量仪设计.doc

摘要摘要 本文介绍了用 89C52 单片机设计自行车里程 速度计 运用单片机的运算和控 制功能 并采用数码管实时显示所测速度和里程的速度里程计设计方案 用分频 器 TC4024 实现二分频 用来探讨 24C01 传感器的用途 通过实用电路的设计来掌 握速度及里程传感器的使用方法及一些性能参数 本系统含了电子电路技术 以及 常用的 AT89C52 单片机工作原理 通过本系统的设计 把它们俩者有机结合 关关键词键词 AT89C52 数码管 TC4024 24C01 传感器 精品资料 目 录 1 绪 论 3 2 AT89C52 单片机 4 2 1 AT89C52 单片机简介 4 2 2 AT89C52 的管脚及其含义 4 3 TC4024 6 4 24C01 芯片 6 4 1 24C01 简介 6 4 2 24C01 的特性 7 5 硬件电路的设计 8 5 1 系统硬件电路 8 5 2 系统的工作原理 8 6 软件设计 9 6 1 系统内存的规划 9 6 2 系统的主要程序设计 9 7 系统调试 11 7 1 硬件调试 11 7 2 软件调试 12 8 结 论 14 精品资料 1 绪 论 传感器 英文名字为 Sensor 或 Transducer 亦称换能器 变换器 在科技迅速 发展的今天 传感器越来倍受重视 在日常生活 航天 航空 常规武器 交通运输 机械制造 化工 生物医学工程 自动化检测工程及计量等各项领域都被广泛应用 6 目前 传感器已向新材料开发 集成化 智能化 数字化 新工艺 高精度化及 高稳定 高可靠化等技术发展 特别是霍尔传感器 鉴于它的价廉 易于使用 使它 广泛运用于里程计 速度计等 6 单片微型计算机简称单片机 又称微控制器 特别适用于控制领域 通常单片 机由单块集成电路构成 内部包含有计算机的基本部件 CPU 中央处理器 存储 器和 I O 接口电路等 因此 单片机只需要与适当的软件及外部设备相结合 便可 以成为一个单片机控制系统 4 目前 场上销售的单片机有 4 位 8 16 位 32 位 并且单片机朝着高性能多种 方向发展 尤其是 8 位单片机以经成为当前单片机的主流 主要体现在 CPU 功能 增强 内部资源增多 引脚的功能化 低电压和低功好耗化上 4 单片机因为其体积小 功能强 可靠性高 灵活方便等优点 所以可以用于各 个领域 对各行各业的技术改造和产品更新换代起到重要的推动作用 本人经过学习 用 AT89C52 设计了一个自行车里程 速度计 本设计可轮流显 示自行车行使的里程和速度 采用 TC4024 芯片作为计数器以及 2C401 存储数据 3 个单级共阴数码管作为显示系统 本系统具有超速信响提醒功能 里程数据自动 记忆 也可应用于电动自行车 摩托车 汽车等机动车仪表上 2 AT89C52 单片机 2 1 AT89C52 单片机简介 本设计选用 AT89C52 单片机 AT89C52 是一种低功耗 高性能 CMOS 8 位微 控制器 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造 可与工业 AT89C51 产 品指令和引脚完全兼容 精品资料 2 2 AT89C52 的管脚及其含义 5 AT89C52 的管脚及各管脚含义如下 图 2 2 89C52 管脚图 各引脚功能说明 VCC 电源电压 GND 接地 P0 口 P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I O 口 也即地址 数据总线复用口 作 为输出口用时 每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路 对端口 P0 写 1 时 可作为高阻抗输入端用 在访问外部数据存储器或程序存储器时 这组口线分时转换地址 低 8 位 和数据 总线复用 在访问期间激活内部上拉电阻 在 FLASH 编程时 P0 口接收指令字节 而在程序校验时 输出指令字节 校验时 要求外接上拉电阻 P1 口 P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 的输出缓冲级可驱动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对端口写 1 通过内部的上拉电阻把端 口拉到高电平 此时可作输出口 作输入口使用时 因为内部存在上拉电阻 某个 引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 与 AT89C51 不同之处是 P1 0 和 P1 1 还可分别作为定时 计数器 2 的外部计数输 精品资料 入 P1 0 T2 和输入 P1 1 T2EX FLASH 编程和程序校验期间 P1 接收低 8 位地址 P1 0 和 P1 1 的第二功能 P1 0 T2 定时 计数器 2 外部计数脉冲输入 时钟输出 P1 1 T2EX 定时 计数 2 捕获 重装载触发和方向控制 P2 口 P2 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 的输出缓冲级可驱动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对端口 P2 写 1 通过内部的上拉电阻把 端口拉到高电平 此时可作输入口 作输入口使用时 因为内部存在上拉电阻 某 个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器时 P2 口送出高 8 位地址 数据 在访问 8 位地址的外部数据存储器时 P2 口输出 P2 锁存器的内容 FLASH 编程或校验时 P2 亦接收高位地址和一些控制信号 P3 口 P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P3 口输出缓冲级可驱 动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对 P3 口写入 1 时 它们被内部上拉电 阻拉高并可作为输入端口 此时 被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流 P3 口除了作为一般的 I O 口线外 更重要的用途是它的第二功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INTO 外中断 0 P3 3 INT1 外中断 1 P3 4 TO 定时 计数器 0 P3 5 T1 定时 计数器 1 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 此外 P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存编程和程序校验的控制信号 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是 单片机复位 ALE PROG 当访问外部程存储器或数据存储器时 ALE 地址锁存允许 输出 精品资料 脉冲用于锁存地址的低 8 位字节 一般情况下 ALE 仍以时钟振荡频率的 1 6 输出 固定的脉冲信号 因此它可对外输出时钟或用于定时目的 要注意的是 每当访问 外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲 对 FLASH 存储器编程期间 该引脚还用于输入编程脉冲 PROG EA 端为高电平 接 Vcc端 CPU 则执行内部程序存储器的指令 3 TC4024 本程序采用 TC4024 芯片 它是一个 7 位的计数器 计数器具有分频的作用 它包含有 14 个管脚 其 7 脚接地 14 脚接 5V 1 脚接 AT89C52 的 INT0 即 12 脚 在 系统中此芯片起到了二分频的作用 4 24C01 芯片 4 1 24C01 简介 24C01 是一个 1K 位串行 CMOS EEPROM 内部含有 128 个 8 位字节 CATALYST 的先进 CMOS 技术实际上减少了器件的功耗 24C01 是一个 8 位字节 页写缓冲器 该器件通过 I2C 总线接口进行操作 即此芯片采用 I2C 协议进行读写 数据 有一个专门的写保护功能 24C01 是 I2C 接口的 但标准 51 是不带 I2C 接口的 串口方式 0 是不行的 需 要用 IO 模拟 所以随便接两个 IO 都可以 而且都要接上拉电阻 大概几 K 就行 了 因为不是总线方式 所以不能用 MOV 指令 也不能用 SBUF 要判断是否为 满 可以在程序里设个变量 在这里要注意 E2P 芯片的寿命 一般是读写 100 万次 足够了 存储数据的 时候 可以对操作数和存储的数据进行比较 不相等则存储 这样可以增加使用寿 命 比有些每隔 1 秒钟进行存储的会好多了 以下是 24C01 的管脚图 精品资料 图 4 1 管脚图 表 3 1 24C01 的管脚描述 管脚名称功能 A0 A1 A2器件地址选择 SDA串行数据 地址 SCL串行时钟 WP写保护 VCC 1 8V 6 0V 工作电压 VSS接地 4 2 24C01 的特性 24C01 芯片具有以下特性 1 与 400KHZ 的 I2C 总线兼容 2 1 8 6 0V 工作电压范围 3 低功耗 CMOS 技术 4 写保护功能 当 WP 为高电平时进入写保护状态 5 页写缓冲器 6 自定时擦写周期 7 1 000 000 编程擦除 周期 8 可保存数据 100 年 精品资料 9 8 脚 DIP SOIC TSSOP 封装 10 温度范围 商业级 工业级和汽车级 5 硬件电路的设计 5 1 系统硬件电路 自行车里程 速度计能自动显示自行车行驶的总里程数及行车速度 具有超速 信响提醒功能 里程数据自动记忆 也可应用于电动自行车 摩托车 汽车等机动 车仪表上 其硬件电路原理图如图 5 1 图 5 1 系统原理图 5 2 系统的工作原理 本设计能实时地将所测的速度与累计里程数显示出来 主要是将 24C01 传感器 输入到单片机的脉冲信号 将频率实时地测量出来 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 TC4024 芯片中 通过 AT89C52 单片机计算出来的速 度和里程的数据 必须通过 BCD 码的转换才能输出给数码管 最后由共阴数码管 显示所测速度与里程 精品资料 自行车里程 速度计采用 AT89C52 单片机作控制 速度及里程传感器采用霍尔 元件 其电器原理图如图 5 1 所示 P0 口和 P2 口用于七段 LED 显示器的段码及扫 描输出 在显示里程时 第三位小数点用 17 脚 P3 7 口控制点亮 P1 0 和 P1 1 口分 别用于显示里程状态和速度状态 P1 2 P1 3 P1 6 和 P1 7 口分别用于设置轮圈 的大小 P3 0 口的开关用于确定显示的方式 当开关闭合时 显示速度 打开时显 示里程 第 12 脚外中断 0 用于对轮子圈数的计数输入 轮子每转一圈 霍尔传感 器输出一个地电平脉冲 第 13 脚外中断 1 用于控制定时器 T1 的启停 当输入为 0 时关闭定时器 此控制信号是将轮子圈数的计数脉冲经二分频后形成 见图 5 1 这样 每次定时器 T1 的开启时间刚好为转一圈的时间 根据轮子的周长就可以计 算出自行车的速度 P1 4 和 P1 5 口用于 EEPROM 存储器 24C01 的存取控制 11 脚输出用于速度超速时的报警 6 软件设计 6 1 系统内存的规划 由于本系统处理功能较多 因而一部分内存单元用于特定的用处 其主 要内存单元用处如下 50H EEPROM 器件寻址字节存放单元 51H EEPROM 传送字节数存放单元 30H EEPROM 发送数据缓冲单元 40H EEPROM 读出数据存放单元 0A0H EEPROM 寻址字节字节写 0A1H EEPROM 寻址字节字节读 62 H DPTR 计数器扩展高 8 位 6C H 定时器 T1 计数器扩展高 8 位 6D H 定时器 T1 计数器扩展高 8 16 位 60 H 61 H 62 H 里程计数单元 68 H 69 H 6A H 6B H 存放自行车每圈时间数 70 H 71 H 72 H 73 H 显示 BCD 码数据存放用 精品资料 11 H 15 H 存放被除数 16 H 19 H 存放除数 6 2 系统的主要程序设计 1 初始化程序 在本系统初始化程序中 主要完成以下工作 将 T1 设为外部控制定时器 方式 外中断 0 及外中断 1 设为边沿触发方式 将部分内存单元清零 设置轮子 周长值 开中断及定时器 将 EEPROM 中的数据调入内存等 2 轮圈设置出错处理程序 P1 2 P1 3 P1 6 P1 7 端口的开关用于设定轮子的周长 当没有设定时 至少让一个开关闭合 能从 P3 1 口输出一个周期为 0 5S 的方波信号 用作 发光管闪烁及信响器提醒 3 主程序 主程序根据 P3 0 的开关状态选择里程或速度显示 其流程图如图 6 2 所 示 精品资料 图 6 2 主程序流程图 4 里程计数程序 外中断 0 服务程序 外中断 0 服务程序用于对 12 脚输入的圈脉冲进行计数 为十六进制计数 器 60H 为低位 62H 为高位 每计数一次后 对里程数据进行一次存储操作 5 外中断 1 服务程序 外中断 1 服务程序用于处理轮子转动一圈后计时数据 当标志位 00H 为 1 时 说明计数器溢出 放入最大时间值 为 0FFH 当标志位为 0 时 将计 数单元 TL1 TH1 6CH 6DH 的值放入 68H 6BH 单元 6 EEPROM 存取程序 本系统使用归一化 I2C 串口存取子程序 使用一条数据线和时钟线 采用 ATMEL 公司的 24C01 串口存储器 应用简单方便 7 显示子程序 精品资料 当显示里程时 先要将圈数计数器中的数据进行运算 求出总里程 当要 显示速度时 要将轮子的这周长和转一圈的时间数相除 然后换算成 Km h 单 位 最后放入 70H 73H 进行数据显示 7 系统调试 要完成一个产品的设计 有很多纷繁复杂的步骤和过程 其中最为重要 和最为关键的就是系统调试 调试的步骤和方法有很多 本人也看过不少 在 这次系统调试的中调试的过程我充分的发挥了仿真器的作用 7 1 硬件调试 硬件的焊接是一个比较繁琐的过程 繁琐的地方在于 3 个单联数码管的 连接 线路较多 在焊接时要特别的细心 在焊接完成并烧入程序之后通电发 现数码管不亮 检查了好几遍 电路无焊没有错误 于是我就怀疑可能是数码 管的问题 拿去贝尔 学院的社团 测试没问题 数码管并没有烧坏 在插入芯片时要特别注意不能把芯片插反 否则就会把芯片烧掉 也要 注意极性电容的方向 长的脚为正 短的为负 不能把负的接 5V 正的接地 在焊接三极管时也要注意其三个管脚的排布 还有为保护三极管不被烧换 所 以 3 个三极管要各自接一个限流电阻 这里为 4 7K 7 2 软件调试 软件调试是调试的重点 同时也是出错最多的地方 在整个软件调试调试过程 中我采取先部分后整体的调试方法 在整个程序的编写调试过程中我首先调试的是数码管显示系统 为此我编写 了以下一段程序用于数码管显示调试 要求数码管显示0 1 2 ORG 0000H MAIN MOV P2 0FFH MOV P0 0C0H MOV P2 0FEH 精品资料 ACALL DELAY1 MOV P2 0FFH MOV P0 0F9H MOV