自行车车速里程测量仪设计

1、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。关键词关键词：AT89C52 数码管 TC4024 24C01 传感器 自行车里程/速度计的设计作者： 第 2 页共 15 页目 录1 绪 论.32 AT89C52 单片机.42.1 AT89C52 单片机简

2、介 .42.2 AT89C52 的管脚及其含义 .43 TC4024.64 24C01 芯片.64.1 24C01 简介.64.2 24C01 的特性：.75 硬件电路的设计.85.1 系统硬件电路 .85.2 系统的工作原理.86 软件设计.96.1 系统内存的规划.96.2 系统的主要程序设计.97 系统调试.117.1 硬件调试 .117.2 软件调试.128 结 论.14自行车里程/速度计的设计作者： 第 3 页共 15 页1 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

3、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

4、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2.12.

5、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自行车里程/速度计的设计作者： 第 4 页共 15 页 产品指令和引脚完全兼容。2.22.2 AT89C52 的管脚及其含义5AT89C52 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

6、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” ，通过内部的上拉电自行车里程/速度计的设计作者： 第 5 页共 15 页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

7、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，

8、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，

9、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) 自行车里程/速度计的设计作者： 第 6 页共 15 页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）

10、输出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 24C0

11、1 芯片4.14.1 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自行车里程/速度计的设计作者： 第 7 页共 15 页就行了，因为不是总线方式，所以不

12、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：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+1.8V6.0V 工作电压VSS接地4.24.2 24C01 的特性：24C01 芯片具有以下特性：1. 与 400KHZ 的 I2C 总线兼容；2

13、. +1.8-6.0V 工作电压范围；自行车里程/速度计的设计作者： 第 8 页共 15 页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；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5.15.1 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.

14、1。图 5.1 系统原理图自行车里程/速度计的设计作者： 第 9 页共 15 页5.25.2 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。 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

15、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

16、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6.16.1 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；自行车里程/速度计的设计作者： 第 10 页共 15 页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

17、 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 816 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；11 H15 H：存放被除数；16 H19 H：存放除数。 6.26.2 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

18、. 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。自行车里程/速度计的设计作者： 第 11 页共 15 页图 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

19、 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 68H6BH 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。自行车里程/速度计的设计作者： 第 12 页共 15 页7.显示子程序当显示里程时，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

20、位。最后放入 70H73H,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

21、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自行车里程/速度计的设计作者： 第 13 页共 15 页 MAIN: MOV P2, #0FFH MOV P0, 0C0H MOV P2, #0FEH A