(完整word版)电动车速度里程计的设计

1、电动车速度 / 里程计的设计目 录第一章 电动车速度 / 里程计的设计 -21.1系统结构 -21.2各部分功能简介 -31.3工作原理 -31.4功能介绍 -3第二章硬件设计 -42.1电源部分设计 -42.2传感部分及接口设计 -52.3主控器单元 -52.4存储器 EEPROM（ AT24C01） -62.5其它 -72.6硬件设计图 -7第三章 I 2C总线原理 -83.1 I2C 总线 -83.2I2C 总线特点 -83.3I2C 总线工作原理 -93.4I2-9C 总线基本操作3.5I2C 总线的应用的注意事项总结 -9第四章 软件设计 - - -104.1程序设计 -104.2软

2、件汇编编译、 调试以及仿真 -104.3源程序 -10第五章 结论 -11附 录 A-12附 录 B-25电动车的速度 / 里程计的设计【引言】随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的嵌入式智能系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的智能系统就是其中之一。同时也标志了智能领域成为了数字化时代的一员。它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。它更让人类懂得，数字时代的发展将改变人类的生活，将加快科学技术的发展。21 世纪 , 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动自动检测日新月益更新。在实时检测的单片机应用系统中，单片机是作为一个核心部件来使

3、用，完成对数据的采集、运算处理以及对数据的显示等。仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。随着电子技术的迅速发展，特别是随大规模集成电路产生而出现的微型计算机，给人类生活带来了根本性的改变。目前，单片机以其高可靠性、高性能价格比，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走入家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机是踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。第一章电动车速度 / 里程计的设计简介1.1 系统结构图如图（ 1）所示：电源部分二分频

4、主显示单元传控感部器存储器分单元键 盘图（ 1）系统结构图1. 各部分功能简介（）电源部分 : 首先我们要完成最基本，最必须的电源部分安装调试，任何电路都离不开电源部分，单片机系统也不例外，而且我们应该高度重视电源部分，不能因为电源部分电路比较简单而有所忽略，其实有将近一半的故障或制作失败都和电源有关，电源部分做好才能保证电路的正常工作。（）传感部分: 主要完成对电动车转速的转换单元, 将圈数转换为脉冲个数, 便于单片机认识。（）主控器单元: 该单元是本系统的核心部分。主完成对电动车速度、里程的运算以及显示功能。（）显示单元: 主要显示里程、速度。（）存储器 : 单片机能读写存储器中的里程数，

5、掉电不丢失数据。（）键盘 : 调整车轮胎大小以及显示里程，速度之间的切换。1.3 工作原理本次设计采用 AT89C51单片机控制。 通过霍尔传感器对电动车圈数转换为脉冲个数，将传感信号送至单片机的外中断 INT0、 INT1。通过单片机对脉冲个数运算，得到里程数以及速度数据。1.3.1霍尔传感器将电动车的轮子转动的圈数转换为脉冲个数。1.3.2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。1.3.3外中断 1 服务程序外中断服务程序用于处理轮子转动一圈后的

6、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）的放入 68H 6BH 单元。1.3.4EEPROM存取程序本系统使用归一化 I2C 串口存取程序，使用一条数据和时钟，采用ATMEL公司的 24C01 串口存储器，应用简单方便。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，将轮子的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，进行数据的显示。1.4功能介绍本系统设有五个按键分别为四个键设置轮胎大小和一个键是里程/ 速度切

7、换 , 并设有报警装置，当速度超过 40KM/H时自动启动报警装置。四个按键： A：轮胎周长为22 英寸B：轮胎周长为24 英寸C：轮胎周长为26 英寸D：轮胎周长为28 英寸第二章硬件设计2.1电源部分设计电源输出采用集成稳压管LM7805系列稳压输出 +5V 电压。市电 220V 交流电经过变压器降至9V 交流；再用桥式整流、 滤波、稳压得到单片机所需要的电源。如图（ 2）所示：图（ 2）电源电路2.2.传感部分及接口设计霍尔元件简介DN8799是一种霍尔开关电路又称霍尔数字电路，主要由稳压器、霍尔片、差分放大器、斯密特触发器和输出级组成。在外磁场的作用下，当B（磁感受应强度）超过导通阈值

8、BOP（工作点）时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。B 再增加，仍保持导通态。若外加磁场的B 值降低到BRP（释放点）时，输出管截止，输出高电平。内部等效图如图（ 3）所示：与单片机接口（ 1）接口电路如图（ 4）所示：图（ 3）内部等效图+3V2OUTINT0 引脚13分频器图（ 4） DN8799GND（ 2）电动车每转一圈，DN8799将产生一个低脉冲如图（ 5）所示：图（ 5）转了一圈2.3 主控器单元2.3.1采用 AT89C51单片机作为主控单元。AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（ PEROM）和 128

9、 bytes 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，兼容标准 MCS-51指令系统，片内置通用8 位中央处理器和 Flash 存储单元。AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40 个引脚， 32 个外部双向输入 / 输出（ I/O ）端口，同时内含 2个外中断口， 2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口， AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，可反复擦写的Flash 存储器可有效地降低开发成本。2.3.2主要功能特性：兼容 MCS 51 指令系统4k可反复擦写

10、 (>1000 次 )Flash ROM32 个双向 I/O 口可编程 UARL通道两个 16 位可编程定时 / 计数器全静态操作 0-24MHz1 个串行中断128x8 bit 内部 RAM两个外部中断源共 5 个中断源可直接驱动 LED3 级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能2.4存储器 EEPROM（ AT24C01）：AT24C01 是 Atmel公司生产的 1024B 串行电可擦的可编程存储器，任一单元的地址为8 位，地址范围为 0000 03FFH。它采用 8 引脚封装，具有结构紧凑、存储容量大等特点，可以在2 线总线上并接 8 片芯片，特别适用于具有大容量数据

11、存储要求的数据采集系统，因此在测控系统中被大量采用。AT24C01 各引脚的功能如下： A0、A1、A2地址选择输入端。 在串行总线结构中， 如需连接 8个 AT24C01 芯片， 则可用 A0、A1、A2 来区分各芯片。 A0、 A1、 A2 悬空时为 0。 SDA双向串行数据输入输出口。用于存储器与单片机之间的数据交换。 SCL串行时钟输入。通常在其上升沿将 SDA 上的数据写入存储器，而在下降沿从存储器读出数据并送往 SDA。 WP写保护输入。此引脚与地相连时，允许写操作；与VCC 相连时，所有的写存储器操作被禁止。如果不连，该脚将在芯片内部下拉到地。 VCC电源。GND 接地。 NC

12、悬空。（ 1）与单片机接口如图（ 6）所示：图（ 6）接口电路（ 2）设备选址在对 AT24C01 开始操作前，需要先发一个8 位的地址字来选择芯片以进行读写。其中“1010”为固定的 4 位二进制； A0、A1、A2 用于对多个 AT24C01 加以区分； R/W为读写操作位， 为 1 时表示读操作， 为 0 时表示写操作。（ 3）写操作AT24C01 的写操作有写字节和写页两种方式。写字节时通常在向AT24C01 发送设备地址字并接到应答信号后，还需要发送1 个 8 位地址来选择要写数据的地址。AT24C01 接收到这个地址后会应答一个零信号，然后接收 8 位数据进来，并再返回一个零应答信

13、号。在写页方式时，AT24C01 可以一次性写入一页128 字节。其初始化过程与写字节的方法基本相同。不同的是：当写入一个数据字节后，单片机不发停止状态，而是在应答信号后接着输入127 个字节；每一个字节接收完毕后，AT24C01 则照样输出一个零应答信号。（ 4）读操作读操作有当前地址读、随机读、读串三种方式。其初始化过程基本与写操作相同，只是在设备选择字中的最低位要改成读而已。在当前地址读操作方式时，内部数据的地址将保持在最后的读写操作地址加 1 上，直到读到最后字节后又回到最开始的位置。而随机读操作之前先要向 AT24C01 写入一个字节地址，然后才能读。读串操作既可以是当前地址读，也可

14、以是随机地址读。当单片机接收到一个数据字后，会回应一个应答信号。AT24C01 在接收到应答信号后会将地址加1，接着输出下一个字节。当单片机接收到数据但不送应答信号时，读过程结束。2.5 其它1）显示采用动态扫描方式对数码管住扫描，扫描频率在50HZ以上 , 并用三极管加以驱动2）键盘采用单片机扫描方式对键盘逐个扫描处理相应程序。3）分频器（ TC4024）如图（ 7）所示：TC4024图（ 7） TC4024 封装图（ 4）内部等效图如图（ 8）所示：图（ 8）内部等效图（ 5）逻辑时序图如图（ 9）所示：CLOCKQ1Q2 Q7：图（ 9）时序图说明： CLK：为输入时钟信号。RST：复位

15、信号输入端Q1：为 CLK二分频输出端Q2：为 CLK四分频输出端Q3 Q7以此类推本文只采用二分频，即Q1 输端。2.6 硬件设计图原理图在 PROTEL 99SE下完成设计的 , 并设计制作PCB板。附录2第三章 I C 总线原理23.1 IC总线I 2C(Inter IntegratedCircuit)总线是一种由PHILIPS 公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I 2C 总线产生于在80 年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可

16、随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。3.2 I2C 总线特点I22C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I C 总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25 英尺，并且能够以10Kbps 的最大传输速率支持 40 个组件。 I 2C 总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。3.3 I2C 总线工作原理I 2C 总线是由数据线S

17、DA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、 IC与 IC 之间进行双向传送，最高传送速率100kbps 。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。I2C

18、总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。开始信号： SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。结束信号： SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU 向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。目前有很多半导体集成电路上都集成了I 2C 接口。带有I 2C 接口的单片机有：CYGNAL的C805

19、1F0XX系列， PHILIPSP87LPC7XX系列， MICROCHIP的 PIC16C6XX系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供 I 2C 接口。3.4总线基本操作2I C 规程运用主 /从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL ）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA 线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL 为高电平的期间， SDA 状态的改变被用来表示起始和停止条件。如图（ 10）所示。图（ 10） 串行

20、总线上的数据传送顺序控制字节在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义， EEPROM一般应为 1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为 1 时为读操作，为 0 时为写操作。如图（ 11）所示。图（ 11） 控制字节配置写操作写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。关于页面写的地址、应答和数据传送的时序如图（ 12）所示。图（ 12） 页面写读操作读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。图4 给出的是顺序读的时序图。应当注意的是：最后一个读操作的第9 个时钟周期不是“不关心”。为了结

21、束读操作，主机必须在第9 个周期间发出停止条件或者在第9 个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。如图（13）所示：图（ 13） 顺序读3.5 在 I2C 总线的应用中应注意的事项总结为以下几点:1） 严格按照时序图的要求进行操作。2） 若与口线上带内部上拉电阻的单片机接口连接，可以不外加上拉电阻。3） 程序中为配合相应的传输速率，在对口线操作的指令后可用NOP指令加一定的延时。4） 为了减少意外的干扰信号将EEPROM内的数据改写可用外部写保护引脚（如果有），或者在EEPROM内部没有用的空间写入标志字，每次上电时或复位时做一次检测，判断EEPROM是否被意外改写。第四章软件设计4

22、.1 程序设计本文软件主要完成对信号采样，各种数据处理、以及对速度/ 里程数据显示的控制等,并采用I 2C 总线对电动车的里程数据进行读写操作。本系统软件是主要包括键开关扫描程序、I 2 C 的软件模拟程序、里程计数程序（外中断0 服务程序）、 外中断1 服务程序 、定时器中断程序、显示程序等。部分程序流程图见附录系统程序流程图如图（ 14）所示：4.2 软件汇编编译、调试以及仿真本文的软件调试在51 单片机开发系统Medwin 环境下，对软件进行汇编编译、模拟仿真、调试等操作，最终完成软件设计。4.3 源程序见附录。附录 A:外外中断 INT0 服务子程序：外中断 INT1 服务子程序：定时

23、器中断服务子程序附录 :;60H,61H,62H 作里程计数单元，6CH， 6DH作 T1 计数扩充单元，;68H，69H，6AH，6BH存放自行车每圈时间数， 70H，71H，72H， 73H作显示 BCD;码存放数用， 11H15H 存放 ; 被除数， 16H19H存放除数; 定义VSDAEQUP1.5VSCLEQUP1.4SLAEQU50HNUMBYTEQU51HMTDEQU30HMRDEQU40HSLAWEQU0A0HSLAREQU0A1HDPHHEQU62HTH1HEQU6CHTH1HHEQU6DH;PROGRAM INPUT;ORG0000HLJMPSTARTORG0003HLJM

24、PINTEX0ORG000BHRETIORG0013HLJMPINTEX1ORG001BHLJMPINTT1ORG0023HRETI;PRGRAM CLEAR;上电初始化程序CLEARMEN: MOVMOVTMOD,#90HSP,#75HSETBPX0SETBIT0SETBIT1CLRAMOV20H,AMOV6CH,AMOV6DH,AMOV70H,AMOV71H,AMOV72H,AMOV73H,AMOV60H,AMOV61H,AMOV62H,AMOV63H,ADECAMOV68H,AMOV69H,AMOV6AH,AMOV6BH,AMOVP1,ACLEAR1:JB P1.2,KEY1MOV21H

25、,#0FHLJMPCLEAR2KEY1:JB P1.3,KEY2MOV21H,#12HLJMPCLEAR2KEY2:JB P1.6,KEY3MOV21H,#14HLJMPCLEAR2KEY3:JB P1.7,ERRMOV21H,#19HCLEAR2:SETBTR1SETBEASETBEX0SETBET1SETBP3.1LCALLVIICREADRETERR:CPLP3.1LCALLDL5SLJMPCLEAR1;PROGRAM START;START:LCALLCLEARMENSTART1:JBP3.0,DISPLAYSLCALLDISPLAYVSTART2: SJMPSTART1;INTEX0

26、 PROGRAM;里程计数程序，用外中断0 实现，计数用60H62H 内存单元INTEX0: PUSHACCPUSHPSWINC60HCLRACJNEA,60H,INTEX0OUTINC61HCJNEA,61H,INTEX0OUTINC62HINTEX0OUT: LCALLVIICWRITESETBEX1POPPSWPOPACCRETI;INTEX1 PROGRAM;每转 1 圈时间计数处理程序，每圈时间放在68H6BH 单元中INTEX1: PUSHACCPUSHPSWCLREX1JNB00H,INTEX11MOVTL1,#0FFHMOVTH1,#0FFHMOV6CH,#0FFHMOV6DH

27、,#0FFHINTEX11:MOV68H,TL1MOV69H,TH1MOV6AH,6CHMOV6BH,6DHCLRAMOVTL1,AMOVTH1,AMOV6CH,AMOV6DH,ACLR00HPOPPSWPOPACCRETI;INTT1 PROGRAM;T1 计数器中断服务程序。 （计数器 T1 由外中断1 输入控制，当为高电平时计时开始）INTT1:PUSHACCPUSHPSWINC6CHMOVA,6CHJNZINTT11INC6DHMOVA,6DHJNZINTT11SETB00HINTT11: POP PSWPOPACCRETI;DISPLAYS;里程显示控制程序DISPLAYS:SETB

28、P1.0CLRP1.1SETBP3.7LCALLSSSLCALLDISPLAYLJMPSTART1;DISPLAYV;速度显示控制程序DISPLAYV:CLRP1.0SETBP1.1CLRP3.7LCALLVVVMOVA,71HV1:SUBBJNCSETBLCALLA,#04HWARINGP3.1DISPLAYRETWARING:CLRAJMPP3.1V1;VIICWRITE;归一化 EEPROM 存入程序（ 12MHZ ），存入数在家50H 起单元VIICWRITE:ACALLWMOV9MOVSLA,#SLAWMOVNUMBYT,#09HLCALLWRNBYTRETWMOV9:MOV5FH,

29、#50HMOVR0,#MTDMOVR1,#5FHMOVR2,#09HWMOV:MOVA,R1MOVR0,AINCR0INCR1DJNZR2,WMOVRET;VIICREAD;归一化 EEPROM 读出程序（ 12MHZ时钟），读出数放入60H67H 单元VIICREAD: MOVMTD,#50HMOVSLA,#SLAWMOVNUMBYT,#01HLCALLWRNBYTMOVSLA,#SLARMOVNUMBYT,#08HLCALLRDNBYTACALLRMOV8RETRMOV8: MOVR0,#MRDMOVR1,#60HMOVR2,#08HRMOV:MOVA,R0MOVR0,AINCR0INCR

30、1DJNZR2,RMOVRET;VIIC PROGRAM;IIC 串行归一化存储子程序STA:SETBVSDASETBVSCLNOPNOPNOPNOPCLRVSDANOPCLRVSDANOPNOPNOPNOPCLRVSCLRETSTOP:CLRVSDASETBVSCLNOPNOPNOPNOPSETBVSDANOPNOPNOPNOPCLRVSDACLRVSCLRETMACK:CLRVSDASETBVSCLNOPNOPNOPNOPCLRVSCLSETBVSDARETMNACK:SETBVSDASETBVSCLNOPNOPNOPNOPCLRVSCLCLRVSDARETCACK:SETBVSDASET

31、BVSCLCLRF0MOVC,VSDAJNCCENDSETBF0CEND:CLRVSCLRETWRBYT: MOVR0,#08HWLP:RLC AJC WR1AJMPWR0WLP1:DJNZR0,WLPRETWR1:SETBVSDASETBVSCLNOPNOPNOPNOPCLRVSCLCLRVSDAAJMPWLP1WR0:CLRVSDASETBVSCLNOPNOPNOPNOPCLRVSCLAJMPWLP1RDBYT:MOVR0,#08HRLP:SETBVSDASETBVSCLMOVC,VSDAMOVA,R2RLCAMOVR2,ACLRVSCLDJNZR0,RLPRETWRNBYT:MOVR3,

32、NUMBYTLCALLSTAMOVA,SLALCALLWRBYTLCALLCACKJBF0,WRNBYTMOVR1,#MTDWRDA: MOVA,R1LCALLWRBYTLCALLCACKJBF0,WRNBYTINC R1DJNZR3,WRDALCALLSTOPRETRDNBYT:MOVR3,NUMBYTLCALLSTAMOVA,SLALCALLWRBYTLCALLCACKJBF0,RDNBYTRDN:MOVR1,#MRDRDN1:LCALLRDBYTMOVR1,ADJNZR3,ACKLCALLMNACKLCALLSTOPRETACK:LCALLMACKINCR1SJMPRDN1;DISPLA

33、Y PROGRAM;显示程序。显示BCD 码在 70H73H 单元内，采用共阴LED 数码管DISPLAY:MOVR1,#70HMOVR2,#0FEHPLAY:MOVA,R2MOVP2,AMOVA,R1ANLA,#0FHMOVDPTR,#TABMOVCA,A+DPTRMOVP0,ALCALLDL1MSINC R1MOVA,R2JNBACC.3,ENDOUTRLAMOVR2,AAJMPPLAYENDOUT: SETBP2.0SETBP2.1SETBP2.2SETBP2.3RET;共阴段码表（可显示0F）TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB7FH,6FH

34、,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HDB00H;SSS PROGRAM;里程处理程序，将自行车圈数据换算成公里数SSS:M OV19H,#64HMOV18H,#00HMOV17H,#00HMOV16H,#00HMOV11H,#00HMOV12H,#00HMOV13H,62HMOV14H,61HMOV15H,60HLCALLDIVSTLCALLBCDSTMOVA,25HANLA,#0FHMOV70H,AMOVA,25HSWAPAANLA,#0FHMOV71H,AMOVA,24HANLA,#0FHMOV72H,AMOVA,24HSWAPAANLA,#0FHMOV73H,ARET;VVV PROGRAM;时速处理程序，最大显示速度为99KM/H （用作自行车）VVV:MOV18H,68HMOV17H,69HMO