单片机测速设计说明

1、自行车智能测速设计姓 名：吴长华 指 导 教 师： 程秀玲 系 别： 电子电气工程系 专 业： 应用电子技术航空职业技术学院2012年4月摘要随着科技的迅速发展，单片机的应用也越来越广泛，并带动传统控制检测技术不断更新。现在的车速表大多是电子式的，用LED数码管或LCD即时显示，显示更加直观。电子式车速表采用接触车速传感器代替软轴传动,可使车速表的安装位置不受距离限制，进一步有效地克服了机械式车速表中的诸多不足。本次设计给出了以AT89S52为核心，利用单片机的运算和控制功能，并采用系统化LCD显示模块实时显示所测速度的设计方案以与系统软件。该方案由于使用了LCD显示模块，以与高效快速算法，因

2、而可在节约系统资源和简化程序设计的基础上保证测量精度和系统实时性 。速度显示部分采用LCD显示,因而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。案实现了电动车速度即时显示。关键词：单片机；霍尔传感器；LCD显示AbstractAlong with the quick development of science and technology, the application of SCM and more extensive, drive traditional control test technology constantly updated. Now the sp

3、eed table is mostly electronic, use LED digital tube or LCD instantly shows, show more intuitive. Electronic speed table by using the contact speed sensor instead of soft shaft transmission speed table, can make the installation position of not affected by distance limit, further effectively overcom

4、e the speed to the table of mechanical some shortcomings. This design is given based on AT89S52 as the core, of the microcontroller calculation and control function, and by using the systematic LCD display module real-time display measured the speed of design program and system software. The scheme

5、by using LCD display module, and quick and efficient algorithm, thus in saving system resources and simplify programming based on guarantee measuring precision and real-time system. Speed shows part adopts LCD display, thereby saving the required microcontroller mouth lines and peripheral equipments

6、, simultaneously also simplifies shows part of the software programming. Case realized the electric car speed instantly shows. Keywords: SCM, Hall sensors; LCD display37 / 37目录第一章 绪论51.1 选题背景51.2 研究意义51.3 研究容6第二章 总体方案设计7第三章 系统单元模块概述83.1 传感器选择83.2 单片机选型103.3 显示模块选型123.4 速度算法概述13第四章 系统硬件设计184.1 单片机的功能

7、与其引脚184.2 液晶显示电路的原理与设计244.3 霍尔传感器电路设计244.4 数据处理过程29第五章 系统仿真分析32第六章 系统软件设计33第七章 总结与展望34致35参考文献36附录137附录238第一章 绪论1.1 选题背景在全球倡导绿色环保的大趋势下，我国加大了对车辆排放和噪声的管理，由于电动自行车具有无污染、低噪声和轻便快捷等优点，是一种绿色环保的交通工具。随着我国城市规模的迅速扩大与农村道路的日益改善，长期依靠脚踏自行车的人们将会把目标转向电动自行车，对电动自行车需求也会越来越大。人们对环境的关注以与相关技术的更新，有力地促进了电动自行车的发展。我国电动车的研究相比欧美国家

8、起步较晚。直到上个世纪90年代中期，我国才掀起开发研究的高潮，但主要集中在、广东等地，到90年代后期基本覆盖全国主要经济发达地区如江、浙江、山东等省。虽然我国电动车研究起步晚，但从技术角度来看，我们并不落后于世界。我国电动自行车产业基本保持与世界同步发展水平。1.2 研究意义传统的机械式车速表是由旋转磁场作用于转动盘，使转动盘连同车速表指针发生同向的偏转。当电磁转矩与弹簧产生的阻力矩平衡时，指针偏转停留在某一角度上。指针偏转角与车速成正比，因而可用其表示车速。机械式车速表的缺陷是明显的。由于表盘指针偏转程度正比于软轴的转动时产生的磁力，当转速较低的时候，磁力较小，随转速变化波动较大。因此，低速

9、时车速表指针摆动剧烈、测量与显示精度不高。对于发动机后置的车辆，要将车速表指针的偏转动力由变速箱经软轴等传至驾驶室，软轴必然布置的较长，如何将这种长长的转动软轴从结构上布置妥当，肯定是一件十分困难的事情。现在的车速表大多是电子式的，用LED数码管或LCD显示，使速度显示更加直观。采用接触车速传感器代替软轴传动,可使车速表的安装位置不受距离限制,有效地克服了机械式车速表中的诸多不足。电子式车速表更加智能，车速表的功能也更加人性化，如加上了里程累计、超速提醒等功能。1.3 研究容 本设计以AT89S52为核心，通过霍尔传感器来检测自行车的运转情况进而实现电动自行车的速度，并实时监测当前温

10、度，最后用LCD能直观的将速度、温度显示给用户，从而弥补了机械式的缺点。主要研究容:温度测量系统：1、能够实现温度测量2、用液晶显示器显示3、做实物4、能够显示时间测速系统：1、能够测量速度2、用液晶显示器显示3、做实物第二章 总体设计方案本速度里程表由信号预处理电路、AT89S52单片机、LCD显示电路、温度采集电路和系统软件组成。速度显示采用LCD显示模块, 所得的数据直接传送到单片机，因而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。系统软件包括单片机和液晶模块的初始化模块、液晶模块的写数据/ 命令子模块、周期测量模块、温度采集模块、速度里程计算模块、速度和里程显示

11、数据转BCD 码模块、显示数据消多余零模块、数据显示模块以与实时中断服务模块等。该设计能实时地将所测的速度、温度显示出来。该速度表能将传感器输入到单片机的脉冲信号的宽度(传感器将车速转变成相应宽度的脉冲信号) 实时地测量出来,然后通过单片机计算出速度, 并由LCD显示模块实时显示出所测速度。设计时, 应综合考虑测速精度和系统反应时间。本设计用测量脉冲频率来计算速度, 因而具有较高的测速精度。为了保证系统的实时性, 系统的速度转换模块和显示数据转BCD 码模块都采用快速算法。另外, 还应尽量保证其它子模块在编程时的通用性和高效性。本设计的速度和里程值采用LCD显示。系统方框图如图2-1所示。温度

12、传感器霍尔传感器信号传输单片机AT89S52LCD显示电源图2-1 系统方框图第三章 系统单元模块概述3.1 传感器选择方案一、光电传感器。光电传感器是应用非常广泛的一种器件，各种各样的形式，如透射式、反射式等，基本原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。以透射式为例，如图3-1所示，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，否则打开。为此可以制作一个遮光叶片如图3-2所示，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。图3-1 光电传感器的原理图图3-2 遮光叶片将光敏电阻安装在自行车前又的一侧，在同等高度的另一侧安上一个

13、高亮度的发光二极管。在同等高度的辐条上贴上一圈黑色材料，并在黑色材料上打上等间距的小孔，这样当小孔经过光敏电阻时，光敏电阻根据光电流的变化发出脉冲，从而测量里程。方案二、光电编码器 光电编码器的工作原理与光电传感器一样，不过它已将光电传感器、电子电路、码盘等做成一个整体，只要用连轴器将光电传感器的轴与转轴相连，就能获得多种输出信号。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。如图3-3所示，是某光电编码器的外形。图3-3 成品光电编码器将旋转编码器安装在车轴上，这样每当车轮转过一定的距离编码器就会发出一个脉冲。利用脉冲数对

14、里程进行测量。方案三、霍尔传感器霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040、A04E等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压围宽，使用非常方便。图3-4 霍尔元件和磁钢实际图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，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出, 单片机根据脉冲数来计算里程。霍尔元件和磁钢如图3-4所示。在粘磁钢时要注意，霍尔

15、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。光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光源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，如果光敏电阻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测量；在雾天和雨天光敏电阻的测量的效果也不好。而编码器必须安装在车轴上，这样安装就会给用户带来很多不便。霍尔元件不受天气的影响，即便被泥沙或灰尘覆盖对测量也不会有任何影响。由霍尔元件加整形电路构成的霍尔开关系统，具有输出响应快，数字脉冲性能好，安装方便，性能可

16、靠，不受光线、泥水等因素影响，价格便宜的优点。所以本设计采用方案三霍尔传感器。（型号A441）温度传感器直接选择DS18B20，为数字式，使用灵活，直接和单片机相连，为单总线，单片机只要按照时序写程序，就能读取当前的温度数据。3.2 单片机选型 AT89S52/LS51单片机是低功耗的、具有4KB在线课编程Flash存储器的单片机。它与通用80C51系列单片机的指令系统和引脚兼容。片的Flash可允许在线重新编程，也可使用非易失性存储器编程。他将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能性价比的微控制器。 AT89S52/LS51具有如下特性：-片

17、程序存储器含有4KB的Flash存储器，允许在线编程，檫写周期可达1000次；-片数据存储器含128字节的RAM；-I/O口具有32根可编程I/O线；-具有两个16位I/O线；-中断系统具有6个中断源、5个终端矢量、2个中断优先级的中断结构；-串行口是一个全双工的串行通信口；-具有两个数据指针DPTR0和DPTR1；-低功耗节电模式有节电模式和掉电模式；-包含3级程序锁定位；-AT89S52的电源电压为4.0-5.5V，AT89LS51的电源电压为2.7-4.0V；-振荡器频率0-33MHz（AT89S52），0-16MHz(AT89LS51);-具有片看门狗定时器；-灵活的在线片编程模式（字

18、节和页编程模式）；-具有断电标志模式POF；89S51 相对于89C51 增加的新功能包括： - 新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89C51 更低！ - ISP 在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。 - 最高工作频率为33MHz，大家都知道89C51 的极限工作频率是24M，就是说S51 具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。 - 具有双工UART 串行通道。 - 部集成看门狗计时器，不再需要像89C51 那样外接看门狗计时器单元电路。 - 双数据指示器。 - 电源关闭标识。 - 全新的加密算法，

19、这使得对于89S51 的解密变为不可能，程序的性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 - 兼容性方面：向下完全兼容51 全部字系列产品。比如8051、89C51 等等早期MCS-51 兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051 还是89C51 还是MCS-51 等等），在89S51 上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。 3.3 显示模块选型单片机系统中常用的显示器有：发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器等。在这里由于单片机测速系统比较简单，所以直接选用了LCD显示器。方案一 LED静态显示器。静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一

20、个8位数据线来保持显示字形码。当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。这种方法的优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。方案二、LED动态显示器。动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。这样一来，就没有必要每一位数码管配一个锁存器，从而大简化了硬件电路。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。 方

21、案三、用液晶显示器LCD显示信息。LCD显示器工作原理就是利用液晶的物理特性；通电时排列变得有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过，说简单点就是让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。 LCD的好处有：与CRT显示器相比，LCD的优点主要包括零辐射、低功耗、散热小、体积小、图像还原精确、字符显示锐利等。在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表与很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。发光管和LED数码管比较常用

22、，软硬件都比较简单，在前面章节已经介绍过，在此不作介绍，本章重点介绍字符型液晶显示器的应用。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：显示质量高由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。数字式接口,液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。 体积小、重量轻 液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比一样显示面积的传统显示器要轻得多。功耗低,相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其部的电极和驱动IC上，因而耗

23、电量比其它显示器要少得多。所以我们在这个系统中采用动态LCD。(型号1602) 图 3-5 LCD1602实物图3.4 速度算法概述速度测量是工控系统中最基本的需求之一，最常用的是用数字脉冲测量某根轴的转速，再根据机械比、直径换算成线速度。脉冲测速最典型的方法有测频率(M法)和测周期(T法)。M法是测量单位时间的脉数换算成频率，因存在测量时间首尾的半个脉冲问题，可能会有2个脉的误差。速度较低时，因测量时间的脉冲数变少，误差所占的比例会变大，所以M法宜测量高速。如要降低测量的速度下限，可以提高编码器线数或加大测量的单位时间，使用一次采集的脉冲数尽可能多。T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从

24、而得到频率。因存在半个时间单位的问题，可能会有1个时间单位的误差。速度较高时，测得的周期较小，误差所占的比例变大，所以T法宜测量低速。如要增加速度测量的上限，可以减小编码器的脉冲数，或使用更小更精确的计时单位，使一次测量的时间值尽可能大。本系统采用多倍周期法。M法、T法各且优劣和适应围，编码器线数不能无限增加、测量时间也不能太长(得考虑实时性)、计时单位也不能无限小，所以往往候M法、T法都无法胜任全速度围的测量。因此产生了M法、T法结合的多倍周期法：低速时测周期、高速时测频率。当车轮转动时，霍尔元件输出连续脉冲信号，此时的车速计算就是将脉冲频率转换为车轮的转速。目前，常用的转速计算方法有以下几

25、种：频率法、周期法和多倍周期法。在总结多倍周期法的计算原理，分析计算误差的基础上，提出了一种新的转速计算方法-转速计算的精度自适应方法。这种方法在保证各频带转速计算精度的同时，也能满足本系统检测的实时性的要求，较好地克服了传统转速计算方法的局限性。轮速V计算公式见式（3-1）： V=(2/z)f （3-1）式中r滚筒半径；z磁片数量；f转速脉冲频率。对于确定的系统，2z为常数，所以车速计算的误差分析转换成转速输出脉冲频率的误差分析。对于转速低频测量，周期法有较高的精度，而对于转速高频测量，频率法有较高精度。因此如果把周期法与频率法结合起来，采用转速脉冲周期倍乘的措施，可以展宽转速测量围，提高测

26、量精度。这就是多倍周期法。转速脉冲信号按固定分频数进行分频，使得被测周期得到倍乘，计算转速脉冲频率f： （3-2）式中周期倍乘数；实际转速输出脉冲信号的周期；T分频脉冲周期。在实际的软件实现过程中，分频脉冲周期T总是换算成N 个时标信号周期进行计算，这时可认为，代入式(2-2)有： （3-3）由于采用转速周期倍乘措施，这样所测得的.为个转速脉冲周期的平均值。由于每个转速脉冲周期都存在着的误差，如磁片在滚筒端面的圆周边缘分布不均匀等，有正有负，所以取个转速周期的平均值的误差必然小于单个周期的误差，从而提高了转速测量的精度。转速计算多倍周期法对于不同转速频率围都能达到很高的测量精度。但是，由于这种

27、方法对低频转速脉冲信号进行了倍乘，所以，多倍周期法在提高高额转速计算精度的同时，拉大了低频转速计算的时间间隔，从而降低了低速检测时的实时性。具体测量原理如图3-5所示。图3-6 多倍周期法测量原理图此方法是以多倍周期法为基础，并结合转速的计算精度和检测的实时性的要求设计完成的。这种方法和多倍周期法的区别在于多倍周期法的转速脉冲倍乘数为固定值，造成了低速计算实时性差的歃点，而精度自适应方法则克服了这一缺点，在保证高速、低速计算精度的同时，很好地保证了低速检测的实时性。此方法关键是式(3-2)中值的选取，须根据精度的要求和时间限制等条件来确定。首先，为保证检测的实时性，设定最大的测试周期为，由时问

28、限制条件可以确定的上限值为：（3-4） 然后，根据精度要求的限制条件，可求出的下限值。由式(3-3)可得： （3-5） 由式(3-5)可知，测量误差来自两部分：一部分是时标信号脉冲计数误差/N，这种误差即±1字误差，此时dN=士1；另一部分为时标精度误差,这是一种常值误差，通常单片机用晶体振荡器定时，精度相当高，保证在以下，所以此项误差一般可以忽略。根据以上分析，误差主要来自时标信号脉冲计数误差，即： （3-6）若精度要求为a%，即：（3-7） (3-8)综合式(3-4)和式(3-8)，即可确定值: (3-9)在实际计算过程中，以每个测试周期中的第一个转速周期作为求解值的试算脉冲。得

29、到的下限值，再由测试周期计算出的上限值，从中取一个合适的整数值，作为当前测试周期的转速脉冲分颓值 由于固定转速计算精度，所以转速越高，值越大，转速越低，值越小。这样，既保证了转速计算精度，又提高了低速检测的实时性。由于在具体的检测系统中是已知的，由式(3-4)可知，求的上限值只须求出此测试周期的值。利用AT89C2051单片机中的定时器计数器T。的门控位GATE测量INTO(P3.2)引脚上出现的转速脉冲宽度的值即为转速脉冲宽度的2倍。同理，利用的值可求出的下限值。然后再用插值法从下限值和上限值得到一个整数值即为当前测试周期的分频值。求出值后，再按多倍周期法的转速计算公式，利用AT89S52单

30、片机的定时器计数器在时间，对时标脉冲进行计数，其值为N，这样即可精度自适应方法的软件设计关键在于计算出每个测试周期的的值求出车速第四章 系统硬件设计4.1 单片机的功能与其引脚 51系列单片机8031、8051与89c51/89s51均采用40Pin封装的双列直接DIP结构。上图是它们的引脚配置:40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：1、电源引脚Vcc40脚正电源脚，工作电压为5V，另有AT89LV51工作电压则是2.7-6V, 引脚功能一样。GND20接地端 2.外接晶体引脚Pin19:

31、时钟XTAL1脚， Pin18:时钟XTAL2脚，XTAL1是片振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz选择。电容取30PF左右。型号同样为AT89C51的芯片，在其后面还有频率编号，有12,16,20,24MHz可选。大家在购买和选用时要注意了。如AT89C51 24PC就是最高振荡频率为24MHz,40P6封装的普通商用芯片。3.复位RST9在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电

32、平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的0000H处开始运行程序。常用的复位电路如下图所示。复位操作不会对部RAM有所影响。当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。什么叫复位？复位是单片机重新执行程序代码的意思。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电期间，此脚可接上备用电源，以保证单片机部RAM的数据不丢失

33、。输入输出(I/O)引脚：Pin39-Pin32为P0.0-P0.7输入输出脚，称为P0口，是一个8位漏极开路型双向I/O口。部不带上拉电阻，当外接上拉电阻时，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载电路。通常在使用时外接上拉电阻，用来驱动多个数码管。在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线，不需要外接上拉电阻。Pin1-Pin8为P1.0-P1.7输入输出脚，称为P1口，是一个带部上拉电阻的8位双向I/0口。P1口能驱动4个LSTTL负载。通常在使用时外不需要外接上拉电阻，就可以直接驱动发光二极管。端口置1时，部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。4

34、.其它的控制或复用引脚(1) ALE/PROG 30 访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的1/6)。在访问外部数据存储器时，出现一个ALE脉冲。对Flash存储器编程时，这个引脚用于输入编程脉冲PROG(2) PSEN 29 该引是外部程序存储器的选通信号输出端。当AT89C51由外部程序存储器取指令或常数时，每个机器周期输出2个脉冲即两次有效。但访问外部数据存储器时，将不会有脉冲输出。(3) EA/Vpp 31 外部访问允许端。当该引脚访问外部程序存储器时，应输入低电平。要使AT8

35、9S52只访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH）,这时该引脚必须保持低电平。对Flash存储器编程时，用于施加Vpp编程电压。看到这您对AT89S52引脚的功能应该有了一定的了解了，引脚在编程和校验时的时序我们在这里就不做详细的探讨，通常情况下我们也没有必要去撑握它，除非你想自己开发编程器。5 引脚功能：    MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布请参照-单片机引脚图： l P0.0P0.7 P0口8位双向口线（在引脚的3932号端子）。 l P1.0P1.7 P1口8位双向口线（在引脚的18号端子）。

36、60;l P2.0P2.7 P2口8位双向口线（在引脚的2128号端子）。 l P3.0P3.7 P2口8位双向口线（在引脚的1017号端子）。    这4个I/O口具有不完全一样的功能，大家可得学好了，其它书本里虽然有，但写的太深，初学者很难理解，这里都是按我自已的表达方式来写的，相信你也能够理解。P0口有三个功能：  （1）、外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中的D0D7为数据总线接口）  （2）、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的A0A7为地址总线接口）  （3）、不扩展时，可做一般的I

37、/O使用，但部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 P1口只做I/O口使用：其部有上拉电阻。P2口有两个功能：      1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用      2、做一般I/O口使用，其部有上拉电阻；P3口有两个功能：    除了作为I/O使用外（其部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。    有部EPROM的单片机芯片（例如8751），为写入程序需提供专门的编程

38、脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的，    即：编程脉冲：30脚（ALE/PROG）    编程电压（25V）：31脚（EA/Vpp）    接触过工业设备的兄弟可能会看到有些印刷线路板上会有一个电池，这个电池是干什么用的呢？这就是单片机的备用电源，当外接电源下降到下限值时，备用电源就会经第二功能的方式由第9脚（即RST/VPD）引入，以保护部RAM中的信息不会丢失。    （注：这些引脚的功能应用，除9脚的第二功能外，在“新动力2004版”学习套件中都有应用

39、到。）    在介绍这四个I/O口时提到了一个“上拉电阻”那么上拉电阻又是一个什么东东呢？他起什么作用呢？都说了是电阻那当然就是一个电阻啦，当作为输入时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源；所以如果P0口如果作为输入时，处在高阻抗状态，只有外接一个上拉电阻才能有效。ALE/PROG 地址锁存控制信号：    在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。（在后面关于扩展的课程中我们就会看到8051扩展 EEPROM电路，在图中ALE与74LS373锁存器的G相连接，当

40、CPU对外部进行存取时，用以锁住地址的低位地址，即P0口输出。ALE有可能是高电平也有可能是低电平，当ALE是高电平时，允许地址锁存信号，当访问外部存储器时，ALE信号负跳变（即由正变负）将P0口上低8位地址信号送入锁存器。当ALE是低电平时，P0口上的容和锁存器输出一致。关于锁存器的容，我们稍后也会介绍。在没有访问外部存储器期间，ALE以1/6振荡周期频率输出（即6分频），当访问外部存储器以1/12振荡周期输出（12分频）。从这里我们可以看到，当系统没有进行扩展时ALE会以1/6振荡周期的固定频率输出，因此可以做为外部时钟，或者外部定时脉冲使用。PORG为编程脉冲的输入端：在第五课单片机的部

41、结构与其组成中，我们已知道，在8051单片机部有一个4KB或8KB的程序存储器（ROM），ROM的作用就是用来存放用户需要执行的程序的，那么我们是怎样把编写好的程序存入进这个ROM中的呢？实际上是通过编程脉冲输入才能写进去的，这个脉冲的输入端口就是PROG。PSEN 外部程序存储器读选通信号：在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作。    （1）、部ROM读取时，PSEN不动作；    （2）、外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次；    （3）、外部RAM读取时，两个PS

42、EN脉冲被跳过不会输出；    （4）、外接ROM时，与ROM的OE脚相接。    参见图2（8051扩展2KB EEPROM电路，在图中PSEN与扩展ROM的OE脚相接）EA/VPP 访问和序存储器控制信号    1、接高电平时：        CPU读取部程序存储器（ROM）        扩展外部ROM：当读取部程序存储器超过0FFFH（8051）1FFFH（8

43、052）时自动读取外部ROM。    2、接低电平时：CPU读取外部程序存储器（ROM）。在前面的学习中我们已知道，8031单片机部是没有ROM的，那么在应用8031单片机时，这个脚是一直接低电平的。    3、8751烧写部EPROM时，利用此脚输入21V的烧写电压。RST 复位信号：    当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器的0000H单元读取第一条指令码。XTAL1和XTAL2 ： &

44、#160;  外接晶振引脚。当使用芯片部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。VCC：电源+5V输入VSS：GND接地。4.2 液晶显示电路的原理与设计1液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。2液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有

45、多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。3液晶显示器各种图形的显示原理:线段的显示点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显

46、示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让

47、控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号与每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号与每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。4 LCD1602简介功能简介:其液晶模块部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了1

48、60个不同的点阵字符图形，每一个字符都有一个固定的代码。LCD1602以其微功耗、体积小、显示容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。外形尺寸（LxWxH）80.0x36x12.0 视域尺寸(WxHxT) 64.5x13.8驱动电压(V) 5.0V or 3.3V     工作温度:(oC) 050 or -2070  存储温度:(oC) -1060 or -3080显示类型: STN or FSTN 颜色: 蓝色(带背光) 生产工艺: SMT其主要技术参

49、数为：显示容量：4.55.5V；工作电流：2.0mA（5.0V）模块最佳工作电压：5.0V字符尺寸：2.95×4.35（WXH）mm1602采用标准的16脚接口，其管脚定义如下:第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平

50、RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光电源接5V正电压。第16脚：背光电源接地。1602的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。液晶模块部的控制器共有11条控制指令，其指令具体功能介绍如下：指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显

51、示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表

52、示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。5 单片机与LCD的连接图5 液晶显示模块和单片机AT89C51直接接口连线电路图4.3 霍尔传感器电路设计在信号脉冲发生源上，本系统采用的是开关型霍尔传感器。以磁场作为媒介，利用霍尔传感器可以检测多种物理量，如位移、振动、转速、加速度、流量、电流、电功率等。它不仅可以实现非接触测量，并且采用永久磁铁产生磁场，不需附加能源。另外霍尔传感器尺寸小、价格便宜、应用电路简单、性能可靠，因而获得极为广泛的应用。除了直接利用霍尔传感器外，还利用它开发出各种派生的传感器。金属或半导体薄片的两个端面通以控制电流Ic，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，则

53、在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势Uh，称为霍尔电势或霍尔电压(如图l所示)。霍尔电势Uh=KhIcB(其中Kh为霍尔元件灵敏度，它与所用的材料与几何尺寸有关)。这种现象称为霍尔效应，而用这种效应制成的元件称为霍尔元件。由于霍尔元件输出的电压信号较小，并且有一定温度误差，目前已较少直接使用霍尔元件作传感器。霍尔传感器原理图如图4-6所示。图4-6 霍尔传感器磁场效应本系统采用开关型霍尔传感器A04E。开关型霍尔传感器是一种集成传感器，它部含有霍尔元件、放大器、稳压电源、带一定滞后特性的比较器与集电极开路输出部分等，如图4-7所示。 图4-7 开关型霍尔传感器部结构图开关型霍尔传感器的工作特性

54、如图4-8 所示。图4-8 开关型霍尔传感器工作特性当外加的磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出低电平，但磁感应强度降到动作点Bop以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRE时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与Bre之间的滞后(或称为回差)使开关动作更为可靠。 图4-9 霍尔传感器检测转速示意图霍尔传感器检测转速示意图4-9如下。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率，就可以得出圆盘的转速。同样道理，根据圆盘(车轮)的转速，再结合圆盘的周长就是计算出物体的位移。如果要增加测量位移精度

55、，可以在圆盘(车轮)上多增加几个磁钢。由于传感器部为集电极开路输出，所以需外接一个上拉电阻，其阻值与电源电压大小有关，一般取12k，如图4-10所示。图4-10 传感器输出电路4-18 速度显示电路4.4 数据处理过程待测信号经预处理电路后加至单片机的P3. 2( INT0) 引脚可为单片机测量信号周期提供有效的输入信号。单片机通过检测P3.2引脚电平来决定是否启动测量周期程序。当该引脚为高电平时,系统处于等待状态，要一直到该引脚出现低电平时才开始测周期。测量时首先将零赋给THO、TL0 两个寄存器以将定时器T0 的运行控制位TR0 置位，同时也将ET0 置位以允许定时器T0 中断。然后再判断

56、P3. 2 引脚是否还为低电平，如为低电平则等待,直到出现高电平再开始判断P3. 2 引脚是否为低电平，当其不是低电平时再等待。一旦出现低电平，则立即复位TR0终止定时器,以结束测周期程序。测周期过程中可能会发生定时器T0 的中断，每发生一次中断则将R0 寄存器加一，因此R0 实际上是周期值的高字节。测出的周期值存储在R0、TH0、TL0 三个寄存器中,然后将其转换成速度。速度是用车轮的周长除以脉冲周期得到的。由于所测周期的单位是s，因此在相除转换时应将被除数扩大106 倍，以保证得出正确的速度。将显示的速度放到R1、R2、R3 三个寄存器后即可调用转换BCD 代码模块，以将数据值转换成压缩的BCD代码并显示处理。考虑到对响应时间的要求，BCD 代码模块采用快速算法。数据转变成相应的压缩BCD 代码后，可调用显示消多余零和显示数据存储模块，并将要显示的数据值通过查表转换成相应的数据显示缓冲区以备显示。第五章