【《基于STC89C52单片机的计步器设计》13000字（论文）】

绪论1.1课题背景及研究意义在2010年7月11日，第11届国际肥胖症大会，在瑞典首都斯德哥尔摩召开。在该大会当中进行讨论了肥胖症患者的基本现状，同时也对其研究报告进行了一定的讲解，通过在该会议上的报告显示，目前全球身体超重患者已经达到了10亿人以上，并且肥胖症患者已经达到了4.75亿在进行肥胖症研究的过程当中，大会的主席根据相应的[[]李永祥.渐行渐近的压电发电技术[N].中国科学时报,2011,5,11(3).][]李永祥.渐行渐近的压电发电技术[N].中国科学时报,2011,5,11(3).基于以上研究的报告可以得出，在日常生活当中进行适量的锻炼是十分必要的，然而在进行锻炼的过程当中，该种运动量是很难进行度量的，通常情况下是一个主观的概念，在进行体育锻炼的过程当中，有可能会因为少量的运动而停止锻炼，如果是在进行锻炼的时候有目的的进行减肥，或者是进行相应的康复，则会增大其运动的量，在运动过量的时候可能会又造成一系列的问题，例如当运动过量的时候会造成肌肉力量的下降，同时也会使身体的协调性以及身体的工作能力大幅度的降低。锻炼者的睡眠质量下降，同时其抵抗力以及身体的素质都会降低，对人体造成重大的损伤。因此在进行运作的过程当中，需要保证适量的体育运动方式，防止因为运动不足或者是运动过量而造成其身体的损伤，因此在进行运动的时候，则需要使用一种便携式的运动装备来进行监测日常的活动参数信息，在进行监测人体运动的时候，计步器变成一个很好的检测装置，计步器能够在进行应用的过程当中满足用户的监测需求，并且能够提高用户在进行运动时其具体的量的掌握运动规划，并且起到增强身体免疫力的作用[[]JungWS,LeeMJ,KangMG，etal.Powerfulcurvedpiezoelectricgeneratorforwearableapplications[J].NanoEnergy,2015,13:174-181.[]JungWS,LeeMJ,KangMG，etal.Powerfulcurvedpiezoelectricgeneratorforwearableapplications[J].NanoEnergy,2015,13:174-181.近几十年来，随着科学技术的不断进步与发展，各种传感器技术以及处理器技术，都得到了快速的发展，计步器作为一种检测装置，在进行运动或者体育锻炼的时候起着重要的作用，该种计步器在进行应用的过程当中，在国外其发明的比较早，因此受到欢迎的程度也比较高，随着我国近几年来生活水平的不断增高，我国国内的肥胖症患者也逐渐增多，人们开始更加注重于自身健康意识的关注，在进行使用的时候，通过相应的便携式设备可以实现自身参数的实时采集，并且能够根据设备掌握自己的运动状况此具有较高的实用性，计步器在进行应用的过程当中，其最基本的功能就是能够统计运动的步数能够在使用者进行散步或者跑步以及上下楼梯的时候，都能够进行精准的采集进行计算总体的运动步数信息，除此之外计步器在进行运动的时候还可以计算相应的运动距离。能够使运动者更加关注于自身参数的变化，同时对于其距离以及卡路里的消耗问题进行直观的显示，便于健康人员进行针对性的健康规划训练。计步器作为一种重要的设备，在日常的生活当中起着重要的作用，对于健康人的体育锻炼以及患者的康复都起着一定的监护作用，很多人在进行该设备研究的过程当中，发现运动的参数信息与指标之间存在着较大的误差，有很多的上班族在进行体育锻炼的时候，主要是通过伸展双臂以及原地跳动的方式来进行缓解压力，在本内容当中则是设计了一款高精度型温度传感器，该温度传感器进行实时的采集数据信息，并且可以根据相应的引脚来进行该套系统的规划问题，几年来可穿戴设备也得到了快速的应用，同时可穿戴的设备种类也在不断的增多，人们在进行使用的时候对其要求性也在逐渐增加，很多人都希望在进行体育锻炼的时候，能够将检测装置配置在人体的手腕上，该种佩戴能够使运动人员进行实时的查看[[]FuhYK，HoHC.Highlyflexibleself-poweredsensorsbasedonprintedcircuitboardtechnologyforhumanmotiondetectionandgesturerecognition[J].Nanotechnology,2016,27:1-9.][]FuhYK，HoHC.Highlyflexibleself-poweredsensorsbasedonprintedcircuitboardtechnologyforhumanmotiondetectionandgesturerecognition[J].Nanotechnology,2016,27:1-9.1.2课题国内外研究现状在上个世纪60年代的中期，日本人就开始进行研究相关的计步器的价值，以及对计步器的时候你利用的装备。这种球材在进行使用的过程当中能够进行快速的数据采集以及能够进行较高精度的摆动，但是在这种运动的时候，由于人体运动速度过快，或者有些车可能能不便于使用现有的温湿度传感器材，因此在进行工作的时候无法进行运用。当前市面上所出售的计步器多以电子式为主，电子式计步器在设计上，使用单片机为核心处理器进行处理相关数据，就在这方面，大部分都采用加速度传感器进行，感应运动带来的加速度变化，然后在算法当中进行识别以及滤除杂波部分，进行相应的运动数值计算，该怎么放手去不去，比传统意义的机械计步器精度更高，同时使用的传感器能够进行测量三个不同方向的轴运动，这种测量方式不受佩戴者的影响，同时抗干扰能力较强，在进步及发展的历程当中出现了一些比较有名的品牌，例如华为，小米，这些品牌在设计的过程当中均使用传感器进行检测运动，例如产品当中包含了一个速度计以及磁感应装置等各种相应的传感器，通过创新的采集，将数据发送到处理器当中，处理器将该数据进行相应的处理，以实现计步的功能。目前市面上所售卖的计步器齐品品牌型号比较多，例如美国的安康码西娅以及日本的卡西欧欧姆龙西铁城等等，我国国内的生产厂商，其中品牌众多，有绿色的康都等等这些品牌的红外进步传感器在进行使用的时候，都能够针对于温度的检测以及记录的功能作出选择。在进行设计计步器的过程当中，取研究的方式比较多，在进行研究的时候开始不断融入新的控制技术，以及新新的控制手段来进行系统的测试。在进行设计的过程当中，在进行计步器检测的时候，目前来说有很多的问题还需要进行研究，例如在进行检测的时候，有很多的检测装置需要提高其检测的精准度，不仅需要利用相应的脉搏等一些简单的传感器，还需要利用加速度传感器来进行信号的判断以确定是否进行运动[[]ZhaoJJ,YouZ.AShoe-EmbeddedPiezoelectricEnergyHarvesterforWearableSensors[J].Sensor,2014,14:12497-12410.[]ZhaoJJ,YouZ.AShoe-EmbeddedPiezoelectricEnergyHarvesterforWearableSensors[J].Sensor,2014,14:12497-12410.在进行设计计步器的时候，通过选用功耗比较低的芯片，能够提高系统的用电功耗，能够大大增加其记录的时间，同时可以极大的降低其体积，在进行使用的过程当中，小米是一代智能手环系统。其内部的电容量仅为41毫安时，在进程续航的时候却能够达到30多天，在当时来说，下面一代手环可以是在功耗上表现最好的手段，并且在智能生活相关领域当中，大多数手环系统兼顾了功能以及其他方面的美观，使得生活的续航大大降低，在续航的时候一般情况下都是持续几天到十几天不等国外智能的运动生活，其时间续航为7天，国内比较知名的初创公司，bong2P智能手环，在进行续航的时候，其续航能够达到10天左右，同时智能运动鞋也是智能检测技术当中的。衍生品在智能计步器使用的时候，可以将其放在运动鞋里面进行应用。在后期日本以及相关的研究机构开始不断的设计新型的运动装置。用来监测人身体的各项参数信息，并只能够实现检测人运动的状态。智能运动手环，在进行官方设计的时候，可以极大的将系统的功耗控制在很低的水平上，一方面来说，智能手环主要是佩戴在人手上，另一方面，则是在进行功耗设计的时候，其功耗的整体性可以做到很低的水平，能够使其更加的精准，并且能够降低干扰源的产生。在国内外发展的过程当中，智能手环起到了很大的作用，能够对人类的日常规律进行监控，同时也能够对人的运动时间进行检测。在未来研究的过程当中，将会是越来越多科学家研究的方向之一。1.3课题研究任务和内容本次论文在进行设计的过程当中，根据所需要完成的功能来设计一套基于51单片机的智能记步控制系统，该系统的主要功能是能够利用51单片机以及传感器控制技术，实时采集人的运动状态信息，并且能够将该运动状态信息利用液晶显示器进行实时显示，当系统锻炼的时候也能够进行数据的保存[[]胡柳，何元庭，吴婷，等.压电发电技术的现状及展望[J].绿色科技,2010,(10):165-167.]，同时能够计算运动过程当中所产生的卡路里，并且根据相应的论文来设计该套[]胡柳，何元庭，吴婷，等.压电发电技术的现状及展望[J].绿色科技,2010,(10):165-167.本设计分为硬件与软件两大系统部分。在硬件部分主要设计五个部分，第一产品的供电系统，第二数据采集系统，第三单片机控制系统，第四液晶显示系统，第五按键输入系统。利用ad作图软件绘制出相应的电路原理图，然后根据电路原理图进行相应的硬件电路焊接。软件部分则包括三大部分，第一单片机对运动数据的采集部分，以及对数据进行相应的程序处理，第二部分将采集到的数据发送到液晶显示屏上进行显示。第三部采集按键输入数据，根据按键输入值进行功能操作。2基于单片机的计步器设计方案2.1系统的整体设计2.1.1硬件整体方案设计在该套系统进行工作的过程当中，计步器再进行采集数据的时候，主要是利用液压显示器进行实时数据的显示。但是由于在本次设计过程当中，所采用的单片机芯片为基本的结构，因此不是传统的开发板形式不具备液晶显示接口。为了解决各种现象，需要进行设计相应的液晶显示电路，并且通过液晶显示电路来进行改进其最基本的电路结构，再进行模块检测以及模块数据转换的过程当中，单片机可以直接进行数据的读取。在进行数据读取的过程当中，可以通过相应的串口通信协议来进行数据的转换，该种转换方式能够极大的降低开发的难度[[]ClercqMD.传感器、集成和电源管理的进步推动可穿戴技术的发展[J].电子产品世界,2016,(5):21-23.][]ClercqMD.传感器、集成和电源管理的进步推动可穿戴技术的发展[J].电子产品世界,2016,(5):21-23.该系统在进行整体功能设计的时候，首先需要将该系统分为两大部分进行处理，分别为应用系统部分以及软件系统部分。在进行硬件部分分类的过程当中，该套系统主要分为液晶显示器部分按键输入部分以及单片机处理器部分和传感器检测部分。同时还具备也将显示报警部分由以上几个部分进行组成，在系统进行数据处理及工作的过程当中，单片机在系统当中处于核心地位，对于算法的设计也有着重要的研究，通过系统硬件电路的焊接以及调试，才能够完成整个系统当中硬件部分的功能，使其实现各个部分的要求。如下图2.1所示：单片机控制系统电源指示灯单片机控制系统电源指示灯ADXL345ADXL345按键输入按键输入液晶显示器液晶显示器图2.1基于单片机的计步器设计系统框图（1）该套系统结构设计的过程当中。电源部分的主要功能是能够为整个系统进行供电，在选择电源部分的时候，需要充分考虑到其调试过程当中所可能遇到的问题以及所能够供的就稳定电压来源，在设计的过程当中需要不断的进行产品的改进，以使得该系统设计能够满足人们的使用需求，因此在进行选择电源的时候，一般情况下选择的电源为使用移动电源进行供电，以方便获取电源的来源。（2）按键输入的主要功能就是能够在系统当中进行设置相关的参数，该系统所需要的相关参数包含其清除系部的数据以及设置其位移的距离来进行提高其灵敏度，同时也能够设置人的体重信息，用来设置卡里鲁的消耗数值，因此按键的收入能够实现临机交互的功能，对于输入数值信息起到了作用[[]于寅虎.低功耗和小型化半导体器件掘金可穿戴设备市场[J].电子产品世界,2014,(Z1):13-15.[]于寅虎.低功耗和小型化半导体器件掘金可穿戴设备市场[J].电子产品世界,2014,(Z1):13-15.（3）在进行数据处理的过程当中，单片机在整个系统当中处于核心地位。单片机的主要功能就是能够进行实时数据的处理，并且在进行工作的过程当中可以对输入的信息进行判断，同时在进行处理之后可以进行输出控制，控制外部的LED以及控制外部的液晶进行工作。因此该套系统我在进行使用的时候，始终离不开单片机处理器的核心控制功能。（4）在采集完数据信息之后，需要利用相关的显示来进行显示操作，以方便实现人机交互的功能，在进行显示操作的过程当中，一般情况下系统当中需要利用一定的传感器材或者是使用相应的显示器材。所使用的显示器材为液晶显示器或者数码管利用该装置实现功能输出的主要作用。2.1.2软件系统方案设计该套系统在进行软件部分设计的时候，主要分为两大部分，首先就是对ADSL345进行数据的采集，在进行数据采集的时候，该部分的功能是进行判断是否进行运动的最主要功能之一，能够将该信号通过程序算法来进行读取到，并且通过单片机内部的数值判断来进行判断，是否为有效的部署，同时还需要能够进行数据的记录以及数据的相关运算，通过数据的设计以及数据方法的利用，才能够将计步器的基本功能所设计出来。同时另一方面的主要功能是能够利用显示装置进行数据的实时显示功能，在数据计算以及数据输出的过程当中，单片机控制器需要对显示装置做出更好的利用，将数据结果通过显示器的形式来进行实时刷新，一是使用者来获得该部分的主要数据功能。2.2传感器选择2.2.1加速度传感器选择在这系统进行运动的过程当中，需要利用相应的传感器材，实现对其不断的采集数据信息。因此需要选择合适的加速度传感器，加速度传感器在进行选择的时候，需要充分考虑到加速器的运算性能，同时也需要考虑其是否能够满足计步器的基本要求。在选择加速度传感器的时候，需要考虑其工作的性能以及部分的参数信息[[]蒋小梅，张俊然，赵斌，等.可穿戴式设备分类及其相关技术进展[J].生物医学工程学杂志,2016,(1):42-48.]，本次设计有两种加速度传感器能够进行使用，从中选择一款合适的传感器来进行，作为本次设计的产品应[]蒋小梅，张俊然，赵斌，等.可穿戴式设备分类及其相关技术进展[J].生物医学工程学杂志,2016,(1):42-48.方案一：MPU6050,该款处理器是加速度传感器是由美国相关公司所设计的一款六轴加速度传感器，该传感器的内部具有的较为丰富的功能，例如在该传感器的内部有一个三轴陀螺仪以及三轴加速度计，再进行采集相关运动信息的时候，能够获得较高精度的采集，在一般情况下该加速度传感器，主要是应用在相关的控制场合当中进行，使用例如在无人机当中得到了大量的应用，在进行使用的过程当中，该芯片与单片机之间采用了IIC的数据通信方式。利用各种通信方式的加速度传感器，能够进行快速的数据读取以及数据输出，同时具有较高的稳定性，在进行工作的过程当中，该芯片不易受到外界环境的干扰，在进行应用的时候，其在不同的场合之下，都能够保证具有较高的精准度以及稳定性，同时也不会对外部产生一定的干扰性，在进行使用的时候，该芯片具有较高的稳定性以及较低的功耗，在低功耗模式下，其静态电流能够达到3.6毫安左右，在加速度使用的情况下，其最高的电流能够达到50毫安，并且单片机在进行读取数据的时候，能够进行较快速度的转换，其读取的速度能够达到一兆赫兹以上，具有较快的通信方式，在该芯片的内部具有子个温度补偿装置，利用该温度补偿装置[[]耿怡，安晖，李扬，等.可穿戴设备发展现状和前景探析[J].电子科学技术,2014,(2):238-245.]，能够进行快速的速度转换以及数据的输出控[]耿怡，安晖，李扬，等.可穿戴设备发展现状和前景探析[J].电子科学技术,2014,(2):238-245.方案二：ADXL345:在adxl345加速度传感器的内部具有三个方向的加速度，利用三个方向不同的加速度可以实现对其任意方位的检测，并且在进行速度采集的过程当中，该模块需要与外部的传感器以及外部的电路进行相关的数字处理以及数字输出，在该过程当中才需要利用相应的变压器芯片以及放大整流电路，在该模块内部具有的较为稳定的工作原理及工作特性，在进行通信的过程当中，该系统也是采用了IIC的通信方式。使用该种通信方式的单片机处理器，能够很好的进行数据功能的运算以及数据功能的处理，并且在该模块的内部还有一个电压比较器和一个电压转换芯片，利用该电压转换芯片，能够将5伏电压直接输出到3.3伏芯片，再进行利用高电压的时候也能够进行超低功耗。并且在进行开发的过程当中，其数据结构较为简单，方便读取该数据信息的主要结果，在进行采集的时候也具有较高的精度。以上两种传感器在进行应用以及开发的时候都具有了各自的优点，因此需要对开发的难度以及性价比等方面进行综合分析，再考虑到其设计的成本是以及开发的难度，是决定使用方案二方案当中的ADXL345更便于进行产品设计的开发。2.2.2液晶显示器选择在进行改造产品进行设计开发的时候，在进行运动的过程当中，运动人员需要实时检测自己的运动状态以及运动的步数信息，则需要利用相适应的显示装置来进行完成该部分的显示。目前市面上所售卖的液晶显示装置比较多，需要从合适的选择期当中选择一款能够进行多数据显示的装置，并且具有较高的稳定性，在经过一系列的查阅相关资料之后[[]XinY,LiX,TianHY，etal.Shoes-equippedpiezoelectrictransducerforenergyharvesting:Abriefreview[J].Ferroelectrics,2016,493:12-24.[]XinY,LiX,TianHY，etal.Shoes-equippedpiezoelectrictransducerforenergyharvesting:Abriefreview[J].Ferroelectrics,2016,493:12-24.方案一：采用LCD1602液晶显示器

该液晶显示器在进行使用的过程当中，能够同时显示32个字符，在一般的场合使用过程当中，都能够满足设计需求，例如有些工业设计设备当中，经常使用标准液晶显示器进行显示数据信息，同时在一些小型的示波器或者是小型的仪表当中，也经常会使用该种显示器，该液晶显示器与单片机进行数据通信时，将液晶显示器的数据引脚与单片机的引脚进行连接，在连接的过程当中，可以根据设计的需求，来进行液晶显示器显示的操作，使得显示内容能够显示到指定的位置上，并且能够按照数据内容进行更新。LCD1602液晶显示器如下图2.2所示：图2.2LCD1602液晶显示器方案二：Lcd12864液晶显示器,该液晶显示器能够显示较多的数据内容，同时能够以较多的数据点来进行显示，在使用的过程当中，一般情况下，可以将数据内容或者是波形信息显示到该显示器上，并且能够以较快的刷新速率进行更新，在进行供电的时候，采用了与单片机相同电压的电源，能够使用其进行直接供电，并且不需要进行电压的特殊转换，在使用该液晶显示器的过程当中，该液晶显示器能够与单片机之间进行数据通信，采用并行通讯以及串行通讯两种方式，在一般情况下，经常使用串行通讯与单片机之间进行数据交换，畅行通讯占用的数据端口较少，方便进行硬件的设计，使用变声通讯，由于其线路较多，在使用的过程当中增加了工作量，同时还会产生不稳定性。LCD12864液晶显示器如下图2.3所示：图2.3LCD12864液晶显示器实物图经过分析上述两种方案决定利用方案一，LCD1602液晶显示器作为本次显示装置，利用该种选择其进行显示时，不仅能够降低成本，同时便于后期的程序开发工作。2.3MCU微处理器选择在进行工业产品设计的时候，目前来说市面上有很多的单片机控制器，可以进行选择使用，比如经常被应用于工业开发的FPGA处理器，DSP处理器，以及arm处理器，在进行选型的时候，需要根据设计的目的以及设计的功能来进行合适的选择，再考虑其处理性能的同时，还要需要考虑到其硬件成本，经过大量的选择，有以下两种方案可以进行挑选。方案一：使用STM32F103C8T6单片机该款的单片机在进行使用的过程当中，主要是为一些高性能产品开发所设计的，该芯片具有超低功耗的特点，同时采用了ARM架构技术，单片机的处理频率较高，能够达到72MHZ，同时能够根据内部的设置进行分频，在进行供电时，芯片的供电电压为3.3V，需要采用单独的电压转换电路为其进行供电，在进行设计外围电路的时候，其外围结构较为简单，该单片机控制器主要分为三种模式，分别为待机模式，休眠模式，以及停机模式，在进入超低功耗模式下，该款单片机能够进行正常的工作，内部的计算机也能够进行快速的运转，当触发单片机时能够快速进入正常状态，单片机内部资源较为丰富，能够提供AD值转化通道以及较为复杂的功能。单片机在进行开发应用的时候，所采用的调试软件为KEIL5，在进行程序开发以及校验的时候，可以使用该种软件进行在线仿真，通过在仿真过程当中，程序运行的步骤来进行查看各个计算器的数值，以此来进行程序的调整，同时给好单面机，在进行应用的过程当中具有较高的抗干扰性能[[]AlmusallamA，TorahRN，ZhuD，etal.Screen-printedpiezoelectricshoe-insoleenergyharvesterusinganimprovedflexiblePZT-polymercomposites.[C]PowerMEMS2013,London:UniversityofSouthampton,2013.]，能够在复杂的工业环境当中进行使用，可以提供大量的外部接口，例如DMA.SPI.IIC，在进行数据通信的时候还支持嵌入式开发，在该单片机的系统内部嵌入系统进行处理，该系统可以进行多线程的处理功能，并且该处理器具有较强的稳定性，能够在长时间的稳定当中进行执行各种程序，在进行电视器以及外部中断处理的时候，可以在外部中断的作用之下，快速从休眠模式进行唤醒，执行相应的程序，其具体的电路实物图如下图2.[]AlmusallamA，TorahRN，ZhuD，etal.Screen-printedpiezoelectricshoe-insoleenergyharvesterusinganimprovedflexiblePZT-polymercomposites.[C]PowerMEMS2013,London:UniversityofSouthampton,2013.图2.4STM32F103C8T6单片机实物图方案二：STC89C52单片机Stc89C52单片机是由我国国内生产厂家宏晶公司所生产的一款八位专用型的单片机处理器，该厂家在进行生产单片机处理器时，为了能够缩小单片机的体积以及降低单片机的功耗，采用了COMS生产工艺。该生产工艺的使用，使得该单片机能够在不同的工业环境当中得到大量的应用，并且能够极大的降低生产成本，喷剂的封装形式多种多样，有直插式包装以及贴片式封装，在进行选择封装形式的时候，可以根据其空间的大小来进行不同的使用，单片机在进行供电时采用了5伏供电方式，在通常使用情况下，可以使用USB或者是电脑端口进行功能调试，单片机一共有40个引脚，每个音节都能够进行相应的功能设计，并且有输入以及输出功能。该款单片机的内部资源较为丰富，在单片机的内部有多个端口能够进行输入以及输出不需要进行单独的配置，在进行应用的时候只需要对其进行定义，即可完成及应用的过程，单片机内部还有其他许多的内部资源，例如在该单片机的内部有三个独立的定时器，能够配置成两个8位或者是一个16位计数器来进行使用，在使用的过程当中，三个定时器之间互不干扰，该款单片机处理器还具有两个外部中断源，通过外部中断来进行，输入信息，能够进行快速的处理，单片机的时钟频率输入为0~40兆赫兹之间可以支持零赫兹输入，在进行程序开发时，由于该款单片机的内核采用了mcs-51内核，因此在进行代码移植或者是进行程序适配时，则可以降低开发的难度，方面开发人员直接进行代码的移植。在进行程序开发的时候，该款单片机支持多种开发方式，一般经常使用C语言或者汇编语言进行程序的写入，在进行外围电路设计的时候，还需要充分考虑到单片机的稳定性，该单片机所使用的编程软件为keil4，利用该软件能够实现程序代码的检验[[]程建华,袁书明.数字滤波器原理及应用[M].北京：国防工业出版社,2013.][]程建华,袁书明.数字滤波器原理及应用[M].北京：国防工业出版社,2013.图2.5STC89C52单片机实物图由上述两种方案可以得知，以上两种单片机处理器都具有非常优异的性能，相比于stm32单片机来说，其价格较为昂贵，在进行开发的时候，由于所使用的软件较特殊，因此开发难度较大，方案二当中stc89C52单片机由于其能够直接采用C语言进行程序的编写，再进行设计系统硬件电路的时候也较为方便，因此通过综合分析经过选型之后决定使用方案二作为本次系统设计的主程序设计框图。3基于单片机的计步器硬件系统设计3.1微处理器电路模块在整个单片机控制系统在工作的时候，由于单片机无法直接使用单个芯片来进行数据的处理，以及进行系统的工作内容，因此需要使用单片机最小系统，单片机最小系统是指能够使单片机进行运算处理以及信息采集的最精简电路，该部分的组成结构方面[[]陈国良，李飞，张言哲.一种基于自适应波峰检测的MEMS计步算法[J].中国惯性技术学报，2015,23(3):315-312.[]陈国良，李飞，张言哲.一种基于自适应波峰检测的MEMS计步算法[J].中国惯性技术学报，2015,23(3):315-312.图3.1单片机最小系统电路原理图（1）单片机复位电路单片机在运行程序的过程当中，由于单片机所处的环境复杂多样，可能会受到外界电磁干扰或者是电源的干扰作用而造成死机的现象，死机时候的具体现象是单片机无法执行程序或者是无法按照预想的结果进行运行，在该种情况下，单片机整个系统都是处于无效工作状态，但是单片机整个系统还在处于供电，其外部的电源以及外部的设备都在处于工作状态，为了能够在不断电的情况下使单片机重新运行，则需要单片机复位电路，单片机复位电路最大的功能就是能够在按键按下时通过电路的输出给单片机复位电路引脚一个高电平信号使单片机发生复位反应，单片机复位电路主要包含按键电容以及电阻，其具体的电路设计如下图3.2所示：图3.2单片机复位电路设计（2）单片机时钟电路在单片机运行程序的时候，单片机的内部需要使用时钟节拍来使单片机的内部按照相应的规律来进行运行程序，由于单片机的内部不具备时钟电路以及时钟芯片，因此在设计的过程当中，需要通过外部时钟电路的输入才能够完成该部分的功能，时钟电路在组成结构方面主要是由晶振电容构成[[]马明.基于可佩带传感器的人员自主定位技术研究[D].国防科学技术大学,2014.[]马明.基于可佩带传感器的人员自主定位技术研究[D].国防科学技术大学,2014.图3.3单片机时钟电路3.2传感器电路模块ADXL345该模块是一款体积较小[[]黄小平,王岩.卡尔曼滤波原理及应用—MATLAB仿真[M].北京:电子工业出版社,2015.[]黄小平,王岩.卡尔曼滤波原理及应用—MATLAB仿真[M].北京:电子工业出版社,2015.ADXL345的工作原理：本产品是一款高性价比，体积小功耗低的电子产品，在进行使用的过程中有多种加速度可以供选择，能够测量的范围较宽，不仅能够测试动态物体，也能够进行静态的测试。可以作为倾角加速度以及重力加速度进行使用。在进行使用时应该特别注意其引脚电平，保证电平不会烧坏实物，在使用的过程中当模块进入待机状态时应该保证模块能够被立即唤醒进行工作，同时，该模块能够进行自动调节消耗的电能在使用时，该模块的消耗电能以及输出的速率之间成正比关系，在自动休眠模式下，模块能够从禁止期间，进行自动切换，同时能够大大节约电能消耗，使用该功能时，功耗电流为23uA。ADXL345加速度计与单片机进行连接时，采用IIC的通行方式，只需要两根数据线，时钟线以及数字数据项组成，在使用的过程当中，芯片的任意一个引脚与单片机连接，SCL为时钟线引脚能够与单片机的任意一个引脚进行连接使用，第2号SDA数据输出引脚能够与单片机的任意一各引脚进行连接使用[[]李越，黄凯，张晓濛，等.基于加速度传感器的无按键计步腕表低功耗算法[J].传感器与微系统,2015,(3):144-147.]，在使用的过程当中通过数据传送，将采集到的信息传送到单片机内部，同时该款芯片的供电电压为5V。下图3[]李越，黄凯，张晓濛，等.基于加速度传感器的无按键计步腕表低功耗算法[J].传感器与微系统,2015,(3):144-147.图3.4单片机与ADXL345电路连接原图3.3液晶显示器电路模块在系统进行工作的过程当中，为了能够进行实时的数据处理以及数据的解释，方便工作人员进行查看数据信息，则需要使用显示装置，在一般情况下显示装置目前能够使用很多种，经过选型之后决定使用LCD1602显示器，该液晶显示器在进行工作的过程当中，所采用的功能电压为5伏，能够同时显示两行32个字符，其显示的内容数据比较多，可以同时显示字母数字以及特殊的字符。可以进行一共有16个引脚使用，在进行电路原理图设计的过程当中[[]杨伟笃.基于可穿戴设备的人体行为识别与状态监测方法研究[D].哈尔滨工业大学,2016.[]杨伟笃.基于可穿戴设备的人体行为识别与状态监测方法研究[D].哈尔滨工业大学,2016.图3.5LCD1602液晶显示器电路设计

4基于单片机的计步器软件系统设计4.1Keil4软件介绍在本次设计过程当中，选择了两片单片机作为系统的处理器，这两片单片机都选择了stc89C52单片机，该款单片机在进行程序开发时，所使用的编程软件为KEIL4，该软件支持使用C语言以及汇编语言进行程序开发，在进行程序编写的时候支持多窗口输入，同时能够在应用的过程当中进行子程序的检验，在编译完成之后可以通过窗口的检验功能来进行检测，程序是否正确，软件能够及时指出错误的地方，同时能够对错误的语法进行自动的标注，具有较高的编程效率[[]张童飞.基于BLE4.0的计步系统设计与实现设计与实现[D].东南大学,2016.[]张童飞.基于BLE4.0的计步系统设计与实现设计与实现[D].东南大学,2016.4.2AD绘图软件介绍AltiumDesigner是一款，进行电路设计以及电路开发专用的软件，该软件能够进行原理图的设计以及电路的仿真PCB的绘制工作，在进行布线的过程当中可以采用自动布线以及手动布线两种方式，为了能够提升用户的使用体验，在ad8版的版本当中加入了数据库，使用数据库进行原理图的设计可以直接从这一块当中，选取相应的软件及封装也将会直接添加。4.3软件设计4.3.1主程序在该系统进行工作的过程当中。系统需要进行模块化的初始操作，通过对模块化进行速度操作，才能完成相关的数据读取。在一开始的工作过程当中，需要对所使用的io口模块进行操作使其进行初始化操作，在操作完毕之后开始进行按键的检测，在进行安全检测的过程当中，主要是检测是否进行清零，或者是是否进行相关参数的设计，然后该系统开始接收传感器模块的数据信息，当接收完毕该数据信息之后，开始进行相关的算法设计，进行显示数据信息，进行输出控制。将采集到的信息存储到数组当中，同时利用液晶显示器进行刷新，其组成其设计流程图如下图3.2所示：

开始开始系统初始化系统初始化否开始按键？否开始按键？是是算法计算算法计算显示输出显示输出否清零按键？否清零按键？是是结束结束图4.1基于单片机的计步器设计的主程序流程图4.2.2数据检查子程序设计ADXL345，在进行数据采集的过程当中，首先需要对其进行设置，该芯片通过感知外界的运动状况，进行相应的判断，如果超过一定的阈值范围时，将能够进行采集数据，然后将该数据通过数据总线IIC发送到打印机上进行相应的处理，如下图4.2所示：

预采样预采样自适应调节自适应调节判断判断阈值有效否计数计数判断判断阈值有效否计数计数图4.2基于单片机的计步器设计的子程序流程图4.2.3液晶显示子程序设计系统采用了LCD1602液