基于单片机的自行车测速系统仿真

1、1、设计题目：基于51单片机的自行车测速系统protues仿真2、设计工具：keil C51v612中文完全版proteus7.53、设计要求：3.1 编程要求：主程序利用 C 语言编写。 3.2 实现功能：AT89C51单片机一个测量电动车车速的系统仿真，1602液晶显示。 实验现象：用霍尔传感器，在车轮上固定一个小磁铁，旁边安装一个霍尔传感器，车轮每转一周，经过一次霍尔传感器，产生一个脉冲，将脉冲接到中断0上（仿真中采用一个数字码盘代替），开启定时器0计时，这样就可以计算自行车路程和速度了。经单片机处理后把自行车时速显示在1602液晶显示屏上。3.3设计原理框图4、设计相关知识：4.1 硬

2、件设计4.1.1 AT89C51简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8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 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（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。4.1.2 主要性能参数： 与MCS-51产品指令系统完全兼容 4k字节可重擦写Flash闪速存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0Hz24

3、MHz 三级加密程序存储器 1288字节内部RAM 32个可编程IO口线 2个16位定时计数器 6个中断源 可编程串行UART通道 低功耗空闲和掉电模式4.1.3 功能特性概述： AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部 RAM，32 个 IO 口线，两个 16位定时计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止

4、其它所有部件工作直到下一个硬件复位。结构框图如图4-1：结构框图4-14.1.4引脚功能说明：引脚如下图4-2引脚图4-2VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被

5、外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号

6、。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） 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） P3口

7、同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态

8、ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。4.1.5 振荡器特性: XTAL1和XTAL

9、2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4.1.6 LCD显示器工作原理：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。液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种

10、，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。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MN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168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内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字节的内容决定

11、，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，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68或88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。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字

12、符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及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及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。1602字符型LCD简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母

13、、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。1602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图10-54所示：1602LCD主要技术参数： 显示容量:162个字符芯片工作电压: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:2.954.35(WH)mm引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表4-3所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS

14、电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极引脚接口说明表4-3第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，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：R/W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R/W共

15、同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W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。 10823 1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表4-4所示：序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00 00 0 001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7

16、置字符发生存贮器地址000 1字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容控制命令表4-41602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平） 指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。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：显示开关

17、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

18、平表示不忙。 指令10：写数据。 指令11：读数据。本设计所使用的1602液晶显示屏与HD44780相兼容的芯片时序表4-5如下：读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲输出无 基本操作时序表4-5读写操作时序如下图4-6和4-7所示：读操作时序4-6写操作时序4-7硬件原理图1602液晶显示模块可以和单片机AT89C51直接接口，电路如图4-8所示。图4-8 硬件原理图1602的驱动程序11条指令

19、，（1）void Clear_display(); /清显示屏指令（2）void Return_home(); /光标归位指令（3）void Entry_mode_set(); /输入模式设置指令（4）void Display_on_or_off(); /显示屏的开关控制指令（5）void Cursor_or_Display_shift(); /设定显示屏或光标移动方向指令（6）void Function_set(); /功能设定指令（7）void Set_character_address(); /设定CGRAM地址指令（8）void Set_display_address(); /设定DD

20、RAM地址指令（9）void Read_busy_flag(); /读取忙信号或AC地址指令（10）void Write_data(); /将数据写入DDRAM或CGRAM指令（11）void Read_data(); /从CGRAM或DDRAM读出数据的指令4.2 软件应用：4.2.1 Proteus：Proteus软件是来自英国Labcenter Electronics公司的EDA工具软件,Proteus软件除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图,PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外, 其革命性的功能是,他的电路仿真是互动的,针对微处理器的应用,还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,

21、并实现软件源码级的实时调试,如有显示及输出, 还能看到运行后输入输出的效果,配合系统配置的虚拟仪器如示波器,逻辑分析仪等, Proteus建立了完备的电子设计开发环境!Proteus 是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，它 可以仿真 51 系列、AVR，PIC 等常用的 MCU 及其外围电路 （如 LCD，RAM，ROM，键盘，马达，LED，AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件）。当然，软件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得 到相应的仿真模型，用开发板和仿真器当然是最好选择，可是 对于单片机爱好者，或者简单的开发应该是比较好的选择。Proteus 与其它单片机仿真软件不同

22、的是，它不仅能仿真 单片机 CPU 的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片 机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关 心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改 变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结 果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和 工程应用间脱节的矛盾和现象。proteus 的工作过程运行 proteus 的 ISIS 程序后，进入该仿真软件的主界面。 在工作前，要设置 view 菜单下的捕捉对齐和 system 下的颜色、图形界面大小等项目。通过工具栏中的 p(从库中选择元件命令)命令，在 pick devices 窗口

23、中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位置，元件参数设置，元器件间连线，编写程序；在 source 菜单的 Define code generation tools 菜单命 令下，选择程序编译的工具、路径、扩展名等项目；在 source 菜单的 Add/remove source files 命令下，加入单片机硬件电路的对应程序；通过 debug 菜单的相应命令仿真程序和电路的 运行情况。Proteus 软件所提供了30多个元件库，数千种元件。元 件涉及到数字和模拟、交流和直流等。 4.2.2 Keil C51开发系统基本知识：Keil C51是美国Keil Software公司出品的51

24、系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。C51工具包的整体结构，其中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开

25、发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。4.2.3 应用：首先用Keil编写主程序“.C”文件，再用keil转换成“.hex”文件，再打开proteus7.5，画单片

26、机仿真图，画好后鼠标右击图中的51单片机选择“编辑属性”，在Program File中载入之前的“.hex”文件，再点击“调试”中的“开始”或点击软件左下角的“”，即仿真开始运行。5、主程序及注解： #include d:c51reg51.h#include d:c51intrins.hsbit LCM_RS=P30;sbit LCM_RW=P31;sbit LCM_EN=P37;#define BUSY 0x80 /常量定义#define DATAPORT P1#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define L50uch

27、ar str016,str116,count;uint speed;unsigned long time;void ddelay(uint);void lcd_wait(void);void display();void initLCM();void WriteCommandLCM(uchar WCLCM,uchar BusyC);void STR();void account();/*延时K*1ms,12.000mhz*/void int0_isr(void) interrupt 0 /*遥控使用外部中断0,接P3.2口*/ unsigned int temp;time=count; TR0

28、=0;temp=TH0;temp=(temp 8) | TL0); TH0=0x3c; TL0=0xaf;count=0; TR0=1;time=time*50000+temp;void time0_isr(void) interrupt 1 /*遥控使用定时计数器1 */ TH0 =0x3c; TL0 =0xaf; count+;void main(void) TMOD=0x01; /*TMOD T0选用方式1(16位定时) */ IP|=0x01; /*INT0 中断优先*/ TCON|=0x11; /*TCON EX0下降沿触发,启动T0*/ IE|=0x83; TH0=0x3c; TL

29、0=0xaf; initLCM(); WriteCommandLCM(0x01,1); /清显示屏for(;)account();display();void account()unsigned long a; if (time!=0)a=L*/time;speed=a;void STR()str00=S;str01=p;str02=e; str03=e;str04=d;str05= ;str06=(speed%)/10000+0x30;str07=(speed%10000)/1000+0x30;str08=(speed%1000)/100+0x30;str09=.;str010=(speed

30、%100)/10+0x30;str011=speed%10+0x30;str012=k;str013=m;str014=/;str015=h;void ddelay(uint k) uint i,j; for(i=0;ik;i+) for(j=0;j60;j+) ; /*写指令到LCD子函数*/void WriteCommandLCM(uchar WCLCM,uchar BusyC) if(BusyC)lcd_wait();DATAPORT=WCLCM; LCM_RS=0; /* 选中指令寄存器*/ LCM_RW=0; / 写模式 LCM_EN=1;_nop_();_nop_();_nop_(

31、); LCM_EN=0;/*写数据到LCD子函数*/void WriteDataLCM(uchar WDLCM) lcd_wait( ); /检测忙信号DATAPORT=WDLCM; LCM_RS=1; /* 选中数据寄存器 */ LCM_RW=0; / 写模式 LCM_EN=1; _nop_();_nop_();_nop_(); LCM_EN=0;/*lcd内部等待函数*/void lcd_wait(void) DATAPORT=0xff; /读LCD前若单片机输出低电平,而读出LCD为高电平,则冲突,Proteus仿真会有显示逻辑黄色LCM_EN=1; LCM_RS=0; LCM_RW=1

32、; _nop_(); _nop_();_nop_(); while(DATAPORT&BUSY) LCM_EN=0; _nop_(); _nop_(); LCM_EN=1; _nop_(); _nop_(); LCM_EN=0;/*LCD初始化子函数*/void initLCM( )DATAPORT=0;ddelay(15);WriteCommandLCM(0x38,0); /三次显示模式设置，不检测忙信号 ddelay(5); WriteCommandLCM(0x38,0); ddelay(5); WriteCommandLCM(0x38,0); ddelay(5); WriteComman

33、dLCM(0x38,1); /8bit数据传送，2行显示，5*7字型，检测忙信号 WriteCommandLCM(0x08,1); /关闭显示，检测忙信号 WriteCommandLCM(0x01,1); /清屏，检测忙信号 WriteCommandLCM(0x06,1); /显示光标右移设置，检测忙信号 WriteCommandLCM(0x0c,1); /显示屏打开，光标不显示，不闪烁，检测忙信号/*显示指定坐标的一个字符子函数*/void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData) Y&=1; X&=15; if(Y)X|=0x40; /若y为1（显示第二行），地址码+0X40 X|=0x80; /指令码为地址码+0X80 WriteCommandLCM(X,0); W