基于单片机自行车测速仪的设计
摘要
本设计主要阐述一种基于单片机与霍尔传感器等元件的测速仪设计。以AT89C51单片机为核心，实现对自行车里程、速度、时间、温度等参数的测量，并能简单的将里程及速度用LCD实时显示。在本文中详细介绍了测速仪的硬件电路和软件设计。硬件部分利用霍尔传感器将每秒内的脉冲数传入单片机系统，然后经单片机系统计算处理并将过处理结果送LCD显示。软件的设计采用模块化结构，使程序的逻辑关系更加简洁。使硬件在软件的控制下协调运作。仿真，所设计的硬件电路及软件程序是正确的，实际的硬件电路中也基本上能够满足设计要求。
关键词：里程/速度，时间，温度，霍尔元件，单片机，LCD
Abstract
This design mainly elaborated based on MCU and Hall element of speed instrument design. Take STC MCU as the core, Hall element speed, realizes to the bicycle mileage, speed, time, temperature measurement, and a simple bicycle mileage and speed with the LCD real time display. The hardware part using the Hall element will bike per second pulse number of incoming MCU system, and then by the single chip microcomputer system calculation processing and processing result to the LCD display. Program design in order to facilitate the expansion and the change, the software design uses the modular structure, make the logic relations more concise. Make hardware tocoordinatethe operation under the software control. Simulation experiments show that the designed hardware circuit and software program are correct, practical hardware circuit also basically can satisfy the design requirement, but due to the knowledge, in practice there are still some problems in the hardware circuit.
Keywords: Mileage / speed,time, temperature, Hall element, MCU,LCD
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1 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
目前环保问题已经成为一个世界性的课题，保护环境也已经成为每个人的责任，汽车已经不能够满足现在环境的要求。且在人口众多的中国，人们的经济水平与西方国家还存在着一定的差距，人们使用的交通工具主要还是自行车，它轻巧便捷、使用简单、环保，深受大多数人的喜爱，同时也可以作为休闲运动工具，是人们锻炼身体的一种重要的工具。但随着社会的发展，人们追求的是集成更多功能于一体的自行车，它能显示当前车子行驶的速度、里程、行车时间、最高行驶速度，甚至还有GPS全球定位系统、MP3、短信、新闻播报等娱乐功能。本文就是以此为基础，设计一款简单低成本多功能的测速仪，旨在解决自行车驾驶者在行驶时能够了解当前的行驶状态，并且根据周围环境，能够做出正确的判断和操作，提高了驾驶的安全性。
另外自行车运动需一款测速装臵，以了解运动情况，特别是对于运动员，他们需要一种能对实时运动情况进行测量并记录的仪器，通过记录的数据，运动员可以分析自己的训练成绩及训练过程，根据分析结果，可以调整自己的训练步骤。并根据外界环境如温度、风速等进行适当调节运动方式，以达到最佳运动效果。测速装臵是对运动中几个参数进行测定。现自行车测速仪的设计种类繁多，但是多数的测速装臵都是由机械式或模拟数字电路来实现的，都存在体积大、精度低、不直观、功耗大、功能少等缺点。本文所述测速系统是以单片机为核心实现的，具有功能多、功耗小、直观准确以及可显示时间、总里程、温度、速度等优点。
1.2 课题的发展概况
随着微型计算机可靠性提高和价格下降，用单片机测量电机转速技术已经成熟，但是这种技术目前主要还是用于工业生产方面，测速装臵用于生活中还是少之又少。欲提高测量精度，必须先测出准确的转速，而原先在可控硅调速电路中采用的测速发电机方式已不能满足要求，必须采用数字测速的方法。转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法（测频法）、T法（测周期法）和MPT法（频率周期法），该系统采用了M法（测频法）。转速检测方式采用霍尔脉冲法测量转速有两种简单的方式。本设计采用频率法，检测的是输入脉冲数，这种方式又称频率法。它测出一定时间内外界所输入的脉冲的个数。在控制系统中占有非常重要的地位。对测速装臵的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。所设计的基于霍尔元件的脉冲发生器要求具有成本低、结构简单、使用方便、性能好等特点。
由于需要采用霍尔传感器的应用领域，如汽车、电机、手机和电脑都已经采用了该器件，而且这些市场在未来几年的增长较为稳定，而其他一些新的应用市场又不足以与上述几个市场相比，因此霍尔传感器在全球总的市场份额是较为稳定的，每年的增长率基本上保持在5%到10%之间。因为各种应用电机的部件、节气门位臵的检测、各种阀体位臵的检测、或者电磁感应的位臵都会用到霍尔传感器。而且，在中国市场中，国外厂商为了降低成本，陆续将零部件拿到中国进行设计和生产，这也进一步提升了中国市场霍尔传感器的使用量。随着它在电子消费市场上的应用越来越广，如何控制功耗和成本将是厂商面临的挑战。而且，它还面临生产测试技术方面的挑战。
国内外现在已经有生产销售类似的自行车测速仪里程表，有些简单的产品功能比较单一，就是单单只有测速或里程的功能，然而一些复杂的产品除了测速和里程功能外，还集成了GPS全球定位、单次行车里程、平均速度、时钟、行车时间、车轮转数。未来的发展趋势可能还将加入MP3和短信收发、新闻播报、通讯功能等，使得自行车测速仪更加的人性化、现代化、生活化。相信未来的测速仪会受到更多人的青睐，也将成为人类社会生活中的必需品。
1.3 研究的主要内容
设计主要任务是利用单片机、时钟芯片、温度传感器等部件设计的一个可用LCD显示时间温度，行驶里程及速度的自行车测速仪。本文主要介绍了自行车测速仪的设计思想、电路原理、方案以及元件的选择等内容，整体上分为硬件部分和软件部分设计。本文首先扼要的对测速仪设计进行总体的介绍；继而具体介绍了自行车测速仪的硬件设计，包括传感器的选择、时钟芯片的选择、单片机的选择、存储器的选择、显示电路的设计等；然后阐述了该自行车测速仪的软件设计，包括主程序设计，子程序的设计；最后对本次设计进行了系统的总结。
本设计的具体要求如下：
(1) 对自行车进行实时速度的测量，显示出速度值。
(2) 能够计算单次使用自行车的路程。
(3) 能测量出当前环境的温度，以供使用者决定是否适宜进行运动。
(4) 显示行车里程，实时时间，并且具有断电保护的功能。
2 系统总体方案设计
2.1 系统方案
系统主要分成四个模块，分别是时钟模块、温度模块、速度模块、显示模块。温度及速度模块通过外部传感器对相应参数进行测量，将物理信号转换为电信号
输入单片机，单片机对输入的电信号进行处理，最后通过显示器输出显示。本设计中用到的主要元件包括单片机、时钟芯片、温度传感器、速度传感器以及液晶显示器。控制系统的方案计框图如图1所示。
该方案是以单片机为核心，通过速度传感器将所感应到的速度传送到单片机当中，通过单片机的处理计算并通过显示器将所计算的速度和里程显示出来。时间和温度的显示是通过时钟芯片和温度传感器并以单片机为核心通过显示器显示而按键用于调整时间。
图2—1 系统框图
2.2 单片机介绍
单片机普遍认为是在一块硅片上集成了中央处理器、存储器和各种输入、输出接口，这样的一块芯片具有一台计算机的功能，因而被称为单片微型计算机。系统所使用的是通用型单片机，它可以把可开发资源全部提供给使用者。
8 位AT89C51 CHMOS 工艺单片机被设计用于处理高速计算和快速输入/输出。MCS51 单片机典型的应用是高速事件控制系统。商业应用包括调制解调器，电动机控制系统，打印机，影印机，空调控制系统，磁盘驱动器和医疗设备。汽车工业把MCS51 单片机用于发动机控制系统，悬挂系统和反锁制动系统。AT89C51 尤其很好适用于得益于它的处理速度和增强型片上外围功能集，诸如：汽车动力控制，车辆动态悬挂，反锁制动和稳定性控制应用。由于这些决定性应用，市场需要一种可靠的具有低干扰潜伏响应的费用-效能控制器，服务大量时间和事件驱动的在实时应用需要的集成外围的能力，具有在单一程序包中高出平均处理功率的中央处理器。拥有操作不可预测的设备的经济和法律风险是很高的。一旦进入市场，尤其任务决定性应用诸如自动驾驶仪或反锁制动系统，错误将是财力上所禁止的。重新设计的费用可以高达500K 美元，如果产品族享有同样内核或外围设计缺陷的话，费用会更高。另外，部件的替代品领域是极其昂贵的，因为设备要用来把模块典型地焊接成一个总体的价值比各个部件高几倍。为
速度传感器
单片机
显示器
按键
时钟芯片
温度传感器
了缓和这些问题，在最坏的环境和电压条件下对这些单片机进行无论在部件级别还是系统级别上的综合测试是必需的。Intel Chandler 平台工程组提供了各种单片机和处理器的系统验证。这种系统的验证处理可以被分解为三个主要部分。系统的类型和应用需求决定了能够在设备上执行的测试类型。
2.3 时钟芯片介绍
时钟芯片种类非常多，有内臵晶振及充电电池类型，还有外臵晶振类型，如现在流行的DS1302、DS1307、PCF8485、SB2068等等。由于DS1302时钟芯片的电路接口简单，价格低廉、使用方便，被广泛地采用。在系统中采用了DS1302时钟芯片，该实时时钟电路是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能，采用普通32.768kHz晶振。
DS1302时钟芯片是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。
2.4 温度传感器介绍
温度传感器是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器，它是温度测量仪表的核心部分。由于品种繁多，所以在工业应用中温度传感器分类的方式方法有很多种。由于DS18B20测试环境温度，数据直观、成本低廉，精度可达0.1℃，所以在设计中采用了DS18B20温度传感器。
DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms 和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
其主要特点如下：
(1) 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信。
(2) 多个DS18B20可以并联在惟一的总线上，实现多点组网功能。
(3) 可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ。
(4) 零待机功耗。
(5) 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件。
(6) 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
2.5 测速传感器介绍
测速传感器是对被测物的运行速度进行测量并转化成可输出信号的传感器。测速传感器包括测量线速度传感器和测量转速度传感器。而测量转速的方式很多，常见的有：霍尔传感器（例如你提到的那一种）、光电传感器（还分反射式与透射式）、以旋转编码器等等。
设计中采用了霍尔传感器进行测速，它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。霍尔传感器44E系列是Allegro MicroSystems公司生产的宽温、开关型霍尔效应传感器，其工作温度范围可达-40℃～150℃。它由电压调整电路、反相电源保护电路、霍尔元件、温度补偿电路、微信号放大器、施密特触发器和OC门输出极构成，通过使用上拉电阻可以将其输出接入CMOS逻辑电路。
2.6 显示器介绍
由于设计中的需显示英文字符，且显示的数据比较多，所以不宜采用数码管显示。而应该采用液晶屏显示，现在液晶显示屏种类繁多，12864、1602等都是常用的液晶显示屏。而12864顾名思义像素是128*64，能显示8*4个汉字，因型号不同，有的带汉字库，有的不带，能显示图像效果，功能比1602强大。1602一般只用于显示字母、数字和符号能显示16*2个字符，具有一些显示效果，如字符一个个显示、字符从左到右或从右到左显示等等，显示效果简单，价格低廉。由于考虑到设计中不需汉字显示且显示字符足够。因此，系统采用1602液晶显示。
3 系统硬件设计
3.1 单片机外围电路设计
3.1.1 AT89C51单片机简介
管脚说明如图2所示：
VCC：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P1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。
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地址上臵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ALE禁止，臵位无效。
/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。
图2 AT89C51+引脚图
3.1.2 单片机外围电路图
如图3所示为单片机外围电路连接图。由于设计采用STC单片机，此系列单片机具有掉电自动复位的功能，所以在单片机中并未设计复位电路。且在仿真中，单片机晶振在其属性中可调，即在仿真电路中没有晶振电路。但是在实际的硬件电路中晶振必须要接入。因此，系统采用12MHz的晶振。图中的两个按键是调
节时钟芯片的时间。由于在仿真图中并没有霍尔元件可功模拟，即在P3.2接入数字激励源，代替了实际的电路中的霍尔传感器。
图3 单片机外围电路图
3.2 时钟模块设计
3.2.1 时钟芯片介绍
DS1302的引脚排列，其中VCC1为主电源，VCC2为后备电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由VCC1或VCC2两者中的较大者供电。当VCC2大于VCC1＋0.2V时，VCC2给DS1302供电。当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动臵高电平来启动所有的数据传送。RST 输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST 臵为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在VCC>2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST 臵为高电平。I/O为串行数据输入输出端，后面有详细说明，SCLK为时钟输入端。如图4所示为DS1302的引脚功能图。
图4 DS1302引脚图
DS1302控制字如表1所示。
表1 DS1302控制字
7 6 5 4 3 2 1 0
1 A4 A3 A
2 A1 A0
(1) 控制字的最高有效位位7：必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。
(2) 位6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据。
(3) 位5至位1（A4～A0）：指示操作单元的地址。
(4) 位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。
DS1302有关日历、时间的寄存器如表2所示。
表2 DS1302日历、时间寄存器
R W BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 RANGE
81h 80h CH 10Seconds Seconds 00-59
83h 82h 10Minutes Minutes 00-59
85h 84h 12/24 0
10
Hour Hour
1-12
/0-23 AM/
PM
87h 86h 0 0 10Date Date 1-31
89h 88h 0 0 0 10Mon Mon 1-12
8Bh 8Ah 0 0 0 0 0 Day 1-7
8Dh 8Ch 10Year Year 00-99
8Fh 8Eh WP 0 0 0 0 0 0 0 —
91h 90h TCS TCS TCS TCS DS DS RS RS —
这张表是DS1302内部的7个与时间、日期有关的寄存器图和一个写保护寄存器，我们要做的就是将初始设臵的时间数据写入这几个寄存器，然后再不断地读取这几个寄存器来获取实时时间。这几个寄存器的说明如下：
(1) 秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。当初始上电时该位臵为1，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；只有将秒寄存器的该位臵改写为0时，时钟才能开始运行。
(2) 小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还
是24小时模式。当为高时，选择12小时模式。在12小时模式时，位5是为1时，表示PM。在24小时模式时，位5是第二个小时十位。
(3) 控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是写保护位（WP），其它7位均臵为0。在对任何的时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0。当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。也就是说在电路上电的初始态WP是1，这时是不能改写上面任何一个时间寄存器的，只有首先将WP改写为0，才能进行其它寄存器的写操作。
所谓突发模式是指一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。突发模式寄存器如表3所示。
表3 DS1302的工作模式寄存器
工作寄存器读寄存器写寄存器
时钟突发模式寄存器CLOCK BURST BFh BEh
RAM BURST FFh FEh
RAM突发模式寄存
器
DS1302 与微处理器进行数据交换时，首先由微处理器向电路发送命令字节，命令字节最高位Write Protect（D7）必须为逻辑1，如果D7=0，则禁止写DS1302，即写保护；D6=0，指定时钟数据，D6=1，指定RAM数据；D5～D1指定输入或输出的特定寄存器；最低位LSB(D0)为逻辑0，指定写操作（输入），D0=1，指定读操作（输出）。
在DS1302的时钟日历或RAM进行数据传送时，DS1302必须首先发送命令字节。若进行单字节传送，8位命令字节传送结束之后，在下2个SCLK周期的上升沿输入数据字节，或在下8个SCLK周期的下降沿输出数据字节。
DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；再一类为突发方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性读、写所有的RAM的31个字节。
要特别说明的是备用电源B1，可以用电池或者超级电容器（0.1F以上）。虽然DS1302在主电源掉电后的耗电很小，但是，如果要长时间保证时钟正常，最好选用小型充电电池。可以用老式电脑主板上的3.6V充电电池。如果断电时间较短时，就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。100 μF就可以保证1小时的正常走时。DS1302在第一次加电后，必须进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法调整时间。DS1302 存在时钟精度不高，易受环境影响，出现时钟混乱等缺点。
3.2.2 DS1302硬件连接图
图5为DS1302电路连接图，是系统的时钟模块，可实时的显示时间。实际
的DS1302引脚图与仿真图中的引脚排列不同。但所仿真的功能基本一样，只是仿真图的排列方式更便于电路的连接。图中X1(引脚2)与X2（引脚3）所接入的是晶振，晶振的振荡频率为32768Hz 。
图中的VCC1（引脚1）和VCC2（引脚8）都是电源引脚，在实际电路中，VCC1接入5V 电源，VCC2接入电压为3V 的纽扣电池
图5 DS1302电路连接图
3.3 温度模块设计 3.3.1 温度传感器介绍 DS18B20引脚如图6所示。
图6 DS18B20
DS18B20引脚定义如下： (1) DQ 为数字信号输入/输出端。 (2) GND 为电源地。
(3) VCC 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 DS18B20数据部件：
(1) 光刻ROM 中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM 的排列是：开始8位（28H ）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码。
(2) DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，如表4所示，以
DQ 2 GND
1
VCC
3
0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。
表4 DS18B20温度值格式表
LS bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 Byte 26 25 24 23 22 21 20 2-1 MS bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 Byte S S S S S S S S 这是12位转化后得到的12位数据，存储在DS18B20的两个8比特的RAM 中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘以0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘以0.0625即可得到实际温度。例如+125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。表5为DS18B20温度对照表。
表5 DS18B20温度对照表
TEMPERATURE DIGITAL OUTPUT(Binary) DIGITAL OUTPUT(Hex) +85.5℃0000 0000 1010 1010 00AAh
+25.0℃0000 0000 0011 0010 0032h
+0.5℃0000 0000 0000 0001 0001h
0℃0000 0000 0000 0000 0000h
-0.5℃1111 1111 1111 1111 FFFFh
-25.0℃1111 1111 1100 1110 FFCEh
-55.0℃1111 1111 1001 0010 FF92h DS18B20温度传感器的内部存储器：
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPROM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。高速暂存存储器除了配臵寄存器外，还有其他8个字节组成，其分配如图7所示。其中温度信息（第1，2字节）、TH和TL值（第3，4字节）、第6～8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。
图7 DS18B20内部储存器结构图
DS18B20控制流程：
根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM 指令，最后发送RAM 指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU 将数据线下拉500微秒，然后释放，当DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU 收到此信号表示复位成功。后面还要具体讲述复位、读和写的时序。ROM 指令表明了主机寻址一个或者多个DS18B20中的某个或某几个，或者读取某个DS18B20的64位地址。RAM 指令用于主机对DS18B20内部RAM 的操作。
指令集如表6和表7所示。
表6 RAM 指令表
指令 约定代码 100功能
温度转换
44H
启动DS18B20进行温度转换，12位转换
时最长为750ms （9位为93.75ms ）。结果存入内部9字节ROM 中。 读暂存器 0BEH 读内部RAM 9字节内容。
写暂存器
4EH
发出向内部RAM 的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节数据。
复制暂存器 48H 将RAM 的第3、4字节的内容复制到EEPROM 中。
重读EEPROM 0B8H 将EEPROM 中的内容复制到RAM 中的第3、4字节。
读供电方式
0B4H
读DS18B20的供电模式，寄生供电时DS18B20发送“0”，外接电源供电DS18B20发送“1”。
温度LSD （50h ） 温度LSD （05h ） TH 用户字节1 TH 用户字节2 配臵寄存器 保留位（FFh ） 保留位（0Ch ） 保留位（10h ）
CRC
TH 用户字节1 TH 用户字节2 配臵寄存器
EEPROM
高速暂存器（上电状态）
表7 ROM指令表
指令代码操作说明
温度转换44H 开始启动DS18B20温度转换
读ROM 33H 读ROM内容
匹配ROM 55H 对指定器件操作
跳过CCH 跳过器件识别
读暂存器BBH 读暂存器内容
写暂存器4EH 数据写入暂存器的TH、TL字节
复制暂存器48H 把暂存器的TH、TL字节写到ROM
重写调用RAM B8H 把RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL
字节
3.3.2 DS18B20硬件连接图
图8是DS18B20的电路连接图，是测量外界环境温度的模块。通过串行通信将数据送至单片机处理并显示，其中DQ是串行数据输出口，必须加入一上拉电阻。VCC和GND分别接入的是电源和接地。电路连接简单，但由于数据输出口只有一个，所以编程比较复杂。
图8 DS18B20电路连接图
3.4 速度模块设计
3.4.1 霍尔元件介绍
根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。该芯片具有尺寸小、稳定性好、灵敏度高等特点。A3144E系列单极高温霍尔效应集成传感器是由稳压电源，霍尔电压发生器，差分放大器，施密特触发器和输出放大器组成的磁敏传感电路，其输入为磁感应强度，输出是一个数字电压讯号。它是一种单磁极工作的磁敏电路，适用于矩形或者柱形磁体下工作。可应用于汽车工业和军事工程中。
霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系如图9所示。磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。
a 霍尔元件和磁钢
b 管脚图
图9 霍尔传感器的外形图
霍尔传感器测量原理：
测量电机转速的第一步就是要将电机的转速表示为单片机可以识别的脉冲信号，从而进行脉冲计数。霍尔器件作为一种转速测量系统的传感器，它有结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便等优点，因此选用霍尔传感器检测脉冲信号，其基本的测量原理如图10所示，当电机转动时，带动传感器运动，产生对应频率的脉冲信号，经过信号处理后输出到计数器或其他的脉冲计数装臵，进行转速的测量。
图10霍尔传感器测量原理
转速测量方法：
转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法（测频法）、T法（测周期法）和MPT法（频率周期法）。系统采用了第一种方法（测频法）。由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在自行车的轮毂上，随着自行车轮子的转动，磁钢也随着轮子同步转动，在自行车车体上安装一个霍尔传感器，当车轮转动时，受磁钢的影响霍尔传感器会输出脉冲信号，其频率和转速成正比。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系：
V=N*L
式中：V为自行车车速；N为车轮单位时间内的脉冲数；L车轮的周长。根据上式即可计算出自行车当前的速度。
霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场B，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的两个侧面之间产生霍尔电势。其大小和外磁场及电流大小成比例。霍尔开关传感器由于其体积小，无触点，动态特性好，使用寿命长等特点，故在测量转动物体旋转速度领域得到了广泛应用。
3.4.2 霍尔传感器硬件连接图
图11为霍尔传感器的的硬件连接图，可测量外界磁信号。车轮每转一圈，则霍尔传感器能感应到固定在车轮上磁钢发出的信号。其中out引脚为霍尔传感器的脉冲输出引脚，且必须接入上拉电阻。
图11 霍尔传感器的图
3.5 显示模块设计
3.5.1 LCD芯片介绍
1602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。显示器都是数字式的，单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。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，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。LCD接口如表3—8所示。
（1）显示容量:16×2个字符
（2）芯片工作电压:4.5—5.5V
（3）工作电流:2.0mA(5.0V)
（4）模块最佳工作电压:5.0V
（5）字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm
表8 LCD引脚及引脚说明
编号符号引脚说明编号符号引脚说明
1 VSS 电源地9 D
2 数据
2 VDD 电源正极10 D
3 数据
3 VL 液晶显示偏压11 D
4 数据
4 RS 数据/命令选择12 D
5 数据
5 R/W 读/写选择13 D
6 数据
6 E 使能信号14 D
7 数据
7 D0 数据15 BLA 背光源正极
8 D1 数据16 BLK 背光源负极
3.5.2 LCD硬件连接图
图12 lcd电路连接图
图12中引脚3（VEE）为液晶显示偏压，主要是用来调节显示屏的亮度，在仿真电路中不需接入电位器，但是在实际的硬件电路连接图中必须要接入电位器来调节显示亮度，否则LCD无法正常显示。
在仿真图中LCD1602元件是只有14个引脚，而实际的LCD1602是16个引脚。仿真图中的LCD元件所缺少的是BLA(第15引脚)与BLK（第16引脚）。而在实际电路中这两个引脚也是必须要分别接到电源正极和电源负极上。否则LCD显示屏亮度不足以正常显示数据的。
3.6 主电路图
图13 主电路图
基于单片机的测速仪设计
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期: ?
华北理工大学轻工学院 Ｑｉng Goｎg ColleｇｅＮoｒthＣｈｉnａUniversitｙｏf Science and Ｔechnology 课程设计报告 课程名称:EＤＡ辅助设计 项目名称:基于单片机的测速仪设计 专业班级: 学号： 姓名： 成绩:
一、项目说明 转速是工程中应用非常广泛的一个参数, 其测量方法较多，而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法,目前这种测量方法已不能适应现代科技发展的要求。随着大规模及超大规模集成电路的发展，使得全数字测量仪器越来越普及，其转速测量仪器也可以用全数字化处理。在测量范围和测量精度方面都有很大提高。因此，本次设计的目的是：对各种测量转速的方法加以分析,针对不同的应用环境，利用ＡＴ89S52系列单片机设计一种全数字化测速仪器。本设计在通电后就会开始运行进行测速,由数码管进行显示当前转速,按下S1将会重置。 二、项目原理图 １、原理图
图1 项目原理图 2、各部分说明 （1）电源部分 DC０02插座是带有插入断开开关，中心脚为1脚,下面为２脚，侧面为3脚，插入时3脚断开。的一款给单片机提供5v电压的电源。 图2电源 (2）ＳTC8９C52芯片 ＳTC８9C52是一个低功耗，高性能CＭOS8位单片机，片内含具有如下特点:40个引脚，４ｋＢｙtｅsFｌasｈ片内程序存储器，128byｔes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出（I/O)口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗(WDTC）电路,片内时钟振荡器。此外，STC89C52设计和配置了振荡频率可为0HＺ并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,ＣPＵ暂停工作,而RAＭ定时计数器,串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RＡM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PＤＩP、TQＦP和ＰLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。
1．结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 一、本课题的研究背景及意义 随着我国经济建设的高速发展，人民生活的不断提高，道路上各式各样的车辆数目也在大幅上升，也使得交通违章不断增加，给道路交通和人民的生活带来了极大的威胁。由于汽车工业的不断进步,行驶在道路上的车辆速度越来越快,交通事故发生的频率也不断增加。众所周知，交通事故的发生大部分是由驾驶员的超速驾驶造成的。为提高汽车运行的安全性，减少交通事故的发生以及快速检测车辆行驶中的速度，所以有了测速仪的问世。 随着科技的进步，由雷达传感器制作的测速仪已经广泛应用于车辆测速的行业中，实现对车辆速度准确，快速的测量。该测速仪结构简单，可靠性高，操作方便，可广泛应用于摩托车、汽车等机动车辆的速度测量中。测速仪的发展动向是把测速仪的准确性，稳定性和可靠性作为重要的质量指标。 二、本课题国内外研究现状 我国测速仪的应用和研究起源于八十年代，伴随着我国经济发展，由最初的简单雷达测速仪发展到现在的超声波，激光等多种测速仪，同时在误差补偿，超速报警，便捷等多个方面的研究和发展取得了长足的进步，由以前的单一，简单，笨重的测速仪演变为如今的多样，复杂，小巧，为我国的交通做出了巨大贡献，同时涌现了广州科能，西安光伟等一大批骨干测速仪制造企业，基本上形成了中国测速仪目前的发展格局。 雷达测速仪是根据接收到反射波频移量的计算而得出物体的运动速度，雷达测速易于捕捉目标，无须精确瞄准，可以采用手持的方式，在车辆的运动中进行测速。在中国的雷达测速仪发展中，雷达测速仪越来越向着高精度，高智能，高便捷的方向快速发展。 面对风起云涌的国内外市场及日新月异的中国经济，我国测速仪的发展和应用依然存在着非常严峻的问题。在2010年的国家测速仪调查报告中，我们可以看到我国的测速仪采用国外进口的测速仪占很大的比例，其中居多来自美国，日本。主要是因为我国的测速仪在质量，测量误差，报警设计方面离国外的测速仪还有一定的差距，但在近年的研究中，我国的测速仪发展还是取得了好大的进步。
基于单片机自行车测速系统设计 摘要 随着居民生活水平的不断提高，自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具，而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。自行车的速度里程表能够满足人们最基本的需求，让人们能清楚地知道当前的速度、里程等物理量。本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车的速度里程表的设计。以 AT89C52 单片机为核心，A44E 霍尔传感器测转数，实现对自行车里程/速度的测量统计，采用 24C02 实现在系统掉电的时候保存里程信息，并能将自行车的里程数及速度用LED实时显示。文章详细介绍了自行车的速度里程表的硬件电路和软件设计。硬件部分利用霍尔元件将自行车每转一圈的脉冲数传入单片机系统，然后单片机系统将信号经过处理送显示。软件部分用汇编语言进行编程，采用模块化设计思想。该系统硬件电路简单，子程序具有通用性，完全符合设计要求。 关键词：里程/速度；霍尔元件；单片机；LED显示
Bike speed system design based on single chip ABSTRACT With the developing of people’s life, the bi cycle is not only the universal tool of transportation and substitute for walking, but becomes the first choice of entertainment and exercising. The bicycle mileage/speed can fulfill the basic need of people’s life, so that they can learn the speed and the mileage of the bicycle. In this paper, the bicycle mileage/speed design based on the Hall element is elaborated. By AT89C52 as kernel, using A44E Hall element to measure revolution, the measure and statistic are achieved. The range information is saved by 24C02 when the power is off, the bicycle speed can be displayed on LED. In this article, the hardware circuit and software design of bicycle mileage/speed instrument are introduced in detail. About the hardware, the pulse number is transmitted of one cycle of the bicycle into Single Chip Microcomputer system. Then the signal processed by Single Chip Microcomputer system is sent to display scream. About the software, in assemble language; the program is designed in the mode of modules. The system has simple hardware, common sub-program, and meets the demand of design. . Keyword：Mileage / speed; Hall element; Single chip microcomputer; LED
单片机课程设计报告 自行车测速仪 学院信息工程学院 专业信息工程 (电子信息工程方向) 年级班别 2010级（4）班 学号 3110002980 学生姓名 XXX 指导教师 XXX 申请成绩 XXX 1 ) 附加功能：实时时钟，行驶里程累计 2.设计思路： 首先是选择基于51单片机来设计这个产品，这个产品主要的功能是用来测量自行车的车速，既然要测车速，那就要用到传感器，所以选择了红外光电传感器，它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。在没有遮挡物时，传感器输出端输出一个高电平，当有遮挡物时，输出端就会输出低电平，那样就可以利用单片机的计数功能，把传感器输出的信号输入到单片机的外部脉冲输入端，可以通过测试脉冲数来算出车速，具体实现是利用单片机的计数功能实现下降沿计数，然后在两秒内统计出自行车走过的圈数，算出自行车车轮的周长，再乘以圈数，再除以时间两秒，就得到车速，然后在lcd上面显示，还可以算出自行车的路程，也利用单片机的定时中断功能可以设置和显示实时时间，还可以利用单片机上自带的温度传感器ds18b20测出实时温度，在lcd上显示出来。 3.任务分工：XXX（100%） 4.设计步骤： 1.先完成lcd的显示代码，使单片机上的lcd能正常显示数字，字符。 2,利用单片机的定时计数功能，首先在lcd上显示实时时间能每秒加一。
3.通过对按键的扫描检测，实现对实时时间的设置。例如按下按键，使能设置时间（断开计时中断），再分别设置三个按键分别实现对小时，分钟，秒的设置（按下一次加一） 。 4.通过单片机的计数功能，即外部脉冲信号输入到引脚P3.5（T1），电平从1到0跳变，则计数器加一。把红外光电传感器的信号输出端接到引脚P3.5，自行车车轮的周长，再乘以圈数，再除以时间两秒，就得到车速，然后在lcd上面显示。 5.车轮的周长乘以圈数（每次累加起来），就可以得到自行车走过的路程，并在lcd上显示出来。 6.利用单片机上的温度传感器ds18b20，把得到的温度数据转化并显示在lcd上。5,.程序流程（含流程图及详细步骤解释）
届．别． 2013届 学号 毕业设计 基于单片机设计的自行车测速系统 姓名 系别、专业 导师姓名、职称 完成时间 1
目录 摘要 .............................................................. 3矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。Abstract............................................................ 3聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 1 绪论 ........................................................... 4残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 1.1 课题背景 ................................................. 5酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 1.2 课题主要任务及内容........................................ 5彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 1.3 任务分析与实现............................................ 5謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 2 系统设计 ....................................................... 6厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 2.1 硬件方案设计.............................................. 6茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 2.2 软件方案设计.............................................. 7鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 2.3 硬件电路设计.............................................. 8籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 2.3.1 概述................................................ 8預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 2.3.2 系统总电路图......................................... 9渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 2.3.3 单片机简介.......................................... 9铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 2.3.4 单片机的引脚功能介绍............................... 10擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 2.3.5 单片机中断系统介绍................................. 10贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 2.3.6 传感器及其测量系统................................. 11坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 2.3.7 霍尔传感器的测温原理............................... 11蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 2.3.8 集成开关型霍尔传感器............................... 12買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。 2.4 单片机外围电路的设计......................................... 13綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 2.4.1 时钟电路的设计......................................... 13驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 2.4.2 复位电路的设计......................................... 14猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 2.4.3 显示电路的设计......................................... 15锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。 3 软件程序设计 .................................................. 16構氽頑黉碩饨荠龈话骛。 3.1 概述 ..................................................... 16輒峄陽檉簖疖網儂號泶。 3.2 总体程序设计............................................. 16尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。 3.3 中断子程序设计........................................... 18识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。结论 ............................................................ 19凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。参考文献 ......................................................... 20恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。致谢 ............................................................. 20鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。附件一：总体原理图设计............................................ 21硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。
《电路与电子线路基础（2）》课程项目 总结报告 题目(A)：用霍尔器件制作一个自行车 组号： A 11 任课教师： 组长： 成员： 成员： 成员： 成员： 联系方式： 二零一五年一月十日
【元件简介】 1.霍尔元件 霍尔器件是常用的磁传感器，当磁铁靠近霍尔器件时就会产生信号，利用这个信号可以测量位置距离角度等。 霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中 的载流子时，产生横向电位差的物理现象。 单极性霍尔开关的感应方式：磁场的一个磁极靠近 它，输出低电位电压（低电平）或关的信号，磁场磁极离 开它输出高电位电压（高电平）或开的信号，但要注意的 是，单极性霍尔开关它会指定某磁极感应才有效，一般是 正面感应磁场S极，反面感应N极。当自行车匀速转动时 便会产生如下负脉冲信号，此时负脉冲信号的频率就是自 行车车轮转动的频率。 2.LM331 LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片,可用作精密频率电压转换器、A/ D 转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。 Lm331内部原理图
LM331引脚图 【实验方案】 我们小组准备将磁体安装在旋转面上，同时将霍尔器件固定在磁体经过的弧线上,这样当磁铁靠近霍尔器件时就会产生一个负脉冲信号。将脉冲信号通过由LM331、电阻、电容组成的频率/电压转换电路将其线性地转化为电压，即可利用电压表来指示自行车的速度。 下为由LM331、电阻、电容组成的频率/电压转换电路的原理简介。 LM331用作FVC 时的原理框 -输入 比较器 定时比较器 + +56 7 1s Q T C t R t V CC 2/3V CC 9/10V CC s 置“1”端 置“0”端 R R L C L -V 0 fi 图5-1-1 +V CC Q +10V
NANHUA University 单片机课程设计 题目基于单片机的测速仪 学院名称电气工程学院 指导教师 职称副教授 班级 学号 学生姓名 2010年 12 月 31日
《单片机课题设计》任务书
3．主要参考文献： [1] 胡汗才. 单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，2004 [2] 钱晓捷. 汇编语言程序设计[M].北京：高等学校教材，2005 [3] 张洪润. 张压凡.传感器与应用教程[M].北京：清华大学出版社，2005 [4] 张洪建.蒙建波.自动检测技术与装置[M].北京：化学工业出版社，2004 [5] 吕宁. 水箱水位PLC 自动控制系统的设计[J].电子技术，2005 [6] 刘东红.利用单片机89C52的一个并行I∕O口实现多个LED显示的一种简单方法,国外电子元器件.2002年（8） [7]童诗白．模拟电子技术基础．高等教育出版社，1999 [8]何立民．单片机高级教程——应用与设计．北京航空航天大学出版社，2000 [9]李嗣福．计算机控制基础．中国科技大学出版社，2001 [10]黄丹辉. 党向荣．微机测控系统中的接地系统设计， 2002．4.20 [11]蒋亚东. 敏感材料与传感器. 电子科技大学出版社，2008.12 [12]陈艾. 敏感材料与传感器. 化学工业出版社，2004.10.1 [13]戴佳、戴卫恒刘博文 .51单片机C语言应用程序设计电子工业出版社，2008.12 [14] 谢淑如，郑光钦，杨渝生 .Protel PCB 99 SE电路板设计.清华大学出版社，2001 [16] 江晓安、董秀峰. 模拟电子技术. 西安电子科技大学出版社, 2007.1 4．课程设计工作进度计划： 序号起迄日期工作内容 1 2010.12.15 布置任务，教师讲解设计方法及要求 2 2010.12.16--2011.12.20 学生查找阅读资料，初定方案,小组会议讨论并确定方案 3 2010.12.21-2010.12.27 硬件电路设计及程序编写 4 2010.12.28-2010.12.30 仿真、实验并写说明书，小组讨论 5 2010.12.31 答辩 主指导教师肖金凤日期： 2010 年 12月 14日
嵌入式系统设计
自行车车速报警系统 摘要 本课题实验主要是利用STC89C52RC、12864液晶、24C02E^2PROM、霍尔传感器和加速度倾角传感器来实现自行车测速功能。通过霍尔传感器来采集信号，经过单片机处理后，由12864液晶显示其总里程，分里程，速度，加速度；信号经过加速度倾角传感器读出坡度值，并在12864液晶中显示出来；然后由数学公式计算出消耗的卡路里值。12864显示页面一共有三面。按键具有调控展现的页面，清除分里程数据，保存总里程数据的功能，利用24C02实现断电不消失的功能。发光二极管模块，利用MOS管的特性可以实现在暗处自动点亮。 关键词：自行车测速仪；霍尔传感器A3144；加速度倾角传感器MMA7455；12864LCD 目录 １设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ２设计方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ２.1 芯片的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ２.2 霍尔传感器与单片机的通信．．．．．．．．．．．．．． ２.3 12864液晶屏与单片机．．．．．．．．．．．．．．．．．． ２.4 单片机与24C02 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ２.5 单片机与MMA7455 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ２.6 单片机下载程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ３总体方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ３.１工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ３.２总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ４系统硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
华北理工大学轻工学院 Qing Gong College North China University of Science and Technology 课程设计报告 课程名称：EDA辅助设计 项目名称：基于单片机的测速仪设计 专业班级： 学号： 姓名： 成绩：
一、项目说明 转速是工程中应用非常广泛的一个参数，其测量方法较多，而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法，目前这种测量方法已不能适应现代科技发展的要求。随着大规模及超大规模集成电路的发展，使得全数字测量仪器越来越普及，其转速测量仪器也可以用全数字化处理。在测量范围和测量精度方面都有很大提高。因此，本次设计的目的是：对各种测量转速的方法加以分析，针对不同的应用环境，利用AT89S52系列单片机设计一种全数字化测速仪器。本设计在通电后就会开始运行进行测速，由数码管进行显示当前转速，按下S1将会重置。 二、项目原理图 1、原理图
图1 项目原理图 2、各部分说明 （1）电源部分 DC002插座是带有插入断开开关，中心脚为1脚，下面为2脚，侧面为3脚，插入时3脚断开。的一款给单片机提供5v电压的电源。 图2 电源 （2）STC89C52芯片 STC89C52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含具有如下特点：40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDTC）电路，片内时钟振荡器。此外，STC89C52设计和配置了振荡频率可为0HZ并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
摘要 随着居民生活水平的不断提高，人们对于生活质量的要求也日益增加，尤其是对健身的要求。自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具，而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。自行车的速度里程表能够满足人们最基本的需求，让人们能清楚地知道当前的速度、里程等物理量。而对于自行车运动员来说，最为关心的莫过于一段时间内的训练效果。因为教练要根据一段时间内运动员的训练效果进行评估，从而进行适当的调整已使运动员达到最佳的状态。因此爱好自行车运动的人十分学要一款能测速的装置，以知道自己的运动情况。并根据外界条件，如温度，风速等进行适当的调节，已达到最佳运动的效果。 关键词：单片机、LED显示、里程/速度、霍尔元件
第一章系统总方案分析与设计 1.1 课题主要任务及内容 本课题主要任务是利用霍尔元件、单片机等部件设计一个可用LED数码管实时显示里程和速度的自行车的速度里程表。本文主要介绍了自行车的速度里程表的设计思想、电路原理、方案论证以及元件的选择等内容，整体上分为硬件部分设计和软件部分设计。 本文首先扼要对该课题的任务进行方案论证，包括硬件方案和软件方案的设计；继而具体介绍了自行车的速度里程表的硬件设计，包括传感器的选择、单片机的选择、显示电路的设计；然后阐述了该自行车的速度里程表的软件设计，包括数据处理子程序的设计、显示子程序的设计；最后对本次设计进行了系统的总结。 具体的硬件电路包括AT89C52单片机、霍尔元件以及LED显示电路等。 软件设计包括：中断子程序设计，里程计算子程序设计，显示子程序设计。软件采用汇编语言编写，软件设计的思想主要是自顶向下，模块化设计，各个子模块逐一设计。 1.2 任务分析与实现 本设计的任务是：以通用AT89C52单片机为处理核心，用传感器将车轮的转数转换为电脉冲，进行处理后送入单片机。里程及速度的测量，是经过AT89C52的定时/计数器测出总的脉冲数和每转一圈的时间，再经过单片机的计算得出，其结果通过LED显示器显示出来。 本系统总体思路如下：假定轮圈的周长为L，在轮圈上安装m个永久磁铁，则测得的里程值最大误差为L/m。经综合分析，本设计中取m=1。当轮子每转一圈，通过开关型霍尔元件传感器采集到一个脉冲信号，并从引脚P3.2中断0端输入，传感器每获取一个脉冲信号即对系统提供一次计数中断。每次中断代表车轮转动一圈，中断数n和周长L的乘积为里程值。计数器T1计算每转一圈所用的时间t，就可以计算出即时速度v。当里程键按下时，里程指示灯亮，LED切换显示当前里程;当速度键按下时，速度指示灯亮，LED切换显示当前速度。 要求达到的各项指标及实现方法如下： 1. 利用霍尔传感器产生里程数的脉冲信号。 2. 对脉冲信号进行计数。 实现：利用单片机自带的计数器T1对霍尔传感器脉冲信号进行计数。 3. 对数据进行处理，要求用LED显示里程总数和即时速度。 实现：利用软件编程，对数据进行处理得到需要的数值。 最终实现目标：自行车的速度里程表具有里程、速度测试与显示功能，采用单片机作控制，显示电路可显示里程及速度。
《传感器与测试技术》 技能实习 实训名称：基于labview 的 自行车测速装置 姓 名： 学院: 工学部 班级： 学号: 指导老师：孙芳方程慧慧
基于labview的自行车测速装置 摘要 随着人们生活水平的提高，自行车早已不再是像上个世纪那样成为人们最常用的普通的运输、代步的工具，而是成为了人们娱乐、休闲、锻炼的首选。而这必将促进自行车有关的工具快速发展，其中能清楚显示当前速度、里程等物理量的测速工具首当其冲。本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车测速里程表的设计。以labview为核心，3144霍尔元件传感器测转速，实现对自行车里程、速度的测量统计，并能将自行车的里程数及速度在labview中进行实时显示。文章详细介绍了自行车的速度里程表的硬件电路和软件设计。硬件部分利用霍尔元件将自行车每转一圈的脉冲数传入A/D转换卡，然后A/D转换卡将信号经过处理送入labview处理并显示。软件部分用labview进行编程，采用模块化设计。该系统硬件电路简单，程序具有通用性，完全符合设计要求。 关键词：里程/速度；霍尔元件；labview ；A/D转换卡；自行车
目录 摘要 (1) 第一章系统总方案论证与分析 (3) 1.1主要任务及要求 (3) 1.2系统总体设计方案 (3) 1.2.1测量原理 (3) 1.2.2测量原理介绍 (4) 1.3测试系统组成 (4) 1.3.1 系统组成 (4) 第二章系统结构模块论证 (5) 2.1元器件的选用 (5) 2.1.1WB3144传感器介绍 (5) 2.1.2 研华usb-4704 介绍 (7) 2.1.3硬件电路器件介绍 (10) 2.2硬件电路设计介绍 (11) 2.2.1实物连线图 (11) 2.2.2电路设计框图 (12) 2.3软件设计 (12) 2.3.1软件设计流程图 (12) 2.3.2使用软件介绍 (14) 2.3.3程序框图页面介绍 (14) 2.3.4前面板页面介绍 (15) 第三章总结 (18)
CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 科研实践 题目：基于单片机的测速器设计 二级学院（直属学部）：延陵学院 专业：电气工程及其自班级：10电Y1 学生姓名：叶翔学号：10120731 指导教师姓名：范力旻职称：副教授 2013年12月30日至2014年1月10日
1.绪论 (3) 1.1 课题研究背景及意义 (3) 1.2 课题研究的内容 (3) 2.测速器的系统概论 (5) 2.1 系统的主要功能 (5) 2.2 系统需求分析 (5) 2.3 测速器的工作流程 (5) 3总体设计方案 (8) 3.1 单片机的选择 (8) 3.1.1单片机的引脚功能介绍 (8) 3.2测速器方案论证 (9) 3.2.1方案的提出 (9) 3.2.2方案的比较及确定 (11) 4.硬件设计 (12) 4.1总体设计结构图 (12) 4.2最小系统电路设计 (12) 4.2.1时钟频率电路图 (12) 4.2.2复位电路图设计 (13) 4.3输入电路设计 (16) 4.3.1键盘电路的设计 (16) 4.3.2功能键系统设计 (16) 4.4输出电路设计 (17) 4.4.1数码管显示电路 (17)
4.4.2报警电路的设计 (18) 5.Proteus仿真 (19) 5.1 proteus软件的介绍及使用 (19) 5.2测速器proteus软件的仿真 (19) 6.实物制作 (22) 6.1电路板焊接 (22) 6.2电路板调试 (22) 7.总结和展望 (23) 7.1科研实践总结 (23) 7.2对未来的展望 (23) 附录 (24) 1.参考文献 (24) 2.元器件清单 (24) 3原理图 (26) 4实物图 (27) 5.程序代码（C语言）： (28)
XX大学本科毕业设计 基于AT89C51的LCD数字测速仪的设计 ——测量汽车车速 学生姓名XXX 院系名称工学院 专业名称电气工程及其自动化 班级 2007级 1班 学号XXXXXX 指导教师XXX 完成时间2011年 5月 18日
基于AT89C51的数字测速仪 学生姓名：XXX指导教师：XXX 内容摘要 随着居民生活水平的不断提高，家用轿车开始普及为人们娱乐、休闲代步的工具。汽车测速仪能够满足人们最基本的需求，让人们能清楚地知道当前的速度、里程、时间等物理量。以便做出判断和采取必要的措施，以防止交通事故的发生。测速仪作为汽车最基本、最重要的部件之一，在汽车的运行过程中起着至关重要的作用。一个性能良好、测量精确、稳定的测速系统，从某种意义上说，直接影响着汽车乃至司乘人员的生命安全。 本论文主要阐述一种基于光电传感器的汽车测速仪的设计。以 AT89C52 单片机为核心，OPTC 光断续器测转数，实现对汽车速度、时间的测量统计，并能将汽车的里程数及速度信息送单片机，并通过单片机输出驱动信号，用LCD实时显示。文章详细介绍了汽车测速仪的硬件电路和软件设计。硬件部分利用光电传感器组件将汽车每转一圈的脉冲数传入单片机系统，然后单片机系统将信号经过处理送显示。软件部分用C语言进行编程，采用模块化设计思想。该系统硬件电路简单，子程序具有通用性，完全符合设计要求。 关键词：速度；时间；光断续器；单片机；LCD显示 The car speedometer design based on the AT89C51 ABSTRACT With the developing of people’s life, the car is becoming the universal tool of transportation and substitute for walking and becoming the first choice of entertainment and exercising. The car speedometer can fulfill the basic need of people’s life, so that they can learn the speed、the mileage 、the time of the car. For that people could take some necessary measures in case of any accident happened by a dangerous speed. As one of the most basic and important part of a car, speedometer is taking an important role during the car’s run ning. To some extent, an accurate and stable speedometer has a effect on the driver’s life directly. In this paper, the car speedometer design based on the photoelectric sensor element is elaborated. By AT89C52 as kernel, using photoelectric sensor element to measure revolution, the measure and statistic are achieved. The car speed can be displayed on LCD. In this article, the hardware circuit and software design of car speedometer instrument are introduced in detail. About the hardware, the pulse number is transmitted of one cycle of the car into Single Chip Microcomputer system. Then the signal processed by Single Chip Microcomputer system is sent to display scream. About the software, in C language; the program is designed in the mode of modules. The system has simple hardware, common sub-program, and meets the demand of design. KEY WORDS:Mileage / speed; Time；temperature；photoelectric sensor element; Single chip microcomputer; LCD
《基于单片机的 自行车里程表、测速仪》单片机大作业 09电子2班 薛强 学号:423
目录摘要 第一章系统设计 1.1 设计任务和要求 1.1.1设计任务 1.1.2 基本要求 1.2 总体设计方案 1.2.1系统总体设计思路 1.2.2方案设计与讨论 1.3功能描述 1.4操作说明 1.5结构框图 1.6原理说明 第二章硬件设计 2.1 硬件电路 2.2 主要元件介绍 第三章软件设计 3.1 系统主程序流程图 3.2 仿真截图 3.3 源程序代码
基于80C51单片机的 自行车里程表、测速仪 摘要：本文介绍了一种基于单片机控制的简易自动自行车速度以及里程计算系统，包括自行车里程表的硬件构成，软件逻辑以及程序代码。该里程测速系统以AT89C51作为系统控制核心，采用光电传感器来检测信号，通过一定时间间隔内对信号的采集，结合自行车本身车轮参数，经过单片机对采集信号进行分析计算，最终在LCD以及LED上显示车辆行驶里程、平均速度和瞬时速度，并且具有超速报警功能。 关键词：自行车测速；单片机；光电传感器，LCD/LED显示 一、系统设计 1.1 设计任务和要求 1.1.1设计任务 设计一个自行车里程表、测速仪，可以将自行车一段时间内的行驶里程，瞬时速度，平均速度在LCD上显示出来，有一个能用LCD显示的腕式自行车里程显示器，传感器采用霍尔元器件，安装在自行车的车轮上； 1.1.2 基本要求 能实时显示当前的车速和行驶里程； 能去除或保留原先的里程数； 电池供电。 1.2 总体设计方案 1.2.1系统总体设计思路 本系统实现自行车运行过程中对行驶里程、当前瞬时速度、平均速度进行测量和显示。总体设计思路如图1所示。系统包括控制器模块、信号检测采集模块、显示模块、电源模块四部分。
《电子线路综合设计》 课 程 设 计 说 明 书 题目：__自行车测速________ 摘要 本设计主要阐述一种基于单片机与霍尔传感器等元件的测速仪设计。以AT89C51单片机为核心，实现对自行车里程、速度、时间、等参数的测量，并能简单的将里程及速度用1602实时显示。在本文中详细介绍了测速仪的硬件电路和软件设计。硬件部分利用霍尔传感器将每秒内的脉冲数传入单片机系统，然后
经单片机系统计算处理并将过处理结果送1602显示。软件的设计采用模块化结构，使程序的逻辑关系更加简洁。使硬件在软件的控制下协调运作。仿真，所设计的硬件电路及软件程序是正确的，实际的硬件电路中也基本上能够满足设计要求。 关键词：里程/速度，时间，霍尔元件，单片机，1602 Abstract This design mainly elaborated based on MCU and Hall element of speed instrument design. Take STC MCU as the core, Hall element speed, realizes to the bicycle mileage, speed, time measurement, and a simple bicycle mileage and speed with the 1602 real time display. The hardware part using the Hall element will bike per second pulse number of incoming MCU system, and then by the single chip microcomputer system calculation processing and processing result to the 1602 display. Program design in order to facilitate the expansion and the change, the software design uses the modular structure, make the logic relations more concise. Make hardware tocoordinatethe operation under the software control. Simulation experiments show that the designed hardware circuit and software program are correct, practical hardware circuit also basically can satisfy the design requirement, but due to the knowledge, in practice there are still some problems in the hardware circuit. Keywords: Mileage / speed,time, Hall element, MCU, 1602 1.设计要求： (1) 对自行车进行实时速度的测量，显示出速度值。 (2) 能够计算单次使用自行车的路程。 2 .系统总体方案设计 2.1 系统方案 该方案是以单片机为核心，通过速度传感器将所感应到的速度传送到单片机当中，通过单片机的处理计算并通过显示器将所计算的速度和里程显示出来。 2.2单片机介绍 单片机普遍认为是在一块硅片上集成了中央处理器、存储器和各种输入、输出接口，这样的一块芯片具有一台计算机的功能，因而被称为单片微型计算机。
项目设计报告 题目：基于单片机的测速器设计学生： 指导教师： 年级： 2014级 专业：电子信息工程 二级学院：信息工程学院 邯郸学院 2016年12月28日
目录 1绪论 (3) 1.1课程研究背景及意义 (3) 1.2课题研究内容 (3) 2、系统总体设计 (3) 2.1 IAP15F2K60S2芯片简介 (3) 2.2 SD-1测速传感器 (4) 2.2.1 SD-1测速传感器工作原理 (4) 2.3 显示模块 (5) 2.4测速方案论证 (5) 2.4.1方案的提出 (5) 2.4.2 方案的比较及选定 (6) 3、硬件设计 (6) 3.1测速信号采集及其处理 (7) 3.1.1转速测量原理 (7) 3.1.2 信号处理电路 (7) 3.2报警电路 (8) 3.2.1蜂鸣器的作用 (8) 3.2.2蜂鸣器的分类 (8) 3.2.3报警电路 (8) 4、软件程序电路 (9) 4.1语言的选用 (9) 5、总结 (10)
1绪论 1.1课程研究背景及意义 近年来随着科技的飞速发展，为了克服传统模拟车速显示仪表显示数字不准确及没有超速提醒的缺点，数字化仪表迅速的进入汽车仪表行业，成为一种趋势，本设计从汽车司机自身安全角度出发，设计一种检测车辆超速的报警系统。该报警系统允许驾驶员通过自带键盘设置最高速度和最低速度，当正常行驶中时，通过测速装置检测汽车的速度。并通过1602液晶屏显示车辆的实际车速和用户设置的安全参数。当发现车辆速度超过驾驶员设置的最高值时，蜂鸣器开始报警，提醒驾驶员减速，达到防患于未然的目的。单片机的应用在不断走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动检测的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用。此设计就是利用IAP15F2K60S2单片机对机动车超速行驶情况进行蜂鸣器报警的系统。该系统结构简单，可靠性强，操作方便，可广泛用于摩托车，汽车等机动车辆。 1.2课题研究内容 本课题要求设计一个具有数字显示功能的单片机系统，实现车辆当前速度输出测量，达到所设定的速度上限时并报警，以保证驾驶员的人身安全。首先要进行系统的总体方案设计，在设计中应考虑以下几点： （1）遵循从整体到局部的设计原则。在过程中，应遵循从整体到局部的设计原则，把复杂难处理的问题分若干个较为简单的、容易处理的问题，分别加以解决。 （2）经济性要求。为了获得较高的性能价格比，设计时不应盲目追求复杂高级的方案，因为方案简单意味着所用的元器件少，可靠性高，而且比较经济。（3）可靠性要求。所谓可靠性是指产品在规定的时间内完成规定的功能的能力。可靠性指针除了可用完成功能的概率表示外，还可以用平均寿命来表示。 2、系统总体设计 2.1 IAP15F2K60S2芯片简介 IAP15F2K60S2是STC生产的单时钟/机器周期的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机。采用STC第八代加密技术，超级加密，指令代码完全兼容传统8051但速度快8-12倍。内部集成高密度R/C时钟，常温