自行车里程速度计的设计说明

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1、目 录序言1第一章系统方案21.1课题的主要任务与容21.2任务分析与实现21.3单片机选择31.4显示模块的选择41.5传感器的选择41.6系统简介5第二章硬件设计72.1单片机的介绍72.1.1单片机原理简介72.1.2 单片机的引脚功能介绍82.2单片机外围电路的设计102.2.1时钟电路102.2.2复位电路的设计102.2.3报警电路的设计112.3传感器112.4显示电路的设计152.4.1显示器LCD1602的介绍152.4.2显示电路的设计电路19第三章软件设计213.1软件实现的功能213.2主程序213.3显示子程序的设计23第四章系统调试与仿真254.1系统仿真调试254

2、.2 protel99的介绍254.3硬件调试264.3.1常见的硬件故障264.3.2调试方法274.3.3 调试步骤27结束语28参考文献29致30附录31附录一元器件清单31附录二电路图32附录三实物照片34附录四源程序35附录五中英文文献5159 / 61序 言传感器，是一种检测装置，能感受到被测的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节1。它的作用是将一种能量转换成另一种能量的形式。英文名字为Sensor或Transducer，亦称变换器、换能器。在科学技

3、术迅速发展的当今社会，传感器的应用越来越广泛，如在日常生活、航空、航天，常规武器、交通运输，机械制造、生物医学工程、化工、自动化检测工程与计量等各项领域2。单片微型计算机是制作在一块集成电路芯片上的计算机，简称单片机，又称微控制器。它包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、用RAM构成的数据存储器、用ROM构成的程序存储器、定时器/计数器、各种输入/输出（I/O）接口和时钟电路，可独立地进行工作。特别适用于控制领域。因此，单片机只要与适当的软件与外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统3。单片机由于其体积小、功能强，可靠性高，灵活方便等优点，所以被广泛的应用

4、于各个领域，并对各行各业的技术改造和产品的更新换代起到重要的推动作用4。本设计介绍了一种基于单片机控制的简易自行车速度以与里程计算系统，包括自行车里程表的硬件构成，软件逻辑以与程序代码。该里程测速系统以STC89C52作为系统控制核心，采用传感器来检测信号，通过一定时间间隔对信号的采集，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，最终在液晶显示器LCD上显示车辆行驶的里程和速度，具有超速报警 5。此次的毕业设计过程中，有三个需要解决的关键问题：(1)5v电源怎么实现。 (2)速度怎样采样。 (3)速度显示模块采用何种方式，液晶还是数码管。第一章 系统方案1.1课题的主要任务与容本

5、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1602液晶显示的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、方案论证以与元件的选择等容，整体上分为硬件部分设计和软件部分设计。本文首先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STC89C52单片机的外围电路以与LCD液晶显示电路、霍尔检测电路等。软

6、件设计包括：芯片的初始化程序、定时中断采样子程序、显示子程序等，软件采用C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STC89C52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。里程与速度的测量，是经过STC89C52的定时/计数器测出定时1s会计数几个脉冲，再经过单片机的计算得出，其结果通过LCD液晶显示器显示出来。测速，首先要解决是采样的问题。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，将脉冲送入单片机中进行计算，即可获得转速的信息。常用的测速元件

7、有霍尔传感器、光电传感器和光电编码器。里程测量传感器的选择也有以下几种方案：使用光敏电阻对里程进行测量、利用编码器对车轮的圈数进行测量、利用霍尔传感器对里程进行测量、利用干簧管型传感器测量里程。要求达到的各项指标与实现方法如下：(1).上电后实时显示速度(2).路程实时记录（掉电存储）(3).半径可设定（掉电存储）(4).超速报警(5).掉电存储实现：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与速度。1.3单片机选择随着微电子技术和超大规模集成电路技术的发展，单片微型计算机以其体积小、性价比高、

8、功能强、可靠性高等独有的特点，在各个领域（如工业控制、家电产品、汽车电子、智能仪器仪表）得到了广泛的应用。下面就简要介绍具有代表性的几款单片机6。1. 8031单片机是Intel公司生产的MCS-51系列单片机中的一种，除无片ROM外，其余特性与MCS-51单片机基本一样，部含有一个8位CPU、128个字节的RAM，21个特殊功能寄存器。而单片机8031要进行存储器的扩展比较麻烦，外围器件多，而且8031的功耗也大。2. 单片机8032/8052/8752是增强型产品，而8032、80C32片是没有ROM的，而89C51部含有4K字节的FLASH的ROM。52系列的单片机计数器为三个16位计数

9、器，中断源为8个。3.8051是最早最典型的产品，是在8031的基础上片又集成4KROM，作为程序存储器。8051单片机与80C51单片机从外形看是完全一样的，其指令系统、引脚信号、总线等完全一致（完全兼容），也就是说在8051下开发的软件完全可以在80C51上应用，反过来，在80C51下开发的软件也可以在8051上应用7。4.STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。在单片机芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能:8k字节Flash

10、，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选8。 在本次设计中，经过分析与比较，选择了单片机STC89C52，这是因为：1.单片机STC89C52采用的是CHMOS工艺：高速度、高密度、低功耗。也就是说STC89C52单片机是一种低功耗单片机。2.可靠性高、便于扩展。3

11、.控制功能强。4.单片机89C51片存储容量较小，除此之外，单片机STC89C52还具有集成度高、体积小、性价比高、应用广泛、易于产品化等特点。1.4显示模块的选择动态扫描LED数码管显示。里程表的显示容以数字为主，利用LED数码管可基本满足使用要求，且成本较低。但是用动态扫描的方式驱动数码管，亮度太低，在下几乎看不见显示容，失去使用价值。串行静态LED数码管显示。把单片机的串行口设置为方式0（同步移位寄存器），输出显示信息，可实现LED数码管的静态显示，其亮度令人满意。但由于要使用74HC164/74LS164串并转换芯片驱动LED数码管，因此会带来体积大、成本高、功耗高等缺点。LCD液晶显

12、示模块。液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示容丰富等特点，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了9。在本次设计中，经过分析与比较使用LCD1602作为显示模块。1.5传感器的选择红外光电传感器。把红外对管分别安装在自行车车轮的两侧，当车轮转动时，辐条会阻挡红外对管的光路，接收管输出低电平，单片机根据此信号可计算里程、速度等。红外对管的优点是测量精度高，缺点是安装比较复杂和容易受外来光线、灰尘等的影响。开关型霍尔传感器。霍尔传感器是利用霍尔效应把磁输入信号转换成电信号的器件。把开关型霍尔传感器安装在自行车贴近车轮的支架上，磁钢安装在辐条上，当磁钢靠近霍尔传感器的时候，

13、传感器输出一个无抖动的低电平，单片机根据此信号可计算里程、速度等。霍尔传感器的优点是稳定和安装简易，缺点是成本较高。干簧管。干簧管是一种磁敏的有触点无源电子开关元件，应用在里程表上的原理与开关型霍尔传感器类似，把干簧管安装在自行车贴近车轮的支架上，磁钢安装在辐条上，当磁钢靠近霍尔传感器的时候，干簧管闭合，单片机根据此信号可计算里程、速度等。干簧管的优点是成本低廉和安装简易，缺点是比较脆弱和不够稳定。本里程表选用开关型霍尔传感器，稳定、安装简易。1.6系统简介系统由霍尔传感器脉冲检测电路、LCD1602液晶显示、数据存储模块、主控单片机系统组成，霍尔传感器把车轮的每周期信号转换成脉冲传送给单片机

14、，单片机通过判断脉冲周期计算出转速与路程，通过数据稳定处理等程序，得出转速稳定近似值，通过LCD1602液晶屏显示，并记录总路程于部掉电存储，能保证掉电数据不丢失。系统方框图如图1-1所示。 测量自行车的速度的原理有两种：测量一定时间间隔t,自此时间段自行车车轮转过的圈数q。假设车轮周长为c，则速度V=c*q/t；测量自行车车轮转过一圈的时间t，则速度V=c/t。本里程表是根据前一个原理计算速度的。图1-1系统方框图工作原理：里程、速度等都是由霍尔元器件测量。通过频率计输出脉冲，代表车轮转动圈数，已知自行车轮胎的半径为50cm，轮子每转动一圈，安装在车轮辐条上的磁钢接近霍尔传感器一次，传感器送

15、一个脉冲信号给单片机的外部中断计数器T0，产生一次中断，圈数加一。圈数*2*0.5即为车前进距离，而通过单片机T0定时器记录时间，间隔1秒，1秒的前进距离除以时间1秒，得到1秒的当前速度。而总里程L除以总时间t得到平均速度10。若速度大于所设定的值，则P1.0口输出低电平，LED警示灯亮，扬声器发出声音。可以通过按键来改变半径和速度的上限值。第二章 硬件设计2.1单片机的介绍2.1.1单片机原理简介单片机是指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算机的各种功能部件，包括CPU(Central Processing Unit)、随机存储器RAM(Random Access Memory

16、)、只读存储器ROM(Read-only Memory)、基本输入/输出(Input/Output)接口电路。定时器/计数器等部件都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机从而实现微型计算机的基本功能。单片机部结构示意图如图2-1所示11。定时/计数器中断系统CPU存储器并行I/O口串口I/O口TXDRXDTINTP0-P3图2-1单片机部结构示意图1.中央处理器（CPU）中央处理器是单片机最核心的部分，主要完成运算和控制功能。2.部存储器部存储器包括部数据存储器（部RAM）和部程序存储器。存储器是由大量的寄存器所组成，其中每一个寄存器就称为一个存储单元。3.定时/计数器单片机的定时器和

17、计数器是同一结构，只是计数器记录的是单片机外部发生的事件，由单片机的外部电路提供计数信号；而定时器是由单片机部提供一个非常稳定的计数信号。4.中断系统中断系统在计算机中起着十分重要的作用，是现代计算机系统中广泛采用的一种实时控制技术，能对突发事件进行与时处理，从而大大提高系统的实时性能。5.串行I/O接口串行I/O口的数据各位按顺序传输，其特点是需要一对传输线，成本低；但速度慢，效率低，适合静态显示。6.并行I/O接口并行I/O接口的数据所有位同时传送。其特点是传输速度快，效率高；但传送多少位就需要多少根传输线，因此传送成本高，适合动态显示。2.1.2 单片机的引脚功能介绍STC89C52是一

18、种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。引脚如图2-2所示：图2-2 STC89C52引脚图STC89C52具体介绍如下：主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片振荡电路的输入端XTAL2(Pin18)：片振荡电路的输出端控制引脚（4根）R

19、ST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的外部选通。接低电平，从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别为P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。PO口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（P

20、in21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.72.2单片机外围电路的设计2.2.1时钟电路 STC89C52部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由部方式产生或外部方式产生。本文所用的是部方式的时钟电路，如图2-3所示，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起

21、微调的作用。图2-3时钟电路2.2.2复位电路的设计本系统的复位电路是采用按键复位的电路，如图2-4所示，是常用复位电路之一。单片机复位通过按键产生高电平复位称手动复位。上电时，刚接通电源，电容C相当于瞬间短路，+5V立即加到RET/VPD端，该高电平使89C52全机自动复位，这就是上电复位；若运行过程中需要程序从头执行，只需按下按键即可。按下按键，可直接把+5V加到了RET/VPD端从而复位称为手动复位。复位后，P0到P3并行I/O口全为高电平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器状态不确定。工作原理：通电瞬间，RC电路充电，RST引脚出现高电平，只要RST端保持10ms以上高电平，就能使

22、单片机有效地复位。图2-4 按键复位电路2.2.3报警电路的设计本次报警电路采用蜂鸣器报警，当自行车行驶的速度超过本设计所设定的速度时，P1.0口输出低电平，使三极管导通，蜂鸣器发出报警信号。报警电路如2-5所示：图2-5报警电路2.3传感器霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场与其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用12。1.霍尔效应霍尔元件-霍尔传感器由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路与稳压电源电路等集成在一个芯

23、片上，称之为霍尔传感器.图2-6霍尔传感器霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图2-6所示，是其中一种型号的外形图。2.霍尔传感器的分类霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。（1）线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。（2）开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组 成，它输出数字量。3.霍尔传感器的特性（1）线性型霍尔传感器的特性如图2-7所示：图2-7线性霍尔传感器的特性输出电压与外加磁场强度呈线性关系，如图2-7所示，可见，在B1B2的磁感应强度围有较好的线性度，磁感应强度超出此围时则呈现饱和状态。（2）

24、开关型霍尔传感器的特性 如图2-8所示，其中BOP为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点“关”的磁感应强度。图2-8开关型霍尔传感器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，当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BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。 另外还有一种“锁键型”（或称“锁存型”）开关型霍尔传感器，其特性如图2-9所示：图2-9锁键型开关型霍尔传感器当磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出由高电平跃变为低电平，而在外磁场撤消后，其输出状态保持不变（即锁存状态），必须施加反向磁感应强

25、度达到BRP时，才能使电平产生变化。4.霍尔传感器的应用按被检测对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。前者是直接检测受检对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，这个磁场是被检测的信息的载体，通过它,将许多非电、非磁性物理量，例如速度、加速度、角度、转数、转速以与工作状态发生变化的时间等，转变成电学量来进行检测和控制11。 （1）线性型霍尔传感器主要用于一些物理量的测量。电流传感器位移测量（2）开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等。 如图2-10所示，在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘

26、边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数（计数器），若接入频率计，便可测出转速10。图2-10模拟测速 如果把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上，当装在运动车辆上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号的分布可以测出车辆的运动速度。本设计采用的开关型霍尔传感器尺寸小、工作电压围宽，工作可靠，价格便宜，因此获得极为广泛的应用。电路如图2-11所示：图2-11开关型霍尔传感器传感器的工作原理如图2-12所示：图2-12传感器工作原理2.4显示电路的设计在日常生活中，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用器件，如在计算器、

27、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，软件都比较简单，但硬件电路复杂。在单片机系统中应用液晶显示器作为输出器件有以下几个优点：（1）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。（2）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。（3）体积小、重量轻液晶显示器通过显示屏上的电极控制液

28、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。（4）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，因而耗电量比其它显示器要少得多。2.4.1显示器LCD1602的介绍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

29、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。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，即每行有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，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；

30、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，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号

31、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LCD就可以得到一个完整的汉字。4.主要技术参数如表2-1所示：表2-1 LCD1602主要技术参数显示容量162个字符芯片工作电压4.55.5工作电流2.0mA（5.0

32、v）模块最佳电压5.0v字符尺寸2.954.35（WXH）mm5.引脚接口说明如表2-2所示13：表2-2 LCD1602引脚接口编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS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背光源负极第1脚：VSS为地电源第2脚：VDD接5V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

33、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为寄存器选择，高电平时进行读写操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W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R/W为高电平时可以读信号，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。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。LCD1602分为带背光和不带背光两种，基本控制器大部分为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2-13所示：图2-13 LCD1

34、602带背光与不带背光的外形尺寸差别6.LCD寄存器的选择如表2-3所示：表2-3 LCD寄存器的选择ER/WRS功能说明100写入命令寄存器101写入数据寄存器110读取忙碌标志与RAM地址111读取RAM数据0X不动作7.1602LCD的指令说明与时序1602液晶模块部的控制器共有11条控制指令，控制指令如表2-4所示：表2-4 1602控制指令序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清除显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLN

35、F*7置字符发生存贮器地址0001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要写的数据容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据容1602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：清除显示，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：显示开关控制。 D：控制整

36、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，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据

37、。指令11：读数据。2.4.2显示电路的设计电路本设计中LCD1602的数据总线接STC89C52单片机的P0口，控制引脚RS接P2.7口，R/W接P2.6口，E接P2.5口。VL是对比控制引脚，电压在05V之间，BLA和 BLK是背光电源的正负极，使用时需要连接限流电阻，电流大小可以控制背光亮度。液晶显示电路如图2-14所示14：图2-14 液晶显示电路第三章 软件设计3.1软件实现的功能1. 利用霍尔传感器产生里程数的脉冲信号2. 利用单片机自带的计数器T0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LCD显示里程总数和即时速度4. 自行车超速，系统发出报警信号。3.2主程序1

38、.初始化程序主要工作：将T0设为外部控制定时器方式；外中断0与外中断1设为边沿触发方式；将部分存单元清零；设置轮子周长；开中断与定时器；将EEPROM中的数据调入存等。2.轮圈大小的设计 P1.5和P1.6两个引脚分别接两个开关，通过调节这两个开关，可以改变轮圈的半径。3.主要程序流程图通过对按键和定时器的监测，进行按键和显示独立执行，当有按键按下根据按键的类型作相应的处理，定时500ms进行一次显示更新。程序流程图如图3-1所示：图 3-1 软件总体流程图4.算法流程A44E输出端OUT连到单片机外部中断T0上，用磁铁靠近A44E，输出端产生一个低电平信号，使CPU产生一次中断计一次数。假定

39、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。本设计中取m=1。当轮子每转一圈，通过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，可以采用两种定时器，一个定时器定位1s,一个是计数器。计数器是用来计数1s钟轮子的圈数。从而可以计算出它的里程与速度。 里程S=周长L*圈数n 速度V=周长L/t 通过计数外部中断的脉冲数，每经过1s进行一次监测，从而得出速度，并计算出路程，再通过液晶1602显示。程序流程图如图3-2所示：图3-2算法流程3.3显示子程序的设计本设计采用LCD液晶显示器接口电路，数据总线接STC89C52单片机的P0口，控制引脚RS接P

40、2.7口，R/W接P2.6口。E接P2.5口。通过编辑软件，先把所要显示的数据放入存储单元，然后把数据送入对应的地址，完成显示。液晶屏每0.5s更新一次显示。若发生报警，显示屏上的值将会停留在最近一次的显示值，直至复位按钮按下或按钮按下。显示子程序的流程图如图3-3所示:图3-3显示程序框图第四章 系统调试与仿真系统调试包括硬件调试和软件调试。硬件调试的任务是排除系统的硬件系统的硬件电路故障包括设计性错误和工艺故障。软件调试是利用开发工具进行在线仿真调试,除发现和解决程序错误外,也可以发现硬件故障校时电路。本次设计中需要的调试如下：4.1系统仿真调试本次实验采用的是uVision2件进行调试。

41、它是Keil Software公司推出的一款可用于多种8051MCU的集成开发环境（IDE），该IDE同时也是PK51与其它开发套件的一个重要组件。除增加了源代码、功能导航器、模板编辑以与改进的搜索功能外，uVision2提供了一个配置向导功能，加速了启动代码和配置文件的生成。此外其置的仿真器可模拟目标MCU，包括指令集、片上外围设备与外部信号等。uVision2提供逻辑分析器，可监控基于MCUI/O引脚和外设状态变化下的程序变量15。程序调试界面如图4-1所示。4.2 protel99的介绍早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机

42、的1M存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到DXP 2004，是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密

43、度PCB的100%布通率。在国PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普与提供了基础。因此本设计的原理图用的软件是protel99。图见附录2所示。图4-1程序调试界面4.3硬件调试4.3.1常见的硬件故障（1）逻辑错误：样机硬件的逻辑错误是由于设计错误或加工过程中的工艺性错误而造成的，包括错线,开路和短路等等，其中短路是最常见的故障。（2）元器件失效：元器件失效的原因有两个方面,一是器件本身已经损坏或性能不符合要求；二是由于组装错误造成的元器件失效,如电解电容,二极管的极性错误或集成块安装方向错误等。（3）性差：若样机中存在电源故障,则加电后将造成器件损

44、坏。电源故障包括电压值不符合设计要求,电源引出线和插座不对应,电源功率不足和负载能力差等。4.3.2 调试方法脱机调试是在样机加点之前,先用万用表等工具,根据硬件电气原理图和装配图,仔细检查样机线路的正确性,并核对元器件型号,规格和安装是否合要求。特别注意电源的走线，防止电源之间的短路和极性错误,重点检查系统的总线或其他信号线之间是否存在相互的短路。样机所用的电源,事先必须单独调试后才能加到系统中,在不插芯片的情况下,加电检测各底座上引脚的电位,仔细测量各点电位是否正常,尤其应注意单片机底座上的各点电位是否正常。 4.3.3调试步骤接通5v电源，液晶显示器会显示速度为0，当磁铁靠近霍尔元器件时

45、，就会显示速度的值，不停的靠近霍尔传感器，速度的值就会越来越大。可以通过切换开关来查看此时的路程和半径。可以通过改变半径改变路程与速度。图为附录所示。结束语本设计是以STC89C52单片机为主要控制电路，通过霍尔传感器传送给单片机，利用单片机部的计时和中断，计算里程速度并通过液晶显示器显示。在此次设计中本人也遇到了很多困难，开始拿到课题时还觉得很简单，可通过动手做之后，才发现自己的不足，对单片机知识掌握的不牢，所有知识都只局限于课本上老师讲过的，课外知识积累的太少。通过此次设计，本人学到了很多老师课上没教的知识，如霍尔元件，液晶显示器等的管脚与其功能，了解了它们的用法、原理、接口电路与其应用程

46、序，进一步加强了本人的专业基础知识和相关专业课程知识，提高了本人的动手能力，能将所学知识运用在实际生活中；培养独立自主、综合分析的思维与创新能力。在以后的学习中，本人要多阅读课外书籍，不能只局限于书本，扩展本人的思路，积累更多的知识，并将它应用到实际生活中去。 在本次的毕业设计过程中，三个需要解决的关键问题都得到了解决：第一、电源可以通过网上购买USB充电器5v电源适配器，更方便进行测试。第二、速度可以通过霍尔元器件进行模拟，再送进单片机进行计算。从而可以得出速度与里程。第三、显示电路可以用液晶显示器，可以减少电路的复杂程度，使得电路更加美观。在此过程中也遇到了问题，液晶显示器的显示屏显示的字

47、很模糊，因此在液晶显示器的3脚与地接了一个2K5K的电阻。参考文献1郁有文,常健,程继红.传感器原理与工程应用M.:电子科技大学,2008.2何希才. 传感器技术与应用M. :航空航天大学,2001.3袁新燕.关于“单片机原理与应用”教学的讨论J.电脑开发与应用,1997,10（4）：56-59.4唐炜.单片机原理与应用课程教学改革探讨J.电气电子教学学报,2002,24（3）：21-23.5楼然苗, 光飞. 51系列单片机设计实例M. :航空航天大学,2003.6友德,志英,涂时亮.单片微型机原理、应用与实验M. :复旦大学,2006.7曾一江. 单片机原理与接口技术M.:科学, 2006.

48、8QU Jin-yu.Measure of Engine Speed Based on C8052F ChipJ.Tractor&Farm Transporter,2007，12（5）：12-15.9亮.液晶显示模块LCD1602应用J.电子制作,2007,17（3）:12-15 .10王锁弘.电子车速里程表的单片机实现方案J.国外电子元器件,2004,14（5）：7-8.11雪丽.单片机原理与接口技术M.:化学工业, 2005.12LvQuan. Modern sensor principle and applicationJ. The first edition. Beijing: tsi

49、nghua university press. 2006,10(5):3-5.13邓燕妮,常小科,辉琴等.基于51单片机控制的液晶显示技术J.工业控制计算机,2007,12(3)：22-25.14蔡康松,段杏林.基于单片机字符型液晶显示模块控制设计J.学院学报,2005,5（6）：10-15.15勇强.uVision2单片机应用开发指南M.:航空航天大学,2005.致 通过这几个月来的忙碌和学习，本次毕业论文设计已接近尾声，作为一个大学生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，在这里衷心感指导老师的督促指导，以与一起学习的同学们的支持，让本人按时完成了这次毕业设计。在毕业论文设

50、计过程中，本人遇到了许许多多的困难。在此要感本人的指导老师王老师的悉心帮助和对本人耐心而细致的指导，本人的毕业论文较为复杂烦琐，但是王老师仍细心地纠正图中的错误。除了敬佩王老师的专业水平以外，他的治学严谨和科学研究的精神也是本人永远学习的榜样，并将积极影响本人今后的学习和工作，本人才得以解决毕业设计中遇到的种种问题。同时感本院、系领导对学生们的教导和关注；感大学四年传授学子专业知识的所有老师。你们呕心沥血的教导。还有本人周围的同窗朋友，他们给了本人无数的关心和鼓励，也让本人的大学生活充满了温暖和欢乐。如果没有他们的帮助，此次毕业论文的完成将变得困难。他们在本人设计中给了许多宝贵的意见和建议。同

51、时也要感自己遇到困难的时候没有一蹶不振，取而代之的是找到了最好的方法来解决问题。最后，感本人的父母。他们给本人无私的爱，为本人求学所付出的巨大牺牲和努力。附 录附录一 元器件清单序号名称代号型号数量1电阻R25112电阻R111.2K13贴片电阻R110K14贴片电阻R61K15排阻R54.7K*816贴片电容C2，C322Pf27磁片电容C510418电解电容C40.1 uF/25V19电解电容C14.7uF/25V110蜂鸣器BELL3V111按键S1,S2,S3，S4,S5SW-PB512液晶显示器1602LCD113PNPQ19012114霍尔传感器R3A3144E115单片机U2ST

52、C89C52116发光二极管D3LED117晶振Y112MHZ1附录二 电路图附录三 实物照片图（1）显示速度图(2)显示里程附录四 源程序Mainc#include #include 1602.h /液晶显示驱动#include key16.h /按键头文件#include tim0.h /定时器0头文件#include tim1.h /定时器1头文件#include stc_eeprom.h /掉电存储头文件#define OPEN 0#define CLOSE1/-模式定义-#define MODE_NUM4#define M_MAIN0/主模式#define M_ROUTE1/主模式#

53、define M_RADIUS2/设置半径模式#define M_UP_SPD3/设置上限速度模式/-uchar mode = 0;/模式定义uchar b_radius = 50;/半径存储变量 cmuint total_dis = 0;/总路程 Total distance，单位 100m uint b_speed = 0;/自行车速度uchar up_speed = 22;/超速设置sbit BELL = P10;/蜂鸣器报警extern unsigned long distance; /总路程/地址定义#define H_ADD0X20/高位地址#define S_ADD0X00/起始

54、位地址#define DIS_ADD0X08/路程存储地址#define RADIUS_ADD0X0C/半径存储地址#define UP_SPD_ADD0X10/上限速度存储地址/保存数据void saveData(void)SectorErase(H_ADD,S_ADD);byte_write(total_dis/256, H_ADD,DIS_ADD);/保存距离byte_write(total_dis%256, H_ADD,DIS_ADD+1);byte_write(b_radius/256, H_ADD,RADIUS_ADD); /保存半径byte_write(b_radius%256,

55、 H_ADD,RADIUS_ADD+1);byte_write(up_speed, H_ADD,UP_SPD_ADD); /保存上限速度/读数据void readData(void)total_dis = byte_read(H_ADD,DIS_ADD)*256;total_dis += byte_read(H_ADD,DIS_ADD+1);distance = total_dis*100;b_radius = byte_read(H_ADD,RADIUS_ADD)*256;b_radius += byte_read(H_ADD,RADIUS_ADD+1);up_speed = byte_re

56、ad(H_ADD,UP_SPD_ADD); /-/显示总路程void showTolDis(uchar x,uchar y)WrLcdS(x,y,Route: km);WrFloatNum(x,y+6,total_dis/10.0);/显示速度void showSpeed(uchar x,uchar y)WrLcdS(x,y,Spd: km/h);if(b_speed 10000)WrFloatNum(x,y+4,b_speed/10.0);else /超速WrLcdS(x,y,Spd:*km/h);/写半径数值void WrRadiusNum(uchar x,uchar y,uint num

57、) /补零使得显示位数相等if(num = 0)WrNum(x,y+,0);if(num 100)WrNum(x,y+,0);WrNum(x,y,num);/显示半径void showRadius(uchar x,uchar y)WrLcdS(x,y,Radius: cm);WrRadiusNum(x,y+7,b_radius);/显示上限设置速度void showUpSpd(uchar x,uchar y)WrLcdS(x,y,Speed: km/h);WrNum(x,y+6,up_speed);/模式显示void showMode(uchar mode)WrLcdS(0,9, );WrLcdS(1,0, );switch(mode)case M_MAIN:WrLcdS(0,9,MAIN );showSpeed(1,0) ;break;case M_ROUTE:WrLcdS(0,9,ROUTE );showTolDis(1,0);break;case M_RADIUS:WrLcdS(0,9,RADIUS );showRadius(1,0);