毕业设计论文多功能自行车里程表软件设计

《毕业设计论文多功能自行车里程表软件设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文多功能自行车里程表软件设计（38页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 多功能自行车里程表软件设计摘 要本文介绍的速度与里程表设计以单片机最小系统和霍尔传感器为核心。利用89C51单片机设计一种基于Proteus环境下51单片机的多功能自行车里程表要求该表具有实时时钟、自行车行驶瞬时速度、平均速度、超速报警、累计总里程等计量功能，可通过切换显示，传感器将不同车速转变成的不同频率的脉冲信号输入到单片机进行控制与计算，再采用LED模块进行显示，使得电动自行车的速度与里程数据能直观的显示给使用者，提供给用户安全行驶的一些基本信息。本系统由霍尔传感器、RC滤波电路、单片机AT89C51、系统化LED数码管显示模块、数据存储电路和键盘控制组成。其中霍尔传感器包含信号放大和

2、波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机相连的TTL信号；通过单片机的设置可使内部定时器T1对脉冲输入引脚T0进行控制，这样能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中速度显示采用LED模块，通过速度换算得来的里程数采用I2C总线并通过E2PROM来存储，既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。本文先对里程表设计当中所需设备作了详细介绍，对设计中存在的问题进行了说明；而后对硬件和软件部分的设计和实现作了认真的分析；然后给出了系统的建模过程及相应的系统模型，在此基础上进行了控制

3、仿真，并对仿真效果进行了比较。关键词：AT89C51单片机;LCD数码管显示器;累计里程;速度;霍尔传感器 AbstrsctThe paper introduces the odometers in SCM design speed and the minimum system as the core and the hall sensors. Use a method based on 89C51 design under the environment of 51 SCM Proteus multifunctional bicycle with real-time clock the od

4、ometers requirements, bicycle, average speed driving instantaneous velocity, alarm, accumulative total of total mileage by switching function, can show different speeds, sensor into a different frequency pulse signal input to the MCU control and calculation, again USES LED module that makes the spee

5、d of electric bicycle with mileage data can be intuitive show users, to give users the safe driving some basic information.This system consists of hall sensors, RC filter circuits and single-chip microcomputer AT89C51, systematic LED digital display module, data storage tube control circuit and keyb

6、oard. One hall sensor signal amplifier and waveform containing plastic. The signal enlarged aim is to reduce signal amplitude treat requirements, Waveform conversion and waveform plastic circuit is used to convert the signal can be amplified with single-chip connected TTL signal, Through the microco

7、ntroller timer Settings can make internal T1 on foot T0 input pulses, thus can accurately calculate T0 added to the foot unit time detected pulse count, In the design that USES LED module, the speed of mileage conversion speed by using the I2C bus E2PROM to store, and save for the mouth of SCM and p

8、eripheral devices, also simplifies shows part of the software programming.This paper first needed to design the odometers in detail, equipment for the problems existing in the design of explains, Then the part of hardware and software design and realization of the earnest analysis, Then presented sy

9、stem modeling process and the corresponding system model based on the control simulation, and the simulation results are compared.Keywords: AT89C51, The LCD digital tube display, Total mileage, Speed, Hall sensors目 录1 绪论 1.1 课题研究的背景和意义 1.1.1背景意义 1.1.2相关研究 1.2 国内外研究现状 1.3 本文主要内容及技术指标 1.3.1作品基本要求 1.3.

10、2本文主要内容 1.3 .3主要技术指标 2 系统方案论证2.1 方案设计论证与比较 2.1.1 速度测量原理 2.1.2 传感器的选择方案 2.1.3 显示模块的选择方案 模块化的编程方案 数码管的显示方案论证：动态显示和静态显示2.2 主要言元器件的介绍 2.2.1 AT89C51简介 2.2.2 霍尔传感器简介 2.2.3 LED数码管简介 3 系统软件设计 3.1 3.1.2 系统方框图 3.1.3 系统原理框图3.3各模块软件设计 3.1.1系统软件框图 把各程序模块子程序设计都列进来 3.1.4 系统软件设计流程图 3.1.5里程及速度处理子程序流程图 3.2 KeilC51软件编

11、程集成开发环境 3.2.1KeilC51集成开发环境 3.2.2 gVision2/3的主要功能 4 系统硬件设计4.1 系统硬件概述 4.2 系统硬件总框图 4.3 系统工作原理及功能描述 4.3.1系统的工作原理 4.3.2系统的功能描述 5系统调试5.1系统的硬件调试 5.1.1硬件调试工具（proteus） 5.1.25.2系统的软件调试 5.2.1 软件调试工具（Keil） 5.3 调试结果 6 总结6.1创新点 6.2要达到课题要求其难点 6.3不足与展望 参考文献 附录A 系统protel电路图 附录B 源程序 1 绪 论1.1 课题背景意以及相关研究1.1.1背景意义新生事物不

12、会因传统的存在而停止它前进的步伐，电子数码科技今天已渗透到工业，农业，民用的产品的点点滴滴。随着居民生活水平的不断提高，自行车的使用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、锻炼的首选工具。因此，人们正希望自行车的功用越强大，能给人们带来更多的方便。新概念多功能自行车里程表直接用数字显示速度、里程，另外还有时间显示以及超速报警。通过对多功能自行车里程表的设计，可以锻炼我们的动手能力和初步了解有关工程设计方面的一些思路和方法。可以给我们以后的就业带来更多的机会，同时还可以满足当今社会对单片机开发人才的大量需求。1.1.1相关研究多功能自行车里程速度表作为自行车的一大辅助工具也正是

13、随着这个趋势而迅速发展的，其功能也逐渐从单一的里程显示发展到速度、时间显示，甚至有的还具有测量骑车人的心跳、显示骑车人热量消耗等功能，让人能清楚地知道当前的速度、时间、里程等物理量。本设计利用89C51单片机设计一种基于Proteus环境下51单片机的多功能自行车里程表，要求该表具有自行车行驶瞬时速度、平均速度、超速报警、累计总里程等计量功能。传感器将不同车速转变成的不同频率的脉冲信号输入到单片机进行控制与计算，再采用LED数码管进行显示，或通过切换显示，使得多功能自行车的速度与里程数据能直观的显示给使用者，提供给用户安全行驶的一些基本信息。1.2 国内外相关研究情况目前市面上多功能自行车的速

14、度表和里程表都是机械的，均由机械传动计算出结果,再通过机械表盘显示出来,误差较大。看起来不够直观与方便。如果能用LED直接显示出来里程数或速度值，就可节省用户的时间及精力处理自行车行进过程中的突发事件。从保护环境和经济条件许可等因素综合来看，自行车目前乃至今后都有着广阔的发展空间。日本式轻型电动车的发源地：日本的工程师开发出了一辆能自平衡的电动自行车，也就是说靠发动机控制它能自己站住。他们的最终目标是制造出一辆高性能自行车作为小汽车的一种便利的替代品。为了监测自行车的稳定性，工程师还在其后侧贴上了LED指示灯，然后在后面支起摄像机监控指示灯的位移。研究人员说，调整后发动机的加速度和前发动机的转

15、向控制相对简单，因为数据反馈能用一条清晰的物理定义来解释，从而控制系统就能计算出发动机必要的调整量。1.3本课题研究的主要内容及技术指标1.3.1 作品基本要求设计一个可以适用自行车的轻便、省电、全天候野外使用的自行车里程表的基计要求。总里程999.9km；可以轮流显示或选择显示（用十进制数）：总里程当前行驶里程；瞬时速度当前平均速度 km/h；平均速度本次行驶中的平均速度；时间当前行驶累计时间，时、分、秒；电源不高于5V，体积小、结构可靠，便于安装及使用。1.3.2 主要研究内容（1） 用LCD作为该装置的动态显示设备, 动态扫描LED数码管显示。里程表的显示内容以数字为主，利用LED数码管

16、可基本满足使用要求，且成本较低。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；（2） 要求具有超速提醒功能；（3） 要求具有总行驶里程记录和显示功能；（4） 要求该表具有自行车行驶瞬时速度、平均速度、超速报警、累计总里程等计量功能，可通过切换显示，提供给用户安全行驶的一些基本信息。1.3.3 主要技术指标（1）使用单片机的汇编语言或C语言在Keil软件里编写程序，使系统能够实现里程表的基本功能；（2）设计指标：6位数码管显示；（3）成果演示：在Proteus软件里完成系统的。2 方案设计与讨论2.1方案的设

17、计与比较2.11速度测量原理测量自行车的速度的原理有两种：（1）测量一定时间间隔t1里自行车车轮转过的圈数qs。假设车轮周长为tc，则速度V=tc*qs/t1（2）测量自行车车轮转过一圈的时间t2，则速度V=tc/t2本里程表是根据原理2计算速度的。2.1.2传感器的选择（1）红外对管。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。（2）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

18、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，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。利用霍尔型非接触式转速传感器对里程进行测量。将霍尔元件安装在车前叉的一侧，在轮圈侧面贴一个磁片。当磁片经过霍尔元件时，霍尔元件输出端的电压发生变化产生脉冲，单片机根据脉冲数计算里程。光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光源将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准确测量；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

19、车轴上，安装较为复杂，这样就会给用户带来很多不便。霍尔元件不但不受天气的影响，即使被泥沙或灰尘覆盖对测量也不会有影响。而且安装方便，不受光线、泥水等因素影响的优点。霍尔传感器是一种能实现磁电转换的传感器，用它们可以检测磁场及其变化。霍尔传感器具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔开关器件具有无触点、 输出波形清晰、无抖动、位置重复精度高等优点。 （3）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

20、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。本里程表选用霍尔传感器。2.1.3显示模块的选择（1）动态扫描LED数码管显示。里程表的显示内容以数字为主，利用LED数码管可基本满足使用要求，且成本较低。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。（2）LCD液晶显示模块。液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，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。本里程表使用LCD数码管作为显示模块。2.

21、2 主要言元器件的介绍2.2.1 AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。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。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C20

22、51是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要特性： 与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 管脚说明：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。

23、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。

24、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

25、（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

26、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

27、，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。振荡器特性:XTAL1和XTAL2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。2.2.2 霍尔传感器简介霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1

28、8551938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。霍尔效应：在一块半导体薄片上，其长度为，宽度为，厚度为，当它被置于磁感应强度的磁场中，如果在它的相对的两边通以控制电流，且磁场方向与电流方向正交，则在半导体另外两端将产生一个大小与控制电流方向和磁感应强度乘积成正比的电势h，即Uh=KhIB，其中h

29、为霍尔元件的灵敏度。该电势就称为霍尔电势，半导体薄片就是霍尔元件。由于霍尔元件具有在静止状态下感受磁场的能力，且结构简单，形小体轻，频带宽(可从直流到微波)，动态特性好、动态范围大，寿命长和可进行非接触测量等优点，故在检测技术、自动控制技术和信息处理等方面得到日益广泛应用。霍尔传感器在未来发展中的趋势将是高灵敏度、高精度和高稳定度，它将在微电子技术发展的基础上更加飞速的发展。 流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。 （1）电流传感器必须根据被测电流的额定有效值适当选用不同的规格的产品。被测电流长时间超额，会损坏末极功放管（指磁补偿式），一般情况下，2倍的过载电流持续时间不得超过1分钟

30、。（2）电压传感器必须按产品说明在原边串入一个限流电阻R1，以使原边得到额定电流，在一般情况下，2倍的过压持续时间不得超过1分钟。（3）电流电压传感器的最佳精度是在原边额定值条件下得到的，所以当被测电流高于电流传感器的额定值时，应选用相应大的传感器；当被测电压高于电压传感器的额定值时，应重新调整限流电阻。当被测电流低于额定值1/2以下时，为了得到最佳精度，可以使用多绕圈数的办法。（4）绝缘耐压为3KV的传感器可以长期正常工作在1KV及以下交流系统和1.5KV及以下直流系统中，6KV的传感器可以长期正常工作在2KV及以下交流系统和2.5KV及以下直流系统中，注意不要超压使用。（5）在要求得到良好

31、动态特性的装置上使用时，最好用单根铜铝母排并与孔径吻合，以大代小或多绕圈数，均会影响动态特性。（6）在大电流直流系统中使用时，因某种原因造成工作电源开路或故障，则铁心产生较大剩磁，是值得注意的。剩磁影响精度。退磁的方法是不加工作电源，在原边通一交流并逐渐减小其值。（7）传感器抗外磁场能力为：距离传感器510cm一个超过传感器原边电流值2倍的电流，所产生的磁场干扰可以抵抗。三相大电流布线时，相间距离应大于510cm。（8）为了使传感器工作在最佳测量状态，应使用图110介绍的简易典型稳压电源。（9）传感器的磁饱和点和电路饱和点，使其有很强的过载能力，但过载能力是有时间限制的，试验过载能力时，2倍以

32、上的过载电流不得超过1分钟。（10）原边电流母线温度不得超过85，这是ABS工程塑料的特性决定的，用户有特殊要求，可选高温塑料做外壳。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达m级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达55150。 按照霍尔器件的功能可将它们分为:霍尔线性器件和霍尔开关器件 。前者输出模拟量，后者输出数字量。 按被检测的对象的性质可将它们

33、的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测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，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。集成开关型霍尔传感器在输入端 输入电压Vcc，经稳压器稳压后加在霍尔电势发生器的两端，根据霍尔效应原理，当霍尔片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍尔电势差VH输出，该VH信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。当施

34、加的磁场达到工作点（即Bop）时，触发器输出高电压（相对于地电位），使三极管导通，此时OC门输出端输出低电压，三极管截止，使OC门输出高电压，这种状态为关。这样两次电压变换，使霍尔开关完成了一次开关动作。2.2.3 LED数码管简介数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮

35、。驱动时将所有数码管的8个显示笔划为“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管 的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，通过单片机对位选通COM端电路的控制来觉得数码管显示的字形。数码管管脚图见2-1所示。 图 2-1数码管脚图 数码管由7个发光二极管组成，行成一个日字形，它门可以共阴极，也可以共阳极。通过解码电路得到的数码接通相应的发光二极而形成相应的字符。它可以显示从1到9的数字。这足以满足设计要求。由霍尔传感器采集的脉冲数据信号，通过RC滤波后向单片机提供数据脉冲，单片机再对其进行

36、记数。当达到先前所设计的计数值的时候单片机就申请中断，从而使单片机响应中断程序，既使其输出一个信号代表此时自行车已经行驶了1KM，这时在经过显示单元电路使LED数码管显示1KM。当第二个信号来的时候，电路实现加一的功能后在送LED显示。这样就实现了显示里程的目的。LED数码管的主要特点如下：(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。(2)发光响应时间极短(01s)，高频特性好，单色性好，亮度高。(3)体积小，重量轻，抗冲击性能好。(4)寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。成本低。因此它被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。3 系统软

37、件设计3.1 软件子流程图3.1.1 系统软件框图如图1所示；数字转BCD码模块E2PROM数据读出模块初始化模块数字转BCD码模块初始化模块里程显示模块频率测量模块速度显示模块速度里程计算模快E2PROM数据读出模块中断服务模块数字转BCD码模块E2PROM数据读出模块图1 系统软件框图本系统软件采用模块化设计方法。整个系统由初始化模块、频率测量模块、速度,里程计算模块、数据转码模块、速度显示模块、里程显示模块、数据存储,读取模块、定时器中断服务模块以及其他功能模块组成。通过单片机计算出来的速度和里程的数据,必须通过BCD码的转换才能输出给显示模块。总里程数的显示是设定出现在电动自行车开动,

38、单片机开机经过初始化后显示出来,这样以来用户可以清楚的知道自己的车子已经运行了多少公里了,而速度的显示则是在计算出速度里程后立刻显示出来，体现实时性。3.1.2 系统的方框图如图2所示；开始脉冲信号采集LED数码管蜂鸣提示89C51单片机里程速度时间 指示灯按键开关电源系统脉冲信号采集图2 系统方框图 3.1.3 系统的原理框图如图3所示；数字存储电路LED显示波形变换信号放大器单 片 机 波形整形图3 系统的原理框图该设计与实现能实时地将所测的速度与累计里程数显示出来，主要是将传输 入到单片机的脉冲信号的频率（传感器将不同车速转变成不同频率的脉冲信号）实时地测量出来，考虑到信号的衰减、干扰等

39、影响，在信号送入单片机前应对其进行放大整形，然后通过单片机计算出速度和里程，再将所得的数据存储到串口数据存储器，并由LED显示模块交替显示所测速度与里程。（假设在一定时间内自行车是匀速行进，平均速度与时间的乘积即为里程数）。3.1.4 系统的软件设计流程图如图4所示；系统初始化模块周期测量模块速度，里程计算模块数据存储模块数据显示模块定时器中断服务模块定时器中断服务模块显示数据的BCD码图4 系统的软件设计流程图3.1.5 里程及速度处理子程序流程图如图5所示；关速度指示灯，开里程指示灯调圈数转换为公里数显示公里数返回关里程指示灯，开速度指示灯设每圈时间转换为速度是否超速？关报警显示速度返回报

40、警YN图5 里程及速度处理子程序流程图3.2 KeilC51软件编程集成开发环境的了解3.2.1对KeilC51集成开发环境的了解KeilC51集成开发环境是单片机应用开发的优秀软件之一，而Protel系列电路设计软件是目前最为流行的单片机电路设计制版软件。通过本章实验，学习掌握KeilC51集成开发环境和ProtelDXP电路设计软件的使用方法，为单片机系统软硬件仿真调试、系统设计和实现打下基础。KeilC51集成开发环境是基于8051内核的微处理器软件开发平台，它支持所有8051的衍生产品、兼容的仿真器、其他第三方开发工具。KeilC51软件内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工

41、程建立到管理、编译、链接、生成目标代码、软件仿真、硬件仿真等完整的开发环节。KcilC51软件的强大功能通过gVision2/3得以实现。3.2.2 gVision2/3的主要功能 gVision2/3是基于Windows的单片机集成开发环境，其主要功能有： （1）集成了项目管理、源代码编辑、编译链接、模拟仿真和程序调试等诸多功能。 （2）支持汇编语言、C51和PL/M51语言程序设计。 （3）内嵌A51汇编器C51编译器,对源文件进行处理可生成可重定位目标文件。 （4）内嵌LIB51库管理器，可将目标文件转换成可被链接器使用的库文件。 （5）内嵌BL51链接/定位器，可将由库中提取的和各编译

42、器产生的目标文件链接成绝对目标文件。 （6）内嵌OH51转换器，可将目标文件转换成IntelHEX格式文件，该文件可直接下载到目标系统中运行。 （7）提供RTX51实时操作系统，简化了复杂系统和实时系统软件设计。4 系统硬件设计4.1系统硬件概述本系统是由数据采集，单片机控制系统，键盘显示，数据存储4部分构成。其中数据的采集是由霍尔传感器来完成的，它的输出是矩形脉冲，经过RC滤波后就向单片机系统提供转速信号。其中关键的处理由单片机系统来完成，单片机将对INT1脚的信号进行计数，当计数的脉冲达到1KM的时候，INT1申请中断，对外输出信号，输出的信号由显示部分送LED进行显示，显示当前的行驶里程

43、情况。在本次行驶过后数据存入EEPROM中，以便下次行驶时在其基础上继续计数送出显示总共的里程数，以达到记忆的目的。键盘的作用是提供人对整个系统的控制，它将实现整个系统开关，显示器的开关，部分单元电路的控制。以上所诉就是整个系统的总体设计思想。 利用霍尔元件对里程进行测量。将霍尔元件安装在车前叉的一侧，在车圈侧面等间隔贴多个磁片。当磁片经过霍尔元件时，霍尔元件输出端的电压发生变化产生脉冲，单片机根据脉冲数来计算里程。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，性能可靠，不受光线、泥水等因素

44、影响，价格便宜的优点。该设计能实时地将所测的累计里程数显示出来，主要是将传感器输入到单片机的脉冲信号的频率（传感器将不同车速转变成不同频率的脉冲信号）实时地测量出来，考虑到信号的衰减、干扰等影响，在信号送入单片机前应对其进行放大整形，然后通过单片机计算出里程，再将所得的数据存储到数据存储器，并由LED显示模块交替显示所测里程。本设计的里程数的算法是一种大概的算法（假设在一定时间内自行车是匀速行进，平均速度与时间的乘积即为里程数）。 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。在计算里程时取了自行车的理想状态。实际中，误差控制在几米之内，相对

45、于整个里程来说不是很大。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，还应尽量保证其他子模块在编程时的通用性和高效性。本设计的里程值采用4位显示。4.2 系统硬件总框图霍尔传感器RC滤波电路AT89C51显示电路键盘控制数据存储EEPROM图4.1系统总框图本设计用两个按键来控制显示速度或里程。考虑到信号的衰减、干扰等影响，在信号送入单片机前应对其进行放大整形，然后再输入到单片机进行测速。单片机利用定时器T0的控制功能测出输入信号的周期后，再利用单片机的算术运算功能将周期转换成速度，同时每秒钟进行一次里程累计，从而计算出总里程。最后将得出的速度、里程值存

46、储在E2PROM中，并根据两个按键的选择情况来显示速度或里程。为了方便计算要显示数据值的段码，可再将其转换成压缩的BCD码，然后通过查表将要显示的数据值中每一位的压缩BCD码转换成8段码送到显示缓冲区，最后经串口送至显示模块以显示所测的速度或里程。4.3 系统工作原理及功能描述4.3.1 系统工作原理在此系统中有一个显示的屏，一个单片机，一个霍尔传感器。让霍尔传感器做检测，当它检测到一个信号后传到单片机，让单片机做运算。单片机里面的运算这样做。先从屏上输入自行车的直径，通过输入的直径算出自行车的轮胎的周长，再用周长乘以霍尔传感器检测到的个数，算出来的结果就是自行车的行驶的路程长度了。 总体思路

47、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P3.4 计数器T0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。每秒钟所获取的中断数目再乘以轮圈周长即为速度v，在时间t内走过的总路程s为t个v的总和。当速度键按下时，LED切换显示当前速度v，速度指示灯亮；若自行车超速，系统发出报警提示，指示灯闪烁；当时间键按下时，LED切换显示当前所用时间，时间指示灯亮。当清零键按下时，系统自动重新开始计数。没有任何按键操作时，里程指示灯亮，数码管显示里程值。该方案由于

48、使用了串口液晶显示模块E2PROM,以及高效快速算法,因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。 该设计能实时地将所测的速度显示出来，同时也能够累计显示总里程数。该速度里程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和里程，再将所得的数据存储到串口数据存储器，并由串口液晶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

49、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8位显示，并包含两个小数位。4.3.2功能描述以AT89C51型单片机为核心，实时测量并显示自行车行驶过程中的各项参数，包括当前行驶累计时间、当前自行车行驶累计里程（m/km自动调整）、平均速度（km/h）、瞬时速度、超速报警、当前时间等计量功能，各参数分屏显示。可更改自行车轮胎直径，适应不同的自行车，通用性好。 6 总 结6.1创新与特点本文对自行车里程表作了细致、全面、规范的分析；对总体相应的软、硬件进行了设计、制作及调试，并贯穿至设计的全过程。对文中所提到的各种算法都进行了处理，并得出结论。所做工作如下：（1）对设计中所需要的元

50、件分析其原理和性能，极其应用和发展。（2）详细介绍本自行车里程表硬件设计的方案，电路图，并附上说明。（3）详细介绍软件设计方法，并给出个部分的程序清单。（4）给出对本设计进行仿真调试的过程。在本装置的研制过程中，充分考虑了作为便携装置其电源的提供、功率的损耗、体积的大小、价位的高低、使用及携带的方便性等因素。本装置不受人群、时间、地点等的影响，对任何人都适用。而且还能快速、准确地测量。本产品成本低、技术含量高、其稳定性可靠性已经过实践的考验。本装置是将我们的学习知识和社会的需求结合创作出来的。6.2达到课题要求其难点1.用霍尔元件数据采集的具体安装和实现效果。2.单片机对里程和速度的计算，液晶

51、输出的中断与数据采集造成里程和速度的误差。系统总体设计中传感器的选择，信号电路的放大，单片机的的连接原理，数字存储电路的设计和编写相关的软件使其能在LED数码管的显示并在Proteus软件上模拟仿真。重点：运用KeilC51集成开发环境为单片机系统软硬件仿真调试、系统设计和实现。难点：编写相关的软件使其能在LED数码管的显示并在Proteus软件上模拟仿真，最后对软件的调试。6.3 本次设计的收获这次制作的自行车里程表是我自己第一件真正意义上成功的电子制作作品。虽然以前有空也会制作一些小制作，但是大多都不能令自己满意。这个里程表不能说完全具有“自主知识产权”，但它绝对是独一无二的。初始设计时比

52、较多地模仿一个现成的方案，但是在制作过程中不断修改和完善。现在的成品与那个方案相比，已是面目全非，又或者说，相比它改进了很多。正如前面也提及了，我的里程表的第一个版本是用串行静态LED数码管显示的。虽然现在看来，这一版本比较粗陋，但是它也倾注了我大量的心血，在制作过程中也解决了一些重大的问题。譬如核心的计算公式、按键防抖等。制作这一版本的作品累计到的经验令我更有信心、效率更高地设计制作现在的版本。这次科技制作中我的最深体会是：不能忽视小问题。耗时最长的不是编写核心计算公式，而是如何消除“模式选择按键”抖动的问题。这一问题困扰了我两天，是在某一天晚上刚入睡、半睡半醒间忽然想起我好像忽略了中断标志

53、。第二天修改程序后终于成功了，完满解决了这个“大问题”。另外初期也忽略了体积、功耗等的问题，选用串行静态LED显示，制成后调试时发现功耗太大了，失去了使用价值。这次科技制作要衷心感谢我的指导老师王可宁老师的悉心指导。参考文献1 崔华、蔡炎光编著:单片机实用技术，清华大学出版社，2004-10 2 盛琳阳、孙菊江:微型计算机原理，西安电子科技大学出版社，2003-13 林伸茂编著:8051单片机彻底研究基础篇，人民邮电出版社，2004-5 4 许永和编著:8051单片机USB接口程序设计（下），北京航空航天大学出版社，2004-85 楼然苗、李光飞编著：51系列单片机设计实例，北京航空航天大学出

54、版，2003，7-81077-268-6. TP368.1/L814，2 6DallasSemiconductoDS12C887 Real Time ClockDB/OL，1998/2008-5-87姜新迎,冯有前.智能速度里程表设计J. 国外电子元器件, 2004，（09）:11-13 8诸德宏, 潘天红, 朱湘临 .数字式汽车里程表的设计.江苏大学电气信息工程学院 ,江苏镇江，2002，（12）:16-199王锁弘.电子车速里程表的单片机实现方案. 威海双丰电子传感有限公司,山东威海，2004，（05）:69-72 10戈素贞.采用EDA技术设计的电子车速里程表. 绍兴文理学院机电系 ,浙

55、江绍兴 ，2005年，（04）:6-9 11黄继武 .单片机在转速测量中的应用 .武汉大学空间物理与电子信息系 .1994,（01）:22-25 12Atmel AT89S51 Data sheets.website:13 宋庆军,姜海燕,杨永腾,王培润. 智能车速里程表的单片机实现J. 机电产品开发与创新, 2006,(04) . 14 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,(05) . 15 潘栋.单片机在自行车里程表中的应用 J. 电子与自动化, 1998,(03) . 16 刘清波,蔡淑珍,孙业歧,史楠. 基于单片机的汽车里程表设计J. 河北大学学报(自然科学版), 2002,(03) . 17 汤向恒,袁端才. 用单片机实现的电子式里程表J. 电子世界, 2003,(02) .18曲家骇，王季秩，伺服控制系统中的