于基单片机设计的自行车测速计系统---本科毕业设计.doc
《于基单片机设计的自行车测速计系统---本科毕业设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《于基单片机设计的自行车测速计系统---本科毕业设计.doc(23页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、 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 23目录摘要3Abstract41 绪论51.1 课题背景51.2 课题主要任务及内容51.3 任务分析与实现52 系统设计62.1 硬件方案设计62.2 软件方案设计72.3 硬件电路设计82.3.1 概述82.3.2 系统总电路图92.3.3 单片机简介92.3.4 单片机的引脚功能介绍102.3.5 单片机中断系统介绍102.3.6 传感器及其测量系统112.3.7 霍尔传感器的测温原理112.3.8 集成开关型霍尔传感器122.4 单片机外围电路的设
2、计132.4.1 时钟电路的设计132.4.2 复位电路的设计142.4.3 显示电路的设计153 软件程序设计163.1 概述163.2 总体程序设计163.3 中断子程序设计18结 论19参考文献20致谢20附件一:总体原理图设计21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 STC89C52 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,并能将自
3、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。关键字:里程/速度;霍尔元件;单片机;LED显示Abstract With the improvement of peoples living standard, the bicycle is not only the common transport, transport tool, but as peop
4、le entertainment, leisure, exercise of choice.The speed of the bicycle speedometer can satisfy peoples most basic needs, so that people can clearly know the current speed, mileage.This paper mainly expounds the design of a Holzer element based on the speed of the bicycle odometer.The STC89C52 microc
5、ontroller as the core, measuring speed A44E Holzer sensor, the measurement of bicycle mileage / speed, and can be bicycle mileage and speed with the LED real-time display.This paper introduces the hardware circuit and software design of bicycle speed odometer.The hardware part using Holzer element w
6、ill bike every pulse number of incoming MCU system in a circle, and then the signal processed by SCM system is sent to display.The software is programmed with assembly language, uses the modular design thought.The system hardware circuit is simple, with a generic subprogram, fully meet the design re
7、quirements. Key words:Mileage / speed; Holzer element; MCU; LED display1 绪论1.1 课题背景自行车被发明及使用到现在已有两百多年的历史,这两百年间人类在不断的尝试与研发过程中,将玩具式的木马车转换到今日各式新颖休闲运动自行车,自行车发展的目的也从最早的交通代步的工具转换成休闲娱乐运动的用途。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。因此,人们希望自行车的功用更强大,能给人们带来更多的方便。自行车里程速度表作为自行车的一大辅助工具也正是随着这个要求而迅速发展的,
8、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。本设计采用了MCS-51系列单片机设计一种体积小、操作简单的便携式自行车的速度里程表,它能自动地显示当前自行车行走的距离及运行的速度。 1.2 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
9、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;最后针对仿真过程遇到的问题进行了具体说明与分析,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及LED显示电路等。软件设计包括: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。 1.3 任务分析与实现本设计的任务是:以通用MCS-51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
10、过MCS-51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轮圈的周长为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,与当速度键按下时,速度指示灯亮,LED
11、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。2 系统设计2.1 硬件方案设计测速,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
12、用的测速元件有霍尔传感器、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。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;而编码器必须安装在车轴上,安装较为复杂;霍尔元件或干簧管不但不受天气的影响,即使被泥沙或灰尘覆盖也不会有影响,而且安装方便。所以本设计采用霍尔元件对里程与速度进行测量,既简单易行,又经济适用。使用霍尔传感器获得脉冲信号,其机
13、械结构也可以做得较为简单,只要在转轴的齿轮盘上粘上一粒磁钢,霍尔元件固定在前叉上,当车子转动时霍尔元件靠近磁钢,就有信号输出,转轴旋转时,就会不断地产生脉冲信号输出。如果在齿轮盘上粘上多粒磁钢,可以实现旋转一周,获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意,霍尔传感器对磁场方向敏感,粘之前可以先手动接近一下传感器,如果没有信号输出,可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污,在工业现场应用广泛。霍尔传感器是对磁敏感的传感元件,常用于信号采集的有A44E,该传感器是一个3端器件,外形与三极管相似,只要接上电源、地,即可工作,工作电压范围宽,使用非常方便。A44E的外形如图1所示。1-Vcc 2-GND
14、3-OUT图1 A44E外形图单片机由于将CPU、内存和一些必要的接口集成到一个芯片上,并且面向控制功能将结构作了一定的优化,所以它有一般芯片不具有的特点:1. 体积小、重量轻;2. 电源单一、功耗低;3. 功能强、价格低;4. 全部集成在一块芯片上,布线短、合理;5. 数据大部分在单片机内传送,运行速度快、抗干扰能力强、可靠性高。目前,单片机被广泛的应用于测控系统、工业自动化、智能仪表、集成智能传感器、机电一体化产品、家用电器领域、办公自动化领域、汽车电子与航空航天器电子系统以及单片机的多机系统等领域。在设计中选用的是STC89C52单片机。外部信号霍尔传感器外部存储器STC89C52单片机
15、里程显示速度显示报警部分图2 系统的原理框图2.2 软件方案设计通过软件控制单片机的功能是单片机的主要特点和优点,程序的设计要考虑合理性和可读性,遵循模块化设计的原则,采用自顶向下的设计方法。模块化设计使程序的可读性好、修改及完善方便。软件设计包括主程序、行车过程中里程和速度计算子程序、延时子程序、中断服务子程序、显示子程序等等。中断子程序是将传感器产生的信号接入外部中断0,利用中断和定时器分别对里程进行累加、每转一周的时间进行测量。数据处理子程序是将进入单片机的脉冲信号与实际要显示值之间有一定的对应关系,经过软件编程显示所需要的值。显示子程序是将数据处理的结果送显示器显示。系统软件总体流程图
16、如图3所示。 初始化P3.2=1?计算里程显示里程计算速度显示速度N开始图3 软件总体流程图2.3 硬件电路设计2.3.1 概述 自行车的速度里程表的硬件电路设计是基础部分,它包括信号的捕获、放大、整形,单片机的计算处理,数码管的实时显示和单片机外围基本电路的设计,两大主要器件就是传感器和单片机。传感器是获取自然或生产领域中信息的关键器件,是现代信息系统和各种设备不可缺少的信息采集工具。磁传感器是一种将磁学量信号转变为电信号的器件或装置。随着信息产业、工业自动化、医疗仪器等的飞速发展和计算机应用的普及,需要大量的传感器将被测或被控的非电信号转换成可与计算机兼容的电信号。作为输入信号,这就给磁传
17、感器的快速发展提供了机遇,形成了磁传感器的产业。其中最具代表的磁传感器就是霍尔传感器,在自动检测系统中,利用霍尔传感器测转数是一种最基本的测量工作。单片机是本次设计的核心部件,它是信号从采集到输出的桥梁,而且包括计算、定时、信息处理等功能。2.3.2 系统总电路图 图4 系统总电路图2.3.3 单片机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)、只读存储器ROM(Read-only Memory)、基本输入/输出(Input/Outpu
18、t)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。单片机内部结构示意图如图5所示。定时/计数器中断系统CPU存储器并行I/O口串口I/O口TXDTXDRXDTINTP0-P3图5 单片机内部结构示意图2.3.4 单片机的引脚功能介绍STC89C52是低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含8K Bytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和256 字节的随机存取数据存储器(RAM),器件采用高密度、非易失性存储技术生产,与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元
19、,功能强大,STC89C52单片机适合于许多较为复杂控制场合应用。图6 STC89C52引脚图STC89C52提供以下标准功能:8K字节Flash闪速存储器,256字节内部RAM,32个I/O口线,3个16位定时/计数器,5个中断源,一个全双工串行通信口,片内具有振荡器及时钟电路。STC89C52管脚图如图6所示。2.3.5 单片机中断系统介绍中断是指当计算机执行正常程序时,系统中出现某些急需处理的事件,CPU暂时中止当前的程序,转去执行服务程序,以对发生的更紧迫的事件进行处理,待处理结束后,CPU自动返回原来的程序执行STC89C52系列单片机的系统有5个中断源,2个优先级,可实现二级中断服
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单片机 设计 自行车 测速 系统 本科 毕业设计
限制150内