基于51的數(shù)字里程表的課程設(shè)計(jì)報(bào)告(Word格式文檔下載)

• 概述
  

簡(jiǎn)易數(shù)字里程表作為測(cè)量的一大輔助工具也隨著這個(gè)需求而面世，其功能也逐漸從單一的里程顯示發(fā)展到速度、時(shí)間顯示。本設(shè)計(jì)采用了MCS-51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一種體積小、操作簡(jiǎn)單的便攜式自行車的速度里程表，它能自動(dòng)地顯示當(dāng)前自行車行駛的里程及速度。

本課題主要任務(wù)是利用霍爾元件、單片機(jī)等部件設(shè)計(jì)一個(gè)可用1602液晶顯示里程和速度。本文主要介紹了自行車的速度里程表的設(shè)計(jì)思想、電路原理和元件的選擇等內(nèi)容，整體上分為硬件部分設(shè)計(jì)和軟件部分設(shè)計(jì)。

具體的硬件電路包括STC89C52單片機(jī)的外圍電路以及液晶顯示電路等。

軟件設(shè)計(jì)包括：芯片的初始化程序、定時(shí)中斷子程序、顯示子程序等，軟件采用C語(yǔ)言編寫。本文檔主要闡述一種基于霍爾元件的自行車速度里程表的設(shè)計(jì)。以 STC89C52單片機(jī)為核心，A44E 霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自行車?yán)锍?速度的測(cè)量，采用1602LCD顯示自行車的里程數(shù)及速度。硬件部分利用霍爾元件將自行車每轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)傳入單片機(jī)系統(tǒng)，然后單片機(jī)系統(tǒng)將信號(hào)經(jīng)過處理送顯示。軟件部分用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，采用模塊化設(shè)計(jì)思想。該系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單，子程序具有通用性，完全符合設(shè)計(jì)要求。

二、方案論證

本設(shè)計(jì)的任務(wù)是：以通用MCS-51單片機(jī)為處理核心，用傳感器將車輪的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈沖，進(jìn)行處理后送入單片機(jī)。里程及速度的測(cè)量，是經(jīng)過MCS-51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器測(cè)出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，再經(jīng)過單片機(jī)的計(jì)算得出，其結(jié)果通過LED顯示器顯示出來。

本系統(tǒng)總體思路如下：假定輪圈的半徑為R，在輪圈上安裝a個(gè)永久磁鐵，經(jīng)綜合分析，本設(shè)計(jì)中取a=16。當(dāng)輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過開關(guān)型霍爾元件傳感器采集到16個(gè)脈沖信號(hào)，并從引腳P3.4定時(shí)計(jì)數(shù)器1端輸入，傳感器每獲取一個(gè)脈沖信號(hào)即對(duì)系統(tǒng)提供一次計(jì)數(shù)中斷。通過定時(shí)器0的定時(shí)中斷，將每秒采集到的脈沖數(shù)

要求達(dá)到的各項(xiàng)指標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法如下：

1. 利用霍爾傳感器產(chǎn)生里程數(shù)的脈沖信號(hào)。

2. 對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。            

實(shí)現(xiàn)：利用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器T1對(duì)霍爾傳感器脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

3. 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，要求用LED顯示里程總數(shù)和即時(shí)速度,并且將里程數(shù)存入24c02c中。

實(shí)現(xiàn)：利用軟件編程，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到需要的數(shù)值。

最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：自行車的速度里程表具有里程、速度測(cè)試與顯示功能，采用單片機(jī)作控制，顯示電路可顯示里程及速度。

圖1 系統(tǒng)框圖

    STC89C51系列是1T的8051單片機(jī)，STC89C51系統(tǒng)時(shí)鐘兼容傳統(tǒng)8051。系列單片機(jī)有兩個(gè)時(shí)鐘源：內(nèi)部R/C振蕩時(shí)鐘和外部晶體時(shí)鐘。

在單片機(jī)內(nèi)有一個(gè)高增益反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL，輸出端為XTAL2,由該放大器、晶振和兩個(gè)33PF的電容構(gòu)成的振蕩電路做單片機(jī)的時(shí)鐘電路，如圖2所示。

2.復(fù)位電路

復(fù)位電路原理是單片機(jī)RST引腳接收到2us以上電平信號(hào),只要保證電容的充放電時(shí)間大于2us，即可復(fù)位，所以電路中的電容是可改變的,按鍵按下，電容處于一個(gè)短路電路中，電容釋放所有的電能，電阻兩端電壓升高系統(tǒng)復(fù)位。且

振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周

期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，如圖3所示。

圖3 復(fù)位電路

3.24c02c

24c02c是一個(gè)2K位串行EEPROM，內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié)。2C02c持2I2總線傳輸協(xié)議。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器和接收器，由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式。元器件圖如圖4所示。

圖4 24c02c元器件圖

我們對(duì)引腳的功能做一個(gè)簡(jiǎn)單的解釋：

VCC,GND:電源、地引腳

A2A1A0:地址引腳

SCLK、SDA:通信地址

WP：寫保護(hù)地址

4.顯示模塊

顯示模塊主要由LCD1602，上拉電阻組成，其電路圖如圖5所示。

圖5 液晶顯示模塊圖

1602引腳說明表格如下：

   液晶引腳與單片機(jī)連接：

第1腳：VSS接地。

第2腳：VDD接5V正電源。

第3腳：VO接3K的電位器調(diào)整對(duì)比度。

第4腳：RS為寄存器選擇。

第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線。

第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線接單片機(jī)P0口。

第15腳：背光源正極接電源。

第16腳：背光源負(fù)極接地。

4. 霍爾傳感器的測(cè)量原理

霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)制成的一種磁敏傳感器。在置于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體通入電流I，若電流垂直磁場(chǎng)B，則在與磁場(chǎng)和電流都垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差Uh，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件。因?yàn)樗�具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測(cè)量線性范圍大、抗干擾能力強(qiáng)以及體積小、使用壽命長(zhǎng)等一系列特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于測(cè)量、自動(dòng)控制及信息處理等領(lǐng)域，如圖6所示。

圖6 霍爾傳感器

• 性能檢測(cè)
  

1.主程序

通過定時(shí)器0中斷定時(shí)1s來計(jì)算1s內(nèi)定時(shí)計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)次數(shù)，通過對(duì)計(jì)數(shù)值的計(jì)算，得到瞬時(shí)速度，以及通過速度來刷新里程數(shù)，并通過1602顯示出來，其主程序框圖如圖7所示。

                         圖7 主程序流程圖

2.顯示流程圖

該子程序用LCD動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。先將單片機(jī)的P2.2口連接使能端口E。接著將單片機(jī)的P2.0口連接數(shù)據(jù)/命令選擇端RS，P0口連接數(shù)據(jù)端D0~D7，然后將要顯示的數(shù)字的值發(fā)送給P0口。然后調(diào)用延時(shí)，接著將P2.2口置0，P2.0口置1，寫指令，將P2.2口置1，P2.0口置1，寫數(shù)據(jù)，直到要顯示的數(shù)字全部顯示在液晶上。顯示流程圖如圖8所示。

圖8 顯示流程圖

3.速度及里程處理流程圖

速度及里程數(shù)的確定，由定時(shí)器0產(chǎn)生1S定時(shí)在定時(shí)期間，定時(shí)計(jì)數(shù)器1讀取中斷次數(shù)并計(jì)數(shù)，定時(shí)器0中斷發(fā)生，讀取定時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于產(chǎn)生的計(jì)數(shù)值進(jìn)行顯示前的計(jì)算及處理,其程序框圖如圖9所示。

圖9 速度和里程處理框圖

4 仿真結(jié)果

圖10 仿真結(jié)果Ⅰ

圖11 仿真結(jié)果Ⅱ

測(cè)試速度結(jié)果與理論值（單位：km/h）

表1 測(cè)試結(jié)果與理論值

誤差分析：定時(shí)誤差，定時(shí)器0定時(shí)并不是準(zhǔn)確的定時(shí)一秒，而是少于一秒，導(dǎo)致采集的脈沖數(shù)少于準(zhǔn)確的脈沖數(shù)，其次計(jì)算誤差也是存在。

基本滿足設(shè)計(jì)項(xiàng)目要求，在速度小于200km/h的時(shí)候，測(cè)量誤差相對(duì)較小。

  通過本次設(shè)計(jì)，使我對(duì)單片機(jī)知識(shí)和理解更一步加深了，掌握了簡(jiǎn)易數(shù)字里程表的設(shè)計(jì)，組裝和調(diào)試方法。并且使我更加熟練的應(yīng)用仿真軟件，讓我學(xué)到了如何運(yùn)用軟件測(cè)試電路的可行性，并且對(duì)電路的調(diào)試改進(jìn)都有一個(gè)很大的提高。

這個(gè)過程中我遇到了很多困難，比如如何運(yùn)用仿真軟件畫圖，如何組織一些比較專業(yè)的語(yǔ)言，以及上網(wǎng)查閱資料。雖說費(fèi)勁，但是樂趣也不少。通過這次設(shè)計(jì)，我們了解到平時(shí)知識(shí)的積累真的很重要，在遇到困難時(shí)一定要向認(rèn)真思考，查閱相關(guān)資料，不可盲目退縮，努力后就一定會(huì)有收獲。

這次設(shè)計(jì)收獲頗豐，不僅是對(duì)自己個(gè)人能力的提高，也讓我認(rèn)識(shí)到了自己的局限，通過這次的設(shè)計(jì)為以后的學(xué)習(xí)奠定了一個(gè)更好的基礎(chǔ)。

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• 松井邦彥, 梁瑞林. 傳感器應(yīng)用技術(shù)141例. 科學(xué)出版社, 2006
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• 謝自美. 電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測(cè)試[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000
  

附錄Ⅰ 總電路圖

附錄Ⅱ 元器件清單

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2018-4-9 12:59 上傳

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