自行車速度里程實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))I 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（2015 屆）自行車速度里程實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 系 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名 指導(dǎo)教師 職 稱 副教授 2015 年 5 月學(xué)號(hào)： 2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))II 摘 要隨著時(shí)代的發(fā)展，機(jī)動(dòng)車的數(shù)量越來越多，由于機(jī)動(dòng)車的動(dòng)力是汽油，而汽油的燃燒會(huì)直接向空氣中排放二氧化碳等有害氣體，導(dǎo)致空氣污染越來越嚴(yán)重，是我們吸入的空氣中有毒。為了減少有毒氣體的排放，是我們的空氣稍微清新點(diǎn)，在不是特別需要情況下，人們?cè)诒M量減少機(jī)動(dòng)車輛的使用。此時(shí)自行車成為人們旅游代步必不可少的工具工具。一方面自行車的使用無有毒氣體的排放，不會(huì)對(duì)空氣造成污染，另一方面騎自行車還可以起到鍛煉身體的作用。因此對(duì)自行車速度里程實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的研究顯得尤為重要。自行車速度里程實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后可以對(duì)當(dāng)時(shí)你騎車速度與里程進(jìn)行準(zhǔn)確的反映。自行車速度里程實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，采用霍爾傳感器非接觸式側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，其中傳感器接受到的的信息在 LCD1602 液晶上進(jìn)行顯示。LCD1602 液晶上行顯示速度，下行對(duì)里程進(jìn)行顯示。其中的電機(jī)的速度是可調(diào)的，因?yàn)殡姍C(jī)的電路中連接滑動(dòng)變阻器，通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的阻片改變電路中的電阻大小，可以改變電路中的電流，從而改變電機(jī)兩端的電壓。電機(jī)的速度隨著電壓的改變，速度隨之進(jìn)行改變。本設(shè)計(jì)的 C 語言程序在 keil 軟件中進(jìn)行編譯的，keil 軟件對(duì) C 語言提供了編譯與調(diào)試的環(huán)境。對(duì)我們編譯 C 語言非常有幫助。對(duì) keil 軟件很好地把握對(duì)我們編寫 C 語言大有裨益。其中設(shè)計(jì)的硬件部分是由單片機(jī)、電路板、LCD 顯示、霍爾傳感器等組成。對(duì)這些元件的焊接需要有良好的焊接功底，通過這次的焊接對(duì)我們焊接的技術(shù)有一個(gè)很好地鍛煉。是我們對(duì)于元件的焊接有了一定的了解。對(duì)我們?nèi)蘸蟮膶W(xué)習(xí)以及工作都很有幫助。關(guān)鍵詞：電阻；單片機(jī)；傳感器；LCD 顯示。2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))III AbstractWith the development of the times, more and more the number of moter vehicles,driving force is due to the combustion of gasoline and gasoline, direct emissions of carbon dioxide and other harmful gases into the air, causing air pollution is becoming more and more serious, the air we breathe in the poisonous. In order to reduce the emission of toxic gases and made our air a little fresh, especially in case of need not, people use to reduce motor vehicle.The bicycle has become an essential tool for people to travel the riding instead of walking tool. The use of a bicycle no toxic gases, will not cause pollution to the air, on the other hand, riding a bike can also play the role of physical exercise. The bicycle speedometer real-time display of system design is particularly important.The speed of the bicycle mileage display system designed can accurately reflect the time you ride on the speed and mileage. The speed of the bicycle mileage display system based on single-chip microcomputer as the core, adopts the non-contact speed non-contact sensor side Holz, where in the sensor to receive the information displayed on the LCD1602 LCD1602 liquid crystal display speed of up link,down link mileage display.The motor speed is adjustable, because the connection of sliding rheostat motor circuit, through the barrier of mobile sliding rheostat resistance to change the size of the circuit, can change the current in the circuit, the voltage to change the motor at both ends. The speed of the moter with voltage changes, the speed will change.The design of the C language program is compiled in keil software, keil software provides the environment compile and debug on the C language. Compile C language is very helpful to us. On the keil software, a good grasp of C language be of great advantage to us. The design of the hardware part is composed of a single chip, circuit board, LCD display Holzer sensor etc Of these elements need to have a good knowledge of welding,welding to us through this welding technology has a good exercise. We are the components of the welding of a certain understanding. Are very helpful to our future study and work.Key word: single chip microcomputer; sensor; resistance; LCD display.2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))IV 目 錄1 緒論 .11.1 研究背景及目的 11.2 研究方法.12 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) .22.1 系統(tǒng)分析 22.1.1 電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量22.1.2 電機(jī)轉(zhuǎn)速的處理32.1.3 電機(jī)轉(zhuǎn)速的顯示.32.2 設(shè)計(jì)思路和方案 32.3 系統(tǒng)的構(gòu)成 42.3.1 原理框圖53 硬件電路設(shè)計(jì) .63.1 電源電路 63.2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 63.2.1 復(fù)位電路73.2.2 晶振電路.73.2.3 P0 口的上位電阻.83.2.4 31 腳 EA/Vpp 接電源 83.3 LCD 顯示模塊 .83.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 94 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .114.1 程序設(shè)計(jì)流程圖 114.2 應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 125 聯(lián)調(diào)與測(cè)試………………………………………………………135.1 仿真135.2 硬件調(diào)試與焊接.155.2.1 調(diào)試.155.2.2 焊接注意事項(xiàng)182015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))V 結(jié)論 .19參考文獻(xiàn) .20附錄 A 21附錄 B.22附錄 C23附錄 D242015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))11 緒 論1.1 研究背景及目的隨著社會(huì)的進(jìn)步,科技的發(fā)展,機(jī)動(dòng)車的數(shù)量越來越多,但機(jī)動(dòng)車排放的也逐漸污染著我們的生活的環(huán)境.這一點(diǎn)令我們十分不滿意.此時(shí)由于自行車隊(duì)空氣無污染,在一定程度上騎自行車還可以鍛煉身體。因此自行車不但是代步的工具，而且是成為人們休閑、鍛煉和娛樂的首選。對(duì)自行車的速度里程實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的研究顯得尤為重要，自行車的速度里程可以讓人們騎車的時(shí)候了解到最基本的信息。從而對(duì)自己汽車的速度與體力的控制有很好的把握。自行車速度里程實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的核心是 AT89C51，其中霍爾傳感器測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自行車速度與里程的測(cè)量統(tǒng)計(jì)，將自行車的速度里用 LCD 實(shí)時(shí)顯示出來。電路中連接滑動(dòng)變阻器可以改變電路中電阻值的大小，則電機(jī)兩端電壓得到改變從而改變電機(jī)速度。1.2 研究方法測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子速度的方法很多，但多數(shù)比較復(fù)雜?，F(xiàn)在本設(shè)計(jì)利用元件如：萬用板、AT89C51 單片機(jī)、40 腳 IC 座、液晶顯示屏、電阻、3144 霍爾傳感器、12M 晶振和電容等。通過用導(dǎo)線和焊錫將這些元件連接在一起構(gòu)成一個(gè)自行車速度里程實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的模擬電路。其中 AT89C51 的主控電路為單片機(jī)目的是進(jìn)行測(cè)速，可以使用簡(jiǎn)單的脈沖計(jì)數(shù)法。只要電機(jī)轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，就會(huì)產(chǎn)生固定的多個(gè)或一個(gè)脈沖，將所得的脈沖送入單片機(jī)內(nèi)即可進(jìn)行計(jì)算，即可獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速的信息，霍爾傳感器非接觸式測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，測(cè)量數(shù)據(jù)通過液晶顯示屏顯示出來。LCD1602 液晶上行顯示當(dāng)前的速度，下行顯示里程。因?yàn)殡娐分羞B接了滑動(dòng)變阻器，通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器可以改變電機(jī)的速度。當(dāng)我們給電機(jī)供電后，此時(shí)液晶顯示屏將有數(shù)據(jù)顯示出來，數(shù)據(jù)為 0。當(dāng)我們按下開關(guān)電機(jī)便開始轉(zhuǎn)動(dòng)，液晶顯示器便開始顯示速度與里程。2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))22 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)分析給電機(jī)直接供電，此時(shí)電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，LCD 顯示屏上的上行和下行顯示的數(shù)據(jù)都為零。按下開始按鈕，如果電機(jī)獲得的電壓足夠讓它啟動(dòng)電機(jī)便開始轉(zhuǎn)動(dòng)。值得注意的是有時(shí)按下開始按鈕電機(jī)并不轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)可以降低電路中電阻讓其獲得足夠電壓即可。還可以人工給電機(jī)一個(gè)起始動(dòng)力，也可以讓電機(jī)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)獲得的電壓的高低可以通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器來改變。移動(dòng)滑動(dòng)變阻器時(shí)要緩慢移動(dòng)，移動(dòng)過快易損壞電機(jī)，同時(shí)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器不能使電機(jī)中電阻過低，電流過大可能會(huì)燒壞電機(jī)。速度是工程上的一個(gè)常用參數(shù)。速度通常千米每小時(shí)或米每秒來表示，因此單位為 km/h 或 m/s。有時(shí)也可用角速度表示，這時(shí)的單位相應(yīng)為 rad/s。里程用千米或米表示，單位為 km 或 m。2.1.1 電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量系統(tǒng)重要處理的是將電機(jī)轉(zhuǎn)速的物理量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)從而在 LCD 顯示屏上顯示出來。這其中需要轉(zhuǎn)換電路，將非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，要求這樣的數(shù)字信號(hào)單片機(jī)可自動(dòng)處理。同時(shí)電路中必不可少的元件還有霍爾傳感器，它能將各種各樣的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。當(dāng)今社會(huì)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳感器也獲得的了飛速的發(fā)展?，F(xiàn)在的傳感器各種各樣各有各的功能及用途。目前的科學(xué)主要集中在使傳感器小型化、功能強(qiáng)、成本低、使用壽命長(zhǎng)。霍爾傳感器對(duì)磁有著強(qiáng)烈的反應(yīng)元件，日常生產(chǎn)生活中常用 CS3020、CS3060 等霍爾傳感器作為開關(guān)信號(hào)的采集，這種傳感器有三個(gè)端口，其外形與三極管極為類似，只要給傳感器一端接上電源另一端接地，此時(shí)便可工作，輸出信號(hào)是由集電極開路（OC）輸出，工作電壓范圍寬，應(yīng)用場(chǎng)合比較廣。如圖 2.1 所示是 CS3020 的實(shí)物圖，將上面有字的朝外，從左向右的三個(gè)引腳依次是電源，地，輸出。2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))3圖 2.1 霍爾傳感器實(shí)物圖霍爾傳感器可用于獲取脈沖信號(hào)，其機(jī)械構(gòu)造極為單一，只要在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上由磁體部分，讓霍爾傳感器靠近此磁體，因?yàn)榛魻杺鞲衅鲗?duì)磁敏感，此時(shí)霍爾傳感器就有脈沖信號(hào)輸出。如果讓其不斷的接近磁體此時(shí)就會(huì)有多個(gè)脈沖進(jìn)行輸出。因?yàn)榛魻杺鞲衅鲗?duì)磁較敏感，一定要排除周圍磁體的干擾。這種傳感器很少受外界環(huán)境干擾，如不受溫度、濕度等干擾，因此在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用極為廣泛。2.1.2 電機(jī)轉(zhuǎn)速的處理使用 51 系列單片機(jī)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。單片機(jī)可以處理二進(jìn)制信號(hào)。2.1.3 電機(jī)轉(zhuǎn)速的顯示其中電機(jī)轉(zhuǎn)速與里程的顯示采用的是 LCD 進(jìn)行顯示。顯示范圍極為寬泛。2.2 設(shè)計(jì)思路和方案1、傳感器在日常生產(chǎn)生活中應(yīng)用極為廣泛，其中的形式以及結(jié)構(gòu)豐富多彩，這里就不進(jìn)行一一列舉，其原理大致相同，便是當(dāng)發(fā)射管發(fā)射的光照射到接收管時(shí)，接收管便可看作電阻極小的導(dǎo)線，可將電路組成通路。反之，就可以看成電阻無限大的導(dǎo)線，連在電路上時(shí)電路相當(dāng)于開路。下面以透射式為例，如下圖 2.2 所示，當(dāng)進(jìn)行操作使受光部分無光照時(shí)，此時(shí)開關(guān)管就相當(dāng)于關(guān)閉，即開路，否則就相當(dāng)于通路。因此，不妨人工制作一個(gè)可以遮光元件如圖 2.3 所示，將其安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)有遮光部分轉(zhuǎn)過時(shí)，便可得到脈沖信號(hào)。其中葉片數(shù)越多時(shí)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)一周獲得的脈沖信號(hào)就越多，反之越少。2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))4圖 2.2 光電傳感器的實(shí)物圖 圖 2.3 遮光葉片的實(shí)物圖2、對(duì)脈沖計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路進(jìn)行的計(jì)數(shù)是有效的，根據(jù)設(shè)計(jì)要求計(jì)數(shù)器的清零每一次都需要在每一秒鐘都要進(jìn)行，因?yàn)殡娐穲?zhí)行的是秒更新，所以在計(jì)數(shù)器和譯碼電路之間存在著鎖存電路，鎖存器的作用是計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)的過程中對(duì)上一次的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存顯示，這種處理數(shù)據(jù)不但解決了數(shù)碼顯示的邏輯混亂，而且有效地解決了數(shù)碼顯示的閃爍問題。3、脈沖記數(shù)有測(cè)周和測(cè)頻兩種方式。電路系統(tǒng)的脈沖產(chǎn)生電路控制測(cè)周電路的測(cè)量精度，相對(duì)于低頻率信號(hào)，其測(cè)量精度較高。頻率測(cè)量電路相對(duì)于正負(fù)信號(hào)差其感受能力極強(qiáng)。這點(diǎn)對(duì)頻率較低的信號(hào)所產(chǎn)生的誤差很大。但本電路是頻率很高的，所以，適用于本電路。可以對(duì)本電路進(jìn)行較準(zhǔn)確地測(cè)量。4、電路的 LCD 顯示使用的是靜態(tài)顯示，由于靜態(tài)顯示易于制作和調(diào)試，同時(shí)原理也較簡(jiǎn)單，元件很容易獲得。5、整個(gè)系統(tǒng)的至為關(guān)鍵是時(shí)鐘電路，也是整個(gè)電路有效工作的核心，主要作用是對(duì)系統(tǒng)電路進(jìn)行鎖存和清零。其基本原理是：頻率的產(chǎn)生以每一秒為時(shí)鐘，當(dāng)秒時(shí)鐘到來時(shí)，既上升沿到來，在這段時(shí)間對(duì)鎖存電路進(jìn)行鎖存，計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零在鎖存進(jìn)行以后執(zhí)行，鎖存和清零間隔要足夠小，否則電路的計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度就會(huì)受影響。考慮到這些原因，對(duì)鎖存一體化就需要邊沿觸發(fā)的方式進(jìn)行，并且計(jì)數(shù)器應(yīng)當(dāng)與鎖存的工作是同步執(zhí)行的，即開始觸發(fā)工作必須在秒時(shí)鐘的上升沿進(jìn)行方可。此外，大多的譯碼器都具有鎖存功能，但是他的鎖存模式基本上都是電平觸發(fā)，若是設(shè)計(jì)成電平觸發(fā)，肯定會(huì)增加電路的復(fù)雜度，還不如直采用直接的方式使邊沿單集成的進(jìn)行瑣存，所以譯碼器中的鎖存電路就可以不使用了 [1]。時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)的方法多種多樣，本電路使用晶振電路，是為了高精度的時(shí)鐘要求。2.3 系統(tǒng)的構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如下圖 2.4 所示，重要的部件由紅外測(cè)速傳感器（由紅外發(fā)射與接收電路和齒盤構(gòu)成）、信號(hào)處理電路、單片機(jī)以及數(shù)字顯示等組成。其工作的原2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))5理如下：當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)齒盤就跟隨著旋轉(zhuǎn)，由于輪齒的遮擋的效果，紅外發(fā)射管與接收管之間形成的光路間隔斷斷續(xù)續(xù)，用于信號(hào)處理的電路便把變化的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，齒盤轉(zhuǎn)過一個(gè)齒即可表現(xiàn)出一個(gè)脈沖信號(hào)。系統(tǒng)中對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的是單片機(jī)，并在同一時(shí)間，對(duì)接收一定數(shù)目的脈沖計(jì)時(shí)是經(jīng)過內(nèi)部的計(jì)數(shù)器進(jìn)行的，依照脈沖數(shù)目及所用時(shí)間就可計(jì)算出齒輪速度，最后通過數(shù)字顯示將轉(zhuǎn)速在 LCD 上顯示出來 [2]。圖 2.4 測(cè)速系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.3.1 原理框圖 2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))6圖 2.5 測(cè)速系統(tǒng)原理框圖2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))73 硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路的主要功能包括：電機(jī)、單片機(jī)、霍爾傳感器和一個(gè)晶體振蕩器電路，電機(jī)的速度與里程在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)實(shí)時(shí)顯示。硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊：電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、電源電路和液晶顯示電路。下面是電路模塊。3.1 電源電路由于單片機(jī)運(yùn)行時(shí)所需的電源較低，并且其底層電路運(yùn)行時(shí)損耗小。其中 2、3 腳接地，1 腳實(shí)際是 VCC（電源） ，但是藍(lán)色的自鎖開關(guān)的要接到電路上，隨后開關(guān)的另一個(gè)腳再接電源。這就是完整的電源電路。具體電路圖如下：32 1P1POWE RVCC11 2 233 4 455 6 6S1圖 3.1 電源電路圖3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)所謂單片機(jī)最小系統(tǒng)，同時(shí)也稱為單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指使用最起碼的元件組成的單片機(jī)可運(yùn)行操作的系統(tǒng)。對(duì)正常情況下的單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)至少應(yīng)該包括以下部分:比如單片機(jī)、復(fù)位電路和晶體振蕩器電路等等。以下是 51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖。2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))8P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20 (A8)P2.0 21(A9)P2.1 22(A10)P2.2 23(A11)P2.3 24(A12)P2.4 25(A13)P2.5 26(A14)P2.6 27(A15)P2.7 28PSEN 29ALE/PROG 30EA/VPP 31(AD7)P0.7 32(AD6)P0.6 33(AD5)P0.5 34(AD4)P0.4 35(AD3)P0.3 36(AD2)P0.2 37(AD1)P0.1 38(AD0)P0.0 39VCC 40U389C51/C5212MHzC22 30C23 30R2710K+ C110uF1234KSRESETVCCVCC123456789J?CON9圖 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2.1 復(fù)位電路復(fù)位電路在電路中起著至關(guān)重要的作用。其中復(fù)位電路的作用猶如電腦中重啟的效果。當(dāng)電腦死機(jī)或者卡住了重啟就行了。當(dāng)本系統(tǒng)程序運(yùn)行不正常時(shí)按下復(fù)位按鈕，此時(shí)系統(tǒng)重新運(yùn)行。復(fù)位電路的相關(guān)工作原理，很多書本上都有介紹。在這里我們簡(jiǎn)單了解一下。對(duì)于 51 單片機(jī)的復(fù)位原理及其簡(jiǎn)單。通常只需在單片機(jī)的第 9 引腳上接個(gè)高電平，一般這個(gè)高電平持續(xù)時(shí)間需達(dá)到單片機(jī) 2us 即可。下面敘述下復(fù)位的過程，一般給單片機(jī)系統(tǒng)剛供電的時(shí)候，系統(tǒng)復(fù)位一次。當(dāng)你按下系統(tǒng)的按鍵的時(shí)候系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)復(fù)位一次，按鍵釋放后，系統(tǒng)會(huì)再次進(jìn)行復(fù)位。因此便可以通過系統(tǒng)按鍵的斷開與閉合來對(duì)系統(tǒng)的復(fù)位進(jìn)行控制。開機(jī)的時(shí)候復(fù)位主要是受到電路中電阻與電容的屬性所限制的。在電路中的，電容為 10UF,電阻為 10k。這些是復(fù)位的前提。通過此，可以計(jì)算得到單片機(jī)內(nèi)部的關(guān)系，這里不再詳細(xì)敘述。按鍵按下時(shí)候的復(fù)位是由單片機(jī)工作電路的內(nèi)部原理決定的。與電壓大小，高低電平，電阻，工作時(shí)間等共同作用。復(fù)位電路如下圖：2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))9R110KVCC+ C110uF 1234K0RESET圖 3.3 復(fù)位電路3.2.2 晶振電路晶振電路：晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱，在某些方面它可以等效成一個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)，此網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)電容再串聯(lián)一個(gè)電阻與電容并聯(lián)的結(jié)構(gòu)所組成的。電工學(xué)原理上可把這個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)以某種界限分成兩個(gè)部分，以高低頻率來分的，其中頻率較低部分的稱作串聯(lián)諧振，另外一個(gè)較頻率較高部分的稱作并聯(lián)諧振。因?yàn)榫w振蕩器電路本身的特有屬性導(dǎo)致高低頻的距離非常接近，再由于其頻率范圍極窄，晶振可看成電感，晶振兩端并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙荼阈纬刹⒙?lián)諧振電路。 這個(gè)并聯(lián)諧振電路接到一個(gè)負(fù)反饋電路中就能夠組成正弦波振蕩電路。但由于晶振看作成電感的頻率范圍太窄，因此，縱然其他元件的參數(shù)變化非常大，這個(gè)振蕩器的頻率的也不會(huì)有什么較大變化的。晶體振蕩器的負(fù)載電容值是一個(gè)極為重要的電路中參數(shù)，選擇一個(gè)與負(fù)載電容值大致相等的電容并聯(lián)在一起，就可以得到諧振頻率，此是以晶振所標(biāo)稱的。正常的晶體振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器(切記是放大器而不是反相器)的兩頭接入晶體振蕩器。晶體振蕩器的兩端再分別接入兩個(gè)電容，每個(gè)電容的另一頭再接到地，按照電路原理上，這兩個(gè)電容串聯(lián)所形成的電容的容量大小就應(yīng)該等于負(fù)載電容的大小。值得注意的是正常的 IC 引腳都有等效輸入電容。這個(gè)千萬不可忽視。晶振電路：2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))10Y112MHzC230C330圖 3.4 晶振電路3.2.3 P0 口的上拉電阻當(dāng) P0 口成為 I/O 口的輸出時(shí)，此時(shí)低電平的輸出是為 0，反之， 高電平輸出時(shí)為高組態(tài)。 （并不是所有的情況為 5V，相當(dāng)于懸在空中）即 P0 口一般真的不可輸出高電平，不可給所接的負(fù)載提供電流，因此必須有電阻連接到 VCC，這個(gè)電阻即是上拉電阻。給負(fù)載提供電流是由電源通過上拉電阻進(jìn)行的。 但因?yàn)榇讼到y(tǒng)里面未連接上拉電阻，此電路是開漏的，此電路是無電源的，與驅(qū)動(dòng)能力毫不相關(guān)。一般電源由外部的電路所供給，多數(shù)場(chǎng)合下 P0 口是必要的連上拉電阻。 1.正常的在如下情況不接上拉電阻，由 P0 口的 51 單片機(jī)在成為地址或數(shù)據(jù)復(fù)用。2 正常情況下的 I/O 口，因?yàn)殡娫磧?nèi)部無上拉電阻，因此需接上拉電阻。3.在 p0 口接在 PNP 管的期間，可不接上拉電阻的，由于現(xiàn)在的低電平效果明顯；4.在特別情況下，P0 口接入 NPN 管子的期間，要接入上拉電阻，由于現(xiàn)在 P0脈沖為 1 時(shí)刻，方可使電路導(dǎo)通。3.2.4 31 腳 EA/Vpp 接電源對(duì)于一般 51 系列單片機(jī)應(yīng)當(dāng)時(shí)刻注重一點(diǎn)：相對(duì)于對(duì)于腳較多的，在接如電平較低的情況，在單片機(jī)復(fù)位結(jié)束的時(shí)刻，此時(shí)內(nèi)部從單片機(jī)的開始斷進(jìn)行執(zhí)行。在接入電平較高情況，單片機(jī)可在復(fù)位復(fù)位結(jié)束的時(shí)刻，便從內(nèi)部的存儲(chǔ)器帶有 H 的字符進(jìn)行行駛，當(dāng)然這點(diǎn)對(duì)剛接觸的讀者可不必掌握。3.3 LCD 顯示模塊液晶原理圖如下：2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))11GND1VCC2V03RS4R/W5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714A15K16U3LCD_1602R310KR41KD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7RS ENVCCVCCVCC圖 3.5 LCD 顯示接口電路液晶 1 接 GND,液晶 2 接 VCC，3 腳是液晶的灰度調(diào)整，一般時(shí) 3 腳與地之間的之間的組織為 200Ω~1.5k，3 腳與電源之間的阻值為 10k 左右。液晶的 4~14 接單片機(jī)的 I/O 口。 15 腳(A) 為背光的電源， 16 腳(K) 為背光的地。3.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)測(cè)速的原理，系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)如圖 4.8 所示。 [3]P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78RST9 P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11 P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13 P3.4(T0)14P3.5(T1)15 P3.6(WR)16P3.7(RD)17 XTAL218XTAL119 GND20 (A8)P2.0 21(A9)P2.1 22(A10)P2.223(A11)P2.3 24(A12)P2.4 25(A13)P2.526(A14)P2.6 27(A15)P2.7 28PSEN29ALE/PROG 30EA/VPP 31(AD7)P0.732(AD6)P0.6 33(AD5)P0.5 34(AD4)P0.435(AD3)P0.3 36(AD2)P0.2 37(AD1)P0.138(AD0)P0.0 39VCC 40U189C51/52Y112MHzC230C330COM1 R12R23 R34R45 R56R67 R78R89RP110KVCCR110KVCCVCC+C110uFP3232 1P1POWERVCC11 2 233 4 455 6 6S1 1 2 3U4爾爾R210KVCC P32GND1VCC2V03RS4R/W5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714A15K16U3LCD_1602R310KR41K D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7RS ENVCC VCCVCCD0D1D2D3D4D5D6D7RSENMG1MOTORS2 R5201VCCC4100uF25VVCC圖 4.6 紅外測(cè)速系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖此體系使用的是美國(guó)生產(chǎn)的單片機(jī)，它是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的，這個(gè)公司在2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))12單片機(jī)領(lǐng)域研究的比較深入。這個(gè)單片機(jī)是低電壓，高性能 CMOS8 位的，單片機(jī)內(nèi)部有 8KB 的可來回擦寫的 Flash 程序存儲(chǔ)器和 256B 的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） ，元器件所使用的是 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，這是一項(xiàng)高新技術(shù)。與同行標(biāo)準(zhǔn)的 MS-51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳能兼容起來，片內(nèi)置有 8 位中央處理器（CPU） 。另外值得注意的是功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)適用于各種各樣的應(yīng)用場(chǎng)合。[4]電路中的可以受到光照射的元件為紅外光敏二極管，紅外發(fā)射接收管是由紅外光敏二極管和紅外發(fā)光二極管共同構(gòu)成，在電路中紅外光敏二極管的工作可以處于反向情況。在無光照射時(shí)，此時(shí)光敏二極管相當(dāng)于開路，此時(shí)的電阻無限大，所以此時(shí)的電流幾乎沒有。在電路中光敏二極管中的電流與受光照之間的關(guān)系在物理學(xué)中是線性的，即隨著光照的增強(qiáng)，光敏二極管可以逐漸變?yōu)閷?dǎo)通的情況，此刻的電阻無限小，因此此時(shí)刻的電流逐漸變大。把字符型液晶（LCM）JHD12864 作為轉(zhuǎn)速可以顯示的部分，這可以顯示出 16×16或 16×8 點(diǎn)陣的字符。當(dāng)然 HD44780 為其主要可控的運(yùn)行電路，優(yōu)點(diǎn)很多，其中主要的是接口特性相對(duì)其它較標(biāo)準(zhǔn)，除此之外，可適用于本系統(tǒng)所需要系列的 MCU 操作時(shí)序；可自動(dòng)表現(xiàn)出可自己定義的模塊，此模塊定義的字節(jié)較多。該體系的所需的電壓較低的，一般只需 5V,其引腳相對(duì)較多，有 20 來個(gè)。這個(gè)與單片機(jī)可形成的電路如下圖,可用 rw2 來對(duì) LCD 的對(duì)比度進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)到滿意時(shí)為止。2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))134 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 程序設(shè)計(jì)流程圖主程序工作過程如下。當(dāng)然首先各定時(shí)器初值進(jìn)行開始階段的設(shè)置，此毋庸置疑的。而后需要進(jìn)行檢測(cè)是否啟動(dòng)體系進(jìn)行一定的測(cè)量。假如是，則自動(dòng)啟動(dòng)可正常運(yùn)行的體系。假如否則啟動(dòng)延遲。此體系啟動(dòng)運(yùn)行后，若霍爾傳感器感受到有脈沖信號(hào)到來時(shí)，則外面的中斷可自行運(yùn)行，每當(dāng)有一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)就可進(jìn)行中斷一次，詳細(xì)清楚記下脈沖的數(shù)目。與此同時(shí) T0 定時(shí)器工作啟動(dòng)，每 1 秒鐘定時(shí)中斷一次，準(zhǔn)確讀取記錄的脈沖個(gè)數(shù)，即電機(jī)轉(zhuǎn)速?？山舆B取樣多次，其目的是為減小誤差，因此要取平均值作為一次轉(zhuǎn)速的測(cè)量值。以此類推再進(jìn)行數(shù)值的判斷，倘若值大于某值便預(yù)警返回開始狀況，否則顯示正常。2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))14上圖 程序設(shè)計(jì)流程圖4.2 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中主要的程序在對(duì)推棧、計(jì)數(shù)器和定時(shí)器等進(jìn)行開始階段處理后，即檢測(cè)它們的帶有標(biāo)志位是否為真，若是真，則要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的計(jì)算處理，當(dāng)然，首先的任務(wù)將清楚標(biāo)志位中的數(shù)據(jù)，這樣做目的是下次進(jìn)行正常檢測(cè)，而后開始一段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理的程序，但此時(shí)所產(chǎn)生的單位是秒，而顯示的要求與此單位不一致，因此，將單位進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的法則是按分秒之間的規(guī)律進(jìn)行的，但由于 4 只磁鋼被安裝在轉(zhuǎn)軸上，因此每旋轉(zhuǎn)一圈都可得到 4 個(gè)信號(hào)，所以，數(shù)據(jù)再次進(jìn)行運(yùn)算，綜上所知，要將測(cè)量的數(shù)據(jù)處理方式為直接乘以 15（60/4 ） 。經(jīng)過程序運(yùn)算得到的想要結(jié)果，因此，要把這樣的結(jié)果送到一定的區(qū)域轉(zhuǎn)化為 BCD 碼，此時(shí)是壓縮的形式，系統(tǒng)需要非壓縮的形式，此時(shí)需要進(jìn)行解壓縮處理，以字母 CBCD 開頭的一段程序是承擔(dān)這方面的工作。定時(shí)器有多種，在用作毫秒時(shí)，是定時(shí)器 T0，定時(shí)器 T0 所進(jìn)行的工作在中斷的序列中進(jìn)行的，同時(shí)產(chǎn)生以 1 秒為脈沖信號(hào)。另外，通過一個(gè)可以用來計(jì)數(shù)的元件產(chǎn)生再次產(chǎn)生以 1 秒為單位的信號(hào)，每次所需工作時(shí)間段為 4 毫秒，則 1 秒需工作多次，有計(jì)算可得出， 1 秒后，即將計(jì)數(shù)器中的所有數(shù)據(jù)清空，然后要關(guān)閉的器件進(jìn)行關(guān)閉，得出所需要的結(jié)果，分別送入需要數(shù)據(jù)的單元，將清空 T0 中的數(shù)據(jù)，而后使標(biāo)志位為1，要求速度值的計(jì)算在主程序中進(jìn)行。同時(shí)有一點(diǎn)不可忽視， 計(jì)數(shù)器在每秒產(chǎn)生的信號(hào)都會(huì)自動(dòng)的加 1，而 INT0 始終有一個(gè)周期是需要進(jìn)行關(guān)閉，因此，計(jì)數(shù)值在原先的基礎(chǔ)上加 1 即可。外面體系的晶體振蕩器可用在本體系，與某一個(gè)數(shù)字序列的系統(tǒng)時(shí)鐘所相等，用于計(jì)時(shí) 1 毫秒的是 T0，開始所需要進(jìn)行的工作是 TH0=(SYSCLK／1000)》8；另外一個(gè)器件的等式是 TL0=（SYSCLK／1000） 。過完 1 秒后，此時(shí)輸出的脈沖信號(hào)數(shù)目較多，此刻，根據(jù)關(guān)系計(jì)算得到電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)。將得到的數(shù)據(jù)單位進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換到所需要單位的為止，而后在 LCD 上輸出的測(cè)量結(jié)果以 km/h 表示。2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))155 聯(lián)調(diào)與測(cè)試5.1 仿真Proteus 軟件給我們提供了一個(gè)非常實(shí)用的仿真平臺(tái)。由于仿真中沒有霍爾傳感器，實(shí)際呢霍爾就是感應(yīng)磁信號(hào)，輸出高低電平的脈沖信號(hào)，這樣用脈沖就可以了，不同的頻率代表電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢。仿真初始圖：2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))16仿真效果圖：2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))175.2 硬件調(diào)試與焊接5.2.1 調(diào)試2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))18我們用一個(gè)按鍵來控制電機(jī)的起停，當(dāng)系統(tǒng)供電后。按下開關(guān)電機(jī)就開始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。有時(shí)直接供電電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)人工波動(dòng)一下系統(tǒng)的轉(zhuǎn)輪即可?？赡苁请妷哼^小無法啟動(dòng)。背面焊接圖：正面效果圖：2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))19系統(tǒng)運(yùn)行顯示圖：2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))202015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))215.2.2 焊接注意事項(xiàng)1、 將下面的兩個(gè)引腳折彎，然后焊接到板子上；2、拿一個(gè)廢舊電阻引腳從中間折彎，掛在上面的引腳上，并將引腳的另一端插在板子上并焊接上。2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))22結(jié) 論通過本設(shè)計(jì)的制作與學(xué)習(xí)使我受益匪淺。本設(shè)計(jì)從實(shí)物的焊接與調(diào)試，是我對(duì)平時(shí)所學(xué)的只是有了更深的了解。如實(shí)物讓我們對(duì)平時(shí)所學(xué)的知識(shí)有了一個(gè)更直觀和更形象的了解。同時(shí)還讓我們知道實(shí)物有哪些元件組成的，我們應(yīng)該怎樣焊接，才能達(dá)到自己想要的結(jié)果。本設(shè)計(jì)還讓我們了解到自行車實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)主要是由單片機(jī)為主控電路，有霍爾傳感器，LCD 顯示共同組成。其中傳感器將接收到的信息在 LCD 顯示屏顯示出來。LCD 顯示屏清楚地顯示出速度于里程等詳細(xì)信息。這是本設(shè)計(jì)的硬件部分。本設(shè)計(jì)的軟件部分其中程序由 C 語言編寫而成。C 語言放在 keil 軟件里面，Proteus 給我們提供了一個(gè)仿真平臺(tái)。通過使用 Proteus 組成一個(gè)仿真電路，然后導(dǎo)出 C 語言程序就能是準(zhǔn)確的模仿出實(shí)物運(yùn)行的情況。仿真時(shí)按下開始按鍵即可。其中軟件部分一定要確保 C 語言的準(zhǔn)確編寫，否則在仿真時(shí)達(dá)不到預(yù)期的效果。C 語言可以在 keil 軟件里進(jìn)行修改，使用調(diào)試與運(yùn)行對(duì)程序進(jìn)行修正。當(dāng)運(yùn)行時(shí)顯示出無警高無錯(cuò)誤即可。論文須有總體部分，軟件部分還有硬件部分組成?？傮w部分包括總論文的制作流程，應(yīng)怎樣去制作論文。硬件部分顧名思義即設(shè)計(jì)的實(shí)物，軟件部分包括 C 語言程序和仿真圖構(gòu)成。這些就構(gòu)成了一篇論文。2015 屆本科畢業(yè)論文( 設(shè)計(jì))23參考文獻(xiàn)[1] 康華光 .電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電路部分.高等教育出版社，2006.1,4:101-187 [2] 何立民 .單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編.北京航空航天大學(xué)出版社，1997.10,5:65-82[3] 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