自行车里程表电路设计毕业设计.docx
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自行车里程表电路设计毕业设计
安阳师范学院本科学生毕业设计报告
自行车里程表电路设计
作者陈乐乐
系(院)物理与电气工程学院
专业电气工程及其自动化
年级2020级
学号0
指导教师刘永顺
日期
诚信许诺书
郑重许诺:
所呈交的论文是作者个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究功效。
除文中专门加以标注和致谢的地址外,论文中不包括其他人已经发表或撰写的研究功效,也不包括为取得安阳师范学院或其他教育机构的学位或证书所利用过的材料。
与作者一同工作的同志对本研究所做的任何奉献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日期:
导师签名:
日期:
院长签名:
日期:
论文利用授权说明
本人完全了解安阳师范学院有关保留、利用学位论文的规定,即:
学校有权保留送交论文的复印件,许诺论文被查阅和借阅;学校能够发布论文的全数或部份内容,能够采纳影印、缩印或其他复制手腕保留论文。
保密论文在解密后遵守此规定。
作者签名:
导师签名:
日期:
自行车里程表电路设计
陈乐乐
(安阳师范学院物理与电气工程学院河南安阳455000)
摘要:
介绍了自行车里程表研究的意义,提出了自行车里程表的设计方案,详细论述了采纳STC89C5二、霍尔传感器、LED数码管等设计制作自行车里程表的进程。
关键词:
里程表;单片机;霍尔传感器;LED数码管
1引言
自行车由于本身低碳环保及方便等优势,成为居民喜爱的交通、健身工具。
在那个背景下,自行车里程表作为自行车的一大辅助工具迅速进展起来。
科学、美观、合理设计自行车里程表有必然的有效价值,它能计算出里程数,使运动者运动适量,达到健康运动与代步的最正确成效。
此刻汽车上都装载有里程表,可是由于本钱昂贵,不太适合应用在自行车上。
本里程表的设计具有结构简单,本钱低廉,显示清楚,稳固靠得住等优势,而且可进行扩充。
2设计要求
(1)以单片机为操纵核心,采纳霍尔传感器检测自行车轮胎的运转情形,通过抗干扰处置和计算后,由数码管显示自行车的里程;
(2)总里程<;
(3)可扩展显示自行车速度。
3方案论证
方案1
(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T1对霍尔传感器脉冲信号进行计数;
(3)对数据进行处置,用LED显示里程数。
实现:
利用软件编程,对数据进行处置取得需要的数值。
最终实现目标:
自行车里程显示功能。
整个设计进程包括硬件电路的搭建,软件的编程,系统的调试,调试通事后,固化程序,离开开发系统运行。
方案2
整体思路与方案1一致,仍然利用单片机自带的计数器对霍尔传感器产生里程数的脉冲信号进行计数,可是数据显示模块采纳LCD显示,更能清楚的显示里程数。
方案比较
本设计采纳方案1,数码管低功耗,容易操纵,占用CPU资源少,价钱比较廉价,比较有效。
4硬件设计
框图
本系统是由数据搜集,单片机操纵系统,数据存储3部份组成。
其中数据的搜集是由霍尔传感器来完成的,它的输出是矩形脉冲,通过RC滤波后就向单片机系统提供转速信号。
其中关键的处置由单片机系统来完成,单片机将对INT0脚的接收的信号进行计数,信号由显示部份送LED进行显示,显示当前的行驶里程情形。
在本次行驶事后数据存入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,到经历的目的。
以上所述确实是整个系统的整体设计思想。
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,在车圈侧面贴一个磁片,当磁片通过霍尔元件时,霍尔元件输出端的电压发生转变产生脉冲,单片机依照脉冲数来计算里程。
该设计能实时地将所测的累计里程数显示出来,信号送入单片机前应付其进行放大整形,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可能的算法(假设在一按时刻内自行车是匀速行进)。
原理框图如图1所示。
图1原理框图
STC89C52
传感器
显示电路
数据储存EEPROM
电路原理图和电路原理
本设计所用的霍尔传感器是一块集成芯片,它结合了采样和放大功能于一体。
第一咱们把磁钢放在自行车的转轴上,而霍尔元件就放在与其水平的转轴上,当咱们完成安装后,转动自行车的转轴,磁钢也就随着一路转动,从而使霍尔传感器周围的磁场发生转变,这种转变将会致使霍尔电压转变从而产生一个方波,再通过其内部的整形和放大,产生出一个适合外部电路的脉冲电压。
假定轮圈的周长为L,在轮圈上安装1个磁铁,那么测得的里程值最大误差为L。
当轮子每转一圈,通过开关型霍尔元件传感器搜集到一个脉冲信号,并从引脚口中断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L的乘积即为里程值。
电路原理如图2所示。
图2电路原理图
5软件设计
软件编程实现
系统软件框图
本系统软件采纳模块化设计方式,整个系统由初始化模块、里程计算模块、数据转BCD码模块、里程显示模块、数据存储、读取模块、按时器中断效劳模块和其他功能模块组成,如图3所示。
图3系统软件框图
初始化
模块
里程显示模块
EEPROM数据读出模块
中断服务模块
整体程序设计
自行车里程表的软件设计包括上电初始化程序、中断子程序、里程挪用子程序、LED显示子程序、延时子程序等部份,下面将分析其要紧部份。
在主程序模块中,需要完成对各接口芯片的初始化、自行车里程的初始化、中断向量的设计和开中断、循环等待等工作。
另外,在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄放器、里程寄放器,并对它们进行初始化。
然后主程序将依照各标志寄放器的内容,别离完成启动、清除、计程等不同的操作。
开始
口用于显示里程状态,口用于设置轮圈的大小,低电平有效。
中断0用于对轮子圈数的计数输入,轮子每转一圈,霍尔传感器输出一个低电平脉冲,将依照里程寄放器中的内容计算出行驶里程数。
中断1用于操纵按时器T1的启/停,当输入为0时关闭按时器。
此操纵信号是将轮子圈数的计数经二分频后形成,其程序流程如图4所示。
初始化
=1?
N
Y
出错提示
将车圈周长调入21H
开中断,启动定时器
调用里程处理子程序
图4主程序流程图
中断子程序的设计
按时中断是为知足按时或计数的需要而设置的。
为此在单片机内部有两个按时/计数器,以对其中的计数结构进行计数的方式,来实现按时或计数功能。
当结构发生计数溢出时,即说明计数值已满,这时就以计数溢出信号作为中断请求,去置位一个溢出标志,作为单片机同意中断请求的标志。
这种中断请求是在单片机芯片内部发生的,因此不必在芯片上设置引入端。
按时/计数器操纵寄放器TCON是8位寄放器,地址为88H,能够位寻址。
其高4位用于按时/计数器中断操纵,低4位借给外部中断,用做中断标志和触发方式选择位。
本设计采纳按时中断,对自行车的里程进行计数。
里程计算子程序的设计
外中断0效劳程序用于对单片机口输入的圈脉冲进行计数,为十六进制计数器。
60H为低位,62H为高位。
每次计数一次后,对里程数据进行一次存储操作。
当车轮每转一圈,通过霍尔元件将脉冲数输入单片机内,通过计数器计出脉冲数,再用乘方式程序算出里程数。
显示子程序的设计
本次设计采纳动态扫描显示接口电路,动态显示接口电路是把所有显示器的8个笔画段a-h同名端连在一路,而每一个显示器的公共极COM各自独立地受I/O线操纵。
CPU向字段输出口送出字型码时,所有显示器接收到相同的字型码,但究竟是哪个显示器亮,那么取决于COM端。
咱们能够采纳分时的方式,连番操纵各个显示器的COM端,使各个显示器连番点亮。
在连番点亮扫描进程中,每位显示器的点亮时刻是极为短暂的(约1ms),由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余晖效应,尽管事实上列位显示器并非同时点亮,但只要扫描的速度足够快,给人的印象确实是一组稳固的显示数据,可不能有闪烁感。
本设计、、、信号一路组成位选通的位选信号,~信号一路组成段码选通的段选信号,通过软件编程,先把所要显示的数据放入存储单元,然后把数据送入段选通对应的地址,再选通某一个LED,慢慢完成四个LED的显示,显示子程序流程图如图5所示。
开始
显示单元址
取显示数据
取断码表首址
调用延时
送断码到P0口
送位选到P2口
4位显示结束?
返回
求下一位位选码
修改显示单元地址
Y
N
图5显示子程序流程图
6要紧元器件介绍
霍尔传感器
霍尔传感器是对磁灵敏的传感元件,经常使用于信号搜集的有A44E、CS3020、CS3040等,这种传感器是一个3端器件,外形与三极管相似,只要接上电源、地,即可工作,一般是集电极开路(OC门)输出,工作电压范围宽,利用超级方便。
A44E的外形如图6所示。
1-Vcc2-GND3-OUT
图6A44E外形图
利用霍尔传感器取得脉冲信号,其机械结构也能够做得较为简单,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。
LED数码管
与LCD液晶显示器相较,数码管虽没有液晶显示器那样的显示成效,可是它有其自己的特点,它低功耗,容易操纵,占用CPU资源少,从而成为一些显示器的首选。
数码管由7个发光二极管组成,它门能够共阴极,也能够共阳极。
通过解码电路取得的数码接通相应的发光二极而形成相应的字符,能够显示从1到9的数字,这知足设计要求。
由霍尔传感器搜集的脉冲数据信号,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现在自行车已经行驶了1Km,这时在通过显示单元电路使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,如此就实现了显示里程的目的。
STC89C52单片机
单片机原理简介
单片微型运算机是指集成在一个芯片上的微型运算机,也确实是把组成微型运算机的各类功能部件,包括CPU(CentralProcessingUnit)、随机存储器RAM(RandomAccessMemory)、只读存储器ROM(Read-onlyMemory)、大体输入/输出(input/output)接口电路,按时器/计数器等部件都制作在一块集成芯片上,组成一个完整的微型运算机从而实现微型运算机的大体功能。
单片机实质上是一个芯片,在实际应用中,通常很少将单片机直接和被控对象进行电气连接,必需外加各类扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件,才能组成一个单片机应用系统。
单片机的引脚功能
STC89C52是一种低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8kbytes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),片内置通用8位中央处置器(CPU)和Flash存储单元,功能壮大,STC89C52单片机适合于许多较为复杂操纵场合应用,其引脚图如图7所示。
图789C52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位按时/计数器,一个全双工串行通信口,片内具有振荡器及时钟电路。
同时,STC89C52可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作,但许诺RAM,按时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保留RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
89C52的要紧管脚功能如下:
~:
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也是地址/数据总线复用口。
作为输出口历时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口P0写“1”时,可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。
~:
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲极可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,现在可作输入口。
ALE:
地址锁存操纵信号。
在系统扩展时,ALE用于操纵把P0口输出的低8位地址锁存起来,以实现低位地址和数据的隔离。
另外,由于ALE是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲,因此,可作为外部时钟或外部按时脉冲利用。
RST:
复位信号。
当输入的复位信号延续两个机械周期以上的高电平常即为有效,用以完成单片机的复位初始化操作。
XTALl和XTAL2:
外接晶体引线端。
当利用芯片内部时钟时,此二引线端用于外接石英晶体和电容;当利用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。
VSS:
地线。
VCC:
+5V电源。
74LS244
本次设计中的采纳驱动数码管的芯片为74LS244,74LS244为三态输出的八位缓冲器和线驱动器,假设单片机输出口直接接显示部份电路,那么电流过小,会致使显示部份不能正常工作,因此在单片机输出口先接入驱动芯片74LS244,增大电流,使LED能够正常工作。
其逻辑图如图8所示。
图874LS244逻辑图
74LS74
74LS74是D触发器的一种,它是一个具有经历功能的二进制信息存储器件,是组成多种时序电路的最大体逻辑单元。
触发器具有两个稳固状态,即"0"和"1",在必然的外界信号作用下,能够从一个稳固状态翻转到另一个稳固状态,由于其状态的更新发生在CP脉冲的边沿故又称之为上升沿触发的边沿触发器,D触发器的状态只取决于时针到来前D端的状态。
D触发器应用很广,可用做数字信号的寄放、移位寄放、分频和波形发生器等。
7制作、安装和调试
制作
系统仿真
本次设计采纳的仿真软件是Proteus,Proteus仿真软件能够实现数字电路、模拟电路及微操纵系统与外设的混合电路系统的电路仿真、系统协同仿真和PCB设计等全数功能。
电路仿真原理图如9所示。
图9电路仿真原理图
当完成原理图布线后,利用ProteusISIS编辑环境所提供的电器规那么检查命令对设计进行检查,并依照系统提供的错误检查报告修改原理图,直到通过电器规那么检查为止。
单片机系统的仿真是Proteus的一大特色,将原理图连接完成以后,利用Keil软件可将程序烧入单片机里面,如此能够在设计中直接编辑代码,源代码通过编译无误后,就能够够进行仿真,并查看仿真的结果。
制作PCB板
(1)用Protel提供的各类功能及命令编辑原理图文件。
(2)启动Protel时参数设计,进入PCB编辑环境,指定元件的布置、板层、布线等参数。
(3)装入原理图及元件封装。
该环节是在预备好的电路原理图的基础上进行的。
元件的封装也确实是元件的外形,每一个元件都对应电路板上的几个焊盘,关于每一个装入的元件必需有相应的外形封装,如此才能保证电路板布线的顺利进行。
(4)元件在电路板上的布置。
放置了电路板的物理尺寸,即确信了电路板的板边以后,才能够装入电路原理图。
在装入电路原理图以后,程序自动装入所有元件,元件自动放在电路板边框内,这时依照器件的布局需要把其中零乱的器件布置好。
(5)自动布线和手工调整。
PCB有自动布线的功能,只要把有关参数设置适当,元件位置布置合理,就能够够自动布线,自己不中意的地址能够通过手工调整来弥补。
(6)打印PCB电路板。
PCB板图如附录2所示
安装
在完成仿真实验后,开始搭建硬件电路,依照原理图进行连接,焊接PCB板,将源代码烧写到单片机里,完成了本次毕业设计的任务。
调试
将电路板连接上电源后,二极管正常发光,数码管显示四个0,用磁铁通过霍尔传感器,数码管开始计数,达到预期的目的。
8终止语
本次课程设计的要紧任务是做一个以单片机为核心的自行车里程表。
设计要紧分为硬件部份和软件部份,硬件部份着重考虑硬件电路的可行性及优化,软件部份采纳模块化设计思想,增强程序的可读性。
通过仿真验证了系统的可行性,能知足设计要求。
固然,本次设计也有不足的地方。
在实际的硬件焊接电路上,Protues软件仿真不能专门好的显示实际的现象,必需在实际的电路上调剂测试,同时,电路板的焊接也具有专门大的挑战性。
本次设计能够扩展,能够扩展为速度里程表,更能清楚了解到自己所处的状况。
通过这段时期系统的设计,我对51单片机有了更深的了解和熟悉,同时也给了我一个独立试探和解决问题的机遇,锻炼了自己。
在里程表的功能模块分析、算法计算、程序编写等各方面的设计中,需要进行细致全面的试探,从中让我学会了软硬结合,理论学习联系实际操作,学会了如何将书本知识转化到实际应用中去。
参考文献
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高等教育出版社,2020
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电子工业出版社,2020
[3]高玉芹.单片机原理与应用及C51编程技术[M].北京:
机械工业出版社,2020
[4]李林功.单片机原理与应用:
基于实例驱动和Proteus仿真[M].北京:
科学出版社,2020
[5]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
BicycleOdometerCircuitDesign
ChenLele
(SchoolofPhysicsandElecticalEngineering,AnyangNormalUniversity,Anyang,Henan455000)
Abstract:
Thesignificanceofbicycleodometerisintroduced,putforwardthedesignofbicycleodometer,detailedelaboratedtheSTC89C52,hallsensors,LEDdigitaltube,etc.Designandproductionprocessofbicycleodometer.
Keywords:
speedometer;singlechipmicrocomputer;;hallsensor;LEDdigitaltube
附录1元器件明细表
序号
名称
型号
数量
1
单片机
STC89C52
1个
2
驱动器
74LS244
1个
3
D触发器
74LS74
1个
4
排阻
1KΩ
1个
5
霍尔元件
A44E
1个
6
发光二极管
LED
1个
7
晶振
12MHz
1个
8
共阴极四位数码管
SMA420564
1个
9
电容
33PF
2个
10
F
1个
10
电阻
10KΩ
1个
100Ω
1个
2KΩ
1个
11
微动开关
1个
12
电路板
1块
13
导线
若干
附录2PCB图
附录3程序
;;;;;;;;;;;
;中断初始化
;;;;;;;;;;;
ORG0000H;程序执行开始地址
LJMPSTART;跳至START
ORG0003H;外中断0中断程序入口
LJMPINTEX0;跳至INTEX0中断服务程序
RETI;中断返回
ORG0013H;外中断1中断入口
LJMPINTEX1;跳至INTEX1中断服务程序
ORG001BH;定时器T1中断程序入口
LJMPINTT1;跳至INTT1中断服务程序
ORG0023H;串口中断入口地址
RETI;中断返回
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;上电初始化程序
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
CLEARMEN:
MOVTMOD,#90H;T1为16位外部操纵按时器
SETBPX0;外中断0优先级为1
SETBIT0;外中断0用边沿触发
SETBIT1;外中断1用边沿触发
CLRA;清A
MOV20H,A;清内存中特定单元
MOV6CH,A;
MOV6DH,A;
MOV70H,A;
MOV71H,A;
MOV72H,A;
MOV73H,A;
MOV60H,A;
MOV61H,A;
MOV62H,A;
MOV63H,A;清内存中特定单元
DECA;A为#0FFH
MOV68H,A;内存置数据#0FFH
MOV69H,A;内存置数据#0FFH
MOV6AH,A;内存置数据#0FFH
MOV6BH,A;内存置数据#0FFH
MOVP1,A;P1口置1
CLEAR1:
JB,KEY1;依照,,,设置状态,
;在21H地址单元赋自行车周长值
KEY:
MOV21H,#19H;28寸自行车周长值
CLEAR2:
SETBTR1;开按时器T1
SETBEA;开中断许诺
SETBEX0;开外中断0
SETBET1;开按时中断T1
SETB;关报警器
LCALLVIICREAD;将EEPROM中原里程数据调入内存
RET;子程序返回
;;;;;;
;START
;;;;;;
START:
MOVSP,#75H;堆栈在75H开始
LCALLCLEARMEN;上电初始化
START1:
JB,DISPLAYS;=1,显示里程
LCALLDISPLAYV;显示速度
START2:
SJMPSTART1;转START1循环
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;里程计数程序,用外中断0实现,计数用60H-62H内存单元。
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
INTEX0:
PUSHACC;累加器堆栈爱惜
PUSHPSW;状态字堆栈保护
INC60H;圈加1
CLRA;清A
CJNEA,60H,INTEX0OUT;计数没溢出转INTEX0OUT
INC61H;溢出进位(61H加1)
CJNEA,61H,INTEX0OUT;计数没溢出转INTEX0OUT
INC62H;溢出进位(62H加1)
INTEX0OUT:
LCALLVIICWRITE;里程数据存入EEPROM
SETBEX1;开外中断1
POPPSW;状态字恢复
POPACC;累加器恢复
RETI;中断返回
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;T1计数器中断效劳程序
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
INTT1:
PUSHACC;累加器堆栈爱惜
PUSHPSW;状态字堆栈爱惜
INC6CH;6CH计时单元加1
MOVA,6CH;移入A
JNZINTT11;不等于0转I
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- 自行车 里程表 电路设计 毕业设计