基于霍尔元件的自行车的速度里程表的设计说明文档格式.docx
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霍尔元件;
单片机;
LED显示
ABSTRACT
Withthedevelopingofpeople’slife,thebicycleisnotonlytheuniversaltooloftransportationandsubstituteforwalking,butbecomesthefirstchoiceofentertainmentandexercising.Thebicyclemileage/speedcanfulfillthebasicneedofpeople’slife,sothattheycanlearnthespeedandthemileageofthebicycle.Inthispaper,thebicyclemileage/speeddesignbasedontheHallelementiselaborated.ByAT89C52askernel,usingA44EHallelementtomeasurerevolution,themeasureandstatisticareachieved.Therangeinformationissavedby24C02whenthepowerisoff,thebicyclespeedcanbedisplayedonLED.Inthisarticle,thehardwarecircuitandsoftwaredesignofbicyclemileage/speedinstrumentareintroducedindetail.Aboutthehardware,thepulsenumberistransmittedofonecycleofthebicycleintoSingleChipMicrocomputersystem.ThenthesignalprocessedbySingleChipMicrocomputersystemissenttodisplayscream.Aboutthesoftware,inassemblelanguage;
theprogramisdesignedinthemodeofmodules.Thesystemhassimplehardware,commonsub-program,andmeetsthedemandofdesign.
KEYWORDS:
Mileage/speed;
Hallelement;
Singlechipmicrocomputer;
LED
摘要I
第一章绪论1
1.1课题简介1
1.2单片机发展趋势1
1.3课题的主要任务及容3
第二章系统总体方案设计4
2.1设计总体思想4
2.2硬件方案设计6
2.3软件方案设计8
第三章硬件电路设计10
3.1概述10
3.2传感器及其测量系统10
3.2.1霍尔传感器的测量原理11
3.2.2集成开关型霍尔传感器12
3.3单片机的原理及应用13
3.3.1单片机原理简介13
3.3.2单片机的引脚功能介绍15
3.3.3单片机中断系统介绍18
3.3.4单片机定时/计数功能介绍20
3.4其他元器件的选择21
3.4.1存储器的选择21
3.4.2触发器的选择22
3.4.374LS244芯片的介绍24
3.5单片机外围电路的设计24
3.5.1时钟电路的设计24
3.5.2复位电路的设计26
3.5.3显示电路的设计27
3.6本章小结29
第四章软件程序设计30
4.1总体论述30
4.2总体程序设计30
4.3中断子程序的设计33
4.4数据处理子程序的设计34
4.5显示子程序的设计35
第五章系统调试与分析38
5.1系统仿真调试38
5.2调试故障及原因分析39
5.3设计总结41
5.4改进与创新41
致43
参考文献45
附录47
第一章绪论
1.1课题简介
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。
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,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单片机发展趋势
现在可以说单片机是百花齐放,百家争鸣的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,有与主流C51系列兼容的,也有不兼容的,但它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供广阔的天地。
纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,大致有:
1.低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW,而现在的单片机普遍都在100mW左右,随着对单片机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。
象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。
CMOS虽然功耗较低,但由于其物理特征决定其工作速度不够高,而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点,这些特征,更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。
所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。
2.微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强大。
甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。
此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外,还要求其体积要小。
现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
3.主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多,各具特色,但仍以80C51为核心的单片机占主流,兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品,ATMEL公司的产品和中国的Winbond系列单片机。
所以C8051为核心的单片机占据了半壁江1山。
而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头,中国的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增,与其低价质优的优势,占据一定的市场分额。
此外还有MOTOROLA公司的产品,日本几大公司的专用单片机。
在一定的时期,这种情形将得以延续,将不存在某个单片机一统天下的垄断局面,走的是依存互补,相辅相成,共同发展的道路
1.3课题的主要任务及容
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:
AT89C52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。
第二章系统总体方案设计
2.1设计总体思想
方案一:
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切换显示当前速度,若自行车超速,系统发出报警信号,指示灯闪烁。
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。
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。
方案二:
设计采用了ST1101红外光电传感器,进行非接触式检测。
当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时,传感器将会输出一个低电平,而当没有物体挡在中间时则输出为高电平,从而形成一个脉冲。
该系统在自行车后轮的轴处保持着与轮子旋转切面平行的方向延伸附加一个铝盘,在这个铝盘的边沿处挖出若干个圆形过孔,把传感器的检测部分放在圆孔的圆心位置。
每当铝盘随着后轮旋转的时候,传感器将向外输出若干个脉冲。
把这些脉冲通过一系列的波形整形成单片机可以识别的TTL电平,即可算出轮子即时的转速。
铝盘的圆孔的个数决定了测量的精度,个数越多,精度越高。
这样就可以在单位
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