基于单片机的自行车里程表硬件设计 - 图文

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY

科研实践

题目：基于单片机的自行车里程表设计

二级学院（直属学部）： 延陵学院 专业： 电气工程及其自动化 班级： 10电Y3 学生姓名： 何鑫 学号： 10124507 指导教师姓名： 范力旻 职称： 副教授

2013年12月30日至2014年1月10日

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目录

第一章 绪论......................................................... 2

1.1 课题产生的背景 .............................................. 2 1.2 课题的主要任务及内容 ........................................ 2 第二章 自行车里程表硬件设计......................................... 4

2.1 任务分析与实现 .............................................. 4 2.2 自行车里程表硬件方案设计 .................................... 4

2.2.1 里程/速度测量传感器的设计.............................. 5 2.2.2 方案的确定............................................. 7

第三章 最小系统的设计............................................... 9

3.1 时钟电路的设计 .............................................. 9 3.2 复位电路的设计 ............................................. 10 3.3单片机AT89S52 .............................................. 11

3.3.1.主要性能参数：........................................ 11 3．4电源电路................................................... 12 第四章 输入部分的设计.............................................. 14

4.1 按键电路 ................................................... 14 4.2存储电路设计................................................ 15 4.3里程电路设计................................................ 17

4.3.1 传感器概述............................................ 17 4.3.2 传感器及其测量系统.................................... 17 4.3.3 霍尔传感器的测量原理.................................. 18

第五章 输出部分设计................................................ 19

5.1显示电路的设计.............................................. 19

5.1.1 1602字符型LCD简介 .................................. 19 5.1.2 1602LCD的基本参数及引脚功能 ......................... 20 5.2报警电路设计................................................ 22 第六章 自行车里程表软件方案设计.................................... 23 第七章 硬件仿真................................................... 24

7.1调试系统简介................................................ 24 7.2 利用proteus软件进行仿真 ................................... 24 第八章实物的制作与调试............................................. 27

8.1电路板焊接.................................................. 27 8.2电路板调试.................................................. 27 结论............................................................... 28 附录............................................................... 29

参考文献 ....................................................... 29 元器件清单 ..................................................... 30 原理图 ......................................................... 31 程序清单 ....................................................... 31 实物图 ......................................................... 45

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第一章 绪论

1.1 课题产生的背景

自世界上第一辆自行车问世至今已有200多年的历史了。18世纪末，法国人西夫拉克发明了最早的自行车。这辆最早的自行车是木制的，其结构比较简单。世界上第一批真正实用型的自行车出现于19世纪初。在20世纪,自行车在中国获得了前所未有的普及和发展。从某种意义上来说，中国是一个自行车的王国。每天清晨和落日时分，滚滚车流在中国的城市中碾动，这是最为壮观的一道风景，这是一条现代中国流动的长城。

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。

单片微型计算机自1976年问世以来发展非常迅速，现在已成为微型计算机一个很重要的分支，在现实生活中应用越来越广泛，已经对人类产生了巨大的影响，尤其是美国Intel公司的MCS—51系列单片机，由于其集成度高、处理功能强、性能价格比高、可靠性高、系统结构简单，可以灵活的与其他芯片组成众多的测量电路用于速度、温度、深度、高度、湿度、光强等方面的测量和研究等特点，在我国现代化生活、生产中已经得到了广泛的应用，如在工业检测控制、仪器仪表、电子工业、机电一体化等众多领域取得了令人瞩目的成果。本设计利用MCS—51系列单片机扩展方便、可靠性能高、处理功能强、速度高等特点，实现对自行车里程和速度的测量。

1.2 课题的主要任务及内容

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LCD液晶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里程表的设计思

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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AT89S52单片机的外围电路以及LCD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C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。

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第二章 自行车里程表硬件设计

2.1 任务分析与实现

本次毕业设计的题目是：自行车里程表设计

其设计的任务是：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，再经过一系列的计算得出的，其结果通过显示器显示出来。

本系统总体思路如下：里程及速度传感器采用霍尔元件，用一个霍尔芯片、二个小磁铁，霍尔芯片紧贴齿轮，磁铁放在芯片后面。齿轮转动一周霍尔元件与小磁铁靠近一次，这样可以改变通过霍尔芯片的磁通量，霍尔芯片可以输出类似正弦的波形，用运放放大波形，后面接一级比较器，把正弦波转换为方波，方波的频率和齿轮的转速成正比。自行车里程的测量是通过霍尔元件输出端的电压发生变化产生脉冲，通过计数器，根据脉冲数计算里程。自行车速度的测量是通过定时器测出车轮转一周所用的时间t，车轮周长L除以时间t就是自行车的速度。

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T0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LCD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，可以通过按键设定报警速度，若自行车超速，系统发出报警提示。整个设计过程包括硬件电路的搭建，软件的编程，系统的调试，调试通过后，固化程序，脱离开发系统运行。

2.2 自行车里程表硬件方案设计

自从1971年微型计算机问世以来，随着大规模集成电路技术的不断进步，微型机主要向两个方向发展：一个向高速度，高性能的高档微型计算机方向发展。一个向稳定可靠，小而廉价的单片机方向发展。所谓的单片机，就是把中央处理

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