基于单片机的自行车里程表硬件设计 - 图文(2)

器CPU、只读存储器ROM、定时/计数器以及I/O 接口电路等集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。从组成和功能上看，它具有微型计算机的含义。

单片机由于将CPU、内存和一些必要的接口集成到一个芯片上，并且面向控制功能将结构作了一定的优化，所以它有一般芯片不具有的特点：

1. 体积小、重量轻； 2. 电源单一、功耗低； 3. 功能强、价格低；

4. 全部集成在一块芯片上，布线短、合理；

5. 数据大部分在单片机内传送，运行速度快、抗干扰能力强、可靠性高。 目前，单片机被广泛的应用于测控系统、工业自动化、智能仪表、集成智能传感器、机电一体化产品、家用电器领域、办公自动化领域、汽车电子与航空航天器电子系统以及单片机的多机系统等领域。

2.2.1 里程/速度测量传感器的设计

1. 速度传感器的设计

测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，将脉冲送入单片机中进行计算，即可获得转速的信息。

(1) 霍尔传感器

霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于信号采集的有A44E、CS3020、CS3040等，这类传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，通常是集电极开路（OC门）输出，工作电压范围宽，使用非常方便。A44e的外形如图2.1所示。将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是电源、地、输出。

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A44E123

1-Vcc 2-GND 3-OUT 图 2.1 A44e外形图

使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，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。如果在齿轮盘上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。

(2) 光电传感器

光电传感器是应用非常广泛的一种器件，有各种各样的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。以透射式为例，如图2.2所示，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，否则导通。为此，可以制作一个遮光叶片，如图2.3所示，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。

图2.2 光电传感器的原理图

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图2.3 遮光叶片

(3) 光电编码器

光电编码器的工作原理与光电传感器一样，不过它已将光电传感器、电子电路、码盘等做成一个整体，只要用连轴器将光电传感器的轴与转轴相连，就能获得多种输出信号。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。某光电编码器的外形如图2.4所示。

图2.4 成品光电编码器

2. 里程测量传感器的设计

里程测量传感器的选择也有以下几种方案：使用光敏电阻对里程进行测量、利用编码器对车轮的圈数进行测量、利用霍尔传感器对里程进行测量、利用干簧管型传感器测量里程。这几种方案都是通过自行车车轮转动产生脉冲数，然后根据脉冲数计算里程。

2.2.2 方案的确定

光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光源将导致光敏电阻发出错误信号；光敏电阻对环境的要求相当高，如果光敏或发光二极管被泥沙或灰尘所覆盖，光敏电阻就不能再进行准确测量；而编码器必须安装在车轴上，安装较为复

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杂；霍尔元件或干簧管不但不受天气的影响，即使被泥沙或灰尘覆盖也不会有影响，而且安装方便。所以本设计采用霍尔元件对里程与速度进行测量，既简单易行，又经济适用。

本系统的硬件系统框图如图2.5所示

霍尔元件 报警 单片机

图2.5 系统的原理框图

存储器 LCD显示

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第三章 最小系统的设计

3.1 时钟电路的设计

时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。8051片内由一个反相放大器构成振荡器，可以由它产生时钟。常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本设计采用前者。典型的晶振取12MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)。电路中的电容C1和C2常选择为30pF左右。如果单片机系统不需要串口通讯，使用12MHz的晶振，那么计算定时器中断的初值将方便许多，也不需要进行时间修正了，晶振周期=1s/12MHz=1Mus/12MHz=1/12us，单片机机器周期=12*1/12us=1us，需要实现计时1秒，需要1000000/1=1000000个机器周期，那么如果设置定时器初值为0x9CH(即156D)，则每256-156=100个机器周期触发一次定时中断，如此中断10000次，正好为1000000个机器周期。

单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。单片机内部时钟方式的振荡电路如图3.1所示。

图3.1 单片机片内振荡电路

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