数显转速表

数显转速表

摘要：随着现代科学技术的发展，计量技术相应地也得到迅速发展。在这个领域中，数字仪表越来越现实它的优越性和生命力：精度高、速度快、便于记录、控制和传递，因而数字式仪表得到了广泛的应用。在转速计量方面，数字转速表更是一种理想的测量仪器。随着单片机的出现，以单片机为核心的数字转速表更是得到了广泛应用。

本文便是运用AT89C52单片机控制的数字式转速表。数字式转速表就是对电机转速进行测量，显示自行车转速，并观察自行车运行的基本情况。本设计主要用AT89C52作为控制核心，由干簧管传感器，液晶显示器等构成。充分发挥单片机的性能。本文重点是数字转速表的硬件电路和软件设计。

本设计优点是电路较简单、功能完善、测量速度快、精度可调节、控制系统可靠，性价比较高等特点。

目录

1 前言 (1)

1.1 设计目的和要求 (1)

1.2 设计方法 (1)

2总体设计方案 (2)

3单元模块设计 (3)

3.1 特殊器件的介绍 (3)

3.1.1 AT89C52器件 (3)

3.1.2 液晶显示器LCD1602 (4)

3.1.3 电位器W504 (7)

3.1.4 干簧管传感器 (7)

4软件设计 (9)

4.1说明软件设计原理及设计所用工具 (9)

4.2画出软件设计结构图、说明其功能 (9)

4.3画出主要软件设计流程图 (11)

4.3.1中断子程序的设计 (11)

4.4 数据处理子程序的设计 (12)

4.4.1速度和里程计算子程序 (12)

4.5 显示子程序的设计 (12)

5系统调试 (13)

5.1 硬件调试 (13)

5.2 软件调试 (13)

6结论 (14)

7总结与体会 (15)

8参考文献 (16)

附录1: (17)

附录2: (18)

1 前言

1.1 设计目的和要求

本设计采用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。实现的方法主要是利用AT89C52芯片和干簧管传感器等元器件的配合。在本设计中最主要的问题软件程序的编写正确与否和干簧管传感器的采用，是实现自行车速度和里程显示的主要影响因素。

1.2 设计方法

本设计主要任务是利用干簧管传感器、单片机等部件设计一个可用液晶显示器实时显示里程和速度的电动自行车的速度里程表。在国内外也有很多对题目的研究和介绍值得学习、借鉴。本设计包括硬件方案和软件方案的设计；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；软件设计，包括数据处理子程序的设计、显示子程序的设计。具体的硬件电路包括AT89C52单片机的外围电路以及液晶显示电路等。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。

2总体设计方案

本次设计有两种方案，第一种是采用光电传感器与AT89C52芯片配合，第二种是

采用干簧管传感器与AT89C52芯片配合。但由于光电传感器受光影响较为严重，在白天测试效果不佳。本次设计选择采用干簧管传感器作为传感器，其在运行过程中不受光线和泥污的影响，效果非常好。采用AT89C51芯片，用干簧管传感器将车轮的转速转换成电脉冲，经过处理后送入单片机。里程及速度的测量，是经过AT89C51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，计算结果通过LED 显示器显示出来。

图2.1 系统总体框图

3单元模块设计

3.1 特殊器件的介绍

3.1.1 AT89C52器件

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K Bytes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），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大，AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制场合应用。

图3.1 AT89C52引脚图

AT89C52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位定时/计数器，5个中断源，一个全双工串行通信口，片内具有振荡器及时钟电路。AT89C52管脚图如图3.5所示。AT89C52的主要管脚功能如下：P0.0～P0.7：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。

P1.0～P1.7：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P2.0～P2.7：P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3.0～P3.7：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

ALE：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE用于控制把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分时传送。此外，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定时脉冲使用。

PSEN：外部程序存储器读选通信号。在读外部ROM时，PSEN有效(低电平)，以实现外部ROM单元的读操作。

EA：访问程序存储控制信号。当EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；当EA信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，

并可延至外部程序存储器。

RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，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。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。

VSS：地线。

VCC：+5V电源。

如果把前述的信号定义为引脚第一功能的话，则根据需要再定义的信号就是它的第二功能。P3的8条口线都定义有第二功能，如表3.1所示

对于有内部EPROM的单片机芯片(例如87C51)，为写入程序须提供专门的编程脉冲和编程电源。它们也由引脚以第二功能的形式提供的，即：

编程脉冲：30脚(/

ALE PROG)

编程电压(25V)：31脚(/

EA VPP)

表3.1 P3口引脚与第二功能

3.1.2 液晶显示器LCD1602

显示器采用的是液晶显示器LCD1602，16×2字符液晶显示器是一种专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。（一般为5×7的点阵，但要视控制模块而区分）。一般在液晶的控制模块和驱动模块中已经固化好了国际标准ASCⅡ中的160个字符字模的字符库，用户只要将需要显示字符的ASCⅡ数据送入显示数据库，液晶控制

器会自动生成其对应的字符字模，送到显示屏上显示。（注：一般我们只送字符，而不需要知道其对应的ASCⅡ码）例：向液晶送入一个‘A’字符，则显示器上会自动显示出大写的A字母。

一般共有16个引脚：如下图

图3.2 LCD1602管脚图

图3.3 LCD1602实物图

主要管脚功能：

1脚（GND/VSS）：5V电源的负极或地

2脚（VCC/VDD）：5V电源的正极

3脚（VO）：液晶显示对比度调节端，外部可接一个滑动变阻器来调节对比度。

4脚（RS）：数据/命令选择端（或称为寄存器选择端），当RS=1时从DB7~DB0读出或写入数据，当RS=0时，从DB7~DB0读出或写入命令。

5脚（R/ ）：读写选择端，当R/W=1时，从DB7~DB0读出数据或状态，当R/W=0时，

从DB7~DB0写入数据或命令。

6脚（EN）：使能信号端，当EN=1时，可以对液晶显示模块进行读写操作，当EN=0时，不能对液晶显示模块进行读写操作。

7脚~14脚（DB0~DB7）：双向数据口，其中DB7为最高位，DB0为最低位。

15脚（BLA）：液晶显示的背光电源正极。常在背光电源正极和+5V电源处串联一个滑动变阻器来调节显示器的亮度。

16脚（BLK）：液晶显示的背光电源负极。

液晶初始化设置：

表3.2 液晶显示模式设置指令（即DB7~DB0的内容）

表3.3 液晶显示开/关、光标及移动设置指令（即DB7~DB0的内容）

RS R/W EN DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 功能说明

0 0 1 0 0 0 0 1 D C B D=1开显示；D=0关显示C=1显示光标；C=0不显示光标

B=1光标闪烁；B=0光标不闪烁

0 0 1 0 0 0 0 0 1 N S N=1时，当对液晶读或写一个字符后，地址指针自动加1，且光标加1；

N=0时，对液晶读或写一个字符后，地址指针自动减1，且光标减1；

S=1时，当向液晶写入一个字符后，整屏显示左移（N=1）或右移（N=0），从而得到光标不移动而整屏移动的效果；

S=0时，当向液晶写入一个字符后，整屏显示不移动。

0 0 1 0 0 0 1 S/C R/L * * 此项用来设置光标和画面移动，其中*表示数据可以任意一般我们取0。

S/C=1时，整屏平移一个字符位；

S/C=0时，光标平移一个字

RS R/W EN DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 功能说明

0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 即0x38,8位数据口，2行显示，5×7的点阵

符位；

R/L=1时，右移

R/L=0时，左移

注：此项是将字符全部写入

液晶显示后，对液晶屏显示

的操作。

3.1.3 电位器W504

电位器其实就是一只可变电阻，两边两只脚就是电阻的两端，中间一只脚是活动接确点，测两边两只脚，就是整个电阻的值，中间脚和任一边脚的阻值，则要看旋转的角度而定。如有一只50K的电位器，测两边两只脚，其电阻值就是50K，测中间脚和任一边脚的电阻值，则要看旋柄的位置，如旋到中间位，则中间脚和任一边脚都是25K，继续旋动则阻值也起变化，如变小，那另一边就变大。

图3.4 电位器3296实物图

3296 电位器特性:

标称阻值范围：10ω—2mω、阻值允许偏差：±10％、终端电阻：≤1％r或2ω、接触电阻变化：≤3％r或3ω、绝缘电阻：r1≥1gω、耐电压：101.3pa 600v,8.5kpa 360v、有效电行程：30±2圈(cycles)环境特性、额定功率：＋70℃ 0.5w，＋125℃ ow、工作温度范围：－55℃—＋125℃、电阻温度系数：±100，±50ppm／℃。

3.1.4 干簧管传感器

干簧管是一种磁敏的特殊开关。它通常由两个或三个既导磁又导电材料做成的簧片触点，被封装在充有惰性气体(如氮、氦等)或真空的玻璃管里，玻璃管内管内平行封装的簧片端部重叠，并留有一定间隙或相互接触以构成开关的常开或常闭接点。

当永久时，或者由绕在干簧管上面的线圈通电后形成磁场使簧片磁化时，簧片的接

点就会感应出极性相反的磁极。由于磁极极性相反而相互吸引，当吸引的磁力超过簧片的抗力时，分开的接点便会吸合;当磁力减小到一定值时，在簧片抗力的作用下接点又恢复到初始状态。这样便完成了一个开关的作用。

因此可以作为，在一旁固定上两个簧片的干簧管构成的。装在门上，可作为开门时的报警、问候等。在“断线”的制作中，也会用到干簧管。干簧管干簧管比一般机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长；而与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强等特点，工作可靠性很高。

图3.5 干簧管结构图

图3.6 干簧管实物图

由于在PROTEUS软件中没有干簧管传感器，所以在模拟电路中采用7912代替干簧管传感器产生脉冲。而在实际实施阶段任然使用干簧管传感器和磁铁来产生脉冲。

4软件设计

4.1说明软件设计原理及设计所用工具

软件设计时根据AT89C52的I/O口输入输出特点来编写程序，采用自顶向下的设计思路。利用Keill软件编写c语言程序，然后生成hex文件。最后将其添加到AT89C52中。

4.2画出软件设计结构图、说明其功能

通过软件控制单片机的功能是单片机的主要特点和优点，程序的设计要考虑合理性和可读性，遵循模块化设计的原则，采用自顶向下的设计方法。模块化设计使程序的可读性好、修改及完善方便。

软件设计包括主程序、行车过程中里程和速度计算子程序、延时子程序、中断服务子程序、显示子程序等等。

中断子程序是将传感器产生的信号接入外部中断0，利用中断和定时器对分别对里程进行累加、每转一周的时间进行测量。

数据处理子程序是将进入单片机的脉冲信号与实际要显示值之间有一定的对应关系，经过软件编程显示所需要的值。

图4.1 软件程序图

4.3画出主要软件设计流程图

4.3.1中断子程序的设计

定时中断是为满足定时或计数的需要而设置的。在单片机内部有两个定时/计数器，以对其中的计数结构进行计数的方法，来实现定时或计数功能。当结构发生计数溢出时，即表明定时时间或计数值已满，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，作为单片机接受中断请求的标志。这种中断请求是在单片机芯片内部发生的，因此无须在芯片上设置引入端。

定时/计数器控制寄存器TCON 是8位寄存器，地址为88H ，可以位寻址。其高4位用于定时/计数器中断控制，低4位借给外部中断，用做中断标志和触发方式选择位。本设计采用定时中断，对电动自行车的里程和速度进行计数。中断子程序流程图如图4.2所示。

图4.2中断子程序流程图

4.4 数据处理子程序的设计

4.4.1速度和里程计算子程序

外中断0服务程序用于对单片机P3.2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。自行车轮胎周长设为1M，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，通过干簧管传感器将脉冲数输入单片机内，通过计数器计出脉冲数，再用乘法子程序算出里程数。然后用里程数除以圈数就算出速度。

4.5 显示子程序的设计

本设计是采用液晶显示器显示里程和速度。将AT89C52的P2口与液晶显示器的对应端按顺序连接。暂时将自行车轮胎的周长设为1M，每秒刷新一次显示数据，刷新时间即精度可以调整。当信号通过干簧管传感器，经计时器、定时器处理后通过软件计算在液晶显示器上同时显示速度和里程。

5系统调试

将整个调试过程分为三大部分：硬件调试、软件调试和综合调试。

5.1 硬件调试

硬件调试主要是针对我的转速测量系统的单片机硬件电路分别进行调试。这一部分硬件调试主要分成两大块：上电前的调试和上电后的调试。

上电前的调试

在上电前，我们必须确保电路中不存在断路或短路情况，这一工作是整个调试工作的第一步，也是非常重要的一个步骤。在这部分调试中主要使用的工具是万用表，用来完成检测电路中是否存在断路或者短路情况等。

特别是液晶显示器的连接部分，有PROTEL制作的PCB确保要和原理图上的图一致，有些在电路板上没法连接的线路，要用短接线把接好，对照着原理图部分，一部分一部分地用万用表测量，注意焊点之间，确保焊点没有短接在一起，同时注意焊点的美观，确保没有开路以及短路的现象出现。

上电后的调试

在确保硬件电路正常，无异常情况(断路或短路)方可上电调试，上电调试的目的是检验电路是否接错，同时还要检验原理是否正确，在本次课程设计中，上电调试主要只转速测量系统的单片机控制部分和上位机通信是的电平转换和串口通信部分的硬件调试。

1、单片机控制部分硬件调试：这一部分调试主要是检查时钟电路、复位电路是否接对，单片机的电源以及地是否接好，以及其他的一些管脚的接法。看单片机通电后能否可以正常工作等这一系列问题。

2、液晶显示器电路调试：这一部分主要是检测液晶显示器是否连接正确，液晶显示器亮度是否合适。

3、发送部分硬件电路调试：这一部分电路硬件调试可以用示波器和万用表检查电平转换前后的关系。

5.2 软件调试

单片机软件调试主要步骤是：检查、运行、更改参数再次运行。

1、检查是采用人工检查程序代码的方法，来查找一些简单、显而易见的错误。

2、运行是在人工检查完毕后的试运行，通过运行过程和运行结果来推断程序的正确与否。

3、然后更改程序代码中的各项参数，例如，自行车轮胎周长由原来的1M改为1.5M、刷新时间由原来的1S改为0.5S等。再次运行，观察运行结果时候正确。

程序调试过程：

整个程序是一个主程序调用各个子程序实现功能的过程，要使主程序和整个程序都能平稳运行，各个模块的子程序的正确与平稳运行必不可少，所以在软件调试的最初阶段就是把各个子程序模块进行分别调试。

6结论

本设计的主要任务是做一个以MCS-51单片机为核心的自行车的速度里程表。主要分为硬件部分和软件部分，硬件部分考虑硬件电路的简单性和连线的方便性。所以尽可能少的采用其他芯片，以简化硬件电路，节省线路板的空间，来达到硬件电路最优化设计。软件采用C语言编写，采用模块化设计思想，程序可读性强。通过仿真、实验验证了软件和硬件的可行性，完全满足设计要求，实现了对自行车里程/速度的计算功能，并用液晶显示。

本设计的优点有：采用液晶显示器，同时减少了其他芯片的运用，简化了电路，节约了线路板空间；同时采用液晶显示器能将速度和里程同步显示，减少了按键的安装。便于使用。传感器采用干簧管，由绕在干簧管上面的线圈通电后形成磁场使簧片磁化时，簧片的接点就会感应出极性相反的磁极。由于磁极极性相反而相互吸引，当吸引的磁力超过簧片的抗力时，分开的接点便会吸合;当磁力减小到一定值时，在簧片抗力的作用下接点又恢复到初始状态。这样便完成了一个开关的作用。这就使干簧管在示波器上的波形几乎完全接近矩形波，所以不用再添加其他放大整形器件。从而节约了成本。此设计简单实用，能较为准确的测出自行车的速度和里程。并且同步显示在液晶显示器上，让使用者一目了然。

但设计中任然缺点：自行车的轮胎周长只能在程序里面修改，不能通过外部按键修改，所以此设计还不能普及化、大众化。速度刷新时间为1S，精度还有待提高。但能通过程序提高精度。

7总结与体会

通过本次设计，充分的调动了我们的动手能力和积极性，并且有机会使我们在课堂上学到的理论知识得到了很好的实际运用。进一步的加深了对单片机理论知识的理解和巩固，了解到了单片机在实际生活中的广泛运用，以及其在各行各业的重要性。同时也锻炼和提高了我们在课堂外的动手能力，使我们的学习生活变得更有乐趣。通过理论与实践相结合的方法锻炼了我们学习能力、动手能力、对新事物的探索能力和坚持不懈的意志力。

本次设计在设计过程中遇到过一些困难，最主要的是液晶显示器的安装。其焊接过程十分困难，稍有分神便有可能焊接错误。而且P2口与焊接点较近，从而增加了焊接的难度。然后是液晶显示器的亮度调节，在各项工作都完成后，开始运行时显示器却始终不显示数据，经过很长时间的讨论与研究，最后通过加装电位器解决了此问题。总体而言本设计很好的完成了预期目标，该设计能很好的测量自行车的速度和里程。并且一起显示在液晶显示器上，使用方便，在生活中更加实用。

通过本次设计我深刻的体会到做一份设计的艰辛，做一份设计首先要设计出原理图，然后选择器件。在选择器件时还应注意选择功耗低、性能稳定、型号较新等器件。在PROTUER中仿真电路时需要了解各个元器件的特点。然后在实际焊接过程中还应注意焊接的方法、位置等等。所以做一份设计需要我们从各方面、全方位的去考虑。这就锻炼了我们即能考虑大局又能考虑到细致，很好的锻炼了我们的各项能力。

本设计还有一些需要改进的地方，例如：速度和里程显示的刷新时间稍长，使得测量的准确度有所下降。可适当的缩短刷新时间来提高精度。自行车的轮胎周长只能通过程序设置，所以该设计并不适合所有的自行车。可将周长的设置通过外部按键控制从而提高设计的实用性。

8参考文献

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[2] 勒达. 单片机应用系统开发实例导航[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[3] 薛钧义，张彦斌. 单片微型计算机及其应用[D].西安:西安交通大学出版社,2001.

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[11] 刘文秀.单片机仿真[J].中国学术期刊，2004，6(5):56-61.

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附录1:

电动自行车的速度里程表实物图

附录2:

程序代码

#include"STC90C5xRC.H"

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define FOSC 18432000L

#define T1MS (65536-FOSC/12/1000) //1ms timer calculation method

uchar code table[]="SD:"; // 速度

uchar code table2[]="m/s"; // 单位

uchar code table1[]="LC:"; // 里程

uchar miao_flag;

sbit lcden=P1^7;

sbit lcdrs=P1^5;

sbit lcdrw=P1^6;

uchar num;

uchar SD_shi=0,SD_ge=0,LC_wan=0,LC_qian=0,LC_bai=0,LC_shi=0,LC_ge=0; uint LC=0,SD=0,count=0; //分别是速度和里程的变量

void delay(uint z) //相应延时

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

void write_com(uchar com) //写命令

{

lcdrs=0;

P2=com;

delay(5);

lcden=1;

delay(5);

lcden=0;

}

void write_data(uchar date) //写数据

{

lcdrs=1;

P2=date;