课程设计：自行车里程表

工业学院本科课程设计（论文）题目__________________________________ __________________________________指导教师__________________________辅导教师__________________________学生__________________________学生学号_________________________________________________________院（部）____________________________专业________________班自行车里程表自动化与电子学院电子信息科学与技术0812011 12 27______年___月___日自行车里程表摘要：本文介绍的速度与里程表设计以单片机最小系统和霍尔传感器为核心。

传感器将不同车速转变成的不同频率的脉冲信号输入到单片机进行控制与计算，再采用LED模块进行显示，使得电动自行车的速度与里程数据能直观的显示给使用者。

本系统由霍尔传感器、RC滤波电路、单片机AT89S51、系统化LED显示模块、数据存储电路和键盘控制组成。

其中霍尔传感器包含信号放大和波形整形。

对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机相连的TTL信号；通过单片机的设置可使部定时器T1对脉冲输入引脚T0进行控制，这样能精确地算出加到T0引脚的单位时间检测到的脉冲数；设计中速度显示采用LED模块，通过速度换算得来的里程数采用I2C总线并通过E2PROM来存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程本文先对里程表设计当中所需设备作了详细介绍，对设计中存在的问题进行了说明；而后对硬件和软件部分的设计和实现作了认真的分析；然后给出了系统的建模过程及相应的系统模型，在此基础上进行了控制仿真，并对仿真效果进行了比较。

本里程表的设计具有结构简单，成本低廉，显示清晰，稳定可靠等优点。

并且可进行扩充，加入时速表的功能，更加方便的了解你现在所处的情况。

关键词：单片机最小系统，LED数码管，霍尔传感器，RC滤波器,EEPROM存储器目录第一章概述 (4)第二章硬件设计 (5)2.1系统组成结构框图 (5)2.2具体硬件电路及工作原理 (5)2.3 AT89C2051单片机简介 (6)2.3.1芯片概述 (6)2.4其他外围硬件电路 (7)2.4.1电源电路 (7)2.4.2霍尔传感器 (8)2.4.3 4位串行静态显示电路 (8)第三章软件设计 (9)3.1主程序设计 (9)3.2 外中断0和T1定时溢出中断服务子程序设计 (9)3.3 速度/里程显示控制子程序设计 (9)3.4系统完整源程序 (9)参考文献 (10)附录 (10)附录1 整体电路图 (10)附录2 源程序 (113)致 (19)总结 (19)第一章概述本设计介绍的速度与里程表设计以单片机和光电传感器为核心。

传感器将不同车速转变成的不同频率的脉冲信号输入到单片机进行控制与计算，再采用LED 模块进行显示，使得电动自行车的速度与里程数据能直接的显示给使用者。

该设计能实时地将所测的速度与累计里程数显示出来，主要是将传感器输入到单片机的脉冲信号的频率（传感器将不同车速转变成不同频率的脉冲信号）实时地测量出来，考虑到信号的衰减、干扰等影响，在信号送入单片机前应对其进行放大整形，然后通过单片机计算出速度和里程，再将所得的数据存储到串口数据存储器，并由LED显示模块交替显示所测速度与里程。

本设计的里程数的算法是一种大概的算法（假设在一定时间自行车是匀速行进，平均速度与时间的乘积即为里程数）。

本系统由信号预处理电路、单片机AT89C2051、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。

其号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。

对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机相连的TTL信号；通过单片机的设置可使部定时器T1对脉冲输入引脚T0进行控制，这样能精确地算出加到T0引脚的单位时间检测到的脉冲数；设计中速度显示采用LED模块，通过速度换算得来的里程数采用I2C总线并通过E2PROM来存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。

设计时，应综合考虑测速精度和系统反应时间。

本设计用测量脉冲频率来计算速度，因而具有较高的测速精度。

在计算里程时取了自行车的理想状态。

实际中，误差控制在几米之，相对于整个里程来说不是很大。

为了保证系统的实时性，系统的速度转换模块和显示数据转BCD码模块都采用快速算法。

另外，还应尽量保证其他子模块在编程时的通用性和高效性。

本设计的速度和里程值采用6位显示，并包含两个小数位。

第二章硬件设计2.1系统组成结构框图根据功能要求，首先要进行的是总体方案的设计于论证，构思一个符合实际要求的系统，如图2.1所示。

系统由测量模块、功能选择模块、显示模块、供电模块和单片机小系统构成。

功能选择后启动测量，大片及实时采集、处理后显示。

图2.1 系统组成结构框图2.2具体硬件电路及工作原理具体硬件电路如图2.2所示。

灯D1指示；S3为速度和里程切换开关；S4为限速切换开关，可以根据自身需要选择不同的最大超速速度；S5为里程单位切换开关。

P1.4输出低电平时，控制D2亮，表示此时显示的里程值为km/h,P1.5输出低电平时，控制灯D3亮，提示速度太慢；P1.6输出低电平时，控制灯D4亮，表示此时的显示值时里程（否则为速度）；P1.7控制超速报警电路，其为高电平表示行驶速度正常，为低电平时，三极管9012导通，驱动蜂鸣器报警。

2.3 AT89C2051单片机简介2.3.1芯片概述AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片含2k bytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 bytes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，兼容标准MCS-51指令系统，片置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。

AT89C2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。

同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。

省电模式中，片RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。

管角配置图2.3所示。

图2.3 2051引脚图主要功能介绍（1）兼容MCS51指令系统（2）15个双向I/O口（3）两个16位可编程定时/计数器（4）时钟频率0-24MHz（5）两个外部中断源（6）可直接驱动LED（7）低功耗睡眠功能（8）可编程UARL通道（9）2k可反复擦写(>1000次）Flash ROM（10）6个中断源（11）2.7-6.V的宽工作电压围（12）128x8bit部RAM（13）两个串行中断（14）两级加密位（15）置一个模拟比较放大器（16）软件设置睡眠和唤醒功能可见。

2051可以为很多的嵌入式控制应用提供高度灵活而且价格低廉的方案，特别适合小系统。

本系统仅用到单片机的10个I/O口，所以选用2051单片机做主系统。

2.4其他外围硬件电路2.4.1电源电路如图2.4所示。

发电机发出+15V的交流电，经整流滤波后，再给镍氢电池组充电，充电采用恒流方式。

已充电的电池组经7805稳压，给霍尔传感器和单片机系统供电。

由图2.4 电源电路原理图于充电电流可达400～500mA,且充电时间较长，所以三极管选用功率高的C8050。

5KΩ的电位器用于调节充电电流，避免电流过大烧坏元件。

当然，实验设计过程中为了简便，我们可以不用电机。

直接用4个1.5V的电池组经7805稳压后得到+5V电压给单片机系统和霍尔传感器供电。

2.4.2霍尔传感器霍尔传感器是利用霍尔效应把磁输入信号转换成电信号的器件。

本系统采用JK8002D霍尔接近开关，他是一种非接触型无触点开关，系统通过它探测外部的磁场的强弱变化，继而控制开关输出。

磁场由外部的磁钢产生。

JK8002D霍尔接近开关的部原理图和输入/输出特性如图（5）和图（6）所示。

JK8002D霍尔接近开关的输入量是磁感应强度B，当B值达到一定的程度(如Bl)时，霍尔开关部的触发器翻转，其输出电平状态也随之翻转。

当探头与磁钢距离由远而近为8mm时，霍尔元件输出端输出一个无抖动的低电平（约为0.2V），当两者距离足够远时，霍尔元件输出端输出一个无抖动的高电平（约为3.7V），所以输出信号可直接到单片机的外中断0的引脚。

2.4.3 4位串行静态显示电路当单片机的UART口部进行串行通信时，可设置其工作于同步移位寄存器方式0，以输出显示信息，实现n位LED的静态显示，这样做只占用了很少的I/O 口线。

系统中，4各共阳极得LED数码管和4片74LS164构成4位数字显示电路，74LS164将串行输入的显示信息转换成并行输出，驱动数码管显示。

74LS164在低电平输出时允许通过的电流为8mA，故不必添加驱动电路即可获取理想亮度。

与动态扫描方式相比较，该方式无须CPU做不停的扫描，频繁地为显示服务，节省了CPU的时间，软件世界也比较简单。

显示电路如图2.5所示。

图2.5 4位串行静态显示电路原理图第三章软件设计3.1主程序设计主程序流程图见图3.1。

开机后系统自检，正常时LED显示“——”，同时等待自行车行驶。

轮子开始转圈后，系统进行记录和计算，并根据速度/里程开关的选择显示数值。

3.2 外中断0外中断0每计数一次，相应的值。

T1定时的基准时间设为ms即当序部分。

3.3 速度/里程显示控制子程序设计最大允许速度由限速切换开关S4控制，超速(>20千米/小时)使单片机的P1.7输出低电平报警。

若行驶速度太慢（<0.5m/s）,灯D3不断闪烁，LED交替显示“Erro”、“Sudu”和当前速度值，以引起骑车者的注意。

速度显示值的单位有km/h和每m/s,由功能键S5切换。

对于里程值，为了较精确地显示，程序设置了不同里程围时所显示的小数点后数字的位数：里程为10m～99m,显示2位小数；里程为100m～999m，显示1位小数。

3.4系统完整源程序如附录2参考文献：[1] 毅坤，善久.单片微型计算机原理及应用.：电子科技大学，2002.[2] 友德，志英，徐时亮.单片微机原理应用与实验.：复旦大学，2000.[3] 伟福Lab2000P系列单片机仿真实验系统说明书.[4] 学坚周斌微型计算机原理和应用：清华大学[5] 为单片机原理附录附录1 整体电路图附录2 源程序自行车里程表/* 各引脚用途及系统功能说明P1.0 速度和里程切换：1显示速度，0显示里程P1.1 限速度切换：1 10m/s；0 8m/s P1.2 km/h和m/s的切换：P1.4 指示显示器单位为km/hP1.5 速度太慢灯闪烁警告P1.6 0时灯亮，指示里程；为以灯不亮，显示速度P1.7 超速度报警距离最大值为9999m6H圈、38H圈、22C圈、15B6圈0m=<S<10m 10m=<S<100m 100m=<S<1000m 1000m=<S<10000m 周长0707H 00B4H 0012H 0012H/0AH//变量定义//XIAOSHU EDU 57H ；小数点位数单元GEWEI EDU 40H ；显示单元SHIWEI EDU 41H ；BAIWEI EDU 42H ；QIANWEI EDU 43H ；QSHU1 EDU 43H ；QSHU0 EDU 61H ；自行车圈数存储单元高位QSHU0 EDU 62H ；自行车圈数存储单元低位SJIAN0 EDU 6CH ；T1定时溢出存储单元高位SJIAN1 EDU 6DH ；T1定时溢出存储单元低位//主程序//ORG 000HAJMP STARTORG 0003HAJMP INTEX0ORG 001BHAJMP IT11ORG 0030HSTART: MOV SP,#75H ；设置堆栈指针MOV SCON,#00H ；串行口工作方式MOV GEWEI,#0AH ；开机显示MOV SHIWEI,#0AHMOV BAIWEI,#0AHMOV QIANWEI,#0AHACALL DIS11SETB P3.2 ；外中断0为输入查询方式JB P3.2 ；等待第一个有效脉冲（下降沿）到来ACALL CLEARRAM ；调用系统准备显示初始化子程序STLOOP: JNB P1.0,ST1 ；p1.0=0,显示速度ACALL DISPLAYS ；P1.0=1, 显示里程SJMP STLOOP ；循环显示ST1: ACALL DISPLAYV ；第一个下降沿来后显示速度AJMP STLOOP ；循环显示//系统准备显示初始化子程序// CLEARRAM: MOV TMOD,#10H ；T1用于定时，工作于模式1MOV TH1,#0B1H ；定时20ms初始值SETB P1.2 ；P1.2-P1.0为输入SETB P1.1SERB P1.0CLR A ；相应RAM空间清零MOV 21H,A ；速度/里程的BCD码高位清0MOV 22H,A ；速度/里程的BCD码低位清0MOV QSHU1,A ；圈数空间清0MOV QSHU0,AMOV 6AH,A ；T1溢出次数暂存单元高位清0MOV 6BH,A ；T1溢出次数暂存单元低位清0MOV SJIAN0,A ；计数器空间清零MOV SJIAN1,AMOV XIAOSHU,#01H ；默认显示3位小数SETB IT0 ；设置外中断为边沿触发方式SETB PT1 ；T1优先级最高SETB EA ；开总中断SETB ET1 ；开T1中断SETB EX0 ；开外0中断//外中断0服务子程序//INTEX0: PUSH ACC ；累加器堆栈保护PUSH PSW ；状态字堆栈保护INC QSHU0 ；圈加1SETB P1.7 ；置1不报警CLR A ；清ACJNE A,QSHU0,SUBX0 ；计数没溢出转SUBX0INC QSHU1 ；溢出进位（61H加1）SUBX0: CLR TR1 ；关计时，读轮子转一圈的时间MOV 6AH,SJIAN0 ；时间暂存MOV 6BH,SJIAN1MOV TH1,#0B1H ；定时器T1重付初值MOV TL1,#0DFHCLR AMOV SJIAN0,A ；清计时空间MOV SJIAN1,ASETB TR1 ；重新计时POP PSW ；状态字恢复POP ACC ；累加器恢复RETI ；中断返回//T1定时器溢出时中断服务子程序//IT11: PUSH ACC ；堆栈保护PUSH PSWINC SJIAN1 ；定时20毫秒溢出次数MOV A,SJIAN1 ；读一圈定时的次数CJNE A,#0BBH,SUBT1 ；速度太慢（<0.5）,处理AJMP SUBT2SUBT1: JC SUBT2INC 69H ；（69H）为奇数，LED显示“Erro”MOV A,69H ；再显示具体速度的值JB ACC.0 ERRO ；（69H）为偶数，LED显示“Sudu”MOV GEWEI,#05H ；再显示具体速度的值MOV SHIWEI,#0BHMOV BAIWEI,#0DHMOV QIANWEI,#0BHMOV XIAOSHU,#0BHACALL DIS11SJMP FS12ERRO: MOV GEWEI,#0CHMOV SHIWEI,#OBHMOV BAIWEI,#0BHMOV QIANWEI,#0DHACALL DIS21；“Erro”或“sudu”和具体速度大值交替闪烁显示FS12: MOV R2,#01H ；CLR P1.5ACALL DELAY2SETB P1.5ACALL DELAY2DJNZ R2,FLASHSUBT2: MOV TH1,#0B1HMOV TL1,#0DFHSETB TR1POP PSWPOP ACCRETI//里程显示控制子程序// DISPLAYS:CLR P1.6ACALL JULIMOV A,QSHU1CJNE A,#02H,DIAOYONGAJMP PANDY DIAOYONG:JNC PANDY1AJMP BUDYPANDY: MOV A,QSHU0CJNE A,#2CH,PANDY2AJMP PANDY1 PANDY2: JC BUDY PANDY1: MOV R6,#00hMOV R7,#0AHACALL JULI2ACALL BCDCACALL FENKAIACALL DIS21ACALL DELAY1RETBUDY: MOV R6,#00hMOV R7,#01hACALL JULI2ACALL BCDCACALL FENKAIACALL DIS11ACALL DELAY1ACALL DELAY1RET//速度显示控制子程序// DISPLAYV:SETB P1.6ACALL SUDUACALL BCDCACALL FENKAIMOV XIAOSHU,#01HRET//处理子程序1//JULI: PUSH PSWPUSH ACCMOV R2,QSHU1MOV R3,QSHU0JNZ GAOMOV A,QSHU0CJNE A,#06H,PAN1AJMP PAN2PAN1: JNC PAN2AJMP CZ707PAN2: MOV A,QSHU0CJNE A,#38H,PAN3AJMP GAOPAN3: JC CZB4GAO: AJMP CZ12CZ707: MOV R6,#07HMOV R7,#07HMOV XIAOSHU,#01HAJMP KAISHICZB4: MOV R6,#00HMOV R7,#0B4HMOV XIAOSHU,#02HAJMP KAISHICZ12: MOV R6,#00HMOV R7,#00HMOV XIAOSHU,#03H KAISHI为两字节乘两字节程序段KAISHI: MOV A,R3MOV B,R7MUL ABMOV R4,BMOV R5,BMOV A,R3MOV B,R6MUL AABADD A,R4MOV R4,ACLR AADDC A,BMOV B,R7MUL ABADD A,R4MOV R4,AMOV A,R3ADDC A,BMOV R3,ACLR ARLC AXCH A,R2MOV B,R6MUL ABADD A,R3MOV R3,AMOV A,R2ADDC A,BMOV 50H,R2MOV 51H,R3MOV 52H,R4MOV 53H,R5POP PSWPOP ACCRET //处理里程子程序2//Juli2: PUSH PSWPUSH ACCMOV R2,50HMOV R3,51HMOV R4,52HMOV R5,53H DIVD11: CLR CMOV A,R3SUBB A,R7MOV A,R2SUBB A,R6JC DVD11SETB OVRETDVD111: MOV B,#10H DVD211: CLR CMOV A,R5MOV R5,AMOV A,R4RLC AMOV R4,AMOV A,R3RLC AMOV R3,AXCH A,R2XCH A,R2MOV F0,CCLR CSUBB A,R7MOV R1,AMOV A,R2SUBB A,R6ANL C,/F0JC DVD311MOV R2,AMOV A,R1MOV R3,AINC R5DVD311: DJNZ B,DVD211MOV A,R4MOV R2,AMOV A,R5MOV R3,ACLR OVMOV 30H,R2MOV 31H,R3POP ACCPOP PSWNOPRET//十六进制转换乘BCD子程序// BCDC: PUSH ACCPUSH PSWMOV R6,30HMOV R7,31HCLR AMOV R3,AMOV R4,AMOV R5,AMOV R2,#10H HB322: MOV A,R7RLC AMOV R7,AMOV A,R6RLC AMOV R6,AMOV A,R5DA AMOV R5,AMOV A,R4ADDC A,R4DA AMOV R4,AMOV A,R3ADDC A,R3DJNZ R2,HB322MOV 20H,R3MOV 21H,R4MOV 22H,R5POP PSWPOP ACCNOPRET//算速度十六进制值子程序// SUDU: PUSH PSWPUSH ACCJB P1.2,KMSJMP JUBUKM: MOV R2,#00HMOV R3,#04HMOV R4,#0F1HMOV R5,#0A0HCLR P1.4SJMP QUANJU JUBU: MOV R2,#00HMOV R3,#001HMOV R4,#05FHMOV R5,#090HCLR P1.4 QUANJU: MOV A,6BHJB P1.1,XIAN10CJNE A,#0BH,BUXIANGSJMP JC0XIAN10: CJNE A,#09H,BUXIANGSJMP JC0 BUXIANG: JC JC0SJMP BUJGJC0: MOV A,6AHCJNE A,#00H,BUJGAJMP JIANGGAO JIANGGAO: CLR P1.7MOV GEWEI,#0CHMOV SHIWEI,#0BHMOV BAIWEI,#0BHMOV QIANWEI,#0DHACALL DIS21ACALL DELAY1MOV GEWEI,#0EHMOV SHIIWEI, #0EHMOV BAIWEI,#0EHMOV QIANWEI,#0EHACALL DIS21ACALL DELAY1SJMP QUANJU BUJU: MOV A,6BHCJNE A,#0AFH,LING0AJMP LING1LING0: JC LING1AJMP BUJINGLING1: MOV A,6AHCJNE A,#00J,BULING0AJMP BULING1 BULING0: JC BULING1 BULING: MOV SJIAN0,#00HMOV SJIAN1,#00HRET//4字节除2字节除法子程序// BULING1: MOV R6,6AHMOV R7,6BH DIVD: CLR CMOV A,R3SUBB A,R7MOV A,R2SUBB A,R6JC DVD1SETB OVRETDVD1: MOV B,#10H DVD2: CLR CMOV A,R5RLC AMOV R5,AMOV A,A4RLC AMOV R4,AMOV A,R3RLC AMOV R3,AXCH A,R2XCH A,R2MOV F0,CCLR CSUBB A,R7MOV R1,AMOV A,R2SUBB A,R6ANL C,/F0JC DVD3MOV R2,AMOV A,R1MOV R3,AINC R5DVD3: DJNZ B,DVD2MOV A,R4MOV R2,AMOV A,R5MOV R3,ACLR OVMOV 30H,R2MOV 31H,R3POP ACCPOP PSWSETB P1.7NOPRET//压缩BCD码转乘非压缩BCD码子程序// FENKAI: MOV R7,#02HMOV R0,#GEWEIMOV R1,#21HFENKAI1: MOV A,R1ANL A,#0F0HSWAP AMOV R0,AINC R0MOV A,R1ANL A,#0FHMOV R0,AINC R0INC R1DJNZ R7,FENKAI1RET//延时子程序//DELAY1: MOV R6,#0FFHDEL: MOV R7,#0FFHDJNZ R7,$DJNZ R6,DE;RETDELAY2: MOV R6,#02FHMOV R7,#0FFHDJNZ R7,$DJNZ R6,DEL2RET//4位串行静态显示子程序//DIS21: MOV R7,#04HMOV R0,#GEWEILED1_21: MOV A,R0MOV DPTR,#DATA_7SEG22 LED1_221: MOVC A,A+DPTRMOV SBUF,AJNB TI,$CLR TIINC R0DJNZ R7,LED1_21RETDATA_7SEG22DB081H,0EDH,043H,049H,02DH,019H,011H, 0CDH,001H,009H,07FH,077H,013H,071,0 FFH；0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - r o E 空显；= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =DIS11: MOV R7,#04HMOV R6,XIAOSHUMOV R0,#GEWEILED1_11:MOV A,R0DJNZ R6,LED6MOV DPTR,#DATA_7SEG3SJMP LED1_31LED6: MOV DPTR,#DATA_7SEG2 LED1_31: MOVC A,A+DPTRMOV SBUF,AJNB TI,$CLR TIINC R0DJNZ R7,LED1_11RETDATA_7SEG2DB081H,0EDH,043H,049H,02DH,019,011H,0 CDH,001H,009H,07FH,0A1H,0R9H,061H ；0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - U J dDATA_7SEG3DB080H,0ECH,042H,048H,02CH,018H,010H ,0CCH,000H,008H,07FH; 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6 7. 8. 9. -致白驹过隙，转眼四年的学习生活就将结束了。