毕业设计(论文)-基于单片机的自行车里程速度计的设计.doc
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1、 本科毕业论文(设计)论文(设计)题目:自行车里程/速度计的设计 学 院: 职业技术学院 专 业: 电子信息工程 班 级: 05 级 学 号: 学生姓名: 指导教师: 贵州大学本科毕业论文(设计) 诚信责任书 本人郑重声明:本人所呈交的毕业论文(设计),是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文(设计)中凡引用他人已发表的成果,数据,观点,均已明确注明出处。 特别声明 论文(设计)作者签名: 日期:2009.05.23 第59页 贵州大学本科毕业论文(设计) 目 录摘 要IIIAbstractIV前 言1第1章 绪论31.1课题产生的背景31.2课题的主要任务及内容4第2章 自行车里程/速度
2、计总体方案设计62.1 任务分析与实现62.2 自行车里程/速度计硬件方案设计72.2.1 里程/速度测量传感器的设计72.2.2 方案的确定92.3 自行车里程/速度计软件方案设计9第3章 自行车里程/速度计硬件电路设计113.1 概述113.2 传感器及其测量系统113.2.1 霍尔传感器的测量原理123.2.2 集成开关型霍尔传感器123.3 单片机的原理及应用143.3.1 单片机原理简介143.3.2 单片机的引脚功能介绍153.3.3 单片机中断系统介绍183.3.4 单片机定时/计数功能介绍193.3 其他器件的介绍203.3.1 存储器的介绍203.3.2 74LS74芯片的介
3、绍213.3.3 74LS244芯片的介绍223.4 单片机外围电路的设计223.4.1 时钟电路的设计223.4.2 复位电路的设计233.4.3 显示电路的设计243.4.4 报警电路的设计25第4章 自行车里程/速度计软件程序设计264.1 概述264.2 自行车里程/速度计总体程序设计264.3 中断子程序的设计274.4 数据处理子程序的设计284.5 显示子程序的设计30第5章 系统调试与分析325.1 自行车里程/速度计系统调试325.1.1 调试系统简介325.1.2 系统仿真325.1.3 硬件电路的搭建335.2 调试故障及原因分析33第6章 社会经济效益分析35结束语36
4、参考文献37致 谢38附录 自行车里程/速度计硬件系统原理图39附录 元件清单40附录 程序清单41自行车里程/速度计的设计 摘 要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。自行车里程/速度计能够满足人们最基本的需求,让人们能清楚地知道当前的速度、里程等物理量。本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车里程/速度计的设计。以 AT89C52 单片机为核心,A44E 霍尔传感器测转数,实现对自行车里程/速度的测量统计,采用 24C02 实现在系统掉电的时候保存里程信息,并能将自行车的里程数及速度用LED实时显示。文章详细介绍了自行车里程/
5、速度计的硬件电路和软件设计。硬件部分利用霍尔元件将自行车每转一圈的脉冲数传入单片机系统,然后单片机系统将信号经过处理送显示。软件部分用汇编语言进行编程,采用模块化设计思想。该系统硬件电路简单,子程序具有通用性,完全符合设计要求。关键词:里程/速度;霍尔元件;单片机;LED显示 AbstractWith the developing of peoples life, the bicycle is not only the universal tool of transportation and substitute for walking, but becomes the first choic
6、e of entertainmenting and exercising. The bicycle mileage/speed can fulfill the basic need of peoples life, so that they can learn the speed and the mileage of the bicycle. In these paper, the bicycle mileage/speed design based on the Hall element is elaborated. By AT89C52 as kernel, using A44E Hall
7、 element to measure revolution, the measure and statistic are achieved. The range informations are saved by 24C02 when the power is off, the bicycle speed can be displayed on LED. In this article, the hardware circuit and software design of bicycle mileage/speed instrument are introduced in detail.
8、About the hardware, the pulse number is transmitted of one cycle of the bicycle into Single Chip Microcomputer system. Then the signal processed by Single Chip Microcomputer system is sent to display scream. About the software, in assemble language, the program is designed in the mode of modules. Th
9、e system has simple hardware, common sub-program, and meet the demand of design.Keywords: Mileage / speed; Hall element; Single Chip Microcomputer; LED 前 言单片机自20世纪70年代问世以来,作为微计算机一个很重要的分支,应用广泛,发展迅速,已对人类社会产生了巨大的影响。目前,单片机的应用已经渗透到国民经济与人们生活中的各个领域。各类导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的
10、手机充电器电话电风扇录像机摄像机全自动化洗衣机的控制,以及遥控玩具电子宠物等等,这些都离不开单片机。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里程/速度计,它能自动地显示当前自行车行走的距离及运行的速度。 本文主要介绍了自行车里
11、程/速度计的设计思想、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。具体内容安排如下:第1章 扼要介绍了该课题的产生背景、主要任务和内容;第2章 针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;第3章 具体介绍了自行车里程/速度计的硬件设计,包括传感器的选择、单片机的选择、显示电路的设计;第4章 阐述了该自行车里程/速度计的软件设计,包括数据处理子程序的设计、显示子程序的设计;第5章 针对仿真过程和硬件搭建过程中遇到的问题进行了具体说明与分析;第6章 对本次设计进行了综合经济效益分析。本文的核心部分是第3、4、5章。具体的硬件电路包括AT89C52单
12、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,再分别进行调试,最后联调整个程序,判断是否达到预期的要求,得出结论。仿真部分是整个设计的重要一环,也是设计能否实现的关键。由于本人的能力有限,论文中的错误及疏漏之处在所难免,敬请老师批评指正。第1章 绪论1.1课题产生的背景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
13、动的用途。1791年,法国人西弗拉克发明了最原始的自行车。它只有两个轮子而没有传动装置,人骑在上面,需用两脚蹬地驱车向前滚动。1801年,俄国人阿尔塔马诺夫设计出世界上第一辆用踏板踩动的自行车。1817年德国人德雷斯在自行车上装了方向舵,使其能改变行使方向。1839年,苏格兰人麦克米伦制造出木制车轮,装实心橡胶轮胎、前轮小、后轮大、坐垫较低、装有脚踏板和曲柄连杆装置,骑者可以双脚离开地面的自行车。同年,麦克米伦又将木制自行车改为铁制自行车。1867年,英国人麦迪逊设计出第一辆装有钢丝辐条的自行车。1869年德国斯图加特出现了由后轮导向和驱动的自行车,同时车上采用了滚动轴承、飞轮、脚刹、弹簧等部
14、件。1886年英国人詹姆斯把自行车前后轮改为大小相同,并增加了链条,使其车型与现代自行车基本相同。1887年,德国曼内斯公司将无缝钢管首先用于自行车生产。1888年英国人邓洛普用橡胶制造出内胎,用皮革制造出外胎,以次作为自行车的充气轮胎。从此,基本奠定了现代自行车的雏形。时至今日,自行车已成为全世界人们使用最多,最简单,最实用的交通工具。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
15、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/速度计,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MCS51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
16、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MCS51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LED数码管实时显示里程和速度的自行车里程/速度计。基于此任务,本课题的内容主要分为软件和硬件两大部分,在遵循软硬件相结合的原则下,先熟悉软件环境,然后进行硬件电路设计,再根据设计的硬件进行软件编程,进行模块化设计,并对各模块进行调试,再焊接电路板,最后软硬件进行调试。本文主要介绍了自行车里程/速度计的设计思
17、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。本文首先扼要介绍了该课题的产生背景、主要任务和内容;接着针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里程/速度计的硬件设计,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里程/速度计的软件设计,包括数据处理子程序的设计、显示子程序的设计;最后针对仿真过程和硬件搭建过程中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,并对其进行了综合经济效益分析。本文的核心部分是第3、4、5章。这3章内容具体介绍了硬件设计过程、软件设计过程和系统仿真过程。具体的硬
18、件电路包括AT89C52单片机的外围电路以及LED显示电路等。在实验板上每一个硬件电路焊接完成后,每一部分单独调试,在各个部分调试成功后,联调整个硬件电路,最后做出分析,得出结论。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,再分别进行调试,最后联调整个程序,判断是否达到预期的要求,得出结论。仿真是整个设计的重要一环,也是设计能否实现的关键。 第2章 自行车里程/速度计总体方案设计2.1 任务分析与实现本次毕业设计的题目是:自行车里程/速度计的设计。其设计的任务是:以通用MCS-51单片机为
19、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的,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口中断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。
20、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。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/速度计具有里程、速度测试与显示功能,采用单片机作控制,可根据车圈的不同设置常用的四种尺寸,显示电路可显示里程及速度。整个设计过程包括硬件电路的搭建,
21、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/速度计硬件方案设计自从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
22、;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
23、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。常用的测速元件有霍尔传感器、光电传感器和光电编码器。(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。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
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