单片机的自行车速度里程表的设计与制作
Keywords: Speed/mile、Hall element、Single chip microcomputer、LCD目录
前言 1
一、自行车速度里程表总体方案设计 2
（一）总体设计思路 2
（二）硬件方案的设计 2
（三）软件方案的设计 3
二、硬件电路设计 5
（一）单片机电路设计 5
1．单片机的引脚功能介绍 5
2．单片机最小系统的设计 7
（二）霍尔传感器电路设计 8
1．霍尔传感器的测量原理 8
2．霍尔传感器芯片介绍 8
3．霍尔传感器电路连接 8
（三）显示模块 9
1．1602LCD芯片介绍 9
2．1602LCD电路连接 10
（四）DS1302时钟电路设计 10
1．DS1302时钟芯片介绍 10
2．DS1302时钟电路连接 11
（五）按键电路设计 11
（七）电源电机电路 13
三、系统软件的设计与实现 14
（一）主程序流程图 14
（二）显示子程序流程图 14
（三）速度处理子程序流程图 15
四、制作、下载与调试 16
（一）制作 16
1．元件清单 16
2．详细制作 16
（二）下载程序 18
（三） 自行车的速度里程表的调试 20
1．调试说明 20
（四）自行车速度里程表功能演示 20
总结 22
参考资料 23
致谢 24 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
附录1 25
附录2 26
程序 27
前言
随着人们锻炼意识和保护环境观念的提高，健康休闲意识正逐步上升，运输、普通的代步工具已不能形容自行车的作用，它已经成为大众上班、锻炼、环岛骑行的娱乐休闲工具。所以，人们除了期望自行车拥有更强大的功能以外，一能够达到减少开车带来的污染达到改善环境的目的，二带来更多的方便从而能拥有健康的生活方式。自行车速度里程表就为了满足人们需求而生。自行车速度里程表也在逐步的完善其功能，它从单一的只能计数到现在能够同时显示骑行的时间，路程和速度，功能越来越丰富了。本课题主要研究便携式自行车速度里程表，它利用了MCS-51系列的单片机。不仅操作起来比较简单和外观体积看起来比较小，还能准确地显示自行车行驶即时速度、时间、里程；再加上自行车里程表具有成本低，功耗低，功能多，易便携等优点。因此，自行车速度里程表是十分受人们喜爱。
本设计是一个实用性很强的测量仪器——自行车速度里程表，它是利用单片机、霍尔元件与一个1602液晶显示器等元件组成，从而能够显示自行车的即时速度时间和里程。
本课题主要介绍了两个方案的设计，分别为硬件方案和软件方案的设计；硬件设计总共有7个子电路，包括单片机电路设计、霍尔传感器电路设计、显示模块电路的设计、时钟电路设计、按键电路设计、报警电路设计、电源电机电路的设计等AT89C52单片机的外围电路；然后又介绍了软件设计思路，采用C语言编写，软件设计总共有三大模块包括主程序模块、显示子程序模块、速度处理子程序模块等。下载和调试具体步骤会在下面论文中细细讲来。
一、自行车速度里程表总体方案设计
（一）总体设计思路
本设计的任务是将数据准确的呈现在LCD液晶显示器上。以AT89C52单片机作为核心处理器，利用传感器将车轮的转数转换为电脉冲，将电脉冲处理后送入单片机。使用AT89C52型号的定时/计数器测出每转一圈的时间和脉冲的总数，再通过单片机的准确计算得到即时的里程和即时的速度。
本设计总体思路如下：假设轮圈的周长是L，即当轮子每转一圈，传感器会接收一个脉冲信号，传感器只要每接收到一个脉冲信号就是代表着中断对单片机系统发送了一次计数中断的请求，最后从12脚输入单片机。每次车轮转动一圈就代表中断一次，在这里设中断数n、轮圈的周长为L，那么它们的乘积n*L就是当时的里程值。接着使用计数器T1能够计算出每转一圈所用的时间t，顺其自然的可以计算出即时速度v，用数学方程式可表示为L*n/t=v。当按下开关时LCD会显示当前的骑行速度、当前的骑行时间、当前的骑行总里程；若自行车超过限定的速度，系统会发出报警信号，提示减速。
具体实现方法如下所示：
首先如果要对脉冲信号能够计数就是利用传感器接收里程数的脉冲信号的方式实现，其次再利用单片机的计数器T1对传感器的脉冲信号进行计数从而能够得出准确的脉冲数。再利用软件编程，对获得的数据进行处理，并将数据进行处理后得到所需数值，用LCD显示出数据。
最终实现了即时骑行的速度、时间和里程能够同时在便捷的自行车的速度里程表的液晶显示器上显示出来。
（二）硬件方案的设计
测速，使用单片机简单的脉冲计数法来进行，解决的是测量轮子转多少圈的问题。要想能够产生一个或多个固定的脉冲信号就需要转轴每周有规律的旋转，那产生的脉冲信号被发送给单片机再由单片机系统计算，就能够得出精确的数据。
霍尔传感器不会被泥沙或灰尘覆盖干扰，也不易受天气影响，并且容易安装。既要简便易携，又经济实用的元件，所以本设计采用霍尔传感器。
霍尔传感器是对磁敏感的传感元器件，常被用于信号采集的有A44E，只要接上电源和地极就可以工作了，工作电压范围很宽。外形是一个3端元器件，该传感器长得和三极管很像。A44E的外形如图1.1所示。
图1.1 A44E霍尔传感器
单片机的一个芯片上集成了CPU和内存还有一些重要的接口，控制功能的结构得到优化，继而它有一般芯片没有的特点：
单片机存储器和数据存储器是分工的，ROM是前面的，RAM是后面的
采用面向控制的指令系统，控制功能强
I/O接口多样化，I/O引脚功能多
产品系列多，功能扩展性比较强
功能是通用的，像一般微处理机一样可以应用在很多方面
所以在此设计中霍尔传感器接收外部信号传到AT89C52单片机，单片机处理脉冲后在1602LCD液晶显示器显示数据，若速度超过设定的值蜂鸣器会响。
图1.2 系统的原理框图
（三）软件方案的设计
单片机的特点和优点是能够通过软件控制单片机的功能，程序的设计要遵循模块化设计的原则，要考虑合理性和可读性。
软件设计包括主程序、显示子程序、速度处理子程序等等。
显示子程序是将数据处理的结果送到显示器显示出来。
数据初始化到单片机，脉冲信号也输入单片机计算，外部中断0对脉冲实行计数，不同的按键实现数据的切换显示，最后数据能够在液晶显示器上显示。系统软件流程图如图1.3所示。
图1.3 软件总体流程图
按键功能的实现依靠硬件和软件的结合。四个按键的功能分别为：S2键实现功能选择；S3键实现光标移动功能；S4即上键实现数值的增功能；S5即下键实现数值的减功能。其硬件如图2.13所示。
前言 1
一、自行车速度里程表总体方案设计 2
（一）总体设计思路 2
（二）硬件方案的设计 2
（三）软件方案的设计 3
二、硬件电路设计 5
（一）单片机电路设计 5
1．单片机的引脚功能介绍 5
2．单片机最小系统的设计 7
（二）霍尔传感器电路设计 8
1．霍尔传感器的测量原理 8
2．霍尔传感器芯片介绍 8
3．霍尔传感器电路连接 8
（三）显示模块 9
1．1602LCD芯片介绍 9
2．1602LCD电路连接 10
（四）DS1302时钟电路设计 10
1．DS1302时钟芯片介绍 10
2．DS1302时钟电路连接 11
（五）按键电路设计 11
（七）电源电机电路 13
三、系统软件的设计与实现 14
（一）主程序流程图 14
（二）显示子程序流程图 14
（三）速度处理子程序流程图 15
四、制作、下载与调试 16
（一）制作 16
1．元件清单 16
2．详细制作 16
（二）下载程序 18
（三） 自行车的速度里程表的调试 20
1．调试说明 20
（四）自行车速度里程表功能演示 20
总结 22
参考资料 23
致谢 24 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
附录1 25
附录2 26
程序 27
前言
随着人们锻炼意识和保护环境观念的提高，健康休闲意识正逐步上升，运输、普通的代步工具已不能形容自行车的作用，它已经成为大众上班、锻炼、环岛骑行的娱乐休闲工具。所以，人们除了期望自行车拥有更强大的功能以外，一能够达到减少开车带来的污染达到改善环境的目的，二带来更多的方便从而能拥有健康的生活方式。自行车速度里程表就为了满足人们需求而生。自行车速度里程表也在逐步的完善其功能，它从单一的只能计数到现在能够同时显示骑行的时间，路程和速度，功能越来越丰富了。本课题主要研究便携式自行车速度里程表，它利用了MCS-51系列的单片机。不仅操作起来比较简单和外观体积看起来比较小，还能准确地显示自行车行驶即时速度、时间、里程；再加上自行车里程表具有成本低，功耗低，功能多，易便携等优点。因此，自行车速度里程表是十分受人们喜爱。
本设计是一个实用性很强的测量仪器——自行车速度里程表，它是利用单片机、霍尔元件与一个1602液晶显示器等元件组成，从而能够显示自行车的即时速度时间和里程。
本课题主要介绍了两个方案的设计，分别为硬件方案和软件方案的设计；硬件设计总共有7个子电路，包括单片机电路设计、霍尔传感器电路设计、显示模块电路的设计、时钟电路设计、按键电路设计、报警电路设计、电源电机电路的设计等AT89C52单片机的外围电路；然后又介绍了软件设计思路，采用C语言编写，软件设计总共有三大模块包括主程序模块、显示子程序模块、速度处理子程序模块等。下载和调试具体步骤会在下面论文中细细讲来。
一、自行车速度里程表总体方案设计
（一）总体设计思路
本设计的任务是将数据准确的呈现在LCD液晶显示器上。以AT89C52单片机作为核心处理器，利用传感器将车轮的转数转换为电脉冲，将电脉冲处理后送入单片机。使用AT89C52型号的定时/计数器测出每转一圈的时间和脉冲的总数，再通过单片机的准确计算得到即时的里程和即时的速度。
本设计总体思路如下：假设轮圈的周长是L，即当轮子每转一圈，传感器会接收一个脉冲信号，传感器只要每接收到一个脉冲信号就是代表着中断对单片机系统发送了一次计数中断的请求，最后从12脚输入单片机。每次车轮转动一圈就代表中断一次，在这里设中断数n、轮圈的周长为L，那么它们的乘积n*L就是当时的里程值。接着使用计数器T1能够计算出每转一圈所用的时间t，顺其自然的可以计算出即时速度v，用数学方程式可表示为L*n/t=v。当按下开关时LCD会显示当前的骑行速度、当前的骑行时间、当前的骑行总里程；若自行车超过限定的速度，系统会发出报警信号，提示减速。
具体实现方法如下所示：
首先如果要对脉冲信号能够计数就是利用传感器接收里程数的脉冲信号的方式实现，其次再利用单片机的计数器T1对传感器的脉冲信号进行计数从而能够得出准确的脉冲数。再利用软件编程，对获得的数据进行处理，并将数据进行处理后得到所需数值，用LCD显示出数据。
最终实现了即时骑行的速度、时间和里程能够同时在便捷的自行车的速度里程表的液晶显示器上显示出来。
（二）硬件方案的设计
测速，使用单片机简单的脉冲计数法来进行，解决的是测量轮子转多少圈的问题。要想能够产生一个或多个固定的脉冲信号就需要转轴每周有规律的旋转，那产生的脉冲信号被发送给单片机再由单片机系统计算，就能够得出精确的数据。
霍尔传感器不会被泥沙或灰尘覆盖干扰，也不易受天气影响，并且容易安装。既要简便易携，又经济实用的元件，所以本设计采用霍尔传感器。
霍尔传感器是对磁敏感的传感元器件，常被用于信号采集的有A44E，只要接上电源和地极就可以工作了，工作电压范围很宽。外形是一个3端元器件，该传感器长得和三极管很像。A44E的外形如图1.1所示。
图1.1 A44E霍尔传感器
单片机的一个芯片上集成了CPU和内存还有一些重要的接口，控制功能的结构得到优化，继而它有一般芯片没有的特点：
单片机存储器和数据存储器是分工的，ROM是前面的，RAM是后面的
采用面向控制的指令系统，控制功能强
I/O接口多样化，I/O引脚功能多
产品系列多，功能扩展性比较强
功能是通用的，像一般微处理机一样可以应用在很多方面
所以在此设计中霍尔传感器接收外部信号传到AT89C52单片机，单片机处理脉冲后在1602LCD液晶显示器显示数据，若速度超过设定的值蜂鸣器会响。
图1.2 系统的原理框图
（三）软件方案的设计
单片机的特点和优点是能够通过软件控制单片机的功能，程序的设计要遵循模块化设计的原则，要考虑合理性和可读性。
软件设计包括主程序、显示子程序、速度处理子程序等等。
显示子程序是将数据处理的结果送到显示器显示出来。
数据初始化到单片机，脉冲信号也输入单片机计算，外部中断0对脉冲实行计数，不同的按键实现数据的切换显示，最后数据能够在液晶显示器上显示。系统软件流程图如图1.3所示。
图1.3 软件总体流程图
按键功能的实现依靠硬件和软件的结合。四个按键的功能分别为：S2键实现功能选择；S3键实现光标移动功能；S4即上键实现数值的增功能；S5即下键实现数值的减功能。其硬件如图2.13所示。
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