• 概述
  

簡易數字里程表作為測量的一大輔助工具也隨著這個需求而面世，其功能也逐漸從單一的里程顯示發展到速度、時間顯示。本設計采用了MCS-51系列單片機設計一種體積小、操作簡單的便攜式自行車的速度里程表，它能自動地顯示當前自行車行駛的里程及速度。

本課題主要任務是利用霍爾元件、單片機等部件設計一個可用1602液晶顯示里程和速度。本文主要介紹了自行車的速度里程表的設計思想、電路原理和元件的選擇等內容，整體上分為硬件部分設計和軟件部分設計。

具體的硬件電路包括STC89C52單片機的外圍電路以及液晶顯示電路等。

軟件設計包括：芯片的初始化程序、定時中斷子程序、顯示子程序等，軟件采用C語言編寫。本文檔主要闡述一種基于霍爾元件的自行車速度里程表的設計。以 STC89C52單片機為核心，A44E 霍爾傳感器測轉數，實現對自行車里程/速度的測量，采用1602LCD顯示自行車的里程數及速度。硬件部分利用霍爾元件將自行車每轉一圈的脈沖數傳入單片機系統，然后單片機系統將信號經過處理送顯示。軟件部分用C語言進行編程，采用模塊化設計思想。該系統硬件電路簡單，子程序具有通用性，完全符合設計要求。

二、方案論證

本設計的任務是：以通用MCS-51單片機為處理核心，用傳感器將車輪的轉數轉換為電脈沖，進行處理后送入單片機。里程及速度的測量，是經過MCS-51的定時/計數器測出單位時間的脈沖數，再經過單片機的計算得出，其結果通過LED顯示器顯示出來。

本系統總體思路如下：假定輪圈的半徑為R，在輪圈上安裝a個永久磁鐵，經綜合分析，本設計中取a=16。當輪子每轉一圈，通過開關型霍爾元件傳感器采集到16個脈沖信號，并從引腳P3.4定時計數器1端輸入，傳感器每獲取一個脈沖信號即對系統提供一次計數中斷。通過定時器0的定時中斷，將每秒采集到的脈沖數

要求達到的各項指標及實現方法如下：

1. 利用霍爾傳感器產生里程數的脈沖信號。

2. 對脈沖信號進行計數。            

實現：利用單片機自帶的計數器T1對霍爾傳感器脈沖信號進行計數。

3. 對數據進行處理，要求用LED顯示里程總數和即時速度,并且將里程數存入24c02c中。

實現：利用軟件編程，對數據進行處理得到需要的數值。

最終實現目標：自行車的速度里程表具有里程、速度測試與顯示功能，采用單片機作控制，顯示電路可顯示里程及速度。

圖1 系統框圖

    STC89C51系列是1T的8051單片機，STC89C51系統時鐘兼容傳統8051。系列單片機有兩個時鐘源：內部R/C振蕩時鐘和外部晶體時鐘。

在單片機內有一個高增益反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL，輸出端為XTAL2,由該放大器、晶振和兩個33PF的電容構成的振蕩電路做單片機的時鐘電路，如圖2所示。

2.復位電路

復位電路原理是單片機RST引腳接收到2us以上電平信號,只要保證電容的充放電時間大于2us，即可復位，所以電路中的電容是可改變的,按鍵按下，電容處于一個短路電路中，電容釋放所有的電能，電阻兩端電壓升高系統復位。且

振蕩器穩定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周

期)以上，則CPU就可以響應并將系統復位。單片機系統的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位，如圖3所示。

圖3 復位電路

3.24c02c

24c02c是一個2K位串行EEPROM，內部含有256個8位字節。2C02c持2I2總線傳輸協議。數據傳送是由產生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發送器和接收器，由主器件控制傳送數據（發送或接收）的模式。元器件圖如圖4所示。

圖4 24c02c元器件圖

我們對引腳的功能做一個簡單的解釋：

VCC,GND:電源、地引腳

A2A1A0:地址引腳

SCLK、SDA:通信地址

WP：寫保護地址

4.顯示模塊

顯示模塊主要由LCD1602，上拉電阻組成，其電路圖如圖5所示。

圖5 液晶顯示模塊圖

1602引腳說明表格如下：

   液晶引腳與單片機連接：

第1腳：VSS接地。

第2腳：VDD接5V正電源。

第3腳：VO接3K的電位器調整對比度。

第4腳：RS為寄存器選擇。

第5腳：R/W為讀寫信號線。

第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數據線接單片機P0口。

第15腳：背光源正極接電源。

第16腳：背光源負極接地。

4. 霍爾傳感器的測量原理

霍爾傳感器是利用霍爾效應制成的一種磁敏傳感器。在置于磁場中的導體或半導體通入電流I，若電流垂直磁場B，則在與磁場和電流都垂直的方向上會出現一個電勢差Uh，這種現象稱為霍爾效應。利用霍爾效應制成的元件稱為霍爾元件。因為它具有結構簡單、頻率響應寬、靈敏度高、測量線性范圍大、抗干擾能力強以及體積小、使用壽命長等一系列特點，因此被廣泛應用于測量、自動控制及信息處理等領域，如圖6所示。

圖6 霍爾傳感器

• 性能檢測
  

1.主程序

通過定時器0中斷定時1s來計算1s內定時計數器1的計數次數，通過對計數值的計算，得到瞬時速度，以及通過速度來刷新里程數，并通過1602顯示出來，其主程序框圖如圖7所示。

                         圖7 主程序流程圖

2.顯示流程圖

該子程序用LCD動態掃描顯示方式。先將單片機的P2.2口連接使能端口E。接著將單片機的P2.0口連接數據/命令選擇端RS，P0口連接數據端D0~D7，然后將要顯示的數字的值發送給P0口。然后調用延時，接著將P2.2口置0，P2.0口置1，寫指令，將P2.2口置1，P2.0口置1，寫數據，直到要顯示的數字全部顯示在液晶上。顯示流程圖如圖8所示。

圖8 顯示流程圖

3.速度及里程處理流程圖

速度及里程數的確定，由定時器0產生1S定時在定時期間，定時計數器1讀取中斷次數并計數，定時器0中斷發生，讀取定時計數器的計數值進行計算，對于產生的計數值進行顯示前的計算及處理,其程序框圖如圖9所示。

圖9 速度和里程處理框圖

4 仿真結果

圖10 仿真結果Ⅰ

圖11 仿真結果Ⅱ

測試速度結果與理論值（單位：km/h）

表1 測試結果與理論值

誤差分析：定時誤差，定時器0定時并不是準確的定時一秒，而是少于一秒，導致采集的脈沖數少于準確的脈沖數，其次計算誤差也是存在。

基本滿足設計項目要求，在速度小于200km/h的時候，測量誤差相對較小。

  通過本次設計，使我對單片機知識和理解更一步加深了，掌握了簡易數字里程表的設計，組裝和調試方法。并且使我更加熟練的應用仿真軟件，讓我學到了如何運用軟件測試電路的可行性，并且對電路的調試改進都有一個很大的提高。

這個過程中我遇到了很多困難，比如如何運用仿真軟件畫圖，如何組織一些比較專業的語言，以及上網查閱資料。雖說費勁，但是樂趣也不少。通過這次設計，我們了解到平時知識的積累真的很重要，在遇到困難時一定要向認真思考，查閱相關資料，不可盲目退縮，努力后就一定會有收獲。

這次設計收獲頗豐，不僅是對自己個人能力的提高，也讓我認識到了自己的局限，通過這次的設計為以后的學習奠定了一個更好的基礎。

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附錄Ⅰ 總電路圖

附錄Ⅱ 元器件清單

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2018-4-9 12:59 上傳

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