自行車測(cè)速儀的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 25℃，固有測(cè)溫誤差（注意，不是分辨率，這里之前是錯(cuò)誤的）℃。（5）零待機(jī)功耗。（6）報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件。（7）負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。AD590 在 4V 至 30 V 電源電壓范圍內(nèi)，該器件可充當(dāng)一個(gè)高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為 1181。A/K。片內(nèi)薄膜電阻經(jīng)過(guò)激光調(diào)整，可用于校準(zhǔn)器件，使該器件在 (25176。C)時(shí)輸出 181。A 電流。適用于 150176。C 以下、目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測(cè)應(yīng)用。低成本的單芯片集成電路及無(wú)需支持電路的特點(diǎn)，使它成為許多溫度測(cè)量應(yīng)用的一種很有吸引力的備選方案。應(yīng)用 AD590時(shí)，無(wú)需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測(cè)量電路和冷結(jié)補(bǔ)償。除溫度測(cè)量外，還可用于分立器件的溫度補(bǔ)償或校正、與絕對(duì)溫度成比例的偏置、流速測(cè)量、液位檢測(cè)以及風(fēng)速測(cè)定等。AD590 可以裸片形式提供，適合受保護(hù)環(huán)境下的混合電路和快速溫度測(cè)量。AD590 具有如下特征：（1）流過(guò)器件的電流(μA) 等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開(kāi)爾文) 度數(shù)如下式 ：Ir/T=1 （）武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8式中，Ir—流過(guò)器件 (AD590) 的電流，單位為 μA；T —熱力學(xué)溫度，單位為K；（2）AD590 的測(cè)溫范圍為 55℃ ~+150℃；（3）AD590 的電源電壓范圍為 4～30 V，可以承受 44 V 正向電壓和 20 V 反向電壓，因而器件即使反接也不會(huì)被損壞；（4）輸出電阻為 710 mΩ；（5）精度高，AD590 在 55℃ ~+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差僅為177。℃ 。 最終方案從電路的構(gòu)造上來(lái)講，AD590 需要模擬轉(zhuǎn)數(shù)字電路，電路繁多，而 DS18B20只需要一個(gè)元件，電路簡(jiǎn)單；從測(cè)量精度和測(cè)溫點(diǎn)數(shù)上來(lái)說(shuō)，AD590 測(cè)量精確度較差，測(cè)溫點(diǎn)數(shù)量少，而 DS18B20 采用單總線的構(gòu)造，可同時(shí)連接多個(gè)溫點(diǎn)；從信號(hào)線的長(zhǎng)度來(lái)講，AD590 對(duì)線阻有要求，不適合長(zhǎng)距離傳輸，而 DS18B20信號(hào)線距離遠(yuǎn)，適合長(zhǎng)距離傳輸；從成本的角度來(lái)說(shuō)，DS18B20 比 AD590 便宜，用 DS18B20 可以減少成本，雖然 DS18B20 溫度范圍只能在－55℃ ～+125℃之間，但是用來(lái)測(cè)量自行車行駛時(shí)的環(huán)境溫度已經(jīng)足夠了。總體來(lái)說(shuō) DS18B20 的優(yōu)點(diǎn)都是彌補(bǔ) AD590 的缺點(diǎn)的，故本文采用 DS18B20 溫度傳感器為本設(shè)計(jì)的測(cè)溫芯片。 顯示器選型顯示器是自行車測(cè)速儀的重要組成部分，沒(méi)有顯示器，系統(tǒng)測(cè)出的參數(shù)，將無(wú)法顯示，供使用者得知，顯示器的性能不行，顯示的位數(shù)不夠，將無(wú)法達(dá)到測(cè)量精度，所以顯示器的選取至關(guān)重要。 顯示器介紹深圳市晶美光電科技有限公司是一家集研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售于一體，專武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9業(yè)研制生產(chǎn)數(shù)碼管，LED 數(shù)碼管。led 數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8 個(gè)。這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 來(lái)表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。主要用于樓體墻面，廣告招牌、高檔的 DISCO、酒吧、夜總會(huì)、會(huì)所的門頭廣告牌等。特別適合應(yīng)用于廣告牌背景、立交橋、河、湖護(hù)欄、建筑物輪廓等大型動(dòng)感光帶之中，可產(chǎn)生彩虹般絢麗的效果。 用護(hù)欄管裝飾建筑物的輪廓，可以起到突出美彩亮化建筑物的效果。1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好） 。1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字） 。市面上字符液晶大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶 顯示器性能LED 數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有 寸、1 寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個(gè)發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個(gè)發(fā)光二極管的管壓降為 左右，電流不超過(guò) 30mA。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽(yáng)數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。常用 LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、A、B、C、D、E 、F 。性能：防水，防塵，防紫外線，耐壓，耐破裂，耐高低溫，耐燃，超強(qiáng)抗沖擊老化；防護(hù)等級(jí)：IP65 級(jí)；工作電壓范圍：24V~220V；工作功率：8~12W；工作環(huán)境：40 度~+75 度。正常壽命：80,000 小時(shí)。武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10 圖 LED 外形圖 圖 LCD1602 外形圖1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中：第 1 腳：VSS 為電源地。第 2 腳：VCC接 5V 電源正極。第 3 腳：V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“ 鬼影” ，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度） 。第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。第 5 腳：RW 為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。第 6 腳：E( 或 EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。第 7～14 腳：D0 ～D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。第 15～16 腳：空腳或背燈電源。15 腳背光正極，16 腳背光負(fù)極。 或5V 工作電壓，對(duì)比度可調(diào)，內(nèi)含復(fù)位電路，提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能，有 80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM，內(nèi)建有 192 個(gè) 5X7 點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器 CGROM，8 個(gè)可由用戶自定義的5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM，微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。 最終方案完全用數(shù)碼管做顯示，該方案要求至少 2 排 6 位數(shù)碼管，占空間，不適合便攜式設(shè)備，耗費(fèi)資源多；而 1602 一般只用于顯示字母、數(shù)字和符號(hào)能顯示 162個(gè)字符，具有一些顯示效果，如字符一個(gè)個(gè)顯示、字符從左到右或從右到左顯示等等，顯示效果簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。由于考慮到設(shè)計(jì)中不需漢字顯示且顯示字符足夠。因此，系統(tǒng)采用 1602 液晶顯示。武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11 時(shí)鐘芯片的選型時(shí)鐘芯片是自行車測(cè)速儀的重要器件，整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行取決于時(shí)鐘芯片的時(shí)鐘設(shè)置，要讓系統(tǒng)按照單片機(jī)上的程序運(yùn)作，首先要設(shè)置好時(shí)鐘，下面就來(lái)介紹本系統(tǒng)時(shí)鐘芯片的選取。時(shí)鐘芯片種類非常多，有內(nèi)置晶振及充電電池類型，還有外置晶振類型，如現(xiàn)在流行的 DS130 DS130PCF848SB2068 等等。由于 DS1302 時(shí)鐘芯片的電路接口簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛地采用。在系統(tǒng)中采用了DS1302 時(shí)鐘芯片，該實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路是 DALLAS 公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能，采用普通 晶振 。]4[DS1302 時(shí)鐘芯片是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～。DS1302 內(nèi)部有一個(gè) 318 的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。DS1302 是 DS1202 的升級(jí)產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12第 3 章 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要分成四個(gè)模塊，分別是速度模塊、溫度模塊、時(shí)鐘模塊、顯示模塊。溫度及速度模塊通過(guò)外部傳感器對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)輸入的電信號(hào)進(jìn)行處理，最后通過(guò)顯示器輸出顯示 單片機(jī)外圍電路單片機(jī)部分是本設(shè)計(jì)的核心部分，單片機(jī)部分設(shè)計(jì)的好壞將直接影響整個(gè)設(shè)機(jī)的工作情況，所以單片機(jī)的選擇和電路的設(shè)計(jì)非常重要。本節(jié)將從單片機(jī)的介紹和單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)兩個(gè)部分進(jìn)行介紹。 單片機(jī)的介紹STC89C54RD+具有 16K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器和 1280B 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。（1）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)含 16KB 的 Flash 程序存儲(chǔ)器；（2） 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含 1280 字節(jié)的 RAM；（3） 具有 3 個(gè)可編程定時(shí)器；（4） 具有 32 根可編程 I/O 口線；（5） 串行口是具有一個(gè)全雙工的可編程串行通信口；（6） 中斷系統(tǒng)是具有 8 個(gè)中斷源、4 個(gè)級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；（7） 具有一個(gè)數(shù)據(jù)指針 DPTR；（8） 低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式；（9） 具有可編程的 3 級(jí)程序鎖定位；（10） STC89C54RD+工作電源電壓典型值為 5V；（11） STC89C54RD+工作頻率為 0~80MHz。STC89C54RD+單片機(jī)為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理器，如圖 所示，按其引腳功能分為四部分,下面對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹 。]5[武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13（1） 主電源引腳 VCC 和 VSS；（2） 外接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2；（3） 控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST、ALE、PSEN 和 EA/VPP；（4） 輸入/輸出（I/O）引腳 P0、PP2 、P3（共 32 根） 。 P0 口是雙向 8 位三態(tài) I/O 口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線的低 8 位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型的 TTL 負(fù)載，故在使用 P0 口作為輸入/輸出口時(shí)需在外界接入上拉電阻。P1 口是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口。由于這種接口輸出沒(méi)有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向 I/O 口。P1 口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) LS 型的 TTL 負(fù)載。 引腳的第二功能為 T2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的外部輸入， 引腳的第二功能為 T2 捕捉、重裝觸發(fā)，即 T2 外部控制端。對(duì) Flash 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低 8 位地址。 P2 口是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高 8 位地址總線送出高 8 位地址。在對(duì)Flash 編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高 8 位地址。P2 可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) LS 型的 TTL 負(fù)載。P3 口是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口，在 MCS51 中，這 8 個(gè)引腳還有其第二功能，是復(fù)用雙功能口。P3 能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型的 TTL 負(fù)載 。]6[圖 STC89C54RD+引腳圖武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14 單片機(jī)外圍電路圖單片機(jī)外圍電路圖如圖 所示。由于設(shè)計(jì)采用 STC 單片機(jī)，此系列單片機(jī)具有掉電自動(dòng)復(fù)位的功能，所以在單片機(jī)中并未設(shè)計(jì)復(fù)位電路。且在仿真中，單片機(jī)晶振在其屬性中可調(diào)，即在仿真電路中沒(méi)有晶振電路。但是在實(shí)際的硬件電路中晶振必須要接入。因此，系統(tǒng)采用 12MHz 的晶振。圖中的兩個(gè)按鍵是調(diào)節(jié)時(shí)鐘芯片的時(shí)間。由于在仿真圖中并沒(méi)有霍爾元件可功模擬，即在 接入數(shù)字激勵(lì)源，代替了實(shí)際的電路中的霍爾傳感器 。]7[圖 單片機(jī)外圍電路圖 速度模塊的設(shè)計(jì)速度模塊是本設(shè)計(jì)不可缺少的部分，速度模塊設(shè)計(jì)的好壞直接將影響本設(shè)計(jì)的測(cè)試結(jié)果，所以測(cè)速芯片及電路的選擇尤為重要。本節(jié)將從兩個(gè)方面進(jìn)行講解，分別為：霍爾元件的介紹和霍爾元件的硬件電路電路。武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15 霍爾元件的介紹根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。該芯片具有尺寸小、穩(wěn)定性好、靈敏度高等特點(diǎn)。A3144E 系列單極高溫霍爾效應(yīng)集成傳感器是由穩(wěn)壓電源，霍爾電壓發(fā)生器，差分放大器，施密特觸發(fā)器和輸出放大器組成的磁敏傳感電路，其輸入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是一個(gè)數(shù)字電壓訊號(hào)。它是一種單磁極工作的磁敏電路，適用于矩形或者柱形磁體下工作。可應(yīng)用于汽車工業(yè)和軍事工程中。霍爾傳感器的外形圖和與磁場(chǎng)的作用關(guān)系如圖 所示。 a 霍爾元件和磁鋼 b 管腳圖圖 霍爾傳感器的外形圖磁場(chǎng)由磁鋼提供，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對(duì)使用。霍爾傳感器測(cè)量原理及轉(zhuǎn)速測(cè)量方法如下：1. 霍爾傳感器測(cè)量原理測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一步就是要將電機(jī)的轉(zhuǎn)速表示為單片機(jī)可以識(shí)別的脈沖信號(hào)，從而進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。霍爾器件作為一種轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的傳感器，它有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因此選用霍爾傳感器檢測(cè)脈沖信號(hào)，其基本的測(cè)量原理如圖 所示，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳感器運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后輸出到計(jì)數(shù)器或其他的脈沖計(jì)數(shù)裝置，進(jìn)行轉(zhuǎn)速的測(cè)量 。]8[