自行車測速儀的設計畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 或者超級電容器（）。雖然DS1302在主電源掉電后的耗電很小，但是，如果要長時間保證時鐘正常，最好選用小型充電電池。 充電電池。如果斷電時間較短時，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。100 μF就可以保證1小時的正常走時。DS1302在第一次加電后，必須進行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調整時間。DS1302 存在時鐘精度不高，易受環境影響，出現時鐘混亂等缺點。 DS1302 硬件電路圖DS1302 電路圖如圖 所示，是系統的時鐘模塊，可實時的顯示時間。實際的 DS1302 引腳圖與仿真圖中的引腳排列不同。但所仿真的功能基本一樣，只是仿真圖的排列方式更便于電路的連接。圖中 X1(引腳 2)與 X2（引腳 3）所接入的是晶振，晶振的振蕩頻率為 32768Hz。圖 的 VCC1（引腳 1）和 VCC2（引腳 8）都是電源引腳，在實際電路中，VCC1 接入 5V 電源，VCC2 接入電壓為 3V 的紐扣電池。圖 DS1302 電路圖 顯示模塊的設計顯示模塊是本設計的重要部分，本節將從兩個方面對顯示模塊進行介紹，首武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業設計（論文）25先將介紹 LCD1602 芯片的特性及其優點，稍后將介紹 LCD1602 的外部電路圖。 LCD 芯片介紹1602 液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質高且不會閃爍。顯示器都是數字式的，單片機系統的接口更加簡單可靠，操作更加方便。通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統顯示器要輕得多。功耗主要消耗在其內部的電極和驅動 IC 上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。LCD 接口如表 所示。（1）顯示容量:162 個字符；（2）芯片工作電壓:—；（3）工作電流:()；（4）模塊最佳工作電壓:；（5）字符尺寸:(WH)mm 。表 LCD 引腳及引腳說明編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明1 VSS 電源地 9 D2 數據2 VDD 電源正極 10 D3 數據3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數據4 RS 數據/命令選擇 12 D5 數據5 R/W 讀/寫選擇 13 D6 數據6 E 使能信號 14 D7 數據7 D0 數據 15 BLA 背光源正極8 D1 數據 16 BLK 背光源負極武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業設計（論文）26 LCD 硬件連接圖圖 LCD 電路連接圖圖 中引腳 3（VEE ）為液晶顯示偏壓，主要是用來調節顯示屏的亮度，在仿真電路中不需接入電位器，但是在實際的硬件電路連接圖中必須要接入電位器來調節顯示亮度，否則 LCD 無法正常顯示 。]12[在仿真圖中 LCD1602 元件是只有 14 個引腳，而實際的 LCD1602 是 16 個引腳。仿真圖中的 LCD 元件所缺少的是 BLA(第 15 引腳)與 BLK（第 16 引腳） 。而在實際電路中這兩個引腳也是必須要分別接到電源正極和電源負極上。否則 LCD顯示屏亮度不足以正常顯示數據的。武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業設計（論文）27第 4 章 軟件設計軟件設計是本課題的控制核心部分，可以說軟件和硬件是相輔相成的，光有軟件沒有硬件，本系統無法運作；光有硬件沒有軟件，本系統無法運作。本課題軟件設計包括三部分，分別為:計算速度里程程序設計、溫度顯示程序設計和時鐘芯片程序設計。下面便逐一介紹本系統的各部分軟件的設計。 主程序設計軟件設計根據實際的工藝要求進行編寫，要求是將 DS18B20 溫度傳感器、霍爾傳感器、DS1302 參數值送到單片機中，再由它將溫度值、時間、速度等參數送至 LCD 顯示器中進行顯示。主程序工作過程如圖 所示。初始化開中斷溫度，時鐘工作計算速度里程顯示時間溫度速度里程開始圖 主程序流程圖武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業設計（論文）28 計算速度里程程序設計當單片機獲取霍爾到傳感器所感應的脈沖個數時，不能立馬算出自行車的速度和里程，要經過數學計算后才能得出，系統中所默認車輪的直徑為 ，使用者是可以根據自己的自行車直徑更改程序里的數據。但是由于理論知識水平有限，沒能成功設計有外界輸入設定使用者的自行車車輪的直徑數。本設計根據單片機每秒鐘接收的脈沖個數來計算自行車的速度。再將每秒的速度相加，就可得出自行車的里程。在 Proteus 上仿真得到的結果與計算結果完全相同。程序設計流程圖如圖 所示。讀秒寄存器個位判斷是否一秒讀計數器開計數器是否子程序開始子程序結束開始計數關計數器計算速度里程圖 計算速度里程流程圖武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業設計（論文）29 溫度顯示程序設計溫度傳感器采用 DS18B20 進行溫度測試，并通過 LCD1602 進行顯示。由于DS18B20 數據輸出線只有一條，所以必須采用一位讀取，讀取到的溫度值分別存入高八位和低八位寄存器中。輸出顯示時必須將十六進制數值轉換成十進制并輸出到 LCD 顯示屏中。程序流程圖如圖 所示。準備初始化復位寫命令讀溫度顯示計算圖 溫度顯示流程圖 時鐘芯片程序設計時鐘芯片采用的是 DS1302，該時鐘芯片內置年、月、日、星期、時、分、秒寄存器。可將時間數據分別存儲到各個寄存器中，有外置晶振作為芯片的時鐘武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業設計（論文）30周期，外部晶振的頻率為 使其工作頻率與時間對應。在讀取時間時，可從各個時間寄存器當中讀取數據，然后進行顯示。調時功能是通過脈沖檢測，每當按鍵按下一次，該數據口電平為零，數據加一。由于按鍵按下去或者松手是有顫抖現象的，需進行去抖和松手檢測，統稱去抖。一般進行去抖和松手檢測有兩種方法：一、硬件去抖；二、軟件去抖。由于硬件去抖電路復雜繁瑣，所以設計中采用了軟件去抖法，該法是通過軟件延時的方法，軟件去抖法是將顫抖時間用延時給掩蓋，以近似的將顫抖現象去除。由于設計時欠考慮，所以調時按鍵只設計了 2 個，分別為“小時”和“分鐘” ，按鍵只能一直“加一”直至為 0，而未設計“減一”按鍵。后來在調試當中發現比較麻煩，未實現人性化的設計要求。時間顯示和調試控制程序流程圖如圖 所示。準備初始化復位信號置 0時鐘脈沖信號置 0數據讀取復位信號置 1時鐘脈沖信號置 1顯示數據分離并轉換結束準備按鍵數據讀取初始化松手檢測數據加一數據分離并轉換結束顯示圖 時間顯示和調試控制程序流程圖武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業設計（論文）31 LCD1602 軟件設計LCD1602 軟件設計是本系統軟件設計的一個重要部分，只有對其進行軟件的編程，LCD1602 才能正常使用，以完成顯示本設計各個參數的功能。LCD1602軟件設計包括兩部分，分別為：LCD1602 時序介紹和 LCD1602 具體軟件設計，下面將分別介紹這兩方面。 LCD1602 時序介紹如圖 為 LCD1602 讀操作時序圖。圖 LCD1602 讀操作時序圖如圖 為 LCD1602 寫操作時序圖。圖 LCD1602 寫操作時序圖如表 為 LCD1602 時序參數。武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業設計（論文）32表 LCD1602 時序參數極限值時序參數 符號最小值 典型值 最大值單位 測試條件E 信號周期 t C400 nsE 脈沖寬度 t PW150 nsE 上升沿/下降沿時間t 、tRF 25 ns引腳 E地址建立時間 t 1SP30 ns地址保持時間 t HD10 ns引腳E、RS、R/W數據建立時間（讀操作）t 100 ns數據保持時間（讀操作）t 2HD20 ns數據建立時間（寫操作）t 2SP40 ns數據保持時間（寫操作）t 2HD10 ns引腳 DB0~DB7 LCD1602 具體軟件設計LCD1602 軟件設計是本系統軟件設計的重要部分，如圖 為 LCD1602 液晶顯示器的軟件設計流程圖，根據此圖可清楚的看到 LCD1602 液晶顯示器的工作流程，由此便可輕松的對 LCD1602 進行編程，以實現實時顯示速度、里程、溫度及騎車時間。武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業設計（論文）33開始LCD1602 初始化按下或卡接近？掃描按鍵延時消抖確定鍵值密碼正確？釋放按鍵？鍵值轉化為 ASII 碼，存入寄存器鍵值入棧保護結束顯示LCD1602 寫命令掃描卡的有效性NNNNYYYYY圖 LCD1602 液晶顯示器的軟件設計流程圖繼續掃描并發出警報武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業設計（論文）34第 5 章 測試測試是本設計的一個重要部分，它能檢驗改設計是否能夠達到預期的性能指標，確定方案的可行性。以下就來介紹仿真軟件和仿真測試方法。 Proteus 及 Keil 軟件簡介 Proteus 軟件Proteus軟件是一種低投資的電子設計自動化軟件，提供可仿真數字和模擬、交流和直流等數千種元器件和多達30多個元件庫。Proteus軟件提供多種現實存在的虛擬儀器儀表。此外，Proteus還提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對測量結果的影響，Proteus軟件提供豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數字信號。提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設計功能，同時可以仿真單片機和周邊設備，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設備的仿真，例如LED、示波器等。 Proteus提供了大量的元件庫，有RAM、ROM 、鍵盤、馬達、LED、LCD 、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。一臺計算機、一套電子仿真軟件，在加上一本虛擬實驗教程，就可相當于一個設備先進的實驗室。以虛代實、以軟代硬，就建立一個完善的虛擬實驗室。在計算機上學習電工基礎，模擬電路、數字電路、單片機應用系統等課程，并進行電路設計、仿真、調試等 。]13[ Keil 軟件KeilC51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統。與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發，體會更加深刻。武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業設計（論文）35KeilC51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51 生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。Uvision與Ishell分別是C51 for Windows和For Dos的集成開發環境（IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發流程。開發人員可用IDE 本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標文件（ OBJ）。目標文件可由LIB51創建生成庫文件，也可以與庫文件一起經L51連接定位生成絕對目標文件（ABS 。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex 文件，以供調試器DScope51或TScope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。 應用 Keil 軟件進行程序調試軟件的調試必須在開發系統的支持下進行。先分別調試通過各個模塊程序，然后調試中斷服務程序，最后調試主程序，將各部分連接進行調試。調試的范圍可以由小到大，逐步增加，必要的中間信號可以先做設定。通常交叉使用單步運行，斷點運行，連續運行等多種方式，每次執行完畢后，檢查CPU執行現場，RAM的有關內容，I/O接口的狀態等。發現一個問題，解決一個問題，直至全部通過。首先新建一個工程項目文件；其次為工程選擇目標器件；再次為工程項目設置軟硬件調試環境；并創建源程序文件并輸入程序代碼，及保存創建的源程序項目文件；最后把源程序文件添加到項目中。 Proteus 軟件仿真原理圖是在原理圖編輯窗口中的藍色方框內繪制完成的，通過文件中的新建設計選項，可以調整原理圖設計頁面大小。繪制原理圖時首先應根據需要選取元武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業設計（論文）36器件，Proteus庫中提供了大量元器件原理圖符號，利用Proteus的搜索功能能很方便地查找需要的元器件 。]14[首先根據需要選擇器件。單擊元器件列表窗口上邊的按鈕P，彈出如圖31所示元器件選擇窗口。在該窗口左上方的關鍵字欄內鍵入STC89C54RD+，窗口中間的結果欄將顯示出元器件庫中所有STC89C54RD+單片機芯片，選擇其中的STC89C54RD+，窗口右上方將顯示出STC89C54RD+圖形符號，同時顯示該器件的虛擬仿真模型，單擊確定按鈕后，STC89C54RD+ 將出現在器件列表窗口。照此方法選擇所有需要的元器