淺談自行車?yán)锍逃?jì)/速度計(jì)的設(shè)計(jì)

摘要本文主要利用單片機(jī)AT89C51研制自行車?yán)锍逃?jì)和速度計(jì)儀器，此儀器可應(yīng)用于電動(dòng)自行車、摩托車、汽車等機(jī)動(dòng)車儀表上。此儀器能夠準(zhǔn)確顯示出速度和里程，操作使用很方便。因此本設(shè)計(jì)采用了以AT89C51單片機(jī)為核心低成本，高精度，微型化數(shù)字顯示里程計(jì)/速度計(jì)的硬件電路方法。

中圖分類號(hào)：TP368.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Discussion about Design of the Bicycle Odometer / Speedometer

GENG Ziqing

(Jilin Finance School， Jilin， Jilin 132011)

AbstractThis paper mainly uses single-chip microcomputer AT89C51 odometer and developed bicycle speedometer instruments， this instrument can be applied to electric bicycles， motorcycles， cars， etc. on the meter motor vehicles. This instrument can accurately show speed and mileage， operate very convenient. Therefore the design uses AT89C51 with low cost， high accuracy， miniaturization digital display odometer/ speedometer hardware circuit method.

Key wordsAT89C51; crystals; TC4024; minimum system

自行車?yán)锍逃?jì)和速度計(jì)經(jīng)常應(yīng)用于電動(dòng)自行車、摩托車、汽車等機(jī)動(dòng)車儀表上。此儀表的主要就是用于司機(jī)能夠及時(shí)準(zhǔn)確的了解本車的已行駛里程及當(dāng)前的行駛速度。汽車的行駛速度相對(duì)來說是非常重要的，有了此速度計(jì)，常常可以避免很多交通事故。目前在摩托車和計(jì)程車上已廣泛應(yīng)用。

1 自行車?yán)锍逃?jì)/速度計(jì)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

1.1 設(shè)計(jì)的意義

此儀器能夠準(zhǔn)確的顯示出速度和里程，操作使用很方便。因此本設(shè)計(jì)采用了以AT89C51單片機(jī)為核心低成本，高精度，微型化數(shù)字顯示里程計(jì)/速度計(jì)的硬件電路方法，其次還應(yīng)用到了芯片TC4024、24C01，還有共陰數(shù)碼管等，此儀表還有一個(gè)重要功能就是當(dāng)速度超速是還可以報(bào)警用于提醒司機(jī)注意安全駕駛。

1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

此系統(tǒng)可分為四個(gè)基本部分：

自行車?yán)锍逃?jì)/速度計(jì)系統(tǒng)的內(nèi)容：

此儀器采用AT89C51單片機(jī)作控制，速度及里程傳感器采用霍耳元件；P0口和P2口用于七段LED顯示器的段碼及掃描輸出，在顯示里程狀態(tài)和速度狀態(tài)；P1.2，P1.3，P1.6和P1.7口分別用于設(shè)置輪圈的大小；P3.0口的開關(guān)用于確定顯示的方式，當(dāng)開關(guān)閉合是，顯示速度；打開時(shí)顯示里程；13腳外中斷1用于控制定時(shí)器T1的啟停，當(dāng)輸入為0時(shí)關(guān)閉定時(shí)器。這樣，每次定時(shí)器T1的開啟時(shí)間剛好轉(zhuǎn)1圈的時(shí)間。

2 主要元器件簡(jiǎn)介

2.1 AT89C51芯片

VCC：供電電壓；GND：接地；P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流；P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流；P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流；P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流；RST：復(fù)位輸入;XTAL1：在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端；XTAL2：在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸出端。

2.2 晶體振蕩器

晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡(jiǎn)稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳 上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱為石英晶體或晶體、晶振TC4024芯片。

TC4024芯片的作用是：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89C51的13腳外中斷1用于控制定時(shí)器T1啟停，當(dāng)輸入為0時(shí)關(guān)閉定時(shí)器，此控制信號(hào)是將輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)二分頻后形成，這樣，每次定時(shí)器T1的開啟時(shí)間剛好為1圈的時(shí)間，根據(jù)輪子的周長(zhǎng)就可以計(jì)算自行車的速度。

3 自行車?yán)锍逃?jì)/速度計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要分為四大部分，第一部分是最小系統(tǒng)電路，第二部分是單片機(jī)的外圍電路，第三部分是顯示電路，第四部分就是報(bào)警系統(tǒng)。其中最小系統(tǒng)電路由單片機(jī)AT89C51構(gòu)成，在整個(gè)系統(tǒng)中起主要作用。單片機(jī)的外圍電路主要由芯片24C01和TC4024構(gòu)成；顯示電路部分由共陰數(shù)碼管和74LS164構(gòu)成；報(bào)警電路部分是由三極管和報(bào)警器構(gòu)成的。

3.1 最小系統(tǒng)部分

在自行車?yán)锍逃?jì)/速度計(jì)系統(tǒng)中最重要的就是此最小系統(tǒng)部分，它是由單片機(jī)AT89C51控制的。單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如果按功能劃分，它由8個(gè)部件組成，即微處理器 （CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、程序存儲(chǔ)器(ROM/EPROM)、I/O口(P0口、P1口、P2口、P3口)、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器(SFR)。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依然是采用CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。

3.2 程序存取電路部分

在此部分中的主要元器件就是芯片24C01。主要作用是：采用ATMEL公司的24C01串口存儲(chǔ)器，應(yīng)用簡(jiǎn)單方便。程序存取電路中，芯片24C01的5腳用于接收從單片機(jī)AT89C51的P1.4口傳送的時(shí)鐘信號(hào)，6腳用于接收從單片機(jī)AT89C51的P1.5傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)，然后將它們存儲(chǔ)到24C01中。

3.3 報(bào)警電路

當(dāng)自行車的行使速度過大時(shí)，由RST：復(fù)位輸入，當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（RST）。然后通過P3.3口RXD（串行輸入口），接通蜂鳴器和發(fā)光二極管提醒司機(jī)超速顯示電路中由共陰數(shù)碼管顯示，單片機(jī)中的10腳接的開關(guān)當(dāng)閉合時(shí)顯示速度，打開時(shí)顯示里程。

3.4 自行車速度控制電路

自行車輪子轉(zhuǎn)的圈數(shù)通過芯片TC4024的1腳輸入，單片機(jī)的第12腳外中斷0用于對(duì)輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)輸入，輪子每轉(zhuǎn)一圈，霍耳傳感器輸出一個(gè)低電平脈沖。在這部分電路中含有的最重要的芯片就是TC4024，此芯片的12通過三極管接到了單片機(jī)的13腳，也就是單片機(jī)的外部中斷1腳，1腳接到了單片機(jī)的12腳。

4 系統(tǒng)主要程序的設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)初始化程序中，主要完成以下工作：將T1設(shè)為外部控制定時(shí)器方式；外中斷0及外中斷1設(shè)為邊沿觸發(fā)方式；將部分內(nèi)存單元清零；設(shè)置輪子周長(zhǎng)值；開中斷及定時(shí)器；將EEPROM中的數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存等。P1.2、P1.3、P1.6、P1.7端口的開關(guān)用于2設(shè)定輪子的周長(zhǎng)，當(dāng)沒有設(shè)定時(shí)，能從P3.1口輸出一個(gè)周期為0.5S的方波信號(hào)，用作發(fā)光二極管閃爍及音響提醒。

本文設(shè)計(jì)的儀表主要就是用于司機(jī)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地了解本車的已行駛里程及當(dāng)前的行駛速度。汽車的行駛速度相對(duì)來說是非常重要的，有了此速度計(jì)，常常可以避免很多交通事故。目前在摩托車和計(jì)程車上已廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]閻石.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社，2001.

[2]黃仁成.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).清華大學(xué)出版社，2005.