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1、单片机自行车速度/行程测试仪摘要目前自行车已成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选，尤其是对于用来锻炼的人们，自行车速度/行程测试仪能让他们清楚地知道当前的速度、行程等物理量，更好的用于锻炼。本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车速度/行程测试仪的设计。以 AT89C51 单片机为核心，A44E 霍尔传感器测转数，实现对自行车速度/行程的测量统计。该速度/行程测试仪能将传感器输入到单片机的脉冲信号的宽度实时地测量出来，然后通过单片机计算出速度和行程，再将所得的数据存储到串口数据存储器，采用CAT24WC32 实现在系统掉电的时候保存速度和行程信息，并由串口液晶显示模块实时显示出所测速度和行程。本设计介
2、绍了自行车速度/行程测试仪的硬件电路和软件设计。硬件部分利用霍尔元件将自行车每转一圈的脉冲数传入单片机系统，然后单片机系统将信号经过处理送显示。软件部分用C语言进行编程，采用模块化设计思想。该系统硬件电路简单，子程序具有通用性，完全符合设计要求。关键词：速度/行程；霍尔元件；单片机；液晶显示Bicycle speed/trip tester by SCMAbstractNow the bicycle has become the first choice of entertainmenting and exercising. Especially for people to exercise，
3、The bicycle speed/trip can fulfill the basic need of peoples life, so that they can learn the speed and the mileage of the bicycle. In these paper, the bicycle speed/trip design based on the Hall element is elaborated. By AT89C51 as kernel, using A44E Hall element to measure revolution, the measure
4、and statistic are achieved. The range informations are saved by CAT24WC32 when the power is off, the bicycle speed can be displayed on LCD. In this article, the hardware circuit and software design of bicycle speed/trip instrument are introduced in detail. About the hardware, the pulse number is tra
5、nsmitted of one cycle of the bicycle into Single Chip Microcomputer system. Then the signal processed by Single Chip Microcomputer system is sent to display scream. About the software, in assemble language, the program is designed in the mode of modules. The system has simple hardware, common sub-pr
6、ogram, and meet the demand of design.Key words: speed/trip; Hall element; Single Chip Microcomputer; LCD目 录摘要IAbstractII第1章 绪 论11.1 课题研究的目的11.2 课题的主要任务及内容1第2章 自行车速度/行程测试仪总体方案设计22.1 任务分析与实现22.2 自行车速度/行程测试仪硬件方案设计22.2.1 整体方案论证22.2.2 系统的组成32.2.3 系统的原理框图32.3 自行车速度/行程测试仪软件方案设计4第3章 单片机AT89C51简介53.1 单片机的组成和
7、特点53.1.1 单片机的组成53.1.2 单片机的特点53.2 单片机的发展史63.3 单片机的发展趋势63.4 单片机的应用73.5 AT89C51的主要特性和实物图73.6 AT89C51的引脚功能介绍93.7 单片机定时/计数功能介绍11第4章 测速传感器的选型124.1 开关型霍尔传感器的工作原理124.2A44E集成开关型霍尔传感器介绍134.3 传感器的检测原理和检测电路14第5章 整体硬件电路设计155.1 单片机最小系统设计155.2 传感器检测电路的设计165.3 电源电路的设计175.4 键盘电路的设计175.5 复位电路的设计185.6 时钟晶振电路的设计195.7 外
8、部存储电路的设计205.7.1 存储器CAT24WC32概述205.7.2 CAT24WC32引脚功能介绍215.7.3 IC总线协议介绍225.7.4 CAT24WC32和AT89C51的硬件连接设计235.8 LCD显示电路的设计245.8.1 LCD1602引脚功能介绍245.8.2 LCD1602的指令介绍255.8.3 LCD显示电路285.9 声光报警电路的设计29第6章 整体软件设计306.1 软件设计概述306.2 整体程序设计306.3 中断子程序的设计326.4 数据处理子程序的设计336.4.1 速度计算子程序的设计336.4.2 行程计算子程序的设计336.5 显示子程
9、序的设计346.6IC协议下读/写EPROM程序的设计35结论与展望36致 谢37参考文献38附 一 整体硬件原理图39附 二 程序清单40外文原文43中文翻译52第1章 绪 论随着超大规模集成电路技术提高，尤其是单片机应用技术以其功能强大，价格低廉的显著特点，使全数字化测量转速系统得以广泛应用。本论文在此基础上，对单片机自行车速度/行程测试仪的硬件和编程作一简单的分析和研究。单片机突出的特点是体积小，功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好。外围电路更少，因而得到了广泛的应用。另外其较少的指令及较强的实用功能更为许多单片机的初学者之首选品牌。单片机指令少，PI
10、C中档系列单片机共有35条指令，非常有利于记忆和掌握，指令为单字节，占用程序存储器的空间小，而且中档系列单片机每一条指令为14位，前6位存操作指令，后8位存操作数，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片，支持低电压擦写，擦写速度快，允许多次擦写，程序修改方便。基于单片机以上特点使其在现代工业占据了举足轻重的位置。其中利用单片机设计自行车速度/行程测试仪就是特例之一。本设计以AT89C51为核心，通过A44E集成开关型霍尔传感器来检测自行车的转轴运转情况进而实现对自行车速度/行程的测量，最后用LCD能直观的将速度和行程显示给用户，并且在速度高于一定的值时可以自动向用户报警，实现速度的实时
11、测量。1.1 课题研究的目的转速的测量方法很多，而模拟量的采集和模拟量处理一直是转速测量的主要方法。目前这种测量方法已不能适应现代化科技发展的要求。随着大规模及超大规模集成电路的发展，使得全数字测试仪越来越普及，其转速测试仪也可以全数字化处理。在测量范围和测量精度方面都有很大提高。因此，本次设计的目的是：在自行车上，利用AT89C51系列单片机设计一种全数字化的速度/行程测试仪，并从提高测量精度的角度出发，分析讨论其产生误差的可能原因，为今后的实际使用提供参考。本设计以单片机为中心，设计全数字化的自行车速度/行程测试仪。这个测试仪采用全数字化结构，操作使用方便，能够精确的为用户提供速度和行程的
12、数值。1.2 课题的主要任务及内容本设计的这个系统以单片机AT89C51为控制核心，用A44E集成开关型霍尔传感器作为测量转速和行程的检测元件，经过单片机的数据处理，用LCD1602液晶显示模块显示速度和行程。本设计的速度和里程值采用8位显示，并包含两个小数位。速度和里程值可单独显示，测量值误差小于1%。超速行驶（设置限速参数）时，能自动发出声光报警。具体的硬件电路包括电源电路、转速传感器检测电路以及LCD显示电路等。软件设计包括：芯片的初始化程序、显示子程序等，软件采用C语言编写，软件设计的思想主要是自顶向下，模块化设计，各个子模块逐一设计。 第2章 自行车速度/行程测试仪总体方案设计2.1
13、 任务分析与实现本设计的任务是：以AT89C51单片机为处理核心，用A44E集成开关型霍尔传感器将车轮的转数转换为电脉冲，转变成标准信号后，送入单片机计算处理。速度和里程的测量，是经过AT89C51单片机的定时/计数器测出总的脉冲数和每转一圈的时间，再经过单片机的计算得出，其结果通过LCD显示器显示出来。并采用CAT24WC32 实现在系统掉电的时候保存速度和里程信息。本系统总体思路如下：假定轮圈的周长为L，在轮圈上安装m个永久磁铁，则测得的里程值最大误差为L/m。经综合分析，本设计中取m=1。当轮子每转一圈，通过开关型霍尔元件传感器采集到一个脉冲信号，并从引脚P3.2中断0端输入，传感器每获
14、取一个脉冲信号即对系统提供一次计数中断。每次中断代表车轮转动一圈，中断数n轮圈的周长为L的乘积为里程值。计数器T1计算每转一圈所用的时间t，就可以计算出即时速度V。并有液晶显示器对速度和里程进行同时显示，若自行车超速，系统发出报警信号，指示灯亮，蜂鸣器发出报警声音。要求达到的各项指标及实现方法如下：1. 利用霍尔传感器产生里程数的脉冲信号。2. 对脉冲信号进行计数。实现：利用单片机自带的计数器T1对霍尔传感器脉冲信号进行计数。3. 对数据进行处理，要求用LCD显示里程总数和即时速度。实现：利用软件编程，对数据进行处理得到需要的数值。最终实现目标：自行车的速度/行程测试仪里具有速度、里程测试与显
15、示功能，采用单片机作控制，显示电路可同时显示速度和里程。2.2 自行车速度/行程测试仪硬件方案设计2.2.1 整体方案论证测速，首先要解决是采样的问题。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，将脉冲送入单片机中进行计算，即可获得转速的信息。常用的测速元件有霍尔传感器、光电传感器和光电编码器。里程测量传感器的选择也有以下几种方案：使用光敏电阻对里程进行测量、利用编码器对车轮的圈数进行测量、利用霍尔传感器对里程进行测量、利用干簧管型传感器测量里程。光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光源将导致光敏电阻发出错误信号；光敏电阻对环境的要求相当高，
16、如果光敏或发光二极管被泥沙或灰尘所覆盖，光敏电阻就不能再进行准确测量；而编码器必须安装在车轴上，安装较为复杂；霍尔元件或干簧管不但不受天气的影响，即使被泥沙或灰尘覆盖也不会有影响，而且安装方便。所以本设计采用霍尔元件对里程与速度进行测量，既简单易行，又经济适用。使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的齿轮盘上粘上一粒磁钢，霍尔元件固定在前叉上，当车子转动时霍尔元件靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在齿轮盘上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，
17、如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于信号采集的有A44E。由A44E采样，经单片机将该处理的数据处理后，在LCD显示屏上显示出来，并设置转速的上限值，一旦超速，单片机就通过报警器发出声光报警。2.2.2 系统的组成单片机自行车速度/行程测试仪系统由传感器、单片机、显示器和报警器四部分组成。传感器采用霍尔传感器将低速物体的转速转化为脉冲信号，处理器采用AT89C51单片机，计算器采用单片机内部的计数器完成脉冲信号的计数，显示器采用LCD1602液晶显示模块进行显示，报警器采用声光报警器。系统组成框图如图2-1所
18、示：自行转轴轴霍尔传感器89C51单片机LCD显示器声光报警器图2-1 系统组成框图2.2.3 系统的原理框图整个系统以AT89C51单片机为核心，简单的原理框图如图2-2所示。AT89C51键盘霍尔传感器霍尔传感器外部存储器CAT24WC32外部存储器CAT24WC32LCD1602里程显示速度显示LCD1602 速度显示里程显示声光报警器声光报警器电 源 电 路图2-2 系统的原理框图2.3 自行车速度/行程测试仪软件方案设计通过软件控制单片机是单片机的主要特点和优点，程序的设计要考虑合理性和可读性，遵循模块化设计的原则，采用自顶向下的设计方法。模块化设计使程序的可读性好、修改及完善方便。
19、软件设计包括主程序、行车过程中里程和速度计算子程序、中断服务子程序、显示子程序等等。中断子程序是将传感器产生的信号接入外部中断0，利用中断和定时器对分别对里程进行累加、每转一周的时间进行测量。数据处理子程序是将进入单片机的脉冲信号与实际要显示值之间有一定的对应关系，经过软件编程显示所需要的值。并在程序开始阶段设置一个V的报警值Vo，当V超过Vo时，程序会驱动P2.3口，让报警器工作。显示子程序是将数据处理的结果送显示器显示。系统软件总体流程图如图2-3所示。开始初始化P1.0=1？?NY计算里程S和速度VV=Vo ?Y报 警显示里程S和速度V N图2-3 系统软件总体流程图第3章 单片机AT8
20、9C51简介单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。3.1 单片机的组成和特点3.1.1 单片机的组成单片机的基本结构可用图3-1所示的方框图描述。包括：中央处理器、程序存储器、数据存储器、并行输入/输出端口、串行输入/输出端口、定时/计数器、系统时钟。图3-1 单片机的基本结构以上只是单片机的基本结构，现代的单片机又加入了许多新的功能部件，如
21、模拟/数字转换器(ADC)、数字/模拟转换器（DAC）、温度传感器、液晶驱动器、电压监控、“看门狗”电路、抵押检测电路等。3.1.2 单片机的特点单片机除了具备体积小、价格低、性能强大、速度快、用途广、灵活性强、可靠性高等优点外，它与通用微型计算机相比，在硬件结构和指令功能方面还有以下独特之处。 存储器ROM和RAM严格分工 采用面向控制的指令系统 输入/输出端口引脚具有复用功能 品种规格的系列化硬件功能具有广泛的通用性3.2 单片机的发展史在1970年微型计算机研制成功之后，单片机微型计算机就随之出现了。1976年，Intel公司首先推出了MCS-48系列的单片微型计算机，它具有体积小、功能
22、全、价格低等特点，获得广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础。单片机的发展历史大致可分为三个阶段。第一阶段（19761978年）：以Intel公司的MCS-48系列为代表，此单片微型计算机具有8位CPU、并行I/O端口、8位时序同步计数器，寻址范围不大于4KB，但没有串口。第二阶段（19781982年）：高性能单片微型计算机阶段，如Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z-8等。该类单片微型计算机具有串口、多级中断处理系统和16位时序同步计数器，RAM、ROM容量加大，寻址范围可达64KB，有的芯片还有A/D转换接口。第三阶段（1982至今）：8位单片
23、微型计算机改良型及16与32位单片微型计算机阶段，如Intel公司的16位单片机MCS-96系列，32位单片机ARM系列。Intel公司开发的MCS-51系列单片机，其代表芯片包括8051、8031、8052、8032、8751和8752，这些统称为51系列单片机。到目前为止，世界各地厂商研制出大约50个系列、300多个品种的单片机产品。其中有Motorola公司的6801、6802，Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501、6502等，NEC公司、日立公司及EPSON公司等也相继推出了各具特色的单片机产品。尽管目前单片机的品种繁多，但其中最具典型性的仍当属Intel公司的M
24、CS-51系列单片机，MCS-51系列单片机应用非常广泛，是单片机的主流机型。国内尤以MCS-51系列单片机应用最为广泛。3.3 单片机的发展趋势现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1、低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采
25、用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2、微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、
26、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。3、主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单
27、片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。3.4 单片机的应用 工业控制：单片机的结构特点决定了它特别适用于各种控制系统。它既可以作单机控制器，也可作为多级控制的前沿处理机用于控制系统，应用领域相当广泛。 智能化的仪器仪表：单片机用于包括温度、湿
28、度、流量、流速、电压、频率、功率、厚度、角度、长度、硬度、元素测定等和各类仪器仪表中，使仪器仪表数字化、智能化、微型化、功能大大提高。 日常生活中的电器产品：单片机可用于电子秤、录像机、彩电、洗衣机、高级电子玩具、冰箱、照相机、家用多功能报警器等。 计算机网络与通信方面：单片机可用BIT BUS、CAN、以太网等构成分布式网络的系统，还可以用于调制解调器、各种智能通信设备（例如小型背负式通信机、列车无线通信等）、无线遥控系统等。 计算机外部设备：单片机可以用于温氏硬盘驱动器、微型打印机、图形终端、CRT显示器等。3.5 AT89C51的主要特性和实物图AT89C51是美国ATMEL公司生产的低
29、电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K Bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128 字节的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8051产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机适合于许多较为复杂控制场合应用，可灵活应用于各种控制领域。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。它的实物图如图3-2所示。它的主要特性如下：图3-2 AT89C51的实物图与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000
30、写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 3.6 AT89C51的引脚功能介绍AT89C51单片机为40引脚双列直插式封装。其引脚排列和逻辑符号如图3-3所示。图3-3 AT89C51的引脚图各引脚功能简单介绍如下：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在
31、FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口
32、当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表3.1所示：表3.1 P3口引脚与第二功能引脚第二功能信号名称P3.0RXD
33、串行数据接收P3.1TXD串行数据接收P3.2外部中断0申请P3.3外部中断1申请P3.4T0定时/计数器0的外部输入P3.5T1定时/计数器1的外部输入P3.6外部RAM写选通P3.7外部RAM读选通注：P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每
34、当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在
35、FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复
36、编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.7 单片机定时/计数功能介绍AT89C51单片机定时/计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。TMOD用于设置其工作方式；TCON用于控制其启动和中断请求。1.工作方式寄存器TMOD工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作方式。GATE：门控位。GATE=0时，只要用软件使TCON中的TR0或
37、TR1为1，就可以启动定时/计数器工作；GATE=1时，要用软件TR0或TR1为1，同时外部中断引脚或也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。：定时/计数模式选择位。=0为定时模式； =1为计数模式。M1M2：工作方式设置位。定时/计数器有4种工作方式，由M1M2进行设置。本次设计TMOD为90H，即选通定时/计数器1、定时功能、工作方式1。工作方式16位定时/计数器。2.控制寄存器TCONTF1（TCON.7）定时/计数器T1溢出中断请求标志位。定时/计数器T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。CPU响应中断后TF1由硬件自动清零。T1工作时，CPU可随时查询TF的状态。所以，TF1可用作查
38、询测试的标志。TF1也可以用软件置1或清零，同硬件置1或清零的效果一样。TR1（TCON.6）定时/计数器T1运行控制位。TR1置1时时，定时/ 计数器T1开始工作；TR1置0时，定时/计数器T1停止工作。TR1由软件置1或清0。TF0（TCON.5）：定时/计数器T0溢出中断请求标志位。TR0（TCON.4）：定时/计数器T0运行控制位。第4章 测速传感器的选型自行车速度/行程测试仪的传感器电路设计是硬件电路设计的基础部分，但也是最为关键的部分。它包括信号的捕获、放大、整形和传送等。传感器是获取自然或生产领域中信息的关键器件，是现代信息系统和各种设备不可缺少的信息采集工具。磁传感器是一种将磁
39、学量信号转变为电信号的器件或装置。随着信息产业、工业自动化、医疗仪器等的飞速发展和计算机应用的普及，需要大量的传感器将被测或被控的非电信号转换成可与计算机兼容的电信号。作为输入信号，这就给磁传感器的快速发展提供了机遇，形成了磁传感器的产业。其中最具代表的磁传感器就是霍尔传感器，在自动检测系统中，利用霍尔传感器测转数是一种最基本的测量工作。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功耗小、频率高（可达1MHz）、耐震动、不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。
40、取用各种补偿和保护措施的霍尔器件工作温度范围宽，可达55150。所以本设计采用的就是A44E集成开关型霍尔传感器。4.1 开关型霍尔传感器的工作原理霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁敏传感器。在置于磁场中的导体或半导体通入电流I，若电流垂直磁场B，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差H，它们之间的关系为，这种现象称为霍尔效应。利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件。霍尔效应原理图如图4-1所示。图4-1 霍尔效应原理图4.2 A44E集成开关型霍尔传感器介绍A44E集成霍尔开关由稳压器A、霍尔电势发生器(即硅霍尔片)B、差分放大器 C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成，如图
41、4-2所示。(1)、(2)、(3)代表集成霍尔开关的三个引出端点。在电源端加电压Vcc，经稳压器稳压后加在霍尔电势发生器的两端，根据霍尔效应原理，当霍尔片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍尔电势差VH输出，该VH信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。当施加的磁场达到工作点时，触发器输出高电压(相对于地电位)，使三极管导通，此时OC门输出端输出低电压，通常称这种状态为开 。当施加的磁场达到释放点时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC门输出高电压，这种状态为关 。这样两次电压变换，使霍尔开关完成了一次开关动作。工作点与释放
42、点的差值一定，此差值称为磁滞，在此差值内，V0保持不变，因而使开关输出稳定可靠，这也就是集电成霍尔开关传感器优良特性之一。传感器主要特性是它的输出特性，即输入磁感应强度B与输出电压V0之间的关系。A44E集成霍尔开关是单稳态型，由测量数据作出的输出特性曲线如图 4-3所示。图4-2 A44E的外形图和组成结构图图4-3 A44E集成开关型霍尔传感器的输出特性4.3 传感器的检测原理和检测电路本设计的检测原理如下：假定轮圈的周长为L，在轮圈上安装m个永久磁铁，则测得的里程值最大误差为L/m。经综合分析，本设计中取m=1。当轮子每转一圈，通过开关型霍尔元件传感器采集到一个脉冲信号，经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。并从引脚P3.2中断0端输入，传感器每获取一个脉冲信号即对系统提供一次计数中断。每次中断代表车轮转动一圈，中断数n轮圈的周长为L的乘积为里程值。计数器T1计算每转一圈所用的时间t，就可以计算出即时速度V=L*n/t。检测的信号处理框图如图4-4所示，而传感器的工作原理如图4-5所示。信号放大器波形变换波形整形单片机图4-4 信号处理框图图4-5 A44E传感器检测工作原理
