基于单片机的自行车测速系统设计与实现论文 - 图文(3)

2019-08-30 19:27

桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 第8 页

8.ALE:即30引脚,地址锁存控制信号,在访问外部程序存储器时,锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时,此引脚也用作编程输入脉冲。

9.PSEN:即29引脚,外部程序存储器选通信号。当从外部程序存储器执行外部代码时,在每个机器周期被激活两次,而访问外部数据存储器时,将不被激活。

10.VPP:即31引脚,访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令,必须接GND。注意加密方式1时,将内部锁定位RESET。接VCC时,执行内部程序指令。在Flash编程期间,也接收12V电压。

11.XTAL1:即19引脚,振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 12.XTAL2:即18引脚,振荡器反相放大器的输入端。

STC89C52单片机基本能满足本设计硬软件上的要求,故选用其为本设计的单片机控制处理模块的核心。 3.3 红外对管测速模块

测速模块主要由红外对管,LM358比较器和电阻组成。其电路图如3-6所示。

图3-6红外对管测速电路

红外对管包括红外线发射管、光敏接收管、红外线接收管、红外接头。当它们配合起来使用时则称为红外对管[6]。本设计使用的红外对管为红外线发射管和红外线接收管。

红外发射管:又称红外线发射二级管,是一种可以将电能直接转换成红外光(不可见光)并辐射出去的二级管发光器件,其结构、原理与普通发光二级管相近,不同在于使用的半导体材料,它的半导体材料为砷化镓(GaAs)、砷铝化镓(GaAIAs)等材料,封装一般采用透明、浅蓝色或黑色的树脂。

红外接收管:一种可以将光信号转化成电信号的半导体器件,它主要的核心

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部件是一个特殊材料的PN结,PN结面积比一般的二级管要大,电极面积更小,这样可以更大更多的面积接收入射光线,PN结的结深一般小于1微米。

当红外发射管工作时,发出的红外线照射在红外接收管时,携带能量的红外线光子进入PN结,把能量传给共价键的束缚电子,部分共价电子因此挣脱共价键,由此产生光载流子。它们在反向电压的作用下发生漂移运动,这样使反向电流增大,当光的强度越大,产生的反向电流也越大,这种特效叫做光电导。若在外电路接上负载,负载就会获得电信号,光强度越大电信号越强。

LM358:内部包含有两独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器,可用于单电源和双电源两种工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。可用于传感放大器、直流增益模块和其他单电源供电的使用运算放大器的场合。在本设计中,LM358用作一个比较器,在有高低电平输入时,输出高电平。LM358性能特征如下:

(1)内部频率补偿;

(2)直流电压增益高(约为100dB); (3)低输入偏流; (4)双电源(±1.5V); (5)电源电压(3V~30V); (6)低功耗,可用电池供电; (7)输出电压摆幅大(0~VCC-1.5V); (8)单位增益频带宽(约1MHZ); (9)低输入失调电压和失调电流

(10)差模输入电压范围宽,等于电源电压范围。

在本设计中,用红外对管对电机车轮进行测速,在两个红外对管间装上自制的车轮,车轮有四个扇形空缺。如图3-7所示。

图3-7 红外对管工作方式与车轮形状

当发射管和接收管有车轮遮挡时,红外对管不导通,无电信号输出,LM358比较器输出一个低电平;当发射管和接收管没有车轮遮挡时,红外对管导通,通过

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LM358比较器,输出一个高电平。测速模块输出端外接STC89C52的P.17口,通过单片机定时器功能,计算出单位时间内接收到的脉冲个数,可算出其速度和里程数。

本设计中设定车轮周长为1米,定时器0.5秒计算一次 ,轮子转动一周产生4个脉冲,一个脉冲为0.25米。则可算出每秒速度V与路程S:

V(每秒速度)=脉冲个数*轮子周长/4*2 S = V*单位时间 3.4 DS1302时钟芯片模块

本设计使用的实钟芯片为DS1302,芯片的CLK、I/O、RST分别直接到STC89C52的P2.3、P2.4、P2.5接口,通过程序控制可让系统进行实时计时。时钟芯片模块电路图如图3-8所示。

图3-8 DS1302时钟芯片模块电路图

DS1302是DALLAS公司推出的一款涓流充电时钟芯片,内部的实时时钟和日历电路提供年、月、周、日、时、分、秒的信息,闰年的天数可自动调整。通过简单的串行接口就可与单片机通信。具体的参数和功能[7]如下:

(1)工作电压:2V~5.5V;

(2)时钟/RAM的读写数据通信方式:1~~31个字节的字符组; (3)采用双电源供电(备用电源和主电源); (4)只需3线接口便可实现通信; (5)31字节静态RAM;

(6)工作温度:-40°C~+85°C;

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(7)兼容TTL(VCC=5V);

DS1302的管脚配置图如3-9所示。

图3-9 DS1302管脚配置图

各个管脚功能如下: (1)VCC1:主电源接+5V;

(2)VCC2:备用电源,当VCC1>VCC2时,由主电源VCC1为DS1302供电,当VCC2>VCC1+O.2V时,则改为VCC2为DS1302供电;

(3)GND:接地;

(4)SCLK:串行时钟的输出,输入和输出数据的控制端口; (5)I/O:3线接口时的双向数据线;

(6)RST:复位引脚,输入驱动置高电平启动所有数据传输,两个功能:(1)可接控制逻辑,允许地址/命令序列进入移位寄存器;(2)为单字节或单字节传输提供终止方式;

(7)X1/X1:振荡源,外接32.768KHZ晶振。 1.DS1302的控制字节

每一数据传输都是通过一个控制字节开始的,控制字节的高7位必须为逻辑‘1’;6位为1表示存取RAM数据,为0时表示存取日历时钟数据,位5~1表示操作单元的地址;位0为1时表示读操作,为0时表示写操作;控制字节的输出都是从最低位开始的。控制字节如下图3-10所示。

图3-10 DS1302控制字节

2.DS1302的数据输入与输出

数据输入从最低位开始,当控制指令字节输入后的下一个SCLK时钟上升沿时,数据就写入了时钟芯片中。读取数据也是从最低位到最高位,在8位控制指令字节后面的下一个下升沿读出DS1302的数据。

3.DS1302的寄存器

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共有12个寄存器,其中与时钟、日历有关的有7个,数据都为以BCD码的形式存放。除此之外还有充电、控制、年份、时钟突发、与RAM相关等寄存器。 3.5 DS1302温度采集模块

在本设计中选择DS18B20温度传感器测量周围环境的温度,DS18B20的输出端口接STC89C53的P2.2接口,通过编写程序读度传感器所测量周围环境的温度,实现系统的测温功能。DS1302温度采集模块电路图如3-11所示。

图3-11 测温模块电路图

本设计中,系统大多在户外工作,接触的环境较复杂,对硬件的要求较高。DS18B20温度传感器是美国DALLAS公司生产的一款数字智能型温度传感器,不仅设计线路简单,而且不需要其他元器件就可实现测温。还具有价格低廉、硬件体积小、抗干扰力强和精确读度高等众多优点,完全符合本设计的硬软件上的要求。DS18B20和引脚如图3-12所示。

[8]

图3-12 DS1302和引脚

DS18B20主要参数指标[9]如下:

(1)单线接口,仅需一线就可与微处理器实现相互通信; (2)可测量温度范围:-50°C~~+125°C,固有误差1°C (3)多个DS18B20并联可实现多点测温;

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