华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）
3 自行车里程速度计的硬件设计
3.1 概述
自行车里程速度计的硬件电路设计部分是基础部分，它包括信号的采集、数码管的显示、报警提示电路和单片机外围基本电路的设计，主要器件是单片机，传感器和LED数码管。单片机是本次设计的核心部件，它是信号从采集到输出的桥梁，而且包括计算、定时、信息处理等功能。
3.2 单片机的选型
3.2.1 AT89C52 单片机总体结构
目前51系列有许多功能很强的新型单片机，也出现了许多新的特殊功能部件，但都是Intel最早的典型产品8051为基础的，基本的系统结构相同。而这次设计用到的AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的，它与8051相比，它用8K FLASH ROM代替8051的4K ROM，RAM扩大到256字节，增加了一个16位定时器T2。其总体结构如图3-1所示。
图3-1单片机总体结构
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes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，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
AT89C52有40个引脚（图3-2），32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线。AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线
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编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本[5]。
AT89C52的主要引脚功能：
1）RST：复位引脚，输入高电平使89C52复位，返回低电平退出复位； 2)XTAL1、XTAL2为内部振荡器电路（反向放大器）的输入端和输出端，外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。
3）P0.0～P0.7：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也是地址/数据总线复用口：
P1.0～P1.7：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。 P2.0～P2.7：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。 P3.0～P3.7：P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。 P3口的8条引线都定义有第二功能，如表3-1所示：
图3-2 AT89C52引脚图
表3-1 P3口的第二功能定义
引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
第二功能 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 8
信号名称 串行输入线 串行输出线 外部中断0输入线 外部中断1输入线 定时器T0外部计数脉冲输入线 定时器T1外部计数脉冲输入线 外部数据存储器写脉冲输入线 外部数据存储器读脉冲输入线 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）
AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。如图3-3所示
图3-3 AT89C52的PDIP、PQFP/TQFP及PLCC三种封装形式
3.2.2 AT89C52中断系统介绍
中断是指当计算机正在执行程序时，系统中出现某些急需处理的事件，CPU暂时中止当前的程序，转去执行服务程序，以对发生的更紧迫的事件急需处理，待处理结束后，CPU自动返回原来的程序执行。AT89C52系列单片机有5个中断源，2个优先级，可以实现二级中断服务嵌套。由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器
IE控制CPU是否响应中断请求；由中断优先级寄存器IP安排各中断源的优先级；外部中断请求有两种信号方式：电平触发方式和脉冲触发方式。电平触发方式
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同一优先级内各端同时提出中断申请时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。
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的中断请求是低电平有效。只要在INT0和INT1引脚上出现有效低电平时，就激活外部中断中断方式。脉冲触发方式的中断请求则是脉冲的负跳变有效。在这种方式下，在两个相邻机器周期内，INT0和INT1引脚电平发生变化，即在第一个机器周期内为高电平，第二个机器周期内为低电平，就激活外部中断。由此可见，在脉冲方式下，中断请求信号的高电平和低电平状态都应至少维持一个机器周期，以使CPU采样到电平状态的变化，本次设计采用的触发方式为脉冲触发方式。
1，中断允许控制
CPU对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏蔽是由中断允许寄存器IE控制的，IE的状态可通过程序由软件设定，某位设定为1，相应的中断源中断允许；某位设定为0，相应的中断源中断屏蔽。CPU复位时，IE各位为0，禁止所有中断。IE寄存器的各位定义如下：
EX0 (IE.0) 外部INT0中断允许位； ET0（IE.1）定时/计数器T0中断允许位； EX1 (IE.2) 外部INT1中断允许位； ET1（IE.3）定时/计数器T1中断允许位； ES (IE.4) 串行口中断允许位； EA (IE.7) CPU中断允许位。 2，中断优先级控制
AT89C52单片机有两个中断优先级，可以实现二级中断服务嵌套。每个中断源的中断优先级是由中断优先级寄存器IP中的相应的状态来规定的。IP的状态由软件设定，某位设定为1，则相应的中断源为高优先级中断；某位设定为0，相应的中断源为低优先级中断中断。CPU复位时，IP各位清0，各中断源同为低优先级中断。IP寄存器各位的定义如下：
PX0 (IP.0) 外部中断INT0优先级设定位； PT0 (IP.1) 定时/计数器T0中断优先级设定位； PX1 (IP.2) 外部中断INT1优先级设定位； PT1 (IP.3) 定时/计数器T1中断优先级设定位； PS (IP.4) 串行口中断优先级设定位。 3.2.3 AT89C52与其他单片机的比较
MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，典型产品有 8031（内部没有程序存储器，实际使用方面已经被市场淘汰，早已停产）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mw是89C51的5倍，实际使用方面已经被市场淘汰）和8751（早已停产）等通用产品，一直到现在， MCS-51内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品（比如目前流行的89S51、已经停产的89C51等）。
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其他的公司的51单片机产品都是和MCS-51内核兼容的产品而已。同样的一段程序，在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的，如ATMEL的89C51（已经停产）、89S51， PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（华邦）等。 ATMEL公司的AT89C52单片机,在原基础上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由Flash（程序存储器的内容至少可以改写1000次）存储器取带了原来的ROM（一次性写入）。在市场上，89C51受到了PIC单片机阵营的挑战，89C51最致命的缺陷在于不支持ISP（在线更新程序）功能，必须加上ISP功能等新功能才能更好延续MCS-51的传奇。AT89C52就是在这样的背景下取代89C51的，现在，AT89C52目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿，作为市场占有率第一的Atmel目前公司已经停产AT89C51，将用AT89C52代替。AT89C52在工艺上进行了改进，采用0.35新工艺，成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。89SXX可以像下兼容89CXX等51系列芯片。同时，Atmel不再接受89CXX的定单，大家在市场上见到的89C51实际都是Atmel前期生产的巨量库存而以。
AT89C52相对于其他51系列单片机增加的新功能包括：
1）新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89C51更低！ 2）ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。
3) 具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。 4) 具有双工UART串行通道。
5) 内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。 6) 双数据指示器。 7) 电源关闭标识。
8）全新的加密算法，这使得对于AT89C52的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。
9）兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序,不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等，在AT89C52上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。
3.3 霍尔传感器的选型
脉冲计数法是智能测速系统中常用的方法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入微处理器中进行计数，即可获得转速的信息。可以有多种方式来获得脉冲信号。如将光电传感器安装在转轴上当扇叶经过时，可产生脉冲信号，但是光电传感器对灰尘、油污等比较敏感，因此不适宜安装在车轮上，而光电编码器和霍尔传感器都不怕灰尘和油污，且都广泛应用于工业现场。但是光电编码器价格较昂贵，霍尔传感器 价格便宜且具有体积小、灵敏度高、响应速度快、温度性能好、精确度高、可靠性高等特点，能很好地满足车轮测速系统设计的需要。
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