自行车里程表的设计单片机毕业设计.docx

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自行车里程表的设计单片机毕业设计

石家庄铁道大学四方学院毕业设计

自行车里程表的设计

TheDesignofBicycleOdometer

毕业设计成绩单

学生姓名

学号

20096388

班级

方0909-1

专业

电子信息工程

毕业设计题目

基于单片机的万年历的设计

指导教师姓名

指导教师职称

讲　师

评定成绩

指导教师

得分

评阅人

得分

答辩小组组长

得分

成绩：

院长（主任）签字：

年月日

毕业设计任务书

题目

基于单片机的万年历的设计

学生姓名

符士宾

学号

20096388

班级

方0909-1

专业

电子信息工程

承担指导任务单位

电气工程系

导师

姓名

孙秀婷

导师

职称

讲师

一、主要内容

设计一个基于单片机的电子万年历，能同时显示日期、时间、星期、温度、阳历、阴历、节假日等日常信息。

并且能设置闹钟和时间日期。

二、基本要求

1．以STC89C52单片机作为主控芯片，以LCD（或数码管）为显示界面

2．能同时显示当前日期、时间、星期、温度、阳历、阴历、节假日等日常信息

3．能设置闹钟和时间日期

4.电路原理图设计，protel印刷电路图设计。

5.提出系统设计框图，提出相应的解决方案。

三、主要技术指标（或研究方法）

1.完成万年历电路的设计；。

2.电路原理图

3.论文正文不少于1.5万字，查阅文献资料不少于15篇，其中外文文献2篇以上，翻译与课题有关的外文资料不少于3000汉字。

四、应收集的资料及参考文献

单片机开发语言

关于STC89C52单片机开发文档。

五、进度计划

第1周—第2周收集资料，完成开题报告

第3周—第4周需求分析，概要设计

第5周—第7周详细设计

第8周中期考核

第9周—第12周写论文

第13周—第14周审阅定稿

第15周—第16周上交论文

教研室主任签字

时间

年月日

毕业设计开题报告

题目

基于单片机的万年历的设计

学生姓名

符士宾

学号

20096388

班级

方0909-1

专业

电子信息工程

一、研究背景

万年历在我国已经有1000多年的历史，相传为商朝的万年所创，故为纪念他的功绩而将该历法命名为“万年历”。

万年历古时通称时宪书或通书，是按照某一特定历法的推算法则编排年、月、日、节气等以供查考得工具书，是人类创造的文化成果之一。

二十一世纪的今天，最具有代表性的计时产品就是电子万年历，它是近代世界钟表业界的第三次革命。

前两次革命是摆和摆轮游丝的发明，以及石英晶体振荡器的应用，第三次革命就是单片机数码计时技术的应用（电子万年历），使得从原来传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式，直观明了，并增加了全自动日期，星期，温度以及其他日常附属信息的显示功能，它更符合消费者的生活需求!

因此，电子万年历的出现带来了钟表计时业界跨越性的进步。

随着电子技术的迅速发展，特别是随大规模集成电路出现，给人类生活带来了根本性的改变。

由其是单片机技术的应用产品已经走进了千家万户。

电子万年历的出现给人们的生活带来的诸多方便。

电子万年历是一种应用非常广泛的日常计时工具，数字显示的日历钟已经越来越流行，特别适合在家庭居室、办公室、大厅、会议室、车站和广场等使用，其中LCD液晶显示的万年历逐渐受到人民的欢迎。

LCD液晶显示的万年历清晰直观、走时准确、可以进行夜视，系统通过点阵式液晶为载体显示数据，所以具有人性化的操作和美观的页面效果。

可以显示时间、公农历日期、星期、温度，并有闹铃等功能。

二、国内外研究现状

随着科学技术的发展，以前的年历已发展成现在的电子万年历，他一开始是采用数字电路实现的，电路复杂，精确度差，每天都需要调时，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得它的电路越来越简单，精确度越来越高，现在的电子万年历一般都是集成芯片和软件结合实现，电路简单，制作方法简便，给人们生产生活带来了极大的便利，它已成为我们生活中不可缺少的家居用品。

电子万年历的发展趋势将会朝着功能多，读取操作简单，显示更加直观，电路更加简洁，成本越来越低，满足大部分人的要求。

随着国内超大规模集成电路的出现，微处理器及其外围芯片有了迅速的发展。

集成技术的最新发展之一就是将CPU和外围芯片，如程序存储器，数据存储器，并行，串行I/O口，定时/计数器，中断控制器及其他控制器件集成在一个芯片中，支撑单片计算机。

而近年来推出的一些高档单片机还包括有许多特殊功能的单元，如A/D,D/A转换器，调制解调器，锁相环，浮点运算单元等。

因此只要外加一些扩展电路及必要的通道接口就可以构成各种计算机应用系统，如数据采集系统，自动测试系统等。

三、研究方案

此设计即液晶屏上显示年、月、日、时、分、秒、星期等原理框图，电路一般包括以下几个部分：

键盘、单片机、温度传感器、时钟及显示电路。

对设计要求进行分析后，制定了一下研究方案。

将系统分为5个模块：

STC89S52

主控制

模块

单片机实现液晶显示万年历以及温度总框图

（1）为使时钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的，键盘用来校正液晶上显示的时间。

（2）STC89S52主控制模块：

它是本系统的核心部分，通过输出各种电脉冲信号来驱动控制各部分正常工作。

（3）温度传感器用来测量外部的确定温度值。

（4）单片机发送到信号经过显示电路通过译码最终在液晶屏上显示出来。

四、预期结果

LCD液晶显示屏能显示当前日期、时间、星期、温度、阳历、阴历、节假日等日常信息，通过按键能设置闹钟和时间日期.

指导教师签字

时间

年月日

摘　要

近年来人们对健康的要求越来越高，自行车作为一种普遍大众的运动器械开始进入人们的视野。

而自行车里程表就是伴随着自行车运动的兴盛而逐渐发展起来的

本系统由单片机STC89C52、霍尔传感器、LCD1602液晶显示屏和独立按键组成硬件部分，软件部分包括主程序模块、数据采集模块、显示模块、键盘扫描模块。

霍尔传感器完成数据采集功能并对单片机输入脉冲信号，通过单片机程序的设置可对霍尔传感器输入的脉冲信号进行计数和处理，精确地得到单位时间内检测到的脉冲数，计算自行车速度、加速度、里程，并通过LCD显示出来。

本文先对里程表设计当中所需设备作了详细介绍，对设计中存在的问题进行了说明；而后对硬件和软件部分的设计和实现作了认真的分析。

本里程表的设计具有结构简单，成本低廉，显示清晰，稳定可靠等优点。

关键词：

　STC89C52单片机　LCD1602　霍尔传感器

Abstract

Withthedevelopingofpeople’sforhealth,bicycleisbecomingaverypopularsportsequipmentinoureveryday.Whilethebicycleodometersarebecomingmoreandmorepopularwithbicycle’sprosperous.

ThesystemiscomposedofSCMST8C9C52,hallsensors,LCD1602LCDmoduleandthekeyboardcontrolcomponent.Thesoftwarepartincludesthemainmodules,dataacquisitionmodule,displaymoduleandkeyboardscanningmodule.Hallsensorscompletethedataacquisitionfunctionandsingle-chipinputpulsesignal,throughtheMCUsettohallsensor-basedinputpulsesignalprocessing,countandthatcanaccuratelycalculateaddedtothepinsperunittimethenumberofpulsesdetected,whilecangetvelocity,acceleration，milestones;DesignmileageandspeedbyLCDmodule,mileagetodisplay.

Thispaperfirstneededtomilestonesdesignofequipmentindetail,ontheproblemsexistinginthedesign,explained.Andthentohardwareandsoftwaredesignandimplementationofthepartmadeearnestanalysis;andthesimulationresultsarecompared.Thismilestonesdesignhassimplestructure,lowcost,showedclear,stableandreliable.

Keywords:

　STC89C52SCM　LCD1602　Hallsensor　

目　录

第1章　绪　论

1.1　课题研究背景与现状

时间是科学技术中最基本的物理量之一，无论是农业生产，还是工业自动控制，都与时间息息相关，尤其是中国的农业生产，和农历日期联系紧密，准确的农历日期，为农业生产、农民生活带来极大方便。

工业生产中的延时动作，定时动作等对时间的精确度要求较高。

小到运动员的百米赛跑，大到一项工程的实施，都和时间密不可分，所以，万年历随处可见。

但是，随着科技的发展，人们生活水平不断提高，人们所关心的不仅仅是时间，还有其他一些像室内温度、农历日期、星期等和人们生活联系紧密的数据，甚至对数字万年历的外观也提出新的要求，这就对万年历的功能提出新的更高的要求。

近年来随着计算机在社会各领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制方式日新月益。

控制方式有从模拟控制向数字控制转变的发展趋势。

微控制芯片具有强大的逻辑运算能力，它的出现，使得数字万年历不仅能给人们提供时间，而且还能提供很多新的功能，例如：

温度显示、农历显示、节气提示、语音提示、日程表、生日提示、星座查询、录音放音、风景控制等。

现在的好多数字万年历产品都通过控制内置灯光对万年历表面装饰图片进行扫描，实现动态风景；通过控制语音芯片发出各类鸟叫的声音，使人们生活在自己的房间里，仿佛身处大自然！

可见，现在的数字万年历不仅仅是一个智能化的、可以提供多信息的器件，更是室内的一道风景。

上海礼品公司生产的多功能万年历具有LED灯显示、年历、月历、时间显示、12小时或24小时制式、选择四组定时闹铃、整点铃响、按键音、小于100小时倒计时、世界16个城市现在时查询、1900年到2099年月历查询、八位数四则运算、百分比计算M+、M-和MRC存储运算功能货币换汇计算。

可见，多功能智能化数字万年历是以后万年历发展的方向，基于微控制芯片的数字万年历可以满足人们对万年历的多功能、界面友好和智能化的要求，数字控制技术将引起万年历新的重大改变。

1.2　本课题所做的工作

首先，本课题对系统主要功能进行分析，确定该系统的主要功能是：

阳历日期、时间显示、农历日期显示、星期显示、环境温度显示和定时闹铃，并可以修改时间，在修改时间的过程中，可以对月份天数自动判断。

其次，系统设计要做的工作是电源分析和设计，该设计选用的集成芯片都采用+5V电源供电，所以，要先对常见220V交流电源进行变换，得到较为稳定的、可以满足系统要求的+5V稳压电源。

最后，要对选用的芯片进行学习，尤其是其工作时序，这是实现系统的关键。

温度检测采用DS18B20，由于DS18B20是单总线温度传感器，所以，对其控制需要较严格的时序。

通过查阅资料和仿真掌握单总线数字温度传感器的时序要求和工作流程，该系统主要应用了DS18B20的跳过ROM匹配、温度转换、读取温度指令等。

时钟芯片采用DS1302，为三总线时钟芯片，为了能够使其正常工作，要学习其中的寄存器格式、寄存器特殊位作用、读取时间寄存器数据、写入时间寄存器数据等。

DS1302时钟芯片内部没有集成备用电源，所以，要对其掉电保护环节进行考虑和设计。

显示器件选用点阵带字库型12864液晶模块，由于液晶模块在写入指令或数据后，要经过一段时间才能完成内部动作，所以，对其读写控制时要有必要的延时，以等待液晶模块完成内部动作，才能使写入的数据或指令有效。

带字库型液晶模块有基本指令集和扩充指令集，本设计不需要显示图片，所以，采用基本指令集。

在时间设定环节，要有设定提示，本系统以游标闪烁方式提示用户当前所修改的数据，为此，要对游标闪烁控制方式进行学习。

第2章　数字万年历硬件设计

微控制芯片采用Atmel公司的AT89S52，其内部含有8k字节Flash，支持USBISP编程，十分方便。

温度传感器选用DS18B20，它支持3V～5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。

时钟芯片选用美国Dallas公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片DS1302。

显示部分选用界面友好的YM12864R液晶模块，其内部采用ST7920A控制器，内置8192个中文汉字（16×16），编程方便，可以节约很多的程序存储器空间。

2.1　微控制器选择

今天，微处理器已经无处不在，无论是录像机、智能洗衣机、移动电话等家电产品，还是汽车引擎控制，以及数控机床、导弹精确制导等都要嵌入各类不同的微处理器。

微处理器不仅是微型计算机的核心部件，也是各种数字化智能设备的关键部件，其芯片管脚如图所示。

AT89S52芯片管脚

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。

AT89S52具有8K在线系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在线系统可编程，亦适于常规编程器。

在芯片上，具有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用口，在这种模式下，P0口具有内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入口使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。

引脚号第二功能：

P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

P1.5MOSI（系统编程用）

P1.6MISO（系统编程用）

P1.7SCK（系统编程用）

P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入口使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在Flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入口使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下所示。

在Flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2INTO（外中断0）

P3.3INT1（外中断1）

P3.4TO（定时/计数器0）

P3.5T1（定时/计数器1）

P3.6WR（外部数据存储器写选通）

P3.7RD（外部数据存储器读选通）

此外，P3口还接收一些用于Flash闪存编程和程序校验的控制信号。

RST——复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位，其上电复位硬件原理如图所示。

上电复位硬件原理

ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN——程序存储器允许（PSEN）输出，是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/Vpp——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

该系统主控制电路硬件原理如图所示。

系统主控制电路硬件原理

2.2　温度测量环节设计

如今，温度传感器的总类可谓五花八门，各温度传感器的精度和控制方式都有所不同，价格也相差很大。

如何选择满足该系统测量室温的精度要求，并且价格低廉的温度传感器，是一个重要问题。

Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是一线总线接口的温度传感器，一线总线具有独特而经济的特点，性能价格比非常出色。

该系统需要测量室温，精度要求不是太高，所以，该系统选用DS18B20作为温度传感器，其管脚排列如图所

DS18B20管脚

微控制器控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：

每一次读写之前要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。

复位要求微控制器将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，然后发出60～240微秒的存在低脉冲，微控制器收到此信号表示复位成功，如果没有收到复位成功信号，则表示DS18B20出现问题，可以用来作为系统设计时的故障提示、判断信号。

DS18B20的单总线数据传输特点，决定了它严格的控制时序。

微控制器写1时，数据线必须先被拉至低电平，然后就被释放，使数据线在写时间片开始之后的15微秒之内拉至高电平。

微控制器写0时，数据线必须先被拉至低电平且至少保持逻辑低电平60微秒。

微控制器把数据线从高电平拉至低电平时，产生读时间片，数据线必须保持在逻辑低电平至少1微秒；来自DS18B20的输出数据在读时间片下降沿之后15微秒有效。

因此，为了读取从时间片开始算起15微秒的数据线状态，微控制器必须停止把数据线驱动至低电平。

在读时间片结束时，数据线经过外部的上拉电阻拉回至高电平。

所有读时间片的最短持续期限为60微秒，各个读时间片之间必须有最短为1微秒的恢复时间。

其读写时序如图所示。

DS18B20读写时间间隙

该系统对DS18B20进行操作用到的指令为：

跳过ROM匹配，命令字为0CCH；温度转换指令，命令字为44H；读温度指令，命令字为0BEH。

系统温度检测部分硬件原理如图所示。

系统温度检测部分硬件电路

2.3

时钟芯片环节

DS1302是美国Dallas公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

DS1302内部有一个31×8的用于临时存放数据的RAM寄存器。

DS1302采用主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。

DS1302电路的接口简单、价格低廉、工作电压为2.5V～5.5V，使用方便，被广泛地采用,所以，该系统选用DS1302。

DS1302管脚

DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源，在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。

DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。

当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电。

当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。

X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。

RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动至高电平来启动所有的数据传送。

RST输入有两种功能：

首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。

当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。

如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送。

I/O引脚变为高阻态。

上电运行时，在Vcc≥2.5V之前，RST必须保持低电平，只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。

I/O为串行数据输入输出端（双向），SCLK始终是输入端。

在对DS1302进行读写操作时,要首先了解它的控制字。

DS1302的控制字如图2-10所示。

控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0