智能電子計(jì)步器娟

本科生畢業(yè)論文設(shè)計(jì)題目_智能電子計(jì)步器_學(xué)生姓名_學(xué)生學(xué)號(hào)_指導(dǎo)教師_二級(jí)院系_信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院_專業(yè)班級(jí)_完成時(shí)間_2011年4月20日_本科生畢業(yè)論文論文題目智能電子計(jì)步器學(xué)生姓名_學(xué)生學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師二級(jí)院系_信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院_專業(yè)班級(jí)完成時(shí)間_2011年4月20日_目錄聲明II摘要IIIABSTRACTIV第1章概述111課題背景112課題意義1第2章系統(tǒng)分析與方案比較321系統(tǒng)的功能分析322系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路323方案論證與比較4231輸入模塊4232顯示模塊5第3章硬件設(shè)計(jì)及介紹631微處理器模塊6311外形和電路圖符號(hào)6312功能特點(diǎn)和組成632傳感模塊833顯示模塊8331數(shù)碼管類別9332數(shù)碼管引腳排列1034元件清單及開發(fā)環(huán)境10341元件清單10342設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境1135硬件電路圖設(shè)計(jì)及PCB印刷板11351硬件總電路圖11352關(guān)鍵部分電路圖12353PCB圖14第4章軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試1641總設(shè)計(jì)思路1642計(jì)步主程序設(shè)計(jì)1643調(diào)試檢查2144硬件使用說明21第5章總結(jié)23參考文獻(xiàn)24致謝24學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明本人所呈交的學(xué)位論文，系我個(gè)人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其它個(gè)人或機(jī)構(gòu)已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本研究做出貢獻(xiàn)的其它個(gè)人和集體，均已在文中明確說明和致謝。本人充分意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名日期年月日學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明本人完全了解有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留和向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交本論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。學(xué)?？梢詫⒈緦W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫，可以采用影印、縮印或其它復(fù)印手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密論文在解密后適用本聲明。論文作者簽名論文導(dǎo)師簽名日期年月日摘要隨著經(jīng)濟(jì)不斷增長，在快節(jié)奏、高效率的現(xiàn)代社會(huì)中，人們深知身體健康很重要。在不良飲食習(xí)慣與工作壓力下，不少人處于亞健康狀態(tài)。事實(shí)證明堅(jiān)持步行，就能達(dá)到鍛煉的目的。計(jì)步器的出現(xiàn)滿足了這類人的需求。計(jì)步器的主要功能是檢測步數(shù),通過步數(shù)和步幅可計(jì)算行走的路程，高級(jí)的計(jì)步器還可以計(jì)算人體消耗的熱量。但這些計(jì)算的主要依據(jù)是步數(shù)的檢測。本次智能電子計(jì)步器設(shè)計(jì)主要的功能是通過傳感器的感應(yīng)使計(jì)步器計(jì)步數(shù)，擴(kuò)展功能是計(jì)時(shí)和計(jì)算頻率，也就是計(jì)走過步數(shù)所用的時(shí)間從而算出每分鐘走多少步數(shù)。設(shè)計(jì)由震蕩傳感器和計(jì)數(shù)器兩部分組成。計(jì)數(shù)部分采用單片機(jī)ET44M210開發(fā)調(diào)試并編入程序。傳感部分使用自己制作的彈珠震蕩模塊來實(shí)現(xiàn)，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。并且考慮到手工制作的會(huì)比較粗糙，可能在震蕩過程中多計(jì)或少計(jì)步數(shù)，使計(jì)步不精確。為了解決這個(gè)問題特別加入防抖動(dòng)的部分，使其檢測更精準(zhǔn)。論文主要介紹了本課題的開發(fā)背景，所要完成的功能和開發(fā)的過程。重點(diǎn)說明了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和詳細(xì)設(shè)計(jì)過程。關(guān)鍵詞震蕩傳感器ET44M210單片機(jī)計(jì)步器ABSTRACTWITHTHEECONOMYGROWINGINAFASTPACED,HIGHEFFICIENCY,THEMODERNSOCIETY,PEOPLEKNOWTHATHEALTHISVERYIMPORTANTINUNHEALTHYEATINGHABITSANDWORKINGPRESSURE,MANYPEOPLEOFSUBHEALTHSTATEINTHEFACTSWALKCANACHIEVETHEPURPOSEOFTHEEXERCISEPEDOMETERSATISFIEDTHEDEMANDFORTHISKINDOFPERSONTHEMAINFUNCTIONISTOTESTPEDOMETERQUANTITYTHROUGHTHESTEPSANDSTRIDECANCALCULATETHEDISTANCESENIORPEDOMETERCANCOMPUTETHEHUMANCONSUMPTIONQUANTITYOFHEATBUTTHESECALCULATIONSTEPSISTHEMAINBASISOFDETECTIONTHISINTELLIGENTELECTRONICPEDOMETERDESIGNMAINFUNCTIONISTHEINDUCTIONBYSENSORSTOPROJECTPEDOMETEREFFICIENCYFUNCTIONEXPANSIONPROJECTISTIMINGANDCALCULATIONFREQUENCYITISALSOPLANSTOSTEPTIMEUSEDPASTCALCULATEHOWMANYSTEPSPERMINUTEWALKDESIGNBYVIBRATIONSENSORANDCOUNTERCOUNTPARTADOPTSSINGLECHIPMICROCOMPUTERET44M210DEVELOPMENTOFCOMMISSIONINGANDPUTINTOPROCEDURESSENSINGPARTUSINGHOMEMADEMARBLESCONCUSSIONMODULETOREALIZEBYMYSELFITISECONOMICALANDPRACTICALCONSIDERINGTHEHANDMADEWILLCOARSERITMAYBEINSHOCKPROCESSMUCHPLANORLESSQUANTITY,ANDMAKEPLANPROJECTSTEPARENOTACCURATEINORDERTOSOLVETHISPROBLEMISESPECIALLYTOJOINTHEJITTERPARTANDMAKEITSDETECTIONMOREACCURATETHISPAPERMAINLYINTRODUCEDTHEDEVELOPMENTBACKGROUNDANDSUBJECTTOCOMPLETETHEFUNCTIONSANDDEVELOPMENTPROCESSKEYILLUSTRATESTHEDESIGNINGIDEAOFTHESYSTEMANDDETAILEDDESIGNPROCESSKEYWORDSSHOCKSENSOR,ET44M210MICROCONTROLLER,PEDOMETER第1章概述11課題背景隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，快節(jié)奏、高效率的現(xiàn)代社會(huì)中，健康的生活對我們而言越來越重要。當(dāng)今生活的不良飲食習(xí)慣與工作壓力雙重考驗(yàn)下，人們的亞健康趨于嚴(yán)重，而對于繁忙工作的人群來說，鍛煉只可以說是一種美好的向往。因此在交通工具已十分發(fā)達(dá)的今天，最容易被遺忘的健身方法是什么是步行。下定決心，最容易堅(jiān)持終生的健身方法是什么也是步行。根據(jù)有關(guān)資料顯示步行對我們的身體健康起到了很大的作用1步行能增強(qiáng)心臟功能使血管彈，減少血管破裂的可能性。2步行能增強(qiáng)肌肉力量，強(qiáng)健腿足、筋骨，并能使關(guān)節(jié)靈活，促進(jìn)人體血液循環(huán)和新陳代謝。3步行可以增強(qiáng)消化腺的分泌功能，促進(jìn)胃腸有規(guī)律的蠕動(dòng)，增加食欲，對于防治高血壓、糖尿病、肥胖癥、習(xí)慣性便秘等癥都有良好的作用。4在戶外新鮮空氣中步行，大腦思維活動(dòng)變得清晰、靈活，可有效消除腦力疲勞，提高學(xué)習(xí)和工作效率。據(jù)有關(guān)專家測試，每周步行三次，每次一小時(shí)，連續(xù)堅(jiān)持4個(gè)月者與不喜歡運(yùn)動(dòng)的人相比，前者反映敏銳，視覺與記憶力均占優(yōu)勢。5步行可以保護(hù)環(huán)境，消除廢氣污染，對強(qiáng)健身體，提高身體免疫力，減少疾病，延年益壽也有積極的推動(dòng)作用。綜上所述為了我們的能擁有一個(gè)健康年輕的身體，也為了不增加城市交通負(fù)擔(dān)和環(huán)境污染，步行可以說是最明智的選擇。12課題意義俗話說“百練不如一走”，“步行是運(yùn)動(dòng)之王”?？茖W(xué)家最新研究結(jié)果提示，如果一個(gè)人可以步行400米，折算一下是500步左右。這就說明他的身體狀況至少能多活6年以上，而且走得越快，壽命就越長?？赡茉诤芏嗳搜劾锟磥恚叫信c身體情況以及壽命沒有直接性的聯(lián)系，但根據(jù)多次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，老年人能否在短時(shí)間內(nèi)可以走完500步是一個(gè)重要的標(biāo)志，并且間接關(guān)系著他們能不能抵御更大的疾病。美國匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院從事該研究的帶頭人艾恩紐曼教授指出，那些無法走完500步的老年人，在將來的生活中，要比能走完500步的人更加具有面對嚴(yán)重疾病或死亡的危險(xiǎn)。紐曼及其科研小組對2700位年齡介于7079歲的老年人進(jìn)行了測試，讓他們完成步行任務(wù)，并且不帶任何比賽獎(jiǎng)勵(lì)的性質(zhì)。所有參于測試者都事先經(jīng)過體檢，證明其身體健康，他們也都表示走這點(diǎn)路一點(diǎn)也不費(fèi)勁。但最終只有86的人完成了比賽?？茖W(xué)家隨后對所有的參與者進(jìn)行了6年的跟蹤研究。研究發(fā)現(xiàn)完成步行者與未完成者之間出現(xiàn)很大的不同。那些沒有走完全程的人，在后來患上重病或死亡的危險(xiǎn)非常大。完成步行所用時(shí)間也相當(dāng)重要。那些雖然完成步行，但處在最慢的25人群中的人，其死亡的危險(xiǎn)程度明顯比快行者高出3倍。美國醫(yī)學(xué)專家推薦了一個(gè)用走路自測健康狀況的公式如果你能在10分鐘內(nèi)走完1000步，說明健康狀況良好；如果能在20分鐘內(nèi)走完2000步，說明健康狀況優(yōu)秀；而如果能在30分鐘內(nèi)走完3000步，那么你的身體狀況與一個(gè)青壯年小伙子一樣棒。正因?yàn)椴叫袑】灯鸬饺绱酥匾淖饔茫中枰容^合理的測出行走的步數(shù)，一個(gè)小巧方便的計(jì)步器是不可或缺的。它是一種健康電子產(chǎn)品，顧名思義就是在你走步的時(shí)候幫你計(jì)算一共走了多少步，是一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又科學(xué)的小工具。計(jì)步器可以幫我們完成每天走步計(jì)數(shù)目標(biāo)?？偟膩碚f，計(jì)步器的開發(fā)研制對健康生活極其關(guān)鍵。它不僅僅是一個(gè)計(jì)數(shù)的機(jī)器，更是一個(gè)督促運(yùn)動(dòng)，與健康密切聯(lián)系的必需品。第2章系統(tǒng)分析與方案比較21系統(tǒng)的功能分析1基本功能根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)步器，要求自行設(shè)計(jì)供電電源，該計(jì)步器能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)步功能。即加1計(jì)數(shù)器步數(shù)最大值為99999。2擴(kuò)展功能（1）記錄本次健身時(shí)間時(shí)間單位為分鐘。（2）能夠計(jì)算和顯示平均速率每分鐘走的步數(shù)。22系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路計(jì)步器由控制器模塊，輸入模塊，輸出模塊和電源模塊組成。對仿真器進(jìn)行編程，使單片機(jī)作為主控制設(shè)備對采集到的傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，最后通過LED數(shù)碼管顯示輸出。系統(tǒng)組成框圖如圖21所示。圖21系統(tǒng)方案框圖23方案論證與比較根據(jù)總體設(shè)計(jì)思路分別對輸入模塊和顯示模塊做出分析和比較。231輸入模塊方案一采用獨(dú)立式按鍵作為輸入模塊，其特點(diǎn)是直接使用I/O口構(gòu)成單個(gè)按鍵電路，接口電路配置較為靈活，按鍵識(shí)別和軟件結(jié)構(gòu)簡單。但是當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)，占用的I/O口較多，比較浪費(fèi)資源，其原理圖如圖22所示圖22獨(dú)立的功能按鍵方案二采用矩陣式鍵盤作為輸入電路，其特點(diǎn)是當(dāng)鍵數(shù)越多時(shí)越節(jié)約I/O口，比較節(jié)省資源，但缺點(diǎn)是電路和軟件結(jié)構(gòu)稍稍繁瑣。其原理圖如圖23所示圖2344矩陣式鍵盤電路圖綜上所述，本設(shè)計(jì)使用獨(dú)立式按鍵作為計(jì)步器的計(jì)數(shù)按鍵。原因是這個(gè)計(jì)步器按鍵較少，僅需3個(gè)按鍵。若采用鍵盤輸入為軟件設(shè)計(jì)增加負(fù)擔(dān)。并且考慮到本次設(shè)計(jì)中使用的I/O口不是很多，選擇方案一是明智之舉。232顯示模塊方案一用LCD顯示，需要使用專用的驅(qū)動(dòng)控制芯片，如PIC16F873，其特點(diǎn)是軟件實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，且價(jià)格較貴。方案二采用LED數(shù)碼管串行靜態(tài)顯示，雖然其顯示亮度高，但是如果顯示器位數(shù)較多，需要增加鎖存器，占用I/O口線較多，CPU的消耗大。并且電路連接較為繁瑣。方案三采用LED數(shù)碼管并行動(dòng)態(tài)顯示，顯示亮度不及靜態(tài)顯示，但電路相對簡單，適合于顯示位數(shù)較多的設(shè)計(jì)。綜上所述，考慮到用到5位數(shù)字顯示，為了不增加電路的負(fù)重感，所以采用方案三使用2個(gè)三位一體并行動(dòng)態(tài)數(shù)碼管。該數(shù)碼管具有程序編寫簡單，對外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)的特點(diǎn)。其排列形狀如圖24所示。圖24數(shù)碼管排列形狀第3章硬件設(shè)計(jì)及介紹31微處理器模塊本設(shè)計(jì)規(guī)定使用ET44M210芯片，該芯片由臺(tái)灣義統(tǒng)電子股份有限公司（ETOMSELECTRONICSCORP）設(shè)計(jì)，是一款采用CMOS工藝制造，低價(jià)格高性能低功耗的8位SOC微控制器。311外形和電路圖符號(hào)圖31外形圖圖32電路圖符號(hào)312功能特點(diǎn)和組成ET44M210芯片采用RISC指令集架構(gòu)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量13KB，程序存儲(chǔ)器容量50PTB7/KWU71DVSS02PTA0/KWU83PTA1/KWU94PTA2/KWUA5PTA3/KWUB6/RST7DVDD08PTA49PTA510PTA611PTA7/PWM012AVSS013TUSB_CLK14UPRT_D15UPRT_D16DPRT2_D17DPRT2_D18DPRT3_D19DPRT3_D20DPRT4_D21DPRT4_D22DVDD223DPRT2_OVCUR_DET24DPRT3_OVCUR_DET25DPRT4_OVCUR_DET26DPRT2_PWR_EN27DPRT3_PWR_EN28DPRT2_PWR_EN29VUSB_33V30AVDD0_5V31REG_C32TEST_D033TEST_D134TEST_D235TEST_D336TEST_D437TEST_D538TEST_D639TEST_D740TEST_C041TEST_C142TEST_C243PTB0/KWU044PTB1/KWU145PTB2/KWU246PTB3/KWU347PTB4/KWU448PTB5/KWU549PTB6/KWU651AVDD152RF_ACT53TXRX54RFIO55AVSS156PTC0/SDI57PTC1/SDO58PTC2/SCK59PTC3/EINT060PTC4/EINT161PTC5/PWM162PLLC63DVSS164OSCO65OSCI66DVDD167/PRST68PGCLK69PGDATA70RCI71NC72NC73NC74NC75NC76DVSS377PTD0/ADC078AVSS279PTD1/ADC180PTD2/ADC281PTD3/ADC382PTD4/ADC483PTD5/ADC584PTD6/ADC685PTD7/ADC786VREF_ADC87PTE0/ADC888PTE1/ADC989PTE2/ADCA90PTE3/ADCB91PTE4/ADCC92PTE5/ADCD93PTE6/ADCE94PTE7/ADCF95AVDD296DVDD397PTF098PTF199PTF2100PTF3ET44M21016KB，堆棧層數(shù)16層，中斷源20個(gè)。主要功能特點(diǎn)有1具有42個(gè)I/O引腳，可設(shè)置上拉電阻和按鍵喚醒功能2具有一個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器TCC和16位長時(shí)定時(shí)器FRC3具有一個(gè)串行外圍接口SPI4具有2路16位的脈寬調(diào)制輸出PWM5具有一個(gè)10位16路模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC6具有一個(gè)24GMH無線射頻調(diào)制解調(diào)器WM7具有一個(gè)符合USB11通信協(xié)議的全速USB接口芯片的內(nèi)部組成如下圖33所示圖33微處理器內(nèi)部組成本次設(shè)計(jì)中所涉及到的微處理器部分是輸入輸出I/O接口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)，中斷控制。（1）輸入輸出I/O接口芯片最多可以有42個(gè)I/O引腳PTA07，PTB07，PTC05，PTD07，PTE07，PTF03，通過有關(guān)寄存器的設(shè)置可以定義這些引腳為輸入或輸出。所有引腳都可以選擇內(nèi)部上拉電阻，部分引腳可以選擇集電極開路。此外，還可以選擇按鍵喚醒功能。（2）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器DOWNSTREAMPORT3UPSTREAMPORTRFMODULEROM/RAMI/OPORTTIMER/CPWMADCSPIMCUUSBHUBEMBEDDEDPORTWMPLL芯片除了通常的帶預(yù)除器的8位的計(jì)數(shù)器外，還有一個(gè)16位的“長時(shí)計(jì)數(shù)器”，可以很方便地實(shí)現(xiàn)長時(shí)定時(shí)，具有定時(shí)器溢出中斷的功能。（3）中斷控制芯片所有功能模塊的響應(yīng)都是通過中斷工作方式來實(shí)現(xiàn)的。ET44M210將ROM存儲(chǔ)器的0X10到0XA8的區(qū)域作為20個(gè)中斷響應(yīng)入口。本設(shè)計(jì)是用FRC計(jì)時(shí)器0X0020自由計(jì)數(shù)器溢出中斷，自由計(jì)數(shù)器從FFFFH到0000H時(shí)可以發(fā)生中斷1232傳感模塊本次設(shè)計(jì)由于沒有現(xiàn)成的傳感器使用，并考慮到降低成本，合理利用身邊易獲得的材料自制一個(gè)震蕩模塊，其由一盒子和一個(gè)小鋼珠組成，用無導(dǎo)電性的有機(jī)玻璃制作成盒子狀，使用氯仿將一塊導(dǎo)電的銅片粘合固定于盒子底部，再將另一塊銅片粘在盒子的正前方玻璃壁上，并確保2塊銅片無連接。最后將能起到導(dǎo)電作用的小鋼珠放置其中，在前后搖動(dòng)盒子的同時(shí)，將會(huì)使小鋼珠一前一后運(yùn)動(dòng)，使電路導(dǎo)通從而計(jì)步。最后在盒子的前后各連一根導(dǎo)線作為輸入端和接地端，讓震蕩信息轉(zhuǎn)化為開關(guān)信號(hào)達(dá)到傳感器的作用。為了方便使用和收納，增加了一個(gè)插座使得計(jì)步器在不使用時(shí)可以與傳感器分開保存，在需要使用時(shí)才連接的作用。本設(shè)計(jì)新穎，構(gòu)思巧妙，改變了現(xiàn)有擺錘與開關(guān)傳感器分離設(shè)計(jì)的思念，合理設(shè)計(jì)成一體化的震蕩模塊，通用于各種造型的殼體或者電路板結(jié)構(gòu)上，確保其計(jì)步精度不因電路板焊接差異而產(chǎn)生誤差，也可大大降低實(shí)際生產(chǎn)成本。結(jié)構(gòu)示意圖如下圖34所示圖34自制傳感器示意圖33顯示模塊本次設(shè)計(jì)使用的是型號(hào)為SP420562K三位一體共陰數(shù)碼管。331數(shù)碼管類別按照數(shù)碼管上各發(fā)光二極管的電極的連接方式不同，可以將數(shù)碼管分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。共陰極數(shù)碼管是指把A、B、C、D、E、F、G這7個(gè)發(fā)光二極管的陰極連接到一起，形成公共陰極COM的數(shù)碼管。共陰極數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰極數(shù)碼管內(nèi)部連接如圖35所示。圖35共陰數(shù)碼管內(nèi)部連接圖共陽極數(shù)碼管是指把A、B、C、D、E、F、G這7個(gè)發(fā)光二極管的陽極連接到一起，成公共陽極COM的數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到5V電源上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陽數(shù)碼管內(nèi)部連接如圖36所示。圖36共陽數(shù)碼管內(nèi)部連接圖數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)（掃描）顯示，按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件譯碼之分。本設(shè)計(jì)根據(jù)上述比較后選擇了動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)，動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃”A,B,C,D,E,F,G,DP”的同名端連在一起。其占用CPU時(shí)間多，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，但能夠節(jié)省大量的I/O端口，硬件開銷小，而且功耗更低，可以降低成本和電源功耗。硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完成，CPU只要送出標(biāo)準(zhǔn)的BCD碼即可，硬件接線有一定標(biāo)準(zhǔn)。軟件譯碼是用軟件來完成硬件的功能，硬件簡單，接線靈活，顯示段碼完全由軟件來處理，是目前常用的顯示驅(qū)動(dòng)方式。5332數(shù)碼管引腳排列而本次設(shè)計(jì)使用到的數(shù)碼管型號(hào)為SP420562K，其中引腳11，7，4，2，1，10，5，3連接輸入端；引腳12，9，8連接輸出端。排列順序以及引腳分布如圖37和圖38所示。圖37數(shù)碼管的排列圖38數(shù)碼管的引腳圖34元件清單及開發(fā)環(huán)境341元件清單開發(fā)電路板一塊ET44M210芯片一塊SP420561K三位LED數(shù)碼管2組160歐電阻8個(gè)，1千歐5個(gè)按鍵3個(gè)開關(guān)，切換模式，計(jì)數(shù)S9013NPN型三極管5個(gè)發(fā)光二級(jí)管1個(gè)指示燈導(dǎo)線若干342設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境WINDOWSXP/2000VISUALSTUDIO2008PROTEL2004ET44M210仿真器軟件ETUSBWICE21235硬件電路圖設(shè)計(jì)及PCB印刷板351硬件總電路圖根據(jù)以上的分析和設(shè)計(jì)思路綜合設(shè)計(jì)并使用PROTEL2004軟件畫出總電路圖如圖39所示圖39總設(shè)計(jì)電路圖352關(guān)鍵部分電路圖其中，顯示部分使用I/O引腳是PTB07作為數(shù)碼管輸入的八個(gè)端口，設(shè)計(jì)時(shí)為避免電流過大而導(dǎo)致數(shù)碼管損壞又在其每個(gè)輸入口串聯(lián)一個(gè)電阻。電阻值根據(jù)電壓33伏除以數(shù)碼管電流20毫安計(jì)算得到約為160歐。PTD04作為輸出5個(gè)端口，分別輸出個(gè)位到萬位上的數(shù)字，并串聯(lián)S9013NPN型三極管放大電路。其中NPN型三極管的發(fā)射極連接數(shù)碼管的輸入端?；鶚O連接一個(gè)電阻值為1000歐的電阻，集電極接地。實(shí)驗(yàn)過程中使用萬用表區(qū)別三極管的3個(gè)極。首先將萬用表打到1K檔，先用黑表筆接三極管的任意一個(gè)腳，再用紅表筆測其他兩個(gè)腳，直到找到紅表筆測的任意兩個(gè)腳都是數(shù)十K時(shí)，說明黑表筆所接的是三極管的基極，另兩個(gè)腳阻值大的是發(fā)射極，阻值小的是集電極。具體電路圖如圖310顯示部分所示圖310顯示部分本設(shè)計(jì)采用15V電池2節(jié)，外形小巧易攜帶。電路圖如下圖311所示圖311電池部分本設(shè)計(jì)的濾波部分由2個(gè)電容組成，一個(gè)10微法的電解電容，濾除低頻波；另一個(gè)01微法的瓷片電容，濾除高頻波。濾波電路圖如下圖312所示圖312濾波部分根據(jù)單片機(jī)要復(fù)位，本質(zhì)上是在其RESET腳上保持一定時(shí)間的高電平，檢測到這個(gè)電平保持時(shí)間大于它要求的時(shí)間就會(huì)自動(dòng)復(fù)位的道理。本次復(fù)位電路設(shè)計(jì)是由一個(gè)按鍵一個(gè)較小電容和電阻組成。按鍵按下后電容相當(dāng)于被短路放電、RST直接和VDD相連，就是高電平，此時(shí)進(jìn)入“復(fù)位狀態(tài)”。松手后電源開始對電容器充電，此時(shí)，充電電流在電阻上，形成高電平送到RST，仍然是“復(fù)位狀態(tài)”,稍后，充電結(jié)束，電流降為0，電阻上的電壓也將為0，RST降為低電平，開始正常工作。電容和電阻的取值則根據(jù)RC電路響應(yīng)時(shí)間，上電對電容充電，充電的時(shí)間保證在復(fù)位高電平要求時(shí)間。一般10UF和10K就可以了，只要復(fù)位腳通過至少2個(gè)時(shí)間機(jī)器周期的高電平，單片機(jī)就復(fù)位。它們選取也是按照大于等于2個(gè)時(shí)間機(jī)器周期的時(shí)間常數(shù)計(jì)算出來的。電路圖如圖313所示圖313復(fù)位電路353PCB圖設(shè)計(jì)PCB的流程主要包括1準(zhǔn)備原理圖和SPICENETLIST。2規(guī)劃電路板也就是采用板材的物理尺寸，和元件的封裝形式極其安裝位置，此步極為關(guān)鍵。3設(shè)置參數(shù)包括元件的布置參數(shù)和布線參數(shù)。4裝入SPICENETLIST及元件封裝完成電路板的自動(dòng)布線。5布局元件由PROTEL2004自動(dòng)完成。6自動(dòng)布線和手工調(diào)整。7保存及輸出文件。其中特別需要注意的有兩點(diǎn)首先，要仔細(xì)考慮PCB尺寸的大小過大導(dǎo)致印制線條長，阻抗增加；過小則散熱不好。其次布線時(shí)要注意輸入/輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。本設(shè)計(jì)的PCB如下圖314所示圖314印制電路板第4章軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試41總設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)采用C語言對單片機(jī)進(jìn)行編程。為了使程序條理清晰，整個(gè)程序由計(jì)數(shù)，定時(shí)，計(jì)算頻率，數(shù)碼管顯示四部分組成。其中定時(shí)器用的是FRC計(jì)時(shí)器，當(dāng)FRCE是1時(shí)開通計(jì)時(shí)器功能，0則關(guān)閉。FRCOF，狀態(tài)寄存器的計(jì)時(shí)器溢出標(biāo)志。當(dāng)FRC的值從FFFFH0000H時(shí)，F(xiàn)RC溢出中斷標(biāo)志FRCOF置為1，程序轉(zhuǎn)入該中斷向量地址0X0020去執(zhí)行對應(yīng)的中斷子程序。顯示部分顯示的是5位計(jì)步數(shù)最大計(jì)數(shù)為99999，步數(shù)走過的時(shí)間（分鐘為單位）以及頻率（取整數(shù)）。以下詳細(xì)介紹了主程序的設(shè)計(jì)。242計(jì)步主程序設(shè)計(jì)主程序包括開始停止清零過程，頻率計(jì)算部分和計(jì)數(shù)部分。主要設(shè)計(jì)思路是按鍵1與PTC2管腳連接，只有在COUNT_OFF1模式下按鍵有效，功能是切換不同的顯示內(nèi)容，默認(rèn)狀態(tài)是DIAPLAY_MODE0顯示當(dāng)前步數(shù)；按下一次DIAPLAY_MODE1顯示時(shí)間格式為HHMM（小時(shí)分鐘）；再按下一次DIAPLAY_MODE2顯示當(dāng)前時(shí)間內(nèi)的步頻，為步數(shù)比上時(shí)間。如果時(shí)間MIN8/LFRC160INTF0X00FRCC0PRIE0X01INTEGIEEINT1EFRCOEEINT0E/中斷設(shè)置FRCOE外部中斷0，1使能INTF0X00/請中斷標(biāo)志EINTED0X00/下降沿觸發(fā)外部中斷COUNT_P0/初始化的時(shí)候步數(shù)為0COUNT_OFF2/初始化的時(shí)候停止計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)DIAPLAY_MODE0/默認(rèn)顯示走過的步數(shù)PTF0X01/開始紅色LED亮WHILE1IFCOUNT_OFF0/顯示當(dāng)前計(jì)數(shù)值按下計(jì)數(shù)按鍵顯示增加1BUSHUTRANCOUNT_PELSEIFCOUNT_OFF1/如果處于停止計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)狀態(tài)LED顯示/此時(shí)按下顯示模式切換的話可以在屏幕上顯示步數(shù)、走過時(shí)間XX小時(shí)XX分鐘/以及顯示走過的頻率默認(rèn)顯示為走過的步數(shù)/PTC2為模式切換按鍵按下后切換顯示內(nèi)容只有停止計(jì)數(shù)后按下有效IFPTCWHILEPTC/按鍵延時(shí)去抖動(dòng)DELAY_NMS50DIAPLAY_MODE/切換模式IFDIAPLAY_MODE2DIAPLAY_MODE0/43調(diào)試檢查在調(diào)試過程中，我所做的首先是查找電路中是否有焊接位置的錯(cuò)誤，其次檢查是否有虛焊部分。在確保電路焊接無誤的情況下，連接USB下載程序，編譯無錯(cuò)誤。為了檢查程序是否能是電路成功運(yùn)行，我把傳感的部分先用按鍵代替。這樣做的目的是檢查除了傳感部分的其他部分能否正常運(yùn)行。最后才連接自制的震蕩傳感器，在實(shí)驗(yàn)過程中，確實(shí)也碰到了事先預(yù)想的問題，也就是震蕩一次多計(jì)數(shù)的問題，根據(jù)原先的設(shè)想的解決辦法加入防抖動(dòng)程序或者加長延時(shí)時(shí)間和并聯(lián)一個(gè)較小電容。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比較，三個(gè)方法中較易進(jìn)行的是把延時(shí)時(shí)間變長，程序如下IFPTCWHILEPTC/按鍵延時(shí)去抖動(dòng)經(jīng)過多次比較后，選擇了最合適的延時(shí)時(shí)間，使計(jì)數(shù)更精確。44硬件使用說明按鍵介紹如下本設(shè)計(jì)一共3個(gè)按鍵，按鍵1在電路板下方左邊起切換作用，按鍵2在中間起開關(guān)作用，按鍵3在右邊代替?zhèn)鞲衅鲿r(shí)使用起計(jì)數(shù)作用。操作過程是如下1初始狀態(tài)，屏幕顯示”。上電時(shí)，默認(rèn)為COUNT_OFF2，DIAPLAY_MODE0狀態(tài)。此時(shí)按下按鍵2，計(jì)數(shù)開始，計(jì)時(shí)也開始。2按下按鍵3（代替?zhèn)鞲衅鲿r(shí)使用），按一次步數(shù)增加1，指示燈每秒閃一次。3若想停止計(jì)數(shù)，則再次按下按鍵2，此時(shí)屏幕顯示步數(shù)（默認(rèn)DIAPLAY_MODE0），（如果再按按鍵3計(jì)數(shù)也不會(huì)增加）。這點(diǎn)的好處是在換上震蕩傳感器使用時(shí)，不會(huì)因?yàn)閬聿患安鹣露鴮?dǎo)致繼續(xù)計(jì)步，使計(jì)數(shù)測量過程很切實(shí)際。4此時(shí)可以按下按鍵1，按下一次顯示時(shí)間，再按下顯示頻率，在按下又顯示步數(shù)，循環(huán)顯示。5計(jì)步完畢，需要清零，按下按鍵2，此時(shí)屏幕又重新顯示”，表示清零等待下一個(gè)計(jì)步數(shù)周期。第5章總結(jié)經(jīng)過近四個(gè)月的學(xué)習(xí)與努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。在次過程中由于對仿真軟件不太熟悉，在使用ET_USBICE軟件設(shè)計(jì)過程中遇到過一些困難，在沙立仁導(dǎo)師的幫助下一一解決了，不僅學(xué)會(huì)了一些電路仿真設(shè)計(jì)能力,而且在解決這些問題的過程也是對自身專業(yè)素質(zhì)的一種提高。在制作硬件的過程中心得體會(huì)也是不少。在焊接過程中元件必須清潔和鍍錫，焊接前用小刀刮掉氧化膜，然后再進(jìn)行焊接。焊接時(shí)應(yīng)使電烙鐵的溫度高于焊錫的溫度以烙鐵頭接觸松香剛剛冒煙為好。焊接點(diǎn)的上錫數(shù)量焊接點(diǎn)上的焊錫數(shù)量不能太少，太少了焊接不牢，機(jī)械強(qiáng)度也太差。而太多容易造成外觀一大堆而內(nèi)部未接通。焊錫應(yīng)該剛好將焊接點(diǎn)上的元件引腳全部浸沒，輪廓隱約可見為好。在調(diào)試過程中，首先檢查程序段的邏輯問題。程序段的延時(shí)等部分是否編寫合理，檢查無誤。進(jìn)而檢查電路連接問題。必須檢查有無漏焊、虛焊以及由于焊錫流淌造成的元件短路。虛焊較難發(fā)現(xiàn)，可用鑷子夾住元件引腳輕輕拉動(dòng)，如發(fā)現(xiàn)搖動(dòng)應(yīng)立即補(bǔ)焊。解決了上述問題后再次進(jìn)行檢測，最終完成了調(diào)試。通過搭建電路板學(xué)習(xí)到手工電烙鐵的焊接技術(shù)，能夠獨(dú)立的完成簡單電子產(chǎn)品的安裝與焊接、印制電路板圖的設(shè)計(jì)制作等。熟悉電子產(chǎn)品的安裝工藝的生產(chǎn)流程，了解電子產(chǎn)品的調(diào)試方法。其次，熟悉常用電子器件的類別、型號(hào)、規(guī)格、性能及其使用范圍，能查找資料，查閱有關(guān)的電子器件圖書等。最后，雖然還是不夠嫻熟，但基本能編寫一些簡單的程序。這些知識(shí)不僅在課堂上有效，在日常生活中更是有著現(xiàn)實(shí)意義，也對自己的動(dòng)手能力是個(gè)很大的鍛煉。在設(shè)計(jì)中，提高了自己解決問題的能力。通過本次設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高了我分析問題和解決問題的能力，增強(qiáng)了獨(dú)立工作的能力。由于本系統(tǒng)從開始的計(jì)劃到后來的具體實(shí)施的這段時(shí)間，無論在時(shí)間和細(xì)致程度來說都是有限的，所以程序真正投入使用還是會(huì)有些許不妥之處，希望各位老師能給予批評和指導(dǎo)。能在今后的不斷的學(xué)習(xí)和努力中，把程序做得更好，真正達(dá)到本設(shè)計(jì)的作用。最后，感謝導(dǎo)師沙立仁老師所給予的幫助。參考文獻(xiàn)1沙立仁ET44M210匯編語言講義2董勝源ET44系列USB單片機(jī)控制與實(shí)踐M北京北京航空工業(yè)大學(xué)出版社3梁森自動(dòng)檢測技術(shù)及應(yīng)用M北京機(jī)械工業(yè)出版社4楊頌華，馮毛官，孫萬蓉，胡力山數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M西安西安電子科技大學(xué)出版社5李朝青單片機(jī)原理及接口技術(shù)M北京電子工業(yè)出版社，20046譚博學(xué),苗匯靜集成電路原理及應(yīng)用M北京電子工業(yè)出版社，200397白中英數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)（第四版立體化教材）M北京科學(xué)出版社，20088崔武子，趙重敏，李青C程序設(shè)計(jì)教程M北京清華大學(xué)出版社，200769馬忠梅單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M北京北京航天大學(xué)出版社,20031110李義府模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M國際科技大學(xué)出版社,200411HARPRITSINGHSANDHURUNINGSMALLMOTORSWITHPICMICRONTROLLERS,MCGRAWHILLPROFESSIONALJ200912BOSCHREXROTHAGREXROTHMTXTHENEWCNCSYSTEMSOLUTIONPERFECTCUTTINGANDFORMINGJ2006致謝在我的論文完成過程中，得到了很多人的幫助與支持。首先，最感謝的是我的導(dǎo)師沙立仁老師，感謝他對我學(xué)業(yè)的關(guān)心與指導(dǎo)，他以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，給我提出了許多批評與建議，使我受益匪淺。在我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，他抽出很多時(shí)間和我討論系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題，使我的論文得以如期完成，在此致上最真摯的謝意。其次，感謝家人給予我學(xué)業(yè)上和生活上的支持與照顧。同時(shí)感謝給與我?guī)椭母魑焕蠋熗瑢W(xué)以及朋友們。附錄實(shí)物圖設(shè)計(jì)代碼及詳細(xì)注釋如下/頭文件INCLUDE“ET44M210CH“/DEFINEVALUE5536/宏定義預(yù)載值VALUE6553660000/65536HFRCLFRC1/6MHZ/21160/變量定義CONSTUNSIGNEDCHARLED12/09DP數(shù)碼數(shù)據(jù)0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F,0X80,0X40/0X80代表“0X40代表“UNSIGNEDCHARLED_DATA50,0,0,0,0/顯示模式下LED_DATA4LED_DATA3顯示小時(shí)數(shù)據(jù)LED2顯示“作為間隔/LED_DATA1LED_DATA0分鐘UNSIGNEDINTPINLV0/中斷計(jì)數(shù)變量TCOUNTUNSIGNEDCHARTCOUNT0/中斷計(jì)數(shù)變量TCOUNTUNSIGNEDCHARSEC0/設(shè)置秒變量SECUNSIGNEDINTMIN0/設(shè)置分變量MINUNSIGNEDINTMINEND0/設(shè)置分變量MINEND存儲(chǔ)最后時(shí)間數(shù)據(jù)UNSIGNEDCHARHOUR0/設(shè)置時(shí)變量HOURUNSIGNEDCHARI0/變量UNSIGNEDCHARCOUNT_OFF0/是否停止計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)COUNT_OFF0計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)開始/COUNT_OFF1停止計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)此時(shí)可以選擇顯示模式/COUNT_OFF2清零頻率時(shí)間步數(shù)數(shù)據(jù)UNSIGNEDINTTEMP0/變量UNSIGNEDCHARDIAPLAY_MODE0/設(shè)置顯示狀態(tài)標(biāo)志DIAPLAY_MODE0顯示走過的步數(shù)/DIAPLAY_MODE1顯示走過的時(shí)間DIAPLAY_MODE2顯示走過的頻率（步/分鐘）UNSIGNEDINTCOUNT_P0,COUNT_PEND0/所計(jì)步數(shù)UNSIGNEDCHARLED_DIS0/子程序定義VOIDDELAY_NUSUNSIGNEDINTN/延時(shí)NUSVOIDDELAY_NMSUNSIGNEDINTN/延時(shí)NMSVOIDLED_DISPLAYVOID/LED掃描顯示子程序VOIDBUSHUTRANUNSIGNEDINTNU/將步數(shù)轉(zhuǎn)換為LED顯示的內(nèi)容VOIDTIMETRANUNSIGNEDINTNO/將時(shí)間轉(zhuǎn)換為LED顯示的內(nèi)容VOIDPINLVTRANUNSIGNEDINTNF/將頻率轉(zhuǎn)換為LED顯示的內(nèi)容/MAIN主程序VOIDMAINVOIDIOCA0X00IOCB0X00IOCCPUCCPTC5PTC4PTC3PTC2PTC1PTC0/PTC05為輸入端口上拉電阻IOCD0X00IOCE0X00IOCF0X00/PTF0驅(qū)動(dòng)紅色二極管燈PTA0X00PTB0X00/PTB驅(qū)動(dòng)LED輸出PTC0X00PTD0X00/PTD04控制LED045個(gè)數(shù)碼管的通斷PTE0X00PTF0X00DELAY_NMS1000/等待1秒穩(wěn)定可以縮短時(shí)間去除也可以/HFRC21/FRC定時(shí)器10MSVALUE8/LFRC160INTF0X00FRCC0PRIE0X01INTEGIEEINT1EFRCOEEINT0E/中斷設(shè)置FRCOE外部中斷0，1INTF0X00/請中斷標(biāo)志EINTED0X00/下降沿觸發(fā)外部中斷COUNT_P0/初始化的時(shí)候步數(shù)為0COUNT_OFF2/初始化的時(shí)候停止計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)DIAPLAY_MODE0/默認(rèn)顯示走過的步數(shù)PTF0X01/開始紅色LED亮WHILE1IFCOUNT_OFF0/顯示當(dāng)前計(jì)數(shù)值按下計(jì)數(shù)按鍵顯示增加1BUSHUTRANCOUNT_PELSEIFCOUNT_OFF1/如果處于停止計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)狀態(tài)LED顯示/此時(shí)按下顯示模式切換的話可以在屏幕上顯示步數(shù)、走過時(shí)間XX小時(shí)XX分鐘/以及顯示走過的頻率默認(rèn)顯示為走過的步數(shù)/PTC2為模式切換按鍵按下后切換顯示內(nèi)容只有停止計(jì)數(shù)后按下有效IFPTCWHILEPTC/按鍵延時(shí)去抖動(dòng)DELAY_NMS50DIAPLAY_MODE/切換模式IFDIAPLAY_MODE2DIAPLAY_MODE0IFDIAPLAY_MODE0/顯示計(jì)數(shù)值BUSHUTRANCOUNT_P/數(shù)碼管顯示當(dāng)前走過的步數(shù)ELSEIFDIAPLAY_MODE1TIMETRANMINEND/數(shù)碼管顯示走過時(shí)間值ELSEIFDIAPLAY_MODE2PINLVTRANPINLV/數(shù)碼顯示走步頻率（取整數(shù)）ELSEIFCOUNT_OFF2/顯示“表明處于停止計(jì)數(shù)等待開始狀態(tài)LED_DATA011LED_DATA111LED_DATA211LED_DATA311LED_DATA411LED_DISPLAY/中間按鍵中斷VOIDINT0_ISRVOIDINTERRUPTEINT0_VEC/用于顯示停止計(jì)數(shù)時(shí)候的不同顯示內(nèi)容DELAY_NMS100/延時(shí)鍵盤去抖動(dòng)WHILEPTC/按鍵按下PTC的PTC4管腳電平為低PTCCOUNT_OFFIFCOUNT_OFF2COUNT_OFF0IFCOUNT_OFF0INTFELSEIFCOUNT_OFF1/COUNT_OFF1停止計(jì)數(shù)默認(rèn)顯示步數(shù)此時(shí)按下最左邊按鍵可以切換顯示內(nèi)容/DELAY_NMS20PINLV0MINENDMIN1TEMPCOUNT_P