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毕业设计（论文）报告

题 目

院（系）别 专 业

姓 名 学 号 指导教师

2011年 4 月

摘 要

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本设计是基于51单片机控制的计步器，这种系统具有很强的适用性、灵活性、先进性,它的应用大大方便了人们的生活。本文给出了系统的硬件组成和硬软件设计方法，介绍了计步器的基本结构和程序框图等，电子计步器主要由振动传感器和电子计数器组成。 人在步行时重心都要有一点上下移动。以腰部的上下位移最为明显，所以记步器挂在腰带上最为适宜。

所谓的振动传感器其实就是一个平衡锤在上下振动时平衡被破坏使一个触点能出现通/断动作，由电子计数器记录并显示就完成了主要功能，其他的热量消耗，路程换算均由电路完成。

关键词：计步器，AT89C51，传感器

Abstract

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The design is based on the pedometer 51 Microcontroller，This system has strong applicability, flexibility, advanced, which greatly facilitate the application of people's lives.In this paper, the hardware and the system hardware and software design methods,In this paper, the hardware and the system hardware and software design methods,Pedometer introduced the basic structure and the block diagram, etc.Mainly by electronic pedometer vibration sensors and electronic counter.People walking up and down the center of gravity should be a little bit.Displacement of the waist and down to the most obvious,Therefore, step counter belt hung the most appropriate.

The so-called vibration sensor is actually a balance weight in the upper and lower vibration balance is upset to make a contact to appear on / off action,Recorded and displayed by the electronic counter to complete the main functions，Other energy consumption, distance to complete conversion by the circuit.Other energy consumption, distance to complete conversion by the circuit.

Keywords: pedometer;AT89C51; sensor

前言

当今社会，随着经济的发展，人们生活水平的提高，肥胖的人越来越多，也

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就导致了越来越多的疾病产生，因此，人们越来越关注健康问题。因此计步器就成了时下流行的趋势，坚持步行，能帮助高血压患者改善症状。步行时，通过伸缩肌肉，血液在流动时的抵抗值下降，血压下降且稳定。经常步行的人很少患高血压或低血压病。坚持步行能减少血管内附着的脂肪性物质，使体重减轻，也逐渐减少心脏的负荷。而基于单片机为核心控制的计步器有着精确，可靠，稳定，方便等优点，已被大多数人所接受。

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目录无锡科技职业学院

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概述 ............................................................................................................................ 5 1.1 课题背景 ......................................................................................................... 5 1.2 国内外研究现状 ............................................................................................. 5 1.3 本课题研究的意义 ......................................................................................... 5 1.4 单片机结构及其工作原理 ............................................................................. 5 1.5 单片机的组成 ................................................................................................. 5 1.6 单片机的特点 ................................................................................................. 6 1.7 AT89C51的单片机简介 ................................................................................. 6 1.8 主要特性 ......................................................................................................... 7 1.9 管脚说明 ......................................................................................................... 7 1.10 振荡器特性 ................................................................................................ 11 2 系统框图及原理 ...................................................................................................... 12 3 电信号采集与处理 .................................................................................................. 13

3.1 电信号发生器 ............................................................................................... 13 4 系统硬件 .................................................................................................................. 14

4.1 系统具体电路 ............................................................................................... 14

4.1.1 振荡电路 ................................................................................................. 14 4.1.2 复位电路 ................................................................................................. 14 4.1.3 按键电路 ................................................................................................. 15 4.1.4 LED显示电路 ......................................................................................... 15 4.1.4系统输入电路 .......................................................................................... 17

5 系统软件 .................................................................................................................. 18

5.1 人机界面驱动 ............................................................................................... 18

5.3.1 数码管模块驱动 ..................................................................................... 18 5.3.2 键盘驱动 ................................................................................................. 18 5.2 系统流程图 ................................................................................................... 18 5.3 程序 ............................................................................................................... 19 结论 ................................................................................................................................. 20 参考文献 ......................................................................................................................... 21 致谢 ................................................................................................................................. 22

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1 概述

1.1 课题背景

计步器是一种健康电子产品，顾名思义就是在你散步的时候帮你计算你一共走了多少步！有什么用呢？国外的专家一般都会建议，每天走10000步对健康是最好的，所以我们经常会看到一些口号“10000 steps a day”. 计步器就可以帮你完成这个目标，帮你累积看一天下来一共走了几步。如果多了那么明天就可以少走几步，如果少了那么明天就多走几步。这样做对你的健康非常有帮助，同时还可以帮助你减肥，很简单，走路可以消耗卡路里。

1.2 国内外研究现状

早期的计步器通常利用摆锤原理做为计步技术。后来发展到用电子感应和加速计技术，这两种技术和之前的摆锤技术相比更准确，更为重要的是，不必像之前那样计步器需要佩带需要和垂直于地面而一般只能带于皮带上，因靠感应身体的震动而计步，可以更多方向的佩带，特别是加速计，更是可以360度任何方向的运作。所以你可以放在口袋或是挂在脖子上，如果计步器体积够簿小，更是可以放在钱包里面。

1.3 本课题研究的意义

计步器最基本的功能就是计步，在你散步甚至跑步的时候能帮你计算总共走了几步。 除了计步功能，卡路里，距离，收音机和时间也是计步器通常带有的功能，这些功能都非常普遍。随着发展的深入，温度计，高度计、心率计、秒表和气压计等很多针对户外活动的功能也越来越多的应用于计步器。??

1.4 单片机结构及其工作原理

单片机是微型计算机的一个主要分支，在结构上的最大特点把CPU、存储器、定时器和多种I/O接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。

1.5 单片机的组成

单片机是通过内部总线把计算机的各个主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提

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供地址，CPU通过它们将地址输出存到存储器或I/O接口；数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。

1.6 单片机的特点

由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到迅猛的发展。单片机主要有如下特点：

(1)有优异的性能价格比。

(2)集成度高、体积小、有很高的可靠性。 (3)控制功能强。

(4)低功耗、低电压，便于生产便携式产品。

(5)外部总线增加了IC及SPI等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化

了结构。

(6)单片机的系统扩展和系统配置较经典、规范，容易构成各种规模的应用

系统

1.7 AT89C51的单片机简介

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程序可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS—51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的

方案。图1.1为AT89C51单片机的管脚图。

图1.1 AT89C51单片机的管脚图

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1.8 主要特性

●与MCS—51兼容

●4K字节可编程闪烁存储器 ●寿命：1000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RAM ●32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

1.9 管脚说明

VCC:供电电压 GND:接地

P0口：P0口为一个8位漏极开路双向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。其结构原理如图1.2所示。

图1.2 P0口结构原理图

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

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输出4TTL门电路。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，其结构原理如图1.3所示

图1.3 P1口结构原理图

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8为双向I/O，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。这时由于内部上拉的缘故。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。其结构原理如图1.4所示。

图1.4 P2口结构原理图

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

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门电流。当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并作用输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流这是由于上拉的缘故。其结构原理图如1.5所示。

图1.5 P3口结构原理图

P3口也可以作为AT89C51的一些特殊功能口，如表1.6所示。

表1.6 特殊功能口

口管脚 备选功能 P3.0RXD 串行输入口 P3.1TXD 串行输出口 P3.2/INT0 外部中断0 P3.3/INT1 外部中断1 P3.4 T0 计时器0外部输入 P3.5 T1 计时器1外部输入 P3.6/WR 外部数据存储器写选通 P3.7/RD 外部数据存储器读选通

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 P0、P1、P2、P3口引脚功能分类如图1.7所示。

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图1.7 P0、P1、P2、P3口引脚功能分类

RST/Vpd（9脚）：复位输入。该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当振荡器复位器件时，该引脚上出现持续2个机器周期的高电平。就可实现复位操作，使单片机恢复到初始状态。复位电路如下图所示，a为上电复位电路，b为上电/外部复位电路。

图1.10 复位电路

ALE/PROG（30脚）：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编程器件，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。

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PSEN（29脚）：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（31脚）：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保持高电平时，此期间内部程序存储器。

XTAL1（19脚）：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2（18脚）：来自反向振荡器的输出。

1.10 振荡器特性

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。振荡方式有两种。一种为内部振荡方式，如图1.8所示。另一种为外部振荡器方式，如图1.9所示。

图1.8 内部震荡 图1.9 外部震荡

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2 系统框图及原理

计步器的系统主要由震动识别器、单片机控制器、辅助扩展电路以及系统电源几个部分组成，系统结构如图2.1所示。

震动开关识别震动 STC89C51 LED数码管 系统电源

图2.1 系统框图

整个系统中按键负责测人按动情况，专用的按键电路产生震荡电路，将电信号通过电路传给微控制器，微控制器将表征当前步数的数字量按照10进制等处理后通过直观的LED进行数量显示，同时可以通过按键控制微控制器进行相应的操作，如将整个电路进行复位。整个系统中还包含了实时时钟等一些辅助电路，使整个系统功能得到进一步的扩展。

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3 电信号采集与处理

该部分主要完成对按键电信号的测量。整个前端的信号处理流程如图3.1所示。

震动识别 导线

图 3.1 前端信号采集

微控制器 3.1 电信号发生器

本毕业设计是通过震动识别器来产生信号的。即走步传感器，人每走一步都会产生震动，也就是产生信号。该实验采用走步传感器来产生信号，将其连接一段连接在微处理器的一个管脚上，检测其电压，而来控制屏幕上数的加，按一次，产生一个电信号，之后加一。

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4 系统硬件

4.1 系统具体电路

4.1.1 振荡电路

8051片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路，振荡电路是单片机系统正常工作的保证，如果振荡器不起振，系统将会不能工作。假如振荡器运行不规律，系统执行程序的时候就会出现时间上的误差，这在通信中会体现的很明显，电路将无法通信。他是由一个晶振和两个瓷片电容组成的。时钟电路中的两个电容用作补偿，使得晶振更容易起振，频率更加稳定。如图4.1所示。

图4.1 振荡电路

4.1.2 复位电路

为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。系统的复位采用了上电复位的形式，上电过程中微控制器复位引脚保证10ms以上的高电平就能可靠的将微控制器复位。如图4.2所示。

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图4.2 复位电路

4.1.3 按键电路

本次设计是以按键的形式来代替人走步所产生的震动，每按键一次即表示人走动一步，其电路如图4.3所示。

图4.3按键电路

4.1.4 LED显示电路

本次设计采用4位LED共阴极数码管显示屏做为系统的显示界面，如图4.4所示。常用的LED显示器为8段或7段（8段比7段多了以个小数点“dp”段）。每一个段对应以个发光二极管。这种显示器由共阳极和共阴极两种。如图4.5所示。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常次共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被现实。同样，共阳极LED显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。为了使LED显示器显示不同的符号和数字，就要把不同段的发光二极管点亮，这样就要为LED显示器提供代码，因为这些代码可使LED相应的段发光，从而显示不

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同字型，因此该代码称之为段码（或称为字型代码）。7段发光二极管在加上一个小数点，共计8段。因此提供给LED显示器的段码正好是1B。各段于字节中各位对应关系如图4.5所示。

图4.4 LED显示电路

图4.5 8段LED结构及外形

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4.1.4系统输入电路

系统采用了按键输入以实现系统功能的设定。由于系统中的其他模块对微控制器的端口占用较少还有很多没有使用的端口，故直接采用了每个按键占用一个端口的形式，电路中的几个电阻属于上拉电阻，保证在没有输入的情况下端口电平稳定为高，同时也可以达到省电的目的。

以上是系统各个硬件部分的阐述，以下是整个系统的总电路。系统总电路中包含了系统主控制电路、按键模块、实时时钟、及其逻辑控制电路，扩展接口和相关辅助电路。

系统的总体电路原理图参见附录1。

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5 系统软件

5.1 人机界面驱动

5.3.1 数码管模块驱动

数码管驱动处于系统的最后端，属于人机交互界面。本次设计采用了7SEG-MPX4-CC数码管模块。可以清楚显示所记载的步数。

5.3.2 键盘驱动

系统中将按键电路中按键K1与单片机的P2.4脚进行连接，此按键是低电平有效，当有键按下时，与按键相连接的单片机引脚检测到这个信号，然后进行相应的处理后再输出。

5.2 系统流程图

流程图如图5.1所示

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开始 外部中断 初始化 是否数据清零 N Y Y 数据清零 是否产生外部中N 断 Y 计数加1

系统是否断电 N Y 结束

图5.1 系统流程图

5.3 程序

详细程序参见附录2。

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结论

所设计的系统中包含了微控制器、显示部件、输入部件和实时时钟等部分，微控制器通过对按键进行读取获得当前电平强弱，通过数码管直观的显示出来。

在整个设计系统中充分掌握各模块电路的工作原理，对硬件电路进行设计，并使用汇编语言编写全部的驱动程序。

因为个人在知识面和能力方面还有限，再加上条件的限制，诸多功能的完善还需要进一步的研究和开发，此外在完成基本功能的基础上，还需要努力提高软件的效率、硬件系统的稳定性、进一步降低系统功耗等。

在此次毕业设计过程中也遇到了很多的问题与困难，通过查找资料、向老师请教和同学讨论，大部分问题都得到了解决。通过这次毕业设计，不仅使我的专业知识得到巩固与加强，同时也暴露了以往学习过程中的不足，为我以后的学习与工作打下了良好的基础，对于如何把理论和实践联系起来有了更深刻的理解，这也是我们从一个学生走向社会的一个转折。大学的三年生活就在这最后的毕业设计上划上一个圆满的句号。

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参考文献

[1] 彭伟. 单片机C语言程序设计实训100例——基于8051+Proteus仿真[M]. 北京:

电子工业出版社，2009.

[2] 李春葆，董尚燕，余云霞. C++面向对象程序设计[M]. 北京: 清华大学出版社, 2008.

[3] 任哲. 嵌入式实时操作系统uC/OS-II原理及应用[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社，2006.

[5] 黄志伟编著. 全国大学生电子设计竞赛系统设计[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2006.

[6] 常玉燕, 吕光译. 日本电子电路精选[M]. 北京: 电子工业出版社, 1990. [7] 佐藤一朗. 集成运算运算放大器电路设计实用手册[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 1989.

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致谢

在本论文完成之际，我首先要向我的指导老师王泰老师表达我最诚挚的谢意，感谢老师在整个毕业设计过程中耐心细致的指导！

感谢在毕业设计中给予我支持的所有同学！

我还要特别要向我的家人表示由衷的感谢，正是他们的无私奉献和鼎力支持，我才能顺利的完成我的学业。

向百忙之中抽出宝贵时间来评阅这篇论文的各位专家致以衷心的感谢！

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附录

附录1

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附录2

TEMPER_L EQU 36H TEMPER_H EQU 35H

TEMPER_d EQU 61H ;小数位 TEMPER_NUM EQU 60H FLAG1 BIT 00H DQ BIT P2.2 dula bit P2.6; wela bit P2.7; bai_c equ 37h sh_c equ 38h g_c equ 39h

MOV SP,#70H

AAA:LCALL GET_TEMPER LCALL TEMPER_COV

mov a,TEMPER_NUM ;分开 TEMPER_NUM anl a,#0f0h swap a mov bai_c,a mov a,TEMPER_NUM anl a,#0fh mov sh_c,a

mov g_c,TEMPER_d

mov r2,#256 lplp:lcall display djnz r2,lplp

LJMP AAA NOP

SETB DQ ; 定时入口 BCD:

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JB FLAG1,S22 LJMP BCD ;

S22:LCALL DELAY1

MOV A,#0CCH ; 跳过ROM匹配------0CC LCALL WRITE_1820 LCALL WRITE_1820 NOP

LCALL DELAY LCALL DELAY CBA:LCALL INIT_1820 JB FLAG1,ABC LJMP CBA

ABC:LCALL DELAY1

MOV A,#0CCH ; 跳过ROM匹配 RET MOV R2,#8 RE1: CLR C SETB DQ NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ MOV R3,#7 DJNZ R3,$ MOV C,DQ MOV R3,#23 DJNZ R3,$ RRC A DJNZ R2,RE1 RET

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MOV R2,#8 CLR C WR1: CLR DQ MOV R3,#6 DJNZ R3,$ RRC A MOV DQ,C MOV R3,#23 DJNZ R3,$ SETB DQ NOP

DJNZ R2,WR1 SETB DQ RET

MOV R1,#36H ; 低位存入36H(TEMPER_L),高位存入35H(TEMPER_H) RE00: MOV R2,#8 RE01: CLR C SETB DQ NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ MOV R3,#7 DJNZ R3,$ MOV C,DQ MOV R3,#23 DJNZ R3,$ RRC A

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DJNZ R2,RE01 MOV @R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET

MOV A,#0F0H ANL A,TEMPER_L ; MOV TEMPER_NUM,A MOV A,TEMPER_L

JNB ACC.3,TEMPER_COV1 ; INC TEMPER_NUM

TEMPER_COV1: MOV A,TEMPER_H ANL A,#07H SWAP A

ORL A,TEMPER_NUM MOV TEMPER_NUM,A ; mov a,#0fh ANL A,TEMPER_L

mov TEMPER_d,a clr c subb a,#10 jc jianlo

mov TEMPER_d,a inc TEMPER_NUM jianlo:

LCALL BIN_BCD RET BIN_BCD:

MOV DPTR,#TEMP_TAB MOV A,TEMPER_NUM MOVC A,@A+DPTR

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MOV TEMPER_NUM,A RET

TEMP_TAB:

DB 00H,01H,02H,03H,04H,05H,06H,07H DB 08H,09H,10H,11H,12H,13H,14H,15H DB 16H,17H,18H,19H,20H,21H,22H,23H DB 24H,25H,26H,27H,28H,29H,30H,31H DB 32H,33H,34H,35H,36H,37H,38H,39H DB 40H,41H,42H,43H,44H,45H,46H,47H DB 48H,49H,50H,51H,52H,53H,54H,55H DB 56H,57H,58H,59H,60H,61H,62H,63H DB 64H,65H,66H,67H,68H,69H,70H,71H DB 72H,73H,74H,75H,76H,77H,78H,79H DB 80H,81H,82H,83H,84H,85H,86H,87H DB 88H,89H,90H,91H,92H,93H,94H,95H DB 96H,97H,98H,99H

;------------------延时子程序 DELAY:MOV R7,#2H MIN:DJNZ R7,YS500 RET

YS500:LCALL YS500US LJMP MIN

YS500US:MOV R6,#200 DJNZ R6,$ RET

DELAY1:MOV R7,#20H DJNZ R7,$ RET

display: ;显示程序 MOV DPTR,#TABLE

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clr dula; mov a,bai_c MOVC a,@A+DPTR mov p0,a ;显示百位 setb dula; clr dula;

clr wela; mov P0,#7eh; setb wela; clr wela; mov 50h,#5h call delayxms

clr dula; mov a,sh_c MOVC a,@A+DPTR

orl a,#80h ;显示小数点 mov p0,a ; ;显示十位 setb dula; clr dula;

clr wela; mov P0,#7dh; setb wela; clr wela; mov 50h,#5h call delayxms

mov a,g_c

MOVC a,@A+DPTR mov p0,a ; ;显示个位 setb dula; clr dula; mov P0,#7bh;

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setb wela; clr wela; mov 50h,#5h call delayxms ret

delayxms:mov 52h,#1 ;50h,51h,52h用于延时 50h为参数x 延时1*x ms delaya: mov 51h,#125 djnz 51h,$ djnz 52h,delaya djnz 50h,delayxms ret ;延时返回

table:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h, db 7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71h

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setb wela; clr wela; mov 50h,#5h call delayxms ret

delayxms:mov 52h,#1 ;50h,51h,52h用于延时 50h为参数x 延时1*x ms delaya: mov 51h,#125 djnz 51h,$ djnz 52h,delaya djnz 50h,delayxms ret ;延时返回

table:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h, db 7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71h

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pw86.html