1 引言

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，而锻炼身体是让自己健康的最有效的方法。因此计步器应运而生，就成了时下流行的趋势。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。通过计步器人们可以知道自己跑了多少步，实时掌握自己的锻炼情况。

2 总体设计方案

计步器由振荡电路、复位电路、显示电路以及按键电路几个部分组成，由电池进行供电。系统结构图如图1 所示。

3 硬件的设计

3.1 振荡电路

AT89C51 单片机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。

它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2 所示。

3.2 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3 所示。

3.3 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 所示。常用的LED 显示器为8 段或7 段(8 段比7 段多了一个小数点“dp”段)。每一个段对应一个发光二极管。这种显示器由共阳极和共阴极两种。如图4 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。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。

3.4 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5 所示。

3.5 ADXL202 传感器电路

ADXL022 传感器模块电路如图6 所示。

4 系统软件

计步开始，内部程序准备就位。人走动一步，传感器检测到峰值，经四种电路，由显示器显示出来，再走一步，由累加器累加1，由此走几步依次加1，由显示器显示。单片机复位系统产生外部中断，显示器置零。系统流程图如图7 所示。

5 软件仿真

系统中将按键电路中按键K1 与单片机的P4.4 进行连接，专用的按键电路产生振荡电路，将电信号通过电路转换给微控制器，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LED 显示。当按键按下一次的时候，显示器显示1，按几次则显示多少。计步器仿真效果图如图8 所示。

6 结束语

本文主要设计中包含了微控制器、显示部件、输入部件和实时时钟等部分。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、软件程序进行设计，最后进行仿真。

很多MCU开发者对MCU晶体两边要各接一个对地电容的做法表示不理解，因为这个电容有时可以去掉。笔者参考了很多书籍，却发现书中讲解的很少，提到最多的往往是：对地电容具稳定作用或相当于负载电容等，都没有很深入地去进行理论分析。

而另外一方面，很多爱好者都直接忽略了晶体旁边的这两个电容，他们认为按参考设计做就行了。

但事实上，这是MCU的振荡电路，又称“三点式电容振荡电路”，如图1所示。

其中，Y1是晶体，相当于三点式里面的电感;C1和C2是电容，而5404和R1则实现了一个NPN型三极管(大家可以对照高频书里的三点式电容振荡电路)。

接下来将为大家分析一下这个电路：首先，5404必需搭一个电阻，不然它将处于饱和截止区，而不是放大区，因为R1相当于三极管的偏置作用，能让5404处于放大区域并充当一个反相器，从而实现NPN三极管的作用，且NPN三极管在共发射极接法时也是一个反相器。

其次将用通俗的方法为大家讲解一下这个三点式振荡电路的工作原理。众所周知，一个正弦振荡电路的振荡条件为：系统放大倍数大于1，这个条件较容易实现;但另一方面，还需使相位满足360°。而问题就在于这个相位：由于5404是一个反相器，因此已实现了180°移相，那么就只需C1、C2和Y1再次实现180°移相就可以了。恰好，当C1、C2和Y1形成谐振时，就能实现180移相;最简单的实现方式就是以地作为参考，谐振的时候，由于C1、C2中通过 的电流相同，而地则在C1、C2之间，所以恰好电压相反，从而实现180移相。

再则，当C1增大时，C2端的振幅增强;当C2降低时，振幅也增强。有时即使不焊接C1、C2也能起振，但这种现象不是由不焊接C1、C2的做法造成的，而是由芯片引脚的分布电容引起，因为C1、C2的电容值本来就不需要很大，这一点很重要。

那么，这两个电容对振荡稳定性到底有什么影响呢?由于5404的电压反馈依靠C2，假设C2过大，反馈电压过低，这时振荡并不稳定;假设C2过小，反馈电压过高，储存能量过少，则容易受外界干扰，还会辐射影响外界。而C1的作用与C2的则恰好相反。在布板的时候，假设为双面板且比较厚，那么分布电容的影响则不是很大;但假设为高密度多层板时，就需要考虑分布电容，尤其是VCO之类的振荡电路，更应该考虑分布电容。

因此，那些用于工控的项目，笔者建议最好不要使用晶体振荡，而是直接接一个有源的晶振。很多时候大家会采用32.768K的时钟晶体来做时钟，而不是通过单片机 的晶体分频来做时钟，其中原因想必很多人也不明白，其实上这是和晶体的稳定度有关：频率越高的晶体，Q值一般难以做高，频率稳定度也比较差;而32.768K晶体在稳定度等各方面的性能表现都不错，还形成了一个工业标准，比较容易做高。另外值得一提的是，32.768K是16 bit数据的一半，预留最高1 bit进位标志，用作定时计数器内部数字计算处理也非常方便。