基于51单片机计步器的设计与研究.docx
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2022-06-28
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基于 51 单片机计步器的设计与研究
摘要：随着经济和科技的可连续发展，人们越来越重视养生与身体健康，经常
会进行跑步等锻炼，计步器则是一种可以帮助人们实时掌握自己的运动数据的仪
器。计步器顾名思义就是用来检测步数，通过步数来计算已经行走的里程，来获
得运动数据。本文提出了一个基于加速度传感器的计步器设计,硬件部分由微处理
器 STC89C51 单片机，加速度传感器 ADXL345 模块，显示模块等几个部分组成，
然后通过软件来实现其应有的功能，为现代的智能生活提供更加美好的条件。
关键词：51 单片机；计步器；加速度传感器；
随着社会经济的不断推进，快节奏的生活使人们开始忽视自己的身体锻炼，
不知道如何锻炼自己，因此，本文提出了计步器，该计步器可以随身携带，功能
准确，数据稳定，以此满足人们对步数的统计，清楚每天的步数，从而可以有效
地挑战自己，锻炼身体，增强体质。
对于计步器的设计，计步器是利用加速度传感器测量人们步行时加速度的变
化量，具有稳定、可靠和精确等功能。往往是从硬件和软件两个方面入手，尤其
是按键电路、加速度传感器、数码管显示电路等电路的设计与研究，以此来实现
计步的功能。
1 计步器的基本组成与应用原理
由于人们在步行过程中，并不是以一个匀速的状态在行走，而是有一个加速
度的变化。计步器正是利用人们在行走时的变化方式，测量加速度的改变量，每
一个加速度的变化，则是意味着人们行走一步，此时计步器通过对加速度的变化
量的累加，达到计算人们的行走的步数。因此计步器的整个控制系统主要分为四
个部分，单片机、按键模块、显示模块、加速度传感器模块，计步器的控制系统
的结构框图如图 1 所示。
图 1 计步器的控制系统的结构框图
整个计步器的控制系统主要由电源模块为其提供电能，从而保障控制系统的
正常工作；加速度传感器安装在计步器内，通过人们行走过程中，加速度的变化，
产生相应的电流或者电压信号，再将采集的电信号经过 A/D 转换器进行转换，得
到的数字信号输送至 51 单片机的模块中，然后经过单片机的处理与分析，将结
果以液晶屏的方式进行显示；按键模块用于清除步数和调整各个模式等操作。
2.计步器的硬件设计
计步器的硬件设计主要由 51 单片机电路、加速度传感器检测电路、按键电
路、LCD1602 液晶显示电路和电源电路构成。其中，单片机主控电路起控制作用，
是整个系统的控制中心。ADXL 加速度传感器模块主要实现对加速度的测量，通过
I2C 总线数字型输出将模拟信号转换为数字信号通过主控电路在 LCD1602 显示屏
上显示步数与总步数。
（1）STC89C51 单片机主控电路
STC89C51 单片机的内部含有 4K Bytes 的可反复擦写 1 000 次及以上的 Flash
只读程序存储器, 此器件兼容标准 MCS-51 指令系统及 89C51 的引脚结构, 芯片的
内部集成了通用 8 位的中央处理器和 ISP FLASH 的存储单元，具有系统可编程的
（ISP）良好特性。
（2）加速度的检测电路
ADXL345 是 ADI 公司推出的基于 MEMS 技术的 3 轴、数字输出加速度传感器。
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