數(shù)字轉(zhuǎn)速表的設(shè)計方案

- 1 - 數(shù)字轉(zhuǎn)速表的設(shè)計方案 第 1 章 前言 單片機作為嵌入式微控制器在工業(yè)測控系統(tǒng)，智能儀器和家用電氣中得到廣泛應(yīng)用。雖然單片機的品種很多，但 列單片機仍不失為單片機中的主流機型。本課程一 列以及派生系列單片機芯片為主介紹單片機的原理與應(yīng)用，與其特點是由淺入深，注重接口技術(shù)和應(yīng)用。 近年來，微型計算機的發(fā)展速度足以讓世人驚嘆，以計算機為主導的信息技術(shù)作為一種嶄新的生產(chǎn)力，正在向社會的各個領(lǐng)域滲透，也使機電一體化的進程大大加快。 機電一體化是當今制造技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的主要傾向，也是我國 機電工業(yè)發(fā)展的必由之路。可以認為，它是用系統(tǒng)工程學的觀點和方法，研究在機電系統(tǒng)和產(chǎn)品中如何將機械、計算機、信息處理和自動控制技術(shù)綜合應(yīng)用，以求機電系統(tǒng)和產(chǎn)品達到最佳的組合。機電一體化產(chǎn)品所需要的是嵌入式微機，而單片機具有體積小、集成度高、功能強等特點，適于嵌入式應(yīng)用。智能儀器、家用電器、數(shù)控機床、工業(yè)控制等機電設(shè)備和產(chǎn)品中竟相使用單片機。 就目前而言，單片機的發(fā)展勢頭依然不減，各種型號和功能更強的單片機和超級接口芯片不斷出現(xiàn)，進一步向高層次發(fā)展的重要標志就是構(gòu)成多機系統(tǒng)和分布式網(wǎng)絡(luò)。世界上單片機芯片 的產(chǎn)量以每年 27%的速度遞增，到本世紀初已達 30 億片，而我國的年需求量也超過了億片的數(shù)量，這表明單片機有著廣闊的應(yīng)用前景。本課程 設(shè)計 主要針對目前我國早期應(yīng)用比較廣泛的 “片機進行系統(tǒng)的講解和分析。為使用和開發(fā)各類機電一體化設(shè)備和儀表建立基礎(chǔ)。 第 2 章 基本原理 利用 為主控器組成一個轉(zhuǎn)速表。電機轉(zhuǎn)速采用光電脈沖傳感器來測量，設(shè)置 定時器 /計數(shù)器 用其內(nèi)部定時器 置為定時方式，且定時時間為 1s。計數(shù)器 置為外部脈沖計數(shù)工作方式，設(shè)在 1s 內(nèi)測量的脈沖個數(shù)為 n，又由于 脈沖頻率為 60 個脈沖 /轉(zhuǎn)，故測到轉(zhuǎn)速 n 就是脈沖頻率。 定時 1s，在 1s 內(nèi)允許中斷，每中斷一次，軟件計數(shù)器加 1， 1s 后，關(guān)閉中斷，則軟件計數(shù)器即為 1s 內(nèi)的脈沖數(shù)，通過計 - 2 - 數(shù)一定時間內(nèi)通過定時器的脈沖數(shù)通過軟硬件結(jié)合工作即可測出電機的轉(zhuǎn)速。 第 3 章 總體設(shè)計思路 計方案 該系統(tǒng)的功能概括起來就是能測量當前電機的轉(zhuǎn)速，并且進行超速報警。要完成此功能，關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)速的測量，電機轉(zhuǎn)速采用傳感器或由信號發(fā)生器的方波脈沖信號來模擬，因此只要在給定的時間內(nèi)對脈沖計數(shù)，即可測出轉(zhuǎn)速。例如，可將脈沖信號接到引腳，外部中斷 1 選擇邊沿觸發(fā)方式。 片機內(nèi)有兩個定時器 /計數(shù)器 用其內(nèi)部定時器 置為定時方式，且定時時間為 1s。 計數(shù)器 置為外部脈沖計數(shù)工作方式，設(shè)在 1s 內(nèi)測量的脈沖個數(shù)為 n，又由于脈沖頻率為 60 個脈沖 /轉(zhuǎn)，故測到轉(zhuǎn)速 n 就是脈沖頻率。 定時 1s，在 1s 內(nèi)允許中斷，沒中斷一次，軟件計數(shù)器加 1， 1閉中斷，則軟件計數(shù)器即為 1s 內(nèi)的脈沖數(shù)，設(shè)為 m ，則轉(zhuǎn)速 n=m。 我們采用 8031 作為基本元件 . 在 輸入脈沖 , 按下啟動鍵后開始輸入脈沖 , 輸入脈沖的同時 ,定時器和計數(shù)器開始工作 ,這期 間允許中斷 ,當定時器到時時 ,定時器和計數(shù)器停止工作。此時計數(shù)器已經(jīng)統(tǒng)計 1s 內(nèi)的脈沖數(shù)即轉(zhuǎn)速。 第 4 章 硬件電路的設(shè)計方案 根據(jù)設(shè)計要求和設(shè)計思路，硬件電路有三部分組成，即單片機按鍵電路， 示器電路和程序存儲器 在單片機中，定時功能既可以由硬件（定時 /記數(shù)器）實現(xiàn)，也可通過軟件定時實現(xiàn)。硬件定時是利用單片機內(nèi)定時器定時，啟動以后定時器可與 行工作，不占用間， 較高的工作效率。采用硬件定時和軟件定時并用的方式，即用 出中斷功能實現(xiàn) 50時，通過軟件延時程序?qū)崿F(xiàn) 1s 定時。 定時器的 于設(shè)置定時器 /計數(shù)器的工作方式 0 3，并確定用于定時還是用于計數(shù)。 要功能是為定時器在溢出時設(shè)定標志位，并控制定時器的運行或停止等。 - 3 - 圖 4件電路設(shè)計圖 示部分的電路設(shè)計 本課題所采用得是由 碼管）作為顯示電路，用以顯示由單片機所接收的脈沖來轉(zhuǎn)換的 ，以及開始測速時的初始狀態(tài)。數(shù)碼管的由 AG 的 8 各管腳， 數(shù)碼管的控制端，采用共陰極連接的方法連接圖如圖 4示。 圖 4盤接法圖 鍵電路設(shè)計 對按鍵電路的設(shè)計可以由 2 種方式：一種方式是直接按鍵設(shè)計，這種設(shè)計電路適用于按鍵較少的控制；另一種方式是矩陣式鍵盤的設(shè)計，它適用于對控制按鍵較多的電路示器 8031 脈沖源 鍵盤 - 4 - 控制。本課題總共設(shè)計按鍵有 3 個啟動、停止、復位。由于課題調(diào)試采用的 片機鍵盤采用的是矩陣式鍵盤，為方便電路的調(diào)試，因此我所采用矩陣鍵盤作為控制按鍵。接法如圖 4示。 圖 4鍵電路 第 5 章 軟件設(shè)計方 案 根據(jù)設(shè)計要求和設(shè)計思路，進行模塊設(shè)計。 8279 的初始化程序模塊，定時計數(shù)程序模塊，數(shù)制轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊，轉(zhuǎn)速測量模塊。 示當前轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速的顯示我們采用了動態(tài)掃描的工作方式， 碼顯示管采用 4 聯(lián)工陰極顯示器，該器件內(nèi)部已將 4 個數(shù)碼顯示器的同名字段端并接在一起，從上到下 4 個數(shù)碼管的公共陰極分別由一個引腳引出， 4 表示。 為字型口， 為字位口，每個口都經(jīng)過集電極開路形式的驅(qū)動器 74動。 啟動 - 5 - 始定時 始計數(shù) 圖 5示當前轉(zhuǎn)速程序流程圖 進制轉(zhuǎn)換為二進制程序框圖 N Y 圖 5進制程序框圖 由于給定的轉(zhuǎn)速上限值是以十進制的形式存在于 44元中，而比較程得到脈沖個數(shù) n 脈沖個數(shù) m 轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速 n 顯示子程序 3 0 ( 20 (1 ( 回 M 警 程 序 賦初值 ? 返回 - 6 - 序所需要的是二進制數(shù)，故把二進制數(shù) 轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。轉(zhuǎn)換后 十進制數(shù)存入在。 沖個數(shù)的求取 千位的求取是這樣的 ,該數(shù)值先減去 1000,這時標志位加 1,如果差值還大于 1000,則返回繼續(xù)作差 ,直到差值小于 1000 為止 ,這時往下執(zhí)行 ,由于在上述過程中多加了一個 1,所以這時標志位還應(yīng)當再減去一個 這樣所記標志位即我們計數(shù)器的讀數(shù) . Y N 圖 5盤電路 數(shù)字轉(zhuǎn)速表的鍵盤操作應(yīng)具有 3 個功能，即：啟動、停止、復位。 確定矩陣式鍵盤上那個按鍵被按下通常采用的是行掃描法 ，其過程如圖 5示。 初值 A B=1000? 標志位加 1 標志位 回 - 7 - 圖 5盤掃描流程圖 - 8 - 第 6 章 系統(tǒng)調(diào)試 件模擬仿真 試驗所涉及的 2 個軟件 下是仿真步驟。 程序調(diào)試部分 新建一個工程，并保存在所建工程彈出的對話框中選擇理器。新建一個文檔以編輯程序，將所設(shè)計的程序輸入到新建文檔中，并保存文檔 編源文件 )。將所保存的文檔添加到工程中去，再進行工程配置，點擊單下的 在彈出的對話框中設(shè)晶振為 12 上勾，再編譯文件。 仿 真部分 行 進入仿真界面將所需元件選擇好，根據(jù)原理圖畫出仿真圖，待仿真圖換好后雙擊 入由 產(chǎn)生的程序，按開始進行仿真。 件調(diào)試 硬件調(diào)試的步驟如下：接通電源和數(shù)據(jù)線，通過軟件將在 生成的 件下載到單片機板子上，先對板子關(guān)電當顯示請上電時按下單片機上的電源開關(guān)按鈕上電下載程序到單片機中，通過按鍵和 顯示進行調(diào)試。 當程序下載完之后，按下電源開關(guān)， 顯示初始狀態(tài)，按下啟動鍵顯示接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)，按下停止鍵后顯示當前 所記錄的數(shù)據(jù)，按下復位鍵則顯示初始狀態(tài)。 第 7 章 總結(jié)與體會 課程設(shè)計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識 ,發(fā)現(xiàn) ,提出 ,分析和解決實際問題 ,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié) ,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程 片機已經(jīng)成為當今計算機應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握單片機的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。 回顧起此次單片機課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很 多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠 - 9 - 不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說三極管 腳不懂怎么放置，不懂分 得二極管的正負極，對單片機匯編語言掌握得不好通過這次課程設(shè)計之后，一定把以前 所學過的知識重新溫故。 這次的課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多編程問題，最后在 老師的辛勤指導下，終于迎刃而解。同事，在 老師的身上我學得到很多實用的知識，在此我表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W和各位指導老師再次表示衷心的感謝。 第 8 章 參考文獻 1、劉國榮 機械工業(yè)出版社， 1996 2 、張迎新 用及接口技術(shù) 1993 3、房小翠 國防工業(yè)出版社， 1999 4、何立民 北航出版社， 2005 5、曹琳琳 國防科技大學出版社， 2000 - 10 - 附錄 程序清單 0000H 0003H 0000013H 0010030H ; 設(shè)置中斷向量 52H ；寫入工作方式字 00H 00H ；寫入計數(shù)初值 56 56 50H ；初始化定時器： 計數(shù)方式 1 ， 計數(shù)方式 0 50 ； 輔助 時 40H ； 為指針 ；開放中斷，并設(shè)置中斷方式 50H,#08H 51H,#06H 52H,#02H - 11 - 53H,#01H ；用做 顯示時的片選 $ ；啟動定時器 0 和 1 ；顯示正常發(fā)光 ；啟動完畢，關(guān)外部中斷 ；停止定時器 ；不顯示 ；停止后，停止信號無效 ； 1 秒定時未到，繼續(xù) ； 1 秒定時到，關(guān)閉計數(shù)器 #50 ； 數(shù) 50，下次測量時再用 ；計算每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，其值為二進制 存放到 30H 和 31H 中 ；調(diào)用數(shù)據(jù)處理程序 #00H #00H ；重賦初值 ；調(diào)用報警程序 C ；清進位標志 A， 30H 16 位數(shù)低 8 位放在 A 中 A， #0 ； 入 A 中 30H， A ；保留差值 A， 31H ；高 8 位 A， #03H ； 入 A 中 A， 31H ；保留差值 40H ;千位加 1 - 12 - 40H ；千位減 1 C ；清進位標志 A， 30H ;16 位數(shù)低 8 位放在 A 中 A， #64H ； 入 A 中 30H， A ；保留差值 41H ；百位加 1 41H ；求百位 C A， 30H A， #10 30H， A 42H 42H ；求十 位 A， #10 43H， A C A， #40H A， #2 J ；求個位 #40H ；賦值 #50H ， ； 為 50 單元中的內(nèi)容 ； 為 40 單元中的內(nèi)容 ；內(nèi)存單元加 1 44, ；判斷 4 位數(shù)是否顯示完 40H - 13 - 50H ；重新賦