基于8051的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)

1、內(nèi)容提要本設計實現(xiàn)的是轉(zhuǎn)速測量和顯示的目的，首先要解決的是電機轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)速叔數(shù)字的問題。lab6000實驗箱上的直流電機模塊的電機上有個小磁鐵，下方的霍爾元件每轉(zhuǎn)一圈會產(chǎn)生一個脈沖，這是轉(zhuǎn)速的采樣，所以本設計主要實現(xiàn)的就是對這個脈沖的計數(shù)和顯示，設計采用軟件編程使用兩個定時器/計數(shù)器t0、t1分別實現(xiàn)計數(shù)和定時的功能，當定時中斷時，說明計數(shù)器中已記錄一秒種內(nèi)輸入的脈沖個數(shù)，即直流電機一秒種內(nèi)轉(zhuǎn)的圈數(shù)轉(zhuǎn)化為的脈沖數(shù)，此時產(chǎn)生中斷，將計數(shù)器中的數(shù)值輸出，然后用led顯示管顯示，通過軟硬件的結(jié)合實現(xiàn)直流電機每秒種轉(zhuǎn)速的測量和顯示。通過此次設計加深了對單片機8051/8031的定時/計數(shù)器的認識和對le

2、d顯示編程的理解。目錄1.設計的目的和意義1.1 設計的目的31.2設計的內(nèi)容31.3設計的要求32.硬件電路設計2.1總體設計框圖32.2電機測速方案設計圖32.3轉(zhuǎn)速顯示方案設計圖43.系統(tǒng)軟件設計3.1設計思路53.2程序模塊53.3程序清單74.電路調(diào)試105.結(jié)論10參考文獻111.設計的目的和意義1.實際應用匯編語言編制單片機程序以達到鞏固學習效果的目的，此次設計主要負責顯示模塊和部分硬件的調(diào)試；2.進一步掌握軟件和硬件結(jié)合共同實現(xiàn)msc-51系列單片機8051設計要求（偉福lab6000實驗箱中無8051用8031代替）；3.進一步熟悉并掌握led顯示程序的設計1.2設計的內(nèi)容

3、根據(jù)直流電機旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的脈沖用單片機8031測起轉(zhuǎn)速，并在數(shù)碼管中顯示轉(zhuǎn)速 1.3設計的要求1.要求能夠測量電機轉(zhuǎn)速（最大255轉(zhuǎn)/s）；2要求能控制電機轉(zhuǎn)速快慢；2.要求能用led管顯示電機轉(zhuǎn)速2.硬件電路設計及描述2.1總體設計框圖 2.2電機測速方案設計 由電位器控制直流電機的轉(zhuǎn)速，直流電機每旋轉(zhuǎn)一周，內(nèi)部霍爾元件將其轉(zhuǎn)化為脈沖信號輸出給8031單片機并計數(shù)，即可獲得轉(zhuǎn)速信息。mcs-51有兩個16位的定時/計數(shù)器:t0和t1.計數(shù)和定時實質(zhì)上都是對脈沖信號進行計數(shù),只不過脈沖源不同而已.當工作在定時方式時,計數(shù)脈沖來自單片機的內(nèi)部,每個機器周期使計數(shù)器加1,由于計數(shù)脈沖的頻率是固定的(

4、即每個脈沖為1個機器周期的時間),故可通過設定計數(shù)值來實現(xiàn)定時功能.當工作在計數(shù)方式時,計數(shù)脈沖來自單片機的引腳,每當引腳上出現(xiàn)一個由1到0的電平變化時,計數(shù)器的 加1,從而實現(xiàn)計數(shù)功能可以通過編程來指定時計數(shù)器的功能,以及它的工作方式本設計中定時器1工作在模式2,用于定時，定時器0工作在模式1，用于記數(shù)，脈沖從t0口送入2.3轉(zhuǎn)速顯示方案設計 電機測速方案所測得的轉(zhuǎn)速信息經(jīng)編寫的程序處理，并確定顯示方式后在數(shù)碼管中顯示轉(zhuǎn)速。本實驗的led顯示鍵盤電路如下圖。顯示控制的位碼有74hc374輸出，經(jīng)uln2003反向驅(qū)動后，做led的位選通信號。位選通信號也可做為鍵盤列掃描碼。led顯示的段碼有

5、另一個74hc374輸出。鍵盤和led顯示電路的地址譯碼見圖，做鍵盤和led實驗時，需將key/led cs接到相應的地址譯碼上。位碼輸出地址為0x002h，段碼輸出地址為0x004h，此處x是由key/led cs決定的。片選號地址范圍cs008000h08fffhcs109000h09fffhcs20a000h0afffhcs30b000h0bfffhcs40c000h0cfffhcs50d000h0dfffhcs60e000h0efffhcs70f000h0ffffh圖4 地址譯碼插孔對應地址范圍3.系統(tǒng)軟件設計及描述3.1設計思路 本設計可以分為以下幾個執(zhí)行步驟：(1) 從電位器中獲得

6、控制電壓控制直流電機的轉(zhuǎn)速(2) 直流電機的轉(zhuǎn)速信息被傳感器轉(zhuǎn)化為脈沖信號輸送給8031單片機并計數(shù)，即為轉(zhuǎn)速信息(3) 匯編程序從單片機的接口地址中讀取脈沖信息并將其轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速輸出到數(shù)碼管中顯示(4) 用電位器改變轉(zhuǎn)速的同時數(shù)碼管同步顯示轉(zhuǎn)速信息3.2程序模塊(1) 定時器/計數(shù)器模塊計數(shù)器對脈沖進行計數(shù)，當定時器定時1s中斷后執(zhí)行顯示程序；內(nèi)部定時器用做記數(shù)器時，對機器周期記數(shù)，每個機器周期的長度是12個振蕩周期，因為lab6000實驗箱的8031芯片晶振是6mhz，本程序工作在方式2即8 位自動重裝方式定時器100s,所以定時常數(shù)的設置可以按下式計算：機器周期=12/6mhz=2us（2

7、56-定時常數(shù)）/2us=100s設定時常數(shù)=206，然后對100us中斷10000次就是1秒;(2) 二進制到bcd的轉(zhuǎn)換將計數(shù)的二進制值轉(zhuǎn)換成bcd碼顯示(3) 顯示程序采用動態(tài)顯示，本設計key/led cs連接的是cs0口，所以位碼輸出地址為08002h，段碼輸出地址為08004h，定義以上地址編寫程序?qū)崿F(xiàn)顯示。ny，中斷入口保護現(xiàn)場10000次計數(shù)值減一設置下次10000次計數(shù)值讀取計數(shù)值計數(shù)值為0送計數(shù)值恢復現(xiàn)場中斷返回輸出位選通信號開始延時初始化顯示參數(shù)位選通信號移位關(guān)所有位顯示指向下一位顯示數(shù)據(jù)取顯示數(shù)據(jù)6位完成輸出段碼數(shù)據(jù) 否 是返回圖6 顯示處理流程圖圖5 定時中斷處理流程

8、圖要顯示的二進制數(shù)將數(shù)除于100得百位顯示百位將余數(shù)再除于10得十位顯示十位余數(shù)為各位并顯示跳出圖7 二進制到bcd轉(zhuǎn)換3.3程序清單outbit equ 08002h ;位控制口outseg equ 08004h ;段控制口ledbuf equ 60h ;顯示緩沖c100us equ 43htick equ 10000 ;循環(huán)計數(shù)初值t100us equ 206 ;定時器計數(shù)初值 org 0000h ljmp start org 001bh ;定時中斷子程序，定時1st0int: push psw ;保護斷點 push a mov a, c100us+1 jnz goon dec c100u

9、sgoon: dec c100us+1 mov a, c100us orl a, c100us+1 jnz exit mov c100us, #high(tick) mov c100us+1, #low(tick) jmp clearlcall speed ;按轉(zhuǎn)/秒顯示clear: mov tl0,#0 ;轉(zhuǎn)數(shù)清零，下一秒重新計數(shù)exit: pop a pop psw reti;=ledmap: ; 八段管顯示碼 db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07h db 7fh, 6fh, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71hdisplay

10、led: mov r0, #ledbuf mov r1, #6 ; 共用6個八段管 mov r2, #00100000b ; 從左邊第1個開始顯示loop: mov dptr, #outbit mov a, #0 movx dptr, a ; 關(guān)所有八段管 mov a, r0 mov dptr, #outseg movx dptr,a mov dptr, #outbit mov a, r2 movx dptr, a ; 顯示一位八段管 mov a, r2 ; 顯示下一位 rr a mov r2, a inc r0 djnz r1, loop ret; =toled: ;查找字形代碼 mov d

11、ptr, #ledmap movc a, a+dptr retstart: mov tmod, #25h ;定時器1模式2,定時工作 ;定時器0模式1，計數(shù)工作 mov th0,#0 ;計數(shù)初值為0 mov tl0,#0 mov th1, #t100us mov tl1, #t100us mov ie, #10001011b ;ea=1,et1=1,ex1=0,et0=1,ex0=1 mov c100us, #high(tick) mov c100us+1, #low(tick) setb tr1 ;啟動定時器1 setb tr0 ;啟動定時器0mloop: lcall displayled

12、jmp mloop;=speed: ;顯示轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒） mov a,#0 ;前四位數(shù)碼管清零 call toled mov ledbuf,a mov ledbuf+1,a mov ledbuf+2,a mov ledbuf+3,a mov a, tl0 mov b, #10 div ab call toled mov ledbuf+3, a ;顯示百位 mov a,#10 xch a, b div ab call toled mov ledbuf+4, a ;顯示十位 xch a,b call toled mov ledbuf+5, a ;顯示個位 retend4.電路調(diào)試本次實驗采用wav

13、e lab6000通用微控制器實驗箱做開發(fā)工具，調(diào)試具體程序時，先采用軟件模擬器調(diào)試程序，程序調(diào)試無誤后，連接硬件，進行軟件與硬件相結(jié)合的調(diào)試。為方便查找程序錯誤，分析程序執(zhí)行過程，調(diào)試過程中一般使用單步執(zhí)行和跳到光標位置執(zhí)行操作，需要知道最終調(diào)試結(jié)果是否正確時使用全速執(zhí)行。調(diào)試過程大致經(jīng)過以下幾個階段：1)剛開始我們打算完全用軟件模擬本次實驗，用定時器t1做波特率發(fā)生器模擬直流電機的脈沖輸入，定時器t0工作在模式三，這樣t0高八位可作為定時器，低八位可做計數(shù)器，完成脈沖每秒的數(shù)量測量，但由于t1做波特率發(fā)生器時很難控制，所以我們只得使用軟硬件結(jié)合的方式。2）軟硬件結(jié)合。將電位器接直流電機d/

14、a輸入口，其脈沖輸出接8051t0口（p3.4口），然后將片外ram cs0與led和鍵盤片選key/led cs相連，完成硬件連接。3）軟件調(diào)試：先執(zhí)行全速執(zhí)行，觀察所出現(xiàn)的問題。定時器/計數(shù)器模塊調(diào)試時，打開cpu窗口及定時器t0和定時期t1窗口，然后單步運行觀察所編語句是否每句達到預定效果，應注意的是定時期/計數(shù)器工作時無法賦初值。led顯示模塊的調(diào)試需先用跳到光標位置執(zhí)行，然后單步運行程序，觀察cpu窗口中各寄存器中數(shù)據(jù)變化是否按預定執(zhí)行，同時觀察led顯示結(jié)果，并思考軟件運行過程。led顯示模塊調(diào)試時先增大延時，使其在動態(tài)顯示時能從左到右逐位清楚的顯示，調(diào)用無誤后再調(diào)整好延時，使其快速顯示，達到穩(wěn)定顯示的效果。5.結(jié)論本實驗通過傳感器將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為脈沖的形式，輸送給8031單片機，單片機再將脈沖計數(shù)，即可得直流電機的轉(zhuǎn)速信息。本測速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，顯示直觀，與應用中的電子汽車里程表原理相似。但在調(diào)試當中也發(fā)現(xiàn)了一些不足，譬如轉(zhuǎn)速的顯示位數(shù)有限，最大255轉(zhuǎn)/s能滿組一般電