基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速表設(shè)計(jì)

1、 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要 單片機(jī)又稱單片微控制器（MCU），它把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。 本文便是運(yùn)用AT89C51單片機(jī)控制的轉(zhuǎn)速表設(shè)計(jì)。電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，轉(zhuǎn)速是一個(gè)必不可少的參數(shù)。數(shù)字式轉(zhuǎn)速表就是對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，并可以和PC機(jī)進(jìn)行通信，顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并觀察電機(jī)運(yùn)行的基本情況。本設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用了AT89C51作為控制核心，由霍爾傳感器，LED數(shù)碼顯示管，施密特觸發(fā)器等構(gòu)成。充分發(fā)揮單片機(jī)的性能。本設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)是電路較簡(jiǎn)單、功能完善、測(cè)量速度快、精度高、控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)。關(guān)鍵字

2、：AT89C51單片機(jī) 轉(zhuǎn)速測(cè)量 霍爾傳感器AbstractSingle-chip, also known as single-chip microcontroller (MCU), it is a computer system integrated into a chip. Its small size, light weight, cheap, for the learning, application and development of facilities provided.This article, we use the AT89C51 microcontroller to co

3、ntrol the digital tachometer. During operation, the motor needs to be monitoring, speed is an essential parameter. Digital tachometer to measure motor speed, and can communicate with a PC, display the motor speed, and observe the motor running.This design with AT89C51 as control core, by the Hall se

4、nsor, LED digital display tube, the composition of the Schmitt trigger,and so on. Give full play to the performance of the microcontroller. The advantage of a simple hardware and software capabilities improve, measuring speed, high precision and control system reliable, cost-effective and so on.Keyw

5、ords: AT89C51 Tachometer Digital；speeds measure; Hall element 目錄1 引 言11.1本課題研究意義11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3本課題研究的目的22 轉(zhuǎn)速表原理32.1 轉(zhuǎn)速表基本原理32.2 轉(zhuǎn)速計(jì)算及誤差分析42.3 轉(zhuǎn)速測(cè)量63 硬件電路73.1 單片機(jī)概述73.2 復(fù)位電路113.3 顯示電路133.4 報(bào)警電路184 軟件設(shè)計(jì)204.1 主程序框圖204.2 按鍵程序框圖214.3 顯示程序框圖234.4 報(bào)警子程序框圖24結(jié)論25參考文獻(xiàn)26致謝27附錄一：系統(tǒng)總圖28附錄二 仿真圖29附錄三：PCB圖30附錄四：主程序

6、311 引 言1.1本課題研究意義隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)特別是微型計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，計(jì)量技術(shù)相應(yīng)地也得到迅速發(fā)展，單片微機(jī)技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。單片機(jī)在我國(guó)大規(guī)模的應(yīng)用已有十余年歷史，單片機(jī)技術(shù)的研究和推廣正方興未艾。對(duì)轉(zhuǎn)速表的要求越來(lái)越高。轉(zhuǎn)速表性能的提高對(duì)機(jī)械行業(yè)的其他領(lǐng)域的發(fā)展起到不可忽視的促進(jìn)作用。在這個(gè)領(lǐng)域中，數(shù)字儀表越來(lái)越現(xiàn)實(shí)它的優(yōu)越性和生命力：精度高、速度快、便于記錄、控制和傳遞，因而數(shù)字式儀表得到了廣泛的應(yīng)用。在轉(zhuǎn)速計(jì)量方面，數(shù)字轉(zhuǎn)速表更是一種理想的測(cè)量?jī)x器。它可以用來(lái)測(cè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速、線速度或頻率。常用于電機(jī)、電扇、造紙、塑料化纖、洗衣機(jī)、汽車、飛機(jī)、輪船等制造業(yè)。目前廣泛使用的普通

7、式轉(zhuǎn)速表，其電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，穩(wěn)定性差，成本高，抗干擾能力差,測(cè)量精度與范圍不能兼顧，而且采樣的時(shí)間常，難以測(cè)得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，更不具備如轉(zhuǎn)速值的永久存儲(chǔ)、報(bào)警值設(shè)置，定時(shí)打印等功能。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，愈來(lái)愈深入。其中單片機(jī)構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x表已步入現(xiàn)代化、電子化的行列。過(guò)去曾經(jīng)使用過(guò)的接觸式測(cè)量?jī)x表, 如離心式轉(zhuǎn)速表、磁性轉(zhuǎn)速表、微型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速表及鐘表是定時(shí)轉(zhuǎn)速表，均已先后受到冷落；而利用已知頻率的閃光與被測(cè)軸轉(zhuǎn)速同步的方法來(lái)測(cè)速的閃光測(cè)速儀，雖屬非接觸式儀表，目前仍有應(yīng)用,但也退居次

8、要地位。代之而起的是非接觸式的電子與數(shù)字化的測(cè)速儀表。這類轉(zhuǎn)速儀表大多具有體積小、重量輕、讀數(shù)準(zhǔn)確、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，容易實(shí)現(xiàn)電腦熒屏顯示和打印輸出，能夠連續(xù)的反映轉(zhuǎn)速變化，既能測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定情況下的平均轉(zhuǎn)速,也能夠用來(lái)在足夠小的時(shí)間間隔這一特定條件下測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速測(cè)量的應(yīng)用系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科技教育、民用電器等各領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，往往成為某一產(chǎn)品或控制系統(tǒng)的核心部分，其各種參數(shù)在不同的應(yīng)用中有其側(cè)重，但轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)作為普遍的應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，有重要的意義。1.3本課題研究的目的目前廣泛使用的普通式轉(zhuǎn)速表，其電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，穩(wěn)定性差，成本高，抗干擾能力差,測(cè)量精度與范圍不能兼顧

9、，而且采樣的時(shí)間常，難以測(cè)得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，更不具備如轉(zhuǎn)速值的永久存儲(chǔ)、報(bào)警值設(shè)置，定時(shí)打印等功能。轉(zhuǎn)速表性能的提高對(duì)機(jī)械行業(yè)的其他領(lǐng)域的發(fā)展起到不可忽視的促進(jìn)作用。因此，研究單片機(jī)轉(zhuǎn)速表的設(shè)計(jì)是很重要的。本設(shè)計(jì)就是以單片機(jī)為核心的數(shù)字式轉(zhuǎn)速表，轉(zhuǎn)速表要顯示轉(zhuǎn)速要解決很多問(wèn)題，比如信號(hào)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)顯示等。本設(shè)計(jì)通過(guò)由傳感器、放大電路、整形電路和單片機(jī)等組成的測(cè)量電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算、控制。所得轉(zhuǎn)速由串行口送出到LED數(shù)碼管組成的4位靜態(tài)顯示電路，用以顯示轉(zhuǎn)速。另外還有轉(zhuǎn)速超限報(bào)警功能，用與單片機(jī)輸入輸出口連接的控制鍵輸入轉(zhuǎn)速上限，當(dāng)所測(cè)量的轉(zhuǎn)速超過(guò)這個(gè)值時(shí)，發(fā)

10、出報(bào)警聲音。實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。這次所設(shè)計(jì)出來(lái)的轉(zhuǎn)速表的測(cè)量范圍是09999r/min，相對(duì)誤差小于0.3%，能自動(dòng)變換周期，且具有聲光報(bào)警功能。2轉(zhuǎn)速表原理2.1 轉(zhuǎn)速表基本原理目前常用的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法有M法、T法、M/T法。M法（即測(cè)頻法）是指在固定的時(shí)間內(nèi)測(cè)出轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖個(gè)數(shù)。經(jīng)分析得知，M法在測(cè)高速時(shí)相對(duì)誤差較小。T法（即測(cè)周期法）是指在轉(zhuǎn)速傳感器輸出脈沖周期內(nèi)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，測(cè)出轉(zhuǎn)速脈沖周期，進(jìn)而計(jì)算出轉(zhuǎn)速。經(jīng)分析得知，T法在測(cè)低速時(shí)相對(duì)誤差較小。M/T法是指在M法基礎(chǔ)上吸取了T法之優(yōu)點(diǎn)而形成的。其測(cè)速過(guò)程是：在轉(zhuǎn)速傳感器輸出脈沖是上升沿到來(lái)時(shí)啟動(dòng)定時(shí)（定時(shí)時(shí)間為T(mén)c）,同時(shí)計(jì)傳

11、感器輸出脈沖個(gè)數(shù)和時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)，定時(shí)時(shí)間到，先停止對(duì)傳感器輸出脈沖的計(jì)數(shù)，待下一個(gè)傳感器輸出脈沖上升沿到來(lái)時(shí)在停止對(duì)時(shí)鐘脈沖的計(jì)數(shù)，由記錄的兩脈沖m1和m2求出轉(zhuǎn)速。假定旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)速傳感器輸出p個(gè)脈沖，又設(shè)轉(zhuǎn)速N，時(shí)鐘頻率為f0，則 （2-1）通過(guò)式（2-1）可方便地計(jì)算出轉(zhuǎn)速，因?yàn)椴淮嬖谡`差，的最大誤差為一個(gè)時(shí)鐘，所以M/T法測(cè)速時(shí)的相對(duì)誤差為： （2-2）在式（2-2）中由于m2通常較大，固相對(duì)誤差較小，即該測(cè)量方法精度較高，在本轉(zhuǎn)速表設(shè)計(jì)中，我采用的是M/T法。為了減少誤差，在轉(zhuǎn)速小于3600rpn時(shí)采用T法計(jì)算轉(zhuǎn)速，而大于3600rpn就進(jìn)行M法計(jì)算轉(zhuǎn)速。2.2 轉(zhuǎn)速計(jì)算及誤差

12、分析根據(jù)轉(zhuǎn)速、周期、頻率之間的關(guān)系可知 （2-3） （2-4） （2-5）式中，被測(cè)轉(zhuǎn)速，r/min；轉(zhuǎn)速信號(hào)周期，s；轉(zhuǎn)速信號(hào)頻率，Hz；計(jì)算脈沖的周期，又稱時(shí)基，本儀表Tc=4us；將式（2-5）帶入（2-3）得 （2-6）用十六進(jìn)制數(shù)表示為式中N已存入75H、74H、73H單元。利用除法子程序，即可求出轉(zhuǎn)速。下邊計(jì)算該系統(tǒng)的相對(duì)誤差。分別對(duì)式（2-3）和式（2-5）求微分 （2-7） （2-8）將式（2-7）代入（2-8），得 （2-9）式中，N-量化誤差，N=1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，又已知時(shí)基Tc=4us，故 （2-10）由式（2-10）可知，相對(duì)誤差與頻率成正比，即相對(duì)誤差隨轉(zhuǎn)速的升高而升高。

13、因此，為了提高測(cè)量精度，高轉(zhuǎn)速時(shí)需要連續(xù)測(cè)量數(shù)個(gè)周期。本設(shè)計(jì)中為4個(gè)周期，即測(cè)得的N為4個(gè)周期內(nèi)的總和，所以 （2-11） （2-12）用十六進(jìn)制數(shù)表示，為對(duì)式（2-12）進(jìn)行微分因此可求出高速測(cè)量時(shí)的相對(duì)誤差同樣，代入Tc=4us，N=1個(gè)脈沖，則 （2-13）將式（2-13）與（2-10）比較可知，采用多周期測(cè)量相對(duì)精度大大提高。例如，當(dāng)n=3000r/min時(shí)，由式（21-10）可求出，其相對(duì)誤差為當(dāng)n=6000r/min時(shí)，由式（2-12）計(jì)算出相對(duì)誤差為該儀表設(shè)置的臨界轉(zhuǎn)速為3662r/min，其對(duì)應(yīng)的每周期計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)。開(kāi)機(jī)時(shí)，首先按低轉(zhuǎn)速測(cè)量，然后判轉(zhuǎn)速n是高于還是低與3662r

14、/min。若低于此臨界值，則仍按低速測(cè)量，若高于它，便主動(dòng)轉(zhuǎn)入高轉(zhuǎn)速測(cè)量，即連續(xù)測(cè)量4個(gè)周期。2.3 轉(zhuǎn)速測(cè)量由式（2-6）、（2-12）可知，只要能求出脈沖個(gè)數(shù)N，即可求出轉(zhuǎn)速。為了得到計(jì)數(shù)脈沖，可采用門(mén)控方式的硬件技術(shù)方法，也可采用中斷方式的軟件計(jì)數(shù)方法。門(mén)控方式計(jì)數(shù)：由AT89C51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0工作原理可知，當(dāng)其工作在計(jì)數(shù)方式時(shí)，只要T0口上有負(fù)跳變，計(jì)數(shù)器就加1。CPU在每個(gè)周期的S5P2狀態(tài)時(shí)，采樣T0，所以需要2個(gè)機(jī)器周期才能識(shí)別一個(gè)T0的負(fù)跳變，即T0的周期至少應(yīng)等于2倍機(jī)器周期。若晶振頻率為6MHz，6分頻后得到ALE信號(hào)，鼓ALE周期為1us，機(jī)器周期為2us。由此可知

15、，最低計(jì)數(shù)脈沖周期Tc為4us，可由ALE信號(hào)經(jīng)74LS74中的兩個(gè)D觸發(fā)器4分頻后取得。中斷方式計(jì)數(shù)：高轉(zhuǎn)速時(shí)為了連續(xù)測(cè)量4個(gè)輸入周期，可以采用中斷方式計(jì)數(shù)。在初始化或前一次測(cè)量結(jié)束時(shí)，單片機(jī)禁止“外部中斷0”和“定時(shí)器0溢出中斷”。設(shè)置“外部中斷0”為負(fù)跳沿觸發(fā)方式，設(shè)定“計(jì)數(shù)器0”為非門(mén)控計(jì)數(shù)方式，然后等待中斷。外部中斷負(fù)脈沖一到，立即啟動(dòng)“計(jì)數(shù)器0”工作，對(duì)T0的4us計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)到4個(gè)測(cè)量周期時(shí)，停止“計(jì)數(shù)器0”工作，禁止外“中斷”，恢復(fù)測(cè)量周期常數(shù)3，并計(jì)得的脈沖數(shù)存入相應(yīng)單元。門(mén)控方式和中斷方式計(jì)數(shù)，有效解決了精度測(cè)量輸入脈沖周期和高低量程自動(dòng)切換問(wèn)題，測(cè)得計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)后

16、，即可轉(zhuǎn)入計(jì)算轉(zhuǎn)速n的子程序，計(jì)算結(jié)果的BCD碼相應(yīng)的存入4個(gè)存儲(chǔ)單元，以備顯示。3 硬件電路3.1 單片機(jī)概述 單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該儀表機(jī)采用的是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的一種高性能、低功耗、帶有4K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器的8位CMOS單片機(jī)（AT89C51）。它與MCS-51系列單片機(jī)的軟硬件完全兼容。內(nèi)部4K字節(jié)的存儲(chǔ)器既有E

17、PROM的可編能力。又有E2PROM的電擦除特性；既有RAM的訪問(wèn)速度（約60ns），又有三級(jí)加密功能。工作時(shí)，AT98C51的T0用于記錄轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)，T1用于內(nèi)部時(shí)鐘計(jì)數(shù)，P1.7用作T0、T1計(jì)數(shù)器的門(mén)空信號(hào)，以提高測(cè)量精度。AT89C51模塊組成及功能：AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本如圖3.1所示：

18、 圖3.1 AT89C51引腳圖AT89C51的主要功能特性： 兼容MCS51指令系統(tǒng) 4k可反復(fù)擦寫(xiě)(1000次） 32個(gè)雙向I/O口 可編程UARL通道 兩個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 全靜態(tài)操作0-24MHz 1個(gè)串行中斷 1288bit內(nèi)部RAM 兩個(gè)外部中斷源 共6個(gè)中斷源 可直接驅(qū)動(dòng)LED 3級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能AT89C51引腳說(shuō)明：AT89C51的引腳可分為端口、控制和電源三類。1）端口線：AT89C51共有四個(gè)I/O端口，分別為P0、P1、P2、P3都是雙向的，且每個(gè)端口都有鎖存器和8條線。P0口有三個(gè)功能：外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器時(shí)當(dāng)作數(shù)據(jù)總線(D0-

19、D7) ；外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器時(shí)當(dāng)作地址總線(A0-A7)；不擴(kuò)充時(shí)可做一般I/O使用，但內(nèi)部無(wú)上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉倒高電位，這時(shí)可用作輸入口。P1做輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部有上拉電阻那些被外不信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（IL）。對(duì)Flash編程和校驗(yàn)程序時(shí)，P1口接收低8位地址。P2口有兩個(gè)功能：擴(kuò)充外部存儲(chǔ)器時(shí)當(dāng)作地址總線(A8-A15) ；做一般I/O 使用，其內(nèi)部有上拉電阻。對(duì)Fl

20、ash編程和校驗(yàn)程序時(shí)，P2口接收高8位地址。和一些控制信號(hào)。P3口有兩個(gè)功能：做一般I/O 使用，其內(nèi)部有上拉電阻；特殊功能，具體由特殊寄存器來(lái)設(shè)置如下表3.1所示。對(duì)Flash編程和校驗(yàn)程序時(shí)，P3口接收一些控制信號(hào)。 表3.1 P3第二功能定義端口引腳說(shuō)明P3.0（串行輸入口）P3.1（串行輸出口）P3.2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4（定時(shí)器0 外部計(jì)數(shù)輸入）P3.5（定時(shí)器1 外部計(jì)數(shù)輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通輸出）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通輸出）2）控制線：ALE/PROG地址鎖存允許/編程線：地址鎖存使能信號(hào)端，其功能有三：AT89C51外接RAM/R

21、OM：ALE接地址鎖存器8282、8212 的STB 腳，74373的EN 腳。當(dāng)CPU對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，用以鎖住地址的低位地址；AT89C51未外接RAM/ROM：在系統(tǒng)中未使用外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 腳也會(huì)有1/6石英晶體的振蕩頻率，可作為外部時(shí)鐘；在燒寫(xiě)EPROM時(shí)ALE作為燒寫(xiě)時(shí)鐘的輸入端。EA/VPP允許訪問(wèn)片內(nèi)/外存儲(chǔ)器/編程電源線：其接高電平時(shí)，CPU讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)(ROM)；當(dāng)讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器超過(guò)0FFFH 時(shí)，在擴(kuò)充外部ROM條件下自動(dòng)讀取外部ROM。PSEN片外ROM選通線：程序存儲(chǔ)使能端。 XTAL1片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生線路的輸入端。使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，連

22、接外部石英晶體和微調(diào)電容。XTAL2片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端，當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，外接石英晶體和微調(diào)電容。3.2 復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。AT89C51單片機(jī)復(fù)位電路是指單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)

23、定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位、按鈕復(fù)位和按鈕脈沖復(fù)位。AT89C51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST，它是史密特觸發(fā)輸入(對(duì)于CHMOS單片機(jī)，RST引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻)，當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)時(shí)鐘周期)以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，AT89C51保持復(fù)位狀態(tài)。此時(shí)ALE、PSE

24、N、P0、P1、P2、P3口都輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位，CPU從初始狀態(tài)開(kāi)始工作。單片機(jī)采用的復(fù)位方式是采用芯片TCM812進(jìn)行復(fù)位。 TCM812是高性價(jià)比的系統(tǒng)監(jiān)控電路，用于對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的電源電壓VDD 進(jìn)行監(jiān)控，并在必要時(shí)向主處理器提供復(fù)位信號(hào)。提供的手動(dòng)復(fù)位輸入可以替代復(fù)位監(jiān)控器，適合使用按鍵來(lái)復(fù)位。無(wú)需外部元件。該器件由SOT-143方式 封裝，工作溫度范圍為-40 至+85。其引腳如下：圖3.2 TCM812芯片的引腳圖TCM812芯片的引腳功能：（1）GND 地（2）RESET 當(dāng)VDD 低于復(fù)位電壓門(mén)限值和VDD恢復(fù)上升到高于復(fù)位電壓門(mén)限值之后的140 ms（最小

25、值）內(nèi)，RESET推挽輸出保持高電平。 （3）MR 手動(dòng)復(fù)位輸入，當(dāng)MR 低于VIL 時(shí)產(chǎn)生復(fù)位。 （4）VDD 電源電壓 由于TCM812芯片的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中采用該芯片進(jìn)行復(fù)位，其電路圖如下：圖3.3 復(fù)位電路3.3 顯示電路顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，LED（Light-Emitting Diode）是一種外加電壓從而渡過(guò)電流并發(fā)出可見(jiàn)光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。LED有單個(gè)LED和八段LED之分，也有共陰和共陽(yáng)兩種。3.3.1 LED顯示器的結(jié)構(gòu)及其工作原理常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖3-13所示。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱為共陽(yáng)極顯示器,陰極連在一起的稱

26、為共陰極顯示器。1位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管ag控制七個(gè)筆畫(huà)（段）的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，這種筆畫(huà)式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開(kāi)頭有些失真，但控制簡(jiǎn)單，使用方便。此外，要畫(huà)出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進(jìn)行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來(lái)，如圖3.4所示，為七段數(shù)碼管的管腳圖。圖3.4 七段發(fā)光顯示器的結(jié)構(gòu)LED數(shù)碼管通過(guò)點(diǎn)亮特定的字段來(lái)顯示數(shù)字或符號(hào)。共陰與共陽(yáng)七段LED數(shù)碼管的顯示字符與對(duì)應(yīng)的顯示段碼如下表所示，共陽(yáng)七段數(shù)碼管的段碼剛好是共陰七段數(shù)碼管段碼的反碼。表3.2 共陰極七段LED數(shù)碼管

27、和共陽(yáng)極七段LED數(shù)碼管的顯示段碼表LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。A靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)位器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O埠多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根I/O口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89C51單片機(jī)可用的I/O口才32個(gè)呢。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬體電路的復(fù)雜性。B動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片

28、機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,. 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。3.3.2 顯示器接口 在單片機(jī)系統(tǒng)中，最常用的兩種顯示器是發(fā)光二極管顯示器（LED）和液晶顯示器（LCD）。本次設(shè)計(jì)，我采用發(fā)光二極管顯示器。七段LED有共陰極與共陽(yáng)極兩種

29、。為了在七段LED上顯示字母或數(shù)字，必須將其轉(zhuǎn)換可通過(guò)硬件譯碼或軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)的輸出部分就是LED顯示驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電路的主要作用是將從單片機(jī)傳送出來(lái)的脈沖進(jìn)行功率驅(qū)動(dòng)，以便于在數(shù)碼管上顯示。它由集成電路MC14499和74LS06來(lái)?yè)?dān)當(dāng)。MC14499是MOTOROLA公司的高集成度LED顯示驅(qū)動(dòng)器，采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示驅(qū)動(dòng)4個(gè)LED數(shù)碼管。它集鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)、掃描、時(shí)鐘于一體。（它包括1個(gè)20位移位寄存器、1個(gè)鎖存器、1個(gè)多路輸出器）。它所需的輔助電路簡(jiǎn)單，在單片機(jī)數(shù)據(jù)傳送時(shí)采用串行同步方式。用MC14499組成的單片機(jī)的顯示電路，具有占用單片機(jī)軟件資源小，不再外加電路即可于單片機(jī)協(xié)調(diào)工

30、作，使用靈活方便，電路簡(jiǎn)單可靠，無(wú)需外加驅(qū)動(dòng)器等特點(diǎn)。（1）引腳排列如圖3.5所示。圖3.5 MC14499引腳圖（2）引腳說(shuō)明：VDD：正電源端；VSS：電源地；ag：七段顯示輸出；dp：小數(shù)點(diǎn)顯示輸出；：4個(gè)位選通端；OSC：晶振輸入端，外接電容，片內(nèi)可產(chǎn)生200800Hz的掃描信號(hào)；D：串行數(shù)據(jù)輸入端；CLK：時(shí)鐘輸入端，作為串行數(shù)據(jù)接收的同步信號(hào)；EN：使能端，為低電平時(shí)，允許MC14499接收串行輸入數(shù)據(jù)；為高電平時(shí)，片內(nèi)移位寄存器將數(shù)據(jù)送入鎖存器中鎖存。MC14499每次接收20位串行輸入數(shù)據(jù)，前4位為4個(gè)LED的小數(shù)點(diǎn)選擇位，后16位是4個(gè)LED的BCD碼輸入數(shù)據(jù)，一幀數(shù)據(jù)的傳輸

31、格式如下表3.3所示：表3.3 MC14499 一幀數(shù)據(jù)表20 19 18 1716 15 14 1312 11 10 987654321LSB MSBIV段碼LSB MSBIII段碼LSB MSB II段碼LSB MSBI段碼LSB MSB小數(shù)點(diǎn)選擇一幀數(shù)據(jù)輸入完后，便被鎖存起來(lái)，供4位LED顯示使用，CPU只提供顯示用的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的顯示則是由MC14499對(duì)各位進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)，掃描頻率由OSC端外接電容決定。MC14499的BCD碼顯示字節(jié)如表3.4所示：表3.4 MC14499的BCD碼顯示表BCD碼顯示字節(jié)BCD碼顯示字節(jié)00000100080001110019001021010A0

32、01131011I010041100II010151101U011061101-011171111熄滅由于MC14499的這4個(gè)位選通端必須通過(guò)一個(gè)反相驅(qū)動(dòng)器后才能控制4個(gè)LED，所以在這次設(shè)計(jì)中我使用的是集電極開(kāi)路高壓輸出的六反相緩沖器/驅(qū)動(dòng)器74LS06，其引腳排列如圖3.6所示。如圖3.6 74LS06的引腳排列其管腳1，3，5，9，11，13為輸入端；管腳2，4，6，8，10，12為輸出端。74LS06輸出低電平電流為40mA，為了能夠驅(qū)動(dòng)4個(gè)顯示器，限流電阻的大小要配備合適。電源電壓是5V，一個(gè)發(fā)光二極管的管壓降約為1.2V，經(jīng)過(guò)計(jì)算，限流電阻選1K左右合適。在串行口方式下，AT89

33、C51單片機(jī)的串行輸出端TXD提供時(shí)鐘信號(hào)，串行口輸入端RXD輸出串行數(shù)據(jù)，選定P1口或P3口任意一根I/O線以提供MC14499所需的使能信號(hào)。在串行口方式下，應(yīng)將AT89C51單片機(jī)串行口的工作方式置為0方式。串行口方式特別適合于系統(tǒng)硬件無(wú)相互間通道的情況。在該控制方式下應(yīng)注意：AT89C51單片機(jī)串行口輸出數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送順序?yàn)閺臄?shù)據(jù)低位到高位，而MC14499將BCD碼數(shù)據(jù)譯為十進(jìn)制數(shù)時(shí)，卻是將原數(shù)據(jù)的低位作為高位處理的，如將某次數(shù)據(jù)的最后八位B（84H）送入MC14499時(shí)，從低位到高位被分布于其移位寄存器的1320單元中，即最低位0在13單元，最高位1在20單元，MC14499進(jìn)行譯碼

34、時(shí)，卻是將0作為最高位，1作為最低位處理時(shí)，于是成為B（21H），即段碼3數(shù)據(jù)為0010B，顯示器顯示“2”，段碼4數(shù)據(jù)為0001B，顯示器顯示“1”因此，必須將欲顯示的壓縮BCD碼進(jìn)行循環(huán)位移（即將最低位移至最高位，第二位移至第七位，其余以次類推）后再送入MC14499，以保證顯示的正確性。MC14499 每次可接收的串行數(shù)據(jù)最多為20位，而AT89C51單片機(jī)由于8位機(jī)，每次送出的數(shù)據(jù)并非一定是20位，特別是在串行口控制方式下，串行口每次送出數(shù)據(jù)為8位，因此MC14499每次接收的數(shù)據(jù)必然多于或少于20位。當(dāng)AT89C51單片機(jī)送出的數(shù)據(jù)多于20位時(shí)，MC14499接收的將是最后20位數(shù)據(jù)

35、，20位以前多余的數(shù)據(jù)在移位過(guò)程中被后來(lái)的數(shù)據(jù)擠出；當(dāng)AT89C51單片機(jī)送出的數(shù)據(jù)少于20位時(shí)，MC14499在接收移位過(guò)程中將保留一部分移位寄存器中原來(lái)的數(shù)據(jù)。AT89C51單片機(jī)每次發(fā)送完數(shù)據(jù)后，必須將MC14499使能端置位。這是因?yàn)镸C14499進(jìn)行譯碼輸出的并非是其移位寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)，而是其鎖存器內(nèi)的數(shù)據(jù)。將使能端置位有兩個(gè)作用：第一，禁止MC14499再接收外來(lái)數(shù)據(jù)；第二，將移位寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)送入鎖存器中，以提供譯碼輸出。3.4報(bào)警電路在AT89C51單片機(jī)的P1.1口上接上一個(gè)報(bào)警電路。如圖3.7所示，單片機(jī)P1.1口發(fā)出一串脈沖信號(hào)，經(jīng)共射集復(fù)合放大電路放大后，使PS導(dǎo)通，發(fā)

36、生振動(dòng)；單片機(jī)沒(méi)有脈沖信號(hào)時(shí)，電路工作為穩(wěn)定狀態(tài)（即不工作）。就這樣SP兩端形成振蕩回路，發(fā)出報(bào)警聲音。通過(guò)按鍵取消報(bào)警聲，結(jié)束后又恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，等待下一串脈沖信號(hào)的到來(lái)。圖3.7 系統(tǒng)報(bào)警電路4 軟件設(shè)計(jì)硬件電路完成以后，進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。首先要分析系統(tǒng)對(duì)軟件的要求，然后進(jìn)行軟件的總體的設(shè)計(jì)，包括程序的總體設(shè)計(jì)和對(duì)程序的模塊化設(shè)計(jì)。按整體功能分為多個(gè)不同的模塊，單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試，然后將各個(gè)模塊裝配聯(lián)調(diào)，組成完整的軟件。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，單片機(jī)的任務(wù)是：內(nèi)部進(jìn)行計(jì)數(shù)，在計(jì)算出速度后顯示。軟件編程用C語(yǔ)言完成的，需要能掌握C語(yǔ)言，還要熟練AT89C51單片機(jī)。從程序流程圖、編寫(xiě)程序、編譯，到最后的

37、調(diào)試，是很復(fù)雜的。4.1 主程序框圖本系統(tǒng)主程序流程如圖所示。其功能是通過(guò)計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部計(jì)算后，輸入到顯示器上顯示轉(zhuǎn)速。在運(yùn)行中又加入了報(bào)警系統(tǒng)，和功能鍵，使整個(gè)系統(tǒng)智能化。如圖4.1所示：圖4.1 主程序框圖4.2 按鍵程序框圖功能按鍵的作用就是置入報(bào)警初值，KEY1、KEY2、KEY3、KEY4、KEY5、分別實(shí)現(xiàn)“報(bào)警值置入”、“+1”、“左移一位”、“完成報(bào)警值置入”、“解除報(bào)警信號(hào)”。圖4.2 按鍵程序框圖4.3 顯示程序框圖圖4.3 顯示程序框圖4.4 報(bào)警子程序框圖圖4.4報(bào)警子程序框圖結(jié)論通過(guò)各方面努力，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)基本完成。在設(shè)計(jì)中遇到很多我在平時(shí)學(xué)習(xí)沒(méi)有掌

38、握好的知識(shí)，模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)，在單片機(jī)方面有有串行口應(yīng)用和定時(shí)計(jì)數(shù)器的使用，還要對(duì)單片機(jī)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾和調(diào)試處理。最重要的是單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)。通過(guò)此次設(shè)計(jì)使我對(duì)以前學(xué)過(guò)的知識(shí)得到了重新的認(rèn)識(shí)，我覺(jué)得這種學(xué)習(xí)知識(shí)的方法能很效的掌握知識(shí)，我也應(yīng)該通過(guò)這種理論聯(lián)系實(shí)踐的方法學(xué)習(xí)書(shū)本知識(shí)，這樣才能更合理的、更科學(xué)的學(xué)習(xí)知識(shí)。在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，通過(guò)查找資料然后請(qǐng)教老師、同學(xué)，逐步對(duì)此畢業(yè)設(shè)計(jì)有了清晰的設(shè)計(jì)方案，我同時(shí)也更深的了解自己大學(xué)所學(xué)的知識(shí)，我也了解了自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)在以后工作方面的作用，也對(duì)自己找工作明確了方向。另外，由于時(shí)間關(guān)系和能力的局限性，錯(cuò)誤之處難免，還請(qǐng)老師體

39、諒。參考文獻(xiàn)1 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用M. 北京：高等教育出版社,2010.2 張娟.protel電路設(shè)計(jì)教程M. 北京：清華大學(xué)出版社,2010.3 周定頤.電機(jī)及電力拖動(dòng)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.4 王兆安.電力電子技術(shù)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.5 王學(xué)文.傳感器原理及應(yīng)用M. 北京：航空航天大學(xué)出版社,2008.6 王建.實(shí)用單片機(jī)技術(shù)M. 遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2012.7 嚴(yán)東海.電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)指導(dǎo)Z. 樂(lè)山：成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,2005.8 袁凡.基于單片機(jī)的數(shù)顯轉(zhuǎn)速表J. 學(xué)術(shù)2010年第五期:69-70.9 吳曉男.飛機(jī)

40、數(shù)顯轉(zhuǎn)數(shù)表設(shè)計(jì)J. 電子產(chǎn)品世界2011年第8期:48-59.10 劉遙生.單片機(jī)數(shù)顯轉(zhuǎn)速表設(shè)計(jì)與制作J. 電子制作2009年02期:9-12.11 祥賢.多用途單片機(jī)數(shù)顯表J. 電子與自動(dòng)化1994年第1期:19-22.12 潘永雄.新編單片機(jī)原理與應(yīng)用，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，200313 徐愛(ài)鈞.智能化測(cè)量控制儀表原理與設(shè)計(jì)M.北京：航空航天大學(xué)出版社,1995.14 谷金花;基于霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)J;大眾科技;2007年05期15 許戴銘;基于單片機(jī)與霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量設(shè)計(jì)J;價(jià)值工程;2012年08期 致謝經(jīng)過(guò)這幾個(gè)月的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將近尾聲。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，鍛煉

41、了我獨(dú)立動(dòng)手能力，并且也認(rèn)識(shí)到了自己所學(xué)知識(shí)的不足，所以在這我必須感謝幫助過(guò)我的人。首先，我要感謝指導(dǎo)老師張倫老師。雖然張老師平時(shí)工作比較繁忙，但還總是抽時(shí)間給我重要的指導(dǎo)，細(xì)心的幫我指出我在設(shè)計(jì)中所犯的錯(cuò)誤，他的指導(dǎo)讓我更加明確了目標(biāo)最后，我還要感謝的是我的同學(xué)們，在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，她們都給了我細(xì)心的指導(dǎo)和幫助。附錄一：系統(tǒng)總圖附錄二 仿真圖 附錄三：PCB圖 附錄四：主程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit COUNT_IN=P32;/定義1602相關(guān)管腳sbit rs=P27;sbit

42、en=P26;/按鍵定義sbit add=P33;sbit dec=P34;sbit BUZZ=P10;uint count,m,n;unsigned long RPM;long shangxian=10000;bit flag;uchar code tab1= VH: r/min ; /一行顯示的固定字符uchar code tab2= RV: r/min ;/轉(zhuǎn)速顯示的固定字符void delay(uint x)uint i,j;for(i=0;ix;i+)for(j=0;j110;j+);void init()IT0=1;/INT0負(fù)跳變觸發(fā) TMOD=0x01;/定時(shí)器工作于方式1TH0=0xfc; /1msTL0=0x18;EA=1; /CPU開(kāi)中斷總允許ET0=1;/開(kāi)定時(shí)中斷EX0=1;/開(kāi)外部INTO中斷 TR0=1;/啟動(dòng)定時(shí)/*液晶寫(xiě)入指令函數(shù)與寫(xiě)入數(shù)據(jù)函數(shù)，以后可調(diào)用*/void write_1602com(u