單片機課程設計（論文）微機化轉速測量系統(tǒng)設計

1、課程設計課 程 名 稱: 課程設計 題 目: 微機化轉速測量系統(tǒng)設計 年級/專業(yè)/班: 學 生 姓 名: 學 號: 小 組 成 員: 開 始 時 間: 年 月 日完 成 時 間: 年 月 日指 導 教 師： 年 月 日目 錄單片機課程設計說明書- 1 -摘 要.- 2 -1 引 言 .- 3 -2 方案設計（或分析） .- 4 -2.1 總體設計框圖.- 5 -2.2 單元電路設計.- 5 -2.2.1 數(shù)碼管顯示電路 .- 5 -2.2.2 主控電路.- 6 -2.2.3 硬件總電路圖 .- 9 -2.3 軟件流程圖.- 10 -2.3.1 主程序流程圖 .- 10 -2.3.2 程序清單

2、.- 10 -3、調試.- 13 -3.1 硬件調試 .- 13 -3.2 軟件調試 .- 13 -3.3 proteus仿真調試 .- 14 -致 謝.- 15 -參考文獻.- 16 -單片機課程設計說明書- 2 - 摘摘 要要本文介紹了一種以單片機內部計數(shù)器 t0 為測頻端口的頻率計方案，以 at-89c51 單片機作為主控核心， led 數(shù)碼顯示等較少的輔助硬件電路相結合，利用軟件對 0-3000hz 頻率的方波實現(xiàn)精確測頻。本系統(tǒng)具有體積小、硬件少、電路結構簡單。本電路中通過霍爾傳感器，把測速機構裝上齒輪，然后把霍爾傳感器靠近齒輪的邊緣，當齒輪在不斷轉動的時候，齒輪的齒和槽會相續(xù)接近霍

3、爾傳感器，這樣子霍爾傳感器就會產(chǎn)生一系列的脈沖，當齒靠近傳感器是會持續(xù)高電平，當凹槽靠近霍爾傳感器是會持續(xù)低電平，這樣當套在軸上的齒輪在不斷轉動時就會出現(xiàn)一系列的脈沖波形，把這波形整形后通過整形電路整形后通至單片機的測速口，再換算把脈沖信號轉換成轉速顯示在數(shù)碼管上面。關鍵詞：關鍵詞：單片機 頻率計 89c52 數(shù)碼顯示 abstract this paper introduces a single-chip t0 internal counter for measuring frequency of port frequency meter project, taking the mig-at

4、 89c51 microcontroller as the master core, led digital display such as less auxiliary hardware circuit, combined with using the software of 0-3000hz frequency square-wave achieve precise measuring frequency. this system has small, simple structure, circuit hardware less. keywords:keywords: single-ch

5、ip microcomputer frequency meter 89c52 digital display 單片機課程設計說明書- 3 -1 1 引引 言言近年來隨著計算機技術的飛速發(fā)展，計算機也正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)二個分支。單片機作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，由于其微小的體積和極低的成本，廣泛應用于家用電器、儀器儀表、工業(yè)控制單元以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。同時數(shù)模電技術、微電子技術也快速發(fā)展使得大量集成芯片出現(xiàn)，從而實現(xiàn)很多簡單功能代替了原來的模擬電路。這樣利用單片機、集成芯片和電子電路就可以很方便的進行設計，其中最典型、現(xiàn)在應用也很多的就是電子

6、產(chǎn)品的設計。 51 系列單片機是國內目前應用最廣泛的一種 8 位單片機之一，隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和普遍接受及應用。51 系列及其衍生單片機還會在繼后很長一段時間占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的低端市場，因此，作為新世紀的大學生，在信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，掌握單片機的基本結構、原理和使用是非常重要的。本次課程設計的內容是使用 89c51 單片機最小系統(tǒng)設計頻率計系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機為主控單元，主要用于對方波頻率的測量。單片機課程設計說明書- 4 -2 方案設計（或分析） 頻率的測量實際上就是在 1s 時間內對信號進行計數(shù)，計數(shù)值就是信號頻率。用單片機設計頻率計通常采用兩種辦法，第一種方法是使用

7、單片機自帶的計數(shù)器對輸入脈沖進行計數(shù)；第二種方法是單片機外部使用計數(shù)器對脈沖信號進行計數(shù)，計數(shù)值再由單片機讀取。第一種方法的好處是設計出的頻率計系統(tǒng)結構和程序編寫簡單，成本低廉，不需要外部計數(shù)器，直接利用所給的單片機最小系統(tǒng)就可以實現(xiàn)。這種方法的缺陷是受限于單片機計數(shù)的晶振頻率，輸入的時鐘頻率通常是單片機晶振頻率的幾分之一甚至是幾十分之一，在本次設計使用的 89c52 單片機，由于檢測一個由“1”到“0”的跳變需要兩個機器周期，前一個機器周期測出“1” ，后一個周期測出“0” 。故輸入時鐘信號的最高頻率不得超過單片機晶振頻率的二十四分之一。第二種方法的好處是輸入的時鐘信號頻率可以不受單片機晶振

8、頻率的限制，可以對相對較高頻率進行測量，但缺點是成本比第一種方法高，設計出來的系統(tǒng)結構和程序也比較復雜。由于成本有限，本次設計中采用第一種方法，因此輸入的時鐘信號最高頻率不得高于 11.0592mhz/24=460.8khz。對外部脈沖的占空比無特殊要求。根據(jù)頻率檢測的原理，很容易想到利用 51 單片機的 t0、t1 兩個定時/計數(shù)器，一個用來定時，另一個用來計數(shù)，兩者均應該工作在中斷方式，一個中斷用于 1s時間的中斷處理，一個中斷用于對頻率脈沖的計數(shù)溢出處理，(對另一個計數(shù)單元加一)，此方法可以彌補計數(shù)器最多只能計數(shù) 65536 的不足。單片機課程設計說明書- 5 -2.1 總體設計框圖 a

9、t89c51控制電路數(shù)碼管顯示電路定時器t0 中斷控制一定頻率方波輸入圖 1 總體設計框圖硬件設計涉及的電路有：at89c52 控制電路、 led 顯示電路、數(shù)碼管顯示電路2.2 單元電路設計2.2.1 數(shù)碼管顯示電路單片機課程設計說明書- 6 -圖 2 四位一體數(shù)碼原理圖如圖 2 為四位一體數(shù)碼管，每個數(shù)碼管都有 a、b、c、d、e、f、g 七個筆劃和一個小數(shù)點h，這八個聯(lián)對應二極管陰極，陽極都聯(lián)在一起（稱共陽極） 。以四位數(shù)碼管矩陣為例，四個數(shù)碼管的 a、b、c、d、e、f、g 七個筆劃和一個小數(shù)點 h 電極分別并聯(lián)在一起。當a,b,c,d,e,f 段低電平，第一位數(shù)碼管位選也為低電平，其

10、他行列都為高阻態(tài)時，第一個數(shù)碼管的 a,b,c,d,e,f 段會點亮，人眼看上去就是一個數(shù)字“0” 。 加上動態(tài)掃描方式在 1/20 秒內四個數(shù)碼管依次都點亮一次，由于視覺暫留，就會看到每一位的結果，通過這種方式實現(xiàn)人和機器的信息交換。由于本電路只需顯示簡單一位數(shù)字所以不需要動態(tài)顯示，只需要一位數(shù)碼管。2.2.22.2.2 主控電路主控電路80c51 是 intel 公司 mcs-51 系列單片機中最基本的產(chǎn)品，它采用 intel 公司可靠的 chmos 工藝技術制造的高性能 8 位單片機，屬于標準的 mcs-51 的 hcmos 產(chǎn)品。它結合了 hmos 的高速和高密度技術及 chmos 的

11、低功耗特征，它繼承和擴展了mcs-48 單片機的體系結構和指令系統(tǒng)。 80c51 內置中央處理單元、128 字節(jié)內部數(shù)據(jù)存儲器 ram、32 個雙向輸入/輸出(i/o)口、2 個 16 位定時/計數(shù)器和 5 個兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩電路。 此外，80c51 還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結 cpu 而 ram 定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存 ram 數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內其它功能。80c51 有pdip(40pin)和 plcc(44pin)兩種封裝形式。其引腳圖如圖 3-1 所示：單片機課程設

12、計說明書- 7 - 圖 3-1 80c51 單片機引腳圖80c51 系列單片機都是以 8031 為核心發(fā)展起來的，具有和 51 系列單片機及基本結構和軟件特征，其內部結構如圖 3-2 所示： 圖 3-2 80c51 單片機框圖p1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst/vpd9rxd p3.010txd p3.111int0 p3.212int1 p3.313t0 p3.414t1 p3.515wr p3.616rd p3.717xtal218xtal119vss20p2.021p2.122p2.223p2.324p2.425p2.526p2.627

13、p2.728psen29ale/prog30ea/vpp31p0.732p0.633p0.534p0.435p0.336p0.237p0.138p0.039vcc4080c51振蕩器及定時電路80c51cpu4k 字節(jié)rom128 字節(jié)ram2 個 16 位定時器/計數(shù)器64k 總線擴展控制可編程i/o可編程串行口單片機課程設計說明書- 8 -80c51 單片機的引腳功能：1、主電源引腳 vss 和 vcc。 vss 接地。 vcc 正常操作時為+5 伏電源。2、外接晶振引腳 xtal1 和 xtal2。 xtal1 內部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩器時，此

14、引腳接地。 。 xtal2 內部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當采用外部振蕩器時，此引腳接外部振蕩源。3、控制或與其它電源復用引腳 rst/vpd，ale/，和/vpp。progpsenea rst/vpd 當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平（由低到高跳變） ，將使單片機復位在 vcc 掉電期間，此引腳可接上備用電源，由 vpd 向內部提供備用電源，以保持內部 ram 中的數(shù)據(jù)。 ale/ 正常操作時為 ale 功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖prog存到外部鎖存器，ale 引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的）周期性地發(fā)出正脈61沖信號。因此，它可用作對外

15、輸出的時鐘，或用于定時目的。但要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ale 脈沖，ale 端可以驅動（吸收或輸出電流）八個 lsttl 電路。 對于 eprom 型單片機，在 eprom 編程期間，此引腳接收編程脈沖（功能） 。prog 外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令（或數(shù)據(jù)）psen期間，在每個機器周期內兩次有效。同樣可以驅動八 lsttl 輸入。psenpsen /vpp /vpp 為內部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當/vpp 為eaeaea高電平時，訪問內部程序存儲器，當/vpp 為低電平時，則訪問外部程序存儲ea器。對于 eprom 型單片機，在

16、eprom 編程期間，此引腳上加 21 伏 eprom 編程電源（vpp） 。4、輸入/輸出引腳 p0.0 - p0.7，p1.0 - p1.7，p2.0 - p2.7，p3.0 - p3.7。 p0 口（p0.0 - p0.7）是一個 8 位漏極開路型雙向 i/o 口，在訪問外部存儲器單片機課程設計說明書- 9 -時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線，p0 口能以吸收電流的方式驅動八個lsttl 負載。 p1 口（p1.0 - p1.7）是一個帶有內部提升電阻的 8 位準雙向 i/o 口。能驅動(吸收或輸出電流)四個 lsttl 負載。 p2 口（p2.0 - p2.7）是一個帶有內部提升

17、電阻的 8 位準雙向 i/o 口，在訪問外部存儲器時，它輸出高 8 位地址。p2 口可以驅動(吸收或輸出電流)四個 lsttl負載。 p3 口（p3.0 - p3.7）是一個帶有內部提升電阻的 8 位準雙向 i/o 口。能驅動四個 lsttl 負載。且具有第二功能。在課程設計里用到了 t0,t1 做定時計數(shù)器，顯示電路采用分時復用 p0 口，在設計里面使用的引腳較少，占用的資源也比較少。而且該芯片是以 8031 為核心，性能價格比高，應用成熟，且對其內部結構較為熟悉，芯片功能夠用而且適用，從而選用 80c51 單片機作為主控芯片。2.2.32.2.3 硬件總電路圖硬件總電路圖圖 7 整體電路圖

18、工作原理：工作原理：當電源接通時，單片機開始運行，首先初始化子程序，然后定時計數(shù)器開始計數(shù)，一定時間采集一次脈沖的個數(shù)，每采集 3 次取平均值。然后送單片機課程設計說明書- 10 -給數(shù)碼管顯示。2.32.3 軟件流程圖軟件流程圖 2.3.12.3.1 主程序流程圖主程序流程圖計數(shù)器開始測頻 上電初始化取平均值數(shù)碼管顯示是否測量三次否圖 9 主程序流程圖如圖剛上電，初始化子程序，計數(shù)器開始計數(shù)測頻，累計三次，把三次測頻的值記錄下來取平均值，數(shù)碼管顯示所測平均值。2.3.22.3.2 程序清單程序清單#include /頭文件申明#include#define uint unsigned int

19、#define uchar unsigned charunsigned long tsum;long double psum,fresult,fage;unsigned char testcnt;double temp3;sbit w1=p37;sbit w2=p36;sbit w3=p31;sbit w4=p30;/按鍵申明uchar m,n,keynum,key1num;uint i;uchar code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,單片機課程設計說明書- 11 -0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c

20、,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71 ; / 數(shù)碼管阿拉伯字母所對的編碼void delay(uint z) /延時子函數(shù)uint x,y; for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void leddisplay(uint n) /數(shù)碼管顯示子函數(shù)p1=0 xff;p1=tablen/1000;/顯示數(shù)碼管千位w1=1;w2=0;w3=0;w4=0;delay(10);p1=0 xff;p1=(tablen/100%10); /顯示數(shù)碼管百位w1=0;w2=1;w3=0;w4=0;delay(10);p1=0 xff;p1=tablen/10%10; /顯示數(shù)

21、碼管十位w1=0;w2=0;w3=1;w4=0;delay(10);p1=0 xff;p1=tablen%10; /顯示數(shù)碼管個位w1=0;w2=0;w3=0;w4=1;delay(10);testinit() tmod=0x15;/定時器計數(shù)器工作模式設置單片機課程設計說明書- 12 - ex1=1; it1=1; et1=1; tr0=0; tr1=0; ea=1; void main() testinit();/初始化子程序while(1)leddisplay(fage); /數(shù)碼管顯示程序delay(10);void int1() interrupt 2 if(testcnt) tr0

22、=0; tr1=0; tsum=(th18)|th0;/過了一個循環(huán)后余下的時間 tsum=tsum+65536*testcnt;/時間總長 psum=(double)(th02)/有 3 個采樣數(shù)值就進行取平均值計算 for(i=0;i3;i+) fresult=fresult+tempi;fage=fresult/3.0; i=0; testcnt=0;th1=0;tl1=0;th0=0;tl0=0;單片機課程設計說明書- 13 -tr1=1;tr0=1;ex1=0; void t1() interrupt 3 /定時中斷 1 每 65536 個機器周期相應一次 testcnt+; ex1

23、=1; 3 3、調試、調試3.1 硬件調試硬件調試是一件重要而細微的工作，許多硬件錯誤往往是在軟件調試時被發(fā)現(xiàn)的。通常，先排除明顯的硬件故障，之后，再和測試軟件結合起來調試。硬件調試可分為靜態(tài)調試和動態(tài)調試兩步。靜態(tài)調試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。檢測步驟如下:目測：檢查外部的各種組件或者是電路是否有斷點，及焊點是否牢固，是否存在虛焊等現(xiàn)象；用萬用表測試：先用萬用表復核目測中有疑問的焊接點及可能在焊接過程中燒壞的組件，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象；加電檢測：給板加電，檢測所有插座或器件的電源是否符合要求；聯(lián)機檢測：要完成對用戶系統(tǒng)的調試，需在單片機開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境下進行。動態(tài)調

24、試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排查錯誤的一種硬件檢測。動態(tài)調試的一般方法是由近及遠、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當調試電路時，與該組件無關的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調試。由分到合的調試既告完成。由近及遠是將信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調試。調試時，仍采用去掉無關組件的方法，逐層調試下去，就會定位故障組件了。3.2 軟件調試單片機課程設計說明書- 14 -程序調試結果如圖 3-1：

25、creating hex file from “蓄電池電壓檢測系統(tǒng)”表明 .hex 文件創(chuàng)建成功?！靶铍姵仉妷簷z測系統(tǒng)”- 0 error(s),0 warning(s)表明文件編譯結果沒有錯誤也沒有警告。圖 3-1 程序調試結果3.3 proteus 仿真調試在 proteus 中建立仿真圖。結果如圖 5-2:圖 5-2 proteus 仿真圖在 proteus 中點擊運行，轉動波形發(fā)生器上面的按鈕，使其輸出方波，同時調節(jié)不同頻率的波形，可以在數(shù)碼管上面看到顯示的數(shù)字，即為信號發(fā)生器的輸出頻率。其變化結果如圖 5-2 所示。單片機課程設計說明書- 15 - 致 謝本次課程設計有較強的綜合性，不僅要求設計者能靈活使用單片機的各種指令，熟練使用單片計計數(shù)器余定時器，熟練編寫順序結構程序，循環(huán)結構程序以及分支結構程序，還要求對單片機的電路連接結構，對數(shù)碼管管理芯片有明確清晰的了解與認識，否則在設計的第一步就會遇到障礙。經(jīng)過這么久的資料收集與查詢，總體構思，對頻率計的設計有了一個總體的框架，對程序的流程圖也有一個基本的結構，經(jīng)過兩天對程序的編寫以及程序的改進，最后終于完成了本