基于單片機的轉(zhuǎn)速表設(shè)計()

1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書 基于單片機的轉(zhuǎn)速表設(shè)計與實現(xiàn)摘 要 單片機又稱單片微控制器（MCU），它把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。它具有體積小、質(zhì)量輕、價格便宜的優(yōu)點，為我們的學(xué)習(xí)、應(yīng)用以及開發(fā)提供了便利條件。 本文便是運用AT89C51單片機控制的轉(zhuǎn)速表設(shè)計。電機在運行過程中，需要對其進行監(jiān)控，轉(zhuǎn)速是一個必不可少的參數(shù)。數(shù)字式轉(zhuǎn)速表主要功能就是對電機轉(zhuǎn)速進行測量，它可以和計算機之間進行通信，并且顯示電機的轉(zhuǎn)速以及觀察電機運行的基本情況。本設(shè)計主要是運用了AT89C51作為控制核心，由霍爾傳感器，LCD液晶顯示器等構(gòu)成。充分發(fā)揮單片機的性能。本設(shè)計優(yōu)點就是電路比較簡單、功

2、能完善、測量速度又快、精度高、控制系統(tǒng)可靠，性價比高等特點。關(guān)鍵字：AT89C51單片機 轉(zhuǎn)速測量 霍爾傳感器- III -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,

3、we use the AT89C51 microcontroller to control 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

4、 AT89C51 as control core, by the Hall sensor, LCD 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

5、 reliable, cost-effective and so on.Keywords: AT89C51 Tachometer Digital；speeds measure; Hall element 目錄1 引言11.1 本課題研究意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 本課題研究的目的22 轉(zhuǎn)速測量原理32.1 轉(zhuǎn)速測量基本原理32.2 轉(zhuǎn)速計算及誤差分析42.3 轉(zhuǎn)速測量63 系統(tǒng)總體設(shè)計方案74 硬件電路84.1 單片機的概述84.2 霍爾傳感器124.3 復(fù)位電路134.4 晶振電路154.5 顯示電路174.6 報警電路204.7 最小系統(tǒng)的仿真225 軟件設(shè)計255.1 主程序流

6、程圖255.2 顯示程序流程圖265.3 報警子程序流程圖27結(jié)論29參考文獻30致謝32附錄一：系統(tǒng)總圖33附錄二：PCB圖34附錄三：主程序35 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書1 引言1.1 本課題研究意義隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)特別是微型計算機的高速發(fā)展，測量技術(shù)相應(yīng)地也得到迅速發(fā)展，單片微機技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。單片機在我國已有十余年歷史的大規(guī)模的應(yīng)用，單片機技術(shù)的推廣和研究正方興未艾。轉(zhuǎn)速表在目前這個領(lǐng)域中有了越來越高的需求。提高轉(zhuǎn)速表的性能，在機械行業(yè)其他領(lǐng)域的發(fā)展中，起到的促進作用不可忽視。在這個領(lǐng)域，數(shù)字儀表一步步的實現(xiàn)了它的優(yōu)越性和生命力它具有速度快、精度高、便于記錄、

7、控制和傳遞的優(yōu)點，所以數(shù)字轉(zhuǎn)速表在這一領(lǐng)域得到了最廣泛的應(yīng)用。在轉(zhuǎn)速測量方面，數(shù)字轉(zhuǎn)速表更是一個理想的測量儀器。它可以用來測量電機的轉(zhuǎn)速、頻率和線速度。常用于造紙、電機、塑料化纖、電扇、汽車、洗衣機、輪船、飛機等制造業(yè)。目前我們使用的普通式轉(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,測量精度與范圍不能兼顧，而且采樣的時間常，難以測得瞬時轉(zhuǎn)速，更不具備如轉(zhuǎn)速值的永久存儲、報警值設(shè)置，定時打印等功能。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微型計算機的應(yīng)用愈來愈廣泛，愈來愈深入。其中單片機構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)愈來愈受到人們的關(guān)注。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,轉(zhuǎn)速測量儀表已步入現(xiàn)

8、代化、電子化的行列。過去曾經(jīng)使用過的接觸式測量儀表, 如離心式轉(zhuǎn)速表、磁性轉(zhuǎn)速表、微型發(fā)電機轉(zhuǎn)速表及鐘表是定時轉(zhuǎn)速表，均已先后受到冷落；而利用已知頻率的閃光與被測軸轉(zhuǎn)速同步的方法來測速的閃光測速儀，雖屬非接觸式儀表，目前仍有應(yīng)用,但也退居次要地位。代之而起的是非接觸式的電子與數(shù)字化的測速儀表。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，容易實現(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，既能測定發(fā)動機穩(wěn)定情況下的平均轉(zhuǎn)速,也能夠用來在足夠小的時間間隔這一特定條件下測定發(fā)動機的瞬時轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速測量的應(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

9、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)速測量系統(tǒng)作為普遍的應(yīng)用在國民經(jīng)濟發(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的轉(zhuǎn)速表，它的電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，穩(wěn)定性差，成本又高，抗干擾能力差，測量精度與其范圍不能兼顧，而且采樣的時間比較長，難以測得瞬時轉(zhuǎn)速，更不具備轉(zhuǎn)速值的永久存儲、報警值設(shè)置等功能。轉(zhuǎn)速表性能的提高對機械行業(yè)的其他領(lǐng)域的發(fā)展起到不可忽視的促進作用。因此，研究單片機轉(zhuǎn)速表的設(shè)計是很重要的。 本設(shè)計主要內(nèi)容就是以單片機為核心的轉(zhuǎn)速表，轉(zhuǎn)速表要顯示轉(zhuǎn)速的過程中我們需要解決很多的問題，比如數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)在單片機內(nèi)部的計算、以及最

10、后數(shù)據(jù)的顯示等等。本次設(shè)計主要通過由霍爾傳感器、放大電路、整形電路和單片機等組成的測量電路對所需數(shù)據(jù)進行大量采集，通過設(shè)計軟件對采集數(shù)據(jù)進行進行計算。所得到的轉(zhuǎn)速由串行口送出到LCD液晶顯示器上顯示電路，以顯示轉(zhuǎn)速。另外，本設(shè)計的還增加了報警功能，通過與單片機的I/O口連接的控制鍵來輸入轉(zhuǎn)速上限閾值，當(dāng)測量得到的轉(zhuǎn)速超過轉(zhuǎn)速上限閾值時，系統(tǒng)就會發(fā)出報警的聲音并且紅色警報燈亮。本次設(shè)計的轉(zhuǎn)速表的測量范圍是0-9999r/min，它的相對誤差小于0.3%，且具有報警功能。2 轉(zhuǎn)速測量原理2.1 轉(zhuǎn)速測量基本原理目前常用的轉(zhuǎn)速測量方法有M法、T法、M/T法。 M法（測頻法）指在固定的時間內(nèi)

11、測出轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖個數(shù)。經(jīng)分析得知，M法適合高、中轉(zhuǎn)速測量。      T法（測周期法）指在傳感器轉(zhuǎn)速脈沖的間隔內(nèi)，對時鐘信號進行計數(shù)。經(jīng)分析得知，T法適合較低的轉(zhuǎn)速測量。M/T法是指在M法基礎(chǔ)上吸取了T法之優(yōu)點而形成的。其測速過程是：在轉(zhuǎn)速傳感器輸出脈沖是上升沿到來時啟動定時（定時時間為Tc）,同時計傳感器輸出脈沖個數(shù)和時鐘脈沖個數(shù)，定時時間到，先停止對傳感器輸出脈沖的計數(shù)，待下一個傳感器輸出脈沖上升沿到來時在停止對時鐘脈沖的計數(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個脈沖，又設(shè)轉(zhuǎn)速N，時鐘頻

12、率為f0，則 （2-1）通過式（2-1）可方便地計算出轉(zhuǎn)速，因為不存在誤差，的最大誤差為一個時鐘，所以M/T法測速時的相對誤差為： （2-2）在式（2-2）中由于m2通常較大，固相對誤差較小，即該測量方法精度較高，在本轉(zhuǎn)速表設(shè)計中，我采用的是M/T法。2.2 轉(zhuǎn)速計算及誤差分析根據(jù)轉(zhuǎn)速、周期、頻率之間的關(guān)系可知 （2-3） （2-4） （2-5）式中，被測轉(zhuǎn)速，r/min；轉(zhuǎn)速信號周期，s；轉(zhuǎn)速信號頻率，Hz；計算脈沖的周期，又稱時基，本儀表Tc=4us；將式（2-5）帶入（2-3）得 （2-6）用十六進制數(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。下邊計算該

13、系統(tǒng)的相對誤差。分別對式（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個計數(shù)脈沖，又已知時基Tc=4us，故 （2-10）由式（2-10）可知，相對誤差與頻率成正比，即相對誤差隨轉(zhuǎn)速的升高而升高。本設(shè)計中為4個周期，即測得的N為4個周期內(nèi)的總和，所以 （2-11） （2-12）用十六進制數(shù)表示，為對式（2-12）進行微分因此可求出高速測量時的相對誤差同樣，代入Tc=4us，N=±1個脈沖，則 （2-13）將式（2-13）與（2-10）比較可知，采用多周期測量相對精度大大提高。例如，當(dāng)n=3000

14、r/min時，由式（21-10）可求出，其相對誤差為當(dāng)n=6000r/min時，由式（2-12）計算出相對誤差為此轉(zhuǎn)速表設(shè)置的臨界轉(zhuǎn)速為3662r/min，對應(yīng)著每周期技術(shù)脈沖個數(shù)。開機時，首先按低轉(zhuǎn)速測量，然后判轉(zhuǎn)速n是高于還是低與3662r/min。若測得轉(zhuǎn)速低于此臨界值，則仍按低速測量；若測得轉(zhuǎn)速高于臨界值，則主動轉(zhuǎn)入高轉(zhuǎn)速測量。2.3 轉(zhuǎn)速測量由式（2-6）、（2-12）可知，只要能求出脈沖個數(shù)N，即可求出轉(zhuǎn)速。采用門控方式的硬件技術(shù)方法，是為了得到計數(shù)脈沖，也可采用中斷方式的軟件計數(shù)方法。門控方式計數(shù)：由AT89C51定時器/計數(shù)器T0工作原理可知，當(dāng)其工作在計數(shù)方式時，只要T0口上

15、有負(fù)跳變，計數(shù)器就加1。CPU在每個周期的S5P2狀態(tài)時，采樣T0，所以需要2個機器周期才能識別一個T0的負(fù)跳變，即T0的周期至少應(yīng)等于2倍機器周期。若晶振頻率為6MHz，6分頻后得到ALE信號，鼓ALE周期為1us，機器周期為2us。由此可知，最低計數(shù)脈沖周期Tc為4us，可由ALE信號經(jīng)74LS74中的兩個D觸發(fā)器4分頻后取得。中斷方式計數(shù)：高轉(zhuǎn)速時為了連續(xù)測量4個輸入周期，可以采用中斷方式計數(shù)。在初始化或前一次測量結(jié)束時，單片機禁止“外部中斷0”和“定時器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“計數(shù)器0”為非門控計數(shù)方式，然后等待中斷。外部中斷負(fù)脈沖一到，立即啟動“計數(shù)器

16、0”工作，對T0的4us計數(shù)脈沖進行計數(shù)。計到4個測量周期時，停止“計數(shù)器0”工作，禁止外“中斷”，恢復(fù)測量周期常數(shù)3，并計得的脈沖數(shù)存入相應(yīng)單元。門控方式和中斷方式計數(shù)，有效解決了精度測量輸入脈沖周期和高低量程自動切換問題，測得計數(shù)脈沖個數(shù)后，即可轉(zhuǎn)入計算轉(zhuǎn)速n的子程序，計算結(jié)果的BCD碼相應(yīng)的存入4個存儲單元，以備顯示。3 系統(tǒng)總體設(shè)計方案通過計數(shù)脈沖個數(shù)，在AT89C51單片機內(nèi)部計算后，輸入到LCD液晶顯示器上顯示轉(zhuǎn)速。在運行中又加入了報警系統(tǒng)，和功能鍵，使整個系統(tǒng)智能化。整個設(shè)計分硬件和軟件兩大部分。硬件部分采用AT89C51單片機作為可編程芯片，用LCD液晶顯示器作為信號顯示；軟件

17、部分利用C語言作為設(shè)計語言，對單片機進行編程實現(xiàn)各種功能。同時，通過霍爾傳感器與單片機的交流，可在液晶顯示屏上顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速值。  按照上述系統(tǒng)設(shè)計的要求，我們可以確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，主要有以下幾個部分組成：電源供電模塊、復(fù)位電路、晶振電路、單片機模塊、液晶顯示模塊、霍爾測速模塊和報警模塊。系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。電源電路顯示電路霍爾傳感器AT89C51單片機晶振電路報警電路復(fù)位電路圖3.1 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的總體框圖4 硬件電路 本次設(shè)計硬件電路設(shè)計的主要任務(wù)就是是根據(jù)上一張的總體設(shè)計要求，在系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，并且設(shè)計出各個模塊的電路原理圖。4.1 單

18、片機的概述 單片機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隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、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)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。該儀表機采用的是美國ATMEL公司生產(chǎn)的一種高性能、低功耗、帶有4K字節(jié)閃爍存儲器的8位CMOS單片機（AT89C51）。它與MCS-51系列單片機的軟硬件完全兼容。內(nèi)部4K字節(jié)的存儲器既有EPROM的可編能力。又有E2PROM的電擦除特性；既有RAM的訪問速度（約60ns），又有三級加密功能

19、。工作時，AT98C51的T0用于記錄轉(zhuǎn)速脈沖信號，T1用于內(nèi)部時鐘計數(shù)，P1.7用作T0、T1計數(shù)器的門空信號，以提高測量精度。AT89C51模塊組成及功能：AT89C51使我們常用的單片機，是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能8位微處理器。它共有40個引腳，其中包含32個雙向I/O端口，4個控制信號引腳，2個電源引腳以及外接晶體引腳（外接時鐘信號）。AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。如圖4.1所示： 圖4.1 AT89C51引腳圖AT89C51

20、的主要功能特性： · 兼容MCS51指令系統(tǒng) · 4k可反復(fù)擦寫(>1000次） · 32個雙向I/O口 · 可編程UARL通道 · 兩個16位可編程定時/計數(shù)器 · 全靜態(tài)操作0-24MHz · 1個串行中斷 · 1288bit內(nèi)部RAM · 兩個外部中斷源 · 共6個中斷源 · 可直接驅(qū)動LED · 3級加密位 · 低功耗空閑和掉電模式 · 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能AT89C51引腳說明：AT89C51的引腳可分為端口、控制和電源三類。1）端口線：

21、    AT89C51共有四個I/O端口，分別為P0、P1、P2、P3端口，每個端口都是8位并行的I/O端口。P0口有三個功能：外部擴充存儲器時當(dāng)作數(shù)據(jù)總線(D0-D7) ；外部擴充存儲器時當(dāng)作地址總線(A0-A7)；不擴充時可做一般I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。P1口是一個帶有內(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4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉倒高電位，這時可用作輸入口。對Flash編程和校驗程序時，P1口接收低8

22、位地址。P2口有兩個功能：擴充外部存儲器時當(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Flash編程和校驗程序時，P2口接收高8位地址。和一些控制信號。P3口有兩個功能：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設(shè)置如下表4.1所示。對Flash編程和校驗程序時，P3口接收一些控制信號。 表4.1 P3第二功能定義端口引腳說明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（定時器0 外部計數(shù)輸入）P3.5（定時器1 外部計數(shù)輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通輸出）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選

23、通輸出）22）控制線：ALE/PROG地址鎖存允許/編程線： ALE地址鎖存使能信號端:CPU訪問片外存儲器時， 該引腳輸出信號的下降沿作為鎖存8位地址的控制信號。正常工作時， 該引腳以振蕩頻率f的1/6固定輸出正脈沖， 可作為對外輸出時鐘和定時信號。 PROG編程脈沖輸入端:是對片內(nèi)帶有4KB EPROOM的單片機編程寫入時的編程脈沖輸入端、編程器、燒錄器、 寫入器。EA/VPP允許訪問片內(nèi)/外存儲器/編程電源線。EA片外程序存儲器訪問允許輸入端。 EA=1 即輸入高電平時， cpu訪片內(nèi)程序存儲器。PC值超過0FFFH時， 將自動執(zhí)行外程序存儲器的程序.EA=O即輸入低電平時， cpu訪問

24、片外EPROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲器中的程序。 Vpp編程電源。對單片機片內(nèi)的EPROM固化編程時，編程電壓輸入端。 PSEN片外ROM選通線：程序存儲使能端。 XTAL1片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生線路的輸入端。使用片內(nèi)振蕩器時，連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，外接石英晶體和微調(diào)電容。4.2 霍爾傳感器 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電動勢稱為霍爾電動勢，上述半導(dǎo)體薄片稱為霍爾元件。用霍爾元件做成的傳感器稱

25、為霍爾傳感器。 為了使霍爾傳感器能夠獲得脈沖信號，我們只要在電機轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上磁鋼即可。當(dāng)霍爾開關(guān)接近轉(zhuǎn)軸上的磁鋼時，就會有信號輸出，所以當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，磁鋼繞轉(zhuǎn)軸做圓周運動不斷地接近霍爾開關(guān)，于是霍爾傳感器上就會不斷輸出脈沖信號。如果在圓周上黏上很多粒磁鋼的話，霍爾傳感器就可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周獲得多個脈沖輸出。本文介紹的轉(zhuǎn)速采用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測量。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器如圖4.2圖4.2霍爾測速圖4.3 電源電路圖4.3 復(fù)位電路AT89C51單片機復(fù)位電路是指單片機的初始化操作。單片機啟運運行時，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確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。因而

26、，復(fù)位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實現(xiàn)。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。單片機的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位、按鈕復(fù)位和按鈕脈沖復(fù)位。AT89C51單片機有一個復(fù)位引腳RST，它是史密特觸發(fā)輸入(對于CHMOS

27、單片機，RST引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻)，當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn)2個機器周期(即24個時鐘周期)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ALE、PSEN、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)開始工作。單片機采用的復(fù)位方式是采用芯片TCM812進行復(fù)位。 TCM812是高性價比的系統(tǒng)監(jiān)控電路，用于對數(shù)字系統(tǒng)的電源電壓VDD 進行監(jiān)控，并在必要時向主處理器提供復(fù)位信號。提供的手動復(fù)位輸入可以替代復(fù)位監(jiān)控器，適合使用按鍵來復(fù)位。無需外部元件。該器件由SOT-143方式 封裝，工作溫度范圍為-40 至+85。其

28、引腳如下：圖4.4 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)位電壓門限值和VDD恢復(fù)上升到高于復(fù)位電壓門限值之后的140 ms（最小值）內(nèi)，RESET推挽輸出保持高電平。 （3）MR 手動復(fù)位輸入，當(dāng)MR 低于VIL 時產(chǎn)生復(fù)位。 （4）VDD 電源電壓 由于TCM812芯片的特點，本設(shè)計中采用該芯片進行復(fù)位，其電路圖如下： 圖4.5 復(fù)位電路4.4 晶振電路 晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是

29、并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，也就是晶振電路。     單片機系統(tǒng)里都有晶振，在單片機系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。 在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。高級的精度更高。有些

30、晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。 單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。 晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。晶體振蕩電路如圖：圖4.6 晶振電路4.5 顯示電路顯示部分有兩個功能，在正常的情況下，通過LCD顯示當(dāng)前的頻率數(shù)值。LCD1602A 是一

31、種工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02 即32個字符。（16列2行）。在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。在很多電子產(chǎn)品中我們都可以見到，例如數(shù)字計算機，數(shù)字萬用表，萬年歷等等。顯示的內(nèi)容主要包括數(shù)字、符號以及專用圖形。在單片機的輸出方式上通常使用的主要有以下幾種方式：發(fā)光管、LED數(shù)碼管和液晶顯示器。其中發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。 液晶顯示器都是數(shù)字式

32、的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 （1）引腳說明：第1腳：VSS為地電源。 第2腳：VDD接5V正電源。 第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操

33、作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第15腳：背光源正極。 第16腳：背光源負(fù)極。（2）1602LCD的RAM地址映射以及標(biāo)準(zhǔn)字庫表LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符圖有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是010000

34、01B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母。它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的（說明：1為高電平，0為低電平）。指令1：清顯示，指令碼01H，光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H 。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效 。指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示。 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)。 B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電

35、平不閃爍 。指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo) 。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線。 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示。 F：低電平時顯示5X7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符 （有些模塊是 DL：高電平時為8位總線，低電平時為4位總線）。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置 。指令8：DDRAM地址設(shè)置 。指令9：讀出忙信號和光標(biāo)地址。 BF為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙，模塊就能接收相應(yīng)的命令或者數(shù)據(jù)。指令10：寫數(shù)據(jù) 。指令11：讀數(shù)據(jù) 。液晶顯示模塊是一個

36、慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。圖4.7 液晶模塊4.6 報警電路在AT89C51單片機的P1.1口上接上一個報警電路。如圖4.8所示，單片機P1.1口發(fā)出一串脈沖信號，經(jīng)共射集復(fù)合放大電路放大后，使PS導(dǎo)通，發(fā)生振動；單片機沒有脈沖信號時，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)出報警聲音。通過按鍵取消報警聲，結(jié)束后又恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，等待下一串脈沖信號的到來。圖4.8 系統(tǒng)報警電路功能按鍵的作用就是置入報警初值，KEY1、KEY2、KEY3、KEY4、KEY5、分別實現(xiàn)“報警值置入”、“+1”、“左移一位”、“完成報

37、警值置入”、“解除報警信號” 圖4.9 按鍵電路圖4.7 最小系統(tǒng)的仿真圖4.10 最小系統(tǒng)仿真圖圖4.11 動態(tài)顯示仿真圖實物如下圖圖4.12 實物圖5 軟件設(shè)計 硬件電路完成以后，進行系統(tǒng)軟件設(shè)計。首先要分析一下系統(tǒng)對軟件的要求，然后再進行軟件的總體的設(shè)計，包括程序的總體設(shè)計和對程序的模塊化設(shè)計。按整體功能分為多個不同的模塊，對各個模塊單獨進行編程計調(diào)試，最后將各個模塊封裝在一起，組成完整的軟件。      根據(jù)前文提出的設(shè)計的要求，軟件設(shè)計部分的任務(wù)主要是：單片機內(nèi)部進行計數(shù)，并且在計算出轉(zhuǎn)速后通過LCD顯示屏顯示。軟件編程部分

38、主要是由C語言來完成的，這不僅要求我們熟練掌握C語言，還要求我們熟練使用C語言在AT89C51單片機下的應(yīng)用。5.1 主程序流程圖本系統(tǒng)主程序流程如圖所示。其功能是通過計數(shù)脈沖個數(shù)，在單片機內(nèi)部計算后，輸入到顯示器上顯示轉(zhuǎn)速。在運行中又加入了報警系統(tǒng)，和功能鍵，使整個系統(tǒng)智能化。如圖5.1所示：圖5.1 主程序流程圖5.2 顯示程序流程圖圖5.2 顯示程序流程圖5.3 報警子程序流程圖圖5.3 報警子程序流程圖 結(jié)論通過各方面努力，本次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)基本完成。在設(shè)計中遇到很多我在平時學(xué)習(xí)沒有掌握好的知識，模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)，在單片機方面有有串行口應(yīng)用和定時計數(shù)器的使用，還要對單片機整個系

39、統(tǒng)進行抗干擾和調(diào)試處理。最重要的是單片機的程序設(shè)計。通過此次設(shè)計使我對以前學(xué)過的知識得到了重新的認(rèn)識，我覺得這種學(xué)習(xí)知識的方法能很效的掌握知識，我也應(yīng)該通過這種理論聯(lián)系實踐的方法學(xué)習(xí)書本知識，這樣才能更合理的、更科學(xué)的學(xué)習(xí)知識。在此次畢業(yè)設(shè)計中遇到的問題，通過查找資料然后請教老師、同學(xué)，逐步對此畢業(yè)設(shè)計有了清晰的設(shè)計方案，我同時也更深的了解自己大學(xué)所學(xué)的知識，我也了解了自己所學(xué)的專業(yè)知識在以后工作方面的作用，也對自己找工作明確了方向。另外，由于時間關(guān)系和能力的局限性，錯誤之處難免，還請老師體諒。參考文獻1 張毅剛.單片機原理及應(yīng)用M. 北京：高等教育出版社,2010.2 張娟.protel電路

40、設(shè)計教程M. 北京：清華大學(xué)出版社,2010.3 周定頤.電機及電力拖動M. 北京：機械工業(yè)出版社,2010.4 王兆安.電力電子技術(shù)M. 北京：機械工業(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.實用單片機技術(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)課程實驗與設(shè)計指導(dǎo)Z. 樂山：成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院電子技術(shù)實驗室,2005.8 袁凡.基于單片機的數(shù)顯轉(zhuǎn)速表J. 學(xué)術(shù)2010年第五期:69-70.9 吳曉男.飛機數(shù)顯轉(zhuǎn)數(shù)表設(shè)計J. 電子產(chǎn)品世界2011年第8期:48-59.10 劉遙生.單片機數(shù)顯轉(zhuǎn)速表設(shè)計與制作J

41、. 電子制作2009年02期:9-12.11 祥賢.多用途單片機數(shù)顯表J. 電子與自動化1994年第1期:19-22.12 潘永雄.新編單片機原理與應(yīng)用，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，200313 徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設(shè)計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)速測量系統(tǒng)設(shè)計J;大眾科技;2007年05期15 許戴銘;基于單片機與霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速測量設(shè)計J;價值工程;2012年08期16 何立民.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19901718 XIA Junchao; CHEN Minli。Measur

42、ement Algorithm of the High-Accurate Rotary Spee U Jin-yu; d Based on Micro-Controllers, Chemical Engineering & Machinery, 2006年 03期19 Goldberg, Bar-Giora, Digital Techniques in Frequency Synthesis, New York: McGraw-Hill, 199620 QU Jin-yu. Measure of Engine Speed Based on C8051F Chip， Tractor &a

43、mp; Farm Transporter, 2007年 06期致謝經(jīng)過這幾個月的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計將近尾聲。通過本次設(shè)計，鍛煉了我獨立動手能力，并且也認(rèn)識到了自己所學(xué)知識的不足，所以在這我必須感謝幫助過我的人。首先，我要感謝指導(dǎo)老師張倫老師。雖然張老師平時工作比較繁忙，但還總是抽時間給我重要的指導(dǎo)，細(xì)心的幫我指出我在設(shè)計中所犯的錯誤，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)計的每個階段，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：PCB圖 附錄三：主程序#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#

44、define uint unsigned intsbit COUNT_IN=P32;/定義1602相關(guān)管腳sbit rs=P27;sbit 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

45、x)uint i,j;for(i=0;i<x;i+)for(j=0;j<110;j+);void init()IT0=1;/INT0負(fù)跳變觸發(fā) TMOD=0x01;/定時器工作于方式1TH0=0xfc; /1msTL0=0x18;EA=1; /CPU開中斷總允許ET0=1;/開定時中斷EX0=1;/開外部INTO中斷 TR0=1;/啟動定時/*液晶寫入指令函數(shù)與寫入數(shù)據(jù)函數(shù)，以后可調(diào)用*/void write_1602com(uchar com)/*液晶寫入指令函數(shù)*rs=0;/數(shù)據(jù)/指令選擇置為指令P0=com;/送入數(shù)據(jù)delay(1);en=1;/拉高使能端，為制造有效的下降

46、沿做準(zhǔn)備delay(1);en=0;/en由高變低，產(chǎn)生下降沿，液晶執(zhí)行命令void write_1602dat(uchar dat)/*液晶寫入數(shù)據(jù)函數(shù)*rs=1;/數(shù)據(jù)/指令選擇置為數(shù)據(jù)P0=dat;/送入數(shù)據(jù)delay(1);en=1; /en置高電平，為制造下降沿做準(zhǔn)備delay(1);en=0; /en由高變低，產(chǎn)生下降沿，液晶執(zhí)行命令void lcd_init()/*液晶初始化函數(shù)*uchar a;write_1602com(0x38);/設(shè)置液晶工作模式，意思：16*2行顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)write_1602com(0x0c);/開顯示不顯示光標(biāo)write_1602com

47、(0x06);/整屏不移動，光標(biāo)自動右移write_1602com(0x01);/清顯示write_1602com(0x80);/顯示固定符號從第一行第1個位置之后開始顯示for(a=0;a<16;a+)write_1602dat(tab1a);/向液晶屏寫固定符號部分write_1602com(0x80+0x40);/顯示固定符號寫入位置，從第2個位置后開始顯示for(a=0;a<16;a+)write_1602dat(tab2a);/寫顯示固定符號void display()uchar gw,sw,bw,qw,ww;if(RPM<=99999) /范圍內(nèi)時ww=RPM/1

48、0000;qw=RPM%10000/1000;bw=RPM%1000/100;/取得百位sw=RPM%100/10;/取得十位數(shù)字gw=RPM%10;/取得個位數(shù)字write_1602com(0x80+0x40+5);if(ww=0)write_1602dat(' ');elsewrite_1602dat(0x30+ww);if(ww+qw)=0)write_1602dat(' ');elsewrite_1602dat(0x30+qw);if(ww+qw+bw)=0)write_1602dat(' ');elsewrite_1602dat(0x30+bw);if(ww+qw+bw+sw)=0)write_1602dat(' ');elsewrite_1602dat(0x30+sw);write_1602dat(0x30+gw);/數(shù)字+30得到該數(shù)字的LCD1602顯示碼else /超過范圍時顯示-write_1602com(0x80+0x40+2);write_1602dat('-');write_1602dat('-');write_1602dat('-