基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速表設(shè)計(jì)

1、課程結(jié)業(yè)論文基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速表設(shè)計(jì)課程名稱：電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)任課教師：李敏所在學(xué)院：信息技術(shù)學(xué)院專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：電氣（2）班學(xué)生姓名：于鵬學(xué)號(hào)：中國(guó)大慶2012 年 6 月摘 要隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)量技術(shù)相應(yīng)地也得到迅速發(fā)展。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。隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，特別是高性能價(jià)格比的單片機(jī)的出現(xiàn)，以單片機(jī)為核心的數(shù)字轉(zhuǎn)速表更是得到了廣泛應(yīng)用。本文便是運(yùn)用AT89S52單片機(jī)控制的數(shù)字式轉(zhuǎn)速表。電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，

2、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)主要用AT89S52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。本文重點(diǎn)是數(shù)字轉(zhuǎn)速表的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)。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：AT89S52 轉(zhuǎn)速表 數(shù)字AbstractWith the development of modern, measurement technology has been rapid developmen

3、t. In this area, the digital instrument is more realistic its superiority and vitality: high precision, fast, easy to record, easy to control and transmission, so the digital instrument has been used widely. In the measurement of motor speed, digital tachometer is an ideal measuring instruments. Wit

4、h the extensive application of micro-computer, especially the emergence of single-chip, high performance and low cost, making the digital tachometer has been widely applied as the microcontroller core.This article, we use the AT89S52 microcontroller to control the digital tachometer. During operatio

5、n, 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 AT89S52 as control core, by the Hall sensor, LED digital display tube, the compositi

6、on of the Schmitt trigger, and so on. Give full play to the performance of the microcontroller. This article focuses on the hardware and software design of the digital tachometer.The advantage of a simple hardware and software capabilities improve, measuring speed, high precision and control system

7、reliable, cost-effective and so on.Keywords: AT89S52, Tachometer, Digital目 錄摘 要21 轉(zhuǎn)速表原理51.1轉(zhuǎn)速表原理分析51.2轉(zhuǎn)速計(jì)算及誤差分析51.3轉(zhuǎn)速測(cè)量72硬件電路設(shè)計(jì)82.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案82.2系統(tǒng)各組成方案的選擇與論證比較82.3單元模塊電路設(shè)計(jì)103 軟件設(shè)計(jì)113.1主程序框圖113.2定時(shí)器TO中斷服務(wù)子程序流程圖123.3定時(shí)器TO中斷服務(wù)子程序流程圖133.4系統(tǒng)特點(diǎn)134 單片機(jī)介紹144.1單片機(jī)概述144.1.1單片機(jī)144.1.2單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程144.1.3單片機(jī)的特點(diǎn)144.1.

8、4單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域154.2 AT89S52芯片簡(jiǎn)介154.2.1主要性能164.2.2 AT89S52的基本結(jié)構(gòu)174.2.3 AT89S52單片機(jī)的封裝174.3引腳說(shuō)明18結(jié) 論20參考文獻(xiàn) ：21附錄一：元件清單22附錄二：主程序23 1 轉(zhuǎn)速表原理1.1轉(zhuǎn)速表原理分析目前常用的轉(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

9、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Tc）,同時(shí)計(jì)傳感器輸出脈沖個(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 (1-1)通過(guò)式（1-1）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： (1-2)在式（1-2）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，

10、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。1.2轉(zhuǎn)速計(jì)算及誤差分析根據(jù)轉(zhuǎn)速、周期、頻率之間的關(guān)系可知 （1-3） （1-4） （1-5）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（1-5）帶入（1-3）得 (1-6)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（1-3）和式（1-5）求微分 （1-7） （1-8）將式（1-7）代入（1-8），得 （1-9）式中，N-量化誤差，N=1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，又已知時(shí)

11、基Tc=4us，故 (1 -10)由式（1-10）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。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 （1-11） （1-12）用十六進(jìn)制數(shù)表示，為對(duì)式（1-12）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 （1-13）將式（1-13）與（1-10）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（1-10）可求出，其相對(duì)誤差為當(dāng)n=6000r/min時(shí)，由式（1-12）計(jì)算出相對(duì)誤差為該儀表設(shè)置的臨界轉(zhuǎn)速為36

12、62r/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/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。1.3轉(zhuǎn)速測(cè)量由式（1-6）和（1-12）可知，只要能夠求出脈沖個(gè)數(shù)N，即可求出轉(zhuǎn)速。為了得到計(jì)數(shù)脈沖，可以采用門控方式的硬件技術(shù)方法，也可以采用中斷方式的軟件計(jì)數(shù)方法。門控方式計(jì)數(shù)：由AT89S52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

13、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，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)

14、存入相應(yīng)單元。門控方式和中斷方式計(jì)數(shù)，有效的解決了精度測(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，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。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速表原理、計(jì)算、誤差、轉(zhuǎn)速測(cè)量等的分析，我們可以對(duì)本轉(zhuǎn)速表的相關(guān)原理有一定了解：（1）本轉(zhuǎn)速表采用M/T法進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量。在轉(zhuǎn)速小于3600轉(zhuǎn)時(shí)采用T法，轉(zhuǎn)速大于3600轉(zhuǎn)時(shí)用M法。（2）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/min。（3）門控方式和中斷方式計(jì)數(shù)，有效的解決了精度測(cè)量輸入脈沖周期和高低量

15、程自動(dòng)切換問(wèn)題，測(cè)得計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)后，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。2硬件電路設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案該轉(zhuǎn)速表由反射式光電傳感器、整形電路、轉(zhuǎn)速計(jì)算電路及數(shù)碼顯示電路等四部分組成（如圖1所示）。光電傳感器數(shù)碼顯示電路AT89S52單片機(jī)信號(hào)整形電路 圖1 單片機(jī)數(shù)顯轉(zhuǎn)速表原理圖其工作原理是：光照度改變使光敏電阻阻值的改變，而引起光敏電阻兩端電壓的改變。電壓變化信號(hào)通過(guò)傳感器傳到計(jì)數(shù)器上計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)。在光電門一端有個(gè)線性光源，另一端有個(gè)光敏電阻，門中無(wú)物體阻擋時(shí)光照射到光敏電阻上。有光照時(shí)光敏電阻阻值減小，光敏電阻兩端為低電壓。當(dāng)門中有物體阻擋時(shí)，光

16、敏電阻受到光照度減小，電阻增大，光敏電阻兩端為高電壓。當(dāng)光電門計(jì)數(shù)時(shí)，傳感器將高低變化的信號(hào)傳到計(jì)數(shù)器上，計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。一次電壓變化計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)時(shí)，計(jì)數(shù)器獲得高電壓時(shí)計(jì)時(shí)開(kāi)始，獲得低電壓時(shí)計(jì)時(shí)停止。利用光反射信號(hào)的邊沿停止單片機(jī)計(jì)時(shí)。這樣就可以測(cè)量出裝盤(pán)的旋轉(zhuǎn)周期t，然后在利用單片機(jī)把周期換算成轉(zhuǎn)速并通過(guò)LED數(shù)碼管顯示出來(lái)。2.2系統(tǒng)各組成方案的選擇與論證比較（1）、電源（控制）部分電路輸入220V交流電，經(jīng)過(guò)全橋整流，穩(wěn)壓后輸出5V的直流電。（2）、傳感部分因?yàn)楣怆妭鞲衅骶哂芯雀?、反?yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，所以采用光電式傳感器

17、來(lái)檢測(cè)和控制系統(tǒng)。方案一：反射式光電傳感器：紅外光電傳感器、三極管9012和帶施密特觸發(fā)器的非門74LS14組成。如圖2所示。圖2 反射式光電傳感器和整形電路方案二: 對(duì)射式光電傳感器：把上圖中的紅外光電傳感器換成光電門，當(dāng)有物體經(jīng)過(guò)光線切斷，便輸出信號(hào)。反射式光電傳感器在實(shí)驗(yàn)中效果沒(méi)有光電門的明顯，所以在選擇方案的時(shí)候選擇了方案二。 （3）、顯示部分方案一：LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡(jiǎn)稱，LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來(lái)產(chǎn)生畫(huà)面。比CR

18、T要好的多，但是價(jià)錢較其貴。所以在顯示部分選用了方案二，因?yàn)檗D(zhuǎn)速表的轉(zhuǎn)速只是簡(jiǎn)單顯示，用一般的數(shù)碼管就可以。 方案二：由AT89S52單片機(jī)、4位七段共陽(yáng)數(shù)碼管和4個(gè)三極管BG1-BG4及電阻R1-R12組成轉(zhuǎn)速計(jì)算與顯示電路，如圖3所示。圖3 轉(zhuǎn)速表電路原理2.3單元模塊電路設(shè)計(jì)（1）、對(duì)齊式光電傳感器和整形電路接通5V電源后，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光束遇到旋轉(zhuǎn)盤(pán)上的缺口，有光照,光敏電阻阻值減小,光敏電阻兩端為低電壓。當(dāng)門中有物體阻擋時(shí)，光敏電阻受到光照度減小，電阻增大，光敏電阻兩端為高電壓。紅外光敏三極管接收電信號(hào)后，該信號(hào)經(jīng)三極管BG放大，再經(jīng)74LS14整形及反相后，輸出與輸入相同

19、周期的矩形波，作為旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)信號(hào)。工作波形如圖4所示。VVT+ 光電傳感器輸出波形VT- 0 tV 整形后輸出波形0 t（2）、轉(zhuǎn)速計(jì)算電路與顯示電路本模塊采用動(dòng)態(tài)顯示方式，由單片機(jī)P2口與數(shù)碼管的七段段碼相連，P1.0-P1.3口與4個(gè)數(shù)碼管的位碼相連，經(jīng)編程控制4位數(shù)碼動(dòng)態(tài)顯示。轉(zhuǎn)速測(cè)量是利用單片機(jī)的外部中端口（INTO）檢測(cè)光電傳感器的輸出脈沖信號(hào)。計(jì)時(shí)的起停由光電傳感器輸出的相鄰兩個(gè)脈沖來(lái)控制。如圖5所示，t1開(kāi)始計(jì)時(shí)，t2停止計(jì)時(shí)。此時(shí)，定時(shí)器TO的值就是一個(gè)脈沖周期T，這是電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速為r=1s/T(r/s)。V t1 T t2 t 3 軟件設(shè)計(jì)3.1主程序框圖開(kāi) 始 存

20、儲(chǔ)區(qū)清零設(shè)定時(shí)器工作方式開(kāi)中斷啟動(dòng)定時(shí)器查計(jì)數(shù)存儲(chǔ)區(qū)=0？N顯示0 N Y門控方式計(jì)數(shù)脈沖是否大于3662r/min YN中斷方式計(jì)數(shù)脈沖N計(jì)算并轉(zhuǎn)碼BCD碼顯示子程序 轉(zhuǎn)速表測(cè)量軟件由主程序、外部中斷INTO中斷服務(wù)程序和定時(shí)器TO中斷服務(wù)子程序三部分組成。主程序在初始化后一直工作在計(jì)算轉(zhuǎn)速并循環(huán)顯示狀態(tài)，把單片機(jī)所采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算與轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)速值送至七段數(shù)碼管顯示出來(lái)。程序流程圖如圖6所示。3.2定時(shí)器TO中斷服務(wù)子程序流程圖 定時(shí)器TO中斷服務(wù)子程序只記錄定時(shí)器TO溢出次數(shù)，以便于測(cè)量低速時(shí)的脈沖波形。定時(shí)器TO溢出的次數(shù)越多就說(shuō)明脈沖波形的周期越長(zhǎng)，相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速也就越低。其程序設(shè)計(jì)

21、流程圖如圖7所示。開(kāi) 始 開(kāi)中斷返 回恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)TO中斷次數(shù)加開(kāi)中斷保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)中斷關(guān)中斷圖7 定時(shí)器TO中斷服務(wù)子程序流程圖3.3定時(shí)器TO中斷服務(wù)子程序流程圖 外部中斷INTO嘍中斷服務(wù)子程序?qū)φ麄€(gè)測(cè)速過(guò)程有著關(guān)鍵性的作用，中斷程序設(shè)計(jì)的好與壞直接影響到測(cè)速的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。具體程序設(shè)計(jì)流程圖如圖開(kāi) 始TO中斷=0？定時(shí)計(jì)算時(shí)間關(guān)中斷 N保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)定時(shí)計(jì)數(shù)值送計(jì)數(shù)存儲(chǔ)區(qū) Y開(kāi)中斷關(guān)定時(shí)器TO關(guān)中斷恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)讀取定時(shí)計(jì)數(shù)值開(kāi)中斷清零定時(shí)計(jì)數(shù)TO為重啟定時(shí)器返 回讀定時(shí)器TO中斷次數(shù)圖8 外部中斷INTO嘍中斷服務(wù)子程序程圖3.4系統(tǒng)特點(diǎn)本系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單，元器件少，工作穩(wěn)定可靠。在軟件設(shè)計(jì)上，采用記

22、錄定時(shí)器TO溢出次數(shù)的處理手段，極大地提高了低速測(cè)量的分辨率。使用時(shí)，不需任何設(shè)置即可穩(wěn)定地測(cè)量3-9999r/min旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速值。該轉(zhuǎn)速表測(cè)速范圍寬、使用方便。4 單片機(jī)介紹4.1單片機(jī)概述4.1.1單片機(jī)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)。4.1.2單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程（1）、單片機(jī)形成階段：1976年，Intel公司推出了MCS-48系

23、列單片機(jī)。在單芯片內(nèi)完成了CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等部件的集成；但存儲(chǔ)器容量較小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無(wú)串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。（2）、結(jié)構(gòu)成熟階段：1980年，Intel公司推出MCS-51系列單片機(jī)。其存儲(chǔ)容量增加，尋址范圍擴(kuò)大（6K），結(jié)構(gòu)成熟。現(xiàn)在，MCS-51已經(jīng)成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典機(jī)種。（3）、性能提高階段：近年來(lái)，各半導(dǎo)體廠商不斷推出新型單片機(jī)芯片，控制性能優(yōu)越、種類繁多。典型的產(chǎn)品如Atmel公司的AT89C51RD2單片機(jī)。4.1.3單片機(jī)的特點(diǎn)（1）、結(jié)構(gòu)上突出控制功能 （2）、使用上易于產(chǎn)品設(shè)計(jì) 4.1.4單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（1）、在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)

24、具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。（2）、機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)包裝機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等。（3）、實(shí)時(shí)工業(yè)控制單片機(jī)還可以用于各種物理

25、量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機(jī)方便的實(shí)現(xiàn)。典型應(yīng)用如電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動(dòng)生產(chǎn)線等。（4）、分布系統(tǒng)的前端模塊在復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測(cè)控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機(jī)作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。（5）、家用電器家用電器是單片機(jī)的又一重要領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。另外，在交通領(lǐng)域中，汽車、火車、航天器等均有單片機(jī)的廣泛應(yīng)用。4.2 AT89S52芯片簡(jiǎn)介 AT89S52是一種低功耗、高性能

26、CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。4.2.1主要性能1. 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；2. 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器；3. 1000次擦寫(xiě)周期；4. 全靜態(tài)操作：0Hz-33Hz;5. 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；6. 32個(gè)可編程I/O口線；7. 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；8. 6個(gè)中斷源

27、；9. 全雙工UART串行通道；10. 低功耗空閑和掉電模式；11. 掉電后中斷可喚醒；12. 看門狗定時(shí)器；13. 雙數(shù)據(jù)指針；14. 掉電標(biāo)識(shí)符。4.2.2 AT89S52的基本結(jié)構(gòu)AT89S52結(jié)構(gòu)框圖4.2.3 AT89S52單片機(jī)的封裝具有總線擴(kuò)展引腳DIP40封裝：（1）、電源及始終引腳（4個(gè)）：Vcc:電源接入引腳。Vss：接地引腳。XTAL1:晶振振蕩器接入的一個(gè)引腳。XTAL2:晶振振蕩器接入的另一個(gè)引腳。（2）、控制線引腳（4個(gè)）;RST:復(fù)位信號(hào)輸入引腳。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/:地址鎖存允許信號(hào)輸出引腳/編程脈沖輸入引

28、腳。當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。/VPP:內(nèi)外存儲(chǔ)器選擇引腳/片內(nèi)EPROM9（或Flash

29、ROM）編程電壓輸入腳。外部訪問(wèn)允許，欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)輸出引腳。當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。（3）、并行I/O口引腳（32個(gè)，分成4個(gè)8位口）:P0.0P0.7:一般I/O口引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線服用引腳。P1.0P1.7:一般IO口引腳。P2.0P2.7: 一般I/O口引腳或高位地址總線引腳。P3.0P

30、3.7: 一般I/O口引腳或第二功能引腳。4.3引腳說(shuō)明AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，1個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位停止。P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口.作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫(xiě)“1”時(shí),引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)

31、，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn) 時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，P1.0和P1.1分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接

32、收低8位地址字節(jié)。 引腳號(hào)第二功能： P1.0 T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 P1.1 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用） P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用） P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用） P2口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行M

33、OVX DPTR） 時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash編程和校

34、驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。 端口引腳 第二功能： P3.0 RXD(串行輸入口) P3.1 TXD(串行輸出口) P3.2 INTO(外中斷0) P3.3 INT1(外中斷1) P3.4 TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0) P3.5 T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1) P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通) P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) 此外，P3口還接收一些用于Flash閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。結(jié) 論本系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單，元器件少，工作穩(wěn)定可靠。在軟件設(shè)計(jì)上，采用記錄定時(shí)器TO溢出次數(shù)的處理手段，極大地提高了低速測(cè)量的分辨率。使用時(shí)，不需任何設(shè)置即可穩(wěn)定地測(cè)量3-9999r/min旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速值

35、。該轉(zhuǎn)速表測(cè)速范圍寬、使用方便。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在功能上完全滿足要求，說(shuō)明設(shè)計(jì)是有效的。具體來(lái)說(shuō)，鍵盤(pán)上的各鍵都有效果，且能實(shí)現(xiàn)其功能；顯示器也完全能滿足要求；轉(zhuǎn)速的測(cè)量基本上無(wú)誤差，之所以還存在很小的誤差是因?yàn)樵谟?jì)算上計(jì)算誤差。總的來(lái)說(shuō)，本設(shè)計(jì)是合理的，但應(yīng)當(dāng)指出的是此系統(tǒng)還可以采用其它更好的方案，從而達(dá)到更好的效果。譬如在軟件方面，鍵盤(pán)掃描程序和LED顯示子程序等，但為了便于快速看懂程序，本程序沒(méi)有進(jìn)行一些復(fù)雜的處理，而是注重彰顯各個(gè)部分。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 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003.8 于永權(quán).ATMEL89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)M