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1、湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 单片机原理及应用 课 题 数字转速表设计 专业班级 学生姓名 学 号 指导老师 李晓秀 审 批 任务书下达日期 2011年 6 月 27 日任务完成日期 2011年 7 月 7 日设计内容与设计要求设计内容：本课题要求以MCS-51系列单片机为核心，设计一个数字转速表对脉冲转速信号进行检测，能将所测量的转速在LED显示器上显示（十进制），并具有方便的键盘操作（启动、停止、复位）功能。设计要求：1）确定系统设计方案； 2）进行系统的硬件设计；3）完成必要的参数计算与元器件选择；4）完成应用程序设计；5）应用程序的调试。主 要 设 计 条 件单片机通
2、过检测脉光电冲信号计算电机的转速，利用单片机实验台上电机转速检测脉冲（每转1个）进行程序设计和调试，测速范围03000转/分，转速表至少有启动和复位两个操作按键，转速显示要求至少4位。说 明 书 格 式1. 课程设计任务书2. 目录3. 总体方案确定4. 各单元硬件电路设计说明5. 软件设计与说明（包括流程图）6. 调试结果与必要的调试说明7. 使用说明8、总结9、参考文献附录附录A 系统原理图附录B 程序清单进 度 安 排设计时间为两周第一周星期一、上午：布置课题任务，讲课及课题介绍 下午：借阅有关资料，总体方案讨论星期二、总体方案星期三、系统设计及调试星期四、系统设计及调试星期五、软件设计
3、及调试第二周星期一、软件设计及调试星期二、软件设计及调试星期三、软件设计及调试星期四、写说明书星期五、上午：写说明书，整理资料下午：交设计资料，答辩目 录第1章 前 言6第2章 总体设计思路72.1 基本原理72.2 设计总思路7第3章 硬件电路的设计方案83.1 LED显示和驱动部分的电路设计83.2 按键电路设计93.3时钟电路10第4章 软件设计方案114.1 总程序模块114.2定时计数中断模块124.3 按键程序模块13第5章 系统调试145.1 软件模拟仿真145.2 硬件调试14第6章 总结与体会15第7章 参考文献16附 录17总电路图17程序清单18第1章 前 言单片机作为嵌
4、入式微控制器在工业测控系统，智能仪器和家用电气中得到广泛应用。虽然单片机的品种很多，但MCS-51系列单片机仍不失为单片机中的主流机型。本课程一MCS-51系列以及派生系列单片机芯片为主介绍单片机的原理与应用，与其特点是由浅入深，注重接口技术和应用。 近年来，微型计算机的发展速度足以让世人惊叹，以计算机为主导的信息技术作为一种崭新的生产力，正在向社会的各个领域渗透，也使机电一体化的进程大大加快。 机电一体化是当今制造技术和产品发展的主要倾向，也是我国机电工业发展的必由之路。可以认为，它是用系统工程学的观点和方法，研究在机电系统和产品中如何将机械、计算机、信息处理和自动控制技术综合应用，以求机电
5、系统和产品达到最佳的组合。机电一体化产品所需要的是嵌入式微机，而单片机具有体积小、集成度高、功能强等特点，适于嵌入式应用。智能仪器、家用电器、数控机床、工业控制等机电设备和产品中竟相使用单片机。 就目前而言，单片机的发展势头依然不减，各种型号和功能更强的单片机和超级接口芯片不断出现，进一步向高层次发展的重要标志就是构成多机系统和分布式网络。世界上单片机芯片的产量以每年27%的速度递增，到本世纪初已达30亿片，而我国的年需求量也超过了亿片的数量，这表明单片机有着广阔的应用前景。本课程设计主要针对目前我国早期应用比较广泛的“MCS-51”单片机进行系统的讲解和分析。为使用和开发各类机电一体化设备和
6、仪表建立基础。第2章 总体设计思路 2.1 基本原理利用AT89C51作为主控器组成一个转速表。电机转速采用光电脉冲传感器来测量，设置定时器/计数器T0和T1，利用其内部定时器T1设置为定时方式，且定时时间为1s。计数器T0设置为外部脉冲计数工作方式，设在1s内测量的脉冲个数为n，又由于脉冲频率为60个脉冲/转，故测到转速n就是脉冲频率。定时1s，在1s内允许中断，每中断一次，软件计数器加1，1s后，关闭中断，则软件计数器即为1s内的脉冲数，通过计数一定时间内通过定时器的脉冲数通过软硬件结合工作即可测出电机的转速。 2.2 设计总思路 本课题要求以MCS-51系列单片机为核心，设计一个数字转速
7、表对脉冲转速信号进行检测，能将所测量的转速在LED显示器上显示（十进制），并具有方便的键盘操作（启动、停止、复位）功能。单片机通过检测手动脉冲信号计算转速，测速范围03000转/分，转速表至少有启动和复位两个操作按键，转速显示要求至少4位。该系统的功能概括起来就是能测量当前每秒钟给的手动脉冲数，并且进行超速报警。MCS-51单片机内有两个定时器/计数器T0和T1，利用其内部定时器T1设置为定时方式，且定时时间为1s。计数器T0设置为外部脉冲计数工作方式，设在1s内测量的脉冲个数为n，再将n乘上60即是转速（分/转）根据设计要求和设计思路，本系统由AT89C51单片机，LED显示电路，LED显示
8、器，时钟与复位电路以及独立式按键五个部分组成。系统框图如下图所示：传感器电路LED显示器驱动电路AT89C51单片机时钟电路键盘电路复位电路系统框图第3章 硬件电路的设计方案在单片机中，定时功能既可以由硬件（定时/记数器）实现，也可通过软件定时实现。硬件定时是利用单片机内定时器定时，启动以后定时器可与CPU并行工作，不占用CPU时间，CPU有较高的工作效率。采用硬件定时和软件定时并用的方式，即用T0溢出中断功能实现50ms定时，通过软件延时程序实现1s定时。定时器的TMOD用于设置定时器/计数器的工作方式03，并确定用于定时还是用于计数。TCON主要功能是为定时器在溢出时设定标志位，并控制定时
9、器的运行或停止等。3.1 LED显示和驱动部分的电路设计本课题所采用得是由LED（数码管）作为显示电路，用以显示由单片机所接收的脉冲来转换的BCD码，以及开始测速时的初始状态。其硬件电路连接是单片机P0.0P0.7接数码管的由AG的8各管脚，P2.0P2.3接ULN2001A 14, ULN2001A 1613接数码管的控制端，采用共阳极连接的方法连接。显示部分电路3.2 按键电路设计对按键电路的设计可以由2种方式：一种方式是直接按键设计，这种设计电路适用于按键较少的控制；另一种方式是矩阵式键盘的设计，它适用于对控制按键较多的电路控制。本课题总共设计按键有3个启动、停止、复位。由于课题调试采用
10、的LK-51单片机键盘采用的是矩阵式键盘，为方便电路的调试，因此我所采用矩阵键盘作为控制按键。接法如图所示。按键电路图3.3 时钟电路时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的典型值为12MHZ 。MCS-51内部都有一个反相放大器， XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。电路中的电容C1和C2典型值通常选择为30pf左右。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器的频率的高低，振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的振荡频率的范围通常是在1.2M
11、HZ-12MHZ之间。晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印制电路板的工艺要求也高，即要求线简的寄生电容要小；晶振和电容应 尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定，可靠地工作。综合考虑，本设计采用30pf的电容，其电路图如下所示：AT89C51的时钟电路第4章 软件设计方案 根据设计要求和设计思路，进行模块设计。定时计数程序模块，数制转换模块，显示模块，转速测量模块。4.1 总程序模块转速的显示我们采用了动态扫描的工作方式，LED数码显示管采用4联共阳极显示器，该器件内部已将4个数码显示器的
12、同名字段端并接在一起，从上到下4个数码管的公共阳极分别由一个引脚引出。开始初始化调显示去抖动确定显示查键NY4.2定时计数中断模块 定时计数模块是在单片机的T1口采集到脉冲信号的个数后进行工作的，由定时器来完成1s的定时，由计数器来完成对脉冲的计数，然后将所测脉冲数乘以60即为转速。定时计数流程图如图所示。定时计数中断流程图4.3 按键程序模块 设计中我们使用的独立按键，因为只有启动、暂停和复位三个按键。按键程序的流程图第5章 系统调试5.1 软件模拟仿真 试验所涉及的2个软件keil和proteus,以下是仿真步骤。 程序调试部分keil:先新建一个工程，并保存在所建工程弹出的对话框中选择A
13、T89C51处理器。新建一个文档以编辑程序，将所设计的程序输入到新建文档中，并保存文档.asm(汇编源文件)。将所保存的文档添加到工程中去，再进行工程配置，点击Project菜单下的Options for Target ,在弹出的对话框中设晶振为12MHZ，将Create HEX File打上勾，再编译文件。仿真部分proteus:运行proteus的ISIS后进入仿真界面将所需元件选择好，根据原理图画出仿真图，待仿真图换好后双击AT89C51写入由keil所产生的程序，按开始进行仿真。 5.2 硬件调试硬件调试的步骤如下：接通电源和数据线，通过软件将在keil中生成的HEX文件下载到单片机板子上，先对板子关电当显示请上电时按下单片机上的电源开关按钮上电下载程序到单片机中，通过按键和LED的显示进行调试。当程序下载完之后，按下电源开关，LED上显示初始状态，按下启动键显示接收数据的状态，按下停止键后显示当前所记录的数据，按下复位键则显示初始状态。第6章 总结与体会课程设计是培养学
