《课程设计（论文）-基于AT89C51单片机的转速测量系统的制作》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计（论文）-基于AT89C51单片机的转速测量系统的制作（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、转速测量系统的制作摘 要：本 设计主要介绍了一种由单片机 89C51 构成的高精度多功能转速测量系统的工作原理, 软硬件配置及应用方法。该测速器是通过采集旋转编码器发出的脉冲信号由单片机计数, 数据经内部程序计算、分析、处理后, 由 p1 口输出。它的实时速度值通过 LED 显示非常方便直观, 还可以通过按键锁定瞬时速度值。具有硬件结构简单, 测量速度快, 精度高, 运行可靠等优点。关键词：速度测量；单片机；LED 显示模块；实时数据处理The Design of Measuring Speed Based on Single-chipAbstract: The paper presents
2、operating principle of high-accuracy and multifunctional speed tachometer consisting of a monolithic processor 89C51, software and hardware configurations and their application method. The tachometer is based on pulse signal sent out collecting photoelectric coder with the monolithic processor count
3、ing. After data are analyzed and treated by interior program calculation, it gives p1 output. Its real-time speed values are directly displayed by LED, and instantaneous speed values are also displayed by the push-buttons and prior setting speed values. It has advantages of the hardware in structure
4、 being simple, fast measuring speed, high accuracy and reliable operation.Key Words: speed measurement； Single-chip； LED display modules；real-time data processing引言当前，在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。为使我国尽快实现经济信息化，赶上发达国家水平，必须加速发展我国的信息技术和信息产业。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，
5、也是当今计算机应用中空前活跃的领域。20 世纪 90 年代以来，单片机已进入了一个高速发展的阶段，世界上著名的半导体厂商都重视新型单片机的研制、生产和推广。单片机的应用已深入到国民经济各个领域，由单片机控制的微电脑产品比比皆是。单片机正1朝着多层次用户的多品种多规格方向发展，哪一个应用领域前景广阔，就有这个领域单片机的出现 1。单片机突出的特点是体积小，功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好。外围电路更少，因而得到了广泛的应用。另外其较少的指令及较强的实用功能更为许多单片机初学者之首选。单片机指令少，PIC中低档系列单片机共有 35 条指令，非常有利于易记忆和
6、掌握,指令为单字节，占用程序存储器的空间小，而且中档系列单片机每一条指令为 14 位，前 6 位存操作指令，后 8 位存操作数.大部分芯片有其兼容的 FLASH 程序存储器的芯片，支持低电压擦写,擦写速度快，允许多次擦写，程序修改方便。传感器产业是国内外公认的具有发展前途的高技术产业，它以技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。其应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品和专用设备等。世界上传感器品种达到 3 万余种，美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发的关键技术之一。本文从小处入手主要是利用小工程采用 E6B2
7、-CWZ6C 传感器通过软件和硬件的结合进行速度的测量，不仅简单方便，并且能够实现实时速度的测量，不会受温度、环境等一些因素的影响，具有硬件成本低，制作简单，维护方便，显示功能丰富的特点。科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，以单片机为核心的智能控制系统进入人们的生活，在显示控制，数据采集等方面得到广泛应用，开发前景十分广阔。本文就是利用单片机采集传感器的信号并控制其显示的，具有很好的设计效果。1.概述1.1 系统概述本系统采用了以 AT89C51 单片机为核心的控制系统，其系统包括单片机最小系统、按键控制部分和显示部分。旋转编码器发出的脉冲经 74LS06 整形后由 T0 口输入并进行计数，
8、T1 定时，经内部程序运算、分析后将速度由 P1 口送给四联 LED 数码管动态显示，P0.0 和 P0.1 分别接开始和锁定按键，实现了对速度的实时测量和瞬时速度值的锁定，这就形成了单片机测速器。1.2 总体框图及组成传感器工作产生脉冲单片机采集脉冲并进行数据处理 数码速度显示2图 1 速度测量的整体框图本设计采用传感器对具体事物的瞬时速度进行测量，而传感器在工作过程中产生脉冲，每秒钟产生的脉冲数通过 T0 采集到单片机内进行脉冲计数，然后通过单片机进行数据处理并显示速度。本设计采用的传感器是旋转编码器 E6B2-CWZ6C 型见图 2，这种传感器具有宽电压范围（对应电源电压 DC524V
9、集电极开路输出型)、外径 40 备有 2000P/R的分辨率、具备使 Z 相对简单化的原点位置显示功能、实现轴负重、径向 30N、推力向 20N、附有逆接、负荷短路保护回路，改善了其可靠性，也备有线性驱动输出、最大可延长长度的特点。图 2 传感器 E6B2-CWZ6C传感器 E6B2-CWZ6C 输出的脉冲有 3 种输出脉冲方式：一种是旋转编码器每旋转一周输出 1024 个方波脉冲，第二种是旋转编码器每旋转一周输出 200 个方波脉冲，第三种是旋转编码器每旋转一周输出 1 个方波脉冲。由于本设计欲进行精密速度的测量，因此采用第一种方式。单片机 AT89C51 采集从传感器输出的脉冲并进行数据处
10、理，测试结果由 P1 口送给数码管显示。AT89C51 控制电路包括晶振电路、复位电路，分别使 AT89C51 获得稳定的时序、上电复位部分获取足够幅度驱动电压。显示部分采用共阳极四联七段数码管。经过布线、焊接、调试等工作后精密速度测量器成型后具有广泛的实用价值 2。1.3 主要技术及性能指标本设计采用单片机的定时计数功能，对传感器的输出脉冲进行计数处理，通过数码管显示出来，整个电路由 AT89C51 控制， 主要的技术及性能指标如下：(1) 实现速度的实时测量；3(2) 要求系统反应灵敏，性能稳定；(3) 成本低，应用广泛；(4) 抗干扰性能强。 2.总体设计思路2.1 系统方案论证本方案采
11、用传感器在外部的旋转圈数，输出脉冲数，利用单片机的定时计数功能实现单位时间内的脉冲计数，然后送往数码管显示。优点是：功能齐全、操作方便、性价比较高、灵敏可靠。用单片机控制时，功能也可根据需要自行扩展。同时利用 89C51 的两个定时/计数器，一个计脉冲一个定时，可方便的实现对速度的测量。利用单片机进行控制不但电路图简单，而且适用于多种条件，还可方便扩展 3。缺点是：由于 89C51 的输出灌电流：1.63.2mA 4，驱动能力很弱，不能直接作为执行部分、数码显示等外围设备的驱动，且硬件结构较复杂。因此，我们采用共阳极数码管，并利用 PNP 型晶体管对四个数码管进行选择输出，实现动态显示。2.2
12、 原理图及原理传感器 E6B2-CWZ6C 输出的脉冲有 3 种输出脉冲方式，一种是旋转编码器每旋转一周输出 1024 个方波脉冲，第二种是旋转编码器每旋转一周输出 200 个方波脉冲，第三种是旋转编码器每旋转一周输出 1 个方波脉冲。由于本设计进行精密测量，所以采用第一种方式，其传感器转一周的周长为 25.13cm,所以每前进 1dm 传感器发出的脉冲数为 407 个。利用单片机 AT89C51 的定时计数功能和单片机的内部的存储器7AH、7BH、7CH、7DH 对每秒钟前进的距离既速度进行数据记录，送往单片机的P1 口通过数码管显示出来。其工作过程为：当接通电源时，单片机开始工作，传感器输
13、出的方波脉冲经过74LS04 反相器对波形放大整形，T0 口对传感器采集脉冲， T1 口定时，而采集到的脉冲数经过单片机内部定时计数，经过数据处理，将数据送往 P1 口，使测量的速度经数码管显示，以达到可示化效果。原理图见附录二3.系统硬件设计3.1 设计思路速度测量器的设计目的主要是实现对速度的实时测量，其硬件电路主要有单片机 AT89C51 控制电路来实现。电路的 AT89C51 芯片工作时，通过采集到的传感器4工作中输出的脉冲数，进行数据处理送往 LED 显示出来。电路包括两大部分：显示部分、AT89C51 的控制采集部分。电路电源直接使用外部+5V 直流电压，本设计不作对电源的设计要求
14、。通过 AT89C51 芯片、数码显示电路和旋转编码器实现实时测速和显示功能。3.1.1 单片机控制部分AT89C51 是一款应用极为广泛的 80C51 单片机，此单片机芯片由 ATMEL 公司生产的，有突出的电可擦（FLASH）特性，一般情况下可重复烧写 1000 次。AT89C51 单片机必须供应电压，电源接脚为 VCC(pin40)，地为 GND(pin20)，工作电压在 4V6.6V 之间，我们使用5V 电源供应电压，以保持单片机的使用寿命 5。单片机是本电路的核心器件，担负整个电路的管理与控制，其内部包括：一个8 位 CPU；一个片内时钟振荡电路；4KB ROM；128 B 片内 R
15、AM；可寻址 64KB的外 ROM 和 RAM 控制电路；2 个 16 位定时器；21 个特殊功能寄存器；一个可编程全双工串行口；4 个 8 位并行 I/O 接口，共 32 条可编程 I/O 线：P0 P3；5 个中断源，可设置 2 个优先级。电路中使用 P0、P1 口共 16 个 I/O 口分别通过 74LS48 译码及驱动器驱动四位数码管的 7 个笔划。由于译码及驱动器 74LS48 的接入，也减少了 CPU 译码的负担。单片机的复位脚使用 C1、 R1 组成复位电路，C2、C3 与晶振 Y1 组成晶振电路，其中 C2、C3 均采用 30pF 的瓷片电容， Y1 采用 6MHz 的晶振器件
16、。(1) 晶振电路部分AT89C51 单片机的时钟信号通常有两种产生方式：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。本设计采用的是内部时钟方式，在 AT89C51 单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的 XTAL1 和 XTAL2 引脚外接石英晶体（简称晶振） ，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容器 C2 和 C3 的作用是稳定频率和快速起振 6。晶振电路图如图 3 所示。5图 3 晶振电路原理图(2) 复位电路部分单片机所有的工作都是从复位开始的，当在 AT89C51 单片机的 REST 引脚引入高电平并保持两个机器周期以上时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态） 。在应用中，复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。设计采用的是上电与按键均有效的复位的方式，当接通电源后，单片机自动实现复位操作；当单片机运行期间，可以利用按键来完成复位操作 7。复位电路图如图 4 所示：图 4 复位电路原理图3.1.2
