基于单片机的测速仪的设计与实现

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1、莱芜职业技术学院课程设计（论文）1一、引言(一)选题依据：近 30 年以来，单片机迅速发展，速度之快令人惊讶，广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。在智能仪器仪表上的应用，单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大；用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化

2、管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在；现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等；单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床

3、呼叫系统等等。通过这个毕业设计的训练，可以使我更好的掌握单片机，领会它的魔力，既学会了动手操作技能，又增加了自己对未来的信心。二、芯片 AT89C2051 和辅助元件的介绍（一）AT89C2051 芯片 1.AT89C2051 的性能和结构AT89C2051 是 ATMEL 公司生产的带 2K 字节闪速可编程可擦除只读存储器(EEPROM) 的 8 位单片机,它具有如下主要特性： （1）和 MCS-51 产品的兼容 ，2K 字节可重编程闪速存储器 （2）耐久性：1,000 写擦除周期 ，全莱芜职业技术学院（课程论文）2静态操作：0Hz24MHz（3）两级加密程序存储器 ，1288 位内部 RA

4、M（4）15根可编程 I/O 引线，两个 16 位定时器/计数器 ，六个中断源 AT89C2051 是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。这次采用的是 T89C2051 单片机芯片，T89C2051 处理器功能方框图如图 2-1所示。图 2-1 AT89C2051 处理器的功能方框图此外,从 AT89C2051 内部结构图也可看出,其内部结构与 8051 内部结构基本一致（除模拟比较器外）,引脚 RST、XTAL1、XTAL2 的特性和外部连接电路也完全与 51 系列单片机相应引脚一致,但 P1 口、P3 口有其独特之处。 （二）其他的辅助元件介绍1.1

5、838 光敏三极管1838 三极管是一个应用比较成熟的光电产品，它是一个微关照输入，低电流输出的元件，它的外形见下图所示。一般情况下，它的输出都要经过一个较高放大倍数三极管的放大，才能提供给下一级电路使用。莱芜职业技术学院（课程论文）32.CA3140 运算放大器它是一个 DIP-8 封装的集成芯片，它能进行所需的算术运算放大，它有两种封装图。它的内部结构如图 2-4 所示：其中，2 脚为反向输入端，3 脚为同向输入端，7 脚接的是正电压，4 脚接的是负电压，6 脚为输出端，其它管脚在外面悬空。图 2-4 运算放大器 CA3140 内部结构图3.ULN2003 三极管阵列它实质上是一个高电流的

6、达林顿管，其管脚封装是 DIP-16,用来辅助AT89C2051 的输出端来输出数据，但同时它的输入端应接上拉电阻，这里用的是阵列电阻 RNW1,它的数值为 10K*8。ULN2003 内不仅仅有 7 个达林顿三极管，达林顿三极管集电极开路输出。步进电机需要一定的电压，一般至少需要高于 6V 电压。4.MTF3461BSR 数码管此数码管是一个 4 位七段共阳极数码管，实物如下图所示。莱芜职业技术学院（课程论文）4数码管的管脚分为两类，一类为段的数码信号脚，一类为位的数码信号脚。段的数码一般有 7 到 8 个引脚，4 位数码管有 4 个位码引脚。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各

7、个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。这里共阳极的接法是，8 个段的数码管引脚只用了 7 个，分别接 7 个 10K 的电阻、再接单片机的 P 口（哪组接口随你定，比如说 P0 口） 。然后 4 个位码引脚分别通过 4 个驱动三极管再接电源。三极管这里选的是 2N2222A。4 个三极管的基极分别接 4 个 1.2K 电阻再接到单片机端口（比如 P2 口的某 4 个脚） 。三、基于单片机 AT89C2051 测速仪的设计（一）电路描述1.信号检测和放大：其原理图如下图所示系统所需电压为 6V。检测到的信号先通过三极管 2N2222（T5）放

8、大，再进一步通过运算放大器 CA3140(IC3)放大。莱芜职业技术学院（课程论文）52.输入和处理：其原理图如图下图所示。3. 输出显示：其原理图如图下图所示。（二）软件设计 这个系统的流程图如下图所示。莱芜职业技术学院（课程论文）6本设计的程序由汇编语言编写，并由 8051 交叉汇编器汇编。程序有很好的注释，并且易于理解。根据流程图，基于单片机的测速仪的源程序如所示。Bit0 BIT 0D3H；D0 EQU 44H；D1 EQU 45H；D2 EQU 0B6H D3 EQU 40H；D4 EQU 41H D5 EQU 50H；D6 EQU 18H；D7 EQU 19H；D8 EQU 1AH

9、；D9 EQU 1BH；D10 EQU 55H；D11 EQU 0F5H；D12 EQU 08H；D13 EQU 09H；D14 EQU 0AH；D15 EQU 0BH；D16 EQU 0CH；D17 EQU 0DH；D18 EQU 0EH；D19 EQU 0FH；D20 EQU 04H；D21 EQU 05H；D22 EQU 06H；D23 EQU 07H；D24 EQU 03H；D25 EQU 02H；D26 EQU 01H；D27 EQU 00H ;标识符 指令 操作数 机械码 ORG 0000H;- - AJMPL0030;01 30 ORG 000BH;- - AJMPL0142;2

10、1 42 ORG 0030H; -L0030: MOV SP,#60H;75 81 60MOV P3,#0FFH;75 B0 FFMOV P1,#03H;75 90 03 MOV TMOD,#61H ;75 89 61L003C: MOV TH0,#0FFH ;75 8C FFMOV TL0,#09DH ;75 8A 9D SETBET0;D2 A9 SETBEA;D2 AF MOV D0,#00H;75 44 00 MOV D1,#00H;75 45 00 ACALLL0050;11 50 AJMPL0055;01 55L0050: MOV R2,#0AH;7A 0AL0052: DJNZR

11、2,$;DA FERET;22L0055: JB P3.6,$;20 B6 FDACALLL0050;11 50L005A: JNB P3.6,$;30 B6 FDSETBTR0;D2 8C莱芜职业技术学院（课程论文）7MOV C,D2;A2 B6 MOV P3.5,C;92 B5 MOV R4,#00H;7C 00 MOVR5,#00H;7D 00 MOV R6,#00H;7E 00 MOV R7,#00H;7F 00 MOV B,#0AH;75 F0 0A MOV A,R2;EA DIV AB;84 MOV R3,B;AB F0 MOV B,#0AH;75 F0 0A DIV AB;84

12、MOV R4,B;AC F0 MOV R5,A;FD CJNER1,#00H,L00BE ;B9 00 02 SJMPL00EA;80 2CL00BE: MOV A,#06H;74 06ADD A,R3;2B MOV B,#0AH;75 F0 0A DIV AB;84MOVR3,B;AB F0 ADD A,#05H;24 05 ADD A,R4;2C MOV B,#0AH;75 F0 0A DIV AB;84 MOV R4,B;AC F0 ADD A,#02H;24 02 ADD A,R5;2D MOV B,#0AH;75 F0 0A DIV AB;84MOV R5,B;AD F0 CJNER

13、6,#00H,L00DE ;BE 00 02SJMPL00DF;80 01 POP D12;D0 08 RET;22 END表 3-1 测速仪的源程序软件使用 AT89C2051 的内部计时器，测量单位为 100 毫秒旋转周期的时间。莱芜职业技术学院（课程论文）8因此如果每分钟转速达到 1500，每秒钟转数达到 25，旋转一周花费的时间为40ms。计时器使用一个中断计算每 100 毫秒的中断输出，所以在这种情况下，计时器程序计算的数字将是 400，被除数是，结果是 1500 这就是每分钟转数。这些数字显示在 4 位七段数码管上。子过程 UDIV32 被调用，这是一个 8051 系列 32位数字

14、除以 16 位数字的标准过程。该测速仪的误差为 6000rpm+/-5rp四、设计总结经过这次的基于单片机的测速仪的设计，让我学到很多东西，但就我个人感觉而言，学到的东西，对我今后的学习有重要的指导作用，这次学习对我的确很重要，至少我认可了自己，在过去的三年里，还是学到了一些有用的课本知识。我学到了如何务实，如何去学一门技术，同时也知道了如何学习，什么才是学习。如果每天都能像这样的学习，大学三年的课程，一年就够了，或许还不要。这次的学习比我在读高三时都还累。技术学到了，也许会忘记，学习的方法学到了，是一辈子的财富。同时这也是值得回忆的。现在看看自己以前自学的一点东西，学了都有将近一年了，还是一

15、个新手。这次学习让我知道了，只要想学，一个月就够了，关键是有没有毅力和压力。自学的更是这样的，没有周围人的压力，就要自己去找压力。现在学到的东西，在书本上是学不来的，在以后的工作中一定也会用到的，一定要自己经历了，在实践中才学得到。这短暂的时间也许会对我的未来有大的影响。很感激学院提供这次学习机会给我，这次学习绝对是一次成长的机会。希望在以后的工作中，我今天学到的东西，能有用武之地。五、参考文献1 康光华主编. 电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社.2005。2 张毅刚著. 单片机原理及应用.高等教育出版社 2003。3 崔洪斌、陈曹维、于冬梅著AutoCAD 实践教程（2008 版） 高等教育出版社。莱芜职业技术学院（课程论文）94 周荷琴、吴秀清著.微型计算机原理与接口技术.中国科学技术大学出版社.2008。