《基于51单片机转速表系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于51单片机转速表系统设计（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录1.前言12 智能转速表的系统设计12.1 系统硬件设计12.1.1方案选择12.1.2仪器各部分组成22.2 系统软件设计33 设计原理53.1转速计算及误差分析53.2转速测量63.2.1门控方式计数63.2.2中断方式计数73.3串行显示接口74 软件程序的设计84.1 1s定时84.2 T1计数程序84.3 频率数据采集94.4 进制转换104.5 数码显示135 软件设计总体程序156 总程序调试217 心得体会21 参考文献221.前言单片微型计算机简称单片机，又称为微控制器（MCU）是20世纪70年代中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块，具有功能强、体积小、可靠性高
2、、价格低廉等特点，在工业控制、数据采集、智能仪表、机电一体化、家用电器等领域得到了广泛的应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。单片机在我国大规模的应用已有十余年历史，单片机技术的研究和推广正方兴未艾。MSC-51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一。经过20多年的推广与发展，51系列单片机形成了一个规模庞大、功能齐全、资源丰富的产品群。随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍应用，MCS-51系列单片机的发展又进入了一个新的阶段。我们使用的89C51单片机是目前各大高校及市场上应用最广泛的单片机型.其内部包含: 一个8位的CPU;4K的程序存储空间ROM;128字节
3、的RAM数据存储器;两个16位的定时/计数器;可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器空间的控制电路;32条可编程的I/O线;具有两个优先级嵌套的中断结构的5个中断源。本次课程设计便是设计一个基于89C51单片机转速表系统。要求进行电路硬件设计和系统软件编程，硬件电路要求动手制作并能够完成系统硬件和软件调试。2 智能转速表的系统设计2.1 系统硬件设计2.1.1方案选择 由于单片机所具有的特性，它特别适用于各种智能仪器仪表，家电等领域中，可以减少硬件以减轻仪表的重量，便于携带和使用，同时也可能低存本，提高性能价格之比。 该转速表选用MCS-51系列单片机的8031芯片，外部扩展4K
4、B EPROM和8155作为显示器的接口。该系统的整体结构框图见下图2.1所示：图2.1智能转速表总结构流程图2.1.2仪器各部分组成（1）传感器 传感器为红外光电式传感器。其中一个发光二极管发出红外波长的光，可不受室内自然光的影响，此光照到旋转物体上反射回后，被光敏三极管接收。光敏三极管接受到此信号后，经放大，整形转换为矩形脉冲信号送入MCS-51单片机的外部中断输入端INTO和INT1上。（2）键盘键盘由功能键，数字键，存入键，取出键，单双键路选择键，启动停止键等组成。为了减少键的数目，以减少故障率，采用了一键多用的复用键方案，但软件相对复杂一些。键盘于8031的P1口直接相连，以加快对键
5、盘的扫描速度。也可以用8155等芯片作为键盘的输入接口，但扫描速度比前者慢一些。（3）显示器 8个LED数码管作显示器，它通过可编程并行I/O接口芯片8155与8031相连。8155的A口通过反相驱动(75452或7406)作为显示器位选口；B口通过同相驱动器(7407)作显示器段选口。在进行不同测量时，除在LED显示器上以英文字母提示外，在运行过程中还以不同的发光二极管指示测量的内容。发光二极管由8155的C口驱动。（4）程序存储器系统的监控程序和运算处理程序存放在外接4K字节的EPROM2732中。（5）数据存储器 数据存储器由8031片内的低128字节和8155内部256字节的RAM组成
6、.8031的内部RAM主要用于堆栈，工作寄存器，显示缓冲器，各测量参数的计算缓冲器和标致位等。而8155内部的RAM除上部4个单元外，全部用于存放转速和线速度值，其存储空间划分如图2-2所示，共分为三组，每组84个单元，可存入42个16位二进制数据，即42个4位16进制数据。如下图2.1为外部RAM存储器空间划分图。图2.1 外部RAM存储器空间划分2.2 系统软件设计系统监控程序的主程序流程框图见图2.2系统软件采用模块式结构，由主程序及多个功能模块子程序组成，可使程序清楚，易编易读，便于调试和修改。图2.2监控主程序流程图主程序的任务是对8031单片机初始化，如设置堆栈，预置各定时器的控制
7、字，初始化显示缓冲区，8155的初始化，设置标致位，清内存等；然后显示开机初始化状态，扫描键盘，根据按下键的功能各自的功能操作。3 设计原理3.1转速计算及误差分析根据转速,周期,频率之间的关系可知: (3-1) (3-2) (3-3)式中, n被测转速,r/min; T转速信号周期,s; f转速信号频率,Hz; 计算计数脉冲的周期，又称时基，.将式(3-3)代入式(6-1)，可得： (3-4)用十六进制数表示，为： 式中N已存入75H,74H,73H单元。利用除法子程序,即可求出转速。下面计算系统得相对误差。分别对式(3-1)和(3-3)求微分 (3-5) (3-6)将式(3-6代入(3-5
8、)，可得： (3-7)式中，为量化误差，个计数脉冲，又已知时基，故 (3-8)由式(3-8)可知，相对误差与频率成正比，即相对误差随转速得升高而升高。因此，为了提高测量精度，高转速时需要连续测量数个周期。本系统中为4个周期，即测得的N为4个周期内的总和，所以 (3-9) (3-10)用十六进制数表示，为,对式(3-9)进行微分得：.因此，可求出高速测量时的相对误差为。同样，代入，个计数脉冲，则: (3-11)将式(3-11)与式(3-8)比较可知，采用多周期测量相对精度大大提高。若设置系统的临界转速为3662r/min，其对应的每周期计数脉冲个数为。开机时,首先按低转速测量,然后判断转速n是高
9、于还是低于3662r/min。若低与此临界值，则仍然低转速测量，若高于它，便主动转入高转速测量，即连续测量4个周期.这样，就可以实现量程自动切换。3.2转速测量由式(3-4)和(3-10)可知，只要能够求出脉冲个数N，即可求出转速。为了得到计数脉冲，可以采用门控方式的硬件计数方法，也可以采用中断方式的软件计数方法。3.2.1门控方式计数由8031定时器/计数器T0工作原理可知，当其工作在计数方式，只要T0引脚上有负跳变,计数器就加1。CPU在每个机器周期的状态时，采样T0，所以需要2个机器周期才能识别一个T0的负跳变，即T0的周期至少应该等于2倍机器周期。若晶振频率为6MHz，6分频后得到AL
10、E信号，故ALE信号周期为，机器周期为。由此可知,最低计数脉冲周期为，可由ALE信号经74LS74中的两个D触发器4分频后取得。为了保证精度，要求8031内部计数器0与的上跳沿同步，此时开始计数，在的下跳沿停止计数。图3.1 门控脉冲与计数脉冲为了实现此功能，可以利用51单片机特有的定时器门控工作方式，通过指令MOV THOD，#1DH来设置定时器/计数器的工作方式。这里使定时器/计数器0工作于16位技术方式，并由门脉冲进行控制。只有当为高电平时，且运行控制位时，计数器0才开始工作。一旦转为低电平，计数器0即刻停止计数。3.2.2中断方式计数高转速时，为了连续测量4个输入脉冲周期，可以采用中断
11、方式计数。在初始化或前一次测量结果时，单片机禁止”外部中断0”和”定时器0”溢出中断。设置”外部中断0”为负跳沿触发方式，设定”计数器0”为非门控计数方式，然后等待中断。外部中断负脉冲一到，立刻启动”计数器0”对T0的计数脉冲进行计数。计到4个测量周期时，停止”计数器0” 工作，禁止外”中断”，恢复测量周期常数3，并将计得的脉冲数存入相应的单元。门控方式和中断方式计数，有效的解决了精度测量输入脉冲周期和高低量程自动切换问题，测得计数脉冲个数后，即可转入计算转速n子程序，计算结果得BCD吗存入相应的4个存储单元，以备显示。3.3串行显示接口 51单片机的I/O口串行口为全双工接口，串行工作在方式
12、0时，外接移位寄存器，可将串口转换成8位并口。其显示的速率为,即，可以满足显示器稳定显示。串行数据的接受/发送均通过RXD，而由TXD输出移位脉冲。在串口上外接4片移位寄存器74LS64作为8位显示器的静态显示口。变串行输入为并行输出，经缓冲器接至数码管。4 软件程序的设计4.1 1s定时本次设计选用定时器T0完成定时功能，选用方式1时最多也只能定时，显然不能满足定时1的要求，可以用下面这种方法解决：采用T0定时10，连续循环定时100次即可完成1定时，用一个计数单元20H存放循环的次数，每一次循环20H单元自减1，当20H单元为零时则1定时到时。定时器T0初始化程序如下：MOV IE,#8A
13、H ;开放T0、T1中断MOV TMOD,#51H ;T0定时，T1计数，都工作于方式一MOV 20H,#100 ;100*10ms=1sSETB TR01s定时程序如下：T0INT:DJNZ 20H,NEXTNEXT:MOV TH0,#0DCH ;1s还未到则置初值继续定时MOV TL0,#00HEXIT:RETI4.2 T1计数程序设计中T1采用计数功能，需要注意的一个问题是，输入的待测时钟信号的频率最高可以达到460800Hz，但计数器最多只能计数65536次，显然需要对计数单元进行扩展，扩展的思路是除了计数器T1的TH1和TL1用于计数外，再选用一个计数单元23H，每当计数器T1溢出回零时产生中断，中断程序执行23H单元自增1，这样，当一秒到时时采集的计数数据，23H单元存放的是数据的最高位，TH1存放的是数据的次高位，TL1存放的是数据的最低位。当然，这里所说的“最高位”“次高位”以及“最低位”都是针对十六进制而言的。计数器T1初始化程序如下： MOV IE,#8AH ;开放T0、T1中断MOV TMOD,#51H ;T0定时，T1计数，都工作于方式一MOV TH1,#00HMOV TL1,#00H ;计数初值为零 SETB TR1根据流程
