基于8051的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)

1、內(nèi)容提要本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是轉(zhuǎn)速測(cè)量和顯示的目的，首先要解決的是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到轉(zhuǎn)速叔數(shù)字的問(wèn)題。lab6000實(shí)驗(yàn)箱上的直流電機(jī)模塊的電機(jī)上有個(gè)小磁鐵，下方的霍爾元件每轉(zhuǎn)一圈會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，這是轉(zhuǎn)速的采樣，所以本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)的就是對(duì)這個(gè)脈沖的計(jì)數(shù)和顯示，設(shè)計(jì)采用軟件編程使用兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0、t1分別實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)和定時(shí)的功能，當(dāng)定時(shí)中斷時(shí)，說(shuō)明計(jì)數(shù)器中已記錄一秒種內(nèi)輸入的脈沖個(gè)數(shù)，即直流電機(jī)一秒種內(nèi)轉(zhuǎn)的圈數(shù)轉(zhuǎn)化為的脈沖數(shù)，此時(shí)產(chǎn)生中斷，將計(jì)數(shù)器中的數(shù)值輸出，然后用led顯示管顯示，通過(guò)軟硬件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)每秒種轉(zhuǎn)速的測(cè)量和顯示。通過(guò)此次設(shè)計(jì)加深了對(duì)單片機(jī)8051/8031的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的認(rèn)識(shí)和對(duì)le

2、d顯示編程的理解。目錄1.設(shè)計(jì)的目的和意義1.1 設(shè)計(jì)的目的31.2設(shè)計(jì)的內(nèi)容31.3設(shè)計(jì)的要求32.硬件電路設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)框圖32.2電機(jī)測(cè)速方案設(shè)計(jì)圖32.3轉(zhuǎn)速顯示方案設(shè)計(jì)圖43.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)思路53.2程序模塊53.3程序清單74.電路調(diào)試105.結(jié)論10參考文獻(xiàn)111.設(shè)計(jì)的目的和意義1.實(shí)際應(yīng)用匯編語(yǔ)言編制單片機(jī)程序以達(dá)到鞏固學(xué)習(xí)效果的目的，此次設(shè)計(jì)主要負(fù)責(zé)顯示模塊和部分硬件的調(diào)試；2.進(jìn)一步掌握軟件和硬件結(jié)合共同實(shí)現(xiàn)msc-51系列單片機(jī)8051設(shè)計(jì)要求（偉福lab6000實(shí)驗(yàn)箱中無(wú)8051用8031代替）；3.進(jìn)一步熟悉并掌握l(shuí)ed顯示程序的設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)的內(nèi)容

3、根據(jù)直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的脈沖用單片機(jī)8031測(cè)起轉(zhuǎn)速，并在數(shù)碼管中顯示轉(zhuǎn)速 1.3設(shè)計(jì)的要求1.要求能夠測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速（最大255轉(zhuǎn)/s）；2要求能控制電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢；2.要求能用led管顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速2.硬件電路設(shè)計(jì)及描述2.1總體設(shè)計(jì)框圖 2.2電機(jī)測(cè)速方案設(shè)計(jì) 由電位器控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，直流電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周，內(nèi)部霍爾元件將其轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)輸出給8031單片機(jī)并計(jì)數(shù)，即可獲得轉(zhuǎn)速信息。mcs-51有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器:t0和t1.計(jì)數(shù)和定時(shí)實(shí)質(zhì)上都是對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),只不過(guò)脈沖源不同而已.當(dāng)工作在定時(shí)方式時(shí),計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自單片機(jī)的內(nèi)部,每個(gè)機(jī)器周期使計(jì)數(shù)器加1,由于計(jì)數(shù)脈沖的頻率是固定的(

4、即每個(gè)脈沖為1個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間),故可通過(guò)設(shè)定計(jì)數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能.當(dāng)工作在計(jì)數(shù)方式時(shí),計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自單片機(jī)的引腳,每當(dāng)引腳上出現(xiàn)一個(gè)由1到0的電平變化時(shí),計(jì)數(shù)器的 加1,從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能可以通過(guò)編程來(lái)指定時(shí)計(jì)數(shù)器的功能,以及它的工作方式本設(shè)計(jì)中定時(shí)器1工作在模式2,用于定時(shí)，定時(shí)器0工作在模式1，用于記數(shù)，脈沖從t0口送入2.3轉(zhuǎn)速顯示方案設(shè)計(jì) 電機(jī)測(cè)速方案所測(cè)得的轉(zhuǎn)速信息經(jīng)編寫的程序處理，并確定顯示方式后在數(shù)碼管中顯示轉(zhuǎn)速。本實(shí)驗(yàn)的led顯示鍵盤電路如下圖。顯示控制的位碼有74hc374輸出，經(jīng)uln2003反向驅(qū)動(dòng)后，做led的位選通信號(hào)。位選通信號(hào)也可做為鍵盤列掃描碼。led顯示的段碼有

5、另一個(gè)74hc374輸出。鍵盤和led顯示電路的地址譯碼見圖，做鍵盤和led實(shí)驗(yàn)時(shí)，需將key/led cs接到相應(yīng)的地址譯碼上。位碼輸出地址為0x002h，段碼輸出地址為0x004h，此處x是由key/led cs決定的。片選號(hào)地址范圍cs008000h08fffhcs109000h09fffhcs20a000h0afffhcs30b000h0bfffhcs40c000h0cfffhcs50d000h0dfffhcs60e000h0efffhcs70f000h0ffffh圖4 地址譯碼插孔對(duì)應(yīng)地址范圍3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及描述3.1設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)可以分為以下幾個(gè)執(zhí)行步驟：(1) 從電位器中獲得

6、控制電壓控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速(2) 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息被傳感器轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)輸送給8031單片機(jī)并計(jì)數(shù)，即為轉(zhuǎn)速信息(3) 匯編程序從單片機(jī)的接口地址中讀取脈沖信息并將其轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速輸出到數(shù)碼管中顯示(4) 用電位器改變轉(zhuǎn)速的同時(shí)數(shù)碼管同步顯示轉(zhuǎn)速信息3.2程序模塊(1) 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)定時(shí)器定時(shí)1s中斷后執(zhí)行顯示程序；內(nèi)部定時(shí)器用做記數(shù)器時(shí)，對(duì)機(jī)器周期記數(shù)，每個(gè)機(jī)器周期的長(zhǎng)度是12個(gè)振蕩周期，因?yàn)閘ab6000實(shí)驗(yàn)箱的8031芯片晶振是6mhz，本程序工作在方式2即8 位自動(dòng)重裝方式定時(shí)器100s,所以定時(shí)常數(shù)的設(shè)置可以按下式計(jì)算：機(jī)器周期=12/6mhz=2us（2

7、56-定時(shí)常數(shù)）/2us=100s設(shè)定時(shí)常數(shù)=206，然后對(duì)100us中斷10000次就是1秒;(2) 二進(jìn)制到bcd的轉(zhuǎn)換將計(jì)數(shù)的二進(jìn)制值轉(zhuǎn)換成bcd碼顯示(3) 顯示程序采用動(dòng)態(tài)顯示，本設(shè)計(jì)key/led cs連接的是cs0口，所以位碼輸出地址為08002h，段碼輸出地址為08004h，定義以上地址編寫程序?qū)崿F(xiàn)顯示。ny，中斷入口保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)10000次計(jì)數(shù)值減一設(shè)置下次10000次計(jì)數(shù)值讀取計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)值為0送計(jì)數(shù)值恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)中斷返回輸出位選通信號(hào)開始延時(shí)初始化顯示參數(shù)位選通信號(hào)移位關(guān)所有位顯示指向下一位顯示數(shù)據(jù)取顯示數(shù)據(jù)6位完成輸出段碼數(shù)據(jù) 否 是返回圖6 顯示處理流程圖圖5 定時(shí)中斷處理流程

8、圖要顯示的二進(jìn)制數(shù)將數(shù)除于100得百位顯示百位將余數(shù)再除于10得十位顯示十位余數(shù)為各位并顯示跳出圖7 二進(jìn)制到bcd轉(zhuǎn)換3.3程序清單outbit equ 08002h ;位控制口outseg equ 08004h ;段控制口ledbuf equ 60h ;顯示緩沖c100us equ 43htick equ 10000 ;循環(huán)計(jì)數(shù)初值t100us equ 206 ;定時(shí)器計(jì)數(shù)初值 org 0000h ljmp start org 001bh ;定時(shí)中斷子程序，定時(shí)1st0int: push psw ;保護(hù)斷點(diǎn) push a mov a, c100us+1 jnz goon dec c100u

9、sgoon: dec c100us+1 mov a, c100us orl a, c100us+1 jnz exit mov c100us, #high(tick) mov c100us+1, #low(tick) jmp clearlcall speed ;按轉(zhuǎn)/秒顯示clear: mov tl0,#0 ;轉(zhuǎn)數(shù)清零，下一秒重新計(jì)數(shù)exit: pop a pop psw reti;=ledmap: ; 八段管顯示碼 db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07h db 7fh, 6fh, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71hdisplay

10、led: mov r0, #ledbuf mov r1, #6 ; 共用6個(gè)八段管 mov r2, #00100000b ; 從左邊第1個(gè)開始顯示loop: mov dptr, #outbit mov a, #0 movx dptr, a ; 關(guān)所有八段管 mov a, r0 mov dptr, #outseg movx dptr,a mov dptr, #outbit mov a, r2 movx dptr, a ; 顯示一位八段管 mov a, r2 ; 顯示下一位 rr a mov r2, a inc r0 djnz r1, loop ret; =toled: ;查找字形代碼 mov d

11、ptr, #ledmap movc a, a+dptr retstart: mov tmod, #25h ;定時(shí)器1模式2,定時(shí)工作 ;定時(shí)器0模式1，計(jì)數(shù)工作 mov th0,#0 ;計(jì)數(shù)初值為0 mov tl0,#0 mov th1, #t100us mov tl1, #t100us mov ie, #10001011b ;ea=1,et1=1,ex1=0,et0=1,ex0=1 mov c100us, #high(tick) mov c100us+1, #low(tick) setb tr1 ;啟動(dòng)定時(shí)器1 setb tr0 ;啟動(dòng)定時(shí)器0mloop: lcall displayled

12、jmp mloop;=speed: ;顯示轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒） mov a,#0 ;前四位數(shù)碼管清零 call toled mov ledbuf,a mov ledbuf+1,a mov ledbuf+2,a mov ledbuf+3,a mov a, tl0 mov b, #10 div ab call toled mov ledbuf+3, a ;顯示百位 mov a,#10 xch a, b div ab call toled mov ledbuf+4, a ;顯示十位 xch a,b call toled mov ledbuf+5, a ;顯示個(gè)位 retend4.電路調(diào)試本次實(shí)驗(yàn)采用wav

13、e lab6000通用微控制器實(shí)驗(yàn)箱做開發(fā)工具，調(diào)試具體程序時(shí)，先采用軟件模擬器調(diào)試程序，程序調(diào)試無(wú)誤后，連接硬件，進(jìn)行軟件與硬件相結(jié)合的調(diào)試。為方便查找程序錯(cuò)誤，分析程序執(zhí)行過(guò)程，調(diào)試過(guò)程中一般使用單步執(zhí)行和跳到光標(biāo)位置執(zhí)行操作，需要知道最終調(diào)試結(jié)果是否正確時(shí)使用全速執(zhí)行。調(diào)試過(guò)程大致經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)階段：1)剛開始我們打算完全用軟件模擬本次實(shí)驗(yàn)，用定時(shí)器t1做波特率發(fā)生器模擬直流電機(jī)的脈沖輸入，定時(shí)器t0工作在模式三，這樣t0高八位可作為定時(shí)器，低八位可做計(jì)數(shù)器，完成脈沖每秒的數(shù)量測(cè)量，但由于t1做波特率發(fā)生器時(shí)很難控制，所以我們只得使用軟硬件結(jié)合的方式。2）軟硬件結(jié)合。將電位器接直流電機(jī)d/

14、a輸入口，其脈沖輸出接8051t0口（p3.4口），然后將片外ram cs0與led和鍵盤片選key/led cs相連，完成硬件連接。3）軟件調(diào)試：先執(zhí)行全速執(zhí)行，觀察所出現(xiàn)的問(wèn)題。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊調(diào)試時(shí)，打開cpu窗口及定時(shí)器t0和定時(shí)期t1窗口，然后單步運(yùn)行觀察所編語(yǔ)句是否每句達(dá)到預(yù)定效果，應(yīng)注意的是定時(shí)期/計(jì)數(shù)器工作時(shí)無(wú)法賦初值。led顯示模塊的調(diào)試需先用跳到光標(biāo)位置執(zhí)行，然后單步運(yùn)行程序，觀察cpu窗口中各寄存器中數(shù)據(jù)變化是否按預(yù)定執(zhí)行，同時(shí)觀察led顯示結(jié)果，并思考軟件運(yùn)行過(guò)程。led顯示模塊調(diào)試時(shí)先增大延時(shí)，使其在動(dòng)態(tài)顯示時(shí)能從左到右逐位清楚的顯示，調(diào)用無(wú)誤后再調(diào)整好延時(shí)，使其快速顯示，達(dá)到穩(wěn)定顯示的效果。5.結(jié)論本實(shí)驗(yàn)通過(guò)傳感器將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為脈沖的形式，輸送給8031單片機(jī)，單片機(jī)再將脈沖計(jì)數(shù)，即可得直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息。本測(cè)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，顯示直觀，與應(yīng)用中的電子汽車?yán)锍瘫碓硐嗨?。但在調(diào)試當(dāng)中也發(fā)現(xiàn)了一些不足，譬如轉(zhuǎn)速的顯示位數(shù)有限，最大255轉(zhuǎn)/s能滿組一般電