光電轉(zhuǎn)速表課題設(shè)計(最新修改版)

1、課 程 名 稱光電轉(zhuǎn)速表課程設(shè)計課程設(shè)計總評成績學(xué)生專業(yè)班級10屆電子信息系機電四班指導(dǎo)教師姓名課程設(shè)計起止日期2012.07.21-2012.09.09一、課程設(shè)計項目名稱光電式轉(zhuǎn)速表二、項目設(shè)計目的及技術(shù)要求1. 設(shè)計目的：1）熟悉單片機最小系統(tǒng)及應(yīng)用；2）結(jié)合選題要求，完成系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試，具有功能擴展和創(chuàng)新；3） 根據(jù)設(shè)計的電路，畫系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖，用proteus工具畫硬件電路圖；4）用C語言完成系統(tǒng)的軟件編程;5）熟悉并學(xué)會使用 keil 編譯器，對所編程序進行編譯。6）用proteus實現(xiàn)結(jié)果仿真。2. 技術(shù)要求 :1）運用光電傳感器 ,將光信號轉(zhuǎn)換成電信號 ,設(shè)計相應(yīng)的電路 ,輸

2、出脈沖波。2）用按鍵控制直流電機，并對 PWM 設(shè)置不同的占空比控制直 流電機的速度。3）運用AT89C51單片機，結(jié)合用C語言編出頻率計數(shù)的程序， 能夠直接計出輸出的脈沖波。4）掌握浪涌保護的基礎(chǔ)知識并以此設(shè)計抑制或消除浪涌電流的 電路。5）通過單片機的串行接口通信， 由 LED 數(shù)碼管顯示出頻率計數(shù) 值。本課題設(shè)計內(nèi)容包含知識全面， 對傳感器測量發(fā)電機轉(zhuǎn)速的不同 方法及原理設(shè)計有較多介紹， 在測量系統(tǒng)中能學(xué)到關(guān)于測量轉(zhuǎn)速的傳 感器采樣問題， 單片機部分的內(nèi)容， 顯示部分等各個模塊的通信和聯(lián) 調(diào)。全面了解單片機和信號放大的具體內(nèi)容。 進一步鍛煉我們在信號 采集，處理，顯示方面的實際工作能力。

3、三、轉(zhuǎn)速檢測計量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題在工程實踐中， 經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合， 例如在發(fā) 動機、發(fā)電機、卷揚機、機床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的實驗、 運轉(zhuǎn)和控制中， 常需要分時或連續(xù)測量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時轉(zhuǎn)速。 要測速，首先要解 決采樣問題。在使用模擬技術(shù)制作測速表時， 常用測速發(fā)電機的方法， 即將測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸與待測軸相連， 測速發(fā)電機的電壓高低反映了 轉(zhuǎn)速的高低。為了能精確地測量轉(zhuǎn)速外，還要保證測量的實時性，要 求能測得瞬時轉(zhuǎn)速方法。因此轉(zhuǎn)速的測試具有重要的意義。目前國內(nèi)外測量電動機轉(zhuǎn)速的方法很多，按照不同的理論方法， 先后產(chǎn)生過模擬測速法 （如離心式轉(zhuǎn)速表、 用電機轉(zhuǎn)矩或者電機電樞

4、 電動勢計算所得）、同步測速法（如機械式或閃光式頻率測速儀）以 及計數(shù)測速法。 計數(shù)測速法又可分為機械式定時計數(shù)法和電子式計數(shù) 法。傳統(tǒng)的電機轉(zhuǎn)速檢測多采用測速發(fā)電機或光電數(shù)字脈沖編碼器， 也有采用電磁式（利用電磁感應(yīng)原理或可變磁阻的霍爾元件等） 、電 容式（對高頻振蕩進行幅值調(diào)制或頻率調(diào)制）等，還有一些特殊的測 速器是利用置于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的放射性材料來發(fā)生脈沖信號。 其中應(yīng)用最 廣的事光電式，光電式測速系統(tǒng)具有低慣性、低噪音、高分辨率和高 精度的優(yōu)點。加之激光光源、光柵、光學(xué)碼盤、CCD器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用， 使得光電式傳感器在檢測和控制領(lǐng)域得到 了廣泛的應(yīng)用。 而采用光電式傳感

5、器的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度 高、采樣速度快、 測量范圍寬和測量精度與被測轉(zhuǎn)速無關(guān)等優(yōu)點，具 有廣闊的應(yīng)用前景。1、轉(zhuǎn)速概述轉(zhuǎn)速是旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)數(shù)與時間之比的物理量 , 是描述各種旋轉(zhuǎn)機 械運轉(zhuǎn)技術(shù)性能的一個重要參量。在計量學(xué)里 , 轉(zhuǎn)速屬于導(dǎo)出單位 , 其物理含義為旋轉(zhuǎn)物體在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)。 工程中用它來描述 動力機械的運動特性。轉(zhuǎn)速和頻率有共同的量綱 , 都是單位時間內(nèi)某 一量值（脈沖個數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù) ） 出現(xiàn)的次數(shù) ,從理論上講 , 轉(zhuǎn)速值可以直接 和頻率值進行比對。測時計數(shù)是轉(zhuǎn)速計量的基本方法。在我國 , 轉(zhuǎn)速 表（ 含轉(zhuǎn)速測量儀等 ） 屬依法管理的計量器具。通常用轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置 （ 本

6、文特指轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)源 ） 可以完成對各類轉(zhuǎn)速表的檢測 / 校準(zhǔn)工作。 2 、轉(zhuǎn)速表的類型和檢測技術(shù) 轉(zhuǎn)速測量技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展 , 在旋轉(zhuǎn)物體速率測量 方式上應(yīng)用了各種新的技術(shù) , 實現(xiàn)了測量的準(zhǔn)確高效、安全便捷。轉(zhuǎn) 速表依據(jù)測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類 , 轉(zhuǎn)速表依據(jù)工作 原理和采樣方式可分為機械式、 光電式、激光式、頻閃式、 磁電式等。 目前使用純機械式轉(zhuǎn)速表的用戶已經(jīng)越來越少 , 并呈現(xiàn)將被電子計數(shù) 式轉(zhuǎn)速表逐漸取代的趨勢。轉(zhuǎn)速測量范圍一般為幾十轉(zhuǎn)至幾萬轉(zhuǎn) , 測 量準(zhǔn)確度大多為 0. 1 % 以下,極少數(shù)產(chǎn)品能達到 0. 05 % 。2.1 、 機械式轉(zhuǎn)速表檢測中 , 被測

7、轉(zhuǎn)速表通過機械聯(lián)接或摩擦接觸的方式 , 從轉(zhuǎn)速 標(biāo)準(zhǔn)裝置輸出軸獲得標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速的輸入。 檢測時應(yīng)該采取何種聯(lián)接方式 取決于被檢表實際使用時的聯(lián)接狀態(tài)。2.2 、 光電式轉(zhuǎn)速表對光電式轉(zhuǎn)速表 ,目前使用的檢測裝置有兩種 : （1） 采用轉(zhuǎn)速 標(biāo)準(zhǔn)裝置 , 將定向反射紙貼于裝置的測速盤上 , 由轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置通過 測速盤輸出標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 ,進行檢測。 （2） 采用脈沖光源測速裝置來檢測 光電式轉(zhuǎn)速表。 這類檢測設(shè)備通常由頻率信號發(fā)生器、 頻率計數(shù)計及一個發(fā)光二極管組成。 兩種檢測裝置的工作原理有質(zhì)的差別。 脈沖光 源測速裝置能否做為標(biāo)準(zhǔn) , 在轉(zhuǎn)速界爭議較大。2.3 、 頻閃式轉(zhuǎn)速表頻閃式轉(zhuǎn)速表利用的是頻閃

8、效應(yīng)原理。檢測此類轉(zhuǎn)速表時 , 需 先在轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置測速盤上做出明顯的標(biāo)記 , 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)裝置轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速 與被測轉(zhuǎn)速表閃光頻率相等或成一定倍數(shù)關(guān)系時 , 轉(zhuǎn)軸上的標(biāo)記呈現(xiàn) 停留不動的狀態(tài) , 這時, 轉(zhuǎn)速表顯示值與頻閃象停留序數(shù)的乘積即為 轉(zhuǎn)速表的實測值。2.4 、 磁電式轉(zhuǎn)速表磁電式轉(zhuǎn)速表利用的是非電量電測的原理 , 它包括磁感應(yīng)式、 電 脈沖式和電動式轉(zhuǎn)速表等。 這類轉(zhuǎn)速表有接觸式和非接觸式兩種。 根 據(jù)被測表工作原理的不同 ,所選用的檢測方法也不同 , 但是都可在轉(zhuǎn) 速標(biāo)準(zhǔn)裝置上進行檢測。 磁電式轉(zhuǎn)速表大多由傳感器和顯示器兩部分 組成。檢測接觸式轉(zhuǎn)速表時 , 將傳感器與轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置轉(zhuǎn)軸連接

9、, 轉(zhuǎn)軸 旋轉(zhuǎn)時使傳感器產(chǎn)生電信號 , 顯示器顯示的即為轉(zhuǎn)速表實測值。檢測 非接觸式轉(zhuǎn)速表時 , 應(yīng)根據(jù)傳感器的結(jié)構(gòu)原理設(shè)法使轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置。2.5 、紅外數(shù)字轉(zhuǎn)速儀紅外數(shù)字轉(zhuǎn)速儀是一種非接觸式，光電傳感的轉(zhuǎn)速計量儀器。 它由光源、光電盤、光敏二極管、檢波放大電路與數(shù)顯裝置等組成。 光電盤隨轉(zhuǎn)軸一同轉(zhuǎn)動 , 光敏二極管將光電盤透射來的光信號轉(zhuǎn)換為 電信號 , 然后通過計數(shù)脈沖的頻率 , 即可在數(shù)顯裝置上讀出旋轉(zhuǎn)軸的 轉(zhuǎn)速。本課題選擇的是光電式轉(zhuǎn)速表。 )四、總體方案設(shè)計由于本課題研究的電動機轉(zhuǎn)速范圍為3r/min至10000r/min，即當(dāng)電動機為最低轉(zhuǎn)速時，有周期為 20 秒。本課題選擇的晶體

10、振蕩器 的晶振頻率是 12MHz ，因為計數(shù)頻率 = 晶振頻率 /12，所以計數(shù)頻率為 1MHz，即計數(shù)周期為1微秒(每1微秒計數(shù)器加1)。若選用8位計 數(shù)器，其最大定時時間為256*1us=256us,顯然，最低轉(zhuǎn)速時的周期 20 秒遠大于 8 位計數(shù)器的最大定時時間 256 微秒。如果我們采用計 數(shù)溢出次數(shù)的方法， 那么在初值為 0的情況下， 會得到 78125次的溢 出次數(shù)( 20000000/256=78125)，顯然， 78125也是大于 256，不能成 功計數(shù)。若我們選擇 16 位計數(shù)器并且采用計數(shù)溢出次數(shù)的方法，由 于其最大定時時間為65536us,那么在初值為0的情況下，得到的

11、溢 出次數(shù)為 305次(20000000/65536=305.175781)，顯然，305小于65536， 可以成功計數(shù)。所以本課題選用 16位計數(shù)器。上電復(fù)位后， 檢測第一個脈沖上升沿， 中斷服務(wù)程序， 啟動計數(shù) 器T0;檢測到第二個脈沖上升沿，中斷服務(wù)程序，關(guān)閉計數(shù)器T0。16位計數(shù)器的計數(shù)范圍是 0至65535，其最大計數(shù)值為 65536。 在計數(shù)器允許的計數(shù)范圍內(nèi)， 計數(shù)器可以從任何值開始計數(shù)， 對于加 1 計數(shù)器，當(dāng)計到最大值時(對于 16 位計數(shù)器，當(dāng)計數(shù)值從 65535 再加 1 時，計數(shù)值變?yōu)?0)，產(chǎn)生溢出。這里我們通過觀察溢出信號得到最高轉(zhuǎn)速時的溢出次數(shù)和最低 轉(zhuǎn)速時的溢出

12、次數(shù)，進而得到轉(zhuǎn)速 N 與溢出次數(shù) n 之間的一次方程 式。本課題研究的轉(zhuǎn)速是3r/min至10000r/min。我們賦初值為63536,即每2000us計數(shù)一次，那么就得到最高轉(zhuǎn)速時的溢出次數(shù)為3次，最低轉(zhuǎn)速時的溢出次數(shù)為10000次。所以有轉(zhuǎn)速N與溢出次數(shù)n之 間的一次方程式：N=-n+10003N轉(zhuǎn)速，單位：r/mi n;n溢出次數(shù)。下圖所示為轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)框圖：五、光電轉(zhuǎn)速表硬件設(shè)計在硬件設(shè)計中我們提出了以下方案：利用光電傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號， 該電信號是具有強弱的 連續(xù)信號。通過濾波后送入單片機，然后計算頻率，即可得到轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)硬件主要由4個部分組成：1）電源部分2）信號采集部

13、分3）單片機部分（包括復(fù)位電路和晶體振蕩電路）4）數(shù)碼管顯示部分1電源部分-+Sv -U1+Sv4丄匕亠丄 220kf SOV *TEKT1R1-0.1uF -半C斗C4 一 -470lffl 6V - *TEXT r .,D1 LEDI .0-1 uF2、信號采集電路該部分由光電傳感器一個、300歐電阻一個、43K電阻兩個、 10K電阻一個、NPN三極管一個、發(fā)光 LED 個組成。當(dāng)碼盤沒有物體遮擋時 OUT輸出高，有物體遮擋時輸出低。光 電傳感器信號采集電路和其仿真圖如下所示：光電傳感器由一個放光管，一個光敏三極管組成，放置在一個槽 型的器件兩端，組成一個傳感器。在槽中放置一個圓盤，在盤的

14、一周 開20個孔。當(dāng)電路導(dǎo)通時，發(fā)光管發(fā)光，圓盤在槽轉(zhuǎn)動，當(dāng)光透過 孔時，在連續(xù)的時間內(nèi)，該器件輸出一個連續(xù)的強弱明顯的脈沖，將 得到的脈沖經(jīng)過處理后送入單片機， 即可得到所測的轉(zhuǎn)速。當(dāng)碼盤遮 住時，光電傳感器內(nèi)部的的三極管處于截至區(qū)， 與光電傳感器連接的 PNP三極管處于放大區(qū)，集電極和發(fā)射極被導(dǎo)通，out端輸出一個高電平，遮擋物移開之后，情況相反。3、晶體振蕩電路晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一 個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)， 電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧 振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振， 較高的頻率是并 聯(lián)諧振。AT89C51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)

15、成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和 XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。 這個放 大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反 饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求， 但電容的大小會影 響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定 性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz電容應(yīng)盡可能的 選擇陶瓷電容，電容值約為 30pF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器 和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。晶體振蕩電路如下圖所示：XTAL

16、1P0-0/AD0PC.1/AD1PC.2/AD2XTAL2P0.3/AD3 PO 4/AD4 PC.5/AD5 P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P20/ABP2.1 /A9P2 2/A10PSENP2 3/A11ALEP2 4/A12EAP2.5/A13P2 6/A14P2 7ZA15P1.0P3JRXDP1.1P3.1XTXDP12P1.3P3忖TOP3.3/INTFP1 .4P3.4XT0P1.5P3.5H1P1.6P3.B/WRP11P3.7W4、復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)（這段時間內(nèi)讓 CPU 保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位 完畢

17、就工作，防止 CPU 發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，也可以提 高電磁兼容性能）。無論用戶使用哪種類型的單片機 ,總要涉及到單片 機復(fù)位電路的設(shè)計。而單片機復(fù)位電路設(shè)計的好壞 ,直接影響到整個 系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計完單片機系統(tǒng) ,并在實驗室調(diào)試 成功后,在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機” 、“程序走飛”等現(xiàn)象，這主要是單 片機的復(fù)位電路設(shè)計不可靠引起的。 單片機在啟動時都需要復(fù)位， 以 使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。 89 系列單片機的復(fù)位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器 中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引 腳上有一個

18、高電平并維持2個機器周期（24個振蕩周期）以上，則CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有： 手動按鈕復(fù)位 和上電復(fù)位。1）手動按鈕復(fù)位 手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入 高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。 當(dāng)人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。由于 人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒， 所以，完全能夠滿足 復(fù)位的時間要求。手動按鈕復(fù)位電路如圖 1 所示：rTEXTPO.OJADOXTAL2P0.1ZAMP0.37AD3RSTP0.4MWPC.訥 DP0.7WD7P2J0/ASP2.1 /ASP2 2/A

19、10P2 3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13pisoP2.B/A14 P2 7/A15P3.0URXDP1.1P1 2P31/TXDP32MT0P1.3P3.3HT1PI .4P1.5P3.snriP1.6P3.6MP1.7P37/RDATo9CS_k二=1遙二=1蘭二工丄工圖12）上電復(fù)位 AT89C51的上電復(fù)位電路如圖2所示，只要在RST復(fù) 位輸入引腳上接一電容至 Vcc端，下接一個電阻到地即可。對于 CMOS型單片機，由于在 RST端內(nèi)部有一個下拉電阻，故可將外部 電阻去掉，而將外接電容減至1uF。上電復(fù)位的工作過程是在加電時， 復(fù)位電路通過電容加給 RST端一個短暫

20、的高電平信號，此高電平信 號隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即 RST端的高電平持續(xù) 時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端 的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時，Vcc的上升時間約為10ms,而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率， 如晶振頻率為10MHz， 起振時間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時間則為10ms。在圖2 的復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時，必然會使RST端電壓迅速下降到0V 以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個負(fù)電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng) 將端口置為全“I”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復(fù)位

21、，則程 序計數(shù)器PC將得不到一個合適的初值，因此，CPU可能會從一個未 被定義的位置開始執(zhí)行程序。XTAL1XTAL2RSTP0.0/ADD P0.1/AD1 PD2WD2 P0 3WD3PD.4/AD4P0.5/AD5PD.6/AD6P0.7/AD7P2 0/ABP2.VA9P2 2/A10PSENP2.3/A11ALEP2 4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/FXDP1.2P3.2J1NT0P1.3P3JMNT1P1 4P3 4rroP1.5P3Sff1P1.6P3EM/RP1.7P3.7/RD圖26、數(shù)碼管顯示電路許多電

22、子產(chǎn)品上都有跳動的數(shù)碼來指示電器的工作狀態(tài)， 其實數(shù) 碼管顯示的數(shù)碼均是由八個發(fā)光二極管構(gòu)成的。 每段上加上合適的電 壓，該段就點亮。LED數(shù)碼有共陽和共陰兩種，把這些 LED發(fā)光二極 管的正極接到一塊（一般是拼成一個8字加一個小數(shù)點）而作為一個引腳，就叫共陽的，相反的，就叫共陰的，那么應(yīng)用時這個腳就分別的接VCCJ口 GND再把多個這樣的8字裝在一起就成了多位的數(shù)碼管了。實物如下圖所示：共陽型 就是八個發(fā)光管的正極都連在一起，作為一條引線.AG 段用于顯示數(shù)字，字符的筆畫，（dp顯示小數(shù)點），每一段控制AGdp 的亮與來。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：共陰型 就是七個發(fā)光管的負(fù)極都連在一起， 作為一條

23、引線。AG 段用于顯示數(shù)字，字符的筆畫，（dp顯示小數(shù)點），每一段控制AGdp 的亮與滅。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：PM胡軸人務(wù)數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼， 從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如 BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài) 驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5X 8 = 40根I/O端口來驅(qū)動，要知道 一個89S51單片機可用的I/O端口才

24、32個呢：），實際應(yīng)用時必須增 加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動態(tài)顯示驅(qū)動： 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一， 動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有 數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形， 取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示 的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就 不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM端,就使各個數(shù)

25、碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的 點亮?xí)r間為12ms由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效 應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快， 給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)， 不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效 果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。四位數(shù)碼管動態(tài)顯示電路圖如下所示；Ui*XTAL1rU Dr ADOPD 1iALdPDrtf JiWZj|Wli deJAFUtru aiiKLo KI. riUAR*RSTruru.frfUJfPSEN ALE EA陀0嗎沖如01 2.12 F2.M13 FZ.VA1-A FZ.

26、7X1i5PiJOF1.1FUF1.3 M/4FS.1JTXDr J- frW_FUP3.3iWT1rj.WTIP1.7P3 AVjF.P37JMTd爼L壬AT:?3CJ511345、硬件系統(tǒng)總電路圖U1XITAL2R&TP-tEII4.EMDK.1P-1J rtiMi PlJft lH.7FDJOfACC PO.Ifltl PfiM匪2 刊加3pn.-kfflMP0.7W?pa.cm 円.1*4 PZ24*.1Q VSM 1 Pt *13 PI SAH FJ MM* PI *2F3 Q/HXDn- irrxBra I.INTD ra.MNTiP3S)psarriRS.CwHTr3.?fflD

27、六、AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROFalshProgrammablea ndErasableRead On “Memory)的低電壓，高性能CMOS位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATME高密 度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPI和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL勺AT89C5促一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供 了一種靈活性高且價廉的方案。 圖 4.5 是常用的一種單片機， 型號為 AT89C51它將計算機的功能都集成到這個芯片內(nèi)部去了，就這么一 個小小的

28、芯片就能構(gòu)成一臺小型的電腦，因此叫做單片機。40 個管腳，分成兩排，每一排各有 20個腳，其中左下角標(biāo)有箭 頭的為第 1 腳，然后按逆時針方向依次為第 2腳、第 3腳, 第 40 腳。在 40 個管腳中，其中有 32個腳可用于各種控制，比如控制小燈 的亮與滅、控制電機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制電梯的升與降等，這 32 個 腳叫做單片機的“端口” ，在單片機技術(shù)中，每個端口都有一個特定 的名字，比如第一腳的那個端口叫做“ P1.0”。AT89C51單片機的功能：1 、主要特性：與MCS-51兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命： 1 000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 全靜態(tài)工作： 0Hz-24Hz

29、三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部 RAM 32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2、管腳說明如下圖所示：(RXD)PIflITXD)?3, 1CTO)P3 4叵 (THP3.5 叵 P2.6/(A14 PL5/(A13P2.4(A12P2 3/(Ain n.2/U10P2. 0/(A8) VCC供電電壓, GND接地。 P0 口： P0 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器， 它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。

30、在FIASH編程時，P0 口作為原 碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被 拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P1 口緩 沖器能接收輸出4TTL門電流。P1 口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高， 可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接 收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部 上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管

31、腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址 的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八 位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸 出4個TTL門電流。當(dāng)P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平， 并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ILL ）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為AT89C5啲一

32、些特殊功 能口。P3 口管腳備選功能： P3.0RXD（串行輸入口） P3.1TXD（串行輸出口） P3.2/INT0 （外部中斷 0） P3.3/INT1 （外部中斷 1） P3.4T0 （記時器0外部輸入） P3.5T1 （記時器1外部輸入） P3.6/WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7/RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖 存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 在平時

33、，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器 頻率的 1/6 。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而 要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如 想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行 MOVXMOVC旨令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果 微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 PSEN外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間， 每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次 有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器(O

34、OOOH-FFFF)不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時,/EA將內(nèi)部鎖定為RESET當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存 儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP。 XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2來自反向振蕩器的輸出。七、光電轉(zhuǎn)速表軟件設(shè)計軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法。整個系統(tǒng)由顯示子程序模塊、計 數(shù)模塊和定時模塊三大功能模塊組成。 光電轉(zhuǎn)速表主程序流程圖如下 所示:光電轉(zhuǎn)速表軟主程序流程圖1、 計時模塊定時器是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的重要組成部件， 其工作模式的靈活應(yīng)用對提高編程技巧、減輕CPU負(fù)擔(dān)和簡化外圍電路有很大益處。本

35、系統(tǒng)使用的是定時器 1 模式 0，賦初值TH仁03CH TL1 = OBOH仿真后發(fā)現(xiàn)經(jīng)過計算的初值并不能準(zhǔn)確定時， 故調(diào)整為TH1=63536H TL1=0FFH程序運行后，將轉(zhuǎn)速周期與 2毫秒比較，大 于等于則計數(shù)一個，再以（轉(zhuǎn)速周期 -2 毫秒）的值與 2 毫秒比較，大于等于則 再計數(shù)一個，以此循環(huán)下去，否則計數(shù)停止，得到最終的計數(shù)值，實現(xiàn) 2毫秒定 時。2、計數(shù)模塊輸入信號經(jīng)過整形輸入到 AT89S51 的 INT0 中，采用矩形波下降 沿觸發(fā)計數(shù)，上升沿停止計數(shù)的方法計數(shù)，其程序流程圖如圖所示。 利用 INT0 來完成計數(shù)功能。從個位開始計數(shù)，個位數(shù)計到 10 清零， 依次累加到千位

36、， 然后把計得的數(shù)送到寄存器中， 寄存器中的數(shù)送到 顯示緩沖區(qū)7CH、7DH、7EH、7FH，最后把緩沖區(qū)中的數(shù)送到數(shù)碼 管顯示出來。讓外部中斷INTO工作在下降延觸發(fā)用來計數(shù)，讓T1工 做計時狀態(tài)來定時 2 毫秒，每 2 毫秒更新計數(shù)值到顯示緩沖區(qū)， 得到 2毫秒的溢出次數(shù)值， 進一步通過轉(zhuǎn)速 N 與溢出次數(shù) n 之間的一次方 程式可得轉(zhuǎn)速 N。3、顯示模塊使用前，必須先選通 P3端口，P3.0、P3.1、P3.6、P3.7控制數(shù) 碼管的位，TAB表中的段碼控制顯示的數(shù)字，子程序開始 DPTR指向 字形表TAB的起始位置，并把緩沖區(qū)中的值賦值給累加器 A,由表格 首地址及A確定地址，取送A，送到P1 口顯示，因為是動態(tài)數(shù)碼管， 即先顯示個位然后顯示十位再顯示百位最后顯示千位 , 通過累加器將每 2 毫秒的計數(shù)值在數(shù)碼管上顯示出來。附錄一 程序清單#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code table=0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,; / 共陽極uint Count=0; / 定時器中斷的次數(shù)uint K_S,T_S; / int Second=0;sbit S=P3A0;sbit R