單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告_數(shù)字轉(zhuǎn)速表設(shè)計(jì)

1、提供全套畢業(yè)論文，各專業(yè)都有等級(jí):湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱 單片機(jī)原理及應(yīng)用 課題名稱 數(shù)字轉(zhuǎn)速表設(shè)計(jì) 專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 1291 學(xué) 號(hào) 201201029113 姓 名 指導(dǎo)教師 2014 年 9 月 1 日湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書課程名稱 單片機(jī)原理及應(yīng)用課 題 數(shù)字轉(zhuǎn)速表設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化1291學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 201201029113指導(dǎo)老師 審 批任務(wù)書下達(dá)日期 年 月 日任務(wù)完成日期 年 月 日設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)內(nèi)容：本課題要求以MCS-51系列單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)速表對(duì)脈沖轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)（測(cè)速范圍03000轉(zhuǎn)/分），能將所測(cè)量的轉(zhuǎn)

2、速在LED顯示器上顯示（十進(jìn)制），并具有方便的鍵盤操作（啟動(dòng)、暫停、復(fù)位）功能。設(shè)計(jì)要求：1）確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案； 2）進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；3）完成必要的參數(shù)計(jì)算與元器件選擇；4）完成應(yīng)用程序設(shè)計(jì)；5）應(yīng)用程序的調(diào)試。主 要 設(shè) 計(jì) 條 件1、PC機(jī)及單片機(jī)調(diào)試軟件；2、單片機(jī)學(xué)習(xí)板； 3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試所需的元器件。說(shuō) 明 書 格 式1. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2. 目錄3. 總體方案確定4. 各單元硬件電路設(shè)計(jì)說(shuō)明5. 軟件設(shè)計(jì)與說(shuō)明（包括流程圖）6. 調(diào)試結(jié)果與必要的調(diào)試說(shuō)明7. 使用說(shuō)明8、總結(jié)9、參考文獻(xiàn)附錄附錄A 系統(tǒng)原理圖附錄B 程序清單進(jìn) 度 安 排設(shè)計(jì)時(shí)間為兩周第一周星期一、上午：布置

3、課題任務(wù)，講課及課題介紹 下午：借閱有關(guān)資料，總體方案討論星期二、總體方案星期三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試星期四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試星期五、軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試第二周星期一、軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試星期二、軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試星期三、軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試星期四、寫說(shuō)明書星期五、上午：寫說(shuō)明書，整理資料下午：交設(shè)計(jì)資料，答辯參 考 文 獻(xiàn)1 M. 2版.機(jī)械工業(yè)出版社，2012. 2 M.電子工業(yè)出版社，2003. 3 王守中.51單片機(jī)開(kāi)發(fā)入門與典型實(shí)例M.人民郵電出版社，20074 M.清華大學(xué)出版社，2010.5 M.3版.清華大學(xué)出版社，2010.目錄第1章 前言·····

4、83;············································07第2章 總體設(shè)計(jì)思路···

5、83;······································08 基本原理··········&#

6、183;···································08 設(shè)計(jì)總電路·············

7、·······························08第3章 硬件電路的設(shè)計(jì)方案················

8、83;···················10 LED顯示部分電路的設(shè)計(jì)····························

9、·····11 按鍵電路的設(shè)計(jì)········································12 時(shí)鐘電路··&

10、#183;···········································13第4章 軟件設(shè)計(jì)方案····&

11、#183;·····································14 總程序模塊···········

12、;·································14 按鍵程序模塊···············&#

13、183;··························15第5章 系統(tǒng)調(diào)試·····················

14、3;························17第六章 總結(jié)與體會(huì)························

15、;···················18參考文獻(xiàn)······························

16、;·······················19附錄··························&

17、#183;······························20附錄A 總電路圖·················

18、83;·························20附錄B 程序清單·······················

19、;····················21第1章 前言單片機(jī)作為嵌入式微控制器在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)，智能儀器和家用電氣中得到廣泛應(yīng)用。雖然單片機(jī)的品種很多，但MCS-51系列單片機(jī)仍不失為單片機(jī)中的主流機(jī)型。本課程一MCS-51系列以及派生系列單片機(jī)芯片為主介紹單片機(jī)的原理與應(yīng)用，與其特點(diǎn)是由淺入深，注重接口技術(shù)和應(yīng)用。 近年來(lái)，微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展速度足以讓世人驚嘆，以計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的信息技術(shù)作為一種嶄

20、新的生產(chǎn)力，正在向社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域滲透，也使機(jī)電一體化的進(jìn)程大大加快。 機(jī)電一體化是當(dāng)今制造技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的主要傾向，也是我國(guó)機(jī)電工業(yè)發(fā)展的必由之路。可以認(rèn)為，它是用系統(tǒng)工程學(xué)的觀點(diǎn)和方法，研究在機(jī)電系統(tǒng)和產(chǎn)品中如何將機(jī)械、計(jì)算機(jī)、信息處理和自動(dòng)控制技術(shù)綜合應(yīng)用，以求機(jī)電系統(tǒng)和產(chǎn)品達(dá)到最佳的組合。機(jī)電一體化產(chǎn)品所需要的是嵌入式微機(jī)，而單片機(jī)具有體積小、集成度高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，適于嵌入式應(yīng)用。智能儀器、家用電器、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)控制等機(jī)電設(shè)備和產(chǎn)品中竟相使用單片機(jī)。 就目前而言，單片機(jī)的發(fā)展勢(shì)頭依然不減，各種型號(hào)和功能更強(qiáng)的單片機(jī)和超級(jí)接口芯片不斷出現(xiàn)，進(jìn)一步向高層次發(fā)展的重要標(biāo)志就是構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和

21、分布式網(wǎng)絡(luò)。世界上單片機(jī)芯片的產(chǎn)量以每年27%的速度遞增，到本世紀(jì)初已達(dá)30億片，而我國(guó)的年需求量也超過(guò)了億片的數(shù)量，這表明單片機(jī)有著廣闊的應(yīng)用前景。本課程設(shè)計(jì)主要針對(duì)目前我國(guó)早期應(yīng)用比較廣泛的“MCS-51”單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的講解和分析。為使用和開(kāi)發(fā)各類機(jī)電一體化設(shè)備和儀表建立基礎(chǔ)。第1章 總體設(shè)計(jì)思路 基本原理利用AT89C51作為主控器組成一個(gè)轉(zhuǎn)速表。電機(jī)轉(zhuǎn)速采用光電脈沖傳感器來(lái)測(cè)量，設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，利用其內(nèi)部定時(shí)器T1設(shè)置為定時(shí)方式，且定時(shí)時(shí)間為1s。計(jì)數(shù)器T0設(shè)置為外部脈沖計(jì)數(shù)工作方式，設(shè)在1s內(nèi)測(cè)量的脈沖個(gè)數(shù)為n，又由于脈沖頻率為60個(gè)脈沖/轉(zhuǎn)，故測(cè)到轉(zhuǎn)速n就是脈沖頻率

22、。定時(shí)1s，在1s內(nèi)允許中斷，每中斷一次，軟件計(jì)數(shù)器加1，1s后，關(guān)閉中斷，則軟件計(jì)數(shù)器即為1s內(nèi)的脈沖數(shù)，通過(guò)計(jì)數(shù)一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)定時(shí)器的脈沖數(shù)通過(guò)軟硬件結(jié)合工作即可測(cè)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 設(shè)計(jì)總思路本課題要求以MCS-51系列單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)速表對(duì)脈沖轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，能將所測(cè)量的轉(zhuǎn)速在LED顯示器上顯示（十進(jìn)制），并具有方便的鍵盤操作（啟動(dòng)、暫停、復(fù)位）功能。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)脈沖信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)速，測(cè)速范圍03000轉(zhuǎn)/分。該系統(tǒng)的功能概括起來(lái)就是能測(cè)量當(dāng)前每秒鐘給的手動(dòng)脈沖數(shù)。MCS-51單片機(jī)內(nèi)有兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，利用其內(nèi)部定時(shí)器T1設(shè)置為定時(shí)方式，且定時(shí)時(shí)間為1s。計(jì)數(shù)器T

23、0設(shè)置為外部脈沖計(jì)數(shù)工作方式，設(shè)在1s內(nèi)測(cè)量的脈沖個(gè)數(shù)為n，再將n乘上60即是轉(zhuǎn)速（分/轉(zhuǎn)）。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思路，本系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)，LED顯示電路，時(shí)鐘與復(fù)位電路以及獨(dú)立式按鍵五個(gè)部分組成。系統(tǒng)硬件框圖如圖2-2所示。LED顯示器驅(qū)動(dòng)電路AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘電路鍵盤電路復(fù)位電路圖2-2 系統(tǒng)框圖第2章 硬件電路的設(shè)計(jì)方案在單片機(jī)中，定時(shí)功能既可以由硬件（定時(shí)/記數(shù)器）實(shí)現(xiàn)，也可通過(guò)軟件定時(shí)實(shí)現(xiàn)。硬件定時(shí)是利用單片機(jī)內(nèi)定時(shí)器定時(shí)，啟動(dòng)以后定時(shí)器可與CPU并行工作，不占用CPU時(shí)間，CPU有較高的工作效率。采用硬件定時(shí)和軟件定時(shí)并用的方式，即用T0溢出中斷功能實(shí)現(xiàn)50ms定時(shí)，

24、通過(guò)軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)1s定時(shí)。定時(shí)器的TMOD用于設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式03，并確定用于定時(shí)還是用于計(jì)數(shù)。TCON主要功能是為定時(shí)器在溢出時(shí)設(shè)定標(biāo)志位，并控制定時(shí)器的運(yùn)行或停止等。AT89C51單片機(jī)管腳引腳圖如圖3-1所示：VCCPPPPPPPPP1.0 P1.1 P0.3 RST/VpdEA/Vpp ALE/PROGPSENPPXDPTXD PINT1PINT0PPT0PPPWRPT1 PPPRDPPXTAL1XTAL2PVSS 圖3-1 LED顯示部分電路的設(shè)計(jì)本課題所采用得是由LED（數(shù)碼管）作為顯示電路，用以顯示由單片機(jī)所接收的脈沖來(lái)轉(zhuǎn)換的BCD碼，以及開(kāi)始測(cè)速時(shí)的初始狀態(tài)。其

25、硬件電路連接是單片機(jī)通過(guò)一組1K的接數(shù)碼管的AG和DP共8個(gè)管腳，接三極管驅(qū)動(dòng)的發(fā)射極，三極管驅(qū)動(dòng)的集電極接數(shù)碼管的14的,采用共陽(yáng)極連接的方法連接。如圖3-2所示：RSTXTAL2XTAL1GNDGNDP30pF30pF12MPPPPPPPVCC1K1K1K1K1KPPPPVCCVCCGND22F1K2K圖3-2 顯示部分電路 按鍵電路設(shè)計(jì)對(duì)按鍵電路的設(shè)計(jì)可以由2種方式：一種方式是獨(dú)立按鍵設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)電路適用于按鍵較少的控制；另一種方式是矩陣式鍵盤的設(shè)計(jì)，它適用于對(duì)控制按鍵較多的電路控制。本課題總共設(shè)計(jì)按鍵有3個(gè)啟動(dòng)、停止、復(fù)位，因此設(shè)計(jì)時(shí)采用獨(dú)立按鍵，由單片機(jī)P2.1 。接法如圖3-3所

26、示VCCGND1KPPP圖3-3 按鍵電路圖 時(shí)鐘、復(fù)位電路VCCPRSTXTAL2XTAL1PPPPPPP時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的典型值為12MHZ 。MCS-51內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器， XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30pf左右。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器的頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩頻率的范圍通常是在之間。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘

27、頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。但反過(guò)來(lái)運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高，對(duì)印制電路板的工藝要求也高，即要求線簡(jiǎn)的寄生電容要小；晶振和電容應(yīng) 盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定，可靠地工作。綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用30pf的電容，其電路圖如圖3-4所示。GNDGND12M30pF30pF圖3-4 AT89C51的時(shí)鐘電路第3章 軟件設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)。定時(shí)計(jì)數(shù)程序模塊，數(shù)制轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊，轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊。編程語(yǔ)言？ 主程序設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的顯示我們采用了動(dòng)態(tài)掃描的工作方式，LED數(shù)碼顯示管采用4聯(lián)共陽(yáng)極顯示器，該器件內(nèi)部已將4個(gè)數(shù)碼顯示器

28、的同名字段端并接在一起，從上到下4個(gè)數(shù)碼管的公共陽(yáng)極分別由一個(gè)引腳引出。如圖4-1所示（初始化定時(shí)器、LED顯示初態(tài)）初始化開(kāi)始顯示 查鍵否有鍵按下？是按鍵處理圖4-1 總程序流程圖 4.2 按鍵程序模塊設(shè)計(jì)中我們使用的獨(dú)立按鍵，因?yàn)橹挥袉?dòng)、暫停和復(fù)位三個(gè)按鍵。按鍵程序的流程圖如圖4-3。N開(kāi)始 Y 啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，延時(shí)秒啟動(dòng)鍵？1秒后調(diào)用計(jì)算、進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序否是暫停鍵？ 關(guān)閉計(jì)數(shù)器否是關(guān)閉計(jì)數(shù)器，清空存復(fù)位鍵？復(fù)位計(jì)LED0LED3復(fù)位、顯示初態(tài)否返回圖4-3 按鍵程序流程圖第4章 系統(tǒng)調(diào)試硬件調(diào)試的步驟如下：接通電源和數(shù)據(jù)線，通過(guò)軟件將在keil中生成的HEX文件下載到單片機(jī)板子上，先對(duì)板子

29、關(guān)電當(dāng)顯示請(qǐng)上電時(shí)按下單片機(jī)上的電源開(kāi)關(guān)按鈕上電下載程序到單片機(jī)中，通過(guò)按鍵和LED的顯示進(jìn)行調(diào)試。當(dāng)程序下載完之后，按下電源開(kāi)關(guān)，LED上顯示初始狀態(tài)，按下啟動(dòng)鍵顯示接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)，按下停止鍵后顯示當(dāng)前所記錄的數(shù)據(jù)，按下復(fù)位鍵則顯示初始狀態(tài)。5-1所示:5-2所示：第5章 總結(jié)與體會(huì)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說(shuō)得是無(wú)處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來(lái)說(shuō)掌握單片機(jī)的開(kāi)發(fā)技術(shù)是十分重要的。回顧起此次單片

30、機(jī)課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，基本的內(nèi)容和我們上課所學(xué)的差不多！就是把課本的知識(shí)綜合了一下！無(wú)論是整個(gè)程序的哪一個(gè)環(huán)節(jié)，單獨(dú)拿出來(lái)讓我們?cè)O(shè)計(jì)都不難，但是一綜合起來(lái)，對(duì)于我們這些初學(xué)者來(lái)說(shuō)難度就加大了。因?yàn)槌绦蛞C合起來(lái)考慮很多要點(diǎn)，如果只單單完成一種功能我們還可以慢慢捋清思路，一旦綜合性加強(qiáng)，馬上就會(huì)漏洞百出。的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整兩星期的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)

31、踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，對(duì)單片機(jī)匯編語(yǔ)言掌握得不好通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前 所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故。這次的課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多編程問(wèn)題，最后在李老師的辛勤指導(dǎo)下，終于迎刃而解。參考文獻(xiàn)1 M. 2版.機(jī)械工業(yè)出版社，2012. 2 M.電子工業(yè)出版社，2003. 3 王守中.51單片機(jī)開(kāi)發(fā)入門與典型實(shí)例M.人民郵電出版

32、社，20074 戴燦金.51單片機(jī)及其C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)實(shí)例M.清華大學(xué)出版社，2010.5 M.3版.清華大學(xué)出版社，2010.附錄附錄A 系統(tǒng)原理圖8051 VCCGNDGNDVCCGNDRSTXTAL2XTAL11K1K1K1K1K1KVCCGND22F1K2K30pF30pF12MVCC附錄B 程序清單;* ;*三個(gè)鍵*啟動(dòng)*暫停*復(fù)位*;*;* P1口作為指示燈 * ORG 0000H SJMP WAIT ORG 001BH LJMP TIMER ORG 0030HWAIT: MOV SP,#0A0H ;設(shè)置指針指向A0H單元 MOV 7AH,#0AH;數(shù)據(jù)緩存區(qū)7A MOV 7BH

33、,#0AH;數(shù)據(jù)緩存區(qū)7B MOV 7CH,#0AH;數(shù)據(jù)緩存區(qū)7C MOV 7DH,#0AH;數(shù)據(jù)緩存區(qū)7D MOV P1,#00H ; P1口指示燈全亮 CLR TR0 ;關(guān)計(jì)數(shù)器T0 CLR TR1 ;關(guān)定時(shí)器T1 MOV B,#21 ;定時(shí)標(biāo)志 MOV PSW,#00H MOV TMOD,#15H MOV TL0,#00H ;清除計(jì)數(shù)器低八位 MOV TH0,#00H ;清除計(jì)數(shù)器高八位LOOP: LCALL DISPLAY LCALL KEY CJNE A,#0FFH,KEY_1 SJMP LOOP;。啟動(dòng)。KEY_1: CJNE A,#01H,KEY_2 MOV P1,#0F8H

34、MOV 7AH,#00H MOV 7BH,#00H MOV 7CH,#00H MOV 7DH,#00H MOV TL0,#00H;清除計(jì)數(shù)器低八位 MOV TH0,#00H;清除計(jì)數(shù)器高八位 SETB EA SETB ET1 MOV TL1,#0B0H MOV TH1,#3CH SETB TR0 SETB TR1S1: LCALL DISPLAY LCALL KEY CJNE A,#0FFH,KEY_1 SJMP S1;。暫停。KEY_2: CJNE A,#02H,KEY_3 CLR TR1MOV B,#21MOV P1,#0C7H S2:LCALL DISPLAYLCALL KEYCJNE

35、A,#0FFH,KEY_1SJMP S2;。復(fù)位。KEY_3: CJNE A,#03H,WAIT LJMP WAIT;。下面是鍵盤掃描程序(4068個(gè)機(jī)器周期)。KEY: PUSH PSW SETB RS0 MOV P0,#0FFH MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A JZ L CLR ACC.0 ACALL DELAY ACALL DELAY K1:CJNE A,#02H,K2 MOV A,#01H SJMP R K2: CJNE A,#04H,K3MOV A,#02H SJMP RK3:CJNE A,#08H,LMOV A,#03H SJMP RL: MOV A,#0FFH R: CLR RS0 POP PSW RET ;。顯示子程序。DISPLAY: SETB RS0 MOV A,#0EFH MOV R0,#7AHLOOP1: M