單片機課程設(shè)計（論文）_微機化轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計

1、課程設(shè)計課 程 名 稱: 課程設(shè)計 題 目: 微機化轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計 年級/專業(yè)/班: 學(xué) 生 姓 名: 學(xué) 號: 小 組 成 員: 開 始 時 間: 年 月 日完 成 時 間: 年 月 日指 導(dǎo) 教 師： 年 月 日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc282099547 摘 要 PAGEREF _Toc282099547 h - 2 - HYPERLINK l _Toc282099548 1引 言 PAGEREF _Toc282099548 h - 3 - HYPERLINK l _Toc282099549 2方案設(shè)計或分析 PAGEREF _Toc282

2、099549 h - 4 - HYPERLINK l _Toc282099550 總體設(shè)計框圖 PAGEREF _Toc282099550 h - 5 - HYPERLINK l _Toc282099551 單元電路設(shè)計 PAGEREF _Toc282099551 h - 5 - HYPERLINK l _Toc282099552 2.2.1 數(shù)碼管顯示電路 PAGEREF _Toc282099552 h - 5 - HYPERLINK l _Toc282099553 主控電路 PAGEREF _Toc282099553 h - 6 - HYPERLINK l _Toc282099554 2.

3、2.3 硬件總電路圖 PAGEREF _Toc282099554 h - 9 - HYPERLINK l _Toc282099555 軟件流程圖 PAGEREF _Toc282099555 h - 10 - HYPERLINK l _Toc282099556 2.3.1 主程序流程圖 PAGEREF _Toc282099556 h - 10 - HYPERLINK l _Toc282099557 2.3.2 程序清單 PAGEREF _Toc282099557 h - 10 - HYPERLINK l _Toc282099558 3、調(diào)試 PAGEREF _Toc282099558 h - 1

4、3 - HYPERLINK l _Toc282099559 3.1 硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc282099559 h - 13 - HYPERLINK l _Toc282099560 3.2 軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc282099560 h - 13 - HYPERLINK l _Toc282099561 3.3 Proteus仿真調(diào)試 PAGEREF _Toc282099561 h - 14 - HYPERLINK l _Toc282099562 致 謝 PAGEREF _Toc282099562 h - 15 - HYPERLINK l _Toc282099563 參考文獻

5、 PAGEREF _Toc282099563 h - 16 - 摘 要本文介紹了一種以單片機內(nèi)部計數(shù)器T0為測頻端口的頻率計方案，以AT-89C51單片機作為主控核心， LED數(shù)碼顯示等較少的輔助硬件電路相結(jié)合，利用軟件對0-3000HZ頻率的方波實現(xiàn)精確測頻。本系統(tǒng)具有體積小、硬件少、電路結(jié)構(gòu)簡單。本電路中通過霍爾傳感器，把測速機構(gòu)裝上齒輪，然后把霍爾傳感器靠近齒輪的邊緣，當齒輪在不斷轉(zhuǎn)動的時候，齒輪的齒和槽會相續(xù)接近霍爾傳感器，這樣子霍爾傳感器就會產(chǎn)生一系列的脈沖，當齒靠近傳感器是會持續(xù)高電平，當凹槽靠近霍爾傳感器是會持續(xù)低電平，這樣當套在軸上的齒輪在不斷轉(zhuǎn)動時就會出現(xiàn)一系列的脈沖波形，把

6、這波形整形后通過整形電路整形后通至單片機的測速口，再換算把脈沖信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速顯示在數(shù)碼管上面。關(guān)鍵詞：單片機 頻率計 89C52 數(shù)碼顯示 abstract This paper introduces a single-chip T0 internal counter for measuring frequency of port frequency meter project, taking the mig-at 89C51 microcontroller as the master core, LED digital display such as less auxiliary hardw

7、are circuit, combined with using the software of 0-3000HZ frequency square-wave achieve precise measuring frequency. This system has small, simple structure, circuit hardware less. Keywords: Single-chip microcomputer frequency meter 89C52 digital display 1引 言近年來隨著計算機技術(shù)的飛速開展，計算機也正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)

8、二個分支。單片機作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，由于其微小的體積和極低的本錢，廣泛應(yīng)用于家用電器、儀器儀表、工業(yè)控制單元以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。同時數(shù)模電技術(shù)、微電子技術(shù)也快速開展使得大量集成芯片出現(xiàn)，從而實現(xiàn)很多簡單功能代替了原來的模擬電路。這樣利用單片機、集成芯片和電子電路就可以很方便的進行設(shè)計，其中最典型、現(xiàn)在應(yīng)用也很多的就是電子產(chǎn)品的設(shè)計。 51系列單片機是國內(nèi)目前應(yīng)用最廣泛的一種8位單片機之一，隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和普遍接受及應(yīng)用。51系列及其衍生單片機還會在繼后很長一段時間占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的低端市場，因此，作為新世紀的大學(xué)生，在信息產(chǎn)業(yè)高速開

9、展的今天，掌握單片機的根本結(jié)構(gòu)、原理和使用是非常重要的。本次課程設(shè)計的內(nèi)容是使用89C51單片機最小系統(tǒng)設(shè)計頻率計系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機為主控單元，主要用于對方波頻率的測量。2方案設(shè)計或分析 頻率的測量實際上就是在1s時間內(nèi)對信號進行計數(shù)，計數(shù)值就是信號頻率。用單片機設(shè)計頻率計通常采用兩種方法，第一種方法是使用單片機自帶的計數(shù)器對輸入脈沖進行計數(shù)；第二種方法是單片機外部使用計數(shù)器對脈沖信號進行計數(shù)，計數(shù)值再由單片機讀取。第一種方法的好處是設(shè)計出的頻率計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序編寫簡單，本錢低廉，不需要外部計數(shù)器，直接利用所給的單片機最小系統(tǒng)就可以實現(xiàn)。這種方法的缺陷是受限于單片機計數(shù)的晶振頻率，輸入的時鐘頻

10、率通常是單片機晶振頻率的幾分之一甚至是幾十分之一，在本次設(shè)計使用的89C52單片機，由于檢測一個由“1到“0的跳變需要兩個機器周期，前一個機器周期測出“1，后一個周期測出“0。故輸入時鐘信號的最高頻率不得超過單片機晶振頻率的二十四分之一。第二種方法的好處是輸入的時鐘信號頻率可以不受單片機晶振頻率的限制，可以對相對較高頻率進行測量，但缺點是本錢比第一種方法高，設(shè)計出來的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序也比擬復(fù)雜。由于本錢有限，本次設(shè)計中采用第一種方法，因此輸入的時鐘信號最高頻率不得高于MHz/24=460.8KHz。對外部脈沖的占空比無特殊要求。根據(jù)頻率檢測的原理，很容易想到利用51單片機的T0、T1兩個定時/計

11、數(shù)器，一個用來定時，另一個用來計數(shù)，兩者均應(yīng)該工作在中斷方式，一個中斷用于1s時間的中斷處理，一個中斷用于對頻率脈沖的計數(shù)溢出處理，(對另一個計數(shù)單元加一)，此方法可以彌補計數(shù)器最多只能計數(shù)65536的缺乏。總體設(shè)計框圖 AT89C51控制電路數(shù)碼管顯示電路定時器T0中斷控制一定頻率方波輸入圖1 總體設(shè)計框圖硬件設(shè)計涉及的電路有：AT89C52控制電路、 LED顯示電路、數(shù)碼管顯示電路2.2單元電路設(shè)計 數(shù)碼管顯示電路圖2 四位一體數(shù)碼原理圖如圖2為四位一體數(shù)碼管，每個數(shù)碼管都有a、b、c、d、e、f、g七個筆劃和一個小數(shù)點h，這八個聯(lián)對應(yīng)二極管陰極，陽極都聯(lián)在一起稱共陽極。以四位數(shù)碼管矩陣為

12、例，四個數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g七個筆劃和一個小數(shù)點h電極分別并聯(lián)在一起。當A,B,C,D,E,F段低電平，第一位數(shù)碼管位選也為低電平，其他行列都為高阻態(tài)時，第一個數(shù)碼管的A,B,C,D,E,F段會點亮，人眼看上去就是一個數(shù)字“0。 加上動態(tài)掃描方式在1/20秒內(nèi)四個數(shù)碼管依次都點亮一次，由于視覺暫留，就會看到每一位的結(jié)果，通過這種方式實現(xiàn)人和機器的信息交換。由于本電路只需顯示簡單一位數(shù)字所以不需要動態(tài)顯示，只需要一位數(shù)碼管。2.2.2主控電路80C51是INTEL公司MCS-51系列單片機中最根本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機，屬于標準的

13、MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，它繼承和擴展了MCS-48單片機的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。 80C51內(nèi)置中央處理單元、128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、32個雙向輸入/輸出(I/O)口、2個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。 此外，80C51還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。80C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。

14、其引腳圖如圖3-1所示：12345678RST/VPD91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC4080C51 圖3-1 80C51單片機引腳圖80C51系列單片機都是以8031為核心開展起來的，具有和51系列單片機及根本結(jié)構(gòu)和軟件特征，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示：振蕩器及定時電路80C51CPU4K字節(jié)ROM128字節(jié)RAM2個16位定時器/計數(shù)器64K總線擴展控制可編程I/O可編程串行口 圖3-2 80C51單片機框圖80C51單片機的引腳功能：

15、1、主電源引腳Vss和Vcc。 Vss接地。 Vcc正常操作時為+5伏電源。2、外接晶振引腳XTAL1和XTAL2。 XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。 XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當采用外部振蕩器時，此引腳接外部振蕩源。3、控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD，ALE/，和/Vpp。 RST/VPD 當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平由低到高跳變，將使單片機復(fù)位在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。 ALE/ 正常操作時為A

16、LE功能允許地址鎖存提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE 引腳以不變的頻率振蕩器頻率的周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。但要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖，ALE 端可以驅(qū)動吸收或輸出電流八個LSTTL電路。 對于EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖功能。 外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令或數(shù)據(jù)期間，在每個機器周期內(nèi)兩次有效。同樣可以驅(qū)動八LSTTL輸入。 /Vpp /Vpp為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當/Vpp為高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，當/Vpp 為低電平時，那么訪

17、問外部程序存儲器。對于EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳上加21伏EPROM編程電源Vpp。4、輸入/輸出引腳P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。 P0口P0.0 - P0.7是一個8位漏極開路型雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL負載。 P1口P1.0 - P1.7是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。 P2口P2.0 - P2.7是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，

18、它輸出高8位地址。P2口可以驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。 P3口P3.0 - P3.7是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅(qū)動四個LSTTL負載。且具有第二功能。在課程設(shè)計里用到了T0,T1做定時計數(shù)器，顯示電路采用分時復(fù)用P0口，在設(shè)計里面使用的引腳較少，占用的資源也比擬少。而且該芯片是以8031為核心，性能價格比高，應(yīng)用成熟，且對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為熟悉，芯片功能夠用而且適用，從而選用80C51單片機作為主控芯片。2.2.3 硬件總電路圖圖7 整體電路圖工作原理：當電源接通時，單片機開始運行，首先初始化子程序，然后定時計數(shù)器開始計數(shù)，一定時間采集一次脈沖的個數(shù)，每采集3次

19、取平均值。然后送給數(shù)碼管顯示。 2.3.1 主程序流程圖計數(shù)器開始測頻 上電初始化取平均值數(shù)碼管顯示是否測量三次否圖9 主程序流程圖如圖剛上電，初始化子程序，計數(shù)器開始計數(shù)測頻，累計三次，把三次測頻的值記錄下來取平均值，數(shù)碼管顯示所測平均值。.2 程序清單#include /頭文件申明#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charunsigned long Tsum;long double Psum,Fresult,Fage;unsigned char testcnt;double temp3;sbit w1=P37;s

20、bit w2=P36;sbit w3=P31;sbit w4=P30;/按鍵申明uchar m,n,keynum,key1num;uint i;uchar code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71 ; / 數(shù)碼管阿拉伯字母所對的編碼void delay(uint z) /延時子函數(shù)uint x,y; for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void leddisplay(uint n) /數(shù)碼管顯示子函

21、數(shù)P1=0 xff;P1=tablen/1000;/顯示數(shù)碼管千位w1=1;w2=0;w3=0;w4=0;delay(10);P1=0 xff;P1=(tablen/100%10); /顯示數(shù)碼管百位w1=0;w2=1;w3=0;w4=0;delay(10);P1=0 xff;P1=tablen/10%10; /顯示數(shù)碼管十位w1=0;w2=0;w3=1;w4=0;delay(10);P1=0 xff;P1=tablen%10; /顯示數(shù)碼管個位w1=0;w2=0;w3=0;w4=1;delay(10);testinit() TMOD=0X15;/定時器計數(shù)器工作模式設(shè)置 EX1=1; IT1

22、=1; ET1=1; TR0=0; TR1=0; EA=1; void main() testinit();/初始化子程序while(1)leddisplay(Fage); /數(shù)碼管顯示程序delay(10);void int1() interrupt 2 if(testcnt) TR0=0; TR1=0; Tsum=(TH18)|TH0;/過了一個循環(huán)后余下的時間 Tsum=Tsum+65536*testcnt;/時間總長 Psum=(double)(TH02)/有3個采樣數(shù)值就進行取平均值計算 for(i=0;i3;i+) Fresult=Fresult+tempi;Fage=Fresul

23、t/3.0; i=0; testcnt=0;TH1=0;TL1=0;TH0=0;TL0=0;TR1=1;TR0=1;EX1=0; void t1() interrupt 3 /定時中斷1 每65536個機器周期相應(yīng)一次 testcnt+; EX1=1; 3、調(diào)試3.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試是一件重要而細微的工作，許多硬件錯誤往往是在軟件調(diào)試時被發(fā)現(xiàn)的。通常，先排除明顯的硬件故障，之后，再和測試軟件結(jié)合起來調(diào)試。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試兩步。靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。檢測步驟如下:目測：檢查外部的各種組件或者是電路是否有斷點，及焊點是否牢固，是否存在虛焊等現(xiàn)象；用萬用表測試

24、：先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的焊接點及可能在焊接過程中燒壞的組件，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象；加電檢測：給板加電，檢測所有插座或器件的電源是否符合要求；聯(lián)機檢測：要完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試，需在單片機開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境下進行。動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排查錯誤的一種硬件檢測。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為假設(shè)干塊，當調(diào)試電路時，與該組件無關(guān)的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當各塊電路無故障后，將各電路逐塊參加系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。由近及遠是將信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關(guān)組件的方法，逐層調(diào)試下去，就會定位故障組件了。3.2 軟件調(diào)試程序調(diào)試結(jié)果如圖3-1：Creating hex file from “蓄電池電壓檢測系統(tǒng)說明 .hex文件創(chuàng)立成功