單片機(jī)課程設(shè)計(jì)（論文）_微機(jī)化轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)課 程 名 稱: 課程設(shè)計(jì) 題 目: 微機(jī)化轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 年級(jí)/專業(yè)/班: 學(xué) 生 姓 名: 學(xué) 號(hào): 小 組 成 員: 開(kāi) 始 時(shí) 間: 年 月 日完 成 時(shí) 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(jì)或分析 PAGEREF _Toc282

2、099549 h - 4 - HYPERLINK l _Toc282099550 總體設(shè)計(jì)框圖 PAGEREF _Toc282099550 h - 5 - HYPERLINK l _Toc282099551 單元電路設(shè)計(jì) 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(xiàn)

5、 PAGEREF _Toc282099563 h - 16 - 摘 要本文介紹了一種以單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器T0為測(cè)頻端口的頻率計(jì)方案，以AT-89C51單片機(jī)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(duì)0-3000HZ頻率的方波實(shí)現(xiàn)精確測(cè)頻。本系統(tǒng)具有體積小、硬件少、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本電路中通過(guò)霍爾傳感器，把測(cè)速機(jī)構(gòu)裝上齒輪，然后把霍爾傳感器靠近齒輪的邊緣，當(dāng)齒輪在不斷轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，齒輪的齒和槽會(huì)相續(xù)接近霍爾傳感器，這樣子霍爾傳感器就會(huì)產(chǎn)生一系列的脈沖，當(dāng)齒靠近傳感器是會(huì)持續(xù)高電平，當(dāng)凹槽靠近霍爾傳感器是會(huì)持續(xù)低電平，這樣當(dāng)套在軸上的齒輪在不斷轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一系列的脈沖波形，把

6、這波形整形后通過(guò)整形電路整形后通至單片機(jī)的測(cè)速口，再換算把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速顯示在數(shù)碼管上面。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 頻率計(jì) 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(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速開(kāi)展，計(jì)算機(jī)也正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

8、二個(gè)分支。單片機(jī)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(qián)，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(shí)數(shù)模電技術(shù)、微電子技術(shù)也快速開(kāi)展使得大量集成芯片出現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)很多簡(jiǎn)單功能代替了原來(lái)的模擬電路。這樣利用單片機(jī)、集成芯片和電子電路就可以很方便的進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jì)。 51系列單片機(jī)是國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用最廣泛的一種8位單片機(jī)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(jī)還會(huì)在繼后很長(zhǎng)一段時(shí)間占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的低端市場(chǎng)，因此，作為新世紀(jì)的大學(xué)生，在信息產(chǎn)業(yè)高速開(kāi)

9、展的今天，掌握單片機(jī)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(jì)的內(nèi)容是使用89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)頻率計(jì)系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機(jī)為主控單元，主要用于對(duì)方波頻率的測(cè)量。2方案設(shè)計(jì)或分析 頻率的測(cè)量實(shí)際上就是在1s時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值就是信號(hào)頻率。用單片機(jī)設(shè)計(jì)頻率計(jì)通常采用兩種方法，第一種方法是使用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；第二種方法是單片機(jī)外部使用計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值再由單片機(jī)讀取。第一種方法的好處是設(shè)計(jì)出的頻率計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單，本錢(qián)低廉，不需要外部計(jì)數(shù)器，直接利用所給的單片機(jī)最小系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)。這種方法的缺陷是受限于單片機(jī)計(jì)數(shù)的晶振頻率，輸入的時(shí)鐘頻

10、率通常是單片機(jī)晶振頻率的幾分之一甚至是幾十分之一，在本次設(shè)計(jì)使用的89C52單片機(jī)，由于檢測(cè)一個(gè)由“1到“0的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，前一個(gè)機(jī)器周期測(cè)出“1，后一個(gè)周期測(cè)出“0。故輸入時(shí)鐘信號(hào)的最高頻率不得超過(guò)單片機(jī)晶振頻率的二十四分之一。第二種方法的好處是輸入的時(shí)鐘信號(hào)頻率可以不受單片機(jī)晶振頻率的限制，可以對(duì)相對(duì)較高頻率進(jìn)行測(cè)量，但缺點(diǎn)是本錢(qián)比第一種方法高，設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序也比擬復(fù)雜。由于本錢(qián)有限，本次設(shè)計(jì)中采用第一種方法，因此輸入的時(shí)鐘信號(hào)最高頻率不得高于MHz/24=460.8KHz。對(duì)外部脈沖的占空比無(wú)特殊要求。根據(jù)頻率檢測(cè)的原理，很容易想到利用51單片機(jī)的T0、T1兩個(gè)定時(shí)/計(jì)

11、數(shù)器，一個(gè)用來(lái)定時(shí)，另一個(gè)用來(lái)計(jì)數(shù)，兩者均應(yīng)該工作在中斷方式，一個(gè)中斷用于1s時(shí)間的中斷處理，一個(gè)中斷用于對(duì)頻率脈沖的計(jì)數(shù)溢出處理，(對(duì)另一個(gè)計(jì)數(shù)單元加一)，此方法可以彌補(bǔ)計(jì)數(shù)器最多只能計(jì)數(shù)65536的缺乏。總體設(shè)計(jì)框圖 AT89C51控制電路數(shù)碼管顯示電路定時(shí)器T0中斷控制一定頻率方波輸入圖1 總體設(shè)計(jì)框圖硬件設(shè)計(jì)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(jì) 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(gè)數(shù)碼管都有a、b、c、d、e、f、g七個(gè)筆劃和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)h，這八個(gè)聯(lián)對(duì)應(yīng)二極管陰極，陽(yáng)極都聯(lián)在一起稱共陽(yáng)極。以四位數(shù)碼管矩陣為

12、例，四個(gè)數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g七個(gè)筆劃和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)h電極分別并聯(lián)在一起。當(dāng)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(shí)，第一個(gè)數(shù)碼管的A,B,C,D,E,F段會(huì)點(diǎn)亮，人眼看上去就是一個(gè)數(shù)字“0。 加上動(dòng)態(tài)掃描方式在1/20秒內(nèi)四個(gè)數(shù)碼管依次都點(diǎn)亮一次，由于視覺(jué)暫留，就會(huì)看到每一位的結(jié)果，通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)人和機(jī)器的信息交換。由于本電路只需顯示簡(jiǎn)單一位數(shù)字所以不需要?jiǎng)討B(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(jī)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(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展了MCS-48單片機(jī)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(chǔ)器RAM、32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。 此外，80C51還可工作于低功耗模式，可通過(guò)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(shí)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(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)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(jī)引腳圖80C51系列單片機(jī)都是以8031為核心開(kāi)展起來(lái)的，具有和51系列單片機(jī)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(shí)電路80C51CPU4K字節(jié)ROM128字節(jié)RAM2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器64K總線擴(kuò)展控制可編程I/O可編程串行口 圖3-2 80C51單片機(jī)框圖80C51單片機(jī)的引腳功能：

15、1、主電源引腳Vss和Vcc。 Vss接地。 Vcc正常操作時(shí)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(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，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(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，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(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平由低到高跳變，將使單片機(jī)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(shí)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(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。但要注意，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖，ALE 端可以驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流八個(gè)LSTTL電路。 對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖功能。 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，在從外部程序存儲(chǔ)取指令或數(shù)據(jù)期間，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。同樣可以驅(qū)動(dòng)八LSTTL輸入。 /Vpp /Vpp為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器選擇端。當(dāng)/Vpp為高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)/Vpp 為低電平時(shí)，那么訪

17、問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于EPROM型單片機(jī)，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(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)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(dòng)八個(gè)LSTTL負(fù)載。 P1口P1.0 - P1.7是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。能驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè)LSTTL負(fù)載。 P2口P2.0 - P2.7是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，

18、它輸出高8位地址。P2口可以驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè)LSTTL負(fù)載。 P3口P3.0 - P3.7是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。能驅(qū)動(dòng)四個(gè)LSTTL負(fù)載。且具有第二功能。在課程設(shè)計(jì)里用到了T0,T1做定時(shí)計(jì)數(shù)器，顯示電路采用分時(shí)復(fù)用P0口，在設(shè)計(jì)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(jià)格比高，應(yīng)用成熟，且對(duì)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(jī)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(dāng)電源接通時(shí)，單片機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，首先初始化子程序，然后定時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，一定時(shí)間采集一次脈沖的個(gè)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(jì)數(shù)器開(kāi)始測(cè)頻 上電初始化取平均值數(shù)碼管顯示是否測(cè)量三次否圖9 主程序流程圖如圖剛上電，初始化子程序，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)測(cè)頻，累計(jì)三次，把三次測(cè)頻的值記錄下來(lái)取平均值，數(shù)碼管顯示所測(cè)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(duì)的編碼void delay(uint z) /延時(shí)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(gè)位w1=0;w2=0;w3=0;w4=1;delay(10);testinit() TMOD=0X15;/定時(shí)器計(jì)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(guò)了一個(gè)循環(huán)后余下的時(shí)間 Tsum=Tsum+65536*testcnt;/時(shí)間總長(zhǎng) Psum=(double)(TH02)/有3個(gè)采樣數(shù)值就進(jìn)行取平均值計(jì)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(shí)中斷1 每65536個(gè)機(jī)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(xì)微的工作，許多硬件錯(cuò)誤往往是在軟件調(diào)試時(shí)被發(fā)現(xiàn)的。通常，先排除明顯的硬件故障，之后，再和測(cè)試軟件結(jié)合起來(lái)調(diào)試。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試兩步。靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測(cè)。檢測(cè)步驟如下:目測(cè)：檢查外部的各種組件或者是電路是否有斷點(diǎn)，及焊點(diǎn)是否牢固，是否存在虛焊等現(xiàn)象；用萬(wàn)用表測(cè)試

24、：先用萬(wàn)用表復(fù)核目測(cè)中有疑問(wèn)的焊接點(diǎn)及可能在焊接過(guò)程中燒壞的組件，再檢測(cè)各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象；加電檢測(cè)：給板加電，檢測(cè)所有插座或器件的電源是否符合要求；聯(lián)機(jī)檢測(cè)：要完成對(duì)用戶系統(tǒng)的調(diào)試，需在單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行。動(dòng)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(cuò)誤的一種硬件檢測(cè)。動(dòng)態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn)、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(dāng)調(diào)試電路時(shí)，與該組件無(wú)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(gè)局部的電路上。當(dāng)各塊電路無(wú)故障后，將各電路逐塊參加系統(tǒng)中，在對(duì)各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。由近及遠(yuǎn)是將信號(hào)流經(jīng)的各器件按照距離單片機(jī)的邏輯距離進(jìn)行由近及遠(yuǎn)的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時(shí)，仍采用去掉無(wú)關(guān)組件的方法，逐層調(diào)試下去，就會(huì)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(cè)系統(tǒng)說(shuō)明 .hex文件創(chuàng)立成功