基于單片機的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設計_學士學位論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 期信號進行內(nèi)部記數(shù)，調(diào)用計算公式算出轉(zhuǎn)速，調(diào)用顯示程序顯示在 LED 上，同時通過串口向 上位機發(fā)送轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。 主要內(nèi)容 ： 部分主要是把轉(zhuǎn)速顯示出來，顯示范圍 6036000r/min ，送 RS232 向 PC 發(fā)送數(shù)據(jù)。 機部分主要完成將數(shù)據(jù)顯示在界面并描繪出 VT圖 。 系統(tǒng) 組成及框圖 ： 本系統(tǒng)通信部分是單片機經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路 HIN232CP 之后，通過串口 RS232 發(fā)送數(shù)據(jù)，由 PC 微機接收，微機部分用 Visual Basic 軟件編寫的界面作為 PC 機部分與單片機進行串口之間通信 。 傳感器電路、轉(zhuǎn)速測量、 LED 顯示、電平轉(zhuǎn)換電路設計等將在以下章節(jié) 作詳細地設計。 哈爾濱理工大學學士學位論文 11 圖 21 系統(tǒng)硬件電路 硬件電路設計 硬件設計的任務是根據(jù)總體設計要求，在選擇的機型的基礎上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設計出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。 89C51 單片機通過 INT0 輸入傳感器的脈沖信號， P0 口 P2 口接 LED 動態(tài)顯示。另由于 PC 系列微機串行口為 RS232C 標準接口，與輸入、輸出均為 TTL 電平的 89C51 單片機在接口規(guī)范上不一致，因此 TTL 電平到 RS－ 232 接口電平的轉(zhuǎn)換采用 HIN232CP 接口芯片，該芯片可以用單電壓（ +5V）實 現(xiàn) RS232 接口邏輯“ 1”（ 3V～ 15V）和邏輯“ 0”（ +3V～ +15V）的電平轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)速測量部分的硬件設計思路：本次設計單片機部分的硬件框圖如圖 22所示。 圖 22 單片機部分硬件框圖 單片機模塊 根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機硬件電路設計思路（如圖 22）對單片機模塊復位電路 時鐘電路 CPU 執(zhí)行單元 顯示電路 發(fā)送電路 傳感器 單 片 機 AT89C51 電 平 轉(zhuǎn) 換 電 路 LED 顯示 驅(qū)動電路 送 PC 機界面 哈爾濱理工大學學士學位論文 12 進行設計，要使單片機準確的測量電機轉(zhuǎn)速，并且使測出的數(shù)據(jù)能顯示出來，所以整個單片機部分分為傳感器電路、時鐘電路、復位電路、執(zhí)行元件以及顯示電路五個部分。 處理執(zhí)行元件 單片機我們采用 AT89C51(其引腳圖如圖 23)，相較于 INTEL 公司的 8051它本身帶有一定的優(yōu)點。 AT89C51 是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存貯器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C 單片 機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。 哈爾濱理工大學學士學位論文 13 圖 23 AT89C51 引腳圖 主要特性： ?與 MCS51 兼容 ? 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ? 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 ? 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz ? 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 哈爾濱理工大學學士學位論文 14 ? 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 管腳說明： ：供電電壓； ：接地； 口 ： P0 口為一個 8 位漏極開 路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 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。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高 ； 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。 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 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 ； 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 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 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 21 所示： 表 21 P3 口的第二功能 哈爾濱理工大學學士學位論文 15 引 腳 第二功能 信 號 名 稱 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 串行數(shù)據(jù)接收 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 外部中斷 0 請求 外部中斷 1 請求 定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)輸入 定時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)輸入 外部 RAM 寫選通 外部 RAM 讀選通 ：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ：當訪問外部存儲器時，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， 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； 9./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) ； 10./EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），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 /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） ； ：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入 。 ：來自反向振蕩器的輸出 。 振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石英振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦除： 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合 ，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫哈爾濱理工大學學士學位論文 16 “ 1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 時鐘電路 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。 MCS51 單片機允許的時鐘頻率是因型號而異 的典型值為 12MHZ。 MCS51 內(nèi)部都有一個反相放大器， XTAL XTAL2 分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。 AT89C51 是屬于 CMOS8 位微處理器，它的時鐘電路在結構上有別于 NMOS 型的單片機。 CMOS 型單片機內(nèi)部（如 AT89C51）有一個可控的負反饋反相放大器，外接晶振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器，圖 24 為 CMOS 型單片機時鐘電路框圖。振蕩器工作受 /PD 端控制，由軟件置“ 1” PD（即特殊功能寄存器）使 /PD＝ 0， 振蕩器停止工作，整個單片機也就停止工作，以達到節(jié)電目的。清“ 0” PD，使振蕩器工作產(chǎn)生時鐘，單片機便正常運行。圖中 SYS 為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時鐘頻率主要由 SYS 參數(shù)確定（晶振上標明的頻率）。電容 C1 和 C2 的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率 f起微調(diào)作用（ C C2 大， f變小），其典型值為 30pF。 圖 24 CMOS 型單片機時鐘電路框圖 復位電路 計算機在啟動運行時都需要 復位，使中央處理器 CPU 和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。 MCS51 單片機有一個復位引腳 RST，它是史密特觸發(fā)輸入 (對于 CHMOS哈爾濱理工大學學士學位論文 17 單片機， RST 引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻 )，當振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn) 2 個機器周期 (即 24 個時鐘周期 )以上的高電平，使器件復位，只要 RST 保持高電平， MCS51 保持復位狀態(tài)。此時 ALE、 PSEN、 P0、 P P P3 口都 輸出高電平。 RST 變?yōu)榈碗娖胶螅顺鰪臀唬?CPU 從初始狀態(tài)開始工作。 單片機采用的復位方式是自動復位方式。對于 MOS(AT89C51)單片機只要接一個電容至 VCC 即可 (見圖 25)。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在RST 端出現(xiàn)一定時間的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使 MCS51 有效的復位。 RST 端在加電時應保持的高電平時間包括 VCC 的上升時間和振蕩器起振的時間， Vss 上升時間若為 10ms，振蕩器起振的時間和頻率有關。 10MHZ時約為 1ms， 1MHZ 時約為 10ms，所以一般為了可靠的復位， RST 在上電應保持 20ms 以上的高電平。 RC 時間常數(shù)越大，上電 RST 端保持高電平的時間越長。 若復位電路失效，加電后 CPU 從一個隨機 的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運轉(zhuǎn)。 + 5 VV c cR S TM C S 5 1V s sCR 圖 25 上電復位電路 顯示電路 顯示電路采用 LED數(shù)碼管動態(tài)顯示， LED（ LightEmitting Diode）是一種外加電壓從而渡過電流并發(fā)出可見光的器件。 LED是屬于電流控制器件，使用時必須加限流電阻。 LED有單個 LED和八段 LED之分，也有共陰和共陽兩種。 顯示器結構： 常用的七段顯示器的結構如圖 26 所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器 ,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。 1 位顯示器由八 個發(fā)光二極管組成，其中七個發(fā)光二極管 ag 控制七個筆畫（段）的亮或暗，另一個控制一個小數(shù)點的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡單，使用方便。 此外，要畫出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來，如圖 2哈爾濱理工大學學士學位論文 18 7 所示，為七段數(shù)碼管的管腳圖。 圖 26 七段發(fā)光顯示器的結構 D P Y abcde fgd pabcdgfeC O M.d p 12 34 5 67 89 圖 27 七段發(fā)光顯示器管腳的結構 驅(qū)動方式： 采用的數(shù)碼管驅(qū)動為 7407，它的全名為 7407 TTL 集電極開路六正相高壓驅(qū)動器，其結構簡單