基于单片机的测速仪的设计 精简版

一、引言(一)选题依据：近30年以来，单片机迅速发展，速度之快令人惊讶，广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。在智能仪器仪表上的应用，单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大；用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在；现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等；单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 通过这个毕业设计的训练，可以使我更好的掌握单片机，领会它的魔力，既学会了动手操作技能，又增加了自己对未来的信心。二、芯片AT89C2051和辅助元件的介绍（一）AT89C2051芯片 1.AT89C2051的性能和结构AT89C2051是ATMEL公司生产的带2K字节闪速可编程可擦除只读存储器(EEPROM) 的8位单片机,它具有如下主要特性： （1）和MCS-51产品的兼容 ，2K字节可重编程闪速存储器 （2）耐久性：1,000写擦除周期 ，全静态操作：0Hz24MHz（3）两级加密程序存储器 ，1288位内部RAM（4）15根可编程I/O引线，两个16位定时器/计数器 ，六个中断源 AT89C2051是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。这次采用的是T89C2051单片机芯片，T89C2051处理器功能方框图如图2-1所示。 图2-1 AT89C2051处理器的功能方框图此外,从AT89C2051内部结构图也可看出,其内部结构与8051内部结构基本一致（除模拟比较器外）,引脚RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部连接电路也完全与51系列单片机相应引脚一致,但P1口、P3口有其独特之处。 （二）其他的辅助元件介绍1.1838光敏三极管1838三极管是一个应用比较成熟的光电产品，它是一个微关照输入，低电流输出的元件，它的外形见下图所示。一般情况下，它的输出都要经过一个较高放大倍数三极管的放大，才能提供给下一级电路使用。2.CA3140运算放大器它是一个DIP-8封装的集成芯片，它能进行所需的算术运算放大，它有两种封装图。它的内部结构如图2-4所示：其中，2脚为反向输入端，3脚为同向输入端，7脚接的是正电压，4脚接的是负电压，6脚为输出端，其它管脚在外面悬空。 图2-4 运算放大器CA3140内部结构图3.ULN2003三极管阵列它实质上是一个高电流的达林顿管，其管脚封装是DIP-16,用来辅助AT89C2051的输出端来输出数据，但同时它的输入端应接上拉电阻，这里用的是阵列电阻RNW1,它的数值为10K*8。ULN2003内不仅仅有7个达林顿三极管，达林顿三极管集电极开路输出。步进电机需要一定的电压，一般至少需要高于6V电压。4.MTF3461BSR数码管此数码管是一个4位七段共阳极数码管，实物如下图所示。 数码管的管脚分为两类，一类为段的数码信号脚，一类为位的数码信号脚。段的数码一般有7到8个引脚，4位数码管有4个位码引脚。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。这里共阳极的接法是，8个段的数码管引脚只用了7个，分别接7个10K的电阻、再接单片机的P口（哪组接口随你定，比如说P0口）。然后4个位码引脚分别通过4个驱动三极管再接电源。三极管这里选的是2N2222A。4个三极管的基极分别接4个1.2K电阻再接到单片机端口（比如P2口的某4个脚）。三、基于单片机AT89C2051测速仪的设计（一）电路描述1.信号检测和放大：其原理图如下图所示系统所需电压为6V。检测到的信号先通过三极管2N2222（T5）放大，再进一步通过运算放大器CA3140(IC3)放大。2.输入和处理：其原理图如图下图所示。3. 输出显示：其原理图如图下图所示。（二）软件设计 这个系统的流程图如下图所示。本设计的程序由汇编语言编写，并由8051交叉汇编器汇编。程序有很好的注释，并且易于理解。根据流程图，基于单片机的测速仪的源程序如所示。Bit0 BIT 0D3H；D0 EQU 44H；D1 EQU 45H；D2 EQU 0B6H D3 EQU 40H；D4 EQU 41HD5 EQU 50H；D6 EQU 18H；D7 EQU 19H；D8 EQU 1AH；D9 EQU 1BH；D10 EQU 55H；D11 EQU 0F5H；D12 EQU 08H；D13 EQU 09H；D14 EQU 0AH；D15 EQU 0BH；D16 EQU 0CH；D17 EQU 0DH；D18 EQU 0EH；D19 EQU 0FH；D20 EQU 04H；D21 EQU 05H；D22 EQU 06H；D23 EQU 07H；D24 EQU 03H；D25 EQU 02H；D26 EQU 01H；D27 EQU 00H;标识符 指令 操作数 机械码ORG 0000H;- -AJMPL0030;01 30ORG 000BH;- -AJMPL0142;21 42ORG 0030H; -L0030:MOVSP,#60H;75 81 60MOVP3,#0FFH;75 B0 FFMOVP1,#03H;75 90 03MOVTMOD,#61H;75 89 61L003C:MOVTH0,#0FFH;75 8C FFMOVTL0,#09DH;75 8A 9DSETBET0;D2 A9SETBEA;D2 AFMOVD0,#00H;75 44 00MOVD1,#00H;75 45 00ACALLL0050;11 50AJMPL0055;01 55L0050:MOVR2,#0AH;7A 0AL0052:DJNZR2,$;DA FERET;22L0055:JBP3.6,$;20 B6 FDACALLL0050;11 50L005A:JNBP3.6,$;30 B6 FDSETBTR0;D2 8CMOVC,D2;A2 B6MOVP3.5,C;92 B5MOVR4,#00H;7C 00MOVR5,#00H;7D 00MOVR6,#00H;7E 00MOVR7,#00H;7F 00MOVB,#0AH;75 F0 0AMOVA,R2;EADIVAB;84MOVR3,B;AB F0MOVB,#0AH;75 F0 0ADIVAB;84MOVR4,B;AC F0MOVR5,A;FDCJNER1,#00H,L00BE;B9 00 02SJMPL00EA;80 2CL00BE:MOVA,#06H;74 06ADDA,R3;2BMOVB,#0AH;75 F0 0ADIVAB;84MOVR3,B;AB F0ADDA,#05H;24 05ADDA,R4;2CMOVB,#0AH;75 F0 0ADIVAB;84MOVR4,B;AC F0ADDA,#02H;24 02ADDA,R5;2DMOVB,#0AH;75 F0 0ADIVAB;84MOVR5,B;AD F0CJNER6,#00H,L00DE;BE 00 02SJMPL00DF;80 01POPD12;D0 08RET;22END表3-1 测速仪的源程序软件使用AT89C2051的内部计时器，测量单位为100毫秒旋转周期的时间。因此如果每分钟转速达到1500，每秒钟转数达到25，旋转一周花费的时间为40ms。计时器使用一个中断计算每100毫秒的中断输出，所以在这种情况下，计时器程序计算的数字将是400，被除数是，结果是1500这就是每分钟转数。这些数字显示在4位七段数码管上。子过程UDIV32被调用，这是一个8051系列32位数字除以16位数字的标准过程。该测速仪的误差为6000rpm+/-5rp四、设计总结经过这次的基于单片机的测速仪的设计，让我学到很多东西，但就我个人感觉而言，学到的东西，对我今后的学习有重要的指导作用，这次学习对我的确很重要，至少我认可了自己，在过去的三年里，还是学到了一些有用的课本知识。我学到了如何务实，如何去学一门技术，同时也知道了如何学习，什么才是学习。如果每天都能像这样的学习，大学三年的课程，一年就够了，或许还不要。这次的学习比我在读高三时都还累。技术学到了，也许会忘记，学习的方法学到了，是一辈子的财富。同时这也是值得回忆的。现在看看自己以前自学的一点东西，学了都有将近一年了，还是一个新手。这次学习让我知道了，只要想学，一个月就够了，关键是有没有毅力和压力。自学的更是这样的，没有周围人的压力，就要自己去找压力。现在学到的东西，在书本上是学不来的，在以后的工作中一定也会用到的，一定要自己经历了，在实践中才学得到。这短暂的时间也许会对我的未来有大的影响。很感激学院提供这次学习机会给我，这次学习绝对是一次成长的机会。希望在以后的工作中，我今天学到的东西，能有用武之地。五、参考文献1 康光华主编. 电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社.2005。2 张毅刚著. 单片机原理及应用.高等教育出版社2003。3 崔洪斌、陈曹维、于冬梅著AutoCAD实践教程（2008版）高等教育出版社。4 周荷琴、吴秀清著.微型计算机原理与接口技术.中国科学技术大学出版社.2008。