高精度风速测试高精度风速仪设计

毕业论文题 目 高精度风速仪设计目 录1引言32 设计原理33 技术介绍43.1 8031单片机532 系统扩展、接口技术533 三总线概述634 中断技术74 软件设计84.1 测频法与测周法842 程序结构115 硬件设计145.1 硬件结构图145.2 地址所存器扩展电路155.3 扩展程序存储器电路165.4扩展8155可编程外围并行接口芯片185.4.1 8155的结构与引脚185.4.2 8155的RAM和I/O口地址185.4.3 8155的寄存器195.4.4 8155芯片的使用205.4.5 8031与8155的连接205.5 显示电路216 结论21参考文献22致22ABSTRACT23附录：24高精度风速仪设计迺倜信息工程大学电子与信息工程系, 210044摘要：本文介绍了一种基于Inter 8031单片机的风速仪的设计,它利用测旋转体的转速测得风速。本设计中采用8031单片机主要由于其部资源较为丰富,处理速度较快,因而可以在不扩充计数器的情况下实时的测量脉冲信号并转化为转速数据,进而可以转变成线速度输出。此外,本设计的主要目的虽然为风速测量,但是当对外部传动部件做简单修改以后不仅可以应用在风速的测量当中,也可在转速测量控制,车辆行驶速度测定,流速流量测量等方面发挥作用。关键字：8031单片机,风速仪,测周法与测频法1引言在对气象学越加重视的今天,气象数据的采集更显重要。风速是气象数据中的一个重要的参数,对它的测量,将会极大的影响到气象预报的准确性。同时,风速、风力的测量在某些行业,譬如煤炭,飞机,汽车,电力等都十分重要。最初的风速仪,靠人工测量,精度差,数据不及时。目前,国使用的风速仪,多数沿用机械传动,灵敏度低,误差大,对于较多的测风点常采用一个计数器测量,而野外自然风阵性变化较大,这样会引起失真和较大误差。基于单片机的风速仪,可以克服目前风速仪的弊端,作为目前风速仪的有益补充。 本系统借助传统风速仪测量设备,以单片机为处理信号的工具,使风速的测量精确,及时。并且,由于单片机的使用,使本设计的体积较小,适合外出携带,操作方便,可推广到工业生产中,具有较高的经济效益。因此,本文设计了基于单片机的风速仪。2 设计原理测量的系统框图如图1所示。 传感器整形放大单片机处理输出结果图1 测量系统框图图中传感器部分包括金属圆盘和红外光电开关。金属圆盘上均匀的开出60360个槽,固定在旋转轴上。旋转体每转一圈红外光电开关便可以输出60360个脉冲信号,该脉冲信号经过整形放大,送给8031单片机进行处理,便可显示结果。8031单片机属于MCS-51系列单片机是功能极强的8位高档单片机,它既适用于简单的测控系统,又适用于复杂的测控系统,他的性价比高,组成应用系统灵活。8031单片机在这里的作用是采样信号脉冲,并按照一定的计算公式求得所需要的被测量。首先测量转速,可由下式计算： 其中： n转速,单位：转/秒 Z金属圆盘开槽数 t采样时间, 后文中或称为闸门时间,单位：秒 N在闸门时间传感器输出的脉冲个数在测量旋转轴径向某点的线速度,即所求风速：v=2Rn=其中：v线速度,单位：米/秒 R被测点距轴心的距离即金属盘半径,单位：米 由于采用单片机进行处理,使其比采用数字电路成本更低,精度更高。关键是本设计可以扩充几个功能,使其在生产运用上更加方便。比如,可以设定转速上下限报警。加入控制信号,可以选侧测量的数值为瞬时速度,或者为平均速度,这样可以进一步计算出瞬时加速度,并且可以保存一段时间的测量平均值等等。 由上述两测量公式可知,对于某一确定系统,Z和R都是常量,因此测量转速n或线速度v需要测量的只有两个量闸门时间t和在t时间输入的脉冲个数N。8031单片机含有两个16位定时/计数器,既可以对部机器周期计数产生定时信号,也可以对外部输入脉冲进行计数。其数控方式如下：表1 数控方式表TMOD：GATEM1M0GATEM1M0 用于定时/计数器1 用于定时/计数器0当=0时为定时方式,=1时为计数方式,本系统中8031的两个定时计数器皆工作于16位定时方式,用于产生测量的闸门时间,对信号脉冲的计数则由软件完成,即两路传感器输出接入8031的两个外部中断输入引脚和,当引脚上出现一个负跳变时引起中断,在中断服务程序中计数输入脉冲个数,具体如下：M1M0=01时处在工作方式1 为16位计数器：选择定时或计数模式。当=1时为计数模式,当=0时为定时模式GATE：选通控制。当GATE=1时只有当端口为高电平且TRx置位为1时才选通定时/计数器x；当GATE=0时,只需TRx置位为1,即选通定时/计数器x。P3.3和P3.4分别是外部中断0,中断1请求端口,低电平有效。当I/O端口作为输入使用时,需要先向端口写入1使部的FET截止,再读入引脚状态。3 技术介绍本系统在设计过程中需要用到8031单片机,系统扩展、接口技术,三总线,中断技术等。3.1 8031单片机8031单片机是Intel公司生产的MCS-51系列单片机中的一种,除无片ROM外,其余特性与MCS-51单片机基本一样。HMOS制造工艺的MCS-51单片机都采用40引脚的直插封装DIP方式芯片的引脚描述： 主电源引脚VCC和VSS 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP 输入/输出I/O引脚P0、P1、P2、P3共32根访问外部程序存储器时序操作过程如下:时序图略1在S1P2时刻产生ALE信号。2由P0、P2口送出16位地址,由于P0口送出的低8位地址只保持到S2P2,所以要利用ALE的下降沿信号将P0口送出的低8位地址信号锁存到地址锁存器中。而P2口送出的高8位地址在整个读指令的过程中都有效,因此不需要对其进行锁存。从S2P2起,ALE信号失效。3从S3P1开始,开始有效,对外部程序存储器进行读操作,将选中的单元中的指令代码从P0口读入,S4P2时刻,失效。4从S4P2后开始第二次读入,过程与第一次相似。访问外部数据存储器的操作过程如下：1从第1次ALE有效到第2次ALE开始有效期间,P0口送出外部ROM单元的低8位地址,P2口送出外部ROM单元的高8位地址,并在有效期间,读入外部ROM单元中的指令代码。2在第2次ALE有效后,P0口送出外部RAM单元的低8位地址,P2口送出外部RAM单元高8位地址。3在第2个机器周期,第1次ALE信号不再出现,此时也失效,并在第2个机器周期的S1P1时,信号开始有效,从P0口读入选中RAM单元中的容。 对单片机还要进行系统扩展,诸如,地址锁存、存储器扩展、可编程外围并行接口的扩展等。这样才能完整实现单片机的功能。32 系统扩展、接口技术 系统扩展：单片机虽然各功能部件齐全,但容量较小,如：片ROM、RAM、I/O口,不够用时需要扩展,扩展三总线、ROM、RAM、I/O口。 系统接口 微机与外设连接因速度不匹配、信号类型不同脉冲、模拟、传输方式不同串、并,接口是计算机与外设信息交换的桥梁。接口电路应具备如下功能：1输入有缓冲、输出有锁存；2有应答联络信号；3有片选、控制信号；4有编程选择工作方式功能。本系统8031单片机系统的扩展接口原理图如下：图2 8031单片机系统的扩展接口原理图33 三总线概述三总线为：地址、数据、控制总线。1总线：我们知道,一个电路总是由元器件通过电线连接而成的,在模拟电路中 ,连线并不成为一个问题,因为各器件间一般是串行关系,各器件之间的连线并不很多,但计算机电路却不一样,它是以微处理器为核心,各器件都要与微处理器相连,各器件之间的工作必须相互协调。所以就需要的连线就很多了,如果仍如同模拟电路一样 ,在各微处理器和各器件间单独连线线,则线的数量将多得惊人,所以在微处理机中引 入了总线的概念,各个器件共同享用连线,所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上,即相当于各个器件并联起来,但仅这样还不行,如果有两个器件同时送出数据,一个为0,一个为1,那么,接收方接收到的究竟是什么呢？这种情况是是不允许的。所以,要通过控制线进行控制,使器件分时工作,任何时候只能有一个器件发送数据可以有多个器件同时接收。器件的数据线也就被称为数据总线,器件所有的控制线被称：控制总线。 在单片机部或者外部存储器及其它器件中有存储单元,这些存储单元要被分配地址,才能 用,分配地址也是以电信号的形式给出的,由于存储单元比较多,所以 ,用于地址分的线也较多,这些线被称为地址总线。2地址总线：由P2口提供高8位地址线A8A15,此口具有输出锁存的功能,能保留地址信息。由P0口提供低8位地址线。由于P0口是地址、数据分时使用的通道口,所以为保存地址信息,需外加地址锁存器锁存低8位的地址信息。一般都用ALE正脉冲信号的下降沿控制锁存时刻3数据总线：由P0口提供。此口是双向、输入三态控制的通道口。4控制总线：扩展系统时常用的控制信号为地址锁存信号ALE,片外程序存储器取指信号以及数据存储器RAM和外设接口共用的读写控制信号等。单片机与数据存储器的连接方法和程序存储器连接方法大致相同,简述如下：A.地址线的连接,与程序存储器连法相同。B.数据线的连接,与程序存储器连法相同。C.控制线的连接,主要有下列控制信号：存储器输出信号和单片机读信号相连即和P3.7相连。存储器写信号和单片机写信号相连即和P3.6相连。ALE：其连接方法与程序存储器相同。使用时应注意,访问部或外部数据存储器时,应分别使用MOV及MOVX指令。三总线的扩展：如下图所示：图3 8031扩展的三总线34 中断技术引发中断请求的源头称为中断源,中断源的多少反映计算机处理中断的能力,终端系统必须具备正确判断中断源的功能,一般有两种识别方式：查询终端和向量中断。 查询中断的方式是通过软件逐个查询各中断源的中断请求标志,其查询顺序反映出中断源的优先顺序。先查询的优先级高,后查询的优先级低,顺序排队。其缺点是软件查询循环占用一定的时间,每次必须经过从优先级最高的中断源查询开始,逐级向低优先级查询,影响主机响应中断的效率。外部中断源：外部中断0请求输入端口P3.2,低电平或负跳变激活中断请求IE0位,当中断请求有效,采用中断技术一般具有以下优点：可使多种功能或设备同时工作,只有需占用主机时才等待主机安排处理,因此大大提高了计算机系统的速度和主机的效率。有利于实时处理,有利于随机故障处理。在实际应用中注意：由于中断的发生随机,因而使得由中断驱动的中断服务程序难以把握、检测和调试,这就要求在设计中断中力求谨慎。 在输入/输出的数据处理频度很高或实时处理要求很高时,不宜采用中断方式。MCS-51系列单片机提供的56个中断源中,两个中断请求信号由外部产生并输入请求信号,称之为外部中断源。本设计外部传感器产生的脉冲信号输入就如此,其余的中断请求信号均由部产生并激活中断请求信号,故称为部中断源。各中断请求信号分别由中断控制寄存器TCON进行控制。 中断均可通过软件对其中断请求标志位进行置位/复位,这与部硬件自动置位/复位的效果一样,亦即可通过软件产生中断请求或将挂起的中断请求撤销,此即所谓的软件中断。在禁止中断情况下,可采用软件查询方式进行处理。 MSC-51系列单片机的中断是可编程的,即通过软件可实现对中断系统功能的设置与控制。,其中断响应为两级控制,EA为总的中断响应控制位,各中断源还有相应得中断响应控制位。外部中断电平触发方式：对于电平触发方式的外部中断,其中断请求信号应持续保持请求有效低电平直至主机响应该中断请求为止,这是因为中断系统对中断请求不做记忆。而且还必须在该中断服务程序返回前撤销中断请求变为高电平,以免再次进入中断而出错。为保证能被正确采样,端口中断请求有效信号低电平应至少保持两个机器周期。中断响应一般分为如下几个步骤：1保护断点,即保存下一将要执行的指令的地址,就是把这个地址送入堆栈。2寻找中断入口,根据5个不同的中断源所产生的中断,查找5个不同的入口地址。以上工作是由计算机自动完成的,与编程者无关。在这5个入口地址处存放有中断处理程序这是程序编写时放在那儿的,如果没把中断程序放在那儿,就错了,中断程序就不能被执行到。3执行中断处理程序。4中断返回：执行完中断指令后,就从中断处返回到主程序,继续执行。4 软件设计4.1 测频法与测周法在软件上为了在测量精度和相应速度两方面都取得较好的效果,本设计采取测频法和测周法相结合的技术。1测频法：在非智能数字式仪器中经常采用的方法。它是固定采样闸门时间t,计算脉冲个数N,通过设定小数点位置,取得正确的显示结果。测频法时充分利用8031单片机的的两个定时/计数器,一个作为定时器,给出闸门信号,另一个作为计数器,对外界脉冲信号进行计数。测频法由于闸门信号的启闭与信号脉冲不同步,存在计数误差。如图4所示：闸门信号被测信号图4 测频法波形示意图最大相对计数误差为：由此可以看出,当信号频率较高时,误差较小,但当信号频率变低时,误差就增大。同时可以看出,若增大闸门时间t,便可以减小误差,这样就不能准确地测出瞬时风速。这就形成一对矛盾：提高精度和瞬时值的取得。尤其是对于10Hz以下的信号,很难提高测量精度。因此测频法适用于高频信号的测量,对于低频信号,精度低,采样时间也显得过长。在智能化仪器中,往往采用测周法提高对低频信号测量精度。2测周法：是以被测信号单个或N个周期作为闸门信号,在闸门时间对时标脉冲计数,从而得到被测信号周期T,再求出f=1/T如下图所示：图5 测周法的波形示意图时标信号作为时间基准,一般由高精度的高频晶振产生。8031单片机定时器的时标信号就是机器周期,由系统晶振12分频得到,显然测周法的误差是对时标的计数误差,最大的相对计数误差为：式中,f为被测信号的频率,为时标信号的频率。若采用多周期平均,相对误差更小表示为：上两式可以看出,时标信号频率越高误差越小,对于8031单片机,如果采用12MHz晶振则=12MHz。另外被测信号频率越低误差越小,被测信号频率高时测量误差较大。3测频法和测周法的比较：测频法适用于高频,测周法适用于低频,测周法微机运算所花费的时间较之测频法要多得多,所以如果对高频信号采用测周法,会影响系统对被测信号的响应速度。 4测频法测量：将8031单片机的两个定时/计数器分别定义：T0为定时器,T1为计数器,均为16位,即采用方式1,其方式控制字为51H。如果单片机晶振采用12MHz,其机器周期为1,最大定时时间65.536ms可通过对定时器赋初值改变定时时间下文介绍。当T0开始定时计数同时,打开计数器t1,对外部脉冲技术,当T0达到定时值时,响应中断,关计数器T1。5测周法测量：适用于较低频率的信号。采用单片机的一个定时/计数器,以单片机标准机器周期作为标准时间信号,被测量信号的周期作为闸门,由程序控制开关对标准时间信号进行计数。将单片机定时/计数器T0定位16位定时器,对部机器周期计数,即方式控制字为01H。定时器的开关由程序根据P5.2口上的状态进行控制,检测到下降沿时开定时/计数器T0,当紧接着的另一个下降沿被检测到时关T0计数。 综上所述,本设计测频法与测周法相结合的方案。在被测信号频率较高时,采用测频法,闸门时间t可以选择为2的整数次幂数,以简化二进制除法的运算,提高系统得响应速度,为了保证测频法的测量精度,程序中设计了一个计数门槛值,当闸门时间到时,若对信号脉冲计数值N,则进行测频法计算；否则转入测周法。这样就保证了相对计数误差小于,而且同时实现了由测频法向测周法的自动转换,这是本仪器软件设计的关键之一。程序流程图如下图所示：中断入口到达设定时间N保护N赋初值关定时器检测到下降沿开计数器下一个下降沿到,关计数器保护TE TH TL值置测频计算标志置测周计算标志中断返回NNYY图6 定时/计数器中断程序流程图42 程序结构由于双路信号的测量完全独立,所以下面以单路测量为例说明程序结构,该程序包含三大任务模块：闸门时间控制模块,信号脉冲计数模块,计算显示模块。各任务模块之间相互独立,同时或交叉的执行各自任务,三者之间的相互联系由三个标志位完成,十分有效的利用了CPU的时间,这是软件设计的又一关键之处。闸门时间控制是由定时/计数器配合软件实现的,8031单片机在12MHz晶振时最大定时时间为=65.536ms,为了获得更长的闸门时间,扩展一个软件定时/计数器TE,当硬件定时/计数器溢出中断时,在中断服务程序中加1,然后进行改任务模块闸门控制模块的其他各项处理。程序流程如图5。这里需要着重说明一点,TE、TH、TL三个单元容的含义在测频法和测周法中是不同的,在测频法时。定时/计数器用于定时,计算时并不直接运用TE、TH、TL的容。而在测周法时定时/计数器用于计数TE、TH、TL三单元容将用于计算闸门时间t=TE TH TL/。因此在程序中有测频法向测 周法大胆地转换时,需对TE、TH、TL三个单元容作一次变动。 信号脉冲计数是由外部中断配合软件计数器完成的,在8031部RAM中开辟两个字节作为信号脉冲软 件计数单元。最多计数65536个脉冲信号,当传感器信号脉冲的下降沿引起外部中断时若处于测频法测量,在外部中断服务程序中对软件计数单元加1然后返回中断。若处在测周法测量,需要立即停止定时/计数运行,用以得到整周期的运行时间,并将定时/计数器的计算值以及信号脉冲的计数值保存起来,供测周法计算使用。程序流程如下图所示：N入 口N+1 N测周标志=1？停定时/计时器保护N保护TE TH TL置测周计算标志重赋初值启动定时/计数器中断返回Y图7 外部中断服务程序流程图计算显示模块与上两个不同,它不是在中断服务程序中完成的,它是通过不断的查询两个计算标志来决定进行测频计算还是测周计算。程序流程如图8,测频法计算相对简单,若闸门时间t=2m秒,只须将计数值N右移或左移m位,再乘以系数求线速度时为初 始 化测频计算标志=1？测周计算标志=1？清0测频计算标志调用测频计算子程序调用显示子程序开 始清0测周计算标志调用测周计算子程序NNYY图8 计算显示模块流程图就可以了。而在测周法计算时,首先要测出闸门时间t,然后被N除,再乘以系数,为保证计算精度,程序采用浮点运算。纵观上述三个模块,测频法计算标志建立了闸门时间控制模块与计算显示之间的联系,测周法计算标志则建立了闸门时间可能改制模块与信号脉冲计数模块之间的联系,各任务模块之间既独立又联系,硬件与软件相配合,中断与查询相配合,有效利用CPU时间,有利于提高系统得响应速度。另外,系统显示部分操作比较简单,在此,只对显示流程图作说明, LED采用软件译码器动态扫描显示方式。流程图如下：开始置段、位选码初值8155初始化位选码 PA口查段选码表段选码 PB口延时1ms指向下一个单元显示完成返回Y选择下一位N图9 显示程序流程图5 硬件设计5.1 硬件结构图系统硬件结构图如下图所示：图10 单片机测量处理硬件原理框图另外,如果要使测量精度更高,可以使用两路信号同时测量,最后取平均值得方法。由于两路闸门时间信号是分别产生的,因此两路速度信号的测量是完全独立且方法相同,文中不再用篇幅介绍都是以测周法和测频法作为基础。5.2 地址所存器扩展电路用74LS373作为地址锁存器,使数据和地址信号分开。74LS373是三态8D触发器。锁存端LE 由高变低时,输出端8 位信息被锁存,直到LE 端再次有效。74LS273 是8D 触发器,当CLK 端上升沿到来时,将D 端的数据锁存。CLR为低电平时被清0。作为地址锁存器使用,可将ALE 反相接CLK 端,CLR接+5V。其扩展电路图如下： 图11 8031地址总线扩展电路图5.3 扩展程序存储器电路8031片不带程序存储器ROM,使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373,外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。2764的引线：2764是一块8K8bit的EPROM芯片A12A013位地址信号输入线,说明芯片的容量为8K213个单元。D7D0 8位数据,表明芯片的每个存贮单元存放一个字节8位二进制数。为输入信号。当它有效低电平时,能选中该芯片,故又称为选片信号。为输出允许信号。当为低电平时,芯片中的数据可由D7D0输出。为编程脉冲输入端。当对EPROM编程时,由此加入编程脉冲。读时为高电平。8031需要扩展ROM；8051/8751片有4kBROM,不够用时也需要扩展。外部数据存储器又称为外部数据RAM,当803l片128个字节的数据RAM不能满足数量上的要求时,可通过总线端口和其它IO端口扩展外部数据RAM,其最大容量可达64K字节。外部数据RAM与部数据RAM的功用基本相同,但前者不能进行堆栈操作。在本设计中其外部扩展电路如下图所示图12 8031的外部扩展电路图当803l单片机同时外接有程序存储器和数据存储器时,两者的区别在于：程序存储器只有读操作而无写操作,且读操作信号由引脚PSEN直接提供；数据存储器则有读写操作,且由引脚信号RD和WR选通读写操作。对片RAM和片外RAM操作的区别在于：片RAM操作时无读写信号产生,片外RAM操作时则有读写信号RD,WR产生。上面是不同的存储器操作在硬件信号方面的区别,这些反映在符号指令上则是有着完全不同的符号形式和寻址方式.部数据RAM的数据操作：可进行读写操作。按直接字节地址作直接寻址或用工作寄存器组中的R0或R1作寄存器间接寻址访问片外程序存储器的操作时序：访问程序存储器的控制信号 ALE-地址锁存信号 PSEN-片外程序存储器读信号 EA-片、外程序存储器访问选择信号。EA=0：访问片外；EA=1：访问片。扩展8KB/16KB EPROM：1常用的程序存储器芯片 EPROM-紫外线擦除的可编程只读存储器常用的芯片有：27648KB,13位地址线、2712816KB,14位地址、2725632KB、2751264KB 2扩展8KB/16KB EPROM注意：控制信号：LAE、PSEN片选信号：CE地址信号：A0A12、A13数据信号：O0O7对于扩展的8KB的2764的地址围为13位地址线如下表：表2 2764的地址围表P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.000/10/10/10/10/10/10/10/10/10/10/10/10/1地址围为：00001FFFH。P2.6接片选信号CE,为0有效。 P2.7、P2.5取0。对于扩展的8KB的27128的地址围为14位地址线如下表：表3 27128的地址围表P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.000/10/10/10/10/10/10/10/10/10/10/10/10/10/1地址围为：00003FFFH。P2.6接片选信号CE,为0时有效。 P2.7取0。803l单片机4种存储空间的主要特点及数据操作方式可归纳如下表所示。表4 8031外部存储器特点表8031的存储器特点及数据操作容量 地 址寻址方式 操作例子 字节地址 位地址 外部程序存储器最大64KB0000HFFFFH无PC间址,DPTR问址MOVC A,A+DPTR外部数据存储器最小64KB0000HFFFFH无P2Ri间址,DPTR间址MOVX A,R0;MOVX DPTR,A部数据存储器128字节00H7FH00H7FH直接寻址,Ri间址,位寻址MOV 50H,#32H,MOV R1,ASETB 44H特殊功能寄存器21字节80HFFH80HFFH直接寻址,位寻址MOV A,90HCLR B0H5.4扩展8155可编程外围并行接口芯片关于Intel的8155/8156：是一多功能的可编程外围接口芯片,8155 可编程并行 I/O 口芯片含 256B 静态 RAM 、两个8位I/O口 PA 、 PB 口、一个 16位I/O口 PC 口和一个14位的定时/计数器,能方便地进行I/O扩展和RAM 扩展,是单片机应用系统中广泛使用芯片。8051与8155接口时,其地址、数据、命令状态信息都通过AD0AD7地址、数据总线进行传送,CE 为片选信号,低电平有效。IO/M为RAM和I/O选择信号：当 IO/M=1,CE=0时,CPU选择8155的I/O口读写,当IO/M=0,CE=0时 ,CPU选择8155的RAM读写。2个8位、1个6位的I/O口和1个14位的减1计数器。40脚双列直插封装。5.4.1 8155的结构与引脚 结构图如下所示：图13 8155结构与引脚图5.4.2 8155的RAM和I/O口地址其地址按片外RAM统一编址16位。CE、IO/M接单片机的高8位地址。I/O口即片寄存器地址 CE=0、IO/M=1,低3位选择寄存器I/O部分寄存器地址及功能表如下所示：表5 I/O部分寄存器地址及功能表地址引出脚 功能000 部 指令寄存器仅写 000 部 状态寄存器仅读续表5001 PA0PA7 通用I/O接口010 PB0PB7 通用I/O接口011 PC0PC5 通用I/O接口或控制联络线100 部 定时/计数器低8位寄存器101 部 定时/计数器高6位寄存器 以及定时/计数器输出波形工作方式字256B RAM的地址CE=0、IO/M=0由高8位地址控制；低8位地址选择RAM的256个存储单元5.4.3 8155的寄存器8155的寄存器有6个,分别是：1、命令寄存器：地址：*000B2、状态寄存器：地址：*000B3、PA寄存器：是PA口引脚PA0PA7的映射地址：*001B4、PB寄存器：是PB口引脚PB0PB7的映射地址：*010B5、PC寄存器：是PC口引脚PC0PC7的映射 地址：*011B6、定时器/计数器寄存器：是一14位计数器,对应有两个寄存器,最高两位设定输出波形。地址：两个寄存器的地址分别为：*100B和*101B。寄存器部结构如下图所示：图14 8155部寄存器结构图命令寄存器控制字如下表所示： 表6 命令寄存器控制字表 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TM2 TM1 IEB IEA PC2 PC1 PB PAD0/D1：确定PA、PB工作方式,0输入方式、1输出方式D3 D2：确定PC口工作方式：00ALT1C口输入,A、B口均一般输入/输出 11ALT2 01ALT3 PC3PC5出,A口选通输入/输出 10ALT4 A、B口均选通输入/输出D4：确定PA口中断状态0禁止该口中断,1允许该口中断D5：确定PB口中断状态0禁止该口中断,1允许该口中断D7 D6：定时/计数器命令工作控制：00不影响定时计数器工作01如果定时/计数器已工作,则停止它的工作 如果定时/计数器未工作,则不影响它10在定时/计数器溢出TC时,则停止它的工作11连续方式：当计数器被赋予初值后,立即启动定时/计数器 当它正在工作时,则在TC后立即启动,并按新的方式和新的时间常数工作5.4.4 8155芯片的使用 作片外256B RAM用低8位地址围为：00HFFH 作扩展I/O口用： PA口、PB 口、PC 口,注意：工作方式、地址 作定时器扩展用：一般先写计数常数,再写命令字。5.4.5 8031与8155的连接 8031与8155的连接方法8031与8155的连接方法如下所示：图15 8031与8155的连接图 8155提供的RAM和I/O端口地址8155提供的RAM和I/O端口地址如下表所示：表7 8155端口地址RAM字节地址 P2.7=0P2.0=07E00H7EFFH命令/状态口7F00HPA口7F01HPB口7F02HPC口7F03H定时器低8位7F04H定时期高8位7F05H 8155的基本操作程序段对8155中的RAM进行操作,程序段如下：a 写数据： MOV DPTR,#7E5FH MOV A,#32H MOVX DPTR,Ab读数据： MOV DPTR,#7E98H MOVX A ,DPTR5.5 显示电路在单片机系统中,通常用LED 数码显示器来显示各种数字或符号,由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点,因此使用非常广泛。本设计采用LED八段数码管作为显示器。八段LED 显示器由8个发光二极管组成。其中7个长条形的发光管排列成一个8字形,另一个圆点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用,它能显示各种数字及部份英文字母。在单片机的应用系统中,数码管显示器的显示常采用两种方法：静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示,就是把多个LED 显示器的每一段与一个独立的并行口连接起来,而公共端则根据数码管的种类连接到VCC 或GND 端,这种连接方式的每一个显示器都要占用一个单独的具有锁存功能的I/O 端口,用于笔划段字形代码,单片机只需把要显示的字形代码发送到接口电路,就不用再管它了,直到要显示新的数据时,再发送新的字形码。因此,使用这种方法当显示位数较多时单片机中I/O 口的开销很大,需要提供的I/O 接口电路也较复杂,但它具有编程简单,显示稳定,CPU 的效率较高的优点。 本系统,8155外接LED显示器,经驱动后直接显示结果。8155并行扩展口可构成键盘显示器接口电路,本系统中可不用键盘。LED为八位八段显示器共阴极,8155PB口提供段选码,PA口提供位选码,键盘可用4*8矩阵键盘其列输出由PA口提供,行输入由PC0PC3提供。LED的段、位信号均由8位集成电极开路输出的8718驱动器输出。6 结论本设计以8031单片机为核心,采用双重测速计算标准,具有以下几点优点：测量精度高,并可由软件控制；硬件结构简单,成本低； 软件结构合理,系统响应速度较快；功能强,可扩充性好。由于本设计只使用了一个外部中断信号,还有一个中断引脚可以使用,所以可以同时测量两路信号,这样使整个系统的性能和运用围有了大幅度提高。经过改进后的本设计可以广泛应用于各种速度的测量,包括测量汽车行驶速度和加速度；动态计算速度,加速度的均值,方差；量程大,精确度高,分辨率高；可扩展为测量多路信号同时测量。并可同时显示。对于不是用上述原理进行传感计算的测速系统,只要被测量以脉冲形式给出只需要改变计算公式本文所述的单片机测量方案同样适用。可见,本设计运用将相当广泛。同时,本设计仍然存在需改进之处,传动装置思想老套,精度比较低,数据没有自动记录功能等参考文献1育才.单片微型计算机及其应用.东南大学.2澜,万军红 .电机学院学报.第八卷第三期.20XX6月.3窦振中.单片机原理和程序设计.航空航天大学.2001.4田景文.用单片机测量脉冲周期和频率的方法.仪表技术1999年第5期.5万光毅,严义.单片机实验与实践教程.航空航天大学.6晓荣,蔡萍,周红全.工业仪表与自动化装置.2003 年第1期.7徐雁.MCS-51单片机测量频率的两种实用方法.电测与仪表1999.5.8王淑青,吴作健.基于单片机高精度测频方法的研究.工业大学学报20XX08月.9百度知道 zhidao.baidu./ 10新浪爱问 iask.sina./致本文是在周杰老师的精心指导下完成的。从论文的选题、文章结构的构筑到最后的定稿,都得到了导师的细心指点和提携。导师的严谨治学的作风也让我记忆颇深,在此仅向导师致以最诚挚的意。同时也向关心支持我的家人、同学和朋友致以最衷心的感。High Accuracy Wind-Speed InstrumentJiang naitiDepartment of computer science and technology, NUIST, nanjing210044ABSTRACTThis article introduced one kind based on the Inter 8,031 monolithicintegrated circuits course-and-speed computers design, It usesmeasured the rotational speed obtains the wind speed. Inthis design uses 8,031 monolithic integrated circuits mainly becauseits internal resources richer, the processing speed is quicker, thusmay in does not expand the counter in the situation the real-timesurvey pulse signal and transforms as the rotational speed data, thenmay transform the line speed output. In addition, this design maingoal although demonstrated for the wind speed, but when will make these impel revision to exterior transmission part later not only to be allowed to apply middle the wind speed survey, also might in the tachometric survey control, aspect and so on vehicles moving velocity determination speed of flow measurement play the role.Key words: 8031 monolithic integrated circuits;Instrument of wind speed;The method of survey cycle and survey frequency.附录：中断程序子程序：用计数器0对单片机的机器周期进行计数/计数器0初始化程序mov TMOD,#09hmov TL0 #00hmov TH0 #00hclr EX0/统计外接脉冲上升沿至下降沿这段时间经历过多少机器周期loop1: p3.2,loop1lopp2: jnb p3.2,loop2 setb tr0 /启动计数器0计数loop3: p3.2 loop3 clr tr0 /关计数器0计数 /将计数值保留在寄存器中 mov A, TL0 mov B,TH0 知道了机器周期Tp,与寄存器中保留的计数值相乘,即可得到外接脉冲信号的周期./使用T1对外部脉冲计数,外部脉冲送如单片机的T1口/计数器0,1初始化程序MOV TMOD #51HMOV TL0 #0AFHMOV TH0 #3CHMOV TL1 #00HMOV TH1 #00HMOV IE #82H/计数器1定时,计数器0开始计数SETB TROSETB TR1s: SJMP SIT0: CLR TR1 CLR TR0/将计数值保留在寄存器中MOV A,TL0 MOV B,TH0 知道寄存器中保留的计数值和定时器所定的时间,通过相除就可以得出外接信号周期。25 / 25