單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表設(shè)計(jì)課題：基于89C51的電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)設(shè)計(jì)學(xué)院名稱：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)地點(diǎn)：設(shè)計(jì)時(shí)間：2013-12-16～指導(dǎo)教師意見(jiàn)：成績(jī):簽名：年月日 單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱：基于89C51的電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：課程設(shè)計(jì)時(shí)間：2013-12-16單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)題目基于89C51的電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)設(shè)計(jì)課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題來(lái)源自擬指導(dǎo)教師主要內(nèi)容（參數(shù)）利用89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)如下功能：1．能夠在LED顯示器上顯示轉(zhuǎn)速；2．能夠在較短時(shí)間內(nèi)更新顯示的轉(zhuǎn)速；3．能夠在轉(zhuǎn)速較小時(shí)延時(shí)測(cè)量時(shí)間以保持測(cè)量精度；4．利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器的功能能夠分別得到轉(zhuǎn)數(shù)和時(shí)間，計(jì)算得到轉(zhuǎn)速。任務(wù)要求（進(jìn)度）第1-2天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計(jì)方案。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫(huà)出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。第5-6天：軟件設(shè)計(jì)，編寫(xiě)程序。第7-8天：實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。第9-10天：撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計(jì)正確，篇幅合理。主要參考資料[1]張迎新．單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)（第2版）[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004[2]偉福LAB6000系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用說(shuō)明書(shū)[3]閻石．?dāng)?shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）．北京：高等教育出版社，2006審查意見(jiàn)系（教研室）主任簽字：年月日目錄1概述 41.1研究背景 41.2設(shè)計(jì)思想及基本功能 52總體方案設(shè)計(jì) 52.1方案選取 52.2系統(tǒng)框圖 82.3總體方案設(shè)計(jì) 93硬件電路設(shè)計(jì) 93.1硬件電路設(shè)計(jì)概述 93.2電源電路 103.3晶振電路 103.4復(fù)位電路 113.5光電編碼器電路 123.6脈沖整形電路 133.6顯示電路 144系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 154.1主程序設(shè)計(jì) 154.2定時(shí)程序設(shè)計(jì) 174.3數(shù)值轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì) 184.4顯示程序設(shè)計(jì) 195總結(jié) 19參考文獻(xiàn) 21附錄1系統(tǒng)原理圖 22附錄2源程序 23附錄3機(jī)器碼 251概述1.1研究背景轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)參數(shù)。在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中，常需要測(cè)量和顯示其轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速是判斷電機(jī)運(yùn)行狀況的重要標(biāo)志之一，其測(cè)量方法較多，而模擬量的采集和模擬處理一直是轉(zhuǎn)速測(cè)量的主要方法，但是這種測(cè)量方法已不能適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的要求。目前國(guó)內(nèi)外常用的測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法有離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)速法、微電機(jī)測(cè)速法、光電碼盤(pán)測(cè)速法以及霍爾元件測(cè)速法。離心式轉(zhuǎn)速表和微電機(jī)測(cè)速都有現(xiàn)成的測(cè)速儀表，容易得到。但轉(zhuǎn)速表或測(cè)速機(jī)都要與電機(jī)同軸連接，增加了電機(jī)機(jī)組安裝難度，另一方面有些電機(jī)功率很小，轉(zhuǎn)速表或測(cè)速機(jī)消耗的功率占了電機(jī)大部分，這些方法都對(duì)有些電機(jī)的正常運(yùn)行產(chǎn)生了不小的影響，所以對(duì)有些電機(jī)的測(cè)速，這二種方法并不適用。然而隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)測(cè)量得到普遍應(yīng)用，特別是高性能價(jià)格比的單片機(jī)的出現(xiàn)，還有單片機(jī)對(duì)脈沖數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)大處理能力，使得全數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)越來(lái)越普及，其轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)也可以用全數(shù)字化處理。在測(cè)量范圍和測(cè)量精度方面都有極大的提高。霍爾元件和光電碼盤(pán)的測(cè)速方法基本類似，都是在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)很輕巧的傳感器，將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)通過(guò)霍爾元件或光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，從而通過(guò)計(jì)算電脈沖的個(gè)數(shù)與時(shí)間的的比值來(lái)測(cè)速。現(xiàn)在的轉(zhuǎn)速測(cè)量普遍采用以單片機(jī)為核心的數(shù)字式測(cè)量方法。1.2設(shè)計(jì)思想及基本功能本次課程設(shè)計(jì)采用89C51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一種數(shù)字化測(cè)速系統(tǒng)，在選取設(shè)計(jì)方案和采用元器件方面，本著簡(jiǎn)單實(shí)用經(jīng)濟(jì)的思想，盡量簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，采用元器件使用較少的方案并選用最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的元器件來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。單片機(jī)通過(guò)在一定時(shí)間內(nèi)得到的傳感器發(fā)出的電脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)來(lái)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。功能上應(yīng)具在盡量不影響電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行的情況下測(cè)得電機(jī)轉(zhuǎn)速并及時(shí)送到顯示器進(jìn)行顯示，還要能及時(shí)更新測(cè)得的新轉(zhuǎn)速。測(cè)得的電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)有足夠大的測(cè)量范圍及在測(cè)量精度也應(yīng)滿足實(shí)際應(yīng)用中的需要。2總體方案設(shè)計(jì)2.1方案選取轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法有很多，根據(jù)工作原理可分為計(jì)數(shù)式、模擬式、同步式。計(jì)數(shù)式方法是用某種方式讀出一定時(shí)間內(nèi)的總轉(zhuǎn)數(shù)；模擬式方法是測(cè)出由瞬時(shí)轉(zhuǎn)速引起的某種物理量的變化；同步式是用利用已知的頻率與旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)同步來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)換方式，測(cè)試方法參看表1-1所示。一般的轉(zhuǎn)速測(cè)試可用機(jī)械式轉(zhuǎn)速表、發(fā)電機(jī)式轉(zhuǎn)速表以及頻閃式測(cè)速表，但在有些情況下，其測(cè)量精度，瞬時(shí)穩(wěn)定度不能滿足更高的要求，因此，在測(cè)量方法和傳感器的選擇上顯得尤為重要。常用的傳感器種類有光電傳感器、電磁式傳感器、電容式傳感器等，而測(cè)量方法上有測(cè)量轉(zhuǎn)速周期、轉(zhuǎn)速頻率等。表1-1各種測(cè)速方法比較型式測(cè)量方法適用范圍特點(diǎn)備注計(jì)數(shù)式機(jī)械式通過(guò)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)字輪中、低速簡(jiǎn)單、價(jià)廉光電式來(lái)自被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上的光線使光電管產(chǎn)生電脈沖中、高速數(shù)字式電磁式利用磁電轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)速變換成電脈沖中、高速數(shù)字式模擬式機(jī)械式利用離心力與轉(zhuǎn)速成平方成正比的關(guān)系中、低速簡(jiǎn)單發(fā)電機(jī)式利用電機(jī)電流或交流電壓與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系高速可遠(yuǎn)距指示測(cè)速發(fā)電機(jī)電容式利用電容充、放電與轉(zhuǎn)速成正比的關(guān)系中、高速同步式機(jī)械式轉(zhuǎn)動(dòng)帶槽的圓盤(pán)，觀察旋轉(zhuǎn)體的同步關(guān)系中速閃光式用已知頻率閃光測(cè)出旋轉(zhuǎn)體同步的頻率中、高速傳統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法是采用直流測(cè)速機(jī)，其原理是由被測(cè)電機(jī)拖動(dòng)測(cè)速發(fā)電機(jī),再對(duì)測(cè)速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓進(jìn)行測(cè)量,在將電壓換算成轉(zhuǎn)速。輸出電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成比例的微特電機(jī)。測(cè)速發(fā)電機(jī)的繞組和磁路經(jīng)精確設(shè)計(jì)，其輸出電動(dòng)勢(shì)E和轉(zhuǎn)速n成線性關(guān)系，即E=Kn,K是常數(shù)。改變旋轉(zhuǎn)方向時(shí)輸出電動(dòng)勢(shì)的極性即相應(yīng)改變。在被測(cè)機(jī)構(gòu)與測(cè)速發(fā)電機(jī)同軸聯(lián)接時(shí)，只要檢測(cè)出輸出電動(dòng)勢(shì)，就能獲得被測(cè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速。采用測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速主要缺點(diǎn)如下：首先，測(cè)速發(fā)電機(jī)作為被測(cè)電機(jī)的負(fù)載,必然對(duì)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生影響,在一定情況下影響測(cè)量精度；其次，測(cè)速發(fā)電機(jī)電壓作為模擬量,無(wú)法直接與數(shù)字控制系統(tǒng)連接,必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換,增加系統(tǒng)控制的復(fù)雜程度；最后，由于制造工藝的限制，測(cè)速發(fā)電機(jī)的性能很難有大的提高,在某些場(chǎng)合測(cè)速發(fā)電機(jī)甚至影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。數(shù)字測(cè)速法按照脈沖信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的相互關(guān)系，分別是測(cè)頻法(M法)測(cè)周期法(T法)和M/T法(測(cè)頻率周期法):(1)在一定的時(shí)間Tc內(nèi)測(cè)取編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)M1，用以計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速，稱作M法測(cè)速。在測(cè)量上有±1脈沖的誤差，低速時(shí)誤差較大，適用于測(cè)量高的轉(zhuǎn)速。(2)在編碼器兩個(gè)相鄰輸出脈沖的間隔時(shí)間內(nèi)，用一個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)已知頻率為f0的高頻時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并由此來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速，稱作周期法測(cè)速。有±1個(gè)時(shí)間單位的誤差，在高速時(shí)，誤差也很大，適用于測(cè)量低的轉(zhuǎn)速。(3)把M法和T法結(jié)合起來(lái)，既檢測(cè)Tc時(shí)間內(nèi)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)M1，又檢測(cè)同一時(shí)間間隔的高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)M2，用來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速，稱作M/T法測(cè)速。在實(shí)際測(cè)量中，還須設(shè)定定時(shí)時(shí)間，兼顧高、低轉(zhuǎn)速時(shí)的精度影響，適時(shí)調(diào)節(jié)采樣時(shí)間。由于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速大小影響測(cè)得電機(jī)轉(zhuǎn)速的精度，電機(jī)轉(zhuǎn)速影響測(cè)取方法的選擇。表格1-2羅列了常用的工業(yè)機(jī)械的轉(zhuǎn)速范圍：表1-2常用工業(yè)機(jī)械的轉(zhuǎn)速范圍設(shè)備名稱速度范圍（r/min）設(shè)備名稱速度范圍（r/min）減速機(jī)0~500直流電機(jī)0~20000氣動(dòng)馬達(dá)0~150000發(fā)動(dòng)機(jī)0~10000渦輪增壓器0~100000交流電機(jī)15000~3000綜合考慮上面三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及測(cè)量要求并結(jié)合電機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，本次課程設(shè)計(jì)采用M法，即一定采樣時(shí)間內(nèi)測(cè)出傳感器發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)，計(jì)算得到電機(jī)轉(zhuǎn)速。數(shù)字式通常采用光電編碼器、圓光柵、霍爾元件等為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是脈沖信號(hào)。霍爾元件和光電碼盤(pán)的測(cè)速方法基本類似，都是在轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)很輕巧的傳感器,將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)通過(guò)霍爾元件或光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)換為電脈沖,從而通過(guò)計(jì)算電脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)測(cè)速。其中光電元件的測(cè)量精度相對(duì)較高，本次課程設(shè)計(jì)利用光電編碼器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量并且采用的光柵盤(pán)為在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通30個(gè)長(zhǎng)方形孔的編碼盤(pán)。光電編碼器的檢測(cè)原理如圖2-1。圖2-1光電編碼器原理在轉(zhuǎn)速顯示方面，由于LED數(shù)碼管具有亮度高、可靠性好等特點(diǎn)，工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中常用LED數(shù)碼管作為顯示輸出。本次設(shè)計(jì)采用數(shù)碼管作顯示。LED顯示器是用發(fā)光二極管顯示字段的，通常使用七段構(gòu)成“日”字型和一只發(fā)光二極管作為小數(shù)點(diǎn)，稱八段數(shù)碼顯示器。其有兩種驅(qū)動(dòng)方式，共陰驅(qū)動(dòng)和共陽(yáng)驅(qū)動(dòng)，共陰驅(qū)動(dòng)是各段發(fā)光二極管的陰極連在一起，并將公共端接地，在共陽(yáng)結(jié)構(gòu)中，將各段發(fā)光二極管陽(yáng)極連在一起，并將公共端接上+5V電源，顯示字符對(duì)應(yīng)字型代碼發(fā)光。2.2系統(tǒng)框圖采用測(cè)頻法及光電編碼器的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)框圖如2-2。圖2-2系統(tǒng)框圖2.3總體方案設(shè)計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)是基于滿足設(shè)計(jì)要求的前提并且根據(jù)理論上的可實(shí)現(xiàn)性和硬件上的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，而進(jìn)行設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。從設(shè)計(jì)要求已給的系統(tǒng)功能需求為根本點(diǎn)，在綜合考慮各種因素的情況下，設(shè)計(jì)出電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)系統(tǒng)的總體構(gòu)架，并且在滿足基本功能需求的基礎(chǔ)上盡可能考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。轉(zhuǎn)速測(cè)量電路有光電編碼器和脈沖整形電路組成。電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)系統(tǒng)的總體框圖如圖2-3所示。圖2-3電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)結(jié)構(gòu)框圖電機(jī)運(yùn)行時(shí)，加在轉(zhuǎn)軸上的傳感器的被感應(yīng)物件跟隨轉(zhuǎn)軸做同步轉(zhuǎn)動(dòng)。于此同時(shí)傳感器的敏感部件檢測(cè)到被檢測(cè)量變化時(shí)做出反應(yīng)，從輸出端發(fā)出周期而有一定規(guī)則電信號(hào)。電信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖整形，輸出相應(yīng)的脈沖信號(hào)。單片機(jī)從引腳取得脈沖信號(hào)并進(jìn)行計(jì)數(shù)，定時(shí)時(shí)間到時(shí)計(jì)算得到電機(jī)轉(zhuǎn)速。單片機(jī)將轉(zhuǎn)速的相應(yīng)段碼輸出給顯示電路并顯示。3硬件電路設(shè)計(jì)3.1硬件電路設(shè)計(jì)概述一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)應(yīng)包含有兩個(gè)部分內(nèi)容:第一是系統(tǒng)擴(kuò)展,即當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部的功能單元,如ROM、RAM、I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等容量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)要求時(shí),必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展,選擇適當(dāng)?shù)男酒?設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。第二是系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)、D/A、A/D轉(zhuǎn)換器等，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口電路。因此，系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置應(yīng)遵循下列原則：盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)的常規(guī)用法。系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備配置應(yīng)滿足系統(tǒng)功能的要求，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔恳员氵M(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)與應(yīng)用軟件方案統(tǒng)一考慮，軟件能實(shí)現(xiàn)的硬件功能盡可能用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，但需注意的是軟件實(shí)現(xiàn)占用CPU的時(shí)間，而且響應(yīng)時(shí)間比硬件長(zhǎng)。單片機(jī)外接電路較多時(shí)，應(yīng)考慮其驅(qū)動(dòng)能力，減少芯片功耗，降低總線負(fù)載。3.2電源電路單片機(jī)正常工作電壓為5V，因此設(shè)計(jì)的電源電路主要是提供單片機(jī)工作電壓。圖3-1是為單片機(jī)提供電壓的電源電路。在這個(gè)電路中采用了三端集成穩(wěn)壓器LM7805，可以輸出5V的直流電壓以供給單片機(jī)。圖3-1單片機(jī)電源電路圖3.3晶振電路電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器可以用來(lái)產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率。通過(guò)基準(zhǔn)頻率來(lái)控制電路中的頻率的準(zhǔn)確性。同時(shí)，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片機(jī)發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)。圖3-2是單片機(jī)的晶振電路。片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，CPU的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz～24MHz之間選取。C1、C2是反饋電容，其值在20pF～100pF之間選取，典型值為30pF。本電路選用的電容為30pF，晶振頻率為12MHz。XTAL1接外部晶體的一個(gè)引腳，XTAL2接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。在石英晶體的兩個(gè)管腳加交變電場(chǎng)時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一般情況下，無(wú)論是機(jī)械振動(dòng)的振幅，還是交變電場(chǎng)的振幅都非常小。但是，當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率為某一特定值時(shí)，振幅驟然增大，會(huì)產(chǎn)生共振，稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個(gè)3V左右的正弦波，以便片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。圖3-2單片機(jī)的晶振電路圖3.4復(fù)位電路復(fù)位電路的主要功能是使單片機(jī)進(jìn)行初始化，復(fù)位后的單片機(jī)地址初始化為0000H，然后繼續(xù)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。復(fù)位電路中提供復(fù)位信號(hào)后，等到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，再撤銷復(fù)位信號(hào)。但是為了在復(fù)位按鍵穩(wěn)定的前提下，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防在按鍵過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。89C51的RST端通過(guò)電阻和電容直接和電源端相連實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，理論上只要復(fù)位管腳出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平即可完成復(fù)位，阻容元件的時(shí)間常數(shù)可以很小，但考慮到開(kāi)機(jī)時(shí)，電源有個(gè)上升過(guò)程，以及振蕩電路尚未完全起振等因素，這里選用的電阻為lKΩ，電容為10uF。上電瞬間，RESET端的電位與VCC相同，隨著充電電流減小，RESET端的電位逐漸下降，按電路參數(shù)可選擇電阻為1kΩ，電容為10uF。則時(shí)間常數(shù)T=RC=10×10-6×l×103=10ms，這個(gè)時(shí)間常數(shù)，足以完成復(fù)位操作。圖3-3所示的RC復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能。圖3-3單片機(jī)復(fù)位電路圖3.5光電編碼器電路光電編碼器，是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤(pán)是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式、絕對(duì)式以及混合式三種。光電編碼器是利用光柵衍射原理實(shí)現(xiàn)位移-數(shù)字變換，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字量的傳感器。常見(jiàn)的光電編碼器由光柵盤(pán)，發(fā)光元件和光敏元件組成。光柵實(shí)際上是一個(gè)刻有規(guī)則透光和不透光線條的圓盤(pán)，光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化，光敏元件輸出波形經(jīng)整形后，變?yōu)槟M脈沖信號(hào)，每轉(zhuǎn)一圈，輸出一定個(gè)數(shù)的脈沖。根據(jù)脈沖的變化，可以精確測(cè)量和控制設(shè)備位移量。光電編碼傳感器電路如圖3-4。圖3-4光電編碼傳感器電路圖3.6脈沖整形電路從光電編碼器輸出的信號(hào)必須轉(zhuǎn)換成單片機(jī)輸入要求的信號(hào)，由于信號(hào)調(diào)節(jié)電路與傳感器的選擇，現(xiàn)場(chǎng)干擾程度等，都會(huì)影響信號(hào)的質(zhì)量。而脈沖信號(hào)的上升沿和下降沿對(duì)數(shù)字電路的觸發(fā)尤為重要，若要將轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)直接加到計(jì)數(shù)器或外部中斷的輸入端，并利用其下降沿來(lái)觸發(fā)進(jìn)行計(jì)數(shù)，則必須要求輸入的信號(hào)有陡峭的上升沿或下降沿。在光電編碼器的輸出信號(hào)處理中本次使用74HC164作為脈沖整形器。74HC14是一款高速CMOS器件，其引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC14遵循JEDEC標(biāo)準(zhǔn)no.7A。74HC14實(shí)現(xiàn)了6路施密特觸發(fā)反相器，可將緩慢變化的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成清晰、無(wú)抖動(dòng)的輸出信號(hào)。74HC14的引腳圖如圖3-5,共包含六路，本次只使用一路，與光電編碼器的連接見(jiàn)圖3-4。圖3-574HC14引腳圖3.6顯示電路顯示電路主要是用于顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。本次采用LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示因?yàn)長(zhǎng)ED數(shù)碼管具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與CMOS、TTL電路兼容。(2)發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短(<0.1μs)，高頻特性好，單色性好，亮度高。(3)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。

數(shù)碼管有共陰極和共陽(yáng)極兩種類型，其公共端主要進(jìn)行位控制，筆畫(huà)端則是進(jìn)行字符控制，數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方法，說(shuō)明如下：（1）靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：

靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二—十進(jìn)位器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O，故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。（2）動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，被選通的數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，不被選通的數(shù)碼管不顯示字形。通過(guò)分時(shí)輪流導(dǎo)通各個(gè)LED數(shù)碼管，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示。在輪流顯示過(guò)程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管各位數(shù)碼管沒(méi)有同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示效果是一樣的，這不僅能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。本次設(shè)計(jì)采用5位LED數(shù)碼管的靜態(tài)顯示電路來(lái)達(dá)到顯示的目的。由于數(shù)碼管的顯示需要驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器4511不僅能夠直接驅(qū)動(dòng)七段共陰極數(shù)碼管還具有BCD轉(zhuǎn)換功能。單片機(jī)AT89C51的P0、P1和P2口來(lái)控制LED數(shù)碼管的顯示。其中一位數(shù)碼管的顯示電路圖如3-6所示。圖3-6顯示電路電路圖在實(shí)際模擬調(diào)試過(guò)程中電脈沖信號(hào)的產(chǎn)生有脈沖發(fā)生器代替模擬，其可以方便的設(shè)定脈沖頻率，能夠滿足單片機(jī)對(duì)脈沖型號(hào)的要求。4系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要包括主程序、定時(shí)子程序、數(shù)值轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換子程序和顯示程序。本章系統(tǒng)地介紹了電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)的主程序和各主要功能子程序的設(shè)計(jì)流程，具體的源程序代碼及其機(jī)器碼見(jiàn)附錄2與附錄3。4.1主程序設(shè)計(jì)主程序主要用于完成單片機(jī)的初始化工作，在本次設(shè)計(jì)中用到了定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1。T0用于計(jì)數(shù)，我們當(dāng)然希望計(jì)數(shù)量大越大越好，這樣，可以獲得較大的測(cè)量范圍，因此，T0選定為工作方式l(16位的計(jì)數(shù)方式)。設(shè)計(jì)中，沒(méi)有使用外部控制端，僅使用指令置位／清零TR0來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)的啟動(dòng)／停止，T0采用自由計(jì)數(shù)的方式，不用預(yù)置初值。T1用于定時(shí)，定時(shí)時(shí)間為一秒或兩秒，本次設(shè)計(jì)使用12M的晶振，故一次不能完成定時(shí)工作，必須另設(shè)一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器用于循環(huán)計(jì)數(shù)。當(dāng)一秒定時(shí)時(shí)間到時(shí)，判斷轉(zhuǎn)速是否大于某一轉(zhuǎn)速，大于時(shí)直接轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)速計(jì)算程序；否則重新進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)，延長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間，時(shí)間到時(shí)，進(jìn)行轉(zhuǎn)速計(jì)算。由于計(jì)算得出的轉(zhuǎn)速為為二進(jìn)制數(shù)，不能直接用于顯示器顯示，我們必須把二字節(jié)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為壓縮BCD碼。因?yàn)樵陲@示電路中使用了4511，不用將壓縮BCD碼轉(zhuǎn)換為非壓縮BCD碼，也不需使用查表子程序得到數(shù)碼管段碼。最后，直接將得到的壓縮BCD碼輸出到顯示電路顯示轉(zhuǎn)速。當(dāng)然，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)變化的，所以說(shuō)我們要循環(huán)測(cè)取電機(jī)的轉(zhuǎn)速并顯示。主程序流程圖如圖4-1。圖4-1主程序流程圖4.2定時(shí)程序設(shè)計(jì)由于一次定時(shí)時(shí)間達(dá)不到一秒，本次一次定時(shí)時(shí)間為50ms，循環(huán)20次或40次來(lái)達(dá)到定時(shí)一秒或兩秒。因定時(shí)計(jì)數(shù)器T0工作在方式1，TMOD初值應(yīng)為15H，TH1，TL1的處置分別為3CH，0B0H，軟件計(jì)數(shù)值用片內(nèi)50H單元，初值為20或40。定時(shí)程序流程圖如圖4-2。圖4-2定時(shí)程序流程圖4.3數(shù)值轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速值為十六位二進(jìn)制數(shù)，無(wú)法直接用于顯示，我們要使其轉(zhuǎn)化為壓縮BCD碼。將待轉(zhuǎn)換的二字節(jié)數(shù)據(jù)存在R6，R7中，得到的三字節(jié)壓縮BCD碼存放在R3、R4、R5中。因?yàn)楸舅惴ㄐ枰h(huán)16次，R2初值為10H。數(shù)值轉(zhuǎn)換流程圖如圖4-3。圖4-3數(shù)值轉(zhuǎn)換程序流程圖4.4顯示程序設(shè)計(jì)顯示程序要將數(shù)值轉(zhuǎn)換得到的壓縮BCD碼輸出給顯示電路。顯示電路中的4511芯片得到BCD碼后，可以直接輸出數(shù)碼管段碼，也可以直接驅(qū)動(dòng)其顯示。顯示部分程序如下：MOVP0,R5MOVP1,R4MOVP2,R35總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)，經(jīng)過(guò)proteus軟件模擬仿真，系統(tǒng)已基本能滿足測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)際需要。其中電機(jī)轉(zhuǎn)速值能夠每一秒或兩秒更新一次，在測(cè)量范圍與測(cè)量精度方面也能滿足大多數(shù)測(cè)量要求。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸上的光柵盤(pán)也跟隨同步轉(zhuǎn)動(dòng)，光電編碼器感應(yīng)后輸出模擬脈沖信號(hào)。經(jīng)過(guò)整形電路整形后，輸出數(shù)字脈沖信號(hào)。定時(shí)時(shí)間到時(shí)，單片機(jī)將P3.4計(jì)量數(shù)字脈沖個(gè)數(shù)與定時(shí)時(shí)間相除得到電機(jī)轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換為BCD碼后送顯示電路顯示。經(jīng)過(guò)兩周的時(shí)間，通過(guò)查找相關(guān)資料設(shè)計(jì)并努力仿真調(diào)試，最終在老師的指導(dǎo)下獨(dú)立地完成了本次課程設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅對(duì)單片機(jī)有了更深的了解，還學(xué)到了不少實(shí)用的知識(shí)。學(xué)習(xí)單片機(jī)課程時(shí)，只是分散的明白各個(gè)部分的作用，在匯編指令上也沒(méi)有整體的理解。設(shè)計(jì)過(guò)程中，明白了硬件電路要有機(jī)的結(jié)合在一起才能夠工作而不能有絲毫錯(cuò)誤，軟件上要整體聯(lián)系起來(lái)才能執(zhí)行下去并得到正確結(jié)果。在畫(huà)電路圖和軟件調(diào)試過(guò)程中還學(xué)會(huì)使用Proteus、Keil和Visio來(lái)幫助完成設(shè)計(jì)。這幾個(gè)軟件對(duì)于以后單片機(jī)的更深層次的學(xué)習(xí)或是其他一些方面的學(xué)習(xí)都有或多或少的幫助。參考文獻(xiàn)[1]楊家成．單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)．北京：清華大學(xué)出版社，2007[2]夏路易石宗義．Protel99se電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程．北京：北京希望電子出版社，2004[3]閻石．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社，2009[4]鄧興成．單片機(jī)原理與實(shí)踐指導(dǎo)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010[5]瞿貴榮．電動(dòng)窗簾紅外遙控電路．家庭電子,2005[6]朱玉璽．計(jì)算機(jī)控制技術(shù)．北京：電子工業(yè)出版社，2010附錄1系統(tǒng)原理圖附錄2源程序ORG0000HMOV50H,#20MOVTMOD,#15HMOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0HMOVTH0,#00HMOVTL0,#00HSETBTR1SETBTR0L2:JBCTF1,L