1、1湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 单片机原理及应用 课 题 数字转速表设计 专业班级 学生姓名 学 号 指导老师 李晓秀 审 批 任务书下达日期 2011年 6 月 27 日任 务 完 成 日 期 2011年 7 月 7 日设 计 内 容 与 设 计 要 求2主 要 设 计 条 件设计内容：本课题要求以MCS-51系列单片机为核心，设计一个数字转速表对脉冲转速信号进行检测，能将所 测量的转速在LED显示器上 显示（十进制），并具有方便的键盘操作（启动、停止、复位）功能。设计要求：1）确定系统设计方案；2）进行系统的硬件设计；3）完成必要的参数计算与元器件选择；4）完成应用程序设
2、计；5）应用程序的调试。3单片机通过检测脉光电冲信号计算电机的转速，利用单片机实验台上电机转速检测脉冲（每转1个）进行程序设计和调试， 测速范 围03000转/分，转速表至少有启 动和复位两个操作按键， 转速显示要求至少4位。说 明 书 格 式1. 课程设计任务书2. 目录3. 总体方案确定4. 各单元硬件电路设计说明5. 软件设计与说明（包括流程图）6. 调试结果与必要的调试说明7. 使用说明8、总结9、参考文献附录附录A 系统原理图附录B 程序清单进 度 安 排4设计时间为两周第一周星期一、上午：布置课题任务，讲课及课题介绍下午：借阅有关资料，总体方案讨论星期二、总体方案星期三、系统设计及
3、调试星期四、系统设计及调试星期五、软件设计及调试第二周星期一、软件设计及调试星期二、软件设计及调试星期三、软件设计及调试星期四、写说明书星期五、上午：写说明书，整理资料下午：交设计资料，答辩5目 录第1章 前 言 .6第2章 总体设计思路 .72.1 基本原理 .72.2 设计总思路 .7第3章 硬件电路的设计方案 .83.1 LED显示和驱动部分的电路设计 .83.2 按键电路设计 .93.3 时钟电路 .10第4章 软件设计方案 .114.1 总程序模块 .114.2定时计数中断模块 .124.3 按键程序模块 .13第5章 系统调试 .145.1 软件模拟仿真 .145.2 硬件调试 .
4、14第6章 总结与体会 .15第7章 参考文献 .16附 录 .17总电路图 .17程序清单 .186第1章 前 言单片机作为嵌入式微控制器在工业测控系统，智能仪器和家用电气中得到广泛应用。虽然单片机的品种很多，但MCS-51系列单片机仍不失为单片机中的主流机型。本课程一MCS-51系列以及派生系列单片机芯片为主介绍单片机的原理与应用，与其特点是由浅入深，注重接口技术和应用。近年来，微型计算机的发展速度足以让世人惊叹，以计算机为主导的信息技术作为一种崭新的生产力，正在向社会的各个领域渗透，也使机电一体化的进程大大加快。机电一体化是当今制造技术和产品发展的主要倾向，也是我国机电工业发展的必由之路
5、。可以认为，它是用系统工程学的观点和方法，研究在机电系统和产品中如何将机械、计算机、信息处理和自动控制技术综合应用，以求机电系统和产品达到最佳的组合。机电一体化产品所需要的是嵌入式微机，而单片机具有体积小、集成度高、功能强等特点，适于嵌入式应用。智能仪器、家用电器、数控机床、工业控制等机电设备和产品中竟相使用单片机。就目前而言，单片机的发展势头依然不减，各种型号和功能更强的单片机和超级接口芯片不断出现，进一步向高层次发展的重要标志就是构成多机系统和分布式网络。世界上单片机芯片的产量以每年27%的速度递增，到本世纪初已达30亿片，而我国的年需求量也超过了亿片的数量，这表明单片机有着广阔的应用前景
6、。本课程设计主要针对目前我国早期应7用比较广泛的“MCS-51”单片机进行系统的讲解和分析。为使用和开发各类机电一体化设备和仪表建立基础。第2章 总体设计思路 2.1 基本原理利用AT89C51作为主控器组成一个转速表。电机转速采用光电脉冲传感器来测量，设置定时器/计数器T0和T1，利用其内部定时器T1设置为定时方式，且定时时间为1s。计数器T0设置为外部脉冲计数工作方式，设在1s内测量的脉冲个数为n，又由于脉冲频率为60个脉冲/转，故测到转速n就是脉冲频率。定时1s，在1s内允许中断，每中断一次，软件计数器加1，1s后，关闭中断，则软件计数器即为1s内的脉冲数，通过计数一定时间内通过定时器的
7、脉冲数通过软硬件结合工作即可测出电机的转速。 2.2 设计总思路 本课题要求以MCS-51系列单片机为核心，设计一个数字转速表对脉冲转速信号进行检测，能将所测量的转速在LED显示器上显示（十进制），并具有方便的键盘操作（启动、停止、复位）功能。单片机通过检测手动脉冲信号计算转速，测速范围03000转/分，转速表至少有启动和复位两个操作按键，转速显示要求至少4位。该系统的功能概括起来就是能测量当前每秒钟给的手动脉冲数，并且进行超速报警。MCS-51单片机内有两个定时器/计数器T0和T1，利用其内部定时器T1设置为定时方式，且定时时间为1s。计数器T0设置为外部脉冲计数工作方式，设8在1s内测量的
8、脉冲个数为n，再将n乘上60即是转速（分/转）根据设计要求和设计思路，本系统由AT89C51单片机，LED显示电路，LED显示器，时钟与复位电路以及独立式按键五个部分组成。系统框图如下图所示：传感器电路LED显示器驱动电路AT89C51单片机时钟电路键盘电路复位电路系统框图第3章 硬件电路的设计方案在单片机中，定时功能既可以由硬件（定时/记数器）实现，也可通过软件定时实现。硬件定时是利用单片机内定时器定时，启动以后定时器可与CPU并行工作，不占用CPU时间，CPU有较高的工作效率。采用硬件定时和软件定时并用的方式，即用T0溢出中断功能实现50ms定时，通过软件延时程序实现1s定时。定时器的TM
9、OD用于设置定时器/计数器的工作方式03，并确定用于定时还是用于计数。TCON主要功能是为定时器在溢出时设定标志位，并控制定时器的运行或停止等。3.1 LED显示和驱动部分的电路设计9本课题所采用得是由LED（数码管）作为显示电路，用以显示由单片机所接收的脉冲来转换的BCD码，以及开始测速时的初始状态。其硬件电路连接是单片机P0.0P0.7接数码管的由AG的8各管脚，P2.0P2.3接ULN2001A 14, ULN2001A 1613接数码管的控制端，采用共阳极连接的方法连接。显示部分电路3.2 按键电路设计对按键电路的设计可以由2种方式：一种方式是直接按键设计，这种设计电路适用于按键较少的
10、控制；另一种方式是矩阵式键盘的设计，它适用于对控制按键较多的电路控制。本课题总共设计按键有3个启动、停止、复位。由于课题调试采用的LK-51单片机键盘采用的是矩阵式键盘，为方便电路的调试，因此我所采用10矩阵键盘作为控制按键。接法如图所示。按键电路图3.3 时钟电路时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的典型值为12MH Z 。MCS-51内部都有一个反相放大器， XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。电路中的电容C1和C2典型值通常选择为30pf左右。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器的频率的高低，振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的振荡频率的范围通常是在1.2MHZ-12MHZ之间。晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印制电路板的工艺要求也高，即要求线简的寄生电容要小；晶振和电容应 尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定，可靠地工作。综合考虑，本设计采用30pf的电容，其电路图如下所示：
