基于51单片机的转速表系统设计

目录

1.前言 (1)

2 智能转速表的系统设计 (1)

2.1 系统硬件设计 (1)

2.1.1方案选择 (1)

2.1.2仪器各部分组成 (2)

2.2 系统软件设计 (3)

3 设计原理 (5)

3.1转速计算及误差分析 (5)

3.2转速测量 (6)

3.2.1门控方式计数 (6)

3.2.2中断方式计数 (7)

3.3串行显示接口 (7)

4 软件程序的设计 (8)

4.1 1s定时 (8)

4.2 T1计数程序 (8)

4.3 频率数据采集 (9)

4.4 进制转换 (10)

4.5 数码显示 (13)

5 软件设计总体程序 (15)

6 总程序调试 (21)

7 心得体会 (21)

参考文献 (22)

1.前言

单片微型计算机简称单片机，又称为微控制器（MCU）是20世纪70年代中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块，具有功能强、体积小、可靠性高、价格低廉等特点，在工业控制、数据采集、智能仪表、机电一体化、家用电器等领域得到了广泛的应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。单片机在我国大规模的应用已有十余年历史，单片机技术的研究和推广正方兴未艾。

MSC-51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一。经过20多年的推广与发展，51系列单片机形成了一个规模庞大、功能齐全、资源丰富的产品群。随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍应用，MCS-51系列单片机的发展又进入了一个新的阶段。

我们使用的89C51单片机是目前各大高校及市场上应用最广泛的单片机型.其内部包含: 一个8位的CPU;4K的程序存储空间ROM;128字节的RAM数据存储器;两个16位的定时/计数器;可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器空间的控制电路;32条可编程的I/O线;具有两个优先级嵌套的中断结构的5个中断源。

本次课程设计便是设计一个基于89C51单片机转速表系统。要求进行电路硬件设计和系统软件编程，硬件电路要求动手制作并能够完成系统硬件和软件调试。

2 智能转速表的系统设计

2.1 系统硬件设计

2.1.1方案选择

由于单片机所具有的特性，它特别适用于各种智能仪器仪表，家电等领域中，可以减少硬件以减轻仪表的重量，便于携带和使用，同时也可能低存本，提高性能价格之比。

该转速表选用MCS-51系列单片机的8031芯片，外部扩展4KB EPROM和8155作为显示器的接口。该系统的整体结构框图见下图2.1所示：

图2.1智能转速表总结构流程图

2.1.2仪器各部分组成

（1）传感器

传感器为红外光电式传感器。其中一个发光二极管发出红外波长的光，可不受室内自然光的影响，此光照到旋转物体上反射回后，被光敏三极管接收。光敏三极管接受到此信号后，经放大，整形转换为矩形脉冲信号送入MCS-51单片机的外部中断输入端INTO和INT1上。

（2）键盘

键盘由功能键，数字键，存入键，取出键，单双键路选择键，启动停止键等组成。为了减少键的数目，以减少故障率，采用了一键多用的复用键方案，但软件相对复杂一些。

键盘于8031的P1口直接相连，以加快对键盘的扫描速度。也可以用8155等芯片作为键盘的输入接口，但扫描速度比前者慢一些。

（3）显示器

8个LED数码管作显示器，它通过可编程并行I/O接口芯片8155与8031相连。8155

的A口通过反相驱动(75452或7406)作为显示器位选口；B口通过同相驱动器(7407)作显示器段选口。

在进行不同测量时，除在LED显示器上以英文字母提示外，在运行过程中还以不同的发光二极管指示测量的内容。发光二极管由8155的C口驱动。

（4）程序存储器

系统的监控程序和运算处理程序存放在外接4K字节的EPROM2732中。

（5）数据存储器

数据存储器由8031片内的低128字节和8155内部256字节的RAM组成.8031的内部RAM主要用于堆栈，工作寄存器，显示缓冲器，各测量参数的计算缓冲器和标致位等。而8155内部的RAM除上部4个单元外，全部用于存放转速和线速度值，其存储空间划分如图2-2所示，共分为三组，每组84个单元，可存入42个16位二进制数据，即42个4位16进制数据。如下图2.1为外部RAM存储器空间划分图。

图2.1 外部RAM存储器空间划分

2.2 系统软件设计

系统监控程序的主程序流程框图见图2.2系统软件采用模块式结构，由主程序及多个功能模块子程序组成，可使程序清楚，易编易读，便于调试和修改。

图2.2监控主程序流程图

主程序的任务是对8031单片机初始化，如设置堆栈，预置各定时器的控制字，初始化显示缓冲区，8155的初始化，设置标致位，清内存等；然后显示开机初始化状态，扫描键盘，根据按下键的功能各自的功能操作。

3 设计原理

3.1转速计算及误差分析

根据转速,周期,频率之间的关系可知:

60

n T = (3-1) 1

f T

= (3-2)

C T NT = (3-3)

式中, n —被测转速,r/min; T －转速信号周期,s; f －转速信号频率,Hz;

C T －计算计数脉冲的周期，又称时基，4C T s μ=. 将式(3-3)代入式(6-1)，可得：

760

1.510/C

n N NT =

=⨯ (3-4) 用十六进制数表示，为： (410)/()H H n E E C N =

式中N 已存入75H,74H,73H 单元。利用除法子程序,即可求出转速。

下面计算系统得相对误差。 分别对式(3-1)和(3-3)求微分

2

60T

n nf T T

∆∆==∆ (3-5) C T NT ∆=∆ (3-6)

将式(3-6代入(3-5)，可得：

C n

f NT n

∆=∆ (3-7) 式中，N ∆为量化误差，1N ∆=±个计数脉冲，又已知时基4C T s μ=，故

4n

f s n

μ∆=±⨯ (3-8) 由式(3-8)可知，相对误差与频率成正比，即相对误差随转速得升高而升高。因此，为了提高测量精度，高转速时需要连续测量数个周期。