课程设计正文与附录(数字转速表的设计)

数字转速表的设计

一、概述

随着科学技术特别是微型计算机技术的高速发展，单片微机技术也获得了飞速发展。目前，单片机已经在日常生活和控制领域等方面得到广泛的应用，它正为我国经济的快速发展发挥着举足轻重的作用。作为自动化专业的一名工科学生应该牢牢掌握这一重要技术。而课程设计这一环节是我们提高单片机应用能力的很好机会，也是我们学好这一课程的必经环节。通过课程设计可以进一步巩固我们前面所学理论知识，使我们对单片机理论知识有一个深刻的认识和全面的掌握。另外通过这一真正意义上的实践活动，我们可以从中发现自己不足之处并能够在自己的深思下和老师的指导下得到及时的解决。再次，它能使我们的应用能力和科技创新能力得到较大的提高。

本课程设计是单片机系统在测速方面的简单应用。目前单片机技术已经在电机转速等为控制对象的控制系统中得到了广泛的应用，而在这一控制过程中必须通过单片机来测量转速。基于此本课程设计利用89C51单片机及外围电路来设计一个数字转速表。通过测量转速所对应的方波脉冲来测量转速，其转速可以通过键盘输入给定，同时其具体数值也可以在LED上显示出来。

设计要求

1) 利用单片机组成一数字转速表。

2) 电机转速由信号发生器的方波脉冲信号来模拟。

3) 利用四位LED显示器显示：

a. 当前转速

b. 给定转速

c.给定转速与当前转速的区别标志

d. 超速报警显示

4) 利用小键盘实现：

a. 显示选择

b. 给定转速的输入

5) 测速范围为500rpm—1500rpm。电机的正常转速为1000rpm。

6) 检测对应关系为：1024个脉冲/转，采用周期为40ms。

二、数字转速表方案

为了确定其设计方案，首先必须构思好初步的设计思路。根据设计要求和实验仿真

条件，初步的设计思路可以总结如下：

1) 用信号发生器来产生周期为0.04ms—0.2ms的方波脉冲信号。

2) 当前转速与给定转速显示用4段LED数码管。

3) 键盘采用矩阵式键盘，一共12个键，用2个控制键和10个数字键。

4) 采样时间用定时/计数器0来实现。

5) 用定时/计数器1来统计采样时间内的脉冲数，进而计算转速。

6) 给定转速与当前转速的区别标志是在个位加点显示，有点为给定转速。

根据设计要求与设计思路，可以确定该系统的设计方案，图1为该系统设计的硬件电路设计框图。硬件主要由四部分组成，即脉冲源、单片机、小键盘、LED显示器。单片机采用89C51。考虑到实验室的条件，键盘采用2行6列的矩阵式键盘，2个控制键分别控制显示当前转速和给定输入的转速，10个数字键用来输入给定转速，行与列与P1口连接。LED显示采用静态串口显示，需用4个LED和4个74LS164移位寄存器。脉冲源用一个方波脉冲发生器，用来模拟对应的转速。脉冲源与单片机的T1相连。

图1 数字转速表硬件框图

键盘的设计也可以采用其它形式，如采用3行4列。LED显示也可以采用动态显示。但综合考虑本设计还是采用如上方案。

三、数字转速表硬件设计

本设计需用到AT89C2051单片机、小键盘、LED显示器和74LS164移位寄存器等硬件，与其它设计相比其硬件设计相对简单，且在实验室也容易实现。小键盘用2行6列的矩阵式键盘，一共有12个键。LED和74LS164一起构成静态串口显示。硬件设计总

图见附图A。下面对各部分硬件的设计进行简单的介绍。

1、单片机最小系统

根据初步设计方案的分析，设计这样的一个简单应用系统，可以选择带有EPROM 的单片机，应用程序直接储存在片内，不用再外部扩展存储器，电路可以简化，AT89C51单片机的功能与MCS-51系列单片机完全兼容，并且还有程序加密功能，物美价廉，经济适用，因此我们选择AT89C51,图2是89C51的图示。

本设计需用到Vcc、END、RESET 、XTAL1和XTAL2、P3.0 /RXD、P3.1 /TXD、P1口、T1引脚。下面对所用引脚进行简单介绍。

Vcc：供电电压，GND：接地。

P3.0/ RXD：串行输入口，P3.1 /TXD：串行输出口

T1：定时/计数器1外部输入

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：反向振荡器的输出。

RESET：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RESET脚两个机器周期的高电平。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口。

图2 单片机最小系统

时钟电路设计

单片机工作时间的基准是由时钟电路提供的。在单片机的XTAL1和XTAL2两个引

脚间接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，如上图所示，电路中电容器C2

列可以串联一个二极管。行与列之间的交叉点就放置按键，按键的编号如图3所示，其中A、B为控制键，A键控制当前转速在LED上显示，B键控制给定转速在LED上显示，其余为数字键，其排列顺序如图。按键未按下时行与列没有连接，当且仅当按键按下时行与列相连，此时按键才起作用。

●键盘的工作原理

从图3可以看出，行线与电阻串联后接+5V的电源，当没有按键按下时，P1.0和P1.1的输入为高电平，即单片机检测到P1.0和P1.1的电平为高电平。因此，为了使按键起作用，P1.2—P1.7的输出为低电平，当任意一个按键按下时，P1.0或P1.1的输入为低电平。这样为了检测X行Y列的按键是否按下时，可以在Y列输入低电平，其余为高电平，然后检测X行输入的电平，若为高电平说明按键没有按下，若为低电平则有按键按下。3、LED显示接口电路设计

根据设计要求可知，系统需要显示4位数字，因此需用到4个LED。考虑到显示的数字需要移位以及实验室的条件，本系统采用串口静态显示。串口静态显示需用到4个移位寄存器，这里采用4个74LS164。其硬件图如下：

图4 LED显示接口电路

●说明