【正文】 《高精度風速儀設(shè)計》文章由君達儀器博客收集整理提供畢業(yè)論文(設(shè)計) 題 目 高精度風速儀設(shè)計 目 錄1引言 32 設(shè)計原理 33 技術(shù)介紹 4 8031單片機 53．2 系統(tǒng)擴展、接口技術(shù) 53．3 三總線概述 63．4 中斷技術(shù) 74 軟件設(shè)計 8 測頻法與測周法 84．2 程序結(jié)構(gòu) 115 硬件設(shè)計 14 硬件結(jié)構(gòu)圖 14 地址所存器擴展電路 15 擴展程序存儲器電路 16 18 8155的結(jié)構(gòu)與引腳 18 8155的RAM和I/O口地址 18 8155的寄存器 19 8155芯片的使用 20 8031與8155的連接 20 顯示電路 216 結(jié)論 21參考文獻 22致謝 22ABSTRACT 23附錄： 24高精度風速儀設(shè)計蔣迺倜南京信息工程大學(xué)電子與信息工程系，南京 210044摘要：本文介紹了一種基于Inter 8031單片機的風速儀的設(shè)計,它利用測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速測得風速。本設(shè)計中采用8031單片機主要由于其內(nèi)部資源較為豐富，處理速度較快，因而可以在不擴充計數(shù)器的情況下實時的測量脈沖信號并轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，進而可以轉(zhuǎn)變成線速度輸出。此外，本設(shè)計的主要目的雖然為風速測量，但是當對外部傳動部件做簡單修改以后不僅可以應(yīng)用在風速的測量當中，也可在轉(zhuǎn)速測量控制，車輛行駛速度測定，流速流量測量等方面發(fā)揮作用。關(guān)鍵字：8031單片機，風速儀，測周法與測頻法 1引言在對氣象學(xué)越加重視的今天，氣象數(shù)據(jù)的采集更顯重要。風速是氣象數(shù)據(jù)中的一個重要的參數(shù)，對它的測量，將會極大的影響到氣象預(yù)報的準確性。同時，風速、風力的測量在某些行業(yè)，譬如煤炭，飛機，汽車，電力等都十分重要。最初的風速儀，靠人工測量，精度差，數(shù)據(jù)不及時。目前，國內(nèi)使用的風速儀，多數(shù)沿用機械傳動，靈敏度低，誤差大，對于較多的測風點常采用一個計數(shù)器測量，而野外自然風陣性變化較大，這樣會引起失真和較大誤差?；趩纹瑱C的風速儀，可以克服目前風速儀的弊端，作為目前風速儀的有益補充。 本系統(tǒng)借助傳統(tǒng)風速儀測量設(shè)備，以單片機為處理信號的工具，使風速的測量精確，及時。并且，由于單片機的使用，使本設(shè)計的體積較小，適合外出攜帶，操作方便，可推廣到工業(yè)生產(chǎn)中，具有較高的經(jīng)濟效益。因此，本文設(shè)計了基于單片機的風速儀。2 設(shè)計原理測量的系統(tǒng)框圖如圖1所示。 傳感器整形放大單片機處理輸出結(jié)果圖1 測量系統(tǒng)框圖圖中傳感器部分包括金屬圓盤和紅外光電開關(guān)。金屬圓盤上均勻的開出60~360個槽，固定在旋轉(zhuǎn)軸上。旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)一圈紅外光電開關(guān)便可以輸出60~360個脈沖信號，該脈沖信號經(jīng)過整形放大，送給8031單片機進行處理，便可顯示結(jié)果。8031單片機屬于MCS51系列單片機是功能極強的8位高檔單片機，它既適用于簡單的測控系統(tǒng)，又適用于復(fù)雜的測控系統(tǒng)，他的性價比高，組成應(yīng)用系統(tǒng)靈活。8031單片機在這里的作用是采樣信號脈沖，并按照一定的計算公式求得所需要的被測量。首先測量轉(zhuǎn)速，可由下式計算： 其中： n——轉(zhuǎn)速，單位：轉(zhuǎn)/秒 Z——金屬圓盤開槽數(shù) t——采樣時間, 后文中或稱為閘門時間，單位：秒 N——在閘門時間內(nèi)傳感器輸出的脈沖個數(shù)在測量旋轉(zhuǎn)軸徑向某點的線速度，即所求風速：v=2πRn=其中：v——線速度，單位：米/秒 R——被測點距軸心的距離即金屬盤半徑，單位：米 由于采用單片機進行處理，使其比采用數(shù)字電路成本更低，精度更高。關(guān)鍵是本設(shè)計可以擴充幾個功能，使其在生產(chǎn)運用上更加方便。比如，可以設(shè)定轉(zhuǎn)速上下限報警。加入控制信號，可以選側(cè)測量的數(shù)值為瞬時速度，或者為平均速度，這樣可以進一步計算出瞬時加速度，并且可以保存一段時間的測量平均值等等。 由上述兩測量公式可知，對于某一確定系統(tǒng)，Z和R都是常量，因此測量轉(zhuǎn)速n或線速度v需要測量的只有兩個量——閘門時間t和在t時間內(nèi)輸入的脈沖個數(shù)N。8031單片機內(nèi)含有兩個16位定時/計數(shù)器，既可以對內(nèi)部機器周期計數(shù)產(chǎn)生定時信號，也可以對外部輸入脈沖進行計數(shù)。其數(shù)控方式如下：表1 數(shù)控方式表TMOD：GATEM1M0GATEM1M0 用于定時/計數(shù)器1 用于定時/計數(shù)器0當=0時為定時方式，=1時為計數(shù)方式，本系統(tǒng)中8031的兩個定時計數(shù)器皆工作于16位定時方式，用于產(chǎn)生測量的閘門時間，對信號脈沖的計數(shù)則由軟件完成，即兩路傳感器輸出接入8031的兩個外部中斷輸入引腳和，當引腳上出現(xiàn)一個負跳變時引起中斷，在中斷服務(wù)程序中計數(shù)輸入脈沖個數(shù)，具體如下：M1M0=01時處在工作方式1 為16位計數(shù)器：選擇定時或計數(shù)模式。當=1時為計數(shù)模式，當=0時為定時模式GATE：選通控制。當GATE=1時只有當端口為高電平且TRx置位為1時才選通定時/計數(shù)器x；當GATE=0時，只需TRx置位為1，即選通定時/計數(shù)器x。，中斷1請求端口，低電平有效。當I/O端口作為輸入使用時，需要先向端口寫入“1”使內(nèi)部的FET截止，再讀入引腳狀態(tài)。3 技術(shù)介紹本系統(tǒng)在設(shè)計過程中需要用到8031單片機，系統(tǒng)擴展、接口技術(shù)，三總線，中斷技術(shù)等。 8031單片機8031單片機是Intel公司生產(chǎn)的MCS51系列單片機中的一種，除無片內(nèi)ROM外，其余特性與MCS51單片機基本一樣。HMOS制造工藝的MCS51單片機都采用40引腳的直插封裝（DIP方式）芯片的引腳描述：(1) 主電源引腳VCC和VSS(2) 外接晶體引腳XTAL1和XTAL2(3) 控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP (4)輸入/輸出（I/O）引腳P0、PPP3（共32根）訪問外部程序存儲器時序操作過程如下:（時序圖略）（1）在S1P2時刻產(chǎn)生ALE信號。（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的下降沿信號將P0口送出的低8位地址信號鎖存到地址鎖存器中。而P2口送出的高8位地址在整個讀指令的過程中都有效，因此不需要對其進行鎖存。從S2P2起，ALE信號失效。（3）從S3P1開始，開始有效，對外部程序存儲器進行讀操作，將選中的單元中的指令代碼從P0口讀入，S4P2時刻，失效。（4）從S4P2后開始第二次讀入，過程與第一次相似。訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的操作過程如下：（1）從第1次ALE有效到第2次ALE開始有效期間，P0口送出外部ROM單元的低8位地址，P2口送出外部ROM單元的高8位地址，并在有效期間，讀入外部ROM單元中的指令代碼。（2）在第2次ALE有效后，P0口送出外部RAM單元的低8位地址，P2口送出外部RAM單元高8位地址。（3）在第2個機器周期，第1次ALE信號不再出現(xiàn)，此時也失效，并在第2個機器周期的S1P1時，信號開始有效，從P0口讀入選中RAM單元中的內(nèi)容。 對單片機還要進行系統(tǒng)擴展，諸如，地址鎖存、存儲器擴展、可編程外圍并行接口的擴展等。這樣才能完整實