【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)作為除數(shù)高字節(jié)。中斷完畢讀取內(nèi)部記數(shù)值作為除數(shù)，調(diào)用除法程序計算轉(zhuǎn)速，再對二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行一系列變換后調(diào)用查表顯示程序，顯示在 LED 上。轉(zhuǎn)速部分軟件設(shè)計思路： 。主要編寫一個外部中斷服務(wù)程序INT_0，讀取記數(shù)值的三個字節(jié)，并再次清0記數(shù)初值以便下次的記數(shù)和計算。調(diào)用兩字節(jié)二進(jìn)制三字節(jié)十進(jìn)制（BCD）轉(zhuǎn)換子程序BCD，再調(diào)用十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD程序CBCD、最后調(diào)用查表程序送顯示。為了和PC通信。軟件的具體設(shè)計我們將在下面的章節(jié)中作詳細(xì)介紹。青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 12 頁第 4章 硬件電路設(shè)計硬件的功能由總體設(shè)計所規(guī)定，硬件設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計出系統(tǒng)的電路原理圖，必要時做一些部件實(shí)驗(yàn)，以確定電路圖的正確性。整個單片機(jī)測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)為單片機(jī)控制模塊、霍爾傳感器模塊、發(fā)送模塊，各個模塊都承擔(dān)著各自的任務(wù)。設(shè)計單片機(jī)模塊，考慮到單片機(jī)本身的外圍電路較多，所以在單片機(jī)模塊方面需要極為小心。在整個電路設(shè)計時要考慮電平轉(zhuǎn)換電路，具體每一部分的設(shè)計將在以下章節(jié)中詳細(xì)分析。 單片機(jī)模塊根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機(jī)硬件電路設(shè)計思路對單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計，要使單片機(jī)準(zhǔn)確的測量電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且使測出的數(shù)據(jù)能顯示出來，所以整個單片機(jī)分為傳感器電路、時鐘電路、復(fù)位電路、執(zhí)行元件以及顯示電路五個部分。 處理執(zhí)行元件單片機(jī)我們采用 AT89C51(其引腳圖如圖 )，相對于 INTEL 公司的 8051它本身帶有一定的優(yōu)點(diǎn)。AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存貯器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 13 頁圖 AT89C51 引腳圖主要特性：與MCS51 兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路管腳說明：：供電電壓；：接地； 口：P0 口為一個 8 位漏極開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗(yàn)時，P1 口作為第八位地址接收。 口：P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 14 頁器進(jìn)行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。 口：P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。如下表 41 所示。表 41 P3 口的第二功能引 腳 第二功能 信 號 名 稱RXDTXDINT0INT1T0T1WRRD串行數(shù)據(jù)接收串行數(shù)據(jù)發(fā)送外部中斷 0 請求外部中斷 1 請求定時器/計數(shù)器 0 計數(shù)輸入定時器/計數(shù)器 1 計數(shù)輸入外部 RAM 寫選通外部 RAM 讀選通：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時，ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 15 頁個機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。10./EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/EA 將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。 ：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 ：來自反向振蕩器的輸出。? 振蕩器特性：XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石英振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。? 芯片擦除：整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 時鐘電路時鐘電路是計算機(jī)的心臟，它控制著計算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS51單片機(jī)允許的時鐘頻率是因型號而異的典型值為12MH ZMCS51內(nèi)部都有一個反相放大器，XTALXTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個部件。AT89C51是屬于CMOS8位微處理器，它的時鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于NMOS型的單片機(jī)。CMOS型單片機(jī)內(nèi)部（如AT89C51）有一個可控的負(fù)反饋反相放大器，外接晶青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 16 頁振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器。振蕩器工作受/PD端控制，由軟件置“1”PD（）使/PD＝0，振蕩器停止工作，整個單片機(jī)也就停止工作，以達(dá)到節(jié)電目的。清“0”PD，使振蕩器工作產(chǎn)生時鐘，單片機(jī)便正常運(yùn)行。圖中SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時鐘頻率主要由SYS參數(shù)確定（晶振上標(biāo)明的頻率） 。電容C1和C2的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率f起微調(diào)作用（CC2大，f變?。?，其典型值為30pF。圖 CMOS 型單片機(jī)時鐘電路框圖 復(fù)位電路計算機(jī)在啟動運(yùn)行時都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS51單片機(jī)有一個復(fù)位引腳RST，它是史密特觸發(fā)輸入(對于CHMOS單片機(jī)，RST引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻)，當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期(即24個時鐘周期)以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS51保持復(fù)位狀態(tài)。此時ALE、PSEN、P0、PPP3口都 輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位，CPU從初始狀態(tài)開始工作。單片機(jī)采用的復(fù)位方式是自動復(fù)位方式。對于MOS(AT89C51)單片機(jī)只要接一個電容至V CC即可()。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在RST端出現(xiàn)一定時間的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使MCS51有效的復(fù)位。RST端在加電時應(yīng)保持的高電平時間包括V CC的上升時間和振蕩器起振的時間，Vss上升時間若為10ms，振蕩器起振的時間和頻率有關(guān)。10MHZ時約為1ms，1MHZ青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 17 頁時約為10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位，RST在上電應(yīng)保持20ms以上的高電平。RC時間常數(shù)越大，上電RST端保持高電平的時間越長。若復(fù)位電路失效，加電后CPU從一個隨機(jī)的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。圖 上電復(fù)位電路 顯示電路顯示電路采用LED數(shù)碼管動態(tài)顯示，LED（LightEmitting Diode）是一種外加電壓從而渡過電流并發(fā)出可見光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時必須加限流電阻。LED有單個LED和八段LED之分，也有共陰和共陽兩種。顯示器結(jié)構(gòu)：常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖 所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。1 位顯示器由八個發(fā)光二極管組成，其中七個發(fā)光二極管 a~g 控制七個筆畫（段）的亮或暗，另一個控制一個小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡單，使用方便。此外，要畫出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進(jìn)行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來，如圖 所示，為七段數(shù)碼管的管腳圖。圖 七段發(fā)光顯示器的結(jié)構(gòu)青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 18 頁圖 七段發(fā)光顯示器管腳的結(jié)構(gòu)? 驅(qū)動方式：采用的數(shù)碼管驅(qū)動為7407，它的全名為7407 TTL 集電極開路六正相高壓驅(qū)動器，其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。圖 7407 管腳的結(jié)構(gòu)? 顯示方式：為了節(jié)省I/O口線，我們采用的動態(tài)顯示方式。青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 19 頁所謂動態(tài)顯示，就一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描） ，對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于 8 位，則控制顯示器公共極電位只需 8 位口（稱為掃描口） ，控制各位顯示器所顯示的字形也需一個 8 位口（稱為段數(shù)據(jù)口）。本次設(shè)計要求的轉(zhuǎn)速測量范圍 60r/min36000r/min，所以只需要 5 位數(shù)碼管即可。5 位共陰極顯示器和 AT89C51 的接口邏輯如圖 47 所示。AT89C51 的 P0口作為段數(shù)據(jù)口，接上拉電阻到顯示器的各個段；P2 口作為掃描口，經(jīng)同相驅(qū)動器 7407 接顯示器公共極。對于圖 中的 5 位顯示器，在 AT89C51RAM 存貯器中設(shè)置五個顯示緩沖器單元 30H－35H，分別存放 5 位顯示器的顯示數(shù)據(jù)，AT89C51 的 P2 口掃描輸出總是只在一位為低電平，即 5 位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平，其它位為高電平，AT89C51 的 P0 口相應(yīng)位（陰極為低）的顯示數(shù)據(jù)的段數(shù)據(jù)，使該位顯示出一個字符，其它們?yōu)榘?，依次地改?P2 口輸出為高的位，P0 口輸出對應(yīng)的段數(shù)據(jù)，5 位顯示器就顯示出由緩沖器中顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。圖 五位動態(tài)顯示電路 HD7279接口青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 20 頁1．引腳介紹HD7279A 是一款具有簡單 SPI 串行接口的器件，可直接驅(qū)動 8 位共陰式數(shù)碼管(或 64 個獨(dú)立的 LED)，管理多達(dá) 64 鍵鍵盤，單片即可完成 LED 顯示和鍵盤接口的全部功能，大大簡化電路設(shè)計，占用單片機(jī)資源極少(最少 2 線)，完全免調(diào)試，外圍電路更簡單。HD7279A 內(nèi)部含有譯碼器可直接接收 BCD 碼或 16進(jìn)制碼，也可不譯碼，并同時具有兩種譯碼方式。此外，該器件還具有多種控制指令，諸如消隱，閃爍，左移，右移和段尋址等，顯示控制方式靈活，其段尋址能力可用于獨(dú)立的 LED 顯示或信息指示燈控制。圖 314 為 HD729A 的引腳配置，其各引腳功能描述如表 33 所列。HD7279A 具有片選信號，可方便實(shí)現(xiàn)高于 8 位的顯示或高于 64 鍵的鍵盤接口，采用多片級聯(lián)，對片選信號進(jìn)行譯碼即可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)中只有一片 HD7279A 時，片選端 CS 可直接接地。VDNC3S456LK7ATEY9G0FBPIORUH圖 HD7279 引腳配置表 42 HD7279 引腳功能介紹引腳 名稱 功能描述1,2 VDD 正電源3,5 NC 無連接，必須懸空4 VSS 接地6 CS片選輸入端，