【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 期信號(hào)進(jìn)行內(nèi)部記數(shù)，調(diào)用計(jì)算公式算出轉(zhuǎn)速，調(diào)用顯示程序顯示在 LED 上，同時(shí)通過串口向 上位機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。 主要內(nèi)容 ： 部分主要是把轉(zhuǎn)速顯示出來，顯示范圍 6036000r/min ，送 RS232 向 PC 發(fā)送數(shù)據(jù)。 機(jī)部分主要完成將數(shù)據(jù)顯示在界面并描繪出 VT圖 。 系統(tǒng) 組成及框圖 ： 本系統(tǒng)通信部分是單片機(jī)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路 HIN232CP 之后，通過串口 RS232 發(fā)送數(shù)據(jù)，由 PC 微機(jī)接收，微機(jī)部分用 Visual Basic 軟件編寫的界面作為 PC 機(jī)部分與單片機(jī)進(jìn)行串口之間通信 。 傳感器電路、轉(zhuǎn)速測(cè)量、 LED 顯示、電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)等將在以下章節(jié) 作詳細(xì)地設(shè)計(jì)。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 圖 21 系統(tǒng)硬件電路 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)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(jì)出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。 89C51 單片機(jī)通過 INT0 輸入傳感器的脈沖信號(hào)， P0 口 P2 口接 LED 動(dòng)態(tài)顯示。另由于 PC 系列微機(jī)串行口為 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)接口，與輸入、輸出均為 TTL 電平的 89C51 單片機(jī)在接口規(guī)范上不一致，因此 TTL 電平到 RS－ 232 接口電平的轉(zhuǎn)換采用 HIN232CP 接口芯片，該芯片可以用單電壓（ +5V）實(shí) 現(xiàn) RS232 接口邏輯“ 1”（ 3V～ 15V）和邏輯“ 0”（ +3V～ +15V）的電平轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)速測(cè)量部分的硬件設(shè)計(jì)思路：本次設(shè)計(jì)單片機(jī)部分的硬件框圖如圖 22所示。 圖 22 單片機(jī)部分硬件框圖 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(jì)思路（如圖 22）對(duì)單片機(jī)模塊復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 CPU 執(zhí)行單元 顯示電路 發(fā)送電路 傳感器 單 片 機(jī) AT89C51 電 平 轉(zhuǎn) 換 電 路 LED 顯示 驅(qū)動(dòng)電路 送 PC 機(jī)界面 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 進(jìn)行設(shè)計(jì)，要使單片機(jī)準(zhǔn)確的測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且使測(cè)出的數(shù)據(jù)能顯示出來，所以整個(gè)單片機(jī)部分分為傳感器電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、執(zhí)行元件以及顯示電路五個(gè)部分。 處理執(zhí)行元件 單片機(jī)我們采用 AT89C51(其引腳圖如圖 23)，相較于 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)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C 單片 機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 圖 23 AT89C51 引腳圖 主要特性： ?與 MCS51 兼容 ? 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ? 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 ? 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz ? 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ? 128*8 位內(nèi)部 RAM ? 32 可編程 I/O 線 ? 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ? 5 個(gè)中斷源 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 ? 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(shí)鐘電路 管腳說明： ：供電電壓； ：接地； 口 ： P0 口為一個(gè) 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(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高 ； 口： P1 口是一個(gè)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(shí)，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(shí)， P1 口作為第八 位地址接收。 口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，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(shí)， 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(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， 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(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào) ； 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè)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，如下表 21 所示： 表 21 P3 口的第二功能 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 引 腳 第二功能 信 號(hào) 名 稱 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 串行數(shù)據(jù)接收 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 外部中斷 0 請(qǐng)求 外部中斷 1 請(qǐng)求 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 計(jì)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(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意 的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置0； 9./PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信號(hào)將不出現(xiàn) ； 10./EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)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(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)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(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合 ，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 “ 1”且在任何非空存儲(chǔ)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(shí)器，計(jì)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(gè)硬件復(fù)位為止。 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。 MCS51 單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異 的典型值為 12MHZ。 MCS51 內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器， XTAL XTAL2 分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。 AT89C51 是屬于 CMOS8 位微處理器，它的時(shí)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(gè)可控的負(fù)反饋反相放大器，外接晶振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器，圖 24 為 CMOS 型單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖。振蕩器工作受 /PD 端控制，由軟件置“ 1” PD（即特殊功能寄存器）使 /PD＝ 0， 振蕩器停止工作，整個(gè)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(shí)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(shí)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(gè)：其一是使振蕩器起振，其二是對(duì)振蕩器的頻率 f起微調(diào)作用（ C C2 大， f變?。?，其典型值為 30pF。 圖 24 CMOS 型單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖 復(fù)位電路 計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)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(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 MCS51 單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳 RST，它是史密特觸發(fā)輸入 (對(duì)于 CHMOS哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 單片機(jī)， RST 引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻 )，當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期 (即 24 個(gè)時(shí)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(shí) ALE、 PSEN、 P0、 P P P3 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(dòng)復(fù)位方式。對(duì)于 MOS(AT89C51)單片機(jī)只要接一個(gè)電容至 VCC 即可 (見圖 25)。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在RST 端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以使 MCS51 有效的復(fù)位。 RST 端在加電時(shí)應(yīng)保持的高電平時(shí)間包括 VCC 的上升時(shí)間和振蕩器起振的時(shí)間， Vss 上升時(shí)間若為 10ms，振蕩器起振的時(shí)間和頻率有關(guān)。 10MHZ時(shí)約為 1ms， 1MHZ 時(shí)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(shí)間常數(shù)越大，上電 RST 端保持高電平的時(shí)間越長(zhǎng)。 若復(fù)位電路失效，加電后 CPU 從一個(gè)隨機(jī) 的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 + 5 VV c cR S TM C S 5 1V s sCR 圖 25 上電復(fù)位電路 顯示電路 顯示電路采用 LED數(shù)碼管動(dòng)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(shí)必須加限流電阻。 LED有單個(gè) 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 26 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(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管 ag 控制七個(gè)筆畫（段）的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)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(jiǎn)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 2哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 7 所示，為七段數(shù)碼管的管腳圖。 圖 26 七段發(fā)光顯示器的結(jié)構(gòu) D P Y abcde fgd pabcdgfeC O M.d p 12 34 5 67 89 圖 27 七段發(fā)光顯示器管腳的結(jié)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)方式： 采用的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)為 7407，它的全名為 7407 TTL 集電極開路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單