【導(dǎo)讀】為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測速發(fā)電機為檢測元件，得到的信號是模。隨著微型計算機的廣泛應(yīng)用，特別是高性能價格比的單片機的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量普遍采用以單片機為核心的數(shù)字式測量方法。本文便是運用AT89C51單片機控制的智能化轉(zhuǎn)速測量儀。程中，需要對其進行監(jiān)控，轉(zhuǎn)速是一個必不可少的一個參數(shù)。NE555、L298N、運算放大器等構(gòu)成。分發(fā)揮了單片機的性能。本文重點是測量速度并顯示?？煽?，性價比較高等特點。關(guān)鍵字：MSC-51（單片機）；轉(zhuǎn)速檢測；傳感器。

　　

【正文】 在編寫的過程中，盡量向結(jié)構(gòu)化、模塊化的方向編寫，整個設(shè)計調(diào)用程序的清單見附錄 。本章將對該直流電機 測速系統(tǒng)的設(shè)計做具體分析。首先分析主設(shè)計的流程，其程序流程圖如圖41 所示。 如上圖顯示，本設(shè)計方法比較簡單。首先是對 P1 口送初值，即給 AT89C51送取一個占空比為 50%的數(shù)據(jù)。跟著對數(shù)據(jù)和中斷進行初始化：對控制電機的選通信號與方向信號的引腳置 0（通電時電機不啟動，直到按下啟動鍵后再啟動，啟動后的轉(zhuǎn)向是正轉(zhuǎn)）；對顯示子程序中用到的數(shù)據(jù)寄存單元及測速子程序中用到的時間寄存器、速度數(shù)據(jù)寄存器清零；設(shè)定 T0 的工作方式及定時時間，開中斷，并讓 T0 開始工作。接著就按順序循環(huán)調(diào)用顯示電路設(shè)計、測速電路設(shè)計和鍵盤掃描電路設(shè)計。 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試 25 圖 41 系統(tǒng)主設(shè)計流程圖 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試 26 測速程序設(shè)計 測速是本系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能，通過對速度的測量并顯示出數(shù)值來，能讓人直觀地看出調(diào)速的結(jié)果和性能。實現(xiàn)測速功能的設(shè)計流程圖如圖 42 所示。 圖 42 測速程序設(shè)計流程圖 轉(zhuǎn)速的檢測，實際上是應(yīng)用了兩個中斷服務(wù)子程序， T0 中斷和 INT0 中斷。INT0 中斷執(zhí)行的功能十分簡單，就是外部每輸入一個脈沖， R0 寄存器就加 1。T0 中斷的作用就是給定一個時間間隔 T，在 T 內(nèi)應(yīng)用 INT0 中斷對外部脈沖進行計數(shù)，時間到就送出 R0 的數(shù)值，并對其 清零。 單片機的轉(zhuǎn)速測量完成，定時器 T0 作為內(nèi)部定時器，外部中斷來的時候讀取 TH0， TL0，并同時清零 TH0、 TL0，使定時器再次循環(huán)計內(nèi)部脈沖。此外，對于低速情況下，我們還要設(shè)定一個軟件計數(shù)器 VTT，當(dāng)外部中斷還沒來而內(nèi)部定時器已經(jīng)溢出，產(chǎn)生定時器 0 中斷時，增加 VTT，作為三字節(jié)中的高字節(jié)。三字節(jié)組成除數(shù)，上面的常數(shù)為四字節(jié)，所以計算程序?qū)嶋H上就是調(diào)用一個四字節(jié)除三字節(jié)商為兩字節(jié)的程序。 為數(shù)碼管能夠顯示出來，需將二進制轉(zhuǎn)換為十進制，在將十進制轉(zhuǎn)換為非第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試 27 壓縮 BCD 碼后，才能調(diào)用查表程序，最后送顯示。 A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計 TLC2543 和 80C51 控制接口和其它微處理器接口一樣， 配置為輸入端。 、 和 編程為輸出端。設(shè)定 使 TLC2543 片選端為高。TLC2543 被調(diào)用。這個程序包含合成 SPI 操作，在 TLC2543 和微處理器間交換數(shù)據(jù)的指令。檢測最低位前導(dǎo)標志，即跳到選擇 /方式數(shù)據(jù)字節(jié)的位為 1，以決定轉(zhuǎn)換結(jié)果的哪個字節(jié)最先傳送。 TLC2543 程序如下： 0000h ljmp main main: mov sp,60h loop1: lcall tcl2543 lcall bcd lcall dir ajmp loop1 tcl2543: mov r4,04h mov a,r4 msb: mov r5,8 loop: mov p1,02h mov c, rlc a mov ,c setb 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試 28 nop clr djnz r5,loop mov r2,a ret bcd: mov a,r2 mov b,100 div ab mov 50h,a mov a,10 xch a,b div ab mov 51h,a mov 52h,b ret dir:mov r0,50h mov r3,0feh ld1: MOV P2,r3 mov a,@r0 inc r0 mov dptr,tab movc a,@a+dptr mov p0,a acall dl11 mov a,r3 rl a mov r3,a jb ,ld1 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試 29 ret tab:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h db 6dh,7dh,07h,7fh,6fh db 00h,0ffh dl11:mov r7,02h dl:mov r6,0ffh dl6:djnz r6,dl6 djnz r7,dl ret end 電機驅(qū)動程序設(shè)計 圖 43 電機驅(qū)動程序流程圖 本設(shè)計中，直接應(yīng)用 AT89C51 用軟件的方法模擬輸出 PWM 信號，其設(shè)計流程圖如圖 43。在本設(shè)計中，我們應(yīng)用單片機每 100 個機器周期為 PWM波形的基本周期（ AT89C51 采用 12MHz的晶體，即 PWM波形的周期為 100uS，其頻率為 10KHz），采用定頻調(diào)寬的方法。定時器 T0 確定 PWM 波的頻率，第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試 30 T1 確定高電平的時間，這樣改變 T1 的初值就可以改變占空比。 鍵盤程序的設(shè)計 在初始狀態(tài)下，列輸出端口輸出低電平，然后持續(xù)檢測行輸入端口的狀態(tài)是不是高電平，如果沒有鍵盤按下，輸入端口位高電平，如果有按鍵按下，則被按下的按鍵對應(yīng)的行輸入端口的電平就會被拉低，對行輸入端口電平的檢測即位對按鍵的檢測，只要檢測到有低電平出現(xiàn)就轉(zhuǎn)到查詢程序。 顯示程序的設(shè)計 LED 顯示的動態(tài)顯示方式，全部數(shù)碼管公用一套斷碼驅(qū)動電路，各位 數(shù)碼管同段引腳短接后再接到對應(yīng)段碼的驅(qū)動線上。顯示時通過位控信號采用掃描的方法逐位地循環(huán)點亮各位數(shù)碼管。下面是數(shù)碼管的驅(qū)動程序： disp1: mov dptr,tbb mov a,@r0 movc a,@a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti inc r0 djnz r2,disp1 ret TBB DB 011H。0 DB 0F9H。1 DB 023H。2 DB 061H。3 DB 0C9H。4 DB 045H。5 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試 31 DB 005H。6 DB 0F1H。7 DB 001H。8 DB 041H。9 統(tǒng)測試結(jié)論 測試結(jié)果如表 41 所示： 表 41 轉(zhuǎn)速測試結(jié)果 預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值 /(r/min) 實測轉(zhuǎn)速值 (r/min) 誤差（％） 720 960 1380 1800 2220 3060 750 990 1410 1830 2250 3060 結(jié)論： 本測速系統(tǒng)采用光電傳感器敏感速率信號，具有頻率響應(yīng)快，抗干擾能力強等特點。光電傳感器的輸出信號經(jīng)信號調(diào)理后，通過單片機對連續(xù)脈沖記數(shù)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測控，并且充分利用了單片機的內(nèi)部資源，有很高的性價比。經(jīng)過測試并對誤差進行分析發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的測量誤差在 5%以內(nèi)，并且在測量范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速越高測量精度越高。所以該系統(tǒng)在一般的轉(zhuǎn)速檢測和控制中均可應(yīng)用。 系統(tǒng)調(diào)試 電路調(diào)試是整個系統(tǒng)功能否實現(xiàn)的關(guān)鍵步驟 ，我們將整個調(diào)試過程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試主要是針對我的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的單片機硬件電路分別進行調(diào)試。第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試 32 這一部分硬件調(diào)試主要分成兩大塊：上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試。 上電前的調(diào)試： 在上電前，我們必須確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。 別是數(shù)碼管的連接部分，有 PROTEL制作的 PCB 確保要和原理圖上的圖一致，有些在電路板上沒 法連接的線路，要用短接線把接好，對照著原理圖部分，一部分一部分地用萬用表測量，注意焊點之間，確保焊點沒有短接在一起，同時注意焊點的美觀，確保沒有開路以及短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。 上電后的調(diào)試： 確保硬件電路正常，無異常情況 (斷路或短路 )方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗電路是否接錯，同時還要檢驗原理是否正確，在本次設(shè)計中，上電調(diào)試主要指轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的單片機控制部分、數(shù)碼管點亮部分、和串口通信部分的硬件調(diào)試。 單片機控制部分硬件調(diào)試：這一部分調(diào)試主要是檢查時鐘電路、復(fù)位電路、外圍電路是否接對，單片機的電源以及地是 否接好，以及其他的一些管腳的接法?？磫纹瑱C通電后能否可以正常工作等這一系列問題。 數(shù)碼管 LED 電路調(diào)試：由于數(shù)碼管采用的是動態(tài)掃描的方式點亮的。數(shù)碼管的公共端（ COM）接在 74164 驅(qū)動再接到單片機的 P2 口作為位選信號，字型是接在 P0 口。電路上電檢查 74164 是否接上電源和地讓其正常工作。在這一前提下，查看數(shù)碼管能否點亮。只需要接仿真機上編寫一個小程序讓 4位 LED 全亮，或者讓它們其中的某位點亮，也可以顯示不同的數(shù)字，根據(jù)要求給 P0 口， P2 口分別賦值。即可檢查數(shù)碼管的硬件電路是否正確，即可判斷顯示驅(qū)動電路 整個完整首先排除這里的故障。 發(fā)送部分硬件電路調(diào)試：這一部分電路硬件調(diào)試主要完成任務(wù)是使得通過電平轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換前后的電平關(guān)系?？梢杂檬静ㄆ骱腿f用表檢查電平轉(zhuǎn)換前后的關(guān)系。 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試 33 軟件調(diào)試 單片機程序調(diào)試思路： 單片機部分調(diào)試工作的完成主要應(yīng)用 LCA51 軟件來完成，這一部分工作首先將轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)中的各個模塊 —— 計算程序中的轉(zhuǎn)速設(shè)計、鍵盤按鍵設(shè)計， PWM 調(diào)速的設(shè)計以及顯示部分設(shè)計調(diào)試好，不斷調(diào)試，不斷修改直到正確為止。 LCA51 軟件是一種非常實用的多窗口編輯、調(diào)試軟件。 LCA51 軟件全面支持匯編語言， C51 語言， PL/M51 語言的編譯 /連接、調(diào)試。軟件支持單文件方式和工程化管理兩種模式。用戶可自定義各種語言的關(guān)鍵詞 .軟件完全支持源語句級在線調(diào)試。高級語言還支持源文件調(diào)試和匯編語言指令行對照調(diào)試。用戶可同時打開多個窗體編輯、調(diào)試、變量觀察 .用戶可在線對原文件直接編輯、編譯、連接、加載和調(diào)試，軟件支持編譯錯誤源文件定位。調(diào)試時用戶可動態(tài)觀察、修改設(shè)定變量（包括 CPU 片內(nèi)寄存器、特殊寄存器及外部寄存器、內(nèi)存）的值。 調(diào)試主要方法和技巧： 通常一個調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能：跟蹤、斷點、查看變量、更改數(shù)值。 調(diào)試應(yīng)用程序所提供的重要性能也許就是跟蹤應(yīng)用程序。跟蹤應(yīng)用程序使用戶能夠在運行應(yīng)用程序時，看到 PC 指針在應(yīng)用源代碼程序中的確切位置，LCA51 提供以下方法對程序的執(zhí)行進行跟蹤。 跟蹤型單步執(zhí)行一條源語句程序。但是，如果調(diào)用一函數(shù)，則進入函數(shù)中，再執(zhí)行函數(shù)的第一條源語句行前停止。 過型單步僅執(zhí)行下一條源語句程序，然后又停止。如果是調(diào)用一函數(shù)，運行完整個函數(shù)并停止在函數(shù)返回處。 如果已知程序中某塊代碼實際運行正常的情況下，仍用跟蹤調(diào)試方法，將大大浪費時間，而且很枯燥，因此調(diào)試中第二個 重要工具是在源代碼中預(yù)定處設(shè)置斷點，大多數(shù)調(diào)試程序通過使用斷點中止程序執(zhí)行。 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試 34 注意：如果用戶調(diào)試高級語言，因為系統(tǒng)要占用 2 個斷點，所以可設(shè)置的斷點數(shù)為最大斷點個數(shù)減 2。 LCA51 調(diào)試軟件還提供一次性斷點：執(zhí)行到光標所在行。如果用戶按熱鍵 F4，調(diào)試程序繼續(xù)執(zhí)行程序代碼，直到它到達光標行處或調(diào)試程序遇到另一個斷點。 顯然，通過一系列指令查看應(yīng)用程序，了解導(dǎo)致某一錯誤的執(zhí)行也是一種非常有效的方法。 LCA51 軟件提供了以下幾種方法對變量進行查看。 通過添加觀察項菜單可以將用戶希望觀察的變量添加到觀察 窗口中，長期進行觀察。用戶程序在單步或斷點停下時，將更新變量的取值。 用戶可以直接移動鼠標到相應(yīng)的變量名上，點擊鼠標左鍵，將出現(xiàn)一個提示窗口，顯示這個變量的當(dāng)前值。 用戶還可以打開程序空間窗口、內(nèi)部數(shù)據(jù)窗口、外部數(shù)據(jù)窗口進行數(shù)據(jù)塊觀察。 如果用戶在調(diào)試過程中了解到變量的內(nèi)容（超值、未定義等）會對程序性能產(chǎn)生影響或引起異常時，立即更改變量的內(nèi)容是很有效的方法，以確保該值在正確范圍內(nèi)不會產(chǎn)生錯誤。 LCA51 軟件提供一系列更改變量數(shù)值的方法，以便用戶能檢查程序?qū)φ麄€變量值范圍的反應(yīng)，而無需為設(shè)置每個 值而重新加載調(diào)試。在更改對話框中用戶輸入要更改的取值，點擊確定按鈕。用戶可以在輸入框中輸入十六進制或十進制數(shù)據(jù)。 設(shè)計調(diào)試過程： 整個設(shè)計是一個主設(shè)計電路調(diào)用各個子設(shè)計電路實現(xiàn)功能的過程，要使主設(shè)計電路和整個電路都能平穩(wěn)運行，各個模塊的子設(shè)計電路的正確與平穩(wěn)運行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個子設(shè)計電路進行分別調(diào)試。 綜合調(diào)試 在硬件和軟件單獨調(diào)試成功后進行軟硬件綜合調(diào)試，它可以分成以下幾個步驟： 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試 35 ，電機運行。 ，計算出轉(zhuǎn)速值并存儲。 LED 數(shù) 碼管把測量的數(shù)據(jù)顯示出