【導讀】隨著單片機技術的飛速發(fā)展，通過單片機對被控對象進行控制日益成為今后的一。個重要發(fā)展的方向。該測速器是通過采集霍爾傳感器發(fā)出的脈沖信號由單片機記數(shù),它的實時轉速值通過LED顯示非常方便直觀,還可以通過按鍵顯示瞬時。它具有超速報警與串行通訊口功能,還可以實現(xiàn)高低轉速。具有硬件結構簡單,測量速度快,精度高,運行可靠等優(yōu)點。法，輔以相應的硬件實現(xiàn)了一個測速儀表的基本功能。本控制系統(tǒng)具有操作簡單、使用。調試的結果表明該系統(tǒng)控制效果良好。

　　

【正文】 片機，使單片機對標準的矩形脈沖進行計數(shù)。 處理過程中波形的變化由下圖可以清晰觀察到： 基于單片機的數(shù)字測速儀的設計 16 V iV i傳 感 器 輸 出 波 形濾 波 后 波 形整 形 后 的 波 形 圖 211 處理過程波形變化 顯示電路的設計 數(shù)碼管在儀器儀表中有著廣泛的用途，如萬用表、轉速表等。目前，在基于單片機系統(tǒng)的儀器儀表中，除了需要完成選定功能的算法和傳感器外，還需要輸入、輸入出裝置。 數(shù)碼管在儀器儀表中主要是顯示單片機的輸出數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，因而，作為外圍典型器件，數(shù)碼管顯示是反映系統(tǒng)輸出和操縱輸入的有效器件。數(shù)碼管具備數(shù)字接口，可以很方便地和單片機系統(tǒng)連接；數(shù)碼管的體積小、重量輕，并且功耗低，是一種理想的顯示單片機數(shù)據(jù)輸出內(nèi)容的器件，在單片機系統(tǒng)中有著重要的作用。 顯示部分分為靜態(tài)顯示電路 和動態(tài)顯示電路兩種。 靜態(tài)顯示：各數(shù)碼管在顯示過程中持續(xù)得到送顯信號，與各數(shù)碼管接口的 I/O 口線是專用的。其特點是，無閃爍，用元器件多，占 I/O 口線多，無須掃描，節(jié)省 CPU 時間，編程簡單。 動態(tài)顯示：各數(shù)碼管在顯示過程中輪流得到送顯信號，與各數(shù)碼管接口的 I/O 口線是共用的。其特點是，用元器件少，占 I/O 口線少，必須掃描，花費 CPU 時間，編程復XX 大學 畢業(yè)設計（論文） 17 雜。 在單片機系統(tǒng)中 ， 如果并行口的 I/O 資源不夠，而串行口又沒有其他的作用 ， 那么我們可以用 74LS164 來擴展并行 I/O 口，節(jié)約單片機資源 。 本次設計因此使用了芯片74LS164，以串入并出的方式向 LED 發(fā)送數(shù)據(jù)。 74LS164 是串行輸入、并行輸出移位寄存器，并帶有清除端。其引腳如圖所示。其中， Q0 到 Q7：并行輸出端。 A、 B：串行輸入端。 RM ：清除端，零點平時，使 74LS164 輸出清 0。 CLK：時鐘脈沖輸入端，在脈沖的上升沿實現(xiàn)移位。當 CLK＝ 0、 MR＝ 1 時， 74LS164 保持原來的數(shù)據(jù)狀態(tài)。 A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713C L K8MR97 4 A L S 1 6 4 圖 212 74LS164 引腳圖 而 LED 顯示則采用動態(tài)顯示。 9 0 1 29 0 1 29 0 1 29 0 1 2P 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4P 1 . 3L E DV C CV C CV C CV C CR 1R 2 R 3 R 4 R 5 R 6 R 7 R 8Q 0Q 1Q 2Q 3Q 4 Q 5Q 6Q 7 圖 213 顯示電路 如圖，此電路 用單片機 → 串入并出芯片 → 數(shù)碼管 ‖的動態(tài)顯示技術。單片機與 74LS164 型串入并出電路連接，單片機工作在主機模式， 74LS164 的 CLK 引腳接至 單基于單片機的數(shù)字測速儀的設計 18 片機 （ TXD） 引腳， 74LS164 的數(shù)據(jù)輸入引腳 A/B 接至 單片機 引腳 （ RXD） 。 單片機將需要顯示的 8 位字段碼通過同步串口傳至 74LS164，由 74LS164 輸出 8 位并行邏輯電平驅動數(shù)碼管顯示。單片機依次使能 4 位數(shù)碼管的位選擇端，按順序點亮 4位數(shù)碼管的各位。由于人眼觀察時特有的 ―視覺暫存 ‖效應，當亮滅頻率達到一定程度時無法覺 察數(shù)碼管明暗的變化，認為 4 位數(shù)碼管各位始終點亮，即實現(xiàn)了 4 位數(shù)碼管的動態(tài)顯示。通過使用同步串口與 74LS164 型串入并出芯片驅動數(shù)碼管的 8 位字段碼，比傳統(tǒng)并行驅動方式節(jié)約 6 個單片機 I/O 口 。 由于采用動態(tài)顯示技術，編程時必須注意每次更新顯示數(shù)值應先將待顯示字段送到 74LS164，再通過 — 使能數(shù)碼管中某一位點亮，否則就會發(fā)生錯位顯示現(xiàn)象。 鍵盤接口電路的設計 + 5 VK E Y 1K E Y 2K E Y 3K E Y 4P 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3 圖 214 鍵盤接口電路 按鍵說明： K K K K4為四個 功能鍵盤 ， 分別接在單片機為 ， ， ， I/O口上 ,并設置為低電平有效。它們的功能分別為 :設定鍵 ,上限 /下限選擇鍵 ,降速鍵 ,升速鍵等。當您按動其中任一鍵時 ,軟件將執(zhí)行對應的應用程序從而實現(xiàn)了該功能的操作。 串行通信接口電路 在實際的測量和控制過程中，經(jīng)常需要進行信息的傳輸和交換。數(shù)據(jù)傳送的方式可分為并行傳輸和串行傳輸，相應的通信總線被稱為并行總線和串行總線。串行傳輸比并行傳輸用的導線數(shù)少，傳輸距離比并行傳輸要遠的多。 此次設計就采用的是串行傳輸，采用的總線標準是 RS485。由于 RS485 規(guī)定的邏輯電平與一般的微處理器、單片機的邏輯電平是不一致的，與 RS232C 相類似采用的是負邏輯。其邏輯電平與 TTL 電平顯然是不匹配的，為了實現(xiàn) RS485 電平與 TTL 電平的XX 大學 畢業(yè)設計（論文） 19 連接，必須進行信號電平轉換。本次設計為了實現(xiàn) RS485 標準電平與 TTL 電平間相互轉換采用的接口芯片是 MAX485。其中單片機的 、 （ RXD）、 （ TXD） 分別與 MAX485 的 RE/DE、 RO、 DI 相連，構成串行通信電路，將系統(tǒng)測量得到的 轉速數(shù)據(jù)傳輸出去。 1． RS485 標準 RS485 是 RS422A 的變形。 RS422A 為全雙工，可同時發(fā)送和接收； RS485 則為半雙工，在某一時刻，一個發(fā)送另一個接收。 真正的多點總線應由連接至總線的多個驅動器和接收器構成，并且其中任何一個均可發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，也就是說兩條信號線組成的單通道即可完成收發(fā)功能。 RS485 是一種多發(fā)送器的電路標準，它擴展了 RS422A 的性能，允許雙總線上一個發(fā)送器驅動32 個負載設備。負載設備可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器。當用于多站互連時，可節(jié)省信號線，便于高速遠距離傳送。 2．驅動芯片 MAX485 介紹 MAX485 的管腳圖如 圖 215 所示，使用于半雙工通信。 DE3DI4V C C8B7ROREAGND1256 圖 215 MAX485 引腳圖 管腳功能如下： RO： 接收器輸出。當 AB+， RO=1；當 AB， RO=0。 /RE：接收器輸出使能。 RE=0 時，允許接收器輸出； RE=1 時，禁止接收器輸出，RO 為高阻。 DE：驅動器輸出使能。 DE=0 時，允許驅動器工作； DE=1 時，禁止驅動器工作 ，A、 B 為高阻。 DI：驅動器輸入。 DI=1 時，輸出 A 為高阻， B 為低； DI=0 時，輸出 A 為低， B 為高阻。 A：接收器同相輸入 /驅動器同相輸出。 B：接收器反向輸入 /驅動器 反向輸出。 VCC：電源（ Vcc）。 GND：地。 驅動器和接收器的輸入輸出關系見表 23 和 24 所示。 基于單片機的數(shù)字測速儀的設計 20 表 23 MAX485 發(fā)送功能表 輸入 輸出 /RE DE DI A B X 1 1 0 1 X 1 0 1 0 0 0 X 高阻 高阻 1 0 X 高阻 高阻 表 24 MAX485 接收功能表 輸入 輸出 /RE DE AB RO 0 0 + 1 0 0 0 0 0 輸入開路 1 1 0 X 高阻 RS485 通信方式與 RS232 相比有很多優(yōu)點，首先，它的通信距離比 RS232 要遠得多，通常可以做到數(shù)百米甚至千米以上，而且還可以實現(xiàn)多點通信方式，從而可以建立起一個小范圍內(nèi)的局域網(wǎng)，因而更有實用價值。 RS485 采用差模信號傳輸方式，與地電平關系不大，因而它抗干擾的能力比 RS232 強得多，即便在信號電壓比較小的情況下也能獲得穩(wěn)定的傳輸。但是微機本身并不具備專用的 RS485 通信口。由于 RS485與 RS232的工作電平不相同，工作方式與控制機理也有差別，故而想利用現(xiàn)成的 COMCOM2 串行口來實現(xiàn) RS 一 485 通信時， 還需對硬件和軟件進行相應的設計。 圖 216 是單片機與微機 RS 一 485 通信的方框示意圖。 單 片 機微 機 串 行 口C O M 1 、 O M 2R S 4 8 5電 平轉 換R S 4 8 5 圖 216 單片機與微機 RS 一 485 通信的方框示意圖 單片機與微機 RS485 通信的電路圖如下： XX 大學 畢業(yè)設計（論文） 21 V C CP 3 . 0P 3 . 18 9 C 5 1P 1 . 0R 0D IR ED EABG N DG N DV C CR 0D IR ED EABG N DV C CV C CG N D123456789M A X 4 8 5R S 4 8 5傳 輸 線2 K 2 K+ 5 VM A X 4 8 5 M A X 2 0 3 E3 3 u 0 . 1 uD 35 V1 0 0R X DT X DD T RD 1D 21 21 71 11 51 61 0132 01 841 9 圖 217 RS 一 485 通信電路圖 超速報警電路 由于電機故障，或者其他客觀原因造成轉速過快，這樣容易造成飛車事故。為了避免造成不必要的財產(chǎn)損失，人員受傷，系統(tǒng)設計了超速報警部 分。 AT89C51的 ， 101010??的高低電平，驅動揚聲器發(fā)聲。只要使揚聲器重復輸出 256Hz 及 350Hz 的叫聲各 0． 73s，便可以模擬警車的叫聲，產(chǎn)生警示作用。機車的上限速度 Vm 通過鍵盤設置并存儲起來。單片機檢測霍爾傳感器輸出的信息，計算出機車當前的速度 V，并送 LED 顯示。當 V≥Vm時，控制揚聲器發(fā)出警示音。 “ 單片機系統(tǒng) ” 區(qū)域中的 端口用導線連接到 “ 音頻放大模塊 ” 區(qū)域中的 SPK IN端口上；在 “ 音頻放大模塊 ” 區(qū)域中的 SPK OUT 端口上 接上一個 8 歐的或者是 16 歐的喇叭；把 “ 單片機系統(tǒng) ” 區(qū)域中的 “ 四路撥動開關 ” 區(qū)域中的 K1 端口上； 系 統(tǒng)的硬件電路簡圖如圖 218 所示。 基于單片機的數(shù)字測速儀的設計 22 L M 3 8 6I N +I N B Y P A S SG N DV S SV O U TG A I NG A I N++P 1 . 01 0 K4 7 01 0 u F0 . 1 u F4 7 u F0 . 0 4 7 u F1 0 圖 218 報警電路 XX 大學 畢業(yè)設計（論文） 23 第 3 章 軟件部分設計 主程序設計 本設計程序主要包括：系統(tǒng)初始化模塊、測量模塊、顯示模塊、控制報警模塊、串行通信模塊 五 部分組成。系統(tǒng)初始化模塊 包括內(nèi)存單元和變量緩沖區(qū)的初始化、定時器設置、中斷向量設置和各芯片引腳的初始化定義等內(nèi)容。測量模塊主要完成 對轉速的測量工作，也是本次設計所要完成的主要工作。串行通信模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)與計算機的相互收發(fā)，以便于計算機對過程進行控制。顯示模塊是完成對測量結果的顯示功能，整個測量系統(tǒng)所要完成的工作就是測量轉速值，并將其顯示出來，因此顯示模塊也是非常重要的部分?？刂茍缶K主要是使用鍵盤掃描，來設置電機的轉速上限，防止超速，一旦速度超過設定的上限，報警模塊就會起作用。 主程序設計首先要對這個系統(tǒng)進行初始化，然后開中斷，開始對轉速進行測量。接著調用顯示子程序，將測量結果顯示出來。 如果超速還要調用報警程序。 本次設計還需要完成與 計算機的數(shù)據(jù)交換，因此需要一個串行通信程序。 主程序流程圖如圖 31 所示。 基于單片機的數(shù)字測速儀的設計 24 開 始系 統(tǒng) 初 始 化開 中 斷調 用 測 量子 程 序是 否 超 速 ？報 警子 程 序顯 示子 程 序串 行 通 訊子 程 序結 束NY有 無 鍵 盤 按 下 ？設 置子 程 序退 出YNYN 圖 31 主程序流程圖 XX 大學 畢業(yè)設計（論文） 25 系統(tǒng) 初始化程序流程圖如下： 定 義R A M 單 元R S 485初 始 化T 0、 T 1初 始 化 圖 32 初始化流程圖 鍵盤掃描程序設計： 開 始K E Y 1K E Y 2K E Y 3K E Y 4結 束K E Y 1