【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 3 D U 5CH G 1 1R22 .4KR10 .2K+ 5V3 智能轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 本轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)有以下幾個部分構(gòu)成，如圖 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)方框圖所示。如圖 ，當(dāng)測速齒盤轉(zhuǎn)動時，將會 產(chǎn)生正弦脈沖電信號，然后把信號送入放大電路、整形及三極管整形電路進行處理，將正弦波信號轉(zhuǎn)化為TTL 電平輸出到 單片機進行轉(zhuǎn)速計數(shù)，最后通過數(shù)碼管顯示其數(shù)值 。 1．轉(zhuǎn)速 信號拾取的結(jié)構(gòu) 本設(shè)計中采集信號部分是通過光電傳感器來實現(xiàn)，利用測速圓盤將光信號轉(zhuǎn)變成單片機能夠處理的電信號。紅外線發(fā)光二極管發(fā)出的光信號通過測速圓盤的孔，到達紅外線接收三級管表面，它將接收到的光信號轉(zhuǎn)變成電信號輸出。如圖 轉(zhuǎn)速傳感器電路圖 所示。 P2口的 ～ 口作為數(shù)碼管的段驅(qū)動，中間通過緩沖器 74LS245 進行數(shù)據(jù)緩沖。 P0口的 ～ 口通過反向驅(qū)動器 74LS04 構(gòu)成位驅(qū)動。而各位的共陽極分別由相應(yīng)的 I/O 線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。因此，同一個時刻，某一位的顯示與該位的位選線選通狀態(tài)有關(guān)，若要各位 LED能夠顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用掃描顯示方式 [10]。因此，本系統(tǒng)在設(shè)計時，做了一些考慮，在硬件設(shè)計時增加了串行通信口，采用 MAX232 電平 轉(zhuǎn)換芯片，將 PC機串行口的 RS232 電平與 AT89C51 單片機使用的 TTL 電平進行轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了單片機和 PC機之間的數(shù)據(jù)傳送。 圖 MAX232引腳圖 圖 AT89C51管腳圖 本設(shè)計使用的鍵盤主要為完成一個功能 — 轉(zhuǎn)速測量的啟動 /停止；我們將開關(guān)直接與 AT89C51 單片機的 接口相連，通過讀 I/O 口，判定各 I/O 線的電平 狀態(tài)，即可識別出按下的按鍵。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 單片機除本身需要復(fù)位以外，外部擴展的 I/O接口電路等也需要復(fù)位。 AT89C51 單片機的 RST端通過 10kΩ電阻接地， 10μ 電容直接和一個接有按鍵的 200Ω電阻并聯(lián)接入電源端，上電按鈕復(fù)位電路。 硬件電路中主要部件的介紹 ： 隨著智能儀表的發(fā)展，用單片機構(gòu)成的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)普及，該系統(tǒng)它不僅采集數(shù)據(jù)而且還能對采集到的模擬信號進行數(shù)據(jù)處理。該器件使用 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲器制造技術(shù)，并且與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS51TM的指令系統(tǒng)和管腳配置兼容。 這一器件將通用的 8bitsCPU 和閃存結(jié)合起來，集成在一個芯片上，使該芯片成為不少控制系統(tǒng)的高度靈活和經(jīng)濟的解決方案?？捎糜谠S多用途，比如連接鼠標(biāo)、打印機或者 Modem，同時也可以接工業(yè)儀器儀表。 RS232 只限 于 PC 串口和設(shè)備間點對點的通信。 計算機的串口采 用的是 RS232電平，是 12V 的電壓，而我們單片機系統(tǒng)則采用的是 TTL 電平，是 0～ +5V 的電壓。在我們的硬件圖里使用互換器 MAX232來進行 TTL電平和 RS232電平的轉(zhuǎn)換。 MAX232 的引腳說明為： VCC：供電電壓； GND：地； C+、 C：外圍電容； T1IN：第一路 TTL/CMOS 驅(qū)動電平輸入； T1OUT：第一路 RS232 電平輸出； R1IN：第一路電平輸入； R1OUT：第一路 TTL/COMS 驅(qū)動電平輸出； T2IN：第二路 TTL/CMOS 驅(qū)動電平輸入； T2OUT：第二路 RS232 電平的輸出； R2IN：第二路 RS232電平輸入； R2OUT：第二路 TTL/COMS 驅(qū)動電平輸出。 4 智能轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計 11 4 智能轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計 C51的介紹 單片機 C語言與匯編語言 在單片機的開發(fā)應(yīng)用中，逐漸引入了高級語言， C 語言就是其中的一種。但是使用匯編語言會遇到很多問題，首先它的可讀性和可維護性不強，特別是當(dāng)呈現(xiàn)沒有很好的標(biāo)注時，其次就是代碼的可重用性也比較低。 C語言具有良好的模塊化，容易閱讀和維護等優(yōu)點。 用 C 語 言編寫程序比用匯編編寫程序更符合人們的思考習(xí)慣，開發(fā)者可以更專心地考慮算法而不是考慮一些細(xì)節(jié)問題，這樣就減少了開發(fā)和調(diào)試時間。很多處理器支持 C編譯器，這意味著對新的處理器也能很快上手，而不必知道處理器的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這使得用 C語言編寫的程序比匯編程序有更好的可移植性。 對大多數(shù) 51 系列單片機，使用 C 語言這樣的高級語言與使用匯編語言相比具有如下優(yōu)點： (1)不需要了解處理 器的指令集，也不必了解存儲器結(jié)構(gòu)； (2)寄存器分配和尋址方式由編譯器進行管理，編程時不需要考慮存儲器的 尋址和數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)； (3)指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀性； (4)可使用與人的思維更相近的關(guān)鍵字和操作函數(shù)； (5)與使用匯編語言編程相比，程序的開發(fā)和調(diào)試時間大大縮短； (6)C 語言中的庫文件提供許多標(biāo)準(zhǔn)的 方程 ， 例如 ：格式化輸出、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和浮點運算等； (7)通過 C 語言可實現(xiàn)模塊編程技術(shù)，從而可將已編制好的程序加入到新程序中； (8)C 語言可移植性好且非常普及， C 語言編譯器幾乎適用于 所有的目標(biāo)系統(tǒng)，已完成的軟件項目可以很容易地轉(zhuǎn)換到其它的處理器或環(huán)境中。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 C51 對標(biāo)準(zhǔn) C語言的擴展 51 系列單片機中使用的 C語言與標(biāo)準(zhǔn) C語言還有一些不同，或者說 C51對標(biāo)準(zhǔn) C 語言有一些擴展。 (2)應(yīng)用 C51更要注重對系統(tǒng)資源的理解，因為單片機的系統(tǒng)資源相對 PC機來說很貧乏，對于 RAM、 ROM 中的每一字節(jié)都要充分利用。 (3)程序上應(yīng)用的各種算法要精簡，不要對系統(tǒng)構(gòu)成過重的負(fù)擔(dān)。 相對于標(biāo)準(zhǔn) C 語言的擴展直接針對 51 系列 CPU 硬件，大致有以下幾個方面： (1)數(shù)據(jù)類型 C51 具有標(biāo)準(zhǔn) C語言所具有的標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)類型，除此之外，為了更加有效地利用 8051 的結(jié)構(gòu)，還加入了以下特殊的數(shù)據(jù)類型。存儲區(qū)可分為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū)、外部數(shù)據(jù)存儲區(qū)以及程序存儲區(qū)。內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)又可分為 3個不同的存儲類型： data、idata、 bdata。但是訪問起來比較慢，因為外部數(shù)據(jù)區(qū)是通過數(shù)據(jù)指針加載地址來間接訪問的。 51 單片機中除了程序計數(shù)器 PC 和 4 組通用寄存器組之外，其它所有的寄存器均為 SFR，并位于片內(nèi)特殊寄存器區(qū)。 工作方式及控制字設(shè)置 1．定時 /計數(shù)器 T0 本系統(tǒng)設(shè)計中， T0 被用 于計數(shù)，我們當(dāng)然希望計數(shù)量越大越好，這樣，可西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 以獲得較大的測量范圍，因此， T0選定為工作方式 1（ 16位的計數(shù)方式），設(shè)計中，沒有使用外部控制端，僅用指令置位 /清零 TR0 來進行計數(shù)的啟動 /停止，這樣，電路較為簡單，但精度會受到一定的影響，但在本設(shè)計中，認(rèn)為采用這種方式，精度可達到要求，因此， T0 采用自由計數(shù)的方式，不用預(yù)置初值。這里選用 T1的工作狀態(tài)為 1。這里，采用的 keil 匯編軟件有較強的預(yù)處理功能，能夠處理較復(fù)雜的運算，因此，計數(shù)程序中可寫為： PlusCounter = TH0*256 + TL0。 由于 AT89C51 單片機在中斷時，會附加延時 38個周期，在滿足一定條件的情形下，驗證這個數(shù)值是否正確，可以在進入仿真調(diào)試時通過觀察 Keil 提供的有關(guān)變量看到，如果不正確，可以根據(jù)實際情況略作調(diào)整，保證定時時間盡量準(zhǔn)確。其 8 位控制。 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 T1 T0 圖 工作模式寄存器 TMOD的位定義圖 說明： GATE：門控位。當(dāng) GATE=0，只要用指令置 TR0/1=1 即可啟動定時 /計數(shù)器0/1 工作。 C/T：定時器 /計數(shù)器選擇位。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 M1M0：定時 /計數(shù)工作模式選擇位。 根據(jù)前面的描述，可以確定 TMOD 的控制字應(yīng)為 00010101B。 } void init_timer1() { TMOD = 0x50。 4．定時 /計數(shù)控制寄存器 TCON TCON 地址 88H，可進行位尋址，復(fù)位值 00H。 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 圖 控制寄存器 TCON的位定 義圖 TF0、 TF1 分別為定時器 T0和計數(shù)器 T1的溢出標(biāo)志位， TR0和 TR1 在正常情況下，都沒有溢出標(biāo)志，只有當(dāng)計數(shù)值或定時值超過 65536 時，才能有溢出中斷請求，這兩位是由硬件置位和硬件清零，不需另行設(shè)置。 TR TR0 分別用于開啟 T1 和 T0 的開關(guān)位，其中 TR1 由系統(tǒng)開啟時，直接置位，打開 T1，開始定時，經(jīng)運行判斷后，打開 TR0。以下是程序定義變量及進行初始化的程序行。 //時間計數(shù)器 bit Flag_Fresh = 0。 //計算轉(zhuǎn)速標(biāo)志 bit Flag_Err = 0。 //開機時，初始化為 0000 Disbuf[1] = 0。 Disbuf[3] = 0。 //T0、 T1 分別初始化 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 init_timer1()。 1． 秒信號的產(chǎn)生 中斷產(chǎn)生后： define TIME_CYLC 100 Tcounter++。 } 判斷 Tcour 是否到達 100 了，如果到達 100，則說明 1 秒時間已到，程序?qū)㈥P(guān)閉 T0計數(shù)器，然后對 T0 中已計得的數(shù)據(jù)進 行處理，然后再去進行顯示，否則直接轉(zhuǎn)去顯示。 圖 秒信號子程序流程圖 2．?dāng)?shù)碼管的顯示 數(shù)碼管顯示采用動態(tài)方式，即通過延遲程序使數(shù)碼管分時點亮，依次循環(huán)。 如圖 數(shù)碼管顯示流程圖所示，從圖中可以看出，程序中利用了一個延時函數(shù)，在函數(shù)中由計數(shù)器自加來實現(xiàn)延時的（自加速度由晶振頻率 決定），當(dāng)計數(shù)值到 5000 時，計數(shù)值清零，點亮下一個數(shù)碼管，從而使第一至第四位數(shù)碼管按設(shè)定逐個點亮。當(dāng)數(shù)碼管顯示 182 時，意味著第 4 位數(shù)碼管顯示 2，第三位顯示 8，第二位顯示 1，第四位顯示 0。 Disbuf[1] = 1。 Disbuf[3] = 2。 //初始化，關(guān)閉所有位選開關(guān) LED_SEG0 = 0。//查位碼表，將其由 P0 輸出 Delay(5) //延時 5ms，等待下一位顯示 ?? 以此規(guī)律進行顯示，直至四位全部顯示完畢，等待下一次循環(huán)。啟動停止可通過 接口進行控制，當(dāng)按鍵按下時，按鍵端口接地，I/O 接口 輸入低電平，程序可表示為 P1^0=0，通過此條件便可實現(xiàn)開關(guān)功能；復(fù)位鍵則不需要軟件支持。程序如下： if(!P1^0) { Delay(10)。 N Y 圖 主程序流程圖 開始 行 計數(shù)器 ,斷口 ,中斷 ,初始化 計算轉(zhuǎn)速 送顯示緩沖區(qū) 結(jié)束 等待 是否有鍵按下 5 程序調(diào)試及固化 18 5 程序調(diào)試及固化 單片機應(yīng)用系 統(tǒng)的程序必須有調(diào)試好的應(yīng)用程序，系統(tǒng)才能運行。 5． 1 單片機開發(fā)平臺簡介 單片機開發(fā)工具的作用有這樣一些： (1)有較齊全的開發(fā)軟件工具，如配置有匯編語言，用戶可用匯編語言編制應(yīng)用軟件。 (2)有全速跟蹤調(diào)試、運行的能力開發(fā)裝置占用單片機硬件資源少。 (3)能進行系統(tǒng)硬件電路的診斷與檢查；為了方便?？旎浖{(diào)試，還應(yīng)配置軟件轉(zhuǎn)儲、程序文本打印、能將程序固化到單片機芯片或系統(tǒng) FLASH ROM 芯片中。該軟件提供了包括 C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（μ Vision）將這些部分組合在一起。 程序調(diào)試 使用菜單 file/new 在項目窗口右側(cè)打開一個文本編輯界面，可在其中寫入指令或?qū)⒁丫庉嬐瓿傻某绦蛘{(diào)入，保存。 如圖 程序的保存界面所示。 圖 程序的加載界面 選擇菜單 Project/Build target 進行連接，此時編譯過程的信息將出現(xiàn)在編譯窗口中，出現(xiàn)的語法錯誤會有提示，根據(jù)提示，修改源程序，直到編譯通過。在調(diào)試之前應(yīng)先修改晶振的頻率，打開菜單Project/options for Target‘ Target 1’ 會現(xiàn)一個對話框，在 Target 修改晶振頻率。如圖 調(diào)試界面所示。 在調(diào)試中，可以采用單步運行對程序進行檢查，修改錯誤，并通 過各參數(shù) 窗口，觀察數(shù)值是否與設(shè)定值相同。 圖 斷點設(shè)置界面（ 1） 反復(fù)修改，