基于微型固态陀螺转速仪的设计(编辑修改稿)

基于微型固态陀螺转速仪的设计(编辑修改稿)内容摘要：

要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 如图 图 四、 复位方式与电路 复位就是通过某种方式，使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作。 MCS51 单片机在时钟电路工作以后，在 RESET 端持续给出 2 个机器周期的高电平就可以完成复位操作。 复位分为上电自动复位和手动复位两种方式。 本系统 12 采用上电复位方式。 上电复位是在单片机接通电源时 ，对单片机的复位。 上电复位电路如下图： 在上电瞬间 RST 端与 VCC 电位相同，随着电容上电压 的逐渐上升， RST 端电位逐渐下降。 上电复位所需要的最短时间是振荡器建立时间加 2 个机器周期 五、中断系统 计算机暂时中止正在执行的主程序，转去执行中断服务程序，并在中断服务执行完了之后自动回到源程序处继续执行。 使用中断系统可有效的改善计算机性能，主要表现如下： （ 1）有效的解决了快速 CPU 与慢速外设之间的矛盾可使 CPU 与外设并行工作，大大提高了工作效率。 （ 2）可及时处理控制系统中许多随机产生 的参数和信息，即计算机有实时处理的能力，从而提高了系统的性能。 （ 3）使系统具备了处理故障的能力，提高了系统的可靠性。 下面说说有关中断的优先级及中断的条件、过程与时间。 中断的优先级：如果在执行主程序时只有一个中断请求源请求中断，而这时 CPU又是对中断开放的那么这个中断立即得到响应。 然而由于中断是随机产生的，中断源又不止 1个，因此往往会出现这样的情况：几个中断源同时请求中断，或者当某一个中断正在响应中（即正在执行该中断源的中断服务程序），又有其他中断源请求中断，这是中断一般会按如下原则进行处理： （ 1）不 同级的中断源同时请求中断时 —— 先高后低； （ 2）同级的中断源同时申请中断时 —— 事先规定； （ 3）处理低级中断又收到高级中断请求时 —— 停低转高； （ 4） 处理高级中断又收到低级中断请求时 —— 高不理低； MCS51 单片机的中断系统对优先级的控制比较简单，只规定了两个中断优先级，对与每一个中断源均可编程为高优先级中断或低优先级中断。 在同一个优先级中，五个中断优先级的次序如下： 外部中断 0（ IE0） 定时器 /计数器 T0溢出中断 (TF0) 外部中断 1(IE1) 定时器 /计数器 T1溢出中断 (TF1) 串行口中断 (RI+TI) MCS51 单片机中有 1个中断优先级寄存器 IP,字节地址为 B8H。 对于每一个中断源，均可通过 IP 的设置来确定优先等级，置 1为高优先级，反之为低。 中断的条件：单片机响应中断的条件为中断源有请求（中断允许寄存器 IE相应位置 1），且 CPU 开中断（即 IE=1）。 这样，在每个机器周期内，单片机对所有中断源进行顺序检测，并可以在任一个周期的 S6 期间，找到所有有效的中断请求，还对其优先级进行排队。 但必须以下条件： （ 1）无同级或高级正在服务； （ 2）现行指令执行到最后 1 个机器周期且已结束； （ 3）若现行指令为 RETI 或需访问特殊功能寄存器 IE或 IP 的指令时，执行完该指令且紧随其后的另一个指令也执行完。 13 单片机便在紧接着的下 1个机器周期的 S1 期间响应中断。 否则，将丢弃中断查询的结果。 中断响应过程：单片机一旦响应中断，首先对响应的优先级有效触发器置位，然后执行 1条由硬件产生的子程序调用指令，把断点地址压入堆栈，再把与中断源相对应的中断服务程序的入口地址送入程序计数器 PC，同时清除中断请求标志（串行口中断和外部电平处罚中断除外），从而程序转移到中断服务程序。 以上功能均由系统完成。 由上述过程可知， MCS51 单片机响应中断后，只保护断点而不保护现场（如累加器 A、工作寄存器 Rn 以及程序状态字 PSW 等），且不能清除串行口中断标志 TI 和 RI，也无法清除外部中断电平触发信号，这些在编制程序时都要加以考虑。 各中断源所对应的中断服务程序入口地址如下： 中断源 入口地址 外部中断 0 0003H 定时器 T0中断 000BH 外部中断 1 0013H 定时器 T1中断 001BH 串行口中断 0023H CPU 从上面相应的地址开始执行中断服务程序直到遇到 1条 RETI 指令为止。 RETI 指令表示中断服务程序的结束。 CPU 执行该指令，一方面清除中断响应时所置位的优先级有效触发器；另一方面从堆栈栈顶弹出断点地址送入程序计数器PC，从而返回主程序。 若在中断服务程序的开始安排了保护现场指令（一般均为相应寄存器内容入栈或更换工作寄存器区），则在 RETI 指令 前应有恢复现场指令（相应寄存器内容出栈或换回原工作寄存器区）。 中断响应的时间：所谓中断响应时间是指从中断请求标志位到转入中断服务程序入口所需要的机器周期，中断响应最短需要 3 个机器周期（ 1 条长调用指令需 2 个机器周期，加上查询的 1 个机器周期）。 下面谈谈外部中断及中断请求的撤除： （ 1）外部中断： MCS51 单片机的中断系统有 2 个外部中断源，引脚信号为 INT0 和 INT1(即 和 )。 其中断请求触发信号有电平触发和边沿触发两种，当 TCON 寄存器中的 IT0位和 INT1 位为“ 0”时采用电平触发；为“ 1”时采用边沿触发。 在电平触发方式下，单片机在每 1个机器周期的 S5P2 期间采样中断输入信号INTx 的状态，若为低电平，则可直接触发外部中断，这样就使得 CPU 对外部的中断申请能得以及时的响应。 在这一触发方式中，中断源必须持续请求，一直到中断产生为止。 然后，在中断服务程序返回之前，必须撤除中断请求信号，否则机器将认为又发生 1 次中断请求。 所以电平触发方式适合于外部中断输入为低电平，且在中断服务程序中能清除该中断源的申请信号的情况。 （本电路就是采用这一方式） 边沿触发方式 适用于以负脉冲形式输入的外部中断请求。 由于外部中断源在每个机器周期被采样 1次，所以输入的高电平或低电平必须保持 12 个振荡周期，以保证能被采样到。 （ 2）中断请求的撤除： CPU 响应中断请求后，在中断返回前，必须撤除请求，负责会错误的再一次引起中断过程。 我们在初始编程时就犯了这样一个错误，认为在中断中还可以 14 跳出来。 单片机的应用 单片机 拥 有体积小、重量轻、价格便宜、功 耗 低、控制功能强及运算速度快等 优 点， 所以被广泛应用于 在国民经济建设 、 军事及家 用电器等领域。 按照单片机的特点， 其 应用可分为单机应用和多机应 用两个方面。 在一个应用系统中，只用 1 片单片机称为单机应用，这是目前应用最多的一种方式。 单片机主要 应用 领域有： 1. 测控系统。 用单片机可以构成各种不太复杂的工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等，达到测量与控制的目的。 如一般温度控制、液面控制、简单生产线顺序控制等。 2. 智能仪表。 用单片机改造原有的测量、控制仪表，促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化方向发展。 如：温度、压力、流量、浓度等的测量、显示、控制仪表，通过采用单片机 软件编程技术，不能完全测量，而且还具有运算、误差修正、线性化、零漂移处理、监控功能于一体。 3. 机电一体化产品。 单片机与传统的机械产品相连接，使传统机械产品结构简单化，控制智能化。 这种新一代机电一体化产品如简易数控机床、电脑绣花机、医疗器械等。 4. 智能接口。 在计算机控制系统，特别是在较大型的工业测、控制系统中，用单片机进行接口的控制与管理加之单片机与主机的并行工作，大大提高了系统的运行速度。 例如：在大型数据采集系统中，用单片机对摸 /数转换接口进行控制不仅可提高采集速度，而且还能对数据进行预处理，如数字 滤波、线性处理、误差休整等。 5. 智能民用产品。 如在家用电脑、玩具、游戏机、声像设备、电子称、收银机、办公设备、厨房设备等许多产品中，单片机控制器的引入，不仅使产品的功能大大提高，性能得到提高，而且获得了良好的使用效果。 单片机的多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机处理及局部网络系统。 1. 功能集散系统。 多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能的要求而设置的多机系统。 例如： 1个加工中心的计算机系统除完成机床加工运行外，还要控制对刀系统、坐标指示、刀库管理、状态监利、伺服 驱动等结构。 并行多机控 制系统。 并行多控制系统主要解决工程应用系统的快速性问题，以便构成大型实时工程应用系统典型的有快速并行采集数据、处理系统、实时图象处理系统等。 2. 局部网络系统。 单片机网络系统的出现，使单片机进入了一个新的领域。 目前单片机构成的网络系统的主要是分布式测、控系统、单片机主要用 于系统中的通信控制，以及构成各测、控用子级系统。 综上所述，目前单片机已用于工业控制、机电一体化设备、仪表设备、信号设备、现代化兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域，随着单片机性能的不断提高，它的应用会更加广泛。 第 2 章 整体方案设计 转速的测量 转速测量有 很 多种方法 ，但大体上 转速测量方法可以分为两类，一类是直接法，即直接观测机械或者点击的机械运动，测量特定时间内机械旋转的圈数，从 15 而测出机械运动的转速；另一类是简介法，即测量由机械转动导致其他物理量的变化，从这些物理量的变化与转速的关系来得到转速，同时从测速仪是否与转轴接触又可以分为接触式，非接触式。 目前国内外的测速方法有广电码盘测速法、霍尔元件测速法、离心式转速表测速法、测速发电机测速法、漏磁测速法、闪电测速法和震动测速法。 本设计我采用 GY50 三轴陀 螺仪作为角速度传感器，用来采集 共阳极 LED 数码显示器 既然用到显示就不得不谈一下共阳极 LED 数码显示器。 LED 数码显示器是 1种由 LED发光二极管组合显示字符的显示器件。 它使用了 8 个 LED发光二极管，其中 7 个用于显示字符， 1 个用于显示小数点，故通常称之为 7 段发光二极管，其内部结构见下图： 共阳极接法 LED 数码显示器有两种连接方法，本产品用的是共阳的。 当然也可以采用共阴极。 把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极 LED 接 +5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。 当阴极端输入低电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入高电平时则不亮。 为了显示字符，要为 LED 数码显示器提供显示段码（或称字形代码），组成一个“ 8”字形字符的 7 段，再加上 1 个小数点位，共计 8 段，因此提供给 LED数码显示器的显示段码为 1 个字节。 各段码位的对应关系如下： 段码位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 显示段 dp g f e d c b a 用 LED 数码显示器 显示十六进制数和空白字符与 P的显示段码如下表： 字型 共阳极段码 共阴极段码 字型 共阳极段码 共阴极段码 0 C0H 3FH 9 90H 6FH 1 F9H 06H A 88H 77H 2 A4H 5BH b 83H 7CH 3 B0H 4FH C C6H 39H 4 99H 66H d A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 82H 7DH F 84。