at89c51单片机-高分辨率转速测量仪(编辑修改稿)

at89c51单片机-高分辨率转速测量仪(编辑修改稿)内容摘要：

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）。 11 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 为在中断中还可以跳出来。 单片机的应用 由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功效低、控制功能强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设军事及家用电器等各个领域均得到了广泛应用。 按照单片机的特点，起应用可分为单机应用和多机应用。 在一个应用系统中，只有用 1 片单片机称为单机应用，这是目前应用最多的一种方式。 单片机应用的主要领域有： 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 12 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 首先谈一下转速测量的方法，测转速也就是测频率。 在显示精度、可靠性、成本和使用灵活性上有一定要求时，就可直接采用脉冲频率运算型转速表。 频率运算方法，有定时计数法（测频法）、定数计时法（测周法）和同步计数计时法。 定时计数法（测频法）在测量上有 177。 １的误差，低速时误差较大；定数计时法（测周法）也有 177。 １个时间单位的误差，在高速时，误差也很大。 同步计数计时法综合了上述两种方法的优点，在整个测量范围都达到了很高的精度，万分之五以上的测量转速仪表基本都是这种方法。 同步计数计时法，是随着单片机的普及而得到普及运用。 同步计数计时法是怎样综合前两种方法的优点的呢。 我们还是用时序来分析。 定时计数时序： 时序图一 时序图二 时序图一 ：计时和计数脉冲不同步 ；时序图二 ：计时和计数脉冲同步。 但不管 计时和计数脉冲同步与否，都有多一少一的误差。 同理，定数计时也有多一少一的误差。 13 同步计数计时时序图 当定时器与被测脉冲同步计数时，为避免被测脉冲计数多一少一的误差，将定时作延时调整，等待被测脉冲计数完整；与此同时，取时间基准脉冲计数值。 这样脉冲计数 N为零误差，时间基准脉冲计数 T有多一少一的误差。 当时间基准脉冲源（晶振）误差小于十万分之一时，误差源主要是时间基准脉冲计数多一少一引起。 频率 f=N/T,假定定时为 1秒，时间基准脉冲周期为 100μ S,T=10000+Δ T f=N/(10000+Δ T), 误差Δ f/f=[N/(10000+Δ T)N/(10000+Δ T177。 1)]/[N/(10000+Δ T)] =1(10000+Δ T177。 1)/(10000+Δ T) =177。 1/(10000+Δ T) 可见误差小于万分之一，随着晶振频率的提高误差减小。 当采用单片机进行计数和运算时，还有中断不及时引起的误差。 频率与转速的关系： f=P*v/60 f表示频率， P表示每旋转一周产生的脉冲个数， v 表示转速亦即每分钟旋转的转数。 T=1/f 从以上的分析可以考虑硬件部分用遮断式光电测速传感器以及单片机配合LED 数码管显示来完成硬件电路的设计，方案图如下： 14 遮断式光电测量 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 84H 71H 7 F8H 07H 空白 FFH 00H 8 80H 7FH P 8CH 73H 15 硬件部分设计 下面谈一下本设计的最小系统，电路图如下： MCS51单片机内部有一个用于构成震荡器的高增益反向放大器，引脚 XTAL1和 XTAL2 分别是放大器的输入端和输出端。 放大器作为反馈组件的片外晶体或陶瓷谐振器一起构成了一个自激震荡器。 在电容的选择上一定要慎重，本电路采用6MHz 的晶振和两个 30pF 的瓷片电容组成一个震荡电路从而满足了需求。 复位 电路采用按键手动复位的方式，这样可以避免上电复位的麻烦。 下图是一个带有桥式整流电路的电容滤波的 7808 稳压的稳压电路，通过变压器将 220V 的交流电通过这些环节得到 5V左右的交流电压，以便提供单片机的工作电压。 上述就能让单片机正常工作的最小系统，就本次毕业设计来说，因为要求必须达到四位 LED 显示，所以就得考虑外部电路的可行性。 电路中的电阻的选材要格外的小心，以免 LED 因电流太大被烧坏。 下面的电路图是一个 LED数码显示管的工作原理，就此图对电阻 R1～ R9的选材作如下分析：首先，采用共阳极的 LED数码显示 管，这样做的理由是用灌电流的方法使得 LED管的显示能达到足够的亮度，人眼看的很舒服。 16 LED 数码管正常发光时，每段工作电流为 5～ 10mA，每段极限工作电流 20mA，全部笔划点亮的电流为 35～ 70mA，正向电压 U2V。 由上图的电路我们可以看出5V的电源通过 VT R9 接单片机的 口， 口由软件置 0也就是说该口是低电平，形成了通路。 根据计算。