四位数码管转速表的设计(编辑修改稿)

四位数码管转速表的设计(编辑修改稿)内容摘要：

中断功能，有两个外中断、两个定时 /计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2级的优先级别选择。 （ 7） 时钟电路： 8051内置最高频率达 12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但 8051 单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛 (Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿 (Princeton)结构。 INTEL 的 MCS51 系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16 位的 MCS96系列单片机则采用普林斯顿结构。 下图是 MCS51系列单片机的内部结构示意图 图 单片机结构图 单片机实训 6 单片机的引脚功能 MCS51 系列单片机中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的 双列直接 DIP结构，图 2 是它们的引脚配置， 40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。 现在对这些引脚的功能加以说明： 图 单片机引脚功能图 （ 1） ～ P0 口是 8位漏极开路型双向并行 I/O 端口。 当访问外部存储器时，它分时作为低 8位地址 /数据总线。 在 EPROM 编程时，由 P0输入指令。 在验证程序时，则输出指令。 ～ ： P1 口 8位准双向并行 I/O。 在对 8751 片内 EPROM编程校验时，用来传送低 8位地址。 ～ ： P2 口 8 位准双向并行 I/O。 当访问外部存储器及 8751 片内 EPROM编程时，用以传输高 8位地址信号。 单片机实训 7 ： P3口 8位准双向并行 I/O 线，另外其第二功能为： （串行数据接收） （串行数据发送） 0INT （外部中断 0 请求） 1INT （外部中断 1 请求） （定时 /计数器 0外输入） （定 时 /计数器 1外输入） （外部数据存储器写脉冲） （外部数据存储器读脉冲） (2)ALE/PROG 地址锁存允许控制信号 当访问外部存储器时， ALE 将 P0 口输出的低 8 位地址信号锁存，完成低 8 位地址与数据的隔离。 ALE信号的频率为振荡频率的 1/6。 它可用于对外输出时钟 ,定时等。 另外它又可做为 8751 片内 EPROM 的编程脉冲输入端。 (3)外部程序存储器读选通信号 低电平有效，在读外部程序存储器时，每个机器周期内输出两次有效信号。 在执行内部程序存储器中的程序时 ，该信号无输出，在访问外部数据存储器时，该信号将不会出现。 (4)EA/VPP 当 EA 为低电平时， CPU 只访问外部程序存储器，当 EA为高电平时， CPU 访问片内程序存储器 4KB 的地址范围；如果 PC值超出 4KB 地址时，将访问外部程序存储器。 对于 EPROM 型单片机此引脚 VPP 为内部 EPROM 编程提供 +21V 的编程电压。 (5)主电源引脚 VSS和 VCC VSS：接地。 VCC：主电源 +5V。 (6)外接晶振引脚 XTAL1 和 XTAL2 (7)RTS/VPD 单片机复位 /备用电源引脚，当输入的复位信号延续 2个机器周期 以上高电平时为有效，用以完成对单片机的复位初始化操作。 另外，此脚可接上备用电源，在 VCC掉电时，可保护片内 RAM 中的信息不丢失。 单片机定时与工作方式 1. 单片机定时 /计数器的四种工作方式 （ 1）工作方式 0 单片机实训 8 定时器 /计数器的工作方式 0称之为 13位定时 /计数方式。 它由 TL（ 1/0）的低5 位和 TH（ 0/1）的 8 位构成 13 位的计数器，此时 TL（ 1/0）的高 3 位未用，由我们根据需要自行决定。 （ 2）工作方式 1 工作方式 1 是 16 位的定时 /计数方式，将 M1M0 设为 01 即可，其它特性与工作方式 0相同。 （ 3）工作方式 2 通常这种式作方式用于波特率发生器（我们将在串行接口中讲解），用于这种用途时，定时器就是为了提供一个时间基准。 计数溢出后不需要做事情，要做的仅仅只有一件，就是重新装入预置数，再开始计数，而且中间不要任何延迟，可见这个任务用工作方式 2 来完成是做好的。 （ 4）工作方式 3 这种式作方式之下，定时 /计数器 0 被拆成 2个独立的定时 /计数器来用。 其中，TL0 可以构成 8 位的定时器或计数器的工作方式，而 TH0 则只能作为定时器来用。 我们知道作定时、计数器来用，需要控制，计满后溢出需要有溢出标记， T0 被分成两 个来用，那就要两套控制及、溢出标记了，从何而来呢。 TL0 还是用原来的 T0 的标记，而 TH0 则借用 T1的标记。 如此 T1 不是无标记、控制可用了吗。 是的。 一般情况处，只有在 T1以工作方式 2运行（当波特率发生器用）时，才让 T0工作于方式 3的。 2． 定时器 /计数器的定时 /计数范围 工作方式 0： 13 位定时 /计数方式，因此，最多可以计到 2的 13次方，也就是8192 次。 工作方式 1： 16 位定时 /计数方式，因此，最多可以计到 2的 16次方，也就是65536 次。 工作方式 2 和工作方式 3，都是 8位的定时 /计数方式，因此，最多可以计到 2的 8次方，也说是 256 次 2 工作原理和设计思路及方案 基本原理 本次课程设计用 STC89C52 作为主控器组成一个转速表。 电机转速采用光电脉冲传感器来测量，通过设置定时器 /计数器 T0为 1S，设置定时器 /计数器 T1为计数器对光电传感器传过来的脉冲进行计数，电动机测速采用测周法，即每旋转一周产生一个脉冲，则设在 1s 内测量的脉冲个数为 n，故测到转速 n 就是脉冲频率，再乘以60 就是电动机的转速，单位为 r/min。 在此期间定时 1s，在 1s 内允许中断，每中单片机实训 9 断一次，软件计数器加 1， 1s后，关闭中断，则软件计数器 即为 1s 内的脉冲数，通过计数一定时间内通过定时器的脉冲数通过软硬件结合工作即可测出电机的转速。 设计思路 为了确定其设计方案，首先必须构思好初步的设计思路。 根据设计要求和实验仿真条件，初步的设计思路可以总结如下： 1) 用信号发生器来产生频率为 0500Hz 的方波脉冲信号。 2) 当前转速与电动机的状态显示用 4段 LED数码管。 3) 键盘采用独立式键盘，需要 3个键。 4) 采样时间用定时 /计数器 0来实现。 5) 用定时 /计数器 1 来统计采样时间内的脉冲数，进而计算转速。 设计方案 在单 片机中，定时功能既可以由硬件（定时 /记数器）实现，也可通过 3 软件定时实现。 硬件定时是利用单片机内定时器定时，启动以后定时器可与 CPU 并行工作，不占用 CPU 时间， CPU 有较高的工作效率。 采用硬件定时和软件定时并用的方式，即用 T0 溢出中断功能实现 50ms 定时，通过软件延时程序实现 1s 定时。 定时器的 TMOD 用于设置定时器 /计数器的工作方式 0～ 3，并确定用于定时还是用于计数。 TCON 主要功能是为定时器在溢出时设定标志位，并控制定时器的运行或停止等。 硬件电路设计如图 所示。 单片机实训 10 图 硬件电路设计 3 硬件 电路设计 按键设计电路图 对于按键电路的设计可以有 2 种方式：一种方式是直接按键设计，也称独立按键，这种设计电路适用于按键较少的控制，具有按键电路简单，编程方便等优点；另一种方式是矩阵式键盘的设计，它适用于对控制按键较多的电路控制， 占用较少的 I/O 接口，但是按键电路复杂，编程比较复杂。 本课题总共需要 3按键，所以采用独立按键设计。 设计图如 ：由上到下的按键分别是复位、停止、启动。 单片机实训 11 图 按键电路 显示电路设计图 本课题所采用得是由 LED（数码管）作为显示电路，用以显示由单片机 所接收的脉冲转换来的 BCD 码，以及开始测速时的各种状态。 硬件电路连接是单片机~ 接数码管的由 A~G、 DP 8 个各管脚， ~ 接数码管的控制端 WW W W1 采用共阳极连接的方法连接图如图 所示。 图 显示电路 脉冲产生电路设计图 在实际做试验是由另一块单片机产生脉冲，在本次设计中我让另一块单片机输入1Hz频率的脉冲，并把脉冲接到现实的单片机的 口进行计数。 如图 所示 单片机实训 12 图 脉冲电路 4 软件设计 主程序流程及说明 本次设计用 T0 做定时器定时时间为 50ms 、 T1 作计数器，都设置为工作方式一。 如图 41 所示。 单片机实训 13 图 41 主程序流程图 中断服务子程序 中断服务子程序如图 42 所示。 单片机实训 14 图 42 中断程序流程图 键盘扫描程序 数字转速表的键盘操作应具有 3 个功能，即：启动、停止、复位。 本次采用的是直接连接的独立式按键，在键盘扫描过程中必须解决以下问题： 是否有键按下； 是哪一个键按下； 3 是不是有抖动； 按键是不是松开。 故在程序应该注意以上问题，不然会产生问题，不能正确的对按键进行识别。 图 43 为 键盘流程图： 单片机实训 15 图 43 按键流程图 5 四位数码管转速表的仿真 系统仿真软件介绍 Proteus 软件介绍 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件。 它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。 它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。 虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者和从事单片机教学的教师以及致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 : Proteus 软件具有其它 EDA 工具软件（例： multisim）的功能。 这些功能是： （ 1）原理布图 （ 2） PCB 自动或人工布线 （ 3） SPICE 电路仿真 ： （ 1）互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如 LED/LCD、键盘、 RS232 终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。 （ 2）仿真处理器及其外围电路 单片机实训 16 可以仿真 51 系列、 AVR、 PIC 等常用主流单片机。 还可以直接在基于原理图。