1、郑州大学毕业设计（论文）题目非接触转速检测显示通讯单元软硬件设计院系电气工程学院专业自动化班级20学生姓名学号20指导教师支长义职称副教授20年月日非接触转速检测显示通讯单元软硬件设计I摘要本检测系统硬件设计以AT89C51单片机为核心，对转速系进行测量，显示，转换和通信，且还可以输出模拟量来驱动下位机。通过软硬件的设计，使该单元满足规定的性能指标。在系统的硬件设计方面，测速接口的设计由霍尔传感器CS3020将转速变成脉冲信号，脉冲信号经D触发器分频后输入AT89C51单片机。显示接口的设计由MC14513作段选码的驱动器，74LS138作位选码的选择器，二者与六位的LED显示器相连。在系统的
2、可扩展性方面，AT89C51单片机通过DAC0832把数字量转变为模拟量输出，进而可驱动下位机工作。AT89C51单片机与其它的PC机的通讯控制，采用RS485接口，则可以完成一台单片机可以同时挂几个下位机。本文中无论是硬件还是软件设计方面，都采用模块化设计，易于系统的调试及故障的检测。在系统的软件设计方面，根据脉冲测速原理，算出转速并把转速分别送给数模转换接口和通信接口。然后把二进制的转速转化BCD码送显示。关键词转速测量，单片机，显示ABSTRACTTHEHARDWAREDESIGNOFTHISMEASURESYSTEMCONCENTRATESONAT89C51MICROCONTROLLE
3、RTOMEASUREDISPLAYTRANSITIONANDCORRESPONDENCETHEROTATIONRATEITCANALSOOUTPUTANALOGQUTANTITYTODRIVETHELOWERCOMPUTERTHROUGHSOFTHARDWAREDESIGNTHISCELLCANSATISFIESSPECIFIEDPERFORMANCEINDICESINTHEASPECTOFHARDWAREDESIGN,THEDESIGNOFTHELOGGINGSPEEDMOUTHPIECETHEROTATIONRATEWASTURNEDINTOIMPULSESIGNALBYHALLSENSO
4、RCS3020,WHICHENTER89C51THROUGHDFFFREQUENCYDEMULTIPLICATIONTHEDESIGNOFDISPLAYMOUTHPIECEBOTHMC14513WHICHDOASSEGMENTCODESELECTIONDRIVERAND74LS138WHICHDOASPOTENTIALCODESELECTIONSELECTORWEREATTACHEDTOSIXSTERICLEDDISPLAYONTHEPARTOFSYSTEMICEXPANDABILITYTHEDGITALQUANTITYWASTRANSLATEDINTOANALOGQUANTITYBYDAC0
5、832WHICHCANDROVELOWERCOMPUTERTHECOMMUNICATIONCONTROLOF89C51ANDOTHERSPCMACHINEADOPTRS485MOUTHPIECE,WHICHCANKEEPAPIECEOFSCMHUNGINGSEVERAL郑州大学电气工程学院毕业论文IILOWERCOMPUTERATTHESAMETIMEBOTHTHESOFTWAREANDHARDWAREDESIGNADOPTBUILDINGBLOCKDESIGNTHATWASPRONETOSYSTEMICDEBUGGINGANDDEFECTIVEDETECTIONINTHEASPECTOFSO
6、FTWAREDESIGN,THEROTATIONRATE,WHICHWASFIGUREDATTHEBASEOFIMPULSELOGGINGSPEEDTHEORY,WASSENTTODIGITALANALOGCONVERSIONMOUTHPIECEANDCOMMUNICATIONINTERFACERESPECTIVELYTHEROTATIONRATEOFBCDCODETRANSLATEDBYBINARYROTATIONRATEWASUSEDTODISPLAYKEYWORDEASUREMENTOFROTATINGSPEED，SINGLECHIPCOMPUTER，DISPLAY非接触转速检测显示通讯
7、单元软硬件设计III目录摘要ABSTRACT1绪论111测速方法概论112单片机在测速上的应用213课题的背景及意义32硬件系统实现521系统原理简介522单片机的选择623测速接口设计1524通信接口设计1725数模转换接口设计1926显示接口设计213软件系统实现2431单片机指令系统2432程序实现264结论33谢辞34参考文献34附录1外文资料译35A11译文C/C编译器的应用35A12原文USINGTHEC/CCOMPILER44非接触转速检测显示通讯单元软硬件设计11绪论11测速方法概论111测速方法的论证在工业过程实时的控制中，转速的检测与控制一般占有很大的比重，它对系统的稳态误
8、差及动态响应性能都有重要的影响。传统的模拟式测速仪，由于受非线性，温度变化和元件老化等因素的影响，使其在转速检测中很难满足快速性和准确性要求。为此，需要一种高性能的数字式测速器件由单片机构成的测速仪。以霍尔传感器及单片机构成的测速系统中，常用的测速方法有三种，分别T法、M/T法、和M法。对于T法,是通过两个相邻脉冲的时间间隔来确定转速，很显然，该方法适合速度比较低的场合，当速度较高时，其准确性较差。对于M法，是利用一段固定时间间隔内的脉冲数来确定转速，其性能特点正好与T法相反，比较适合于高速的场合。而M/T法则是前两种方法的结合，从而使在整个速度范围内都有较好的准确性1。总的来看，利用M/T法
9、获得较高的检测精度，但是对于低速，该方法需要较长的检测时间才能保证就结果的准确性这样就无法满足一个转速检测系统的快速动态响应指标。本文提出一种基于微机控制的实时速度检测系统以便在整个速度范围内都能满足相应的精度及动态响应要求。112设计基本思想对于一个转速检测系统来说，其关键在于能够使测速结果在整个转速范围内的准确性和分辨率为最佳并满足快速的动态响应要求。为了达到这个目的，对于速度不太高的阶段，我们采用T方法。对于T法,是通过两个相邻脉冲的时间间隔来确定转速，很显然，该方法适合速度比较低的场合。12单片机在测速中的应用121单片机简介所谓单片机，一块半导体芯片上全称是单片微型计算机，又称微控制
10、器。集郑州大学电气工程学院毕业论文2成了CPU,ROM,RAM,I/O接口它定时计数器、中断系统等功能部件，构成了一台完整的数字电子计算机。目前单片机己成功地运用在智能仪表、机电设备、过程控制、数据处理、自动检测和家用电器等各个方面。1211单片机的发展历史自1971年美国INTEL公司首先研制出4位单片机4004以来，它的发展可粗略划分为四个阶段第一阶段19711976年，属萌芽阶段。发展了各种4位单片机，多用于家用电器、计算器、高级玩具。第二阶段19761980年，为初级8位机阶段，发展了各种中、低档8位单片机典型的如MCS48系列单片机，片内含多个8位并行I/O接口、一个8位定时器/计数
11、器，不带串行I/O接口，其功能可满足一般工业控制和智能化仪器仪表等的需要。第三阶段19801983年，高级8位机阶段，发展了高性能的8位单片机，例如MCS51系列单片机，它带有串行1/O接口和多个16位定时器/计数器，具有多级中断功能。这一阶段进一步拓宽了单片机的应用范围，使之能用于智能终端、局部网络的接口，并挤入了个人计算机领域。第四阶段1983年以后，16位单片机阶段。发展了MCS系列等16位单片机功能很强，片内有A/D转换器，网络通信能力提高，且可用于高速的控制系统。1212单片机的特点单片机在控制领域中，有如下几个特点1小巧灵活、成本低、易于产品化，能方便地组装成各种智能式控制设备及各
12、种智能仪器仪表。2面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比。3抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工作这是其它机种无法比拟的。4可以很方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提高。1213单片机的应用单片机的应用范围很广，已深入到各个领域1工业方面电机控制、工业机器人、过程控制、数字控制、智能传感器等、仪表控制。2仪器仪表方面智能仪器、医疗器械、色谱仪、示波器。3民用方面电子玩具、高级游戏机、录像机，激光唱机。4通讯方面调制解调器、智能线路运行控制、程控交换技术。5导弹与控制方面导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装置
13、、航天飞机导非接触转速检测显示通讯单元软硬件设计3航系统。6数据处理方面磁带机、打印机、彩色与黑/白复印机、温氏硬盘驱动器。7汽车方面点火控制、变速器控制、防滑刹车、排气控制。从己经实现的这些单片机应用中，可以看到从家用电器等民用产品到火箭导航控制等尖端技术领域，单片机都发挥着重要的作用122单片机在测速上的应用传统的测速系统多采用模拟控制电路，其复杂程度随着执行机构的增多、调整部位的增加而加大，使得机器也越来越复杂，给制造、调整、使用和维修均带来不便。采用单片机技术，使控制系统模块化，设备机械模块化，取代笨重的驱动装置，使传统的机械设备变得简单可靠，零部件数量剧减，结构大为简化，体积也随之缩
14、小。该机采用AT89C51单片机、霍尔传感器CS3020及D触发器、数模转换器DAC0832,通信接口MAX485,6位LED构成整个控制系统。控制电路以单片机为核心对转速进行测量，显示，转换，通信。13课题背景和意义提高自动化程度及测量精度是测速设备发展最重要的趋势。计算机在自动化技术中发挥着极其重要的作用。单片机在一块芯片上集成了CPU,ROM,RAM,1/O接口、定时/计数器，使其具备了一台微型计算机的特征。但单片机的应用领域有别于通用计算机，其主要应用于控制领域。将单片机用于测速设备中，使测速技术与单片机技术相结合，从而可实现机电一体化控制，提高测速设备的自动化程度及运行可靠性和稳定性
15、。我国包测速设备与发达国家相比，还有很大的差距。总体水平要比发达国家落后10年。其差距主要表现在质量和控制技术方面。目前我国总体的生产状况是结构简单、技术含量低的产品多，高技术附加值、高生产率的产品少完整的配套性尤差轻研究开发，自主开发的创新产品很少，世界测速设备总的趋势是提高自动化、提高生产率、提高柔性灵活性，技术含量和先进程度不断提高2。随着中国加入WTO和世界经济一体化的形成，知识经济已是各国发展经济的主旋律,这使知识经济占的比重越来越大。知识产权越来越受到各国的保护。因此我们必须走自主开发研制道路，开发具有自主知识产权的产品，使测速设备在世界测速设备市场上占有一席之地。单片机体积小、成
16、本低，且功耗低，速度快，与测速技术相结合，可方便地完成控制任务。尤其是单片机的抗干扰能力强，性能可靠，有着其它机械不可比拟的优点。将单片机应用于此类测速设备中，可大大提高其自动化程度及运行的可靠性和智能化程度，紧跟世界测速设备郑州大学电气工程学院毕业论文4发展的趋势。非接触转速检测显示通讯单元软硬件设计52硬件系统的实现21系统原理简介使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。CS3020输出经D触发器分频得到以一转时间为半个周期的频率信号。然后用脉宽测速的方法进行测速。应
17、用软件编程求得转速然后送显示，数模转换输出，及应用串口与其它的端口进行通信3。原理如图21图21系统原理其信号原理图如下郑州大学电气工程学院毕业论文6图22信号原理图22单片机选择221单片机系统单片机系统是控制电路的核心，它的主要功能是完成对脉冲信号的检测，并把检测信号换算成速度，并完成送显示、通信、数模转换等功能。222单片机的选取自1971年美国INTEL公司首先研制出4位单片机4004以来，单片机的发展十分迅猛。特别是1976年INTEL公司推出的MCS48系列单片机，片内含多个8位并行I/O接口、一个8位定时器/计数器，其功能可满足一般工业控制和智能化仪器仪表等的需要MCS48为单片
18、机的发展奠定了基础，成为单片机发展中的一个重要阶段。到目前为止，世界各地厂商已相继研制出大概50个系列300多个品种的单片机产品，但其中最典型的是INTEL公司的MCS51系列。该系列的代表产品8051，内部包含了4K字节的ROM,128个字节的RAM,4个8位并行口、一个全双工的串行口、二个16位的定时器/计数器，以及一个处理功能很强的中央处理器。十多年来，MCS51系列单片机无论在教学、工业控制、仪器仪表、信息通信，还是在交通、航运、家用电器领域，都取得了大量的应用成果。以MCS51技术核心为主导的微控制器技术被ATMEL,PHILIPS等公司所继承，并且在原有基础上又进行了新的开发，从而
19、产生了和MCS51兼容而功能更加强劲的微控制器系列ATMEL公司所生产的89系列单片机就是基于INTEL公司的MCS51系列而研制的并与MCS51兼容的微控制器系列。ATMEL公司是美国在20世纪80年代中期成立并发展起来的半导体公司。该公司的技术优势在于FLASH存储器技术、高质高可靠性生产技术4。随着业务的发展，在20世纪90年代初，ATMEL公司一跃成为全球最大的脉冲信号分频信号T0计数脉冲非接触转速检测显示通讯单元软硬件设计7EEPROM供应商。1994年，为了介入单片机市场，ATMEL公司以EEPROM技术和INTEL公司的80C31单片机核心技术进行交换，从而取得8OC31核的使用
20、权。ATMEL公司把自身的先进FLASH存储器技术和8OC31核相结合，从而生产出了FLASH单片机AT89C51系列。这是一种内部含FLASH存储器的特殊单片机。由于它内部含有大容量的FLASH存储器，所以在产品开发等方面有着十分广泛的应用，也是目前取代传统的MCS51系列单片机的主流单片机之一，AT89C51是一种低功耗、高性能的8位单片机。片内带有一个4KB的FLASH可编程、可擦除的只读存储器EEPROM。它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器NURAM技术，而且其输出引脚和指令系统都MCS51兼容。片内的FLASH存储器允许在系统内改编程序。223AT89C51单
21、片机的特性2231AT89C51的主要性能4KB可改写的程序FLASH存储器可写入/擦除1000次全静态工作0HZ24MHZ。3级程序存储器保密。128X8字节内部RAM。32条可编程I/O线。2个16位定时器/计数器。6个中断源。可编程串行通道。片内时钟振荡器。另外，AT89C51是用静态逻辑来设计的，并提供两种可用软件来选择的省电方式一一空闲方式IDLEMODE和掉电方式POWERDOWNMODE。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次
22、硬件复位为止。2232引脚功能说明如下图所示郑州大学电气工程学院毕业论文8图23是AT89C51的引脚结构图图23是AT89C51的引脚结构图，共有40个引脚。有双列直插封装DIP方式和方形封装方式。下面分别叙述这些引脚。1主电源引脚VCC接5V电源。GND接地端。2外接晶体引脚XTALI接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端J。XTAL2接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。3控制或与其他电源复用引
23、脚RST,ALE/PROG,PSEN和EA/VPPRST复位输入端。当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。ALE/PROG低字节地址锁存信号ALEADDRESSLATCHENABLE在系统扩展时，ALE的下降沿将PO口输出的低S位地址锁存在外接的地址锁存器中，以实现低字节地址和数据的分时传送。此外，ALE端连续输出正脉冲，频率为晶振频率的1/6，非接触转速检测显示通讯单元软硬件设计9可作为外部定时脉冲使用。但要注意，每次访问外RAM时要丢失一个ALE脉冲。在编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲PROG。PSEN片外程序存储器的读选通信号，低电平有效。在片外程序存储
24、器取指期间，当PSEN有效时，程序存储器的内容被送至PO数据总线在访问外部RAM时，PROG无效。EA/VPP外部程序存储器访问允许信号EAEXTERNALACCESSENABLE。当信号接地时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器，地址为OOOOHFFFFH当EA接VCC时，CPU则执行内部程序存储器中的程序。4输入/输出引脚POOPO7,PLOP17,P20P27,P3OP371“,PO端口POOPO7PO是一个8位漏极开路型双向1/O端口。当使用片外存储器及外扩I/O口时，PO口作为低字节地址/数据复用线。在编程时，PO口可用于接收指令代码字节在程序校验时，PO口可输出指令字节这时需要加
25、外部上拉电阻。PO口也可作通用I/O口使用，但需加上拉电阻，变为准双向口。当作为普通输入时，应将输出一锁存器置1PO可驱动8个TTL负载。PI端口P10PL7P1口是8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P1口是为用户准备的1/O双向口。在编程和校验时，可用作输入低8位地址。用作输入时，应先将输出锁存器置1，PI口可驱动4个TTL负载。P2端口P20P27P2口是8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。当使用片外存储器或外扩I/O口时，P2口输出高8位地址。在编程/校验时，P2口可接收高字节地址和某些控制信号。P2口也可作普通I/O口使用。用作输入时，应先将输出锁存器置1。P2口可驱动4个T
26、TL负载。P3端口P3OP37P3口是8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P3口可作为普通1/O口。用作输入时，应先将输出锁存器置1。在编程/校验时，P3口接收某些控制信号。它可驱动4个负载。P3口还提供各种复用功能，如表21所列。2233存储器组织和特殊功能寄存器。89系列单片机的存储器的特点之一是将程序存储器和数据存储器分开，并有各自的存储空间和访问指令。这种结构的单片机称为哈佛HARVARD型结构单片机。通用型微型计算机只有一个存储空间，可随意安排ROM或RAM，访问时用同一条指令。这种结构称为普林斯顿PRINCETON型。AT89C51有4个存储空间片内程序存储器、片外程序存储器、
27、片内数据存储器及片外数据存储器。其结构如图24所示郑州大学电气工程学院毕业论文10表21P3口复用功能程序存储器是只读存储器，用于存放程序代码和表格常数。AT89C51片内的程序存储器为FLASHMEMORY，地址为OOOOHOFFFHAT89C51单片机有16位地址线，寻址空间为64KB，存储器地址范围为OOOOHFFFFH。当EA接地时，仅使用外部程序当EA接VCC时，CPU从片内OOOOH开始取指令。当PC值超过OFFFH时，自动转到片外存储器1000HFFFFH空间执行程序。数据存储器是RAM型存储器，用于暂存数据和运算结果等。数据存储器分片内RAM和片外RAM两种，片外RAM用16位
28、地址指针DPTR寻址，最大地址空间是64KB，地址范围为OOOOHFFFFH，用MOVX指令访问。片内RAM的地址范围是OOHFFH，用MOV指令访问。片内/外RAM地址分配如图23所示。图24是片内RAM可划分为两部分OOH7FH为低128字节地址80HFFH为高128字节地址。低128字节划分为三个区域工作寄存器区、位寻址区和用户RAM区。图24储存器的结构非接触转速检测显示通讯单元软硬件设计11图25内部数据储存器配置图工作寄存器区又称为通用寄存器，可供用户用于数据运算和传送过程中的暂存单元。工作寄存器可划分为4个区0区OOH07H、1区08HOFH、2区IOH17H、3区18HIFH。
29、每个区有8个工作寄存器R0,R1,R2,，R7O每个寄存器可以用寄存器的名称寻址，也可以用直接字节地址OOH1FH寻址。当用寄存器名称寻址时，由程序状态字PSW中的RS1和RSO两位确定工作寄存器区。片内RAM的位寻址区字节地址为20H2FH，共16个单元。这些单元可以按字节操作，也可以按位操作。位地址为OOH7FH，共计16X8128位。用户RAM区为30H7FH,堆栈区也可以设在这里。这个区只能按字节操作，在任何情况下都不可以按位操作。该区由用户按要求自由安排。特殊功能寄存器SFRSPECIALFUNCTIONREGISTER又称专用寄存器。SFR的功能是固定的，用户不得更改。AT89C5
30、1共有21个特殊功能寄存器，分散在片内RAM的高128字节。每个SFR的名称和地址列于表33中。对于高128字节中没有占用的单元，用户不可访问，访问时会得出不确定的结果。SFR中有N个寄存器除字节寻址外，也可以位寻址，如表33中标有中的寄存器。这些寄存器的字节地址都能被8整除，即字节地址的尾数为8或O。程序状态字PSWPROGRAMSTATUSWORD是8位寄存器，其中4位用来寄存当前指郑州大学电气工程学院毕业论文12令执行后的状态，以供程序查询和判断。其各位的定义如表22表22PSW的定义其中CY进位标志。有进位/借位时，CY1，否则CYO。AC半进位标志。当D3位向D4位产生进位或借位时A
31、C1，否则ACO。FO用户设定标志。它可以用指令进行置位/清0，以供测试用。RS1,RSO4个工作寄存器区的选择位。该两位的状态组合可确定03寄存器区的地址空间，参见表23。OV溢出标志。运算时，如果结果发生溢出，OV1，否则OVO。P奇偶校验标志。每条指令执行完，若A中I的个数为奇数时，PL，否则PO。AT99C51的堆栈开辟在内部RAM中。堆栈操作的实质是数据的有序传送，其优点是速度快。但栈区占用片内RAM单元，就减少了用户可利用的地址空间。堆栈有两种操作进栈和出栈。不论数据是进栈还是出栈，都是对栈顶单元进行操作。为了指示栈顶单元的地址，就要设立堆栈指针SPSTACKPOINTER。SP的
32、内容就是栈顶单元的地址。2234时钟电路和工作时序时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作，电路应在唯一的时钟信号控制下，严格地按规定时序工作。单片机内含振荡器电路，但晶体振荡器和电容在片外，由引脚XTALI和XTAL2接入片内XTALI为振荡器反相放大器和时钟发生电路的输入，XTAL2为反相放大器的输出。片内时钟发生器实质上是个2分频的触发器，其输入来自振荡器FOSC,输出为2相时钟信号，即状态时钟信号，其频率为FOSC/2状态时钟3分频后为ALE信号，其频率为FOSC/6状态时钟6分频
33、后为机器周期信号，其频率为FOSC/12。时序是用定时单位来说明的。AT89C51的时序定时单位共有4个节拍、状态、机器周期和指令周期。一个状态S包含两个节拍，其前半周期对应的节拍叫P1，后半周期对应的节拍叫P2。节拍的宽度实质上就是指振荡器的周期。若为内部产生方式，就是晶振的振荡周期。状态S为振荡周期的2倍，又称为时钟周期。规定一个机器周期为6个状态，并依次表示为S1S6。由于一个状态又包括两个节拍，因此一个机器周期共12个节拍，分别记作SIP1,SIP2，S6P1,S6P2。由于一个机器周期共有12个振荡脉冲周期。因此机器周期就是振荡脉冲12分频后的信号周期。执非接触转速检测显示通讯单元软
34、硬件设计13行一条指令的时间为指令周期。根据指令的不同，可包含1,2,3,4个机器周期。表23工作寄存器区的选择表24特殊功能寄存器一览表2235复位方式与电路89系列单片机与其他微处理器一样，在启动时都需要复位，使CPU及系统各郑州大学电气工程学院毕业论文14部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期24个振荡周期，则CPU就可以响应并将系统复位5。单片机在运行中，外界千扰等因素可使其程序陷入死循环状态或跑飞。这时可将单片机复位，以重新启
35、动。复位也使单片机退出低功耗工作方式而进入正常工作状态。复位不影响片内RAM的内容，但对SFR中的一些寄存器有影响，如表25所列。表25各SFR的复位值复位操作有上电自动复位和手动按键复位两种方式。AT89C51的上电复位电路如图26A所示，只要在RST复位输入引脚上接一个电容至VCC端，下接一个电阻到地即可。手动复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的5V电平就会直接加到RST端。由于人的动作很快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，保证能满足复位的时间要求。手动复位的电路如图26B所示。图26C是具有两种
36、复位方式的电路。只要电源的上升时间超过LMS，就可以完成自动上电复位，即接通电源时就完成了复位操按动键S，可实现手动复位非接触转速检测显示通讯单元软硬件设计15A上电自动复位电路图B手动复位电路图C两种复位方式电路图图26复位电路23测速端口的设计231脉冲信号的获得测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将
37、脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。可以有多种方式来获得脉冲信号，这些方法有各自的应用场合。下面逐一进行分析。2311霍尔传感器霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。如图31所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是郑州大学电气工程学院毕业论文16VCC，地，输出。图31CS3020外形图使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让
38、霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。2312光电传感器光电传感器是应用广泛的一种器件，有各种各样的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。以透射式为例，如图32所示，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，否则打开。为此，可以制作一个遮光叶片如图33所示，安装在转轴上，当扇叶经过
39、时，产生脉冲信号。当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。图32光电传感器的原理图图33遮光叶片2313光电编码器光电编码器的工作原理与光电传感器一样，不过它已将光电传感器、电子电非接触转速检测显示通讯单元软硬件设计17路、码盘等做成一个整体，只要用连轴器将光电传感器的轴与转轴相连，就能获得多种输出信号。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。如图34所示，是某光电编码器的外形。图34成品光电编码器232硬件接口电路在这里我用霍尔传感器获得脉冲信号，然后经D触发器分频。其硬件连接图如下面所示图35测速端口的电路图24通信接口的设计随
40、着数据采集系统的广泛应用，通常由单片机构成的应用系统，如仪器仪表、郑州大学电气工程学院毕业论文18智能设备等，都需要与PC机之间交换数据，实现与PC机之间的通讯功能，以充分发挥PC和单片机之间的功能互补，资源共享的优势。以往常用的RS232协议在很大程度上已不能满足设计的要求，如传输速率慢，传输距离短，传输信号易受外界的干扰等缺点。本文介绍一种性能优越的RS485接口芯片，以及如何利用此芯片实现单片机与PC机之间的远程通讯，并讨论将其功能进行扩充，实现PC机管理单片机阵列的功能。241RS485协议简介及MAX485芯片介绍由于RS232的种种缺点，新的串行通讯接口标准RS449被制定出来，与
41、之相对应的是RS485的电气标准。RS485是美国电气工业联合会EIA制定的利用平衡双绞线作传输线的多点通讯标准。它采用差分信号进行传输；最大传输距离可以达到12KM；最大可连接32个驱动器和收发器；接收器最小灵敏度可达200MV；最大传输速率可达25MB/S。由此可见，RS485协议正是针对远距离、高灵敏度、多点通讯制定的标准6。图41MAX485引脚及结构图MAX485接口芯片是MAXIM公司的一种RS485芯片。采用单一电源5V工作，额定电流为300A，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS485电平的功能。其引脚结构图如图1所示。从图41中可以看出,MAX485芯片的结构和引
42、脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在与单片机连接时接非接触转速检测显示通讯单元软硬件设计19线非常简单。只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。同时将A和B端之
43、间加匹配电阻，一般可选100的电阻。242用PC机实现与89C51单片机的多点通讯用89C51单片机实现与PC机之间的通讯时，必须使用电平转换接口芯片，因为单片机输出的是TTL电平，必须经过电平转换才能和PC机的一致。本文中采用的是RS485协议，所以单片机需要采用RS485接口；而在PC机侧使用的是RS232与RS485的电平转换接口。在本文中采用的是武汉新特电子公司的电平转换接口，该接口使用简便、无需外加电源、数据传输速率最高可达10MB/S，而且不用任何软件初始化和修改。另外实现多点通讯还需要了解器件的驱动能力，当器件的驱动能力足够大时，我们就可以根据需要加入所需要的节点。其接口电路如图
44、所示图通信接口电路图5数模转换接口251D/A转换器的性能指标以及原理D/A转换器的作用是把数字量信号转换成与此数字量成正比的模拟量信号。目前单片机使用的D/A转换电路多是以集成D/A芯片的形式出现的，其转换时间一郑州大学电气工程学院毕业论文20般在几十纳秒到几十微秒之间，转换精度按芯片位数分为8位，10位，12位，16位等。D/A转换器的输入为数字量，经转换后输出为模拟量。有关D/A转换器的技术性能指标很多，如绝对精度、相对精度、线性度、输出电压范围、输入数字代码种类等。现仅对几个与接口有关的指标做一简介1分辨率。分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述，与输入数字量的位数有关。2建立
45、时间。建立时间是描述D/A转换速度的一个参数，具体是指从输入数字量变化到输出达到终值误差土1/2LSB最低有效位时所需的时间。通常以建立时间来表明转换速度。3接口形式。D/A转换器有两类一类不带锁存器，另一类则带锁存器。D/A转换的基本原理是把数字量的每一位代码按权大小转换成模拟分量，然后根据叠加原理将各代码对应的模拟输出分量相加。实现D/A转换常用权电阻网络和倒T型电阻网络两种方法。252DAC0832介绍考虑到本系统设计的转换精度，采用8位D/A转换芯片DAC0832。DAC0832是目前应用较为广泛的8位D/A转换芯片之一，为20引脚双列直插式封装，其内部结构主要由两个8位寄存器与一个D
46、/A转换器组成，由输入寄存器和DAC寄存器构成两级数据输入锁存。这种结构使输入的数据能够有两次缓冲，因而在操作上十分方便与灵活。使用时，数据输入可以采用两级锁存双缓冲形式，单级锁存单缓冲形式，也可以采用直接输入直通形式。DAC0832具有与微机接口简便，易于操作控制，使用灵活等优点，是8位电流输出型D/A转换器，其两个输出端的关系为IOUTIIOUT二常数。单电源供电，在5V15V范围内均可工作。基准电压的范围为士IOV，电流建立时间为1PS,CMOS工艺，低功耗20MW7。253DAC0832与单片机的接口设计设计采用单缓冲工作方式，DAC0832是电流输出，为了得到电压输出，在电流输出端接
47、运算放大器，与89C51的接口设计电路如图51所示。单缓冲方式适用于只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出的情形。在这种方式下，将二级寄存器的控制信号并接，输入数据在控制信号作用下，直接进入DAC寄存器中。图51中，让ILE接5V，片选信号CS和传送信号XFER都连到地址选择线P27上，对这种线选译码，输入寄存器和DAC寄存器的地址可为7FFFH。CPU对0832非接触转速检测显示通讯单元软硬件设计21执行一次写操作，则把一个数据直接写入DAC寄存器，0832的输出模拟信号随之对应变化。即当地址选择线选通DAC0832后，只要输出WR信号，DAC0832就能一步完成数字量的输入锁存和D/
48、A的转换输出。D/A转换器输出为单极性，运算放大器A用来实现电流到电压的转换。A是反相比例放大器，输出模拟信号的极性与参考电压VRE的极性相反。D/A转换器的输出电压VO。图51DAC0832与单片机的接口电路图26显示单元接口261显示器件驱动器的选择由于显示的内容只是数码，所以可以用发光二极管LEDLIGHTEMITTINGDIODE数码管作显示器。半导体发光二极管是一种将电能直接转换成光能的固体器件。这种显示器价格低廉，配置灵活，与微机连接方便。LED是当外加电压超过额定电压时发生击穿而发出可见光。LED的工作电流通常为220MA，工作压降2V左右，使用时需加限流电阻。单片机应用系统通常
49、使用8个发光二极管显示器。其中7个发光二极管构成7笔字形，一个构成小数点，通称7段LED。LED分为共阴极接法8个发光二极管阴极连在一起和共阳极接法8个发光二极管阳极连在一起。对共阴极数码管，公共阴极接地，当各段阳极上的电平为高电平时，该段接通亮，电平为0时，该段关断不亮。对共阳极数码管则刚好相反，高电平时不亮，低电平时亮。郑州大学电气工程学院毕业论文22262LED显示器的驱动方式驱动方式分成静态显示驱动和动态显示驱动两种。静态的是通过数字集成电路对所需要显示的笔段连续施加电压而动态的则是利用矩阵扫描方式间断向所需要显示的笔段轮流施加电压。2621静态当LED显示器工作于静态显示驱动方式时，不同数位的LED数码管的公共极共阴极或共阳极将被连接在一起并接地或5V，而每个数位的8根笔段线分别与一个8位锁存器相连。不同数位的数码管相互独立，分别用不同的驱动器件进行驱动，它们的显示字符一旦确定，只要不改变显示字符，相应的锁存器的输出就将一直维持不变。这种驱动方式的优点是编程容易、管理简单、显示亮度高、稳定性好，占用CPU时间较少其缺点是占用硬件电路和微处理器系统接口资源较多、引线多、印刷板布线复杂、硬件投入成本高。2622动态当LED显示器工作于动态显示驱动方式时，通常把不同数位的同名笔段互连起来，共用一个显示驱动器。每一个数位上的字
