畢業(yè)論文——基于單片機(jī)的測(cè)速儀的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。 </p><p>　　1.SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開(kāi)

2、創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒(méi)。 </p><p>　　2.MCU（即）微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。 </p><p>　　3.單片機(jī)

3、是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專(zhuān)用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】：?jiǎn)纹瑱C(jī),光敏三極管，數(shù)碼顯示，軟件，</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p&g

4、t;<p>　　Single-chip was born in the 20th century, the end of the 70s, has experienced SCM, MCU, SoC three stages. 1.SCM that single-chip microcomputer (Single Chip Microcomputer) stage, is mainly on finding the

5、 best single-chip embedded systems form the best architecture. "Innovation model" to be successful, laid the SCM with the general-purpose computers, a completely different path of development. At creating embed

6、ded systems on an independent path of development, Intel Corporation credit. 2.MCU</p><p>　　3. Singlechip are independent embedded systems development, to the MCU an important factor in the development st

7、age, is seeking applications on the chip to maximize the resolution; Therefore, the development of dedicated single-chip SoC formed a natural trend. As microelectronic technology, IC design, EDA tools development, microc

8、ontroller-based SoC design application systems will have greater development. </p><p>　　【KEYWORD】Single-chip,phototransistor,a digital display Software. </p><p><b>　　目 錄</b></p

9、><p><b>　　一、引言1頁(yè)</b></p><p>　?。ㄒ唬┻x題依據(jù)：1頁(yè)</p><p>　?。ǘ﹩纹瑱C(jī)簡(jiǎn)述1頁(yè)</p><p>　　二、芯片AT89C2051和輔助元件的介紹2頁(yè)</p><p>　?。ㄒ唬〢T89C2051芯片2頁(yè)</p><p>　

10、?。ǘ┢渌o助元件介紹4頁(yè)</p><p>　　三、基于單片機(jī)AT89C2051測(cè)速儀的設(shè)計(jì)6頁(yè)</p><p>　?。ㄒ唬┕ぷ髟?頁(yè)</p><p>　?。ǘ╇娐访枋?頁(yè)</p><p>　?。ㄈ┸浖O(shè)計(jì)9頁(yè)</p><p>　?。ㄋ模┲谱鱌CB板13頁(yè)</p><p>　

11、?。ㄎ澹┱{(diào)試...............................................15頁(yè)</p><p>　　四、設(shè)計(jì)總結(jié)15頁(yè)</p><p><b>　　五、結(jié)束語(yǔ)16頁(yè)</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16頁(yè)</b></p><p>　　致 謝

12、17頁(yè)</p><p><b>　　一、引言</b></p><p><b>　　(一)選題依據(jù)：</b></p><p>　　近30年以來(lái)，單片機(jī)迅速發(fā)展，速度之快令人驚訝，廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域。</p><p>　　在智能儀器儀表

13、上的應(yīng)用，單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類(lèi)型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大；用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成

14、二級(jí)控制系統(tǒng)等?？梢赃@樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門(mén)，無(wú)所不在；現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車(chē)無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信

15、，無(wú)線電對(duì)講機(jī)等；單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病</p><p>　　此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。</p><p>　　通過(guò)這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，可以使我更好的掌握單片機(jī)，領(lǐng)會(huì)它的魔力，既學(xué)會(huì)了動(dòng)手操作技能，又增加了自己對(duì)未來(lái)的信心。</p><p><b

16、>　?。ǘ﹩纹瑱C(jī)簡(jiǎn)述</b></p><p>　　單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。</p>

17、<p>　　單片機(jī)也被稱(chēng)為微控制器（Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可以分為:（1）最小應(yīng)用系統(tǒng)是指能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡(jiǎn)單配置的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)成本低廉,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

18、單，常構(gòu)成一些簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)。片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，其最小應(yīng)用系統(tǒng)即為配有晶振，復(fù)位電路，電源的單個(gè)單片機(jī).片內(nèi)無(wú)ROM/EPROM的單片機(jī)，其最小應(yīng)用系統(tǒng)除了外部配置晶振，復(fù)位電路，電源外，還應(yīng)外接EPROM或EEPROM作為程序存儲(chǔ)器用.（2）最小功耗應(yīng)用系統(tǒng)是指為了保證正常運(yùn)行，系統(tǒng)的功耗最小.（3）典型應(yīng)用系統(tǒng)是指單片機(jī)要完成工業(yè)測(cè)控功能所必須的硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。</p><p>　　雖然目前單片

19、機(jī)的品種很多，但其中最具代表性的當(dāng)屬I(mǎi)ntel公司的MCS-51單片機(jī)系列。MCS-51系列的典型芯片是80C51。為此，眾多的廠商都介入了以80C51為代表的8位單片機(jī)的發(fā)展，如Philips、Siemens（Infineon）、Dallas、ATMEL等公司，我們把這些公司生產(chǎn)的與80C51兼容的單片機(jī)統(tǒng)稱(chēng)為80C5l系列。</p><p>　　特別是在近年來(lái)，80C51系列又有了許多發(fā)展，推出廠一些新產(chǎn)品，

20、主要是改善單片機(jī)的控制功能，如內(nèi)部集成了高速I(mǎi)/O口、ADC、PWM、WDT等，以及低電壓、微功耗、電磁兼容、串行擴(kuò)展總線、控制網(wǎng)絡(luò)總線性能等。</p><p>　　現(xiàn)代人類(lèi)生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)，如手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。汽車(chē)上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量

21、不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他計(jì)算的綜合，甚至比人類(lèi)的數(shù)量還要多。</p><p>　　由于芯片AT89C2051具有封裝管腳少、功能強(qiáng)大、功耗小、成本低、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，這里就把它作為主芯片。</p><p>　　二、芯片AT89C2051和輔助元件的介紹</p><p>　?。ㄒ唬〢T89C2051芯片 </p><p>　　1.AT89C205

22、1的性能和結(jié)構(gòu)</p><p>　　AT89C2051是ATMEL公司生產(chǎn)的帶2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM) 的8位單片機(jī),它具有如下主要特性： （1）和MCS-51產(chǎn)品的兼容 ，2K字節(jié)可重編程閃速存儲(chǔ)器 （2）耐久性：1,000寫(xiě)／擦除周期 ，全靜態(tài)操作：0Hz～24MHz（3）兩級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 ，128×8位內(nèi)部RAM（4）15根可編程I/O引線，兩個(gè)16位

23、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 ，六個(gè)中斷源 </p><p>　　AT89C2051是一帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)體(EEPROM)的低電壓,高性能8位CMOS微型計(jì)算機(jī)。它采用ATMEL的高密非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。在單塊芯片上組合通用的CPL1和閃速存儲(chǔ)器（ATMEL）。    AT89C2051是一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī),它對(duì)許多嵌入式控制應(yīng)用提

24、供一高度靈活和成本低的解決辦法。</p><p>　　這次采用的是T89C2051單片機(jī)芯片，T89C2051處理器功能方框圖如圖2-1所。</p><p>　　圖2-1 AT89C2051處理器的功能方框圖</p><p>　　此外,從AT89C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖也可看出,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致（除模擬比較器外）,引腳RST、XTAL1、XTA

25、L2的特性和外部連接電路也完全與51系列單片機(jī)相應(yīng)引腳一致,但P1口、P3口有其獨(dú)特之處。 </p><p>　　2.AT89C2051的特點(diǎn)和應(yīng)用</p><p>　　它有如下一些特點(diǎn)： （1）具有優(yōu)異的性能價(jià)格比 （2）集成度高，體積小，可靠性高 (3）控制功能強(qiáng) (4）低電壓，低功耗</p&g

26、t;<p>　　單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域。</p><p>　　在智能儀器儀表上，單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類(lèi)型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、速度、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大；用單片

27、機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?，F(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門(mén)，無(wú)所不在；現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車(chē)無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電

28、話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線電對(duì)講機(jī)等；單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、國(guó)防、航空航天等領(lǐng)域都有廣泛的用途。</p><p>　　（二）其他的輔助元件介紹</p><p>　　1.1838光敏三極管</p><p>　　1838三極管是一個(gè)應(yīng)用比較成熟的光電產(chǎn)品，它是一個(gè)

29、微關(guān)照輸入，低電流輸出的元件，它的外形見(jiàn)下圖所示。一般情況下，它的輸出都要經(jīng)過(guò)一個(gè)較高放大倍數(shù)三極管的放大，才能提供給下一級(jí)電路使用。外形圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 1838光敏三極管外形圖 圖2-3 一個(gè)應(yīng)用示意圖</p><p>　　它所需工作電壓為6V。輸出端要接一個(gè)電容為好，可以防止外界的干擾。它的一個(gè)應(yīng)用示意圖，如圖2-3所示。<

30、;/p><p>　　它的優(yōu)點(diǎn)為：工作電壓小，電流穩(wěn)定，功耗小，使用廣泛，成本低，價(jià)格便宜。</p><p>　　2.CA3140運(yùn)算放大器</p><p>　　它是一個(gè)DIP-8封裝的集成芯片，它能進(jìn)行所需的算術(shù)運(yùn)算放大，它有兩種封裝圖。</p><p>　　它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-4所示：其中，2腳為反向輸入端，3腳為同向輸入端，7腳接的是正電壓，

31、4腳接的是負(fù)電壓，6腳為輸出端，其它管腳在外面懸空。</p><p>　　圖2-4 運(yùn)算放大器CA3140內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　此運(yùn)算放大器是一個(gè)用途廣泛的器件，接入適當(dāng)?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò)，可用作精密的交流和直流放大器、有源濾波器、振蕩器及電壓比較器。</p><p>　　3.ULN2003三極管陣列</p><p>　　它實(shí)質(zhì)上

32、是一個(gè)高電流的達(dá)林頓管，其管腳封裝是DIP-16,用來(lái)輔助AT89C2051的輸出端來(lái)輸出數(shù)據(jù)，但同時(shí)它的輸入端應(yīng)接上拉電阻，這里用的是陣列電阻RNW1,它的數(shù)值為10K*8。</p><p>　　ULN2003內(nèi)不僅僅有7個(gè)達(dá)林頓三極管，達(dá)林頓三極管集電極開(kāi)路輸出。步進(jìn)電機(jī)需要一定的電壓，一般至少需要高于6V電壓。</p><p>　　4.MTF3461BSR數(shù)碼管</p>

33、<p>　　此數(shù)碼管是一個(gè)4位七段共陽(yáng)極數(shù)碼管，實(shí)物如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5 數(shù)碼管實(shí)物圖</p><p>　　數(shù)碼管的管腳分為兩類(lèi)，一類(lèi)為段的數(shù)碼信號(hào)腳，一類(lèi)為位的數(shù)碼信號(hào)腳。段的數(shù)碼一般有7到8個(gè)引腳，4位數(shù)碼管有4個(gè)位碼引腳。</p><p>　　數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要

34、的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。</p><p>　　這里共陽(yáng)極的接法是，8個(gè)段的數(shù)碼管引腳只用了7個(gè)，分別接7個(gè)10K的電阻、再接單片機(jī)的P口（哪組接口隨你定，比如說(shuō)P0口）。然后4個(gè)位碼引腳分別通過(guò)4個(gè)驅(qū)動(dòng)三極管再接電源。三極管這里選的是2N2222A。4個(gè)三極管的基極分別接4個(gè)1.2K電阻再接到單片機(jī)端口（比如P2口的某4個(gè)腳）。</p><p>

35、　　由于各位數(shù)碼管的每段的管腳線是并聯(lián)的，每段數(shù)碼管的輸出對(duì)各位數(shù)碼管來(lái)說(shuō)都是相同的。因此，在同一時(shí)刻如果各位數(shù)碼管的位選線都處于選通的狀態(tài)的話，8位數(shù)碼管將顯示相同的字符。若要各位數(shù)碼管能夠顯示出與本位相應(yīng)的字符，就必須采用掃描顯示方式。</p><p>　　在同一時(shí)刻，只有選通的那一位顯示出字符，而其它各位則是熄滅的，如此循環(huán)下去，就可以使各位數(shù)碼管能顯示出將要顯示的字符。</p><p&

36、gt;　　雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而且同一時(shí)刻，只有一位顯示，其它各位熄滅，但由于數(shù)碼管具有余輝特性和人眼有視覺(jué)暫留現(xiàn)象，只要每位數(shù)碼管的顯示間隔足夠短，給人眼的視覺(jué)印象就會(huì)是連續(xù)穩(wěn)定地顯示。 </p><p>　　三、基于單片機(jī)AT89C2051測(cè)速儀的設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。ㄒ唬┕ぷ髟?lt;/b></p><p><

37、b>　　1.設(shè)計(jì)產(chǎn)品的簡(jiǎn)述</b></p><p>　　測(cè)速儀是由一個(gè)光敏三極管、單片機(jī)及簡(jiǎn)單的外圍電路組成。一般來(lái)講，它用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸的速度。每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)的數(shù)值（每分鐘轉(zhuǎn)速），對(duì)于了解任何旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)都是有價(jià)值的信息。舉例來(lái)說(shuō)，在某一特定的金屬片上，打某一特定大小的孔所使用的最佳鉆孔速度；當(dāng)然還可以測(cè)量電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　假設(shè)要測(cè)一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速，只需要在轉(zhuǎn)

38、盤(pán)上某一的位置上放置一塊鏡子并牢牢固定，用手電筒照亮旋轉(zhuǎn)物體，將光敏三極管放置于一個(gè)合適的位置，使反射光線能進(jìn)入光敏三極管。</p><p>　　這樣每次反射光線經(jīng)過(guò)光敏三極管時(shí)，光敏三極管就產(chǎn)生一個(gè)電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器和三極管放大后進(jìn)入單片機(jī)，從而單片機(jī)對(duì)每一次反射光線進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而計(jì)算每分鐘轉(zhuǎn)速，并且在4個(gè)七段數(shù)碼管上顯示。</p><p>　　檢測(cè)到的信號(hào)先通過(guò)三極管2N2222（T

39、5）放大，再通過(guò)運(yùn)算放大器CA3140(IC3)放大。運(yùn)算放大器參考電壓點(diǎn)由R2和R3組成的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)得到。IC3引腳6輸出信號(hào)給單片機(jī)AT89C2051的12管腳。單片機(jī)AT89C2051的管腳12和13是其內(nèi)部模擬比較器的輸入（+和-）。管腳13使用一個(gè)由電阻R7和電位器VR1組成的分壓器將輸入電壓調(diào)整到將近供應(yīng)電壓的一半。</p><p>　　脈沖由光敏三極管1838產(chǎn)生后進(jìn)入AT89C2051的內(nèi)部比

40、較器，通過(guò)軟件，每個(gè)脈沖代表一次物體的旋轉(zhuǎn)，計(jì)算平均每分鐘脈沖的個(gè)數(shù)，由此估算每分鐘轉(zhuǎn)速。最后通過(guò)一個(gè)子程序點(diǎn)亮4個(gè)七段數(shù)碼管。</p><p>　　這種簡(jiǎn)便的光電測(cè)速儀可以測(cè)量大部分車(chē)間工具和許多家電每分鐘的轉(zhuǎn)速，而沒(méi)有任何機(jī)械或電子接口。</p><p><b>　?。ǘ╇娐访枋?lt;/b></p><p>　　大體上，這個(gè)系統(tǒng)按硬件可以分為

41、三大功能：檢測(cè)和初次放大、輸入和處理及輸出顯示。</p><p>　　1.信號(hào)檢測(cè)和放大：其原理圖如圖3-1所示。</p><p>　　系統(tǒng)所需電壓為6V。檢測(cè)到的信號(hào)先通過(guò)三極管2N2222（T5）放大，再進(jìn)一步通過(guò)運(yùn)算放大器CA3140(IC3)放大。</p><p>　　圖3-1 檢測(cè)和初次放大原理圖</p><p>　　運(yùn)算放大

42、器參考電壓點(diǎn)，是由R2和R3組成的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)得到的。R1是三極管2N2222的上拉電阻；C5、C6是濾波電容，防止外界對(duì)信號(hào)的干擾。</p><p>　　2.輸入和處理：其原理圖如圖3-2所示。</p><p>　　IC3引腳6輸出信號(hào)給單片機(jī)AT89C2051的12管腳。注意單片機(jī)AT89C2051的管腳12和13是其內(nèi)部模擬比較器的輸入（+和-）。</p><p

43、>　　管腳13使用一個(gè)由電阻R7和電位器VR1組成的分壓器將輸入電壓調(diào)整到將近供應(yīng)電壓的一半。</p><p>　　這里芯片AT89C2051的接法為：4腳、5腳接的是晶振，旁邊的C3、C4是濾波電容；10腳接地；20腳接電源，旁邊的C2是濾波電容；14~19腳和11腳作為輸出；1腳是復(fù)位端；12腳接輸入信號(hào)；13腳是參考電壓輸入端。</p><p>　　通過(guò)1腳，電容C1和電阻R6

44、可以對(duì)芯片進(jìn)行軟件復(fù)位；通過(guò)S1可以對(duì)芯片進(jìn)硬件復(fù)位</p><p>　　脈沖由光敏三極管1838放大后進(jìn)入AT89C2051的內(nèi)部比較器，通過(guò)軟件，每個(gè)脈沖代表一次物體的旋轉(zhuǎn)，計(jì)算平均每分鐘脈沖的個(gè)數(shù)，由此估算每分鐘轉(zhuǎn)速，公式如下：轉(zhuǎn)速N=1分鐘/T脈沖=600000/計(jì)數(shù)器數(shù)值n。</p><p>　　圖3-2 輸入和處理原理圖</p><p>　　3.

45、 輸出顯示：其原理圖如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 顯示輸出原理圖</p><p>　　由于單片機(jī)芯片輸出的電流非常小，不能直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，所以需要經(jīng)4個(gè)BC557型號(hào)的三極管的放大，才能去驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示</p><p>　　單片機(jī)P3口的P3.0腳到P3.3腳分別連接到三極管T1~T4的基極，在一個(gè)時(shí)刻選擇其中一個(gè)數(shù)字，需要提供陽(yáng)極電流

46、給這個(gè)數(shù)碼管的公共電極。</p><p>　　當(dāng)單片機(jī)IC1的P3.0腳置低，它驅(qū)動(dòng)三極管T1到飽和，它提供驅(qū)動(dòng)電流給4個(gè)七段共陽(yáng)極數(shù)碼管DIS1的引腳12。與此相似，三極管T2~T4分別提供驅(qū)動(dòng)電流給DIS1的引腳6、8和9。因此單片機(jī)IC1的端口使用多路復(fù)用的方式驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，這是分時(shí)復(fù)用的過(guò)程。</p><p>　　數(shù)碼管的各段的數(shù)據(jù)和顯示脈沖每5ms刷新一次，因此，即使它是一個(gè)接一個(gè)

47、亮起，但看起來(lái)似乎是連續(xù)顯示。</p><p>　　最后通過(guò)一個(gè)子程序點(diǎn)亮4個(gè)七段數(shù)碼管。在子程序中，每組顯示結(jié)果都要循環(huán)顯示255次。這樣就一切都好了。</p><p><b>　?。ㄈ┸浖O(shè)計(jì) </b></p><p>　　這個(gè)系統(tǒng)的流程圖如下圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 系統(tǒng)流程圖</p

48、><p>　　本設(shè)計(jì)的程序由匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，并由8051交叉匯編器匯編。程序有很好的注釋?zhuān)⑶乙子诶斫?。根?jù)流程圖，基于單片機(jī)的測(cè)速儀的源程序如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 測(cè)速儀的源程序</p><p>　　軟件使用AT89C2051的內(nèi)部計(jì)時(shí)器，測(cè)量單位為100毫秒旋轉(zhuǎn)周期的時(shí)間。因此如果每分鐘轉(zhuǎn)速達(dá)到1500，每秒鐘轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到25，旋轉(zhuǎn)一周花費(fèi)的時(shí)

49、間為40ms。</p><p>　　計(jì)時(shí)器使用一個(gè)中斷計(jì)算每100毫秒的中斷輸出，所以在這種情況下，計(jì)時(shí)器程序計(jì)算的數(shù)字將是400，被除數(shù)是600000，結(jié)果是1500這就是每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。這些數(shù)字顯示在4位七段數(shù)碼管上。子過(guò)程UDIV32被調(diào)用，這是一個(gè)8051系列32位數(shù)字除以16位數(shù)字的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程。該測(cè)速儀的誤差為6000rpm+/-5rpm。</p><p>　?。ㄋ模┱麄€(gè)系統(tǒng)的原理圖&

50、lt;/p><p>　　圖3-5顯示的是基于單片機(jī)的測(cè)速儀電路的原理圖。測(cè)速儀由AT89C2051單片機(jī)、圖3-5 測(cè)速儀的原理圖</p><p>　　ULN2003高電流達(dá)林頓三極管陣列，CA3140運(yùn)算放大器，4個(gè)共陽(yáng)極七段顯示器及4個(gè)陽(yáng)極驅(qū)動(dòng)三極管組成。</p><p>　　AT89C2051是Atmel公司生產(chǎn)的51系列單片機(jī)中的一種。P1口的P1.7腳到

51、P1.2和P3口的P3.7腳連接到ULN2003的輸入引腳1到7。P1口引腳上連接10千:歐的上拉電阻網(wǎng)RNW1。他們通過(guò)內(nèi)部反相器的幫助驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管。表3—2為所需原件清單。</p><p>　　表3-2 元器件清單</p><p><b>　?。ㄎ澹y(cè)試</b></p><p>　　首先找來(lái)一個(gè)小的電風(fēng)扇，再找來(lái)一小塊鏡子，用透明膠

52、將其固定在一片扇葉末端，再找來(lái)一個(gè)小的手電筒，小電筒所放的位置應(yīng)為：剛好使手電筒發(fā)出的光經(jīng)鏡子反射后，進(jìn)入光敏三極管。</p><p>　　使用編程器將程序下載到AT89C2051單片機(jī)中，然后插入電路板，接著打開(kāi)電源進(jìn)行測(cè)試。并打開(kāi)小電筒。</p><p>　　當(dāng)風(fēng)扇穩(wěn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，4位七段數(shù)碼管的顯示值應(yīng)該不變，（或）在允許誤差范圍內(nèi)有小數(shù)額的變動(dòng)。這是由于電路硬件等多方面存在的誤差。本次

53、試驗(yàn)，數(shù)碼管的顯示旋轉(zhuǎn)速率為xxxx。</p><p>　　應(yīng)該注意的是，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該：先接線后打開(kāi)電源，先關(guān)閉電源后拆線。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)這次的基于單片機(jī)的測(cè)速儀的設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到很多東西，但就我個(gè)人感覺(jué)而言，學(xué)到的東西，對(duì)我今后的學(xué)習(xí)有重要的指導(dǎo)作用，這次學(xué)習(xí)對(duì)我的確很重要，至少我認(rèn)可

54、了自己，在過(guò)去的三年里，還是學(xué)到了一些有用的課本知識(shí)。</p><p>　　我學(xué)到了如何務(wù)實(shí)，如何去學(xué)一門(mén)技術(shù)，同時(shí)也知道了如何學(xué)習(xí)，什么才是學(xué)習(xí)。如果每天都能像這樣的學(xué)習(xí)，大學(xué)三年的課程，一年就夠了，或許還不要。這次的學(xué)習(xí)比我在讀高三時(shí)都還累。技術(shù)學(xué)到了，也許會(huì)忘記，學(xué)習(xí)的方法學(xué)到了，是一輩子的財(cái)富。同時(shí)這也是值得回憶的。</p><p>　　現(xiàn)在看看自己以前自學(xué)的一點(diǎn)東西，學(xué)了都有將近

55、一年了，還是一個(gè)新手。這次學(xué)習(xí)讓我知道了，只要想學(xué)，一個(gè)月就夠了，關(guān)鍵是有沒(méi)有毅力和壓力。自學(xué)的更是這樣的，沒(méi)有周?chē)说膲毫?，就要自己去找壓力?lt;/p><p>　　現(xiàn)在學(xué)到的東西，在書(shū)本上是學(xué)不來(lái)的，在以后的工作中一定也會(huì)用到的，一定要自己經(jīng)歷了，在實(shí)踐中才學(xué)得到。這短暫的時(shí)間也許會(huì)對(duì)我的未來(lái)有大的影響。很感激學(xué)院提供這次學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)給我，這次學(xué)習(xí)絕對(duì)是一次成長(zhǎng)的機(jī)會(huì)。希望在以后的工作中，我今天學(xué)到的東西，能有用武

56、之地。</p><p><b>　　五、結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　此系統(tǒng)充分利用了單片機(jī)小而靈活、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，以其為中心，成功的設(shè)計(jì)出了能測(cè)算出物體轉(zhuǎn)速的產(chǎn)品，即讓我回故了以前所學(xué)的知識(shí)，又有新的心德體驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了我的智力。</p><p>　　在大學(xué)畢業(yè)之前，能設(shè)計(jì)出一個(gè)電子產(chǎn)品，我深感欣慰，也感到無(wú)比的興奮和激動(dòng)，大學(xué)幾

57、年有所收獲。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)有個(gè)遺憾，就是這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)用價(jià)值不怎樣太高，產(chǎn)品功能較少，當(dāng)然，這是選題時(shí)的一些不足之處。希望下一次，能設(shè)計(jì)出可以大量生產(chǎn)的產(chǎn)品，一個(gè)更好更實(shí)用的產(chǎn)品，來(lái)服務(wù)于現(xiàn)代化建設(shè)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 康光華主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）.高等教育出版社.2