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莱芜职业技术学院课程设计（论文）1一、引言(一)选题依据：近30年以来，单片机迅速发展，速度之快令人惊讶，广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。在智能仪器仪表上的应用，单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大；用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在；现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等；单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。通过这个毕业设计的训练，可以使我更好的掌握单片机，领会它的魔力，既学会了动手操作技能，又增加了自己对未来的信心。二、芯片AT89C2051和辅助元件的介绍（一）AT89C2051芯片1.AT89C2051的性能和结构AT89C2051是ATMEL公司生产的带2K字节闪速可编程可擦除只读存储器(EEPROM)的8位单片机,它具有如下主要特性：（1）和MCS-51产品的兼容，2K字节可重编程闪速存储器（2）耐久性：1,000写／擦除周期，全莱芜职业技术学院（课程论文）2静态操作：0Hz～24MHz（3）两级加密程序存储器，128×8位内部RAM（4）15根可编程I/O引线，两个16位定时器/计数器，六个中断源AT89C2051是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。这次采用的是T89C2051单片机芯片，T89C2051处理器功能方框图如图2-1所示。图2-1AT89C2051处理器的功能方框图此外,从AT89C2051内部结构图也可看出,其内部结构与8051内部结构基本一致（除模拟比较器外）,引脚RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部连接电路也完全与51系列单片机相应引脚一致,但P1口、P3口有其独特之处。（二）其他的辅助元件介绍1.1838光敏三极管1838三极管是一个应用比较成熟的光电产品，它是一个微关照输入，低电流输出的元件，它的外形见下图所示。一般情况下，它的输出都要经过一个较高放大倍数三极管的放大，才能提供给下一级电路使用。莱芜职业技术学院（课程论文）32.CA3140运算放大器它是一个DIP-8封装的集成芯片，它能进行所需的算术运算放大，它有两种封装图。它的内部结构如图2-4所示：其中，2脚为反向输入端，3脚为同向输入端，7脚接的是正电压，4脚接的是负电压，6脚为输出端，其它管脚在外面悬空。图2-4运算放大器CA3140内部结构图3.ULN2003三极管阵列它实质上是一个高电流的达林顿管，其管脚封装是DIP-16,用来辅助AT89C2051的输出端来输出数据，但同时它的输入端应接上拉电阻，这里用的是阵列电阻RNW1,它的数值为10K*8。ULN2003内不仅仅有7个达林顿三极管，达林顿三极管集电极开路输出。步进电机需要一定的电压，一般至少需要高于6V电压。4.MTF3461BSR数码管此数码管是一个4位七段共阳极数码管，实物如下图所示。莱芜职业技术学院（课程论文）4数码管的管脚分为两类，一类为段的数码信号脚，一类为位的数码信号脚。段的数码一般有7到8个引脚，4位数码管有4个位码引脚。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。这里共阳极的接法是，8个段的数码管引脚只用了7个，分别接7个10K的电阻、再接单片机的P口（哪组接口随你定，比如说P0口）。然后4个位码引脚分别通过4个驱动三极管再接电源。三极管这里选的是2N2222A。4个三极管的基极分别接4个1.2K电阻再接到单片机端口（比如P2口的某4个脚）。三、基于单片机AT89C2051测速仪的设计（一）电路描述1.信号检测和放大：其原理图如下图所示系统所需电压为6V。检测到的信号先通过三极管2N2222（T5）放大，再进一步通过运算放大器CA3140(IC3)放大。莱芜职业技术学院（课程论文）52.输入和处理：其原理图如图下图所示。3.输出显示：其原理图如图下图所示。（二）软件设计这个系统的流程图如下图所示。莱芜职业技术学院（课程论文）6本设计的程序由汇编语言编写，并由8051交叉汇编器汇编。程序有很好的注释，并且易于理解。根据流程图，基于单片机的测速仪的源程序如所示。Bit0BIT0D3H；D0EQU44H；D1EQU45H；D2EQU0B6HD3EQU40H；D4EQU41HD5EQU50H；D6EQU18H；D7EQU19H；D8EQU1AH；D9EQU1BH；D10EQU55H；D11EQU0F5H；D12EQU08H；D13EQU09H；D14EQU0AH；D15EQU0BH；D16EQU0CH；D17EQU0DH；D18EQU0EH；D19EQU0FH；D20EQU04H；D21EQU05H；D22EQU06H；D23EQU07H；D24EQU03H；D25EQU02H；D26EQU01H；D27EQU00H;标识符指令操作数机械码ORG0000H;--------AJMPL0030;0130ORG000BH;------AJMPL0142;2142ORG0030H;-----L0030:MOVSP,#60H;758160MOVP3,#0FFH;75B0FFMOVP1,#03H;759003MOVTMOD,#61H;758961L003C:MOVTH0,#0FFH;758CFFMOVTL0,#09DH;758A9DSETBET0;D2A9SETBEA;D2AFMOVD0,#00H;754400MOVD1,#00H;754500ACALLL0050;1150AJMPL0055;0155L0050:MOVR2,#0AH;7A0AL0052:DJNZR2,$;DAFERET;22L0055:JBP3.6,$;20B6FDACALLL0050;1150L005A:JNBP3.6,$;30B6FDSETBTR0;D28CMOVC,D2;A2B6莱芜职业技术学院（课程论文）7MOVP3.5,C;92B5MOVR4,#00H;7C00MOVR5,#00H;7D00MOVR6,#00H;7E00MOVR7,#00H;7F00MOVB,#0AH;75F00AMOVA,R2;EADIVAB;84MOVR3,B;ABF0MOVB,#0AH;75F00ADIVAB;84MOVR4,B;ACF0MOVR5,A;FDCJNER1,#00H,L00BE;B90002SJMPL00EA;802CL00BE:MOVA,#06H;7406ADDA,R3;2BMOVB,#0AH;75F00ADIVAB;84MOVR3,B;ABF0ADDA,#05H;2405ADDA,R4;2CMOVB,#0AH;75F00ADIVAB;84MOVR4,B;ACF0ADDA,#02H;2402ADDA,R5;2DMOVB,#0AH;75F00ADIVAB;84MOVR5,B;ADF0CJNER6,#00H,L00DE;BE0002SJMPL00DF;8001POPD12;D008RET;22END表3-1测速仪的源程序软件使用AT89C2051的内部计时器，测量单位为100毫秒旋转周期的时间。因此如果每分钟转速达到1500，每秒钟转数达到25，旋转一周花费的时间为40ms。莱芜职业技术学院（课程论文）8计时器使用一个中断计算每100毫秒的中断输出，所以在这种情况下，计时器程序计算的数字将是400，被除数是600000，结果是1500这就是每分钟转数。这些数字显示在4位七段数码管上。子过程UDIV32被调用，这是一个8051系列32位数字除以16位数字的标准过程。该测速仪的误差为6000rpm+/-5rp四、设计总结经过这次的基于单片机的测速仪的设计，让我学到很多东西，但就我个人感觉而言，学到的东西，对我今后的学习有重要的指导作用，这次学习对我的确很重要，至少我认可了自己，在过去的三年里，还是学到了一些有用的课本知识。我学到了如何务实，如何去学一门技术，同时也知道了如何学习，什么才是学习。如果每天都能像这样的学习，大学三年的课程，一年就够了，或许还不要。这次的学习比我在读高三时都还累。技术学到了，也许会忘记，学习的方法学到了，是一辈子的财富。同时这也是值得回忆的。现在看看自己以前自学的一点东西，学了都有将近一年了，还是一个新手。这次学习让我知道了，只要想学，一个月就够了，关键是有没有毅力和压力。自学的更是这样的，没有周围人的压力，就要自己去找压力。现在学到的东西，在书本上是学不来的，在以后的工作中一定也会用到的，一定要自己经历了，在实践中才学得到。这短暂的时间也许会对我的未来有大的影响。很感激学院提供这次学习机会给我，这次学习绝对是一次成长的机会。希望在以后的工作中，我今天学到的东西，能有用武之地。五、参考文献[1]康光华主编.电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社.2005。[2]张毅刚著.单片机原理及应用.高等教育出版社2003。[3]崔洪斌、陈曹维、于冬梅著．AutoCAD实践教程（2008版）．高等教育出版社。[4]周荷琴、吴秀清著.微型计算机原理与接口技术.中国科学技术大学出版社.2008。