AT89C51单片机毕业设计论文

-1-扬州市职业大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：高分辨率转速测量仪系别：电子系1专业：应用电子1班级：03电（2）1姓名：张金平1学号：03040102361指导教师：吕群工程师完成时间：06年5月-2-目录摘要………………………………………………………………………………3第1章AT89C51单片机概述1.1单片机的基本知识……………………………………………………41.2单片机的应用…………………………………………………………11第2章整体方案设计2.1转速的测量……………………………………………………………122.2共阳极LED数码显示器………………………………………………142.3硬件部分设计…………………………………………………………152.4软件部分设计…………………………………………………………16第3章系统调试3.1硬件调试………………………………………………………………173.2软件调试………………………………………………………………17总结………………………………………………………………………………18元器件清单………………………………………………………………………19附录一：程序框图………………………………………………………………20附录二：硬件电路图……………………………………………………………22附录三：软件程序清单…………………………………………………………23-3-摘要高分辨率转速测量仪是单片机系统的简单应用。它是硬件和软件相配合使用的，这样可以弥补硬件成本高、结构复杂的特点，提高运行速度。该转速测量仪经济实惠，适用于电机、电扇、车轮等的转速。还可以做成一个限速装置，用于一些特定的场合。首先，电路是由控制电路部分和显示电路部分两大部分组成。利用单片机的程序进行控制，并用了LED数码管作动态扫描进行显示实时转速。此装置的测量范围是500r/min～5000r/min。关键词1.高分辨率2.转速3.单片机4.LED数码管5.动态扫描6．伟福仿真器课题简介1．内容此系统能对某种转速（如：电机、风扇、车轮等）作快速高分辨率测量。转速显示位数能达到3～4位并用LED数码管作动态扫描显示。软件部分可以用INT0、INT1测脉冲宽度的方法测出周期，然后用除法运算求出转速并送显示。2．应用范围本测量仪器是一种分辨率较高的转速测量仪器。它可以应用于电机的转速测量，一般的测量范围可以在500r/min～5000r/min之间，显示位数达到四位。可以作为一些需要转速实时控制的场所，根据操作者的需要进行调速。3．市场调查转速测量在国民经济的各个领域，都是必不可少的。随着电子技术发展，单片机技术和大规模可编程数字逻辑电路的普及，为转速仪表结构简单化提供了技术基础。智能芯片的运用，使同一仪表硬件，具有多种不同功能的软件，为多样化系列化带来了便利。智能仪表的软件，可为不同需求量身定做，使得智能仪表又具个性化的特点。市场上的转速测量仪器可分为以下六类：1．离心式转速表，是机械力学的成果；2．磁性式转速表，是运用磁力和机械力的一个典范；3．电动式转速表，巧妙运用微型发电机和微型电动机将旋转运动异地拷贝；4．磁电式转速表，电流表头和传感器都是电磁学的普及运用；5．闪光式转速表，人类认识自然的同时也认识了自我，体现了人类的灵性；6．电子式转速表，电子技术的千变万化，给了我们今天五彩缤纷的世界，同样也造就了满足人们各种需要的转速测量仪表。综上所述，我选择了电子式转速测量仪做为研究对象。电子式转速表是一个比较笼统的概念：以现代电子技术为基础，设计制造的转速测量工具。它一般有传感器和显示器，用单片机来控制，利于实现转速测量智能化。-4-第1章AT89C51单片机概述1.1单片机的基本知识AT89C51单片机与Intel80C51单片机在引脚排列、工作特性、硬件组成、指令系统等方面完全兼容。其主要特性是：1.内存4KB的Flash存储器，擦写次数1000次；2.内存128字节的RAM；3.具有32根可编程I/O线；4.具有2个16位可编程定时器；5.具有5个中断源、2级优先权的中断结构；6.具有1个全双工的可编程串行通信接口；7.具有1个数据指针DPTR；8.两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式；9.AT89C51的工作电压为5（1±0.2）V且典型值是5V；MCS-51单片机芯片内部的逻辑结构如图1.1所示。现对各组成部分的情况介绍如下：1.中央处理器（CPU）中央处理器简称CPU，是单片机的核心，完成运算和控制操作。按其功能，中央处理器包括运算器和控制器两部分电路。1.运算器电路运算电路是单片机的运算部件，用于实现算术和逻辑运算。图1.1中的ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、B寄存器、程序状态字和两个暂存寄存器等属于运算器电路。图1.1-5-运算电路以ALU为核心，基本的算术运算和逻辑运算均在其中进行，包括加、减、乘、除、增量、减量、十进制调整、比较等算术运算，与、或、异或等逻辑运算，左、右移位和半字节交换等操作。运算和操作结果的状态寄存器（PSW）保存。2.控制器电路控制电路是单片机的指挥控制部件，保证单片机各部分能自动而协调地工作。图1.1中的PC（程序计数器）、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、定时与控制电路等均属于控制电路。单片机执行指令是在控制电路的控制下进行的。首先从程序存储器中读出指令，送指令寄存器保存，然后送指令译码器进行译码，译码结果送定时控制逻辑电路，由实时控制逻辑产生各种定时信号和控制信号，再送到系统的各个部件去进行相应的操作。这就是执行一条指令的全过程，执行程序就是不断重复这一过程。2.内部数据存储器内部存储器在图1.1中包括RAM（128*8）和RAM地址寄存器等。实际上80C51芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占用，供用户使用的只有前128单元，用于存放可读写的数据。因此，通常所说的内部数据存储器是指前128单元，简称“内部RAM”。3.内部程序存储器内部程序存储器在图1.1中包括（4K*8）和程序地址寄存器等。80C51共有4KB掩膜ROM，用于存放程序和原始数据。因此称之为程序存储器，简称“内部ROM”。4.定时器/计数器出于控制应用的需要，80C51共有两个16位的定时器/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。图1.1中，定时器是和中断、串行端口画在一起的。5.并行I/O口MCS-51共有4个8位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入输出。在图1.1中，4个并行口是分别画出的。6.串行口MCS-51单片机是有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它数据设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。在图1.1中，串行端口是和中断、定时器一起画出的。7.中断控制系统MCS-51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。80C51共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。全部中断分为高级和低级共两个优先级别。在图1.1中，中断控制电路和串行端口、定时器一起画出。8.时钟电路MCS-51芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接，所以在图1.1中时钟电路是用石英晶体和电容的符号表示的。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，典型频率为12MHz。9.位处理器-6-单片机主要用于控制，需要有较强的位处理功能，因此位处理器是它的必要组成部分，常把位处理器称为布尔处理器。位处理器以状态寄存器中的进位标志位C为累加位，可进行置位、复位、取反、等于“0”转移、等于“1”转移且清“0”以及C与可寻址位之间的传送、逻辑与、逻辑或等位操作。位处理操作也是通过运算器实现的，但图1.1中没有具体画出。一、引脚排列及功能80C51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片,引脚排列请参见下页图1.21.信号引脚介绍输入/输出口线P0.0～P0.7P0口8位双向口线；P1.0～P1.7P1口8位双向口线；P2.0～P2.7P2口8位双向口线；P3.0～P3.7P3口8位双向口线；ALE地址锁存控制信号在系统扩展时,ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来,以实现低位地址和数据的分时传送。此外由于ALE是以六分之一晶振频率的固定频率输出的正脉冲,因此可作为外部时钟或外部定时外部定时外部使用。/PSEN外部程序存储器读选通信号图1.2在读外部ROM时/PSEN有效(低电平),以实现外部ROM单元的读操作。/EA访问程序存储器控制信号当/EA信号为低电平时,对ROM的读操作限定外部程序存储器,而当/EA信号为高电平时,则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始,并可延续至外部程序存储器。RST复位信号当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即位有效,用以完成单片机的复位操作。XTAL1和XTAL2外接晶体引线端当使用芯片内部时钟时,此二引脚端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。Vss地线Vcc+5V电源以上就是80C51单片机芯片40条引脚的定义及简单功能说明。2.信号引脚的第二功能由于工艺及标准化等原因,芯片的引脚数目是有限的,例如MCS-51系列芯片引脚数目40条,但单片机为实现其功能所需要的信号数目却远远超过此数,因此就出现了供需矛盾。如何解决这一矛盾?复用是唯一可行的办法,即给一些信号引脚赋予双重功能。第二功能信号定义主要集中在P3口线中,另外再加上其他信号线.1.常见的第二功能信号P3口线的第二功能P3的8位口线都定义有第二功能,祥见表1-1-7-表1-1P3口线的第二功能口线第二功能信号名称P3.0RXD串行数据接收P3.1TXD串行数据发送P3.2/INT0外部中断0申请P3.3/INT1外部中断1申请P3.4T0定时器/计数器0计数输入P3.5T1定时器/计数器1计数输入P3.6/WR外部RAM写选通P3.7/RD外部RAM读选通EPROM存储器程序固化所需要的信号有内部EPROM的单片机芯片,为写入程序需提供专门的编辑脉冲电源,它们也是由信号引脚以第二功能的形式提供的,即:编程脉冲:30脚(ALE//PROG)编程电压(25V):31脚(/EA/Vpp)备用电源引入MCS-51单片机的备用电源也是以信号第二功能的方式由9脚提供电压,以保护内部RAM中的信息不丢失。2.引脚的第一、第二功能不会混淆一个信号引脚,又是第一功能又是第二功能,会不会在使用时引起混乱和造成错误呢?理由有三:1.对于各种型号的芯片,其引脚的第一功能信号是相同的,所不同的只在引脚的第二功能信号上。2.对于9,30和31各引脚,由于第一功能与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号,因此不会发生使用上的矛盾。3.P3口线的情况却有所不同,它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。因此在实际使用时,总是先按需要优先选用它的第二功能,剩下不用的才作为引脚表现出的外特性或硬件特性,在硬件方面只能引用功能,即通过引脚组建系统。二、存储器组织和特殊功能寄存器MCS-51单片机片内集成有程序存储器ROM和数据存储器RAM,在使用过程中用户还可以根据需要对存储器进行外部扩展。从物理上分，MCS-51单片机存储器有片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器4个存储空间。从逻辑上分，MCS-51单片机有片内外统一的程序存储器地址空间、内部数据存储器地址空间和外部数据存储器地址空间3个存储器地址空间。为了区分不同的存储器空间，访问这3个不同的逻辑空间时采用了不同形式的指令。1.程序存储器程序存储器用于存放编好的程序和表格常数，MCS-51单片机内部有4KB的程序存储器。EA引脚的连接-8-对MCS-51单片机而言，在正常运行是，应把EA引脚接高电平，使程序从内部ROM开始运行。目前很多厂家的单片机内部ROM容量能够满足使用需求，通常没有必要再进行外部ROM的扩展。一些关键的存储单元0000H～0002H，系统复位后，