单片机报告-数字转速表设计_本科论文

沈阳航空航天大学课程设计（论文）题目数字式光电转速计的设计班级 94070301 学号 ************* 学生姓名刘鹏指导教师刘利秋沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称专业基础课程设计B院（系）自动化学院专业运载器综合测试技术班级94070301 学号2009040703018 姓名刘鹏课程设计题目数字式光电转速计的设计课程设计时间: 2012 年7 月9 日至2012 年7月20 日课程设计的内容及要求：1.内容设计采用单片机、光电传感器的数字式光电转速计。

实现转速的实时测量和LED显示，键盘设定转速上限值，并能给出转速超标报警提示。

2.技术指标（1）测量范围：0~50转/秒（r/s）。

（2）L ED显示：××r/s。

（3）键盘设定上限阈值。

（4）能给出转速超标的声、光报警提示。

3.要求（1）制定设计方案，并绘制出系统工作框图。

（2）绘制电路原理图，并将传感器、单片机试验箱、电源等硬件正确可靠的连接。

（3）用单片机实验箱进行程序设计与系统调试。

（4）撰写一篇6000字到8000字的课程设计报告。

指导教师年月日负责教师年月日学生签字年月日目录0 前言 (1)1 总体方案设计 (1)2 硬件电路设计 (2)2.1光电传感器 (3)2.2放大电路 (3)2.3单片机系统 (4)2.4LED数码管显示 (5)2.5键盘和报警电路 (6)3 软件设计 (8)3.1显示程序设计 (9)3.2键盘和报警程序设计 (9)3.3频率测量 (10)4 调试分析 (11)5 结论及进一步设想 (11)参考文献 (11)课设体会 (12)附录1 电路原理图 (13)附录2 程序清单 (14)数字式光电转速计的设计刘鹏沈阳航空航天大学自动化学院摘要：本文设计了由单片机控制的数字式光电转速计，由光电传感器、单片机、键盘设置报警和LED数码显示组成，主要使用了、LED主要器件，主要解决方案是利用光电传感器、单片机学习板等设计一个由LED显示物体转速的转速计。

1 设计任务描述1.1设计题目：数字转速表1.2 设计要求1.2.1 设计目的(1) 掌握数字转速表的构成、原理与设计方法；(2)熟悉集成电路的使用方法。

1.2.2 基本要求(1) 数字转速的测试与显示电路，要求四位数码显示；(2)数字时间的显示部分——时、分的显示；(3) 时间与转速共用显示器，使用按键切换；1.2.3 发挥部分(1) 转速表的溢出报警和显示；(2) 可预置的转速超限报警。

2 设计思路我的设计题目的数字转速表，数字转速表的主要功能是实现对每分钟转速的测量和计时功能，当按键时能实现转速和时钟的切换显示。

（1）脉冲产生部分：方波信号发生器是记录时间的一个重要组成部分，其稳定度及频率精度决定了计时的准确度。

一般来说，方波信号发生器的频率越高，计时精度越高。

我在这里用到了555与RC组成的多谐振荡器，它产生频率f=1kHz的方波信号。

（2）分频电路部分：分频电路的功能是对方波信号发生器产生的方波信号进行分频处理，这里我用计数器将产生的频率分成两部分，一部分是将频率分成100s，另一部分是分成60的脉冲。

（3）时钟计时部分：根据要求我设计的时钟能显示时和分，是通过60s的脉冲和4个计数器的串联来完成的，将分钟部分接成60进制，小时部分接成24进制。

（4）转速测量部分：将100s的脉冲通过单稳触发器将其变成60s和传感器一起通过闸门实现转速的测量。

（5）数据选择及显示部分：将时钟和转速通过数据选择器实现开关切换的功能，然后通过译码器将数据显示在显示器上，此外此计数器还能实现自动所存功能（6）发挥部分：当转速超出额定输入值时和在转速溢出时进行报警，主要输入信号通过单稳和多频振荡器实现在一定时间报警的功能3 设计方框图4 各部分电路设计及参数计算4.1脉冲产生电路设计及其参数计算4.1.1 脉冲产生电路设计图4.11 555振荡器与分频器的连接电路本电路中的振荡器是由555定时器构成的多谐振荡器。

基于单片机的电子式转速里程表的设计介绍一种新型的基于单片机的电子式汽车转速里程表的实现方案。

讨论了里程计数的原理和转速指示原理。

针对机械式里程表缺点结构复杂，精度不高，并且价格较昂贵，设计了数字式汽车转速里程表。

这里以AT89C2051单片机为核心，利用SPI串行总线开发了电子式里程表。

该里程表利用磁电式传感器采样汽车行驶所得到的信号；采用LCD数码管显示汽车总行驶里程数，本次里程采EEPROM 芯片X25045，利用其通电可改写，掉电信息可保存的特点存储汽车行驶的总里程数。

本设计的转速里程表具有结构简单，精度较高，误差较小，显示清楚醒目，稳定可靠等特点，另外对该系统的软件也作了相应的说明。

关键词:汽车；转速里程表单片机Single Chip Microcomputer Controll ing Displaying of Automobile Odometer Abstract : This article mainly introduces a new -type electric automobile odometer. Its core is 2051 single chip microcom2puter ; L ED digital tube is used to display the total and present running distance. Comparing with the mechanical automo2bile odometer , it has following features : higher accuracy and less error , and it also can be displayed more clearly and pro2duced with simpler technology.目录摘要……………………………………………………………………………………Abstract………………………………………………………………………………第一章：绪论…………………………………………………………………………1.1研究的目的与意义………………………………………………………………1.2 国内外研究概况及发展趋势……………………………………………………第二章：系统的总体设计……………………………………………………………2.1系统的总体结构……………………………………………………………………2.2.转速里程表的介绍………………………………………………………………2. 3转速里程表的工作原理…………………………………………………………第三章：系统的硬件设计……………………………………………………………3.1.系统CPU的选择…………………………………………………………………3.2辅助芯片的选取…………………………………………………………………3.3LM1819在转速里程表中的应用…………………………………………………3.3. 1电动里程表结构………………………………………………………………3.3.2LM1819驱动线路工作原理…………………………………………………3..4液晶显示器LCM1010的应用……………………………………………………3.5传感器的选择………………………………………………………………………第四章系统的软件设计………………………………………………………………4.1主程序模块…………………………………………………………………………4.2串行中断服务程序模块……………………………………………………………第五章印制板图的绘制………………………………………………………………结束语………………………………………………………………………………附录……………………………………………………………………………………参考文献……………………………………………………………………………致谢……………………………………………………………………………………第一章：绪论1.1研究的目的与意义自1886年发明汽车以来,汽车走过了100多年的发展历程。

单片机课程设计课题：转速表设计电气与电子工程系系别：电气工程及其自动化专业：名：XXX 姓号：000000000 学杨帆指导老师：XXXXXXXXXX日月年20xxxxxx一、设计目的利用单片机控制实现对转动物体速度的测量二、设计要求可采用接触或非接触式，实现对转动物体（如电动机轴）转速的测量，要求显示精度为三位半；发挥部分:可区别转向。

三、总体设计我们设计的转速表主要用传感器测量转速，用到的传感器为霍尔效应式。

霍尔传感器获取小马达旋转的信号，通过对脉冲进行计数并送给AT89C52单片机处理，单片机输出转速信号由数字显示器件直接显示，单位为r/min。

3.1总体框图图1 电路的总体原理框图如上图1，89C52由复位电路和时钟电路控制和调整，电源供电后，霍尔传感器接收到电机旋转信号，将信号送入单片机处理，单片机将结果输出到ＬＣＤ显示。

3.2工作原理我们设计的转速表主要用传感器测量转速，用到的传感器为霍尔效应式，采用UGN3144霍尔传感器。

传感器部分，负责将被测量量的转速转化为脉冲信号，可以直接把信号送入到单输出的是数字信号，因为采用的是集成霍尔开关元件，霍尔传感器获取小马达旋转的信号，STC89C52。

片机进行处理。

单片机采用的是单片机处理，单片机输出转速信号由数字通过对脉冲进行计数并送给AT89C52 液晶显示。

数字显示器件采用的是显示器件直接显示，单位为r/min1602LCD电路元件介绍3.3霍尔元件因霍尔器件对垂直于霍尔片表面的磁感使用霍尔器件可做成各种式的探头，应强度敏感，因而可测小马达转速。

霍尔元件的尺寸极小，测量十分方便。

我们2封装，引脚端1为电源正端，引脚端UGN3144使用霍尔元件，它采用SOT89。

本电路选择把霍尔元件的第三。

如下图23为接地，引脚端为输出（OC形式）用来接收霍尔元件的中断引脚，引脚，即INT0/P3.212OUT脚接到89C52的第响应。

图2 UGN3144的封装结构1602字符型LCD图3 1602LCD尺寸图主程序流程图3.44 主程序流程图图设计思路：然后进行磁感应测因为霍尔传感器的工作原理是与小电机产生近距离接触，速，故我们要判断霍尔传感器得到的信号是否是有效的。

毕业设计说明书基于单片机的转速表设计与实现毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

基于单片机数字转速计的设计
引言在工业控制中经常要进行转速测量,一般采用的是接触式转速计，这种转速计必须顶在转轴中心才能进行测量，使用起来不方便，而且局限性很大，安全性也不是很好。

因此，我们设计了采用光电传感器的非接触式转速计，测量范围从1．0～9999 转／分钟，四位数码管显示，当被测转速小于1000 转／分钟时，精确到0.1 转／分钟。

1 测量原理
在被测旋转轴上贴一片铝箔作为反光体，当反光体转到光电传感器的正前
方时，光电传感器发出的红外光束被反射回来，同时被光电传感器上的红外接收管接收，产生一个脉冲信号，我们利用这个信号的边沿触发单片机内部的高精度定时器进行计时，精度可达1μs，当反光体再次转到光电传感器的正前方时，利用光反射信号的边沿停止单片机计时。

这样转轴的旋转周期t 就被精确地测量出来了，然后单片机把周期换算成转速并通过LED 数码管显示出来。

2 电路构成及软件设计
电路结构见图1，因为要求体积小巧且显示亮度高，因此，采用扫描显示模式，然而，用一片CPU 同时完成测量和显示是不行的，扫描功能将严重影响CPU 的测量。

因此，采用两片ATMEL 公司生产的AT89C2051 单片机来分别担任，AT89C2051 具有内置2KB 的EEPROM 程序存储器和128 个字节的RAM，且每个引脚能够吸入20mA 的电流等这些良好特性。

CPU1 用来测量旋转轴的旋转周期并换算成转速，然后把显示数据发送给CPU2，CPU2 平时只是在不断地扫描显示数据，当CPU1 发送数据过来时，CPU2 产生中断，立即接收数据，然后更新显示数据，这样在四位LED 数码管上的数据就被立即更新了。

采用两片CPU 的好处是电路结构清晰，编程简单，实现了模块化设计。

基于单片机数字转速表设计作者：黎洪洲来源：《消费电子·理论版》2013年第07期摘要：基于单片机数字转速表设计是以单片机（AT89S52）为控制芯片，利用S52单片机三个定时器的特点，运用转速测量M/T法，通过对光电编码盘输出的脉冲信号测量获得电动机转速。

测量精度高，范围宽。

关键词：数字转速表；转速测量；M/T法；脉冲中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 14-0000-01一、引言转速表作为机械行业必备的仪器之一，用来测定电机的转速、线速度或频率。

在电机、电扇、造纸、塑料、化纤、洗衣机、汽车、飞机、轮船等制造业中，转速表都得到了广泛的应用。

转速表、转速测量在国民经济的各个领域，都是必不可少的。

随着社会经济，科学技术不断发展，各个领域的机械设备对转速表要求也越来越高。

而单片机具有体积小、成本低、功能强、智能化等优点。

将单片机嵌入到转速表内可以很大程度上改善转速表的稳定性、抗干扰能力、体积、功能、测量精度与范围等性能。

因此研究单片机多功能转速表的设计是非常有必要的。

二、方案设计及论证（一）转速测量理论分析在一定的时间Tc内测取脉动个数M1，用以计算这段时间内的平均转速，称作M法测速。

在相邻脉冲的间隔时间内，用一个计数器对已知频率为f0的高频时钟脉冲进行计数，并由此来计算转速，称作T法测速。

把M法和T法结合起来，既检测Tc时间内输入脉冲的个数M1，有检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用以计算转速，称作M/T法测速。

设高频时钟脉冲的频率为f0，则准确的时间测速时间Tt=M2/f0，而电动机的转速为：采用M/T法测速时，应保证高频时钟脉冲计数器与输入脉冲计数器同时开启和关闭，以减少误差，只有等到输入脉冲的边沿到达时，两个计数器才同时允许开始或停止计数。

由于M/T法的计数值M1和M2都随着转速的变化而变化。

高速时，相当于M法测速，最低速时，M1=1，自动进入T法测速，因此，M/T法测速能适用的转速范围明显大于前两种，是目前广泛使用的一种测速方法。

目录1 绪论 (2)1.1课题描述 (2)1.2基本工作原理及框图 (3)2 相关芯片及硬件电路设计 (3)2.1 霍尔集成传感器 (3)2.2 时基信号发生器 (5)2.2.1 555定时器基本组成 (5)2.2.2 555定时器的主要性能参数 (6)2.2.3 由555定时器的构成的实际信号发生器的电路图及工作原理 (7)2.3 选通门电路 (8)2.3.1 CD4011的引脚图和功能 (8)2.3.2 CD4011构成的选通门电路 (8)2.4 三位十进制计数及LED显示组件电路 (9)2.4.1 CL102的特点 (9)2.4.2 CL102的引脚功能 (10)总结 (11)致谢 (12)参考文献 (13)1绪论1.1课题描述随着科学技术的发展电子应用技术日益频繁的被人们所利用，不仅在日常生活中而且在生产中更是被人们喜于接受。

这些对推动我国经济发展以及提高生产效率等有重大意义。

电子技术应用不仅应用在高端科技领域内而且和生活息息相关，例如各种电器电路板设计，维修等都需要结合电子技术来完成。

而作为电子信息工程专业的学生掌握这一技术显得更为重要，而课程设计这一环节是对我们是否掌握知识的一大考验，或者是理论结合实际的一种锻炼，更是对我们前面所学过的科目如模拟电子技术才，数字电子技术以及原理图设计等的综合应用。

而且通过《数字转速表设计》这课题的设计通过真正意义上的实践来发现自己的不足并通过深思后再得到老师和同学的帮助更能留下深的印象并在以后的学习实践中来弥补自己的不足。

而课程设计最大一方面的意义是能提高我们得应用能力和科技创新能力。

本课题是设计一个具有实际应用意义的电子转速表，它是一个将被测转轴的转速用数码显示电路进行定量显示的技术装置。

1.2基本工作原理及框图本课题设计的数字转速表是由装有永久磁铁的转盘、霍尔集成传感器、选通门电路、时基信号电路、计数及数码显示电路等组成。

其基本工作原理是：由霍尔传感器获取转速信号,次信号通过由时基信号控制的选通门，最后被送进计数器，通过对脉冲进行计数而推算出转速,并由数字显示器件直接显示。

目录第一章概述 (2)1.1 单片机的在生产生活的的应用 (2)1.2 课题简介 (2)第2章总体方案的确定 (3)2.1 设计思路 (3)2.2 硬件设计方案 (3)2.3 软件设计方案 (4)第3章硬件电路的设计 (5)3.1 时钟电路设计 (5)3.2 按键电路设计 (5)3.3 显示电路设计 (6)3.4 脉冲电路设计 (6)3.5 整体电路的细节修改与调整 (7)第4章软件的设计 (8)4.1 显示子程序设计 (8)4.2 按键扫描设计 (9)4.3 中断程序设计 (10)第5章系统调试 (11)5.1 系统调试与仿真 (11)5.2 调试与仿真中产生的问题 (11)5.3 仿真截图 (11)第6章总结与体会 (14)参考文献 (15)附录A 总硬件设计图 (16)附录B 程序清单 (17)电气与信息工程系课程设计评分表 (24)第一章概述目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。

因此，单片机的学习、开发与应用就显得越发的重要了。

1.2课题简介本课题要求以MCS-51系列单片机为核心，设计一个数字转速表对脉冲转速信号进行检测，能将所测量的转速在LED显示器上显示（十进制），并具有方便的键盘操作（启动、停止、复位）功能。

第2章总体方案的确定2.1 设计思路1、设计1S定时：T0作定时器，定时20ms。

这样计20个循环即是1S。

2、T1作计数器，接收外部的脉冲个数。

3、在1S内的脉冲个数乘以60即得每分钟的脉冲个数，而电动机是转一圈产生一个脉冲，所以每分钟的脉冲个数即是电动机每分钟的转速。

摘要随着现代科学技术的发展，计量技术相应地也得到迅速发展。

在这个领域中，数字仪表越来越现实它的优越性和生命力：精度高、速度快、便于记录、控制和传递，因而数字式仪表得到了广泛的应用。

在转速计量方面，数字转速表更是一种理想的测量仪器。

随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，以单片机为核心的数字转速表更是得到了广泛应用。

本文便是运用AT89C51单片机控制的数字式转速表。

电机在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的参数。

数字式转速表就是对电机转速进行测量，并可以和PC机进行通信，显示电机的转速，并观察电机运行的基本情况。

本设计主要用AT89C51作为控制核心，由霍尔传感器，LED数码显示管，施密特触发器等构成。

充分发挥单片机的性能。

本文重点是数字转速表的硬件电路和软件设计。

本设计优点是电路较简单、功能完善、测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。

关键字：AT89C51 转速表数字AbstractWith the development of modern,measurement technology has been rapid development. In this area,the digital instrument is more realistc its superiority and vitality: high precison, fast, easy to record, easy to control and transmission, so the digital instrument has been used widely. In the measurement of motor speed,digital tachometer is an ideal measuring instruments.With the extensive application of micro-computer, especially the emergence of single-chip, high performance and low cost,making the digital tachometer has been widely applied as the microcontroller core.This article, we use the AT89C51 microcontroller to control the digital tachometer. During operation, the motor needs to be monitoring, speed is an essential parameter. Digital tachometer to measure motor speed, and can communicate with a PC, display the motor speed, and observe the motor running.This design with AT89C51 as control core, by the Hall sensor, LED digital display tube, the composition of the Schmitt trigger,and so on. Give full play to the performance of the microcontroller. This article focuses on the hardware and software design of the digital tachometer.The advantage of a simple hardware and software capabilities improve, measuring speed, high precision and control system reliable, cost-effective and so on.Keywords:AT89C51,Tachometer,Digital目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)前言 (1)1 转速表原理 (2)1.1转速表原理分析 (2)1.2转速计算及误差分析 (2)1.3转速测量 (4)1.4本章小结 (5)2 单片机介绍 (6)2.1 AT89C51简介 (6)2.2 AT89C51引脚说明 (7)2.3其他功能 (9)2.4本章小结 (9)3 硬件电路 (10)3.1转速信号获取电路 (10)3.2信号处理电路 (12)3.2.1放大整形电路 (12)3.2.2施密特触发器 (13)3.3显示电路 (14)3.3.1键盘接口 (14)3.3.2显示器接口 (15)3.3.3 LED显示器 (18)3.3.4 LED工作原理 (19)3.4直流稳压电路 (20)3.5报警电路 (20)3.6本章小结 (21)4 软件设计 (22)4.1主程序框图 (22)4.2按键程序框图 (23)4.3显示程序框图 (25)4.4报警子程序框图 (26)4.5本章小结 (26)结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录一：系统总图 (30)附录二：主程序 (31)附录三：按键程序 (37)附录四：显示程序 (39)附录五：报警子程序 (41)前言转速表是机械行业必备的仪器之一，在自动化生产设备和旋转运动装置中应用十分广泛。