基于AT89S51直流电机的转速测试系统的毕业论文

1、毕业设计（论文）基于AT89S51直流电机的速度测试系统基于AT89S51的直流电机转速测试系统目录第 1 章 引言. 4第二章本系统芯片功能介绍5第三章 本系统的设计思想 153.1 系统设计要求 . 153.2 系统设计思路153.3 系统控制电路153.4 控制电路说明 163.5 系统控制程序流程图173.6 控制程序 . . 183.7 控制程序说明 .总结. . 25致 26参考文献. 27附录 A . 28附录 B . 29基于AT89S51直流电机的速度测试系统专业课：电子学w0摘要：本设计主要完成以AT89S51单片机为核心的直流电机测速系统。系统包括速度设定、速度显示、速度

2、测量和速度控制。用小磁铁固定直流电机，在相应位置加霍尔传感器测量显示直流电机的转速，用8279专用芯片显示转速，可连续测量。关键词：直流电机；单片机；速度测量第一章引言单片机是指 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/26651.htm t _blank 集成在单个芯片上的完整计算机系统 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/25302.htm t _blank 。虽然它的大部分功能都集成在一个小芯片上，但它拥有一台完整计算机所需的大部分组件： CPU、 HY

3、PERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1082.htm t _blank 内存、外部总线系统，而且目前大部分还具有外部存储器。同时集成了通讯接口、定时器、实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一个芯片上。单片机比专用处理器更适合嵌入式系统，因此应用最多。事实上，微控制器是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中使用的几乎所有电子和机械产品都集成了微控制器。手机、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑及鼠标等电脑配件均配备1-2台单片机。在个人计算机中，也会有大量的单片机在工作。

4、单片机的数量不仅远远超过PC与其他计算的结合，甚至超过了人类的数量。由于单片机的结构及其采用的半导体技术，它具有许多显着的特点，因此在各个领域得到了迅速的发展。微控制器的主要特点如下：(1)具有优良的性价比。 (2) 集成度高、体积小、可靠性高。(3) 强大的控制功能。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统具有极其丰富的传输指令、I/O口的逻辑运算、位处理功能。单片机的逻辑控制功能和运行速度均高于同档次的单片机。 (4)低功耗、低电压、易于生产便携产品。 (5)外部总线增加了IC(Inter-Integrated Circuit)和SPI(Serial Peripheral Interf

5、ace)等串行总线方式，进一步减小了体积，简化了结构。 (6)单片机的系统扩展和系统配置更加典型和标准化，易于形成各种规模的应用系统。第二章本系统芯片功能介绍AT89S51 是一款低功耗、高性能的 CMOS 8 位单片机，具有 4k Bytes ISP（在系统可编程）Flash 只读程序存储器，可反复擦写 1000 次。该器件采用ATMEL的高密度、非易失性独立存储器技术制造，兼容标准MCS-51指令系统和80C51引脚结构，芯片集成通用8位中央处理器和ISP Flash存储器单元，功能强大的微机AT89S51可以为许多嵌入式控制应用系统提供高性能。具有成本效益的解决方案。 AT89S51 具

6、有以下特性：40 个引脚、4k 字节闪存程序存储器、128 字节随机存取数据存储器（RAM）、32 个外部双向输入/输出（I/O）端口、5 个中断优先级、2 个中断嵌套中断、2 个 16-位可编程定时器计数器，2个全双工串行通信端口，看门狗（WDT）电路，芯片时钟振荡器。此外，AT89S51 设计配置了 0Hz 的振荡频率和可通过软件设置的省电模式。在空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时器计数器、串口和外部中断系统可以继续工作。在掉电模式下，振荡器冻结并保存 RAM 数据，芯片的其他功能停止，直到外部中断激活或硬件复位。同时，该芯片还具有PDIP、TQFP、PLCC三种封装形式，以满

7、足不同产品的需求。主要特点： 兼容 MCS-51 命令系统 4k 可重写（1000 次）ISP Flash ROM 32 个双向 I/O 端口 4.5-5.5V 工作电压 2 个 16 位可编程定时器/计数器 时钟频率 0- 33MHz 全双工 UART 串行中断线 128x8bit RAM 2 个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3 级加密位 看门狗 (WDT) 电路 软件设置空闲和电源保存功能 灵活的 ISP 字节和页面编程 双数据寄存器指针AT89S51结构图：图1-1图 1-2AT89S51/S52单片机实际有效管脚为40个，常用的封装有2种。管脚示意图如图 1-3

8、所示： (a) DIP（双列直插式封装）封装，是一种常见的 40 管脚封装。塑封双列直插式； (b) PLCC(Plastic Chip Carrier)封装形式，此形式为方形芯片，有44个“ J ”形管脚（其中4个为空管脚），需要插入到与之匹配的方形插座中。图 1-340 个引脚大致可分为 4 类：电源、时钟、控制和 I/O 引脚。其逻辑图如图1-4所示。图1-4 _ _1、8155各引脚功能说明如下：RST ：复位信号输入端，高电平有效。复位后，三个I/O口全部输入。AD 0到AD 7 ：三态地址/数据总线。它与微控制器的低 8 位地址/数据总线（P0 端口）相连。 MCU与8155之间的

9、地址、数据、命令和状态信息都是通过这个总线端口传输的。：读选通信号，控制8155的读操作，低电平有效。：写选通信号，控制对8155的写操作，低电平有效。：片选信号线，低电平有效。IO/ : 8155的RAM内存或I/O端口选择线。当IO/ = 0时，选择8155的片内RAM， AD 0 AD 7上的地址为8155中RAM单元的地址（00HFFH）；当IO/ = 1时，选择 8155 的 I/O 口， AD 0到AD 7上的地址为8155 I/O口的地址。ALE ：地址锁存信号。 8155带有地址锁存器，单片机P0口输出的低8位地址信息和IO /状态在ALE下降沿锁存到8155锁存器中。因此，端

10、口 P0 输出的低 8 位地址信号不需要外部锁存器。PA 0 PA 7 : 8 位通用 I/O 口，输入输出的流向可由程序控制。PB 0 PB 7 : 8 位通用 I/O 端口，功能与端口 A 相同。PC 0 PC 5 ：有两个功能，可以作为通用I/O口，也可以作为PA口和PB口的控制信号线，可以通过程序控制.TIMER IN ：定时/计数器脉冲输入。TIMER OUT ：定时器/计数器输出。V CC : + 5V电源。二、8155地址编码及工作方法在单片机应用系统中，8155根据外部数据存储器统一寻址，为16位地址，其高8位由片选线提供， =0，选择芯片。当=0， IO/ =0时，选择815

11、5块RAM，则8155只能作为片外RAM使用，其RAM的低8位寻址从00H到FFH；当= 0， IO/ = 1 时，选择 8155 的 I/O 端口，端口地址的低 8 位由 AD 7 AD 0决定，如表 1-5 所示。此时，端口A、B、C的端口地址低8位分别为01H、02H、03H（地址无关位设置为0）。表1-5 8155芯片I/O口地址公元7至公元0选择 I/O 端口A7A6A5A4A3A2A1A0000011001100010101命令/状态寄存器端口 A端口 BC口定时器低 8 位定时器高6位及方法8155的A口和B口可以工作在基本I/O模式或选通I/O模式。 C口可以工作在基本I/O模

12、式，也可以作为工作模式选择时A口和B口的状态控制信号线。当C口作为状态控制信号时，各线的作用如下：PC0：AINTR（A端口中断请求线）PC1：ABF（A端口缓冲器满信号）PC2： （A口选通信号）PC3：BINTR（B口中断请求线）PC4：BBF（B口缓冲器满信号）PC5： （B口选通信号）8155的I/O工作模式选择是通过将控制字设置到8155命令寄存器来实现的。命令寄存器只能写，不能读。命令寄存器的格式如图 1-6 所示。在ALT1ALT4的不同模式下，端口A、端口B和端口C的工作模式如下：ALT1：A口，B口为基本输入/输出，C口为输入模式。ALT2：A口，B口为基本输入/输出，C口为

13、输出模式。ALT3：端口 A 为选通输入/输出，端口 B 为基本输入/输出。 PC0 是 AINTR，PC1 是 ABF，PC2 是，PC3 到 PC5 是输出。ALT4：端口 A 和端口 B 为选通输入/输出。 PC0 是AINTR，PC1 是ABF，PC2 是，PC3 是BINTR，PC4 是BBF，PC5 是。图 1-6 8155 命令寄存器格式8155还有一个状态寄存器，用来锁存输入/输出端口和定时器/计数器的当前状态，供CPU查询。状态寄存器的端口地址与命令寄存器的端口地址相同，低8位也是00H。状态寄存器的容量只能读不能写。因此，可以认为8155的I/O口地址00H为命令/状态寄存

14、器，写入时作为命令寄存器使用；当它被读取时，它被用作状态寄存器。状态寄存器的格式如图 1-7 所示。图 1-7 8155 状态寄存器格式3. 8155定时器/计数器8155的定时器/计数器实际上是一个14位减法计数器，对TIMER IN端的输入脉冲进行减1计数。当计数结束（即减1 0”）时，TIMER OUT端输出一个方波或脉冲。 。 TIMER IN定时器/计数器由两个 8 位寄存器组成，其中低 14 位构成计数器，其余两个高位（M2、M1）用于定义输出模式。其格式如下：第三章 系统设计思想3.1 系统设计要求开始点击测试他的转速，然后随时在数显上显示测试结果，进行连续测试。3.2 系统设计

15、思路直流电机的轴上固定有一个小圆盘，圆盘外侧靠近圆周处贴有小磁铁。在圆盘的外侧旁边，与小磁铁的位置相对，放置了一个霍尔传感器芯片。当电机转动一圈时，圆盘上的小磁铁与霍尔芯片相遇，霍尔元件就会产生负跳脉冲信号。负跳脉冲的个数可以完全代表电机的转数。该脉冲信号通过定时器/计数器 1 的外部输入引脚 T1 输入到定时器/计数器 1 并进行计数。因此，定时器/计数器 1 必须用作计数器。另外，使用timer/counter 0作为定时器，计时1s。两个定时器/计数器同时启动后，定时器/计数器1从0开始记录电机的转数。当计数到1s时，定时器/计数器0将关闭定时器/计数器1此时，定时器/计数器1的当前计数

16、值正好是电机每秒的转数。将其转换为每分钟转数并致到数字显示器进行显示。3.3 系统控制电路直流电机转速测试电路图（见附录A）3.4 控制电路说明当系统启动开关S打开时，P1.0引脚输入高电平。此时P1.1管脚会在程序的控制下输出高电平。然后打开两个晶体管以使电机旋转。由于电机的转动需要足够的电流，因此采用了两个晶体管进行电流放大。当开关S关断时，P1.0引脚输入低电平。此时，P1.1 脚将输出低电平。所以两个晶体管同时关闭，电机停止转动。由于电机是电感元件，当它突然从开到关时，会产生很大的反电动势，会击穿晶体。为了保护三极管，在电机两端跨接一个续流二极管，通过它释放反电动势。一个小圆盘安装在电

17、机轴上，与电机同步旋转。当圆盘上的小磁铁遇到霍尔传感器时，由霍尔传感器提供的定时器/计数器 1 的外部输入引脚 T1 提供一个脉冲信号，该信号提供负跳变。霍尔传感器的工作机理是：当外加磁场作用于有电流流动的半导体材料时，会在与电流垂直的方向上产生感应电动势。单片机与外部设备的连接是通过寻址访问外部接口来实现的。由于外部接口使用的是外部数据存储器的地址，所以其地址必须由单片机的P0和P2端口致。其中，P0端口发出接口地址的低8位，P2端口发出接口地址的高8位。图中P0口的P0.0位地址锁存后与8155芯片的A0引脚相连；而P2端口的P2.7位地址连接到8155芯片的片选引脚CS。因此，8155接

18、口芯片地址有以下两种：0 xxxxxxxxxxxxxxx 1 致命令或读取状态时的地址0 xxxxxxxxxxxxxxx 0 读写数据时的地址其中，x可以任意取，所以在控制程序中，这两个地址简单地采用如下形式：0111 1111 1111 1111 (7FFFH)0111 1111 1111 1110 (7FFEH)当8155接口芯片指定为7FFEH地址时，通过单片机的P0口读取转速数据的8个显示段码。8155的复位管脚接上电复位电路。由于控制程序存储在8155单片机的程序存储器中，因此必须将单片机的EA引脚设置为高电平。由于显示器将采用编码扫描方式，8155的扫描信号CSoSC2必须在外部解

19、码（74LS138）。存储在 8155 RAM 中的转速数据的 8 位显示断码通过 OUTAoOUTA3 和 OUTBoOUTB3 引脚输出到数显。图中75451和7404分别是显示扫描和破码信号的驱动芯片。AT89S51引脚图3.5 系统控制程序流程图系统控制程序流程图（见附录B）3.6 控制程序系统控制程序如下：组织结构 0000H ;程序从地址 0 开始AJMP 主要；转移到主程序ORG 000BH ;定时器/计数器 0 中断向量AJMP TSEV ;转到定时器/计数器 0 中断服务程序组织机构 0050H ;主程序起始地址主：LCALL CLR0；调用子程序清除速度数据缓冲区LCALL

20、 CLR1 ;调用子程序清除速度段代码缓冲区LCALL SHSV ;调用显示初始化子程序LACLL TISV ;调用定时器/计数器初始化子程序SETB P1.0 ; P1.0口读引脚准备WRUN: MOV C, P1.0 ;读取启动开关的状态JNC WRUN ;等待启动SETB P1.1 ;启动马达SETB TR0 ;启动定时器/计数器 0SETB TR1；启动定时器/计数器 1这里：JNB F0，这里；等待中断MOV A,TL1 ;测试结束后，将每秒转数致给 A移动 B, #3CH ;在 60 秒内致 B穆尔 AB ;计算每分钟转数MOV R2,A ;每分钟转数的低 8 位数据致到 R2MO

21、V R3,B ;每分钟转数的高8位数据送到R3C1000：CLR C；计算每分钟转数的千位小数MOV A, R2 ;反复从每分钟转数中减去 1000 来计算千位数（双字节减法）SUBB A,#0E8HMOV R2,AMOV A，R3SUBB A,#03HMOV R3,AJC RST0 ;旋转不够INC 40H ;每分钟转数的千进制数以 40H 为单位存储SJMP C1000 ;减足，继续减1000RSY0：MOV A，R2 ；如果减去不够，加1000恢复余数添加 A,#0E8HMOV R2,AMOV A，R3ADDC A,#03HMOV R3,AC100：CLR C；以百为单位计算每分钟转数的

22、十进制数移动 A,R2 ;余数重复减100计算百位（双字节减法）SUBB A,#64HMOV R2,AMOV A，R3SUBB A,#00HMOV R3,AJC RST1 ;旋转不够公司 41H ;每分钟转数的百进制数以 41H 为单位存储SJMP C100 ;足够减少旋转，继续减少100RST1：MOV A，R2；减去不够，加100恢复余数添加 A,#64HMOV R2,AC10：CLR C；十进制数字用于计算每分钟转数MOV A,R2：余数反复减10计算十位（单字节减法）SUBB A,#0AHMOV R2,AJC RST2 ;不能减少旋转INC 42H ;每分钟转数十位十进制数以 42H

23、为单位存储SJMP MOTS；足够减少旋转，继续减少10RST2：MOV A，R2；如果减去不够，加10恢复余数添加 A,#0AH移动 43H,A ;每分钟转数的十进制数存储在单元 43H 中移动 DPTR, #TAB ;显示段码表首地址致到DPTRMOV R0,#30H ;每分钟转数段码表的首地址致到R0移动 R1,#40H ;每分钟转数的十进制数的第一个地址致到 R1MOV R7,#04H ;每分钟转数的十进制数字致到 R7STAB：MOV A，R1；每分钟转数的 4 位十进制数显示段码区域MOVC A,DPTR+A ;从段码表中找到单个数字对应的显示段码移动 R0,A ;将每一位的段码致

24、到段码缓冲区INC R0 ;段码缓冲区地址加1INC R1 ;速度数据区地址加1DJNZ R7,STAB; 4段码传输控制移动 DPIR，#7FFEH； 8155芯片A0位清0，准备写入数据MOV R0,#30HMOV R7,#08H显示：MOV A,R0 ;从段码缓冲区中获取段码MOVX DPTR,AINC R0DJNZ R7, DISP移动 TH0,#00HMOV C，P1.1JC CNTNCLR P1.1LJMPMAINCNTN：SETB TR1；启动定时器/计数器 0SETB TR0CLR F0调用 CLR0LJMP 在这里CLR0: MOV RO#40H ;清除速度数据的 4 位十进

25、制单位（40H43H）MOV R7,#04HCLR2: MOV R0,#00HDJNZ R7, CLR2RETCLR1: MOV R0,#30H ; 8位十进制单位，用于清除0速度数据（30H33H）MOV R7,#08HCLR3: MOV R0,#00HDJNZ R7, CLR3RETSHSV: 移动 DPTR, #7FFFH ;设置8155芯片的Ao位为1，准备位命令和读取状态MOV A, #0D1H ;清零显示等待：MOVX A，DPTR；读取显示清除0状态ACC.7，等待MOV A,#34HMOVX DPTR,AMOV A,#90HMOCX DPTR,ARETTISV：移动 TMOD，

26、#6H；将定时器/计数器0和1的工作模式分别设置为模式1和2MOV TL1，#00H移动 TH0,#0D8HMOV TL0,# 0F0HMOV R1,#64HCLR F0CLR P1.1SETB ET0SERTB EARETTSEV：移动 TH0，#0D8HMOV TL0,# 0F0H十二月 R1 ;中断计数减 1CJNE R1,#00H,END0SETB F0CLR TR0CLR TR1MOV R1,#64HEND0：RETI；从中断返回制表符：DB 3FH、06H、5BH、4FH、66H；断码表，0到9的段码按字节顺序排列DB 6DH、7DH、07H、7FH、6FH3.7 控制程序说明程序

27、中定时器/计数器0定时10ms；定时器/计数器 1 从 0 开始计数；单片机时钟频率为12MHz。为了实现1s的计时目的，在R1寄存器中预置了控制常数100。每次定时器/计数器0中断，中断服务程序将R1数据减1。当减为0时，1s时间已到，所以用户标志置1，两个定时器/计数器分别为同时关闭。返回主程序后，将定时器/计数器1的当前计数值（转/秒）乘以60，计算出电机的转/分，暂存于R3（高位）和R2（低位） ) 寄存器。然后，为了将每分钟转数的二进制数转换为4位十进制数，使用无符号数的双字节减法运算，将R2和R3寄存器中的数据重复减1000，直到时间减去是不够的。并且每次减去 1000，在 40H

28、 单位上加 1 作为转换后的千位。当R2和R3的余数不足以减去1000时，加1000恢复余数。减法不足的判断是根据借位位是否为1。同理，将R2和R3的余数继续减100，以41H为单位计算减法次数为转换后的百位。当余数小于 100 时，使用单字节减法运算。对于余数R2，继续减10，将减法次数统计到42H单位，作为转换后的十位数。当余数 R0 不足减 10 时，加 10 恢复余数，作为转换后的个位数送入 43H 单元。至此，每分钟转数的4位十进制数依次为40H43H单位。之后用查表命令查询每个十进制数的显示段码，致到30H33H单元保存。最后通过8155接口芯片送到数显显示器显示。整个测试到此结束。然后检查系统启动开关是否断开。如果已经断开，关闭电机，使程序回到主程序的起始位置，等待重启。如果仍有连接，则重启两个定时器，并将用户标志、定时器/计数器 1（TL1）和速度数据单元（40H43H）清零，继续下一轮测试过程。综上所述本系统主要采用单片机（AT89S51）作为主控计算芯片。当系统启动开关S打开时，P1.0引脚输入高电平。此时P1.1管脚会在程序的控制下输出高电平。然后打开两个晶体管以使电机旋转。由于电机的转动需要足够的电流，因此采用了两个晶