毕业：基于嵌入式linux视频监控系统毕业设计汇编(完整版)资料

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毕业：基于嵌入式linux视频监控系统毕业设计汇编（完整版）资料(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）基于嵌入式Linux的视频监控系统的软件设计1、引言随着计算机技术及网络技术的迅猛发展，公安、安防行业的发展趋势必然是全面数字化、网络化。传统的模拟闭路电视监控系统有很多局限性：传输距离有限、无法联网，而且模拟视频信号数据的存储会耗费大量的存储介质(如录像带)，查询取证时十分烦琐。

基于个人计算机的视频监控系统终端功能较强，但稳定性不好，视频前端(如电压耦合元件等视频信号的采集、压缩、通讯)较为复杂，可靠性不高。基于嵌入式Linux视频的网络监控系统不需要用于处理模拟视频信号的个人计算机，而是把视频服务器内置一个嵌入式Web服务器，采用嵌入式实时多任务操作系统。

由于把视频压缩和Web功能集中到一个体积很小的设备内，可以直接连入局域网，即插即看，省掉复杂的电缆，安装方便(仅需设置一个IP地址)，用户也无需安装任何硬件设备，仅用浏览器即可观看。

基于嵌入式Linux的视频网络监控系统将嵌入式Linux系统连接上Web，即视频服务器内置一个嵌入式Web服务器，摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过内部总线传送到内置的Web服务器上。

2、绪论视频监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，涌现出大量的嵌入式视频监控系统。2．1视频监控系统概述视频监控是利用机器视觉和图像处理的方法对图像序列进行运动检测、运动目标分类、运动目标跟踪以及对监视场景中目标行为的理解与描述。其中，运动检测、目标分类、目标跟踪属于视觉中的低级和中级处理部分，而行为理解和描述则属于高级处理。运动捡测、运动目标分类与跟踪是视频监控中研究较多的三个问题；而行为理解与描述则是近年来被广泛关注的研究热点，它是指对目标的运动模式进行分析和识别，并用自然语言等加以描述。2．2视频监控系统发展视频监控技术的发展大致可分为四个阶段：闭路电视系统构建的模拟系统、数字信号控制的模拟视频监控系统、数字硬盘录像设备为核心的视频监控系统和现在的数字网络视频监控系统。第一代视频监控系统是采用闭路电视系统构建的模拟系统，通过摄像机、监视器、磁带录像机等构成I甜。由于模拟矩阵很难做到数十路的切换，不能与报警系统联动，不能对前端进行控制且价格昂贵、操作管理复杂、很难实现较大系统的要求，已经逐渐被淘汰。第二代视频监控系统是数字信号控制的模拟视频监控系统。数字信号控制的模拟视频监控系统又分为基于微处理器的视频切换控制加PC机的多媒体管理和基于PC机实现对矩阵主机的切换控制及对系统的多媒体管理两种类型。第三代视频监控系统是以数字硬盘录像设备为核心的视频监控系统。90年代末，随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展，数字录像监控系统迅速崛起。数字监控录像系统通常分为两类：一类是基于PC机组合的计算机多媒体工作方式；另一类是嵌入式数字监控录像系统。1．基于PC的视频监控录像系统的组成结构为：兼容／工控PC机+视频采集卡+普通／较可靠的操作系统平台+应用软件从系统的组成结构来分析：a、PC机兼容PC机用于24小时不间断工作时，其性能通常是不可靠的，工控PC机相对兼容Pc机的稳定性有一个档次上的提高，适用于较复杂的工作环境；b、操作系统以Windows98为操作平台的系统：一般来说，Win98的稳定性是有一定问题的，如果同时应用软件又不是很规范，这样就容易在使用过程中出现工作稳定、死机等问题，而基于PC机的视频监控录像系统其软件的实现是在Windows95／98／NT等通用操作系统上，同时系统文件、应用软件和图像文件都存储在硬盘上，视频处理必须高密度输入大量数据，同时硬盘要进行多工工作，普通的硬盘逻辑(如Windows的FAT32)已无法适应，以致极易产生系统的不稳定性，造成死机现象；c、应用软件采用简易应用软件的系统是不能够应用安防领域的，视频监控系统的应用软件能力上应支持多任务并发处理，如监视、录像、回放、备份、报警、控制等的多工处理能力；d、视频采集卡视频监控录像系统通常均为多路输入系统，视频采集卡可采用多卡方式，也可采用单卡方式。一般说，单卡方式集成度高，稳定性会优于多卡方式，很多采用一路一卡的方式很容易形成硬件冲突，其稳定性会有较大的影响。目前市场上也有部分为追求高帧数而设计采用多卡进行迭加的多路单卡设备，但其仍在计算机的总线上进行传输、处理，PCI总线将是系统的瓶颈，不可能会有质的飞跃。2．2嵌入方式的数字监控录像系统嵌入式系统的优缺点a、系统为专用系统，所以系统小，指令精简，处理速度快b、系统数据置于ROM／FLASHMEMORY，调用速度快，不会被改变，稳定性好C、系统处理实时性好，性能稳定d、文件管理系统更适合于大量的视频数据e、该类系统目前四路以上机型还较为少见f、在网络功能、音视频同步等方面也难令人满意。第四代视频监控系统一数字网络视频监控系统1．数字网络视频监控系统的原理数字网络视频监控系统16J的关键设备是网络视频信号采集终端(也被称为视频服务器)，网络视频信号采集终端采用嵌入式实时多任务操作系统。摄像机送来的视频信号在网络视频信号采集终端数字化后由高效压缩芯片压缩，通过内部总线送到网络接口发送到网络上l刀，网络上用户可以直接用在PC机上用浏览器观看网络视频信号采集终端传送过来的摄像机所拍摄的图像，授权用户还可以通过计算机网络透过网络视频信号采集终端控制摄像机镜头和云台的动作或对系统进行配置操作。由于把视频压缩和网络功能集中到一个体积很小的设备内，可以直接连入局域网，达到即插即用，省掉多种复杂的电缆，安装方便(仅需设置一个坤地址)，用户也无需安装任何硬件设备，仅通过PC机用浏览器即可观看。2．数字网络视频监控系统与其它监控系统的比较a、布控区域广阔．数字网络视频监控系统的网络视频信号采集终端直接连入网络，没有线缆长度和信号衰减的限制，同时网络是没有距离概念的，彻底抛弃了地域的概念，扩展布控区域。b、系统具有几乎无限的无缝扩展能力所有设备都以IP地址进行标识，增加设备只是意味着口地址的扩充。c、可组成非常复杂的监控网络采用基于网络视频信号采集终端为核心的监控系统，在组网方式上与传统的模拟监控和基于PC平台的监控方式有极大的不同，由于视频信号采集终端输出已完成模拟到数字的转换并压缩，采用统一的协议在网络上传输，支持跨网关、跨路由器的远程视频传输。d、性能稳定可靠，无需专人管理视频信号采集终端实际上基于嵌入式电脑技术，采用嵌入式实时多任务操作系统，又由于视频压缩和网络功能集中到一个体积很小的设备内，直接连入局域网或广域网，即插即看，系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高，也无需专人管理，非常适合于无人值守的环境。e、当监控中心需要同时观看较多的摄像机图像时，对网络带宽就会有一定的要求。2视频监控系统的应用概括来说，目前视频监控系统应用领域主要有以下一些方面：·教育系统主要是校园安全监控、电子考场监控、网络教学、远程教育等；·电力系统主要是机房无人值守、变电站无人值守、发电厂安全生产管理监控等；·公检法系统主要是社区监控、城市安全监控、监狱安全监控、庭审直播等；·部队系统主要是通信机房监控、作战指挥系统、仓储物资监控、基层连队的日常管理监控系统等；·石化系统主要是油井监控、储油库监控、加油站监控、石化工厂安全生产监控等；·银行系统主要是银行监控系统的联网、储蓄监控、金库监控等；·铁路系统主要是站内调度管理系统(视频部分)、站内安全管理、应急指挥系统等；·税务系统主要是报税服务大厅监控；·钢铁系统主要是安全生产管理监控系统；·医疗系统主要是特护病房视频监控、手术直播及教学系统、日常安全管理监控等。本文主要研讨该系统的软件实现部分3、总体设计

嵌入式Linux视频网络监控系统是电工电子装置、计算机软硬件以及网络、通信等多方面的有机组合体，它以智能化、网络化、交互性为特征，结构比较复杂。如果利用OSI七层模型的内容和形式，把相应的数据采集控制模块硬件和应用软件以及应用环境等有机组合，可以形成一个统一的系统总体框架，其系统总体框架示意图如图l所示。系统总体框架示意图摄像机传送来的视频信号数字化后，经过压缩，通过RS-232/RS485将数据送到内置的Web服务器，嵌入式LJnux系统的10/100M以太网口实现接入Internet网络，将现场信号送到客户端。整个系统的核心是嵌入式Linux系统。监控系统启动后，嵌入式Linux系统启动WebServer服务程序，接收授权客户端浏览器的请求，WebServer将根据通信协议完成相应的监测。

3.1硬件设计方案系统硬件结构如图1所示，该系统采用Samsung公司的ARM9内核芯片S3C2440作为硬件平台的中央处理器，该处理器主频可达400MHz，硬件接口和资源丰富，存储单元包括Flash和SDRAM，Flash具有掉电保持数据的特性，用于存储Bootloader启动程序、Linux内核映像、文件系统以及用户应用程序等。SDRAM数据存取速度大大高于Flash存储器，用于为操作系统和应用程序提供运行空间。平台利用RS232接口输出调试信息，通过以太网控制器芯片DM9000扩展了一个网口，用于与外部网络进行通信，通过USBHOST接口连接USB摄像头采集图像数据，经处理器压缩并打包成视频流后经以太网进行传输，终端用户接收到视频流，解码后即可把视频图像显示出来。图1系统硬件结构图3.2软件设计方案软件平台采用的嵌入式操作系统为Linux，Linux具有内核小、效率高、源码开放、内核直接提供网络支持等优点，但嵌入式系统的硬件资源有限，因此需根据实际需求对内核进行裁剪，配置所需的功能模块，然后再移植到硬件平台上。嵌入式系统的软件开发采用交叉编译调试的方式，在宿主机上安装Linux系统，建立交叉编译环境，在宿主机编写程序代码，再利用交叉编译工具生成目标机上可用的可执行文件，最后向目标机平台移植。3.2.1视频采集模块通过嵌入式Linux操作系统调用Video4Linux(V4L)[5]和底层设备驱动程序来完成视频捕获。V4L是Linux中关于视频设备的内核驱动，它为Linux下的各种视频设备提供了统一的编程接口，应用程序通过这些接口函数就可以操纵各种不同的设备。视频采集流程如图2所示。图2视频采集流程(1)打开视频设备。Linux下的视频设备文件一般为“/dev/video0”，通过调用函数v4l_open()，利用vd->fd=open(“/dev/video0”,O_RDWR)打开设备并获得设备文件描述符vd->fd(2)获取设备和图像信息。通过v4l_get_capability()函数获取设备信息，通过v4l_get_picture()函数获取图像信息。(3)内存映射。获取图像的方式有两种：read()直接读取和mmap()内存映射。直接读取方式通过内核缓冲区来读取图像数据，而本文使用内存映射方式mmap()，内存映射方式可以直接把设备文件映射到内存中，进程可以像访问普通内存一样对文件进行访问，读取效率更高。初始化内存映射时，需在内存中开辟一块空间，利用ioctl(vd->fd,VIDIOCGMBUF,&(vd->mbuf))操作取得需要映射的内存空间大小vd->mbuf.size，利用mmap()函数，即vd->map=(unsignedchar*)mmap(0,vd->mbuf.size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,vd->fd,0)操作，把设备文件的内容映射到内存，vd->map指针所指向的内存区即为采集的图像数据，且此内存区具有可读写和共享属性。(4)初始化采集参数。设置采集视频图像的宽度、高度、格式等信息。(5)采集视频数据。利用ioctl(vd->fd,VIDIOCMCAPTURE,&(vd->mmap))操作采集一帧图像并存放到内存映射区，采集一帧图像后要进行同步操作，利用ioctl(vd->fd,VIDIOCSYNC,&(vd->frame_current))操作判断该帧图像是否获取完毕。对于获取到的视频图像，通过视频压缩模块压缩成MPEG-4视频流，再通过视频传输模块把数据发送到以太网进行传输。3.2.2从摄像头直接采集过来的图像由于数据量较大，不利于进行网络传输，因此需先对其进行压缩编码。MPEG-4是目前网络多媒体传输的主要格式，具有高效的压缩率，它利用很窄的带宽，通过帧重建技术来压缩图像数据，以求利用最少的数据获得最佳的图像质量，可满足实时视频传输的要求。本文用软件方式进行视频编码，选择开源高效的Xvid视频编码器对采集的视频图像数据进行MPEG-4压缩编码。Xvid视频编码器选用版本，因为该版本已经实现了MPEG-4的SimpleProfile（SP）特性，而1.0以后的版本增加了很多AdvancedSP（ASP）特性及其他功能，ASP特性的加入会增加运算复杂度，降低编码速度，由于嵌入式系统的处理能力有限，一般只使用Xvid的SP特性，因此实验选用Xvid编码器，交叉编译并移植到嵌入式系统内。在宿主机Linux操作系统中对Xvid进行交叉编译的步骤如下：(1)解压缩Xvid源码：tar–xzvfxvidcore-.tar.gz(2)进入build/generic目录，创建编译配置文件。由于Xvid没有针对ARM的汇编优化，因此编译时需将汇编关闭；还需指定程序所运行的平台为arm-linux。执行命令：./configure--disable-assembly--host=arm-linux(3)编译：make;makeinstall。(4)交叉编译完成后会生成静态库libxvidcore.a和动态库，用户程序可利用库文件所提供的编程接口调用Xvid里面的函数。摄像头采集的视频帧为YUV420格式，通过Xvid编码器的encoder_encode函数实现视频压缩，该函数定义如下：intencoder_encode(Encoder*pEnc,XVID_ENC_FRAME*pFrame,XVID_ENC_STATS*pResult);其中，pEnc为编码器实例的句柄；pFrame是XVID_ENC_FRAME类型的结构体变量，负责传递参数信息给编码器，这些信息包含色彩空间、编码质量、输入输出数据缓冲区指针等；pResult是XVID_ENC_STATS类型的结构体变量，可以返回编码操作执行的状态信息。3.2.3视频传输模块负责把压缩后的视频流传输到以太网，对实时性要求较高，本文使用实时传输协议（Real-timeTransportProtocol，RTP），它可以在一对一或者一对多的网络环境中实现流媒体数据的实时传输。JRTPLIB[7]是一个利用C++语言实现的开源RTP库，它完全遵循RFC1889设计，使用SOCKET机制实现网络通讯，可运行于包括Linux和Windows在内的多种不同操作系统上。本文使用JRTPLIB进行实时流媒体编程，发送端操作系统为Linux，接收端为Windows。在Linux平台上用JRTPLIB进行实时多媒体编程前，需先对JRTPLIB进行交叉编译。(1)JRTPLIB初始化通过调用RTPSessionParams类的SetOwnTimestampUnit()方法设置一个恰当的时间戳，调用SetMaximumPacketSize()方法设置允许传输的最大RTP包字节数(默认为1400字节)；通过调用RTPUDPv4TransmissionParams类的SetPortbase()方法设置发送端数据传输所用的端口号(需为偶数)。初始化完这两个变量后，通过RTPSession类的Create()方法创建一个RTP会话。(2)JRTPLIB数据传输RTP会话创建完成后，还需指定数据发送的目标地址，RTP协议允许一个会话包含多个目标地址，增加或删除目标地址可通过RTPSession类的AddDestination()、DeleteDestination()、ClearDestinations()方法来实现。目标地址指定之后，通过RTPSession类的SendPacket()方法即可向指定的目标地址发送流媒体数据。SendPacket()是一个重载函数，具有多种形式，本文使用的形式为：intSendPacket(constvoid*data,size_tlen,uint8_tpt,boolmark,uint32_ttimestampinc);当一帧数据所占字节数大于允许传输的最大RTP包字节数MaxPacketSize时，需对一帧数据进行分割传输，使每次发送的字节数不大于MaxPacketSize，可使用SendPacket()的mark参数来标识传输的RTP包是否属于同一帧数据，若一帧数据需分成N次发送，则前N-1次发送的RTP包的mark标志设为0，第N次发送的RTP包的mark标志设为1，即以mark=1来判断分割传输的数据是否发送完成。实现过程如下：do{if(length>MaxPacketSize){mark=0;发送长度为MaxPacketSize的RTP包;length=length-MaxPacketSize;}else{mark=1;发送长度为length的RTP包;break;//一帧数据发送完成}}while(1);(3)JRTPLIB数据接收接收数据时，以BeginDataAccess()函数开始，以EndDataAccess()函数结束。为了能正确接收同一数据源的数据报，必须先对数据源表（sourcetable）加锁，BeginDataAccess()函数可实现这一加锁操作，确保在使用数据源表的同时轮询(poll)线程不能访问它，此时可进行数据接收操作，当正确接收一个数据报后，调用EndDataAccess()函数即可实现对数据源表的解锁。图3RTP发送与接收流程图RTP发送与接收流程图如图3所示。对于分割传输的RTP包，根据RTP包的mark标志来判断一帧数据是否接收完成，若mark=0，则表示此RTP包为分割传输的数据包，需循环接收直到mark=1为止，然后把这些RTP包重新组合成完整的一帧数据。3.2.4接收到的视频流数据经过Xvid解码器的decoder_decode函数进行解码，该函数定义如下：intdecoder_decode(DECODER*dec,XVID_DEC_FRAME*frame);其中，dec为解码器实例的句柄，frame为XVID_DEC_FRAME结构体变量，包含解码前后图像数据的缓冲区指针、码流长度等信息。解码后的图像可在客户端软件上显示出来。4、展望与小结在今后的工作中，需要对视频采集模块继续优化，因为摄像头采集的图像信息还不是很流畅，希望通过移植QT界面，来优化图像的传输，其次，网络摄像机是当今比较热门的产品，我们虽然实现了远程监控，但是相关技术还有待与优化，对服务器、客户端之间的编程模式还不是很熟悉，需要进一步学习，另外，设计中采用的ARMg芯片功能比较强大，接口比较丰富，在以后的实际工作中可以根据自己的需要，可以进行更加有效的扩展。未来的视频监控系统应该具有智能化的特点，能够自行对异常情况进行判断，并发出报警，这就需要合适的运动检测算法对监控图像进行分析判断。另外未来的视频监控系统还可具有安防互动功能，与各种传感器、控制器连接，实现自动目标跟踪等功能。在网络视频监控系统的未来发展空间中，这些功能的实现是有充分技术保障的。而且随着技术的发展和成熟，视频监控系统的成本也应该进一步的降低，一世英更广泛领域的需要。由于我们都属于初学者，虽然最终实现了这些功能，但是对中间相关的一些模块开发，比如驱动等等还不太了解，只是做了部分修改，还有待于进一步学习掌握，论文的撰写可能有某些不足，望老师指正。摘要在控制领域中,经常需要进行各种角度、位移量的测量。当前，世界上正面临着一场新的技术革命，这场革命的重要基础之一就是测量技术。测量技术的发展给人类社会和国民经济的各个部门及各个领域带来了巨大的、广泛的、深刻的变化，带动着传统工业和其他新兴产业的更新和变革，是当今人类社会发展的强大动力。本设计为码盘转速测量系统，用来测量来自外部的不同的转速值。实现转速的实时测量，显示。具体应用AT80C51单片机为核心，旋转编码器实时轴转速测量，同时以八位串行段码式LCD显示模块显示。旋转编码器输出4.25V，8位二进制自然码送入单片机处理经过计算处理，再查表转换为10进制数，送LCD模块显示。本文从转速测量原理入手，详细阐述了转速测量系统的工作过程，以及硬件电路的设计、显示效果。本文吸收了硬件软件化的思想，实现了题目要求的功能。关键词：转速测量，旋转编码器，单片机，LCD显示模块AbstractInthecontrolfield,avarietyofanglesanddisplacementmeasurementsoftenneedtobecarriedout.Atpresent,theworldisfacinganewtechnologicalrevolution;oneofthemostimportantbasesoftherevolutionismeasurement.Thedevelopmentofmeasurementtechnologybringsextensive，tremendousandprofoundchangestohumansocietyandallsectorsofthenationaleconomy,changesthetraditionalindustriesandotheremergingindustries,becomestoday'sstrongestdrivingforcefordevelopmentofhumansociety.Theencoderspeedmeasurementsystemisdesignedtomeasureadifferentspeedfromtheoutsidevalues，toachievereal-timespeedmeasurementanddisplay.SpecificapplicationuseAT80C51microcontrollerasitscore,rotaryencodermeasuresreal-timeshaftspeed,inboth8serialSegmenttypeLCDdisplaymoduledisplay.Rotaryencoderoutputa4.25V,8-bitbinarynaturalcodeintotheMCUprocessedandcomputed,andthenlook-uptableconvertsto10decimalnumber,senttoLCDdisplaymodule.Inthispaper,detailedworkingprocessofspeedmeasurementsystemisstartedwithprincipleofspeedmeasurement,andhardwarecircuitdesignanddisplay.Thispaperhasabsorbedtheideaofhardwareandsoftwaretoachievewiththesubjectrequiredfunctionality.Keywords:rotationalspeedmeasurement,rotaryencoder,microcontroller,LCDdisplaymodule目录第一章绪论 11.1国内外转速测量技术简介 1第二章原理说明及方案选择 22.1转速测量理论的简要介绍 22.2方案选择 32.3方案原理 32.4转速测量参数及电路参数分析 4的定时器/计数器简介 4定时器模式选择位 5第三章硬件电路的设计 73.1单片机的选择 7的介绍 103.2旋转编码器的选择 13简介 13编码器的应用 14第四章显示部分 154.1LED显示器 154.2LCD显示器 15的分类及特点 15笔段式LCD液晶显示器的驱动 15显示模块LCDM（LiquidCrystalDisplayModule） 154.3LCD显示器的驱动接口 17结论 19谢辞 20参考文献 21附录一系统电路图 22附录二程序清单 23第一章绪论1.1国内外转速测量技术简介[1]测量角位移的数字编码器，它具有分辨能力强、测量精度高和工作可靠等优点，是测量轴转角位置的一种最常用的位移传感器。光电轴角编码器通常按照光栅码盘团的编码方式进行分类。目前常用的类型为增量式光电轴角编码器和绝对光电轴角编码器。光栅式光电编码器正向着高分辨力的方向发展。如日本尼康公司生产的2HR32400轴角编码器,每转可输出1296万个脉冲(0.1″),可谓日本的最高分辨力。我国在光电轴角编码器的开发方面上也已经取得了长足的进展,1985年航天部一院计量站研制的精密数显转台,分辨力0.01″;1995年中科院长春光机所和中国计量科学研究院联合研制出的角度基准,分辨力0.001″,精度P+V=0.05″(误差修正后);成都光电所研制的JC21精密测角仪的增量式光电轴角编码器分辨力达到了0.02″,测角精度R≤0.04″[2]。随着科学技术的发展，形形色色的转速测量仪不断出现。它们的结构不同，性能各异。至今没有系统的分类方法，在这里只按测量原理和主要元件性质进行分类说明。按照测量原理主要分为测频法、测周法两种基本的方法，以此提高测量精度。由于电子计数器所特有的±1个数的误差的存在，应根据转速脉冲频率的大小恰当选择测量方法。所谓测频法就是测量转速脉冲频率的方法，它用基准时间信号发生电路的脉冲来控制计数门的开闭，在单位时间内对来自转速传感器的脉冲进行计数。所谓测周法就是测量转速脉冲周期的方法。它用传感器的脉冲来控制计数门的开闭，在转速脉冲周期内对基准时间信号发生电路的脉冲进行计数，然后按f=1/T公式换算成转速脉冲的频率。目前按现有产品的主要构成元件分类，可分为晶体管式、集成电路式和单片机式。晶体管式所采用的元件主要是晶体管，有的晶体管式转速测量仪设有记忆电路，其数码管无闪烁现象，显示效果较好，而且测量速度较高。顾名思义集成电路式转速测量仪，所采用的元件是集成电路元件。由于集成电路具有重量轻、体积小、功耗小等优点，而且集成电路元件内设有显示电路，这使得转速测量仪实现小型化。单片机的出现使得这种仪表的设计变得更加灵活[3]。第二章原理说明及方案选择2.1转速测量理论的简要介绍转速测量的应用系统在工业生产、科技教育、民用电器等各领域的应用极为广泛，往往成为某一产品或控制系统的核心部分，其各种参数在不同的应用中有其侧重，但转速测量系统作为普遍的应用在国民经济发展中，有重要的意义。转速测量的方法有很多，根据工作原理可分为计数式、模拟式、同步式。计数式方法是用某种方式读出一定时间内的总转数;模拟式方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量的变化;同步式是用利用已知的频率与旋转体的旋转同步来测量转速[4]。一般的转速测试可用机械式转速表、发电机式转速表以及频闪式转速表，但在有些情况下，其测量精度，瞬时稳定度不能满足更高的要求，因此，在测量方法和传感器的选择上显得尤为重要。常用的传感器种类有光电传感器、电磁式传感器、电容式传感器等，而测量方法上有测量转速周期、转速频率等。如表2-1所示表2-1各种测速方法比较[5]形式测量方法适用范围特点备注计数式机械式通过齿轮转动数字轮中、低速简单、价廉光电式来自被测旋转体上的光线使光电管产生电脉冲中、高速数字式电磁式利用磁电转换器将转速变换成电脉冲中、高速数字式模拟式机械式利用离心力与转速成平方成正比的关系中、低速简单发电机式利用电机电流或交流电压与转速成正比关系高速可远距离指示测速发电机电容式利用电容充、放电与转速成正比的关系中、高速同步式机械式转动带槽的圆盘，观察旋转体的同步关系中速闪光式用已知频率闪光测出旋转体同步的频率中、高速2.2方案选择就转速测量原理而言，大体可分为二大类，一是用单位时间内测得物体的旋转角度来计算速度，例如在单位时间内，累计转速传感器发出的N个脉冲，即为该单位时间的速度。这种以测量频率来实现测量转速的方法，称测频法。即“M”法;另一类是在给定的角位移距离内，通过测量这一角位移的时间来进行测速的方法，称测周法，即“T”法，如给定的角位移AO，传感器便发出一个电脉冲周期，以晶体震荡频率而产生的标准脉冲来度量这一周期时间，再经换算可得转速。这两种测速方法各有优缺点，“M”法一般用于高速测量，在转速较低时，测量误差较大，而且，检测装置对转速分辨能力也变差;而“T”法一般用于低速侧量，速度越低测量精度越高，但在测量高转速时，误差较大。从测速设备的工作性质考虑，本设计使用测频法，即“M”法。2.3方案原理在一定测量时间T内，测量脉冲发生器(替代输入脉冲)产生的脉冲数m1，来测量转速。如图2-1所示图2-1“M”法测量转速脉冲设在时间T内，转轴转过的弧度数为Xτ，则的转速n可由下式表示：n=60Xτ/2πT(2-1)转轴转过的弧度数Xτ，可用下式所示Xτ=2πm1/p(2-2)将(2-1)式代入(2-2)式，得转速n的表达式为:n=60m1/Tp(2-3n——转速单位:(转/分)T——定时时间单位:(秒)在该方法中，测量精度是由于定时时间T和脉冲的不能保证严格同步，以及在T内能否正好测量外部脉冲的完整的周期，可能产生的1个脉冲的量化误差。因此，为了提高测量精度，T要有足够长的时间。定时时间可根据测量对象情况预先设置。设置的时间过长，可以提高精度，但在转速较快的情况下，所计的脉冲数增大(码盘孔数已定情况下)，限制了转速测量的量程。而设置的时间过短，测量精度会受到一定的影响。2.4转速测量参数及电路参数分析选定方案中m1的值为旋转编码器前后两次读数之差，定时时间初步选定为100ms。2.4.1MCS-51的定时器/计数器简介2个16位的定时/计数器，有多种工作方式。定时/计数器工作在定时模式时，计数脉冲信号来自单片机的内部，计数速率是晶振频率的1/12，当计数器启动后，每个机器周期计数器自动加1。定时/计数器工作在计数模式时，计数器对外部脉冲进行计数，计数器计P3.4(T0脚）P3.5(T1脚）负跳变次数。每产生一次负跳变，计数器自动加1。如图2-2及表2-2图2-2TMOD寄存器用于定时/计数的操作方式及工作模式指令格式表2-2操作方式选择位MM0M1说明00013位定时器/计数器，由TL0低五位和TH0高八位组成工作方式01116位定时器/计数器，由TL0低八位和TH0高八位组成1028位定时器/计数器，由TL0低八位组成113TL0低八位和TH0高八位分别位8位定时器/计数器2.4.2定时器模式选择位C/T＝0，定时器模式，每一个机器周期计数器自动加1。C/T＝1，计数器模式，在单片机T0引脚上每发生一次负跳变，计数器自动加1。GATE＝0，定时/计数器工作不受外部控制。GATE＝1，定时/计数器T0的起停受INT0引脚的控制。1.计算计数初始值因为系统的晶振频率为fosc=12MHz，则机器周期Tm=12/fosc=1μs。设计数初始值为X：X=216-td/Tm=216-1×105/1=15535则（TH0）=00111100B＝3CH，（TL0）=B=AFH2.设置工作方式方式0：M1M0=01；定时器模式：C/T=1；定时/计数器启动不受外部控制：GATE=0；因此，（TMOD）=05H。关于测速电路的参数，本次设计采用了如下方案：AT80C51单片机属于CMOS型8位单片机，其在片内的振荡器电路由晶体控制的单极线性反相器组成，同HMOS型所用方法一样，要求用晶体控制的感性阻抗方波振荡器，但也存在一些差别，其一为80C51可在软件的控制下关闭振荡器，其二为80C51的内部时钟电路由XTAL2引脚上的信号来驱动。本次设计中的振荡器可用晶体作为感性电抗与外部电容组成并联共振槽路。晶体的特性与电容值的大小（C1、C2）并不严格，高质量的晶体对任何频率都可取用30pF的电容，对于廉价应用中，可采用陶瓷共振器，这时C1、C2一般取47pF；这里选取频率12MHZ晶振，电容C1、C2为30pF。看门狗电路电路参见图2-3图2-3MAX813L看门狗电路图中，电阻R1和R2分压产生1.25V电源门限值。当此脚的电压低于1.25V时，即电源电压低于额定值时，PFO将产生一个脉冲信号，可以用于向CPU发出中断申请，使CPU完成应急处理。此功能可完成电源电压的监测。P1.0喂狗信号，在软件的编制中通过对P1.0的位操作向MAX813L的看门狗输入端输入一个负脉冲。如果程序出现“跑飞”现象，程序将不能正常运行，这个定时发出的脉冲也得不到保障。当单片机超过1.6秒未向MAX813L的看门狗输入端发脉冲信号，MAX813L内部的定时器将会强制将WDO拉到低电平，这个低电平通过MR产生复位信号。单片机复位后从初始状态开始运行，从而保证系统的可靠性，起到了看门狗的作用。此电路同时兼有上电复位和按键复位功能。第三章硬件电路的设计3.1单片机的选择随着大规模集成电路（LSI）制造技术的飞速发展，单片机也随之迅猛发展，其发展历史大致分为三个阶段：第一阶段（1976年—1978年）：初级单片微处理器阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。此系列的单片机具有8位CPU，并行I/O端口，8位时序同步计数器，寻址范围不大于4KB，但是没有串行口。第二阶段（1978年—现在）：高性能单片机微处理器阶段，如Intel公司MCS-5，Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等，该类型单片机具有串行I/O端口，有多种中断处理系统，16位时序同步计数器，RAM，ROM容量加大，寻址范围可达64KB，有的芯片甚至还有A/D转换接口。由于该系列单片机应用领域极其广泛，各公司正大力改进其结构与性能。第三阶段（1982年—现在）：8位单片机，经处理器改良型及16位单片机微处理器阶段。在本次设计中，有多种型号的单片机可供选择，具体型号如89C2051，89C51，89C52，80C51，89S52单片机都可以较好地完成本次设计的要求，因此设计者选用了近来应用较为广泛的80C51型单片机。一个单片机应用系统的硬件电路设计应包含有两个部分内容:第一是系统扩展，即当单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O口、定时/计数器、中断系统等容量不能满足应用系统要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。第二是系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、D/A、A/D转换器等，并设计相应的接口电路。因此，系统的扩展和配置应遵循下列原则[6]:1.尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规用法。2.系统的扩展与外围设备配置应满足系统功能的要求，并留有适当的余量，以便进行二次开发。3.硬件结构应与应用软件方案统一考虑，软件能实现的硬件功能尽可能用软件来实现，但需注意的是软件实现占用CPU的时间，而且，响应时间比硬件长。4.单片机外接电路较多时，应考虑其驱动能力，减少芯片功耗，降低总线负载。根据上述原则，设计系统如图3-1所示:图3-1单片机系统测量转速原理框图程序框图如图3-2所示：主程序主程序初始化，各寄存器清0设定定时器初值，100ms读取编码器第一个读数读取编码器第二个读数将前后两读数相减，乘系数，计算出转速值将2进制转换为10进制送LCD模块显示延时喂狗定时100ms到？等待YN结束图3-2程序框图0C51的介绍[6]80C51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT80C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT80C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I／O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时／计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT80C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。主要性能参数：·与MCS-51产品指令系统完全兼容·4k字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器·1000次擦写周期·4.0－5.5V的工作电压范围·全静态工作模式：0Hz－33MHz·三级程序加密锁·128×8字节内部RAM·32个可编程I／O口线·2个16位定时／计数器·6个中断源·全双工串行UART通道·低功耗空闲和掉电模式·中断可从空闲模唤醒系统·看门狗（WDT）及双数据指针·掉电标识和快速编程特性·灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）图3-380C51芯片引脚图·Vcc：电源电压·GND：地·P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I／0口，也即地址／数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。·P1口：Pl是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。表3-1P1口引脚功能表端口引脚第二功能P1.5MOSI（用于ISP编程）P1.6MISO（用于ISP编程）P1.7SCK（用于ISP编程）·P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I／O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@Ri指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号[7]。·P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I／0口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I／0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。表3-2P3口引脚功能表端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外中断0）P3.3（外中断1）P3.4T0（定时／计数器0外部输入）P3.5T1（定时／计数器1外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）

·RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFRAUXR的DISRT0位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。·ALE／：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1／6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对F1ash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。[8]如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。·：程序储存允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的信号。·EA／VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H－FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。F1ash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vpp。·XTALl：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。·XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.2旋转编码器的选择码盘分为绝对式编码器和增量编码器两种，前者能直接给出与角位置相对应的数字码；后者利用计算系统将旋转码盘产生的脉冲增量针对某个基准数进行加减以求得角位移[9]。本次设计采用实验室提供的长春三峰PALD6615-256-C05E光电轴角编码器。PALD6615-256-C05E简介该旋转编码器主要由光栅、光源、检读器、信号转换电路、机械传动等部分组成。光栅面上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；分别用两个光栅面感光。由于两个光栅面具有90°的相位差，因此将该输出输入数字加减计算器，就能以分度值来表示角度[10]。如图3-3所示图3-3PALD6615-256-C05E旋转编码器外观表3-3机械参数电源电压DC（V）输出形式输出码制放大整形分割数5±0.5电压自然二进制码有256电流自然二进制码有表3-4机械参数允许最大机械转数启动力矩（25℃）允许轴负载径向轴向200r/min≤1.5×10-2N·m100N10N表3-5环境参数工作环境储存温度耐振动耐冲击构造防护等级重量-20~+50-30~+7030m/S2（10~200Hz）（X、Y、Z三个方向各2小时）30m/S2（X、Y、Z三个方向各2次）防尘IP540.9KG（电缆除外）ALD6615-256-C05E编码器的应用近十几年来，光电编码器发展为一种成熟的多规格、高性能的系列工业化产品，在数控机床、机器人、雷达、光电经纬仪、地面指挥仪、高精度闭环调速系统、伺服系统等诸多领域中得到了广泛的应用下表为PALD6615-256-C05E编码器的接线表表3-6接线表插头脚位电缆颜色输出功能备注1浅蓝色八位2进制码的第1位单圈基础码（每转脉冲）2深蓝色八位2进制码的第1位3紫色八位2进制码的第1位4橙色八位2进制码的第1位5灰色八位2进制码的第1位6绿色八位2进制码的第1位7黄色八位2进制码的第1位8浅紫色八位2进制码的第1位17红色编码器电源DC5V18黑色编码器0V19白色清0（用于0位设定）外部输入5~30V正脉冲其余脚空脚第四章显示部分在单片机系统中，常用的显示器有：发光二极管显示器，简称LED；液晶显示器，简称LCD；荧光管显示器。4.1LED显示器LED电子显示屏是由几万--几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏（LEDpanel）：LED就是lightemittingdiode，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕［11］。LED显示块是由发光二极管显示字段组成的显示器，有7段和“米”字段之分，这种显示块有共阳极和共阴极两种。LED显示器有静态显示和动态显示。但是，LED显示位数增多时，静态显示就无法适应。动态显示时，LED的二极管从导通到发光要有一定的延时，导通时间太小，发光太弱人眼无法看清，但也不能太大，因为毕竟要受限于临界闪烁频率，而且此时间越长，占用CPU时间也越多，另外，显示位增多，也将占用大量的CPU时间，因此动态实质是以牺牲CPU空间换取时间和能耗减少。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形和图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。4.2LCD显示器液晶显示器简称LCD（LiquidCrystalDiodes）是利用液晶经过处理后能够改变光线传输方向的特性，达到显示字符或者图形的目的。其特点是体积小、重量轻、功耗极低、显示内容丰富等特点，在单片机应用系统中有着日益广泛的应用。LCD的分类及特点分类：笔段式和点阵式（可分为字符型和图像型）。笔段式LCD液晶显示器的驱动在LCD的公共极（一路为背电极）加上恒定的交变方波信号，通过控制段极的电压变化，在LCD两极间产生所需的零电压或二倍幅值的交变电压，以达到LCD亮、灭的控制。在笔段式LCD的段电极与背电极间施加周期地改变极性的电压（通常为4V或5V），可使该段呈黑色。LCD显示模块LCDM（LiquidCrystalDisplayModule）在实际应用中，用户很少直接设计LCD显示器驱动接口，一般是直接使用专用的LCD显示驱动器和LCD显示模块LCDM。LCDM是把LCD显示屏、背景光源、线路板和驱动集成电路等部件构造成一个整体，作为一个独立部件使用。其特点是功能较强、易于控制、接口简单，在单片机系统中应用较多。其内部结构如下页图所示。LCDM一般带有内部显示RAM和字符发生器，只要输入ASCII码就可以进行显示。如图4-1 图4-1LCD模块外观图4-2液晶显示器基本结构液晶显示器LCD是一种极低功耗显示器，其应用特别广泛。目前常用的LCD是根据液晶的扭曲-向列效应原理制成的。这是一种电场效应，夹在两块导电玻璃电极之间的液晶经过一定处理后，其内部的分子呈90°的扭曲，这种液晶具有旋光特性。当线形偏振光通过液晶层时，偏振面回旋转90°。当给玻璃电极加上电压后，在电场的作用下液晶的扭曲结构消失，其旋光作用也随之消失，偏振光便可以直接通过。当去掉电场后液晶分子又恢复其扭曲结构。把这样的液晶放在两个偏振之间，改变偏振片的相对位置就可得到黑底白字或白底黑字的显示形式。LCD的响应时间为毫秒级，域值电压为3～20V，功耗为5～100mW/cm2.LCD常采用交流驱动，通常采用异或门把显示控制信号和显示频率信号合并为交变的驱动信号。当显示控制电极山上波形与公共电极上的方波相位相反时，则为显示状态。显示控制信号由C端输入，高电平为显示状态。显示频率信号是一个方波。当异或门的C端为低电平时，输出端B的电位与A端相反，LCD两端呈现交替变化的电压，LCD显示。常用的扭曲-向列型LCD，其驱动电压范围是3～6V。由于LCD是容性负载，工作频率越高消耗的功率越大。而且显示频率升高，对比度会变差，当频率升高到临界高频以上时，LCD就不能显示了，所以LCD宜采用低频工作。LCD的驱动方式分为静态和时分割驱动两种。不同的LCD显示器要采用不同的驱动方式。静态驱动方式的LCD每个显示器的每个字段都要引出电极，所有显示器的公共电极连在一起后引出。显然显示位数越多，引出线也越多，相应的驱动电路也越多，故适用于显示位数较少的场合。时分割驱动方式实际上是用矩阵驱动法来驱动字符显示。字段引线相当于行引线，公共电极相当于列引线，字符的每一个字段相当于矩阵的一个点。分时驱动是常用的时分割驱动方法。分时驱动常采用偏压法。4.3LCD显示器的驱动接口驱动接口分为静态驱动和时分割驱动两种接口形式。静态LCD驱动接口的功能是将要显示的数据通过译码器译为显示码，再变为低频的交变信号，送到LCD显示器。译码方式有硬件译码和软件译码两种，硬件译码采用译码器，软件译码由单片机查表的方法完成。LCD显示器采用4N07。4N07的工作电压为3～6V，阈值电压为1.5V，工作频率为50～200Hz，采用静态工作方式，译码驱动器采用MC14543。MC14543是带锁存器的CMOS型译码驱动器，可以将输入的BCD码数据转换为7段显示码输出。驱动方式由PH端控制，在驱动LCD时，PH端输入显示方波信号。LD是内部锁存器选通端，LD为高电平时，允许A～D端输入BCD码数据，LD为低电平时，锁存输入数据。BI端是消隐控制，BI为高电平时消隐，即输出端a～g输出信号的相位与PH端相同。LCD的时分割驱动接口通常采用专门的集成电路芯片来实现。MC145000和MC145001是较为常用的一种LCD专用驱动芯片。MC145000是主驱动器，MC145001是从驱动器。主、从驱动器都采用串行数据输入，一片主驱动器可带多片从驱动器。主驱动器可以驱动48个显示字段或点阵，每增加一片从驱动器可以增加驱动44个显示字段或点阵。驱动方式采用1/4占空系数的1/3偏压法。MC145000的B1～B4端是LCD背电极驱动端，接LCD的背电极，即公共电极COM1～COM4。MC145000的F1～F12和MC145001的F1～F11端是正面电极驱动器，接LCD的字段控制端。对于7段字符LCD，B1接a和f字段的背电极，B2接b和g的背电极，B3接e和c的背电极，B4接d和Dp的背电极。F1接d、e、c、f和g的正面电极，F2接a、b、c和DP的正面电极。DIN端是串行数据输入端。DCLK是移位时钟输入端。在DIN端数据有效期间，DCLK端的一个负跳变，可以把数据移入移位寄存器的最高序号位，即MC145000的第48位或MC145001的第44位，并且使移位寄存器原来的数据向低序号移动一位。MC145000的最低位移入MC145001的最高位。串行数据由单片机80C31的P3.0端送出。首先送出MC145001的第一位数据，最后送出MC145000的第48位数据。数据“1”使对应的字段显示，“0”为不显示。MC145000内部显示寄存器各位与显示矩阵的对应关系如表4-10所示。MC145001与MC145000的区别只是少了FMC145000带有系统时钟电路，在OSCIN和OSCOUT之间接一个电阻即可产生LCD显示所需要的时钟信号。这个时钟信号由OSCOUT端输出，接到个片MC145001的OSCIN端。时钟频率由谐振电路的电阻大小决定，电阻越大频率越低。使用470KΩ的电阻时，时钟频率为50Hz。时钟信号经256分频后用作显示时钟，其作用与静态时的方波信号一样，用于控制驱动器输出电平的等级和极性。另外这个时钟还是动态扫描的定时信号每一周期扫描4个背电极中的一个。由于背电极的驱动信号只在主驱动器MC145000发生，所以主从驱动器必须同步工作。同步信号由主驱动器的贞同步输出端FSOUT输出，接到所有从驱动器的贞同步输入端FSIN。每扫描完一个周期，主驱动器即发一次帧同步信号，并且在这时更新显示寄存器的内容。基于LCD显示块低功耗、短响应时间以及适应低频工作的特点，设计者选用LCD显示器完成显示部分的功能。结论本文对单片机用于转速测量的理论、原理进行了系统的分析、比较，并对每种测量方法定性、定量的予以阐述，设计了显示接口电路和应用程序。以下从四个方面进行总结:硬件电路单片机用于转速测量种类较多，方法各有不同，在硬件设计上根据使用场合、功能和要求，采用的电路也有差异，单片机有用80C51系列的80C31、80C51等，并对其进行扩展。本系统采用80C51单片机，充分利用单片机内部自带的16位定时计数器进行设计，较完全的开发了单片机自身的功能，接口利用了80C51的P2口具有较大的电流驱动能力的特点，未扩展驱动芯片，直接由单片机驱动，简化了硬件电路。有一定的实用价值和较高的性价比，可用于工业控制中的转速检测、民用电器及其他应用。测量方法在测量原理上采用先进的M的测量方法，保证了高转速的测量中获得较高的精度。应用范围广泛，可通过扩展进行二次开发。程序调试本系统进行了全面的程序设计，显示程序、中断服务程序和初始化程序，并对这些程序在uvision2软件上进行编译和调试，可以运行和转换成HEX文件，通过编程器写入芯片中。基本达到了设计的要求.改进方法和进一步的工作转速的定时时间长、短，其设定值是人为估计的，可以针对具体的应用，根据转速的实际情况来调整定时时间。下步工作能制作完整电路工作板，即硬件电路，用示波器测量其参数。更深入的分析其精度和误差。谢辞三个月的设计，在黄彬老师的悉心指导和同学们的热情帮助下完成了，在这里，我感谢黄彬老师的耐心指导，感谢李平老师、李亚荣老师以及实验室李淑娟老师和丁彦闯老师以及研究生付俊鹏学长的热情帮助和大力支持。在临近毕业之际，我还要借此机会向在这五年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们五年来的辛勤栽培。不积跬步无以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关作者表示谢意。我还有感谢各位同学，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们的帮助和支持，再次我表示深深地感谢！参考文献2004年5月10日[2]刘保录基于单片机的电机综合参数测试仪设计[M].第10卷第2期[3]梁天德，黄传明.单片机测速仪的设计和研制[J].华侨大学学报，1992（7）:401—407[4]李庆祥，徐端颐．实用光电技术[M]．第一版．北京：中国计量出版社，1996，61—67[5]吴凡.高精度编码器的裂相指示光栅[J].光电工程,2001,28(5)[6]孙育才MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].东南大学出版社2004.10[7]何立民MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京航空航天大学出版社1990.1[8]汤天瑾，曹向群，林斌.光电轴角编码器发展现状分析及展望[J].光学仪器2005年第1期[M].JohnWiley&Sons,Chichester,UK,1992.[10]梁天德，黄传明.单片机测速仪的设计和研制[J].华侨大学学报，1992（7）:401—407、[11]关积珍，陆家和.2005年我国LED显示屏产业发展综述[J]激光与红外2006.36(12)：1089～1091附录一系统电路图附录二程序清单ORG000BHAJMPINT0ORG 8000H AJMP MAIN ORG 8050H WORK BIT 00H DOG BIT P3.5clkbitp3.0;时钟口datbitp3.1;数据口disequ19h;缓冲区首址MAIN: MOVR6,#0MOVR3,#0MOVTMOD,#05H;设定定时器控制字MOVTH0,#HIGH(65535-50000)MOVTL0,#LOW(65535-50000)MOVIE,#82HSETBTR0SJPM$INT0:MOVTH0,#HIGH(65535-50000)MOVTL0,#LOW(65535-50000)MOVR6,R3；读取前一个编码器读数MOVR3,P2；读取后一个编码器读数MOVA,R3CLRCSUBBA,R6MOVB,#2MULABMOVB,100DIVABMOV19H,A；送显示MOVA,BMOVB,10DIVABMOV1AH,AMOVA,BMOV1BH,ALCALLDISPLAYRETI延时子程序DELAY: MOV R1,#0EHDELAY1: MOV R2,#0FFHDELAY2: MOV R5,#0FFH DJNZ R5,$ DJNZ R2,DELAY2 DJNZ R1,DELAY1 RET;喂狗子程序WDOG: CLR DOG NOP NOP SETB DOG RET DISPLAY:MOVR0,#DIS+2displayl:mova,@r0movc,acc.7clracc.7lcalldisplay_tabjncdisplay2orla,#1display2:movr2,#8display3:setbclkrlcclkretdisplay_tab:incamovca,@a+pcretdb10111111b;00h"0"db10000110b;01h"1"db11011011b;02h"2"db11001111b;03h"3"db11100110b;04h"4"db11101101b;05h"5"db11111101b;06h"6"db10000111b;07h"7"END课程设计报告（嵌入式系统课程设计）题目：车辆测速及显示系统设计学生姓名（学号）：许心悦P71314034