毕业设计（论文）-基于单片机的多功能转速表设计（全套图纸）

浙江工业大学浙西分校信电系毕业设计（论文）目录第一章 概述31.1 单片机的发展31.2单片机的应用3第二章 多功能转速表硬件电路52.1 转速信号获取电路62.2 M/T法测速原理62.3转速计算及误差分析72.4转速测量9第三章 产生脉冲的硬件部分介绍103.1 光电转换电路103.1.1 光电探测器的介绍103.1.2 光检测器的设定113.2运算放大器基本特性113.2.1常用运算放大器类型113.2.2运算放大器的基本参数123.3 555施密特触发器结构图143.3.1施密特触发器的电路特点163.3.2 施密特触工作原理163.3.3 施密特触发器的应用17第四章 单片机184.1单片机AT89C51的了解184.2 AT89C51的硬件部分简述19第五章 显示部分215.1 键盘接口：215.2 显示器接口：235.3 LED显示器265.3.1 数码管结构265.3.2 数码管工作原理275.3.3 LED七段数码管显示方法27第六章 直流稳压电源的研制296.1+ 5V 直流稳压电路原理296.2+ 5V 直流稳压电路参数设计30第七章 看门狗电路327.1抗干扰与看门狗327.2硬件方式和软件方式看门狗327.2.1硬件看门狗327.2.2软件看门狗337.3硬件方式看门狗MAX831L337.3.1MAX813L的封装及引脚功能337.3.2 MAX813L与单片机AT89C51接口电路图357.3.3 MAX813L对直流的监控作用35第八章报警电路:368.1声音报警电路36第九章 软件设计思路及方案379.1软件设计概述379.2软件设计方案379.2.1 主程序框图及程序编程379.2.2 按键框图及程序编程469.2.3 显示程序框图及程序编程499.2.4、报警框图及程序编程52第十章 单片机软件和硬件抗干扰设计5410.1抗干扰的设计原则5410.1.1干扰的来源：5410.2 软件抗干扰设计5410.3硬件抗干扰的设计55第十一 单片机应用系统调试和维护5611.1 系统调试5611.1.1硬件调试5611.1.2软件调试5611.1.3计算程序的调试方法5711.1.4综合调试5711.2系统维护和维修5711.2.1 故障形成的原因5711.2.2 系统自检程序58第十二章打印机的设计5912.1 P-P-40/16A微型打印机的接口信号5912.2 TP-P-40/16A微型打印机与单片机的连接5912.3 打印机程序编程60总结62参考文献：63致谢63第一章 概述1.1单片机的发展单片微型计算机（简称单片机）也叫做微型控制器，自从20世纪70年代问世以来，得到了快速发展，从早期的8位机到现在的32位机，其硬件资源和软件资源在不断丰富与完善。那么单片机的发展历史可以分为三个阶段: 第一阶段(19761978年):初级单片机阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。这个系列的单片机片内集成有8位CPU,并行I/O口、8位定时/计数器，寻址范围小大于4K,并且无串行口。 第二阶段(1978年1982):高性能单片机阶段。在这一阶段推出的单片机普遍带有串行I/O口，有多级中断处理系统、16位定时/计数器。片内RAM 、ROM容量加大，并且寻址范围可达到64K字节，有的片内还带有A/D转换接口。这类单片机有Intel公司的MCS-51, Motorola公司的6801和Zlog公司的Z8等。 第三阶段(1982 ):8位单片机巩固发展以及16位单片机推出阶段。这一阶段的主要特征是一方面发展16位单片机及专用单片机:另一方而同时不断完善高档8位单片机，改善其结构，以满足小同的用户需求。全套图纸，加1538937061.2单片机的应用单片机由于其集成度高、体积小、抗干扰能力强和价格低廉、具有独特的控制功能，它已经成为计算机世界中的重要成员。在一个应用系统中，只用一个单片机，这是目前应用最多的方式，主要应用领域有：(1).测控系统。用单片机可构成各种工业控制系统、自适应系统、数据采集系统等。(2).智能仪表。用单片机改造原有的测量、控制仪表，能迥数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化发展。(3).机电一体化产品。单片机与传统的机械产品结合，使系统机械产品结构简化，控制智能化。(4).智能接口。在计算机控制系统（特别是较大型的工业测控系统）中，普遍采用单片机进行接口的控制与管理，因单片机与主机是并行工作，故大大提高了系统的运行速度。(5).智能民用产品。在家用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收银机、办公设备等产品中引入单片机，不仅使产品的功能大大增强，而且获得了良好的使用效果。 智能仪器是以微处理器为核心的电子仪器，所以对设计的硬件电路的元件工作原理要熟悉掌握，而且还要求其掌握微型计算机硬件和软件的原理。设计智能仪器的一般步骤：首先要确定设计任务，编写设计任务说明书，明确仪器应具备的功能和应达到的技术要求，设计任务说明书是设计人员设计的基础，应力求准确简捷；然后要拟定总体设计方案，在这个阶段，设计者要提出几个设计方案，每个方案应包括仪器的设计原理，采用的技术，关键元器件的性能等；接着要对各方案进行可行性论证，包括对某些重要部分的理论分析与计算，以及一些必要的模拟实验，以此来验证方案是否能达到设计的要求；接着再兼顾各方面因素选择方案之一作为仪器的设计方案确定仪器工作总框图；最后是硬件电路和软件电路的设计与调试以及整体联调。智能仪器实际上是一个专用的微型计算机系统，它有硬件和软件两部分组成。其中硬件电路主要是89C52单片机、测速转换器、键盘设定阈值、报警电路、以及LED液晶显示系统与微机接口电路等。软件部分包括监控程序。其中监控程序面向仪器面板键盘和显示器，其内容包括：通过键盘操作输入并存储所设置的功能、操作方式与工作参数；通过控制I/O接口电路进行数据采集，对仪器进行预定的设置；对数据存储器所记录的数据和状态进行各种处理；以数字、字符、图形等形式显示各种状态信息以及测量数据的处理结果。 第二章、多功能转速表硬件电路多功能转速表硬件电路框图如图2.1所示.该电路由转速信号获取电路、功能按键、LED显示、报警电路、看门狗和AT89C51单片机等几部分组成。， 脉冲信号产生整形 电 路光电传感 器 显 示 器数模转换 器AT89C51单片机功能按键报 警 电 路 图2.1 硬件电路框图2.1 转速信号获取电路该电路由二极管D1D4、电阻R1R7、集成运放TL062、555施密特触发器等组成。工作原理如下：K1按下后，D1导通并发出红外线，经聚焦镜头将光速通过半透膜聚集到旋转体的转轴上，该光速被贴在转轴上的反光条反射至光敏二极管D2上，使D2导通，A点电位升高（无反射时电位降低）。该信号经隔直电容C1及限幅二极管D3、D4加到运放A1的反相输入端，由R3、R4构成的正反馈网络接至运放的同相输入端。A1工作在饱和或截止状态，使B点波形接近矩形波（高低电平分别为4.3V和0.8V），。通过555定时器构成的斯密特触发器，不仅可以将边沿变化缓慢的信号整形成为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加于矩形波脉冲信号上的噪声有效地消除，从而在D点可获得较理想的转速脉冲信号。该信号加至单片机的T0口进行计数。2.2 M/T法测速原理目前常用的转速测量方法有M法、T法 和M/T法 。 图2.2 M/T法测速时序图M法（即测频法）-是指在固定的时间内测出转速传感器输出的脉冲个数。经分析得知，M法在测高速时相对误差较小。T法（即测周期法）-是指在转速传感器输出脉冲周期内对时钟信号进行计数，测出转速脉冲周期，进而计算出转速。经分析得知，T法在测低速时相对误差较小。M/T法-是指在M法基础上吸取了T法之优点而形成的。M/T法测速时序图2.2所示，其测速过程是：在转速传感器输出脉冲是上升沿到来时启动定时（定时时间为Tc）,同时计传感器输出脉冲个数和时钟脉冲个数，定时时间到，先停止对传感器输出脉冲的计数，待下一个传感器输出脉冲上升沿到来时在停止对时钟脉冲的计数，由记录的两脉冲m1和m2求出转速。假定旋转体每转一周，转速传感器输出p个脉冲，又设转速N，时钟频率为f0,则Td=Tc + T=m1T= m1 (60/pN)又因 Td=m2 (1/f0)所以 N= （60 f0/p） (m1/m2) (1)通过式（1）可方便地计算出转速，因为m1不存在误差，m2的最大误差为一个时钟，所以M/T法测速时的相对误差为： N/N=1/(m2-1) (2)在式(2)中，由于m2 通常较大，故相对误差较小，即该测量方法精度较高，在多功能转速表的设计中，我们采用的是M/T法。本设计涉及到转速范围问题，为了减少误差，故在转速小于3600rpn时我采用T法计算转速，而大于3600rpn就进行M法计算转速。2.3转速计算及误差分析根据转速、周期、频率之间的关系可知 n=60/T （1） f=1/T （2） T=NTc （3） 式中，n被测转速，r/min; T转速信号周期，S； f转速信号频率，Hz； Tc计算脉冲的周期，又称时基，本仪表Tc=4us. 将式（3）代入（1）可得 n=60/NTc=1.5107/N （4） 用十六进制数表示为n= (E4E1C0)H/(N)H式中N已存入75H、74H、73H单元。利用除法子程序，即可求出转速。下边计算该系统的相对误差。分别对式（1）和式（3）求微分 n=60T/=nfT （5）T=NTc （6） 将式(6)代入（5），得 （7）式中，N-量化误差，N=1个计数脉冲，又已知时基Tc=4us,故 （8） 由式（8）可知，相对误差与频率成正比，即相对误差随转速的升高而升高。因此，为了提高测量精度，高转速时需要连续测量数个周期。本设计中为4个周期，即测得的N为4个周期内的总和，所以 T=NTc/4 （9） n= 60/T = 60*104/N （10） 用十六进制数表示，为 n=(3938700)H/(N)H对式（9）进行微分 T=NTc/4因此可求出高速测量时的相对误差n/n = fT=fNTc/4同样，代入Tc=4us,N=1个脉冲，则 （11）将式(11)与（8）比较可知，采用多周期测量相对精度大大提高。例如，当n=3000r/min时，由式（8）可求出，其相对误差为10-6=0.02% 当n=6000r/min时，由式（10）计算出相对误差为10-6= 0.01%该仪表设置的临界转速为3662r/min，其对应的每周期计数脉冲个数。开机时，首先按低转速测量，然后判转速n是高于还是低与3662r/min。若低于此临界值，则仍按低速测量，若高于它，便主动转入高转速测量，即连续测量4个周期。这样，就可实现量程自动切换。2.4转速测量由式（4）和（10）可知，只要能够求出脉冲个数N，即可求出转速。为了得到计数脉冲，可以采用门控方式的硬件技术方法，也可以采用中断方式的软件计数方法。1.5.1门控方式计数：由AT89C51定时器/计数器T0工作原理可知，当其工作在计数方式时，只要T0口上有负跳变，计数器就加1。CPU在每个周期的S5P2状态时，采样T0，所以需要2个机器周期才能识别一个T0的负跳变，即T0的周期至少应等于2倍机器周期。若晶振频率为6MHz，6分频后得到ALE信号，鼓ALE周期为1us，机器周期为2 us。由此可知，最低计数脉冲周期Tc为4us，可由ALE信号经74LS74中的两个D触发器4分频后取得。1.5.2中断方式计数：高转速时为了连续测量4个输入周期，可以采用中断方式计数。在初始化或前一次测量结束时，单片机禁止“外部中断0”和“定时器0溢出中断”。设置“外部中断0”为负跳沿触发方式，设定“计数器0”为非门控计数方式，然后等待中断。外部中断负脉冲一到，立即启动“计数器0”工作，对T0的4us计数脉冲进行计数。计到4个测量周期时，停止“计数器0”工作，禁止外“中断”，恢复测量周期常数3，并计得的脉冲数存入相应单元。门控方式和中断方式计数，有效的解决了精度测量输入脉冲周期和高低量程自动切换问题，测得计数脉冲个数后，即可转入计算转速n的子程序，计算结果的BCD码相应的存入4个存储单元，以备显示。第三章 产生脉冲的硬件部分介绍3.1光电转换电路 3.1.1 光电探测器的介绍 光电探测器是一种通过光电效应探测光信号的器件。而光敏二极管就是一种典型的光电探测器。光敏二极管是在可见光或近红外光波段作探测使用，通常工作在反偏状态下，以缩短光生载流子的传输时间，减小结电容，提高响应速度。 PIN 结二极管就是一种最常用的光敏二极管。开始加工的硅片是一块接近本征的单晶，称为I层，它有很高的电阻率和很长的载流子寿命。但完全没有杂质的本征层是很难实现的，通常I层是高阻的P层（称为层）或高阻的N层（称为层），故实际PIN二极管为PN或PN的结构。P区和N 区分别利用扩散或离子注入加工到硅片表面，形成阳极和阴极。这两个极既可以做在硅片两面，也可以做在同一面的不同区域。由于光敏二极管并非用于射频状态下，所以对特征频率和传输时间无特殊要求，因此我们采用两个极做在硅片同一面的方式，这样的好处还可以增大光感应的面积，提高感应灵敏度。PIN管在低频状态下的IV特性类似于PI结IV特性。当PIN管两端加上正向的偏压后，PI结和NI结的势垒降低，P区空穴和N区电子不断注入到I区，不断复合，注入的电子和空穴使I区电导增加，呈现出低阻抗。当PIN管两端加上反向的偏压后，耗尽层宽度变大，I区耗尽层随电压增加更快，这时 PIN管相当于一个平行板电容器。反向电流Id(暗电流)如下面的方程所示： Id=ID+ Is+IGID为扩散电流；Is为表面漏电；IG势垒产生电流。IG=qniW/ni为本征载流子浓度;W为耗尽层宽度;为有效寿命。在反偏压和光强为零的情况下(H=0MW/CM2),电流为暗电流,如果忽略反向状态下少子扩散电流(ID)和表面漏电流(IS)，反向电流(Id)主要是势垒产生电流(IG)。因为载流子浓度(ni)很低，所以电流(Id)很小，大约是0.11nA。当施加一定色温和强度的光照后，光子深入半导体内部，能量大于禁带宽度的光子，由本征吸收在结的两边产生电子-空穴对，载流子的浓度（ni）变化很大，在势垒区内较强的内建场的驱使下，结两边的光生少数载流子，各自向相反方向运动，从而在结内部形成光生电流IL,这时的电流大小约为多少A量级.3.1.2 光检测器的设定在光检测器在内部增益时,其主要噪声包括量子噪声、光电二极管体材料引起的暗电流噪声和表面漏电流噪声.还有量子噪声或散弹噪声的产生是由于光信号入射到光检测器上时,光电子的产生和收集过程具有统计特性.而PIN光电二极管的主要噪声电流来自检测器负载电阻和放大器电路的有源器件.1) PIN的光电流:均方信号电流(i2s) = (i2p(t) ip是信号光产生的平均光电流.2工作过程及PIN和光源的选择本次设计PIN结光敏二极管由硅(Si)材料构成其截止波长为1060nm,硅材料在波长800nm900nm的近红外波段,量子效率 =100%.当它响应度最大(0.65A/W)时,波长为900nm其.所以选用的发光LED二极管的发射的波长也应在900 nm附近,故光源材料选择四元合金InGaAsP。D1导通并发出红外线，经聚焦镜头将光速通过半透膜聚集到旋转体的转轴上，该光速被贴在转轴上的反光条反射至光敏二极管D2上，使D2导通，A点电位升高（无光照时低电平）。图3.1为光检测器的结构图3.2运算放大器基本特性3.2.1常用运算放大器类型运算放大器一般可分为通用型、精密型、低噪声型、高速型、低电压低功率型、单电源型等几种。本节以美国TI公司的产品为例说明各种运算放大器的主要特点。（1）通用型运算放大器的参数是按照工业上的普通用途设定的，各方面性能都较差或中等，价格低廉，其典型代表是：LM358、LM324、LF412、 OP07等（2）精密型运算放大器有很好的精确度，特别是对输入失调电压UI0输入偏置电流IIB温度漂移共模抑制比KCMR等参数有严格要求。如UI0不大于1mV，高精密型运算放大器的UI0只有几十微伏，常用需要精确测量的场合。其典型产品代表：TLC4501、TLE2027、TLE2037、TLC2201等。（3）低噪声型运算放大器要求器件产生的噪声低，即等效输入噪声电压密度 VnVTH时，输出R 为高电平1；当VR1 VR2时，输出S为高电平1；VTR VR2时，输出S为低电平0 。 3）基本R-S 触发器 两个与非门G1和G2 构成了低电平触发的基本R-S触发器。触发器输入信号R、S为比较 器C1、C2 的输出，触发器Q端状态为电路输出端OU T 的状态，触发器Q端状态控制放电三极管T的导通与截止。当外部置零输入端RD为0(低电平)时，可使Vo = 0，定时器输出直接复位,不受其他输入端状态的影响。正常工作时,必须使RD处于高电平状态。 4) 放电三极管TD 放电三极管T构成泄放电路,T 的集电极用输出端D 表示。如果将D端经过一个外接电阻接至电源,即可组成一个反相器。当Q = 0(Q = 1）时，T 导通，D 端输出为低电平0；当Q = 1(Q = 0）时，T 截止，D 端输出为高电平1。可见D端的逻辑状态和输出端OUT的状态相同。 5) 输出缓冲器输出缓冲器G3的作用是提高负载能力，并隔离负载对定时器的影响。 6）如图3.4各沿脚的功能 图3.4 555定时器引脚功能图将555 定时器高触发端TH和低触发端TR连接起来作为信号输入端,即可构成施密特触发器,其逻辑电路如图1所示, 实际接线如图3.5所示:图3.5 555施密特触发器的实际接线图3.3.1施密特触发器的电路特点施密特触发器是一种特殊的双稳态时序电路,与一般的双稳态触发器相比,它具有如下两个特点: 1)施密特触发器属于电平触发,对于缓慢变化的信号同样适用。只要输入信号电平达到相应的触发电平,输出信号就会发生突变,从一个稳态翻转到另一个稳态,并且稳态的维持依赖于外加触发输入信号。 2)施密特触发器具有滞回特性。即输出电压由高电平跳变为低电平时所对应的输入电压和由低电平跳变为高电平所对应的输入电压是不同的,把施密特触发器具有的这种特性叫滞回特性。UR1和UR2称为阈值电压,两者之差称为回差电压。3.3.2 施密特触工作原理1.3.3.1 在图3.5中R1取2.4K,R2取2K,Vco端经0.01uf电容旁路接地.电源电压5V.由于比较器C1、C2的参考电压不同,因而基本RS触发器的置0信号(Vc1 =0)和置1信号(Vc2 =0)必然发生在输入信号的不同电平,因此输出电压v0由高变低和由低变高所对应的vi值亦不相同.首先来分析首先分析vi从0开始升高的过程:由图1可知: 当vi1/3Vcc时 ,vc1= 1,vc2= 0, Q = 1,Q = 0,故v0= VOH; 当1/3Vccvi2/3Vcc以后,vc1 =0 vc2 =1,Q = 1,Q = 0,故v0 =VOL不变; 当vi上升到2/3Vcc时,电路的输出状态跃迁VT+ =2/3Vcc. 当vi再增大时,对电路的输出状态没有影响.1.3.3.2 下降的过程: 当vi高电平逐渐下降,且1/3Vccvi2/3Vcc时,vc1 =vc2 =1,基本RS触发器保持原状态不变,Q = 0,Q = 1,输出v0 =VOL不变;当vi1000次）Flash ROM 32个双向I/O口 可编程UARL通道 两个16位可编程定时/计数器 全静态操作0-24MHz 1个串行中断 128x8bit内部RAM 两个外部中断源 共6个中断源 可直接驱动LED 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能4.2 AT89C51的硬件部分简述AT89C51的硬件部分可分为端口、控制和电源三类4.2.1 端口线（32条）：AT89C51共有四个I/O端口，分别为P0、P1、P2、P3都是双向的，且每个端口都有锁存器和8条线。 P0口有三个动能：外部扩充存储器时当作数据总线(D0 - D7) ;外部扩充存储器时当作地址总线(A0 - A7) ; 不扩充时可做一般I/ O 使用，但内部无上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。 P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/ O端口。P1的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉倒高电位，这时可用作输入口。P1做输入口使用时,因为内部有上拉电阻那些被外不信号拉低的引脚会输出一个电流（IL）。对Flash编程和校验程序时，P1口接收低8位地址。 P2 口有两个功能: 扩充外部存储器时当作地址总线(A8 - A15) ;做一般I/ O 使用，其内部有上拉电阻。对Flash编程和校验程序时，P2口接收高8位地址。和一些控制信号。 P3 口有两个功能: 做一般I/ O 使用，其内部有上拉电阻;特殊功能,具体由特殊寄存器来设置如下表2.1所示。对Flash编程和校验程序时，P3口接收一些控制信号。 表4.1 P3口第二功能定义端口引脚复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0 外部输入）P3.5T1（定时器1 外部输入）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）4.2.2 控制线(6 条)：ALE/ PROG地址锁存允许/编程线:地址锁存使能信号端,其功能有三:AT89C51 外接RAM/ ROM:AL E 接地址锁存器8282 、8212 的STB 脚,74373的EN 脚。当CPU对外部存储器进行存取时，用以锁住地址的低位地址;AT89C51 未外接RAM/ ROM:在系统中未使用外部存储器时,AL E 脚也会有1/ 6 石英晶体的振荡频率,可作为外部时钟;在烧写EPROM时AL E作为烧写时钟的输入端。 EA/ VPP 允许访问片内/ 外存储器/ 编程电源线: 其接高电平时,CPU 读取内部程序存储(ROM) ;当读取内部程序存储器超过0FFFH 时，在扩充外部ROM 条件下自动读取外部ROM。 PSEN 片外ROM 选通线：程序存储使能端。 XTAL1 片内振荡器反相放大器和时钟发生线路的输入端.使用片内振荡器时,连接外部石英晶体和微调电容. XTAL2 片内振荡器反相放大器的输入端，当使用片内振荡器时,外接石英晶体和微调电容.。 ST/ VPD 复位/ 备用电源线：RST 接高电平，使AT89C51处于复位(即初始化)工作方式。RST/VPD 还可以作为备用电源输入端。当主电源VCC降低到规定电平以下时,RST/ VPD 线上的备用电源自动投入,以保证片内的RAM 中信息不丢失。(6).芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。4.2.3电源线(2 条)：VCC 为+ 5 伏电源线，VSS为接地线。第五章 显示部分 5.1键盘接口：键盘是一组开关的集合，是单片机系统中最常用的输入设备之一，键盘接口必须解决以下一些问题：(1).检测是否有键按下；(2).如有键按下，判定是哪一个键；(3).确定被按键的读数；(4).反弹跳（去抖动）；(5).不管一次按键持续的时间有多长，仅采用一个数据；(6).处理同时按键；键盘功能主要有按键识别、去抖、重键处理、发送扫描码、自动重发、接收键盘命令、处理命令等。图5.1 按键闭合和断开时的抖动：如图5.1所示，键盘是由机械触点构成的，但由于机械触点的弹性作用及电压突跳等原因，在触点闭合和断开的瞬间，会出现电压抖动。去抖动的方法有硬件方法和软件方法。在按键数目较多的情况下，一般采用软件延时的方法，本设计延时时间设为10ms.键盘可以分为独立联接式和矩阵式两类，每一类按其译码方法又都可分为编码及非编码两种形式。编码键盘程序设计简单，但硬件电路复杂，价格较高；非编码键盘用软件来实现识别键、编码转换、去抖等功能，硬件电路简单，价格便宜。现代微机系统中广泛采用非编码键盘，采用行扫描法识别按下的按键。在本次设计中我采用的是独立联接式非编码键盘。这是最简单的键盘结构，每一键互相独立地各自接通一条输入数据线，如图5.2所示。任何一个键按下时，与之相联的输入数据线即被置0（低电平），而平时该线为1（高电平）。要判别是否有键按下，用单片机的位处理指令，十分简单。 图5.2 独立联接式非编码键盘在这次系统设计当中，我预先设置了4个按键，1键作为数据写入，2实现1功能，3#号键作为左移功能，4键实现报警取消功能键，5#键作为所存的峰值复位，6#作为显示峰值转速，为系统将来可能进一步的完善作准备。人机对话是智能化仪器区别于一般仪器的重要标志。在单片机组成的智能化仪器中，常用功能键进行人机对话。在本系统中，报警值的设定、显示的内容（如报警值，实测值或峰值等）、打印、“黑匣子”运行与否等，均需要人工干预。为了实现上述功能，在P2.3P2.7设置“置入”、 “+1”、“左移”“完成设置”“声警解除”按键。仪表的工作状态管理通过监控程序来实现，程序流程图如图8所示。 P2.3 “置入” 设置的报警值存入 P2.4 “+1” 设置的报警值加1 P2.5 “左移” 设置的报警值左移一位 P2.6 “确认” 完成设置 P2.7 “声警解除” 解除报警信号仪表上电复位后，则显示报警初值3100r/min。若需要改变报警值，首先利用“+1”、键将欲设的最高位置于显示值的个位，再用“左移”键左、移一位，而后设置次高位。如此反复4次，完成新的报警值设置。用“置入”键存入相应单元。每次测量的转速值都与报警值比较，若大于等于报警值，则进行声、光报警。此外，仪器还设有“声警解除”、“报警复位”、超速打印/存数、“检查”、“清楚”、“60/1”、“打印否”、“走纸”、“复位”等按钮或开关，以供不同情况下使用。5.2显示器接口：在单片机系统中，最常用的两种显示器是发光二极管显示器(LED)和液晶显示器(LCD)。本次设计，我采用发光二极管显示器。七段LED有共阴极与共阳极两种。为了在七段LED上显示字母或数字，必须将其转换可通过硬件译码或软件来实现。本系统的输出部分就是LED显示驱动。驱动电路的主要作用是将从单片机传送出来的脉冲进行功率驱动，以便于在数码管上显示。它由集成电路MC14499和74LS06来担当。MC14499是MOTOROLA公司的高集成度LED显示驱动器，采用动态扫描方式显示驱动4个LED数码管。它集锁存、译码、驱动、扫描、时钟于一体。（它包括1个20位移位寄存器、1個锁存器、1個多路输出器）。它所需的辅助电路简单，在单片机数据传送时采用串行同步方式。用MC14499组成的单片机的显示电路，具有占用单片机软件资源小，不再外加电路即可于单片机协调工作，使用灵活方便，电路简单可靠，无需外加驱动器等特点。(1).引脚排列：如图5.3所示。 图5.3 MC14499引脚图(2).引脚说明：VDD：正电源端；VSS：电源地；ag：七段显示输出；dp：小数点显示输出；：4个位选通端；OSC：晶振输入端，外接电容，片內可产生200800Hz的扫描信号；D：串行数据输入端；CLK：时钟输入端，作为串行数据接收的同步信号；EN：使能端，为低电平时，允许MC14499接收串行输入数据；为高电平时，片内移位寄存器将数据送入锁存器中锁存。MC14499每次接收20位串行输入数据，前4位为4个LED的小数点选择位，后16位是4个LED的BCD码输入数据，一帧数据的传输格式如下5.1表所示： 5.1 MC14499 一帧数据表20 19 18 1716 15 14 1312 11 10 987654321LSB MSB IV段码LSB MSB III段码LSB MSB II段码LSB MSB I段码LSB MSB 小数点选择一帧数据输入完后，便被锁存起来，供4位LED显示使用，CPU只提供显示用的数据，数据的显示則是由MC14499对各位进行动态扫描实现，扫描频率由OSC端外接电容決定。MC14499的BCD码显示字节如表5.1所示 表5.2 MC14499的BCD码显示表BCD码显示字节BCD码显示字节00000100080001110019001021010A001131011I010041100II010151101U011061101-011171111熄灭由于MC14499的这4个位选通端必须通过一个反相驱动器后才能控制4个LED，所以在这次设计中我使用的是集电极开路高压输出的六反相缓冲器/驱动器74LS06，其引脚排列如图5.4所示。如图5.4 74LS06的引脚排列其管脚1，3，5，9，11，13为输入端；管脚2，4，6，8，10，12为输出端。其推荐工作条件如表3.6所示。注意到74LS06输出低电平电流为40mA，为了能够驱动4个显示器，限流电阻的大小要配备合适。电源电压是5V，一个发光二极管的管压降约为1.2V，经过计算，限流电阻选1K左右合适。 在串行口方式下,A T 89C51 单片机的串行输出端TXD 提供时钟信号, 串行口输入端RXD 输出串行数据, 选定P1 口或P3 口任意一根I/O 线以提供MC14499 所需的使能信号。在串行口方式下, 应将A T 89C51 单片机串行口的工作方式置为0 方式。串行口方式特别适合于系统硬件无相互间通道的情况。在该控制方式下应注意:A T 89C2051 单片机串行口输出数据时, 发送顺序为从数据低位到高位, 而MC14499 将BCD 码数据译为十进制数时, 却是将原数据的低位作为高位处理的, 如将某次数据的最后八位10001001B (84H ) 送入MC14499 时, 从低位到高位被分布于其移位寄存器的13 20 单元中, 即最低位0 在13 单元, 最高位1 在20单元,MC14499 进行译码时, 却是将0 作为最高位, 1 作为最低位处理时, 于是成为00100001B (21H ) , 即段码3 数据为0010B,显示器显示“2”, 段码4 数据为