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毕业设计

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DZ024基于单片机的多功能转速表,毕业设计

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浙江工业大学浙西分校 毕业设计 (论文 )任务书 学生姓名 董鸽 指导教师 _ 濮阳槟 _ _职称 _副教授 _ 系别 信电系 专业 电气技术 年级 03 班级 1 班 课题名称 _ 多功能 转速表 的设计 _ _ 任务与要求 一、设计 基本参数及 技术要求： 1、 转速测量范围 ： 2 9999r/min； 2、 能自动变换测量周期 ： 当转速低于 3662 r/min 时用门控计数法；当转速高于 3662 r/min 时用中断计数法； 3、 具有“黑匣子”功能 ： 能保存重要的转速数据，供分析事故时用。 要求工作时每隔 30 秒保存一次转速值，最大能保存10 天的 转速 数据 ； 4、具有声光报警功能：可任意设定报警上、下限的值，当转速超过该值时就会自动发出声光报警信号； 5、 有自动打印功能，可根据需要打印出所需的转速值 （选做） ； 二 、 系统的工作 环境 ： 环境温度 10 80 ； 相对湿度 85%； 空气中不含 有腐蚀性气体 ； 周边没有强磁场干扰。 三 、设计任务： 1、 查阅相关资料，在前 3 周内完成开题报告及文献综述； 2、至少翻译一篇 与本设计课题 相 关 的外文资料； 3、依据课题要求确定系统硬件框图； 4、画出系统电气原理图 ，包括电源电路 ； 5、依据电气图，查阅相关手册，给出系统中主要元件的参数； 6、依据电气图写出系统工作原理； 7、依据课题要求确定系统软件流程框图； nts8、依据系统硬、软写出系统资源分配表及各相关单元的初值； 9、据系统软件框图编写系统软件（包括主程序和各种子程序）； 10、撰写毕业设计说明书（要注明设计过程中所用的参考文献） 四 、设计要求： 1、系统设计时要进行总体方案比较说明； 2、要对系统电气原理图的工作原理进行说明； 3、要标明系统设计中所应用的电路或公式的出处； 4、要对系统中的主要元器件说明 选用依据 ； 5、要在规定的时间内 ，按毕业设计 规定的 格式 完成设计任务。 五 、毕业设计的一般步骤： 1、依据课题要求 写出开题报告 ； 2、确定系统硬件框图 ， 画出系统电气原理图； 3、依据电气图，查阅相关手册，给出系统中主要元件的参数； 4、依据电气图写出系统工作原理； 5、依据课 题要求确定系统软件流程框图； 6、依据系统硬、软写出系统资源分配表及各相关单元的初值； 7、据系统软件框图编写系统软件（包括主程序和各种子程序）； 8、撰写毕业设计说明书（要注明设计过程中所用的参考文献） 。 六 、推荐参考书 ： 1、单片 微型计算机实用系统设计 人民邮电 出版社 潘新民 编 2、 AT89 系列 单片机 原理与接口技术 北京航空航天大学出版社 王幸之等 编 3、 单片机应用系统的功率接口技术 北京航空航天大学出版社 余永权等编 4、 单片微型计算机原理、应用与实验 复旦 大学出版社 张友德 编 5、 单片微型计算机原理与接口技术 华中理工大学 出版社 陈光东 编 开始日期 _ 2006.2.15_完成日期 _ _2006.6.25_ 教研室主任 (签字 )_ 年 月 日 本任务书一式四份，学生、指导教师、系、教务处各一份。 nts Multifunctional applications to several tables On the rotational speed table design has many available, but mostly by mechanical or simulated digital circuits to achieve. There are large in size, precision low, not visual, electronics large, less functional and sampling time, it is difficult to detect instantaneous rotational speed. As Chanpianji with both small and control functions such strong characteristics, so it widely in control applications. We want multifunctional rotational speed control system is designed to Shanpianji as the core to achieve intelligent meters. It is more functional, small electronics, and visual accuracy, showing time, speed warning systems, printing, such as instant rotational speed advantage. In computer hardware and software technology development efforts, and to present such functional single, low precision, size and price of high rotational speed tables are upgrading equipment. Currently rotational speed table as a common measurement tool has many coming to market, such as : mechanical, electrical and mechanical style, electromagnetic-type, photoelectric type. Although they are precise measurements, the use of safe, operate, but the prevailing question is a single function in the current hardware and software to improve the precision and functions on the basis of achieving a comprehensive equipment upgrading and improving pilot skills. The introduction of new technology developed multifunctional rotational speed table, with general rotational speed table functions, but also with other special functions. From the 1970s, the human aerospace, transport and weapons industry problems encountered difficulty in the traditional theory to solve. The need to promote the development of the productive forces in computer systems technology to develop. Accompanied by computer software and hardware rapid development of technology, master degrees in multifunctional rotational speed table, function, performance, and have a rapid development architecture, has been able to master a complete powerful, performance quality laser systems. Now Europe and the United States and other developed countries, laser system technology has been successfully applied to aerospace, transportation, ordnance industry, mechanical design, and many other areas, has a tremendous benefit, but also for traditional design testing methods have changed dramatically. This is the modern market demand for products that do not, how to improve the success rate of the initial design of the traditional design methodology is a difficult question. Because of its high Chanpianji master degrees, both small and anti-interference capability and affordable, unique control functions, it has become an important member of the computer world. Applications in one, only one Chanpianji, which is currently the largest application form, the main application areas are : (1). Monitoring system. Shanpianji may constitute a variety of industrial control systems, adaptive systems, data acquisition systems. nts (2). Smart meters. Shanpianji transformation in the original measurement, control instrumentation can output digital intelligent, multifunctional, integrated, flexible technology development. (3). And integration products. Shanpianji combination with the traditional mechanical products, mechanical products simplify system control intelligent. (4). Smart interface. In the computer control system (especially the larger industrial monitoring and control systems), widespread adoption Danpianji interface for the control and management of the mainframe is Chanpianji parallel with the work, it has greatly enhanced system operating speed. However Shanpianji applications must not be limited to its broad meaning and scope of the economic benefits arising from, more important lies in : Danpianji applications are fundamentally changing the traditional collection control system design concepts and design methods. Former circuit or digital circuit must be simulated to achieve most of the control functions can now be used Shanpianji through software (programming) methods achieved. To replace hardware and software that can control technology will enhance system performance with Danpianji popularize the application of constant development and improvement. Shanpian microcomputers for the emergence of automated instrumentation opens broad prospects. MCS-SJ- Chanpian particular type of performance computer, size, energy, advantages, and strong computing, processing and memory storage capabilities to control components used Danpianji wisdom meters into the upgrading of industrial products and advanced technology are economic means. Maintain a peak capacity. Rotational speed changes to the memory of the greatest rotational speed values. A black box function. To the permanent preservation of important rotational speed data for accident analysis, review applications, normal circumstances can provide data analysis. Amendment can be preserved for the next few records. Can automatically print, and can automatically change according to the different requirements of print intervals. Thereby speeding access to test data, a maximum speed of data. Anti-interference capability. On the importation of a broader range of adaptive signal. Applicable to electromagnetic type, photoelectric type, fluid style, and many other sensors to produce one pulse per or 60 - (60) business, the meters particularly suited to the testing plant housing units rotational speed, control, similar to other mining industry uses also apply. Meters into measurement, display, interactive, and print several of the police. Smart devices are microprocessors at the core of electronic equipment, hardware circuit design of the components to the mastery of the principles of work, but also for its mastery of micro-computer hardware and software principles. The general wisdom equipment design steps : First, it is necessary to determine the design of the mission, to prepare the design task sheets, equipment should have clear functions and should meet the technical requirements, design of the mission statement is the basis for the design designers should strive to accurate precision; And then to design programmes to develop, at this stage, designers must make several design options, Each programme should include equipment design principles, using the technology, the key components of performance; then to conduct a feasibility study on nts the programme, including some important part of the theoretical analysis and calculation, and the necessary simulation experiments, in order to achieve certification programme can design requirements; Then again into one of the options as a factor in the design of programmes to identify machines work equipment total diagram; Finally, the hardware circuit and software debugging and circuit design and the overall tone. Smart machines is a dedicated micro-computer systems, it has two hardware and software components. Which mainly 89C52 Chanpianji hardware circuits, laser converters, keyboard set threshold, warning circuit, and the led LCD system with the computer interface circuits. Software components including control procedures. These monitoring procedures for equipment panels keyboards and monitors, and its contents include : import and storage through keyboard operation established by the functional, operational modalities and activities of parameters; Through data collection control I/O interface circuits for equipment intended for installation; ROM of the data recorded data and various state; To figures, characters, graphics, and other forms of state information and measurements show that the outcome of the process. nts 多功能转速表的应用 关于转速表的设计已经有很多可供参考 ,但大部分都是由机械式或模拟数字电路来实现的。 存在着体积大、精度低、不直观、功耗大、功能少，而且采样时间长，难以测得瞬时转速。 由于单片机具有体积小、控制功能强等特点 ,故它在控制方面得到了广泛的应用。 我们所要设计的多功能转速控制系统就是以单片机为核心来实现智能化仪表。它具有功能多 ,功耗小、直观准确 ,可显示时间、限速报警系统、打印 、瞬间转速等优点。 在计算机硬件和软件技术发展的推动下，使目前国内外这类功能单一、精度低、体积大及价格高的转速表装备得到更新换代。目前转速表作为一种通用测量工具 , 已有多种形式面市 , 如 : 机械式、机电式、电磁式、光电式等。尽管它们大都测量精确、使用安全、操作简便、但普遍存在的问题是功能单一，在现今的硬件和软件的精度和功能全面的提高的基础上实现了设备的更新换代，提高了实验技术水平。采用新技术研制开发的多功能转速表除具有一般转速表的功能外 , 还具有另外的特殊功能。 从 70 年代起，人类在航空航天、交通运输及兵器 工业上所遇到的问题难以用传统的理论来解决。生产力发展的需要促使在 计算机系统 技术得以发展。同时伴随着电子计算机软件和硬件技术的飞速发展， 多功能转速表在集成度、功能、性能、体系结构方面都有了飞速发展，已能集成一个完整的功能强大、性能优良的测速系统。 现在欧美等发达国家， 测速 系统的技术已成功地应用于航空航天、交通运输、兵器工业、机械设计等多种领域，已产生巨大的效益，同时也使传统的设计试验方法发生了巨大变化。这与现代市场对产品的需求很不适应，如何提高初次设计的成功率是传统设计方法的一个难题。 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。 但是单片机应用的意义绝不仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益上，更重要的意义还在于：单片机的应用正丛根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片机通过软件（编程序）方法实现了。这种以软件取代硬件并能提高系统nts 性能的控制技术必将随着单片机应用的推广普及而不断发展完善。 单片微型计算机的出现为自动检测仪表打开了广阔的前景。特别是 MCS-SJ-型单片微机的性能价格比、尺寸、能耗上的优势， 以及极强的计算、处理和记忆存贮能力， 使出单片机为控制部件的智能仪表成为工业产品更新换代的既经济又先进的技术手段。 具有峰值保持能力。转速变化时能“记忆 最大转速值。具有“黑匣子 功能。能永久保存重要的转速数据，供事故追忆时分析应用， 正常情况下也可提供数据分析。不需要保存时可以擦除，以备下次存数。能自动打印，并能根据不同要求自动改变打印时间间隔。从而获得超速试验数据、最大速度数据。抗干扰能力 强。对输入信号幅度范围具有较广适应性。适用于电磁式、光电式、涡流式等多种传感器 每转产生 1 个脉冲或 60 个 -(60)脉， 本仪表特别适合于电厂机组转速的测屋、监控，对其他工矿企业的类似用途也适用。仪表分为测量、显示、人机对话和打印报警等几大部分。 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。 nts 浙江工业大学浙西 分校信电 系毕业设计 (论文 ) 毕业设计 (论文 )开题报告 信电 系 电气 专业 05 级 1 班 课题名称： 多功能转 速表的设计 毕业设计 (论文 )起止时间： 2006 年 2 月 17 日 6 月 8 日 (共 16 周 ) 学生姓名： 董鸽 学号： 5 指导教师： 濮阳槟 报告日期： 2006.6.10 nts 浙江工业大学浙西 分校信电 系毕业设计 (论文 ) 1本课题所涉及的问题在国内 (外 )的研究现状综述 在计算机硬件和软件技术发展的 推动下， 使目前国内外这类功能单一、精度低、体积大及价格高的转速表装备得到更新换代。目前转速表作为一种通用测量工具 , 已有多种形式面市 , 如 : 机械式、机电式、电磁式、光电式等。尽管它们大都测量精确、使用安全、操作简便、但普遍存在的问题是功能单一，在现今的硬件和软件的精度和功能全面的提高的基础上实现了设备的更新换代，提高了实验技术水平。采用新技术研制开发的多功能转速表除具有一般转速表的功能外 , 还具有另外的特殊功能。 从 70 年代起，人类在航空航天、交通运输及兵器工业上所遇到的问题难以用传统的理论来解决。生产 力发展的需要促使在 计算机系统 技术得以发展。同时伴随着电子计算机软件和硬件技术的飞速发展， 多功能转速表在集成度、功能、性能、体系结构方面都有了飞速发展，已能集成一个完整的功能强大、性能优良的测速系统。 现在欧美等发达国家， 测速 系统的技术已成功地应用于航空航天、交通运输、兵器工业、机械设计等多种领域，已产生巨大的效益，同时也使传统的设计试验方法发生了巨大变化。这与现代市场对产品的需求很不适应，如何提高初次设计的成功率是传统设计方法的一个难题。 目前广泛使用的不合微机的数字式转速表， 其硬件电路复杂，测量范围与精度不能兼顾，而且采样时间长 难以测得瞬时转速，更不能扩展仪表的功能：如任意设置报警值、转速值的永久存贮、按需要进行打印控制等等。 单片微型计算机的出现为自动检测仪表打开了广阔的前景。特别是 MCS-SJ-型单片微机的性能价格比、尺寸、能耗上的优势， 以及极强的计算、处理和记忆存贮能力， 使出单片机为控制部件的智能仪表成为工业产品更新换代的既经济又先进的技术手段。 具有峰值保持能力。转速变化时能“记忆 最大转速值。具有“黑匣子 功能。能永久保存重要的转速数据，供事故追忆时分析应用， 正常情况下也可提供数据分析。不需 要保存时可以擦除，以备下次存数。能自动打印，并能根据不同要求自动改变打印时间间隔。从而获得超速试验数据、最大速度数据。抗干扰能力强。对输入信号幅度范围具有较广适应性。适用于电磁式、光电式、涡流式等多种传感器 每转产生 1 个脉冲或 60 个 -(60)脉， 本仪表特别适合于电厂机组转速的测屋、监控，对其他工矿企业的类似用途也适用。仪表分为测量、显示、人机对话和打印报警等几大部分。 单片机在很多地方得到了应用： (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 促进仪表向 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，所以大大 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。 nts 浙江工业大学浙西 分校信电 系毕业设计 (论文 ) 2设计 (论文 )要解决的问题和拟采用的研究方法 、本文研究的是多功能转速表，而随着时代的发展出现多种测速表而光电式其性能优越而且结构简单、体积小等特点。首先就要讨论信号获取：通过简单的光电传输系统由专门的探头 LED 发射红外线，同时用 PIN 接受从被测物体反射回来的红外线，实现光电转换过程。由于通过光敏二极管输出的电压过小，然后通过限幅和集成运放放大器，使输出的脉冲接近矩形波，最后经施密特触发器电路整形输出稳定的脉冲信号。 、信号送入 AT89C51 芯片 T0 口计数，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。 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。 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。 、报警电路的设计：为了实现限速报警功能，我们设置了高、低转速值，并通过四个功能键确定高低转速的初值。 单片机 P1.1 口发出一个脉冲信号，经共射共集复合放大电路放大后，驱动 LS，发出报警声。单片机没有触发信号时，电路工作为稳定状态（即不工作）。报警声音结束后又恢复稳态，等待下也个脉冲信号的到来。 、稳压电压源的设计：我所设计的硬件电路需要 5V 电压，且总电流要在 1 2A，为了保证供电系统的稳定和安全性，我在输出最大电流为 1.5A 的固定稳压电路中，增加了短路保护环节和三极管运放 放大电路，使的输出电流达到 3A 左右。 5、复位和看门狗电路的设计： 对复位电路的基本要求是：在单片机上电时能可靠复位，在下电时能防止程序乱nts 浙江工业大学浙西 分校信电 系毕业设计 (论文 ) 飞导致 E2PROM 中的数据被修改；另外单片机系统在工作时，由于干扰等各种因素的影响，有可能出现死机现象导致单片机系统无法正常工作，为了克服这一现象，除了充分利用单片机本 身复位的作用外，还需外加看门狗电路：有些单片机系统还要求在掉电瞬间单片机能将重要数据保存下来，因掉电的发生往往是和随机的，因而此类单片机系统需要电源监控电路，在掉电刚发生时能告知单片机。 MAXIM 公司推出的MAX813L，刚好能满足这些要求， 所以我通过手动系统复位和硬件系统 ： 专用芯片构成的看门狗电路 MAX831L 对系统进行双重保护。 nts 浙江工业大学浙西 分校信电 系毕业设计 (论文 ) 3本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 ： 1、显示部分： 此次设计的转速显示范围在 0 9999nrp，所以我采用 采用 动态扫描方式显示驱动 4 个 LED 数码管， 集锁存、译码、驱动、扫描、时钟于一体 的 MC14499 显示驱动器 。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 IO 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 0001B, 显示器显示“ 1” , 因 此 , 必须将欲显示的压缩 BCD 码进行循环位移 (即将最低位移至最高位 , 第二位移至第七位 , 其余以次类推 ) 后再送入 MC14499, 以保证显示的正确性。 A T 89C2051 单片机每次发送完数据后 ,必须将 MC14499 使能端置位。这是因为 MC14499 进行译码输出的并非是其移位寄存器内的数据 , 而是其锁存器内的数据。将使能端置位有两个作用 : 第一 , 禁止 MC14499 再接收外来数据 ; 第二 , 将移位寄存器内的数据送入锁存器中 , 以提供译码输出。串行口控制方式下，单片机的串行口 TXD 提供时钟信号， RXD 输出串行数据， P1.0 提供使能信号，单片机工作在串行工作方式 0。单片机在该工作方式下，发送数据循序从数据低位到高位，与MC1449