科信学院课程设计说明书（2012/2013学年第二学期）课程名称：单片机应用课程设计题目：简易小直流电机测速专业班级：10级自动化三班****：***学号：*********指导教师：苗敬利高敬格王巍杨怡君设计周数：两周设计成绩：2013年6月27日目录摘要.......................................................................................................... ............................ (3)1、课程设计目的 (4)2、课程设计要求 (4)3、课程设计器材 (4)4、课程设计正文 (5)4.1系统分析与实施 (5)4.2硬件部分 (5)4.2.1 STC90C52AD功能参数介绍 (5)4.2.2时钟电路设计 (6)4.2.3按键电路设计 (8)4.2.4显示电路设计 (8)4.2.5复位电路设计 (9)4.2.6检测电机转速的电路设计 (10)4.3系统硬件调试 (12)4.3.1.调试方案 (12)4.3.2.仿真调试结果 (12)4.3.3硬件调试结果 (12)4.4 软件设计 (14)4.4.1软件系统分析 (14)4.4.2 系统软件设计 (17)4.4.3 系统软件实施与调试 (23)5、课程设计总结 (23)6、课程设计经验 (24)7、参考文献 (24)附录一、protel软件绘制的工作原理图 (11)附录二、PROTUES软件绘制的仿真图 (13)摘要直流电机转速作为直流电机的一项重要技术指标，在各个应用场合都有重要的研究价值，是其他大部分技术参数的计算来源，因此，准确测量直流电动机的转速具有重要的研究意义和理论价值。
目前，在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合。
对于工业测试，水利，机械等方面，转速是重要的控制参数之一。
尤机在工业测试系统中，大部分旋转仪器需要测定目前的转速，对机械设备进行故障预防。
因此，如何利用先进的数字技术和计算机技术改造传统的工业技术，提高监控系统的准确性，安全性，方便性是当前工业测控系统必须解决的一个问题。
转速测量方法较多，而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法，这种测量方技术已不能适应现代科技发展的要求，在测量范围和测量精度上，已不能满足大多数系统的使用。
随着大规模及超大规模集成电路技术的发展，数字系统测量得到普遍应用，特别是单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，使得全数字量系统越来越普及，其转速测量系统也可以用全数字化处理。
在测量范围和测量精度方面都有极大的提高。
简易小直流电机测速一、设计目的电动机转速测量1. 实现对电动机转速的测量。
2. 实时显示直流电动机转速的实际测量值。
设计任务：利用单片机技术设计、制作一个显示电动机转速的速度测定系统。
测量范围约为750～3000r/s，尽可能地提高测量误差，用4位LED数码管显示速度。
二.设计要求1.用启动按键来启动单片机来检测电机的转速，用停止按键来停止检测。
2.用显示数码管来显示电机每秒中的转数。
三.设计器材注释；所用到的直流电机本身就自带测量转速的传感器，所以在设计器材中就不需要传感器与驱动放大器ULN2003芯片四.设计方案及分析总体方案设计思路：电机转动，利用电机本身自带的传感器采集信号并产生脉冲信号，送给单片机，单片机通过计数器计数计算，将采集到的信号用数码管显示出来，流程图如下：电机传感器信号转换单片机处理数码管显示4.1 STC90C52AD功能参数介绍图1 STC90C52ADSTC90C52AD 是由宏晶公司生产的高性能八位单片机。
如图一所示。
该芯片采用FLASH 存储技术，内部具有8KB 字节快闪存存储器，采用DIP 封装，是目前在中小系统中应用最为普及的单片机。
STC90C52AD 可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。
只要程序长度小于8K，四个I/O 口全部提供给用户。
可用5V 电压编程，而且擦写时间仅需10 毫秒，仅为8751/87C51 的擦除时间的百分之一，与8751/87C51 的12V 电压擦写相比，易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。
工作电压范围（2.7V~6V），全静态工作，工作频率宽在0Hz～24MHz 之间，比8751/87C51 等51 系列的6MHz～12MHz 更具有灵活性，系统能快能慢。
STC90C52AD 芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。
P0 口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。
STC90C52AD 单片机为40 引脚芯片如图1所示，在本设计中，主要用到P0 口、P2 口、P1.0 口及P3.0、P3.1、P3.2、P3.3 口。
P0 口：P0 口可作为通用I/O 口，但须外接上拉电阻，所以在设计显示数码管我们避免了使用P0 口这样大大简化了动态显示电路。
P1 口：8 位、双向I/0 口，内部含有上拉电阻。
P1 口可作普通I/O 口。
输出缓冲器可驱动四个TTL 负载；用作输入时，先将引脚置1，由片内上拉电阻将其抬到高电平。
P1 口的引脚可由外部负载拉到低电平，通过上拉电阻提供电流。
在FLASH 并行编程和校验时，P1 口可输入低字节地址。
在串行编程和效验时，P1.5/MOSI,P1.6/MISO 和P1.7/SCK 分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。
P2 口：具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。
P2 口用做输出口时，可驱动4 各TTL 负载；用做输入口时，先将引脚置1，由内部上拉电阻将其提高到高电平。
若负载为低电平，则通过内部上拉电阻向外部输出电流。
在FLASH 并行编程和校验时，P2 口可输入高字节地址和某些控制信号。
单片机使用宏晶公司支持串口下载程序（ISP）的单片机，为STC90C52AD 课程设计配发的小电路板（ISP-MCU Basic circuit）电路原理图见图二。
该板作为课程设计的核心电路板使用，板上有单片机及附属电路，RS-232 通信驱动电路，高低电平测试电路等。
课程设计电路中需要的其他电路在此基础上扩展，通过插孔或导线连接。
4.2 硬件设计4.2.1 方案设计系统硬件部分包含输入模块，显示模块，控制模块，测速模块等，通过proteus进行硬件仿真实现。
图2 单片机系统测量转速原理图4.2.2单元电路设计1.时钟电路系统采用12M晶振与两个30pF的电容组成震荡电路，接AT89C51的XTAL1与XTAL2的引脚，为微控制器提供时钟，MCS-51内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。
AT89C51是属于CMOS8位微处理器，它的时钟电路在结构上有别于NMOS型的单片机。
2.按键电路两个按键来分别控制电机的启动与停止，启动键来启动单片机来检测电机的转速，而停止键来停止单片机检测电机的转速，启动键连接单片机的P1.0口，停止键连接单片机的P1.1口。
3.显示电路该系统采用4位共阴极数码管实现转速显示，并且用动态显示方式。
所谓动态显示，是指无论在任何时刻只有一个数码管处于显示状态，每个数码管轮流显示。
当数码管处于动态显示时，所有位选线分离，而每个数码管的各条段选线相连。
当需要显示数字或字符时，需要将所有数码管轮流点亮，这时对每个数码管的点亮周期有了一个较严格的要求：由于发光体从通入电流开始点亮到完全发光需要一定的时间，叫做响应时间，这个时间对于不同的发光材质是不同的，通常情况下为几百微秒，所以数码管的刷新周期（所有数码管被轮流点亮一次的时间）不要过短，这也与数码管的数量有关，一般的数码管的刷新周期应控制在5ms~10ms，即刷新率为200Hz~100Hz，这样既保证了数码管每一次刷新都被完全点亮，同时又不会产生闪烁现象。
动态显示的优点是：硬件电路简单（数码管越多，这个优势越明显），由于每个时刻只有一个数码管被点亮，所以所有数码管消耗的电流较小；缺点是：数码管亮度不如静态显示时的亮度高，例如有8个数码管，以1秒为单位，每个数码管点亮的时间只有1/8秒，所以亮度较低；如果刷新率较低，会出现闪烁现象；如果数码管直接与单片机连接，软件控制上会比较麻烦，所以在连接时用C4511显示译码器来控制共阴极数码管。
并且CD4511的输出直接与数码管七段来连接，而输入的部分与单片机的PO口的高四位来显示，而在要连接的过程中，由于是连接在单片机的P0口，所以在硬件连接时得需要接四个10k的上拉电阻。
此外，还需要用P2口的低四位分别来控制数码管的位选，而在实际的焊接的电路时，数码管的位选端得需要焊接三极管，否则数码管的显示亮度将会非常暗。
4.复位电路计算机在启动运行时都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
MCS-51单片机有一个复位引脚RST，它是史密特触发输入(对于CHMOS单片机，RST引脚的内部有一个拉低电阻)，当振荡器起振后该引脚上出现2个机器周期(即24个时钟周期)以上的高电平，使器件复位，只要RST保持高电平，MCS-51保持复位状态。
此时ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都输出高电平。
RST变为低电平后，退出复位，CPU从初始状态开始工作。
该系统采用的是按键手动复位电平方式，是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的。
5.检测电机转速的电路由于所给的电机本身自带传感器，并且自身的就能够产生脉冲信号，并且脉冲信号的引脚直接接在单片机的P3.4口，所以在PROTEUS中用脉冲发生器来代替实际中的检测电机转速的脉冲信号。
并且在实际的焊接电路中电机是有六个引线接出，其中黑线接在单片机的第二十引脚，白线接在单片机接在单片机的第四十引脚，红线不接，黄线接在单片机的P3.4口，绿线接电源，橙线接地。
6.电路原理图注释：由于在PROTEL中没有电机，所以我在PROTEL中用八个输出端来代替电机。
4.3 系统硬件调试4.3.1.调试方案：调试包含仿真调试和硬件调试两个部分仿真调试指使用PROTEUS对系统进行仿真调试。
主要调试系统电路的设计和验证程序逻辑的正确性。
硬件调试指系统搭建后对硬件电气性能的测试。
主要测试各功能的完整性可靠性，一集系统电气性能的稳定性。
测试工具为示波器万用表等。
4.3.2.仿真调试结果：真调试中，系统运行正常，程序逻辑正确，按键输入正确，数码管显示正确。
P3.4管脚接受脉冲正常。