畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 題 目 高精度風(fēng)速儀設(shè)計 學(xué)生姓名 蔣迺倜 學(xué) 號 院 系 電子與信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師 周杰 二七 年 五 月 三 十 日 2 目 錄 1 引言 . 3 2 設(shè)計原理 . 3 3 技術(shù)介紹 . 4 031單片機 . 5 3 2 系統(tǒng)擴展、接口技術(shù) . 5 3 3 三總線概述 . 6 3 4 中斷技術(shù) . 7 4 軟件設(shè)計 . 8 頻法與測周法 . 8 4 2 程序結(jié)構(gòu) . 11 5 硬件設(shè)計 . 14 件結(jié)構(gòu)圖 . 14 址所存器擴展電路 . 15 展程序存儲器電路 . 16 155可編程外圍并行接口芯片 . 18 8155 的結(jié)構(gòu)與引腳 . 18 8155 的 I/O 口地址 . 18 8155 的寄存器 . 19 8155 芯片的使用 . 20 031 與 8155 的連接 . 20 示電路 . 21 6 結(jié)論 . 22 參考文獻 . 22 致謝 . 23 . 24 附錄： . 25 3 高精度風(fēng)速儀設(shè)計 蔣迺倜 南京信息工程大學(xué)電子與信息工程系，南京 210044 摘要： 本文介紹了一種基于 031 單片機的風(fēng)速儀的設(shè)計 ,它利用測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速測得風(fēng)速。本設(shè)計中采用 8031 單片機主要由于其內(nèi)部資源較為豐富，處理速度較快，因而可以在不擴充計數(shù)器的情況下實時的測量脈沖信號并轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，進而可以轉(zhuǎn)變成線速度輸出。此外，本設(shè)計的主要 目的雖然為風(fēng)速測量，但是當(dāng)對外部傳動部件做簡單修改以后不僅可以應(yīng)用在風(fēng)速的測量當(dāng)中，也可在轉(zhuǎn)速測量控制，車輛行駛速度測定，流速流量測量等方面發(fā)揮作用。 關(guān)鍵字： 8031 單片機，風(fēng)速儀，測周法與測頻法 1 引言 在對氣象學(xué)越加重視的今天，氣象數(shù)據(jù)的采集更顯重要。風(fēng)速是氣象數(shù)據(jù)中的一個重要的參數(shù)，對它的測量，將會極 大的影響到氣象預(yù)報的準(zhǔn)確性。同時，風(fēng)速、風(fēng)力的測量在某些行業(yè)，譬如煤炭，飛機，汽車，電力等都十分重要。最初的風(fēng)速儀，靠人工測量，精度差，數(shù)據(jù)不及時。目前，國內(nèi)使用的風(fēng)速儀，多數(shù)沿用機械傳動，靈敏度低，誤差大，對于較多的測風(fēng)點常采用一個計數(shù)器測量，而野外自然風(fēng)陣性變化較大，這樣會引起失真和較大誤差。 基于單片機的風(fēng)速儀，可以克服目前風(fēng)速儀的弊端，作為目前風(fēng)速儀的有益補充。 本系統(tǒng)借助傳統(tǒng)風(fēng)速儀測量設(shè)備，以單片機為處理信號的工具，使風(fēng)速的測量精確，及時。并且，由于單片機的使用，使本設(shè)計的體積較小，適合外出攜帶 ，操作方便，可推廣到工業(yè)生產(chǎn)中，具有較高的經(jīng)濟效益。因此，本文設(shè)計了基于單片機的風(fēng)速儀。 2 設(shè)計 原理 測量的系統(tǒng)框圖如圖 1所示。 圖 1 測量系統(tǒng)框圖 圖中傳感器部分包括金屬圓盤和紅外光電開關(guān)。金屬圓盤上均勻的開出 60360 個槽，固定在旋轉(zhuǎn)軸上。旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)一圈紅外光電開關(guān)便可以輸出 60360 個脈沖信號，該脈沖信號經(jīng)過整形放大， 送給 8031 單片機進行處理，便可顯示結(jié)果。 8031 單片機屬于 列單片機是功能極強的 8位高檔單片機，它既適用于簡單的測控系統(tǒng)，又適用于復(fù)雜的測控系統(tǒng)，他的性價比高，組成應(yīng)用系統(tǒng)靈活。 8031 單片機在這里的作用是采樣信號脈沖，并按照一定的計算公式求得所需要的被測傳感器 整形放大 單片機處理 輸出結(jié)果 4 量。首先測量轉(zhuǎn)速，可由下式計算： Nn= 其中： n 轉(zhuǎn)速，單位：轉(zhuǎn) /秒 Z 金屬圓盤開槽數(shù) t 采樣時間 , 后文中或稱為閘門時間，單位：秒 N 在閘門時間內(nèi)傳感器輸出的脈沖個數(shù) 在測量旋轉(zhuǎn)軸徑向某點的線速度，即所求風(fēng)速： v=2 v 線速度，單位：米 /秒 R 被測點距軸心的距離即金屬盤半徑，單位：米 由于采用單片機進行處理，使其比采用數(shù)字電路成本更低，精 度更高。關(guān)鍵是本設(shè)計可以擴充幾個功能，使其在生產(chǎn)運用上更加方便。比如，可以設(shè)定轉(zhuǎn)速上下限報警。加入控制信號，可以選側(cè)測量的數(shù)值為瞬時速度，或者為平均速度，這樣可以進一步計算出瞬時加速度，并且可以保存一段時間的測量平均值等等。 由上述兩測量公式可知，對于某一確定系統(tǒng)， Z 和 R 都是常量，因此測量轉(zhuǎn)速 n 或線速度 閘門時間 。 8031單片機內(nèi)含有兩個 16 位定時 /計數(shù)器，既可以對內(nèi)部機器周期計數(shù)產(chǎn)生定時信號，也可以對外部輸入脈沖進行計數(shù)。 其數(shù)控方式如下： 表 1 數(shù)控方式表 ， C/T =1 時為計數(shù)方式，本系統(tǒng)中 8031 的兩個定時計數(shù)器皆工作于 16 位定時方式，用于產(chǎn)生測量的閘門時 間，對信號脈沖的計數(shù)則由軟件完成，即兩路傳感器輸出接入 8031 的兩個外部中斷輸入引腳 當(dāng) 腳上出現(xiàn)一個負(fù)跳變時引起中斷，在中斷服務(wù)程序中計數(shù)輸入脈沖個數(shù)，具體如下： 1時處在工作方式 1 為 16位計數(shù)器 C/T ：選擇定時或計數(shù)模式。當(dāng) C/T =1時為計數(shù)模式，當(dāng) C/T =0時為定時模式 通控制。當(dāng) 時只有當(dāng) 口為高電平且 時才選通定時 /計數(shù) 器 x；當(dāng) 時，只需 ，即選通定時 /計數(shù)器 x。 ，中斷 1請求端口，低電平有效。當(dāng) I/要先向端口寫入“ 1”使內(nèi)部的 讀入引腳狀態(tài)。 3 技術(shù) 介紹 本 系統(tǒng)在設(shè)計過程中需要用到 8031 單片機，系統(tǒng) 擴展、接口技術(shù)， 三總線， 中斷技術(shù)等。 5 031 單片機 8031單片機是 司生產(chǎn)的 無片內(nèi) 余特性與 0 引腳的直插封裝（ 芯片的引腳描述 ： (1) 主電源引腳 2) 外接晶體引腳 3) 控制或與其它電源復(fù)用引腳 A/(4)輸入 /輸出（ I/O）引腳 32 根） 訪問外部程序存儲器時序操作過程如下 :（時序圖略） （ 1）在 號。 （ 2）由 送出 16 位地址，由于 送出的低 8 位地址只保持到 以要利用 0口送出的低 8位地址信號鎖存到地址鎖存器中。而 位地址在整個讀指令的過程中都有效，因此不需要對其進行鎖存。從 ， （ 3）從 始有效，對外部程序存儲器進行讀操作，將選中的單元中的指令代碼從 效。 （ 4）從 過程與第一次相似。 訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的操作過程如下： （ 1）從第 1次 效到第 2次 位地址， 送出外部 元的高 8 位地址，并在有效期間，讀入外部 元中的指令代碼。 （ 2）在第 2次 效后， 送出外部 位地址， 送出外部 位地址。 （ 3）在第 2 個機器周期，第 1 次 號不再出現(xiàn)，此時也失效，并在第 2 個機器周期的 號開始有效，從 對單片機還要進行系統(tǒng) 擴展，諸如，地址鎖存、存儲器擴展、可編程外圍并行接口的擴展等。這樣才能完整實現(xiàn)單片機的功能。 3 2 系統(tǒng)擴展、接口技術(shù) (1) 系統(tǒng)擴展： 單片機雖然各功能部件齊全，但容量較小，如：片內(nèi) I/夠用時需要擴展，擴展三總線、 I/ (2) 系統(tǒng)接口 微機與外設(shè)連接因速度不匹配、信號類型不同（脈沖、模擬）、傳輸方式不同（串、并）， 接口是計算機與外設(shè)信息交換的橋梁。 接口電路應(yīng)具備如下功能： （ 1） 輸入有緩沖、輸出有鎖存； 6 （ 2）有應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信 號； （ 3）有片選、控制信號； （ 4）有編程選擇工作方式功能。 本系統(tǒng) 8031單片機系統(tǒng)的擴展接口原理圖如下： 圖 2 8031 單片機系統(tǒng)的擴展接口原理圖 3 3 三總線概述 三總線為：地址、數(shù)據(jù)、控制總線。 （ 1） 總線：我們知道，一個電路總是由元器件通過電線連接而成的，在模擬電路中 ，連線并不成為一個問題，因為各器件間一般是串行關(guān)系，各器件之間的連線并不很多，但計算機電路卻不一樣，它是以微處理器為核心，各器件都要與微處理器相連，各器件之間的工作必須相互協(xié)調(diào) 。 所以就需要的連線就很多了，如果仍如同模擬 電路一樣 ，在各微處理器和各器件間單獨連線線，則線的數(shù)量將多得驚人，所以在微處理機中引 入了總線的概念，各個器件共同享用連線，所有器件的 8根數(shù)據(jù)線全部接到 8根公用的線上，即相當(dāng)于各個器件并聯(lián)起來，但僅這樣還不行，如果有兩 個 器件同時送出數(shù)據(jù)，一個為 0，一個為 1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？這種情況是是不允許的 。 所以 ， 要通過控制線進行控制，使器件分時工作，任何時候只能有一個器件發(fā)送數(shù)據(jù)（可以有多個器件同時接收）。器件的數(shù)據(jù)線也就被稱為數(shù)據(jù)總線，器件所有的控制線被稱 ： 控制總線。 在單片機內(nèi)部或者外部存儲器 及其它器件中有存儲單元，這些存儲單元要被分配地址，才能 用，分配地址也是以電信號的形 式 給出的，由于存儲單元比較多，所以 ，用于地址分的線也較多，這些線被稱為地址總線。 （ 2）地址總線 ： 由 提供高 8位地址線（ 此口具有輸出鎖存的功能，能保留地址信息。由 位地址線。由于 據(jù)分時使用的通道口，所以為保存地址信息，需外加地址鎖存器鎖存低 8位的地址信息。一般都用 脈沖信號的下降沿控制鎖存時刻 （ 3）數(shù)據(jù)總線：由 口是雙向、輸入三態(tài)控制的通道口。 （ 4）控 制總線：擴展系統(tǒng)時常用的控制信號為地址鎖存信號 外程序存儲器取指信號以及數(shù)據(jù)存儲器 外設(shè)接口共用的讀寫控制信號等。 單片機與數(shù)據(jù)存儲器的連接方法和程序存儲器連接方法大致相同，簡述如下： 7 程序存儲器連法相同。 程序存儲器連法相同。 要有下列控制信號： 存儲器輸出信號和單片機讀信號相連即和 連。 存儲器寫信號和單片機寫信號相連即和 連接方法與程序存儲器相同。 使用時應(yīng)注意，訪問內(nèi)部或外部數(shù)據(jù)存儲器時，應(yīng) 分別使用 令。 三總線的擴展： 如下圖所示： 圖 3 8031 擴展的三總線 3 4 中斷技術(shù) 引發(fā)中斷請求的源頭稱為中斷源，中斷源的多少反映計算機處理中斷的能力，終端系統(tǒng)必須具備正確判斷中斷源的功能，一般有兩種識別方式：查詢終端和向量中斷。 查詢中斷的方式是通過軟件逐個查詢各中斷源的中斷請求標(biāo)志，其查詢順序反映出中斷源的優(yōu)先順序。先查詢的優(yōu)先級高，后查詢的優(yōu)先級低，順序排隊。其缺點是軟件查詢循環(huán)占用一定的時間，每次必須經(jīng)過從優(yōu)先級最高的中斷源查詢開始，逐級向低優(yōu)先級查詢，影響主機響應(yīng)中 斷的效率。 外部中斷源： 外部中斷 0請求輸入端口（ 低電平或負(fù)跳變激活中斷請求 采用中斷技術(shù)一般具有以下優(yōu)點： 可使多種功能或設(shè)備同時工作，只有需占用主機時才等待主機安排處理，因此大大提高了計算機系統(tǒng)的速度和主機的效率。有利于實時處理，有利于隨機故障處理。 在實際應(yīng)用中注意：由于中斷的發(fā)生隨機，因而使得由中斷驅(qū)動的中斷服務(wù)程序難以把握、檢測和調(diào)試，這就要求在設(shè)計中 斷中力求謹(jǐn)慎。 8 在輸入 /輸出的數(shù)據(jù)處理頻度很高或?qū)崟r處理要求很高時，不宜采用中斷方式。 列單片機提供的 56 個中斷源中，兩個中斷請求信號由外部產(chǎn)生并輸入請求信號，稱之為外部中斷源。本設(shè)計外部傳感器產(chǎn)生的脈沖信號輸入就如此，其余的中斷請求信號均由內(nèi)部產(chǎn)生并激活中斷請求信號，故稱為內(nèi)部中斷源。各中斷請求信號分別由中斷控制寄存器 中斷均可通過軟件對其中斷請求標(biāo)志位進行置位 /復(fù)位，這與內(nèi)部硬件自動置位 /復(fù)位的效果一樣，亦即可通過軟件產(chǎn)生中斷請求或?qū)炱鸬闹袛嗾埱蟪蜂N，此即所謂 的軟件中斷。在禁止中斷情況下，可采用軟件查詢方式進行處理。 列單片機的中斷是可編程的，即通過軟件可實現(xiàn)對中斷系統(tǒng)功能的設(shè)置與控制。，其中斷響應(yīng)為兩級控制， 中斷源還有相應(yīng)得中斷響應(yīng)控制位。 外部中斷電平觸發(fā)方式：對于電平觸發(fā)方式的外部中斷，其中斷請求信號應(yīng)持續(xù)保持請求有效（低電平）直至主機響應(yīng)該中斷請求為止，這是因為中斷系統(tǒng)對中斷請求不做記憶。而且還必須在該中斷服務(wù)程序返回前撤銷中斷請求（ 為高電平），以免再次 進入中斷而出錯。為保證能被正確采樣， 口中斷請求有效信號（低電平）應(yīng)至少保持兩個機器周期。 中斷響應(yīng)一般分為如下幾個步驟： （ 1） 保護斷點，即保存下一將要執(zhí)行的指令的地址，就是把這個地址送入堆棧。 （ 2） 尋找中斷入口，根據(jù) 5 個不同的中斷源所產(chǎn)生的中斷，查找 5個不同的入口地址。以上工作是由計算機自動完成的，與編程者無關(guān)。在這 5個入口地址處存放有中斷處理 程序（ 這是程序編寫時放在那兒的，如果沒把中斷程序放在那兒，就錯了，中斷程序就不能被執(zhí)行到）。 （ 3） 執(zhí)行中 斷處理程序。 （ 4） 中斷返回：執(zhí)行完中斷指令后，就從中斷處返回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行。 4 軟件 設(shè)計 頻法與測周法 在軟件上為了在測量精度和相應(yīng)速度兩方面都取得較好的效果，本設(shè)計采取測頻法和測周法相結(jié)合的技術(shù)。 （ 1）測頻法：在非智能數(shù)字式儀器中經(jīng)常采用的方法。它是固定采樣閘門時間 t，計算脈沖個數(shù) N，通過設(shè)定小數(shù)點位置，取得正確的顯示結(jié)果。測頻法時充分利用 8031 單片機的的兩個定時 /計數(shù)器，一個作為定時器，給出閘門信號，另一個作為計數(shù)器，對外界脈沖信號進行計數(shù)。測頻 法由于閘門信號的啟閉與信號脈沖不同 步，存在計數(shù)誤差。如圖 4所示： 9 閘門信號 被測信號 圖 4 測頻法波形示意圖 最大相對計數(shù)誤差為： 11r=N 由此可以看出，當(dāng)信號頻率較高時，誤差較小，但當(dāng)信號頻率變低時，誤差就增大。同時可以看出，若增大閘門時間 t，便可以減小誤差，這樣就不能準(zhǔn)確地測出瞬時風(fēng)速。這就形成一對矛盾：提高精度和瞬時值的取得。尤其是對于 10下的信號，很難提高測量精度。因此測頻法適用于高頻信號的測量，對于低頻信號，精度低，采 樣時間也顯得過長。在智能化儀器中，往往采用測周法提高對低頻信號測量精度。 （ 2）測周法：是以被測信號單個（或 N 個）周期作為閘門信號，在閘門時間內(nèi)對時標(biāo)脈沖計數(shù)，從而得到被測信號周期 T(或 N*T)，再求出 f=1/T( ) 如下圖所示： 圖 5 測周法的波形示意圖 時標(biāo)信號作為時間基準(zhǔn)，一般由高精度的高頻晶振產(chǎn)生。 8031 單片機定時器的時標(biāo)信號就是機器周期，由系統(tǒng)晶振 12 分頻得到，顯然測周法的誤差是對時標(biāo)的計數(shù)誤差，最大的相對計數(shù)誤差為： f 式中， 時標(biāo)信號的頻率。 若采用多周期平均，相對誤差更小表示為： T fr= 上兩式可以看出，時標(biāo)信號頻率越高誤差越小，對于 8031單片機，如果采用 12 10 振則 12外被測信號頻率越低誤差越小，被測信號頻率高時測量誤差較大。 （ 3）測頻法和測周法的比較：測頻法適用于高頻，測周法適用于低頻， 測周法微機運算所花費的時間較之測頻法要多得多，所以如果對高頻信號采用測周法，會影響系統(tǒng)對被測信號的響應(yīng)速度。 （ 4）測頻法測量：將 8031單片機的兩個定時 /計數(shù)器分別定義： 定時器， 為 16 位，即采用方式 1，其方式控制字為 51H。如果單片機晶振采用 12機器周期為 1 s ，最大定時時間 文介紹）。當(dāng) 始定時計數(shù)同時，打開計數(shù)器 外部脈沖技術(shù)，當(dāng) 到定時值時，響應(yīng)中斷， 關(guān)計數(shù)器 （ 5）測周法測量：適用于較低頻率的信號。采用單片機內(nèi)的一個定時 /計數(shù)器，以單片機內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)機器周期作為標(biāo)準(zhǔn)時間信號，被測量信號的周期作為閘門，由程序控制開關(guān)對標(biāo)準(zhǔn)時間信號進行計數(shù)。將單片機內(nèi)定時 /計數(shù)器 位 16 位定時器，對內(nèi)部機器周期計數(shù)，即方式控制字為 01H。定時器的開關(guān)由程序根據(jù) 上的狀態(tài)進行控制，檢測到下降沿時開定時 /計數(shù)器 緊接著的另一個下降沿被檢測到時關(guān) 綜上所述，本設(shè)計測頻法與測周法相結(jié)合的方案。在被測信號頻率較高時，采用測頻法，閘門時間 的整數(shù)次冪數(shù)，以簡化二進制除法的運算，提高系統(tǒng)得響應(yīng)速度，為了保證測頻法的測量精度，程序中設(shè)計了一個計數(shù)門檻值 當(dāng)閘門時間到時，若對信號脈沖計數(shù)值 N 則進行測頻法計算；否則轉(zhuǎn)入測周法。這樣就保證了相對計數(shù)誤差小于 1而且同時實現(xiàn)了由測頻法向測周法的自動轉(zhuǎn)換，這是本儀器軟件設(shè)計的關(guān)鍵之一。 程序流程 圖如下圖所示： 11 圖 6 定時 /計數(shù)器中斷程序流程圖 4 2 程序結(jié)構(gòu) 由于雙路信號的測量完全獨立，所以下面以單路測量為例說明程序結(jié)構(gòu)，該程序包含三大任務(wù)模塊：閘門時間控制模塊，信號脈沖計數(shù)模塊，計算顯示模塊。各任務(wù)模塊之間相互獨立，同時或交叉的執(zhí)行各自任務(wù)，三者之間的相互聯(lián)系由三個標(biāo)志位完成，十分有效的利用了 是軟件設(shè)計的又一關(guān)鍵之處。 閘門時間控制是由定時 /計數(shù)器配合軟件實現(xiàn)的， 8031單片機在 1261 2s =了獲得更長的閘門時間，擴展一個軟件定時 /計數(shù)器 硬件定時 /計數(shù)器溢出中斷時，在中斷服務(wù)程序中加 1，然后進行改任務(wù)模塊（閘門控制模塊）的其他各項處理。程序流程如圖 5。這里需要著重說明一點， 測頻法時。定時 /計數(shù)器用于“定時”，計算時并不直接運用 內(nèi)容。而在測周法時定時 /計數(shù)器用于“計數(shù)” 單元內(nèi)容將用于計算閘門時間 t=（ H 。因此在程序中有測頻法向測 周法大膽地 轉(zhuǎn)中斷入口 到達設(shè)定時間 N 保護 N 賦初值 關(guān)定時器 檢測到下降沿開計數(shù)器 下一個下降沿到， 關(guān)計數(shù)器 保護 H 置測頻計算標(biāo)志 置測周計算標(biāo)志 中斷返回 N N Y Y 12 換時，需對 信號脈沖計數(shù)是由外部中斷 合軟件計數(shù)器完成的，在 8031內(nèi)部 開辟兩個字節(jié)作為信號脈沖軟 件計數(shù)單元。最多計數(shù) 65536 個脈沖信號，當(dāng)傳感器信號脈沖的下降沿引起外部中斷時若處于測頻法測量，在外部中斷服務(wù)程序中對軟件計數(shù)單元加 1然后返回中斷。若處在測周法測量，需要立即停止定時 /計數(shù)運行，用以得到整周期的運行時 間，并將定時 /計數(shù)器的計算值以及信號脈沖的計數(shù)值保存起來，供測周法計算使用。 程序流程如 下 圖 所示： 圖 7 外部中斷服務(wù)程序流程圖 計算顯示模塊與上兩個不同，它不是在中斷服務(wù)程序中完成的，它是通過不斷的查詢兩個計算標(biāo)志來決定進行測頻計算還是測周計算。程序流程如 圖 8，測頻法計算相對簡單，若閘門時間 t=2須將計數(shù)值 N 右移或左移 m 位，再乘以系數(shù)（求線速度時為 2 入 口 N+1 N 測周標(biāo)志 =1？ 停定時 /計時器 保護 N 保護 H 測周計算標(biāo)志 重賦初值 啟動定時 /計數(shù)器 中斷返回 Y N 13 圖 8 計算顯示模塊流程圖 就可以了。而在測周法計算時，首先要測出閘門時間 t，然后被 乘以系數(shù)，為保證計算精度，程序采用浮點運算。 縱觀上述三個模塊，“測頻法計算標(biāo)志”建立了閘門時間控制模塊與計算顯示之間的聯(lián)系，“測周法計算標(biāo)志”則建立了閘門時間可能改制模塊與信號脈沖計數(shù)模塊之間的聯(lián)系，各任務(wù)模塊之間既獨立又聯(lián)系，硬件與軟件相配合，中斷與查詢相配合，有效利用 利于提高系統(tǒng)得響應(yīng)速度。 另外，系統(tǒng)顯示部分操作比較簡單，在此，只對顯示流程圖作說明， 流程圖如下： 初 始 化 測頻計算標(biāo)志 =1？ 測周計算標(biāo)志 =1？ 清 0 測頻計算標(biāo)志 調(diào)用測頻計算子程序 調(diào)用顯示子程序 開 始 清 0 測周計算標(biāo)志 調(diào)用測周計算子程序 N N Y Y 14 圖 9 顯示程序流程圖 5 硬件設(shè)計 件結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 開始 置段、位選碼初值 8155 初始化 位選碼 查段選碼表 段選碼 延時 1向下一個單元 顯示完成 返回 Y 選擇下一位 N 15 圖 10 單片機測量處理硬件原理框圖 另外，如果要使測量精度更高，可以使用兩路信號同時測量，最后取平均值得方法。由于兩路閘門時間信號是分別產(chǎn)生的，因此兩路速度信號的測量是完全獨立且方法相同，文中不再用篇幅介紹都是以測周法和測頻法作為基礎(chǔ)。 址所存器擴展電路 用 74為地址鎖存器，使數(shù)據(jù)和地址信號分開。 74三態(tài) 8D 觸發(fā)器。 鎖存端 高變低時，輸出端 8 位信息被鎖存，直到 再次有效。 74 8D 觸發(fā)器，當(dāng) 上升沿到來時，將 D 端的數(shù)據(jù)鎖存。 低電平時被清 0。作為地址鎖存器使用，可將 相接 ， +5V。其擴展電路圖如下： 圖 11 8031 地址總線擴展電路圖 16 展程序存儲器電路 8031片內(nèi)不帶程序存儲器 用時用戶需外接程序存儲器和一片邏輯電路 373，外接的程序存儲器多為 764系列。 2764的引線： 2764是一塊 8K 8 13位地址信號輸入線，說明芯片的容量為 8K 213個單元。 8位數(shù)據(jù)，表明芯片的每個存貯單元存放一個字節(jié)（ 8位二進制數(shù)）。 輸入信號。當(dāng)它有效低電平時，能選中該芯片，故又稱為選片信號。 輸出允許信號。當(dāng) 低電平時，芯片中的數(shù)據(jù)可由 編程脈沖輸入端。當(dāng)對 此加入編程脈沖。讀時 高電平。 8031需要擴展 8051/8751片內(nèi)有 4夠用時也需要擴展。 外部數(shù)據(jù)存儲器又稱為外部數(shù)據(jù) 803l 片內(nèi) 128 個字節(jié)的數(shù)據(jù) 能滿足數(shù)量上的要求時，可通過總線端口和其它 I 展方法見相關(guān)章節(jié) )，其最大容量可達 64部數(shù)據(jù) 相同，但前者不能進行堆棧操作。 在本設(shè)計中其外部擴展電路如下圖所示 圖 12 8031 的外部擴展電路圖 當(dāng) 803l 單片機同時外接有程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器時，兩者的區(qū)別在于：程序存儲器只有讀操作而無寫操作，且讀操作信號由引腳 接提供；數(shù)據(jù)存儲器則有讀寫操作，且由引腳信號 通讀寫操作。對片內(nèi) 片外 作的區(qū)別在于：片內(nèi) 外 作時則有讀寫信號（ R）產(chǎn)生。上面是不同的存儲 17 器操作在硬件信號方面的區(qū)別，這些反映在符號指令上則是有著完全不同的符號形 式和尋址方式 . 內(nèi)部數(shù)據(jù) 可進行讀寫操作。按直接字節(jié)地址作直接尋址或用工作寄存器組中的 訪問片外程序存儲器的操作時序： 訪問程序存儲器的控制信號 程序存儲器訪問選擇信號。 ：訪問片外； ：訪問片內(nèi) 。 擴展 86 （ 1）常用的程序存儲器芯片 2764（ 813 位地址線 ）、27128（ 164位地址）、 27256（ 32 27512（ 64 （ 2）擴展 86 注意： 控制信號： 選信號： 地址信號： 12、 據(jù)信號： 7 對于擴展的 8764的地址范圍為（ 13 位地址線）如下表： 表 2 2764 的地址范圍表 0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 地址范圍為： 00001 E，為 0有效。 。 對于擴展的 87128的地址范圍為（ 14位地址線）如下表： 表 3 27128 的地址范圍表 0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 地址范圍為： 00003 E，為 0時有效。 。 803種存儲空間的主要特點及數(shù)據(jù)操作方式可歸納如下表所示。 表 4 8031 外部存儲器特點表 8031的存儲器特點及數(shù)據(jù)操作 容量 地 址 尋址方式 操作例子 字節(jié)地址 位地址 外部程 序存儲器 最大64000H ， A+部數(shù)據(jù)存儲器 最小64000H , 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 128 字節(jié) 00H70H7接尋址， 尋址 0H,#32H, 4H 特殊功能寄存器 21字節(jié) 80H連續(xù) ) 80H連續(xù) ) 直接尋址，位尋址 ,90H 0H 18 展 8155 可編程外圍并行接口芯片 關(guān)于 155/8156：是一多功能的可編程外圍接口芯片， 8155 可編程并行 I/O 口芯片內(nèi)含 256B 靜態(tài) 兩個 8位 I/ ）、一個 16位 I/O 口（ 和一個 14 位的定時 /計數(shù)器，能方便地進行 I/O 擴展和 展，是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用芯片。 8051與 8155接口時，其地址、數(shù)據(jù)、命令狀態(tài)信息都通過 址、數(shù)據(jù)總線進行傳送， 片選信號，低電平有效。 為 I/ =1， 時， 擇 8155 的 I/O 口讀寫 ,當(dāng) =0, 時 ,擇 8155 的 寫。 2個 8位、 1個 6位的 I/個 14 位的 “ 減 1” 計數(shù)器。 40 腳雙列直插封裝。 8155 的結(jié)構(gòu)與引腳 結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖 13 8155 結(jié)構(gòu)與引腳圖 8155 的 I/O 口地址 其地址按片外 16 位）。 接單片機的高 8位地址。 I/片內(nèi)寄存器）地址 、 =1，低 3位選擇寄存器 I/下所示： 表 5 I/O 部分寄存器地址及功能表 地址 引出腳 功能 000 內(nèi)部 指令寄存器（僅寫） 000 內(nèi)部 狀態(tài)寄存器（僅讀） 19 （續(xù)表 5） 001 通用 I/010 通用 I/011 通用 I/100 內(nèi)部 定時 /計數(shù)器低 8位寄存器 101 內(nèi)部 定時 /計數(shù)器高 6位寄存器 以及定時 /計數(shù)器輸出波形工作方式字 256B E=0、 =0（由高 8位地址控制）；低 8位地址選擇 256個存儲單元 8155 的寄存器 8155 的寄存器有 6 個， 分別是： 1、命令寄存器：地址： *000B 2、 狀態(tài)寄存器：地址： *000B 3、 引腳 地址： *001B 4、 引腳 地址： *010B 5、 引腳 地址： *011B 6、定時器 /計數(shù)器寄存器：是一 14 位計數(shù)器，對應(yīng)有兩個寄存器，最高兩位設(shè)定輸出波形。地址：兩個寄存器的地址分別為： *100B 和 *101B。 寄存器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 下 圖 所示： 圖 14 8155 內(nèi)部寄存器 結(jié)構(gòu)圖 命令寄存器 控制字如下表所示： 表 6 命令寄存器控制字表 0/定 0 輸入方式、 1 輸出方式 2：確定 00 A、 輸出） 20 11 A、 輸出 ) 01 ， 輸出） 10 A、 輸出） 定 中斷狀態(tài)（ 0 禁止該口中斷， 1 允許該口中斷） 定 中斷狀態(tài)（ 0 禁止該口中斷， 1 允許該口中斷） 6：定時 /計數(shù)器命令（工作控制）： 00 不影響定時計數(shù)器工作 01 如果定時 /計數(shù)器已工作，則停止它的工作 如果定時 /計數(shù)器未工作，則不影響它 10 在定時 /計數(shù)器溢出（ ，則停止它的工作 11 連續(xù)方式：當(dāng)計數(shù)器被賦予初值后，立即啟動定時 /計數(shù)器 當(dāng)它正在工作時，則在 按新的方式和新的時間常數(shù)工作 8155 芯片的使用 (1) 作片外 256B 低 8位地址范圍為： 00H2) 作擴展 I/ 、 ，注意：工作方式、地址 (3) 作定時器擴展用： 一般先寫計數(shù)常數(shù)，再寫命令字。 031 與 8155 的連接 (1) 8031與 8155 的連接方法 8031與 8155的連接方法 如下所示： 21 圖 15 8031與 8155 的連接 圖 (2) 8155提供的 I/O 端口地 址 8155提供的 I/ 表 7 8155 端口地址 7令 /狀態(tài)口 7A 口 7B 口 7C 口 7時器低 8位 7時期高 8位 73) 8155的基本操作程序段 對 8155中的 行操作 ,程序段如下： a 寫數(shù)據(jù)： #7 A， #32H A b 讀數(shù)據(jù)： #7 A ， 示電路 在單片機系統(tǒng)中，通常用 碼顯示器來顯示各種數(shù)字或符號，由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點，因此使用非常廣泛。 本設(shè)計采用 2