基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)

基于單機(jī)轉(zhuǎn)速測系設(shè)計【摘要】介紹了一種基于單片機(jī)平臺,采用光電傳感器實(shí)施電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的方法,硬件系統(tǒng)包括脈沖信號產(chǎn)生、脈沖信號處理和顯示模塊并采用C言編程,結(jié)果表明該方法具有簡單精度高穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)介紹了該測速法的基本原理、實(shí)現(xiàn)步驟和軟硬件設(shè)計【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)速測量;單片機(jī);光電傳感器；電機(jī)；脈沖。第頁共43頁1.述1.1數(shù)式速量統(tǒng)發(fā)背目前國內(nèi)外測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法很多按照不同的理論方法先后產(chǎn)生過模擬測速法(如離心式轉(zhuǎn)速表、用電機(jī)轉(zhuǎn)矩或者電機(jī)電樞電動勢計算所得、同步測速法(如機(jī)械式或閃光式頻閃測速儀)以及計數(shù)測速法。計數(shù)測速法又可分為機(jī)械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。傳統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測多采用測速發(fā)電機(jī)或光電數(shù)字脈沖編碼器，也有采用電磁式(利用電磁感應(yīng)原理或可變磁阻的霍爾元件等)、電容式(對高頻振蕩進(jìn)行幅值調(diào)制或頻率調(diào)制)等，還有一些特殊的測速器是利用置于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的放射性材料來發(fā)生脈沖信號．其中應(yīng)用最廣的是光電式，光電式測系統(tǒng)具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點(diǎn)．加之激光光源、光柵、光學(xué)碼盤、CCD器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用，使得光電傳感器在檢測和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而采用光電傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度高、采樣速度快、測量范圍寬和測量精度與被測轉(zhuǎn)速無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。本計題目和義在工程實(shí)踐中,常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合例如在發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制常需要分時或連續(xù)測量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時轉(zhuǎn)速。要測速，首先要解決是采樣問題。在使用模技術(shù)制作測速表時，常用測速發(fā)電機(jī)的方法，即將測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測軸相連，測速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。為了能精確地測量轉(zhuǎn)速,還要保證測量的實(shí)時性,要求能測得瞬時轉(zhuǎn)速方法。因此轉(zhuǎn)速的測試具有重要的意義。這次設(shè)計內(nèi)容包含知識全面，對傳感器測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同的方法及原理設(shè)計有較多介紹，在測量系統(tǒng)中能學(xué)到關(guān)于測量轉(zhuǎn)速的傳感器采樣問題，單片機(jī)部分的內(nèi)容，顯示部分等各個模塊的通信和聯(lián)調(diào)。全面了解單片機(jī)和信號放大的具體內(nèi)容。進(jìn)一步鍛煉我們在信號采集，處理，顯示發(fā)面的實(shí)際工作能力。第頁共43頁轉(zhuǎn)速測量系的原理轉(zhuǎn)測方轉(zhuǎn)速是指作圓周運(yùn)動的物體在單位時間內(nèi)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù),其大小及變化往往意味著機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否,因此,轉(zhuǎn)速測量一直是工業(yè)領(lǐng)域的一個重要問題。按照不同的理論方法,后產(chǎn)生過模擬測速法(如離心式轉(zhuǎn)速表)步測速法(如機(jī)械式或閃光式頻閃測速儀)以及計數(shù)測速法數(shù)測速法又可分為機(jī)械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。本文介紹的采用單片機(jī)和光電傳感器組成的高精度轉(zhuǎn)速測量系,轉(zhuǎn)速測量方法采用的就是電子式定時計數(shù)法。對轉(zhuǎn)速的測量實(shí)際上是對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號的頻率進(jìn)行測量。在頻率的工程測量中,子式定時計數(shù)測量頻率的方法一般有三種：①測頻率法:在一定時間間隔t內(nèi)計數(shù)被測信號的重復(fù)變化次數(shù)被測信號的頻率fx可表示為f1測周期法:在被測信號的一個周期內(nèi)計數(shù)時鐘脈沖數(shù)m則被測信號頻=fc/m,其中,為時鐘脈沖信號頻率。多周期測頻法:在被測信號m1個周期內(nèi),計數(shù)時鐘脈沖數(shù)從而得到被測信號頻率則可以表示為m2,1由測量準(zhǔn)確度確定。電子式定時計數(shù)法測量頻率時測量準(zhǔn)確度主要由兩項(xiàng)誤差來決定:一項(xiàng)是時基誤差;另一項(xiàng)是量化±1誤差。當(dāng)時基誤差小于量化±誤差一個或兩個數(shù)量級時這時測量準(zhǔn)確度主要由量化±1誤差來確定。對于測頻率法測量相對誤差為：Er1=量誤差值實(shí)際測量值×=1×%2)由此可見,測信號頻率越高,N越大Er1越小,以測頻率法適用于高頻信號高轉(zhuǎn)速信號)的測量。對于測周期法測量相對誤差為：Er2=量誤差值實(shí)際測量值×=1m0×%(3對于給定的時鐘脈沖,當(dāng)被測信號頻率越低時0越大Er越小所以測周期法適用于低頻信號(低轉(zhuǎn)速信號)的測量。對于多周期測頻法測量相對誤差為：Er3=量誤差值實(shí)際測量值%=m×100%4第頁共43頁從上式可知,測脈沖信號周期數(shù)m越大就越大則測量精度就越高。它適用于高低頻信號高低轉(zhuǎn)速信號)的測量但隨著精度和頻率的提高,采樣周期將大大延長,且判斷m也要延長采樣周期,適合實(shí)時測量。根據(jù)以上的討,考慮到實(shí)際應(yīng)用中需要測量的轉(zhuǎn)速范圍很寬,上述的轉(zhuǎn)速測量方法難以滿足要求,因此,研究高精度的轉(zhuǎn)速測量方法,以同時適用于高轉(zhuǎn)速信號的測量,不僅具有重要的理論意義,也是實(shí)際生產(chǎn)中的需要。轉(zhuǎn)測原一般的轉(zhuǎn)速長期測量系統(tǒng)是預(yù)先在軸上安裝一個60齒的測速齒盤用變磁阻式或電渦流式傳感器獲得一轉(zhuǎn)倍轉(zhuǎn)速脈沖,再用測頻的辦法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量。而臨時性轉(zhuǎn)速測量系,多采用光電傳感,轉(zhuǎn)軸上預(yù)先粘貼的一個標(biāo)志上獲得一轉(zhuǎn)一個轉(zhuǎn)速脈沖,后利用電子倍頻器和測頻方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量。不論長期或臨時轉(zhuǎn)速測,可以在微處理器的參與下過測量轉(zhuǎn)軸上預(yù)留的一轉(zhuǎn)一齒的鑒相信號或光電信號的周期,換算出轉(zhuǎn)軸的頻率或轉(zhuǎn)速。即通過速度傳感,轉(zhuǎn)速信號變?yōu)殡娒}沖,用微機(jī)在單位時間內(nèi)對脈沖進(jìn)行計數(shù),再經(jīng)過軟件計算獲得轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。即:(1)◆n———轉(zhuǎn)速、單位:/分鐘;◆N———采樣時間內(nèi)所計脈沖個數(shù)◆T———采樣時間、單位:鐘;◆m———每旋轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)(通常指測速碼盤的齒數(shù)。如果m=60,那么秒鐘內(nèi)脈沖個數(shù)N就是轉(zhuǎn)速n,即:=N/60×1/60=N(2)◆通常m為60。在對轉(zhuǎn)速波動較快系統(tǒng)或要求動態(tài)特性好而精度高的轉(zhuǎn)速測控系統(tǒng),調(diào)周期一般很,相應(yīng)的采樣周期需取得很小得脈沖當(dāng)量增,從而導(dǎo)致整個系統(tǒng)測量精度降低,以滿足測控要求。提高采樣速率通常就要減小采樣時間T,而T的減小會使采到的脈沖數(shù)值N下降,導(dǎo)致脈沖當(dāng)量每個脈沖所代表的轉(zhuǎn)速)增高從而使得測量精度變得粗糙。通過增加測速碼盤的齒數(shù)可以提高精但是碼盤齒數(shù)的增加會受到加工工藝的限同時會使轉(zhuǎn)速測量脈沖的頻率增高率的提升又會受到傳感器中光電器或磁敏器或磁電器件最高工作頻率的限制。凡此種種因素限制了常規(guī)智能轉(zhuǎn)速測量方法第頁共43頁的使用范圍。而采用本文所提出的定時分時雙頻率采樣,在保證采樣精度的同時,高采樣速率,分發(fā)揮微機(jī)智能測速方法的優(yōu)越性及靈活性。圖2.1系統(tǒng)原理圖各部分模塊的功能：傳感器：用來對信號的采樣。放大、整形電路：對傳感器送過來的信號進(jìn)行放大和整形，在送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理轉(zhuǎn)換。單片機(jī)：對處理過的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速的實(shí)際值，送入LEDLED顯示：用來對所測量到的轉(zhuǎn)速進(jìn)行顯示。第頁共43頁系統(tǒng)方案提和論證轉(zhuǎn)速測量的方案選擇一般要考慮傳感器的結(jié)構(gòu)、安裝以及測速范圍與環(huán)境條件等方面的適用性;再就是二次儀表的要求除了顯示以外還有控制、通訊和遠(yuǎn)傳方面的要求。本說明書中給出兩種轉(zhuǎn)速測量方案，經(jīng)過我和伙伴查資料、構(gòu)思和自己的設(shè)計，總體電路我們有兩套設(shè)計方案，部分重要模塊也考慮了其它設(shè)計方法，經(jīng)過分析，從實(shí)現(xiàn)難度、熟悉程度、器件用量等方面綜合考慮，我們才最終選擇了一個方案。下面就看一下我們對兩套設(shè)計方案的簡要說明。方一

霍傳器量案霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)進(jìn)行工作的？其核心元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的霍爾元件。本文介紹一種泵驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速采用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測量?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖如圖霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的接線圖如圖3.2。傳感器的定子上有2個互相垂直的繞組A和B,在繞組的中心線上粘有霍爾片HAHB,轉(zhuǎn)子為永久磁鋼霍爾元HA和的激勵電機(jī)分別與繞組A和相連它們的霍爾電極串聯(lián)后作為傳感器的輸出。圖.1霍轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原圖第頁共43頁圖方霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的接線圖缺點(diǎn)：采用霍爾傳感器在信號采樣的時候，會出現(xiàn)采樣不精確，因?yàn)樗强看判愿袘?yīng)才采集脈沖的，使用時間長了會出現(xiàn)磁性變小，影響脈沖的采樣精度。方二光傳器整個測量系統(tǒng)的組成框圖如圖3.3所示。從圖中可見,子由一直流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動,可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無級調(diào)速。轉(zhuǎn)速信號由光電傳感器拾取使用時應(yīng)先在轉(zhuǎn)子上做好光電標(biāo)記,具體辦法可以:將轉(zhuǎn)子表面擦干凈后用黑漆(黑色膠布)全部涂,將一塊反光材料貼在其上作為光電標(biāo)記,后將光電傳感器(光電)固定在正對光電標(biāo)記的某一適當(dāng)距離處。光電頭采用低功耗高亮度LED,源為高可靠性可見紅光,無論黑夜還是白天,是背景光強(qiáng)有大范圍改變都不影響接收效果。光電頭包含有前置電路，輸出—5V的脈沖信號。接到單片機(jī)89C51相應(yīng)管腳上，通過內(nèi)部定時/計時器T0、T1及相應(yīng)的程序設(shè)計，組成一個數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。第頁共43頁圖測量系統(tǒng)的組成框圖優(yōu)點(diǎn)：這種方案使用光電轉(zhuǎn)速傳感器具有采樣精確，采樣速度快，范圍廣的特點(diǎn)。綜上所述，方案二使用光電傳感器來作為本設(shè)計的最佳選擇方案。第頁共43頁系統(tǒng)硬件設(shè)隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)提高，尤其是單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及功能強(qiáng)大，價格低廉的顯著特點(diǎn)，是全數(shù)字化測量轉(zhuǎn)度系統(tǒng)得一廣泛應(yīng)用。出于單片機(jī)在測量轉(zhuǎn)速方面具有體積小、性能強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，越來越受到企業(yè)用戶的青睞。對測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的硬件和編程進(jìn)行研究，設(shè)計出一種以單片機(jī)為主的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，保證了測量精度。轉(zhuǎn)信采在設(shè)計中采用光電傳感器采集信號，這種傳感器是把旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變?yōu)橄鄳?yīng)頻率的脈沖，然后用測量電路測出頻率，由頻率值就可知道所側(cè)轉(zhuǎn)素值。這種測量方法具有傳感器結(jié)構(gòu)簡單、可靠、測量精度高的特點(diǎn)。是目前常用的一種測量轉(zhuǎn)速的方法。從光源發(fā)出的光通過測速齒盤上的齒槽照射到光電元件上，使光電元件感光。測速齒盤上有30齒槽，當(dāng)測速齒槽旋轉(zhuǎn)一周，光敏元件就能感受與開孔數(shù)相等次數(shù)的光次數(shù)于被測電機(jī)的轉(zhuǎn)速在—的來說,每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生30個電脈沖信號因此,傳感器輸出波形的頻率的大小為：45Hz≤f850Hz(1)測速齒盤裝在發(fā)射光源紅外線發(fā)光二極管)接收光源的裝置(紅外線接收二極管)之間,外線發(fā)光二極管(規(guī)格IR3401)負(fù)責(zé)發(fā)出光信號紅外線接收三極管(規(guī)格3DU12)負(fù)責(zé)接收發(fā)出的光信產(chǎn)生電信,每轉(zhuǎn)過一個,光的明暗變化經(jīng)歷了一個正弦周,即產(chǎn)生了正弦脈沖電信號。圖所示為轉(zhuǎn)速傳感器電路，由于紅外光不可見，無法用肉眼識別發(fā)光信號是否在工作，故將紅外線的輸出回路串接了一個普通光電二極管作為判別光源發(fā)生回路是否為通路。所選用的紅外二極管，在正向工作電流時,導(dǎo)通電壓為—1.5V,所選用的發(fā)光二極管的正向壓降一般為1.5電流為。R的計算公式為：第頁共43頁計算得：Rmin=425；。設(shè)定中所選阻值為（Rmin≤R≤Rmax轉(zhuǎn)速傳感器輸出電壓幅度在0呈正弦波變化,由此可見紅外線接收三極管的光信號轉(zhuǎn)化為電信號的電壓Uo很微弱(一般為mV量級,要進(jìn)行信號處理.圖4.1轉(zhuǎn)傳感器電路圖（1）電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一種器件，有各種各樣的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是當(dāng)發(fā)射管光照射到接收管時，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷。以透射式為例如圖4.1所示不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時開關(guān)管關(guān)斷，否則打開。為此，可以制作一個遮光葉片如圖4.2所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過時，產(chǎn)生脈沖信號。當(dāng)葉片數(shù)較多時，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。圖光傳感器的原理圖（2）選用的傳感器型號為（單向）SZGB-3型傳感器特點(diǎn)介紹如下：

圖遮葉片第頁43頁供單向計數(shù)器使用，測量轉(zhuǎn)速和線速度.采用密封結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定3）光源用外發(fā)光管，功耗小，壽命長.4)20電源電壓為DCSZGB-3型傳感器主要性能介紹如下：型光電轉(zhuǎn)速傳感器，使用時通過連軸節(jié)與被測轉(zhuǎn)軸連接，當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，將轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，供二次儀表計數(shù)使用。1）輸出脈數(shù)：脈沖（每一轉(zhuǎn)）輸出信號幅值：50r/min時300mV測速范圍:使用時間:可連續(xù)使用,使用中勿需加潤滑油工作環(huán)境:溫度～℃相對濕度≤無腐蝕性氣體轉(zhuǎn)信處電設(shè)轉(zhuǎn)速信號處理電路包括信號放大電路、整形及三極管整形電路。由于產(chǎn)生的電壓信號很小，所以要進(jìn)行放大處理，一般要放大至少倍（≥60dB后在進(jìn)行信號處理工作。信號放大裝置選用運(yùn)算放大器作為放大電壓放大元件，采用兩級放大電路，每一級都采用反響比例運(yùn)算電路如圖設(shè)計的電壓放大倍數(shù)為3000倍。其中第一級放大倍數(shù)為，第二級放大倍數(shù)為100.放大后電壓變化范圍為～4.8V。TL084采用12V雙電源供電由于電源的供電電壓在一定范圍內(nèi)有副值上的波動形成干擾信號。為起到消除干擾，實(shí)現(xiàn)濾波作用，故供電電源兩端需接的電容接地，電容選擇金屬化聚丙已烯膜電容。兩級運(yùn)放放大所采用的供電電源均采用此接法。第頁共圖4.4信處理電路圖整形電路的主要作用是將正弦波信號轉(zhuǎn)化為方波脈沖信號，正弦波信號電壓的最大幅值約為，最小幅值為0V。整形電路設(shè)計的是一種滯回電壓比較器，它具有慣性，起到抗干擾的作用。從而向輸入端輸入的滯回比較器。在整形電路的輸入端接一個電容103到的作用是阻止其他信號的干擾，并且將放大的信號進(jìn)行濾波，解耦。R11和R17防止電路短路，起到保護(hù)電路的作用。一次整形后的信號基本上為±5V的電平的脈沖信號，在脈沖計數(shù)時，常用的是5V脈沖信號。如果直接采用-5V的脈沖數(shù)，會增加電路的復(fù)雜性，故一般不直接使用，而是先進(jìn)行二次整形。第二次用三極管整形電路，當(dāng)輸出為-5V的信號時，三極管（8050）的基射極和電阻R18組成并聯(lián)電路電流經(jīng)過R18.R17,三極管VT2處于反向偏置狀態(tài)，所以，VT2的集-射極未接通，故處于截止?fàn)顟B(tài)。電源回路由R19，三極管的集-射極組成，采用單電源+12V供電，由于集射極截止，處于斷路狀態(tài)，故輸出電壓U0為V。當(dāng)?shù)谝淮握屋敵鰹?5V的信號時，三極管VT2射極處于正向偏置狀態(tài)，有電流I通過，故此時三極管的集射極處于通路狀態(tài)。電源電流流經(jīng)電阻，三極管的-射極到地端，由于集-射極導(dǎo)通時的電阻很小，可以忽略不計。電源電壓主要在，其輸出電壓約為0V綜上所述，三極管整形的電路的輸入關(guān)系是：信號為-5V時，；信號為+5V時，U0=0V。第頁43頁單機(jī)介紹是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（

FPEROMFalshandReadMemory的低電壓性能位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖是常用的一種單片機(jī)，型號為AT89C51它將計算機(jī)的功能都集成到這個芯片內(nèi)部去了，就這么一個小小的芯片就能構(gòu)成一臺小型的電腦，因此叫做單片機(jī)。圖4.5AT89C51芯它有40管腳分成兩排每一排各有20腳其中左下角標(biāo)有箭頭的為第腳，然后按逆時針方向依次為第2腳、第3??第腳。在40個管腳中，其中有個腳可用于各種控制，比如控制小燈的亮與滅、控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制電梯的升與降等，這32個腳叫做單片機(jī)的“端口單片機(jī)技術(shù)中，每個端口都有一個特定的名字，比如第一腳的那個端口叫做“單片機(jī)的功能：1．主要特：◆與兼容◆4K字節(jié)可編程閃爍存儲器◆壽命：1000/擦循環(huán)◆數(shù)據(jù)保留時間：10年◆全靜態(tài)工作：◆三級程序存儲器鎖定◆128*8位內(nèi)部RAM◆32編程◆兩個16定時器/數(shù)器第頁43頁◆5中斷源◆可編程串行通道◆低功耗的閑置和掉電模式◆片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2．管腳說（圖圖4.7管分布●VCC：供電電壓，●GND：接地?！馪0口：口為一個8位漏級開路雙向I/O，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫，被定義為高阻輸入。P0夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，輸出原碼，此時P0外部必須被拉高?！馪1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH程和校驗(yàn)時，P1口作為第八位地址接收?！馪2口P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的位雙向I/O口P2口緩沖器可接收，輸4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此第頁43頁作為輸入時，口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容P2在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。●P3口P3口管腳是8帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口。P3口管腳備選功能：●P3.0RXD（串行輸入口）●P3.1TXD（串行輸出口）●P3.2/INT0（外部中斷0）●P3.3/INT1（外部中斷1）●P3.4T0（記時器0外部輸入）●P3.5T1（記時器1外部輸入）●P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）●P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）●P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號?！馬ST復(fù)位輸入當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時要保持腳兩個機(jī)器周期的高電平時間?！癞?dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號此頻率為振蕩器頻率的因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在地址上置0此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效?！馪SEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。第頁43頁●EA/VPP/EA持低電平時在此期間外部程序存儲0000H-FFFFH不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加編程電源（VPP）?！馲TAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。●XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3．振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4．芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平來完成片擦操作中碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。小統(tǒng)設(shè)復(fù)位路圖4.8片機(jī)復(fù)位電路是指單片機(jī)的初始化操作單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時都需要先復(fù)位，其作用是使系統(tǒng)中其他部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。因而，復(fù)位是一個很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。第頁43頁圖4.8復(fù)電路①復(fù)位功能：復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機(jī)器周期的S5P2由復(fù)位電路采一次位電路通常采用上電自動復(fù)（如圖(a)）和按鈕復(fù)位(如圖4.9(b))兩種方式。圖4.9RC復(fù)電路第頁43頁②單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài):單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)其中包括使程序計數(shù)器PC＝0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)區(qū)中的內(nèi)容，個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，見表1值得指出的是，記住一些特殊功能寄存器復(fù)位后的主要狀態(tài)，對于了解單片機(jī)的初態(tài)，減少應(yīng)用程序中的初始化部分是十分必要的。說明：表4-1中符號*為隨機(jī)狀態(tài)：表4-1寄存器復(fù)位后狀態(tài)表特殊功能寄存器A

初始狀態(tài)00H

特殊功能寄存器TMOD

初始狀態(tài)00HBPSW

00HTCON00H00HSP07H

TH0TL0

00H00HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0—P3FFHSBUF

不定IP***00000BSCON00HIE0**00000BPCON0********B＝00H表明選寄存器0組為工作寄存器組；SP＝，表明堆棧指針指向片內(nèi)07H節(jié)單元根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則第一個被壓入的內(nèi)容寫入到08H單元中；Po-P3＝FFH，表明已向各端口線寫入1此時，各端口既可用于輸入又可用于輸出。IP＝，表明各個中斷源處于低優(yōu)先級；IE＝0××00000B，表明各個中斷均被關(guān)斷；系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。第頁43頁51片機(jī)的復(fù)位是由RESET引腳來控制的引腳與高電平相接超過24個振蕩周期后51片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)而且一直在此狀態(tài)下等待直到腳轉(zhuǎn)為低電平后才檢查EA引腳是高電平或低電平若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。振路晶振（圖4.10）是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容容值約為30μF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。晶體振蕩電路如圖：晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。第頁43頁圖4.10晶振電路最系的真最小系統(tǒng)的仿真圖圖4.11最系統(tǒng)的仿真第頁43頁附最小系統(tǒng)仿真程序如下：#include<AT89X51.h>sbitLED=P1^0;//定義LED接口//voidDelay()//延時函數(shù)//{unsignedchari,j;for(i=255;i>0;i--)for(j=255;j>0;j--);}voidmain(){while(1){LED=0;//LED滅//Delay();//返回延時函數(shù)/LED=1;//LED亮//Delay();//反回延時函數(shù)/}}顯部設(shè)(1)許多電子產(chǎn)品上都有跳動的數(shù)碼來指示電器的工作狀態(tài)，其數(shù)碼管顯示的數(shù)碼均是由八個發(fā)光二極管構(gòu)成的。每段上加上合適的電壓，該段就點(diǎn)亮。LED數(shù)碼有共陽和共陰兩種，把這些LED發(fā)光二極管的正極接到一塊（一般是拼成一個字加一個小數(shù)點(diǎn)）而作為一個引腳，就叫共陽的，相反的，就叫共陰的，那么應(yīng)用時這個腳就分別的接和。再把多個這樣的8字裝在一起就成了多位的數(shù)碼管了。實(shí)物如圖圖4.12數(shù)管第頁43頁共陽型（圖4.13）就是八個發(fā)光管的正極都連一起，作為一條引線.段用于顯示數(shù)字,符的筆畫,dp示小數(shù)點(diǎn)一段控制A~G~dp的亮與來。內(nèi)部結(jié)構(gòu):圖4.13共型LCD共陰型（圖4.14）就是七個發(fā)光管的負(fù)極都連在一起作為一條引線A~G用于顯示數(shù)字,符的筆畫,dp示小數(shù)點(diǎn)一段控制A~G~dp亮與來.內(nèi)部結(jié)構(gòu):4.14共陰LCD數(shù)碼管要正常顯示就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單顯示亮度高缺點(diǎn)是占用I/O口多，如驅(qū)5數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40口來驅(qū)動知道一個片機(jī)可用的I/O口才32呢應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起另外為每個數(shù)碼管的公共極加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼第頁43頁管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的口，而且功耗更低。(2)段碼表表4-2為LED碼表表4-2LED段碼表顯示字符0

共陰極段選碼06H5BH66H

共陽極段選碼C0H4H0H99H

顯示字符

共陰極段選碼DHDH07H7BH

共陽極段選碼92H82H80H90H（3）動態(tài)顯示仿真（圖）第頁43頁圖4.15動顯示仿真圖動態(tài)顯示程序：ucharuintintuintmm=1234;//示1234//jj;codedelay(uintm){uinti,j;for(j=110;j>0;j--);}xian_shi(){bei=mm%1000/100;shi=mm%100/10;第頁43頁ge=mm%10;P2=0x80;P0=table[qian];delay(50);P2=0x40;P0=table[bei];delay(50);P2=0x20;delay(50);P2=0x10;delay(50);}第頁43頁系統(tǒng)軟件設(shè)硬件電路完成以后，進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計。首先要分析系統(tǒng)對軟件的要求，然后進(jìn)行軟件的總體的設(shè)計，包括程序的總體設(shè)計和對程序的模塊化設(shè)計。按整體功能分為多個不同的模塊，單獨(dú)設(shè)計、編程、調(diào)試，然后將各個模塊裝配聯(lián)調(diào)，組成完整的軟件。根據(jù)設(shè)計的要求，單片機(jī)的任務(wù)是：內(nèi)部進(jìn)行計數(shù)，在計算出速度后顯示。軟件編程用C語言完成的需要能掌握語言還要熟單片機(jī)從程序流程圖、編寫程序、編譯，到最后的調(diào)試，是很復(fù)雜的。下面作簡單介紹：系統(tǒng)軟件主程序的功能是完成系統(tǒng)的初始化、顯示程序。主序始（1）定時器的初始化有兩個定時器/計數(shù)器T0和T1，每個定時器/計數(shù)器均可設(shè)置成為16位也可以設(shè)置成為位進(jìn)行定時或計數(shù)計數(shù)器的功能是對T0或T1外來脈沖的進(jìn)行計數(shù)，外部輸入脈沖負(fù)跳變時，計數(shù)器進(jìn)行加。定時功能是通過計數(shù)器的計數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，每個機(jī)器周期產(chǎn)生1計數(shù)脈沖，即每個機(jī)器周期計數(shù)器加1因此定時時間等于計數(shù)個數(shù)乘以機(jī)器周期。定時器工作時，每接收到1計數(shù)脈沖（或機(jī)器周期）則在設(shè)定的初值基礎(chǔ)上自動加1，當(dāng)所有位都1時，再加1會產(chǎn)生溢出，將向提出定時器溢出中斷身請。當(dāng)定時器采用不同的工作方式和設(shè)置不同的初值時，產(chǎn)生溢出中斷的定時值和計數(shù)值將不同，從而可以適應(yīng)不同的定時或計數(shù)控制。定時器有4工作方式：方0、方、方2方式3，在此對工作方式不做體介紹。工作方式寄存器TMOD的設(shè)定：C/TM0GATEC/TM1M0TMOD各位的含義如下：◆GATE門控位，用于控制定時計數(shù)器的啟動是否受外部中斷請求信號的影響?！鬋/T：定時或計數(shù)方式選擇位，當(dāng)C/T=1時工作于計數(shù)方式；當(dāng)C/T=0時工作于定方式。第頁43頁M1、M0為工作方式選擇位，用于對的四種工作方式，T1的三種工作方式進(jìn)行選擇，選擇情況如下表5-1M1M0=00為式為方式1；表5-1M1、M0為作方式選擇位MO0011

M10101

工作方式0

方式說明13定時/計數(shù)器16定時/計數(shù)器8自動重置定時計數(shù)器兩個8定時/計數(shù)器（只有有）（2）中斷允許控制片機(jī)中沒有專門的開中斷和關(guān)中斷指令對各個中斷源的允許和屏蔽是由內(nèi)部的中斷允許寄存器IE的各位來控制的中斷允許寄存器IE的字節(jié)地址為A8H，可以進(jìn)行位尋址.表5-2中位尋址表IE（A8H）

D7EA

D6D5ET2

D4ES

D3ET1

D2EX1

D1ET0

D0EX0◆EA：中斷允許總控位。EA=0，屏蔽所有的中斷請求；EA=1，開放中斷?！簦憾〞r器/計數(shù)器的溢出中斷允許位◆串行口中斷允許位?！簦憾〞r器/計數(shù)器的溢出中斷允許位?！簦和獠恐袛郔NT1中斷允許位。◆：定時器/計數(shù)器的溢出中斷允許位?！簦和獠恐袛郔NT0中斷允許位。第頁43頁5.2程流圖序程①主程序流程圖5.1開始初始化定時器計時器刷新數(shù)碼管延時顯示圖5.1流圖②顯示子程序流程圖5.2開始顯示緩存初始化LED顯初始化數(shù)碼顯示圖顯示子程序流程圖③定時計數(shù)子程序流程圖第頁43頁開始開定時器

開計數(shù)器定時

計數(shù)讀出計數(shù)器值并清零計數(shù)器定時重新裝初始值并啟動定時器圖定計數(shù)子程序流程圖第頁43頁總

結(jié)采用單片機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測量，可以提高轉(zhuǎn)速的測量，可以提高轉(zhuǎn)速測量的精確度，并且加快了采樣的速率，具有較好的實(shí)時性。本文介紹的轉(zhuǎn)速方法使用于高、低轉(zhuǎn)速的測量量精確度與轉(zhuǎn)速無關(guān)而具有較寬的應(yīng)用范圍和廣闊的應(yīng)用的前景基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，具有硬件電路簡單，程序簡單和運(yùn)算速度快，測速范圍廣，抗干擾性能好的特點(diǎn)。在設(shè)計的信號處理電路中經(jīng)過濾波，能夠進(jìn)一步減少誤差，是測速精度得到提高。第頁43頁致

謝經(jīng)過幾個月的忙碌本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲通過這次學(xué)校組織的畢業(yè)設(shè)計端正了自己學(xué)習(xí)的態(tài),鍛煉了自己獨(dú)立動手的力，在此，我要感謝每一個幫助過我的人。首先我要感謝的是我的導(dǎo)師楊帆老師。楊帆平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，都給予我悉心的指導(dǎo)和幫助。可以說，沒有楊帆的悉心指導(dǎo)和幫助，我是不可能順利完成我的畢業(yè)設(shè)計的。另外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。再次，我要感謝的是我的同學(xué)趙星輝和舍友們在我畢業(yè)設(shè)計期間，他們給了我不少的關(guān)心和幫助。理論與實(shí)踐的結(jié)合,是對知識較好牢固掌握的一種方法,這次的畢設(shè)就有這種理.基于改變高分低能的現(xiàn)于即將畢業(yè)的我,社會更迫切需要的是能力而不是以往的高.學(xué)?？闯隽诉@種現(xiàn)狀所以安排了畢業(yè)生的最后一門課:理論實(shí)踐相結(jié)合.所作為畢業(yè)生的我表示深切感這次真的是機(jī)不可,失不在.最后我要感謝的是我親愛的陜西理工學(xué)院的每一位老師和同學(xué)?？傊?，感謝每一位關(guān)心過我，愛護(hù)過我的人。滴水之恩，當(dāng)涌泉相報。第頁43頁參考文獻(xiàn)陳伯時.力拖動自動控制系統(tǒng)-運(yùn)動控制系統(tǒng)機(jī)械工業(yè)出版社，馬全權(quán)慶輝盛一種高精度實(shí)時電機(jī)轉(zhuǎn)速測量新方法哈爾大學(xué)學(xué)報.3、桂榮，班瑩，劉鳴電機(jī)轉(zhuǎn)速測量設(shè)計實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2005王雪文.志勇.感器原理及應(yīng)用.京航空航天大學(xué)出版社2004王秀杰，張疇先.模擬集成電路應(yīng)用.西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003何立民.MCS-51列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19907、智勇單片微型計算機(jī)原理及接口技術(shù).沈陽遼寧科學(xué)技術(shù)出版設(shè),19928、何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19909

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PUtoconverters,resistiveloads,etc.,withoutusinglotsCPUresourcesloops.第頁43頁UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter(UART)blockittransmitdataalinewithverylittleonCPU.ForthosewantingethernetcanuseanchiplikeSemiconductorRTL8019,or