基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量儀設(shè)計(完整版)

　　

【正文】 圖 信號處理電路圖 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。 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 9 頁 共 36 頁 圖 測量系統(tǒng)的 組成框圖 測速齒盤裝在發(fā)射光源 (紅外線發(fā)光二極管 )與接收光源的裝置 (紅外線接收三極管 )之間，紅外線發(fā)光二極管負(fù)責(zé)發(fā)出光信號，紅外線接收三極管負(fù)責(zé)接收發(fā)出的光信號，產(chǎn)生電信號，每轉(zhuǎn)過一個齒，光的明暗變化經(jīng)歷了一個正弦周期，即產(chǎn)生了正弦脈沖電信號。 ◆ 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) ) 。 將轉(zhuǎn)速信號變?yōu)殡娒}沖 ，利用微機(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)速數(shù)據(jù)。 光電傳感器是應(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。其核心元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的霍爾元件 。 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。 1 誤差來確定。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)速測量系統(tǒng) ， 其轉(zhuǎn)速測量方法采用的就是電子式定時計數(shù)法。而電機(jī)的工作環(huán)境一般比較復(fù)雜， 光電 傳感器本身的特性又恰好適合比較復(fù) 雜的環(huán)境，所以本次設(shè)計傳感器采用 光電 傳感器。為了能精確地測量轉(zhuǎn)速外 ，還要保證測量的實(shí)時性 ， 要求能測得瞬時轉(zhuǎn)速方法。同時從實(shí)際硬件電路出發(fā)，分析電路的工作原理，根據(jù)設(shè)計具體情況提出修改方案和解決辦法。基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 1 頁 共 36 頁 第一章 概述 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的發(fā)展背景 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)以其功能強(qiáng)大，價格低廉的顯著特點(diǎn)，使全數(shù)字化測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用。 本課題以單片機(jī)為核心，設(shè)計的全數(shù)字化測量轉(zhuǎn) 速系統(tǒng)，在工業(yè)控制和民用電器中都有較高使用價值。因此轉(zhuǎn)速的測試具有重要的意義。另外，在實(shí)際應(yīng)用中，很多場合要求測量系統(tǒng)具有報警功能，所以該系統(tǒng)有報警功能。 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。對于測頻率法 ， 測量相對誤差為： 1Er =測量誤差值 /實(shí)際測量值 100 % =1/N 100 % 由此可見 ， 被測信號頻率越高 ， N 越大 ，1Er就越小 ， 所以測頻率法適用于高頻信號 (高轉(zhuǎn)速信號 ) 的測量。 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 LED。 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的 測速 原理圖如圖 所示 在非磁性材料的圓盤 邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個脈沖，從而可測出轉(zhuǎn)數(shù)（計數(shù)器），若接入頻率計，便可測出轉(zhuǎn)速。 脈沖發(fā)生源的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 。 圖 光電傳感器的原理圖 圖 遮光葉片 一般的轉(zhuǎn)速長期測量系統(tǒng)是預(yù)先在軸上安裝一個有 60 齒的 測速齒盤 ， 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)，即每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生60 個電脈沖信號。 通常 m=60， 那么 1 秒鐘內(nèi)脈沖個數(shù) N 就是轉(zhuǎn)速 n， 即 : n=N/ (mT) =N/60 1/60=N 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。 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。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。當(dāng)?shù)谝淮握屋敵鰹?+5V 的信號時，三極管 VT2基 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)。 另外，AT89C51是以靜態(tài)邏輯運(yùn)行到零頻率的方式設(shè)計的，并且支持兩種可利用軟件選擇的掉電保護(hù)模式。 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明： ：供電電壓 ； 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 14 頁 共 36 頁 ：接地 ； ： P0口為一個 8位漏 極 開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL門電流。 并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P3 口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，如下表 4－ 1 所示： ：復(fù)位輸入。 引 腳 第二功能 信 號 名 稱 RXD TXD INT0 串行數(shù)據(jù)接收 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 外部中斷 0 請求 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 15 頁 共 36 頁 INT1 T0 T1 WR RD 外部中斷 1 請求 定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)輸入 定時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)輸入 外部 RAM 寫選通 外部 RAM 讀選通 P3 口的第二功能 P3口同時為閃爍編程和編 程校驗接收一些控制信號。注意加密方式 1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。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。 MCS51單片機(jī)允許的時鐘頻率是因型號而異的典型值為 12MHZ MCS51內(nèi)部都有一個反相放大器， XTAL XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個部件。對于懷疑是復(fù)位電路故障而不能正常工作的單片機(jī)也可以采用模擬復(fù)位的方法來判斷，單片機(jī)正常工作時第 9腳對地電壓為零，可以用導(dǎo)線短時間和＋ 5V 連接一下，模擬一下上電復(fù)位，如果單片機(jī)能正常工作了，說明這個復(fù)位電路沒有問題。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) 位電路采樣一次。 51 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。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) : 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 22 頁 共 36 頁 圖 共陽型 LCD 共陰型 如圖 就是七個發(fā)光管的負(fù)極都連在一起 ，作為一條引線。 (2)段碼表 表 42 為 LED 段碼表 表 42 LED 段碼表 顯示字符 共陰極段選碼 共陽極段選碼 顯示字符 共陰極段選碼 共陽極段選碼 0 1 2 3 4 3FH 06H 5BH 4FH 66H C0H F9H A4H B0H 99H 5 6 7 8 9 6DH 7DH 07H 7BH 6FH 92H 82H F8H 80H 90H 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 24 頁 共 36 頁 圖 顯示電路 仿真 第 五 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 硬件電路完成以后，進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計。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。 ◆ ET1：定時器 /計數(shù)器 T1 的溢出中斷允許位。 開定時器 開計數(shù)器 定時 1s 計數(shù) 1s 讀出計數(shù)器值并清零，定時器重裝初值。讓理論和實(shí)踐相結(jié)合，以此產(chǎn)生實(shí)際的成果。n=0。j0。 ge=jj%10。 P2=0。 P2=0。 //計數(shù)器清零 TL1=0。 } if(m==1amp。 } if(kk==20) //判斷是否定時 1s鐘 { mm=0。 //關(guān)閉定時器 TR1=0。 //關(guān)閉計數(shù)器 mm=0。 // TL1=0。 //設(shè)置定時器初值 TL0=(6553550000)%256。 //將計數(shù)器值賦給 mm mm=(mm8)|TL1。n==1) { k+=1。 //啟動定時器 TR1=1。 //開 啟總中斷 ET0=1。 //顯示十位 P0=table[shi]。 //顯示千位 P0=table[qian]。 } xian_shi()