接觸式轉速測量儀的設計

1、接觸式轉速測量儀的設計接觸式轉速測量儀的設計 作者：李茂靈作者：李茂靈 【摘要】: :在控制領域中,經(jīng)常需要進行各種角度、位移量的測量。當前，世界上正面臨著一場新的技 術革命，這場革命的重要基礎之一就是測量技術。測量技術的發(fā)展給人類社會和國民經(jīng)濟的各個部門 及各個領域帶來了巨大的、廣泛的、深刻的變化，帶動著傳統(tǒng)工業(yè)和其他新興產(chǎn)業(yè)的更新和變革，是 當今人類社會發(fā)展的強大動力. 本設計為碼盤轉速測量系統(tǒng)，用來測量來自外部的不同的轉速值。實現(xiàn)轉速的實時測量，顯示。 具體應用 AT80C51 單片機為核心，旋轉編碼器實時軸轉速測量，同時以八位串行段碼式 LCD 顯示模塊 顯示。旋轉編碼器輸出 4.25

2、V，8 位二進制自然碼送入單片機處理經(jīng)過計算處理，再查表轉換為 10 進 制數(shù)，送 LCD 模塊顯示。 本文從轉速測量原理入手，詳細闡述了轉速測量系統(tǒng)的工作過程，以及硬件電路的設計、顯示效 果。本文吸收了硬件軟件化的思想，實現(xiàn)了題目要求的功能。 【關鍵詞】：轉速測量，旋轉編碼器，單片機，LCD 顯示模塊 【Abstract】:In the control field, a variety of angles and displacement measurements often need to be carried out.At present, the world is facing a n

3、ew technological revolution; one of the most important bases of the revolution is measurement. The development of measurement technology brings extensive，tremendous and profound changes to human society and all sectors of the national economy, changes the traditional industries and other emerging in

4、dustries, becomes todays strongest driving force for development of human society . The encoder speed measurement system is designed to measure a different speed from the outside values，to achieve real-time speed measurement and display. Specific application use AT80C51 microcontroller as its core,

5、rotary encoder measures real-time shaft speed, in both 8 serial Segment type LCD display module display. Rotary encoder output a 4.25V, 8-bit binary natural code into the MCU processed and computed, and then look-up table converts to 10 decimal number, sent to LCD display module. In this paper, deta

6、iled working process of speed measurement system is started with principle of speed measurement, and hardware circuit design and display. This paper has absorbed the idea of hardware and software to achieve with the subject required functionality. 【Key words】: rotational speed measurement, rotary en

7、coder, microcontroller, LCD display module 目目 錄錄 第一章第一章 緒論緒論.2 1.1 國內(nèi)外轉速測量技術簡介 .2 第二章第二章 原理說明及方案選擇原理說明及方案選擇.4 2.1 轉速測量理論的簡要介紹 .4 2.2 方案選擇 .5 2.3 方案原理 .5 2.4 轉速測量參數(shù)及電路參數(shù)分析 .6 2.4.1MCS-51 的定時器/計數(shù)器簡介.6 2.4.2 定時器模式選擇位.7 第三章第三章 硬件電路的設計硬件電路的設計.9 3.1 單片機的選擇 .9 3.1.1 80C51 的介紹.11 3.2 旋轉編碼器的選擇 .15 3.2.1 PALD

8、6615-256-C05E 簡介.15 3.2.2 PALD6615-256-C05E 編碼器的應用.16 第四章第四章 顯示部分顯示部分.17 4.1 LED 顯示器.17 4.2 LCD 顯示器.17 4.2.1 LCD 的分類及特點.18 4.2.1 筆段式 LCD 液晶顯示器的驅動.18 4.2.2 LCD 顯示模塊 LCDM（Liquid Crystal Display Module） .18 4.3 LCD 顯示器的驅動接口.19 結論結論.22 謝辭謝辭.23 參考文獻參考文獻.24 附錄一附錄一 系統(tǒng)電路圖系統(tǒng)電路圖.25 附錄二附錄二 程序清單程序清單.26 第一章第一章 緒

9、論緒論 1.1 國內(nèi)外轉速測量技術簡介國內(nèi)外轉速測量技術簡介 測量角位移的數(shù)字編碼器，它具有分辨能力強、測量精度高和工作可靠 等優(yōu)點，是測量軸轉角位置的一種最常用的位移傳感器。光電軸角編碼器通 常按照光柵碼盤團的編碼方式進行分類。目前常用的類型為增量式光電軸角 編碼器和絕對光電軸角編碼器。 光柵式光電編碼器正向著高分辨力的方向發(fā)展。如日本尼康公司生產(chǎn)的 2HR32400 軸角編碼器, 每轉可輸出1296萬個脈沖(0.1),可謂日本的最高分 辨力。我國在光電軸角編碼器的開發(fā)方面上也已經(jīng)取得了長足的進展,1985年 航天部一院計量站研制的精密數(shù)顯轉臺,分辨力0.01;1995年中科院長春光機 所和

10、中國計量科學研究院聯(lián)合研制出的角度基準,分辨力0.001,精度 P+V=0.05(誤差修正后);成都光電所研制的JC21精密測角儀的增量式光電軸 角編碼器分辨力達到了0.02,測角精度R0.04。 隨著科學技術的發(fā)展，形形色色的轉速測量儀不斷出現(xiàn)。它們的結構不 同，性能各異。至今沒有系統(tǒng)的分類方法，在這里只按測量原理和主要元件 性質(zhì)進行分類說明。按照測量原理主要分為測頻法、測周法兩種基本的方法， 以此提高測量精度。由于電子計數(shù)器所特有的1 個數(shù)的誤差的存在，應根 據(jù)轉速脈沖頻率的大小恰當選擇測量方法。所謂測頻法就是測量轉速脈沖頻 率的方法，它用基準時間信號發(fā)生電路的脈沖來控制計數(shù)門的開閉，在單

11、位 時間內(nèi)對來自轉速傳感器的脈沖進行計數(shù)。所謂測周法就是測量轉速脈沖周 期的方法。它用傳感器的脈沖來控制計數(shù)門的開閉，在轉速脈沖周期內(nèi)對基 準時間信號發(fā)生電路的脈沖進行計數(shù)，然后按 f=1/T 公式換算成轉速脈沖的 頻率。 目前按現(xiàn)有產(chǎn)品的主要構成元件分類，可分為晶體管式、集成電路式和 單片機式。晶體管式所采用的元件主要是晶體管，有的晶體管式轉速測量儀 設有記憶電路，其數(shù)碼管無閃爍現(xiàn)象，顯示效果較好，而且測量速度較高。 顧名思義集成電路式轉速測量儀，所采用的元件是集成電路元件。集成電路 具有重量輕、體積小、功耗小等優(yōu)點，而且集成電路元件內(nèi)設有顯示電路， 使得轉速測量儀實現(xiàn)小型化。單片機的出現(xiàn)使

12、這種儀表的設計變得更加靈活。 第二章第二章 原理說明及方案選擇原理說明及方案選擇 2.12.1 轉速測量理論的簡要介紹轉速測量理論的簡要介紹 轉速測量的應用系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科技教育、民用電器等各領域的應用 極為廣泛，往往成為某一產(chǎn)品或控制系統(tǒng)的核心部分，其各種參數(shù)在不同的 應用中有其側重，但轉速測量系統(tǒng)作為普遍的應用在國民經(jīng)濟發(fā)展中，有重 要的意義。 轉速測量的方法有很多，根據(jù)工作原理可分為計數(shù)式、模擬式、同步式。 計數(shù)式方法是用某種方式讀出一定時間內(nèi)的總轉數(shù);模擬式方法是測出由瞬時 轉速引起的某種物理量的變化;同步式是用利用已知的頻率與旋轉體的旋轉同 步來測量轉速4。 一般的轉速測試可用機械

13、式轉速表、發(fā)電機式轉速表以及頻閃式轉速表， 但在有些情況下，其測量精度，瞬時穩(wěn)定度不能滿足更高的要求，因此，在 測量方法和傳感器的選擇上顯得尤為重要。常用的傳感器種類有光電傳感器、 電磁式傳感器、電容式傳感器等，而測量方法上有測量轉速周期、轉速頻率 等。 如表 2-1 所示 表 2-1 各種測速方法比較5 形式測量方法適用范圍特點備注 機械式通過齒輪轉動數(shù)字輪中、低速簡單、價 廉 光電式來自被測旋轉體上的光 線使光電管產(chǎn)生電脈沖 中、高速數(shù)字式 計數(shù)式 電磁式利用磁電轉換器將轉速 變換成電脈沖 中、高速數(shù)字式 機械式利用離心力與轉速成平 方成正比的關系 中、低速簡單 發(fā)電機式利用電機電流或交流

14、電 壓與轉速成正比關系 高速可遠距離 指示 測速發(fā) 電機 模擬式 電容式利用電容充、放電與轉 速成正比的關系 中、高速 機械式轉動帶槽的圓盤，觀察 旋轉體的同步關系 中速 同步式 閃光式用已知頻率閃光測出旋 轉體同步的頻率 中、高速 2.22.2 方案選擇方案選擇 就轉速測量原理而言，大體可分為二大類，一是用單位時間內(nèi)測得物體 的旋轉角度來計算速度，例如在單位時間內(nèi)，累計轉速傳感器發(fā)出的 N 個脈 沖，即為該單位時間的速度。這種以測量頻率來實現(xiàn)測量轉速的方法，稱測 頻法。即“M”法;另一類是在給定的角位移距離內(nèi)，通過測量這一角位移的 時間來進行測速的方法，稱測周法，即“T”法，如給定的角位移

15、AO，傳感 器便發(fā)出一個電脈沖周期，以晶體震蕩頻率而產(chǎn)生的標準脈沖來度量這一周 期時間，再經(jīng)換算可得轉速。 這兩種測速方法各有優(yōu)缺點， “M”法一般用于高速測量，在轉速較低時， 測量誤差較大，而且，檢測裝置對轉速分辨能力也變差;而“T”法一般用于 低速側量，速度越低測量精度越高，但在測量高轉速時，誤差較大。 從測速設備的工作性質(zhì)考慮，本設計使用測頻法，即“M”法。 2.32.3 方案原理方案原理 在一定測量時間 T 內(nèi)，測量脈沖發(fā)生器(替代輸入脈沖)產(chǎn)生的脈沖數(shù) m1，來測量轉速。如圖 2-1 所示 圖 2-1“M”法測量轉速脈沖 設在時間 T 內(nèi)，轉軸轉過的弧度數(shù)為 X，則的轉速 n 可由下

16、式表示： n=60X/2T (2-1) 轉軸轉過的弧度數(shù) X，可用下式所示 X=2m1/p (2-2) 將(2-1)式代入(2-2)式，得 轉速 n 的表達式為: n=60m1/Tp (2-3) n轉速單位: (轉/分) T定時時間單位:(秒) 在該方法中，測量精度是由于定時時間 T 和脈沖的不能保證嚴格同步， 以及在 T 內(nèi)能否正好測量外部脈沖的完整的周期，可能產(chǎn)生的 1 個脈沖的量 化誤差。因此，為了提高測量精度，T 要有足夠長的時間。定時時間可根據(jù) 測量對象情況預先設置。設置的時間過長，可以提高精度，但在轉速較快的 情況下，所計的脈沖數(shù)增大(碼盤孔數(shù)已定情況下)，限制了轉速測量的量程。

17、而設置的時間過短，測量精度會受到一定的影響。 2.42.4 轉速測量參數(shù)及電路參數(shù)分析轉速測量參數(shù)及電路參數(shù)分析 選定方案中 m1 的值為旋轉編碼器前后兩次讀數(shù)之差，定時時間初步選 定為 100ms。 2.4.1MCS-512.4.1MCS-51 的定時器的定時器/ /計數(shù)器簡介計數(shù)器簡介 2 個 16 位的定時/計數(shù)器，有多種工作方式。 定時/計數(shù)器工作在定時模式時，計數(shù)脈沖信號來自單片機的內(nèi)部，計數(shù) 速率是晶振頻率的 1/12，當計數(shù)器啟動后，每個機器周期計數(shù)器自動加 1。 定時/計數(shù)器工作在計數(shù)模式時，計數(shù)器對外部脈沖進行計數(shù)，計數(shù)器計 P3.4(T0 腳）P3.5(T1 腳）負跳變次數(shù)

18、。每產(chǎn)生一次負跳變，計數(shù)器自動加 1。 如圖 2-2 及表 2-2 圖 2-2 TMOD 寄存器用于定時/計數(shù)的操作方式及工作模式指令格式 表 2-2 操作方式選擇位 2.4.22.4.2 定時器模式選擇位定時器模式選擇位 C/T0，定時器模式，每一個機器周期計數(shù)器自動加 1。 C/T1，計數(shù)器模式，在單片機 T0 引腳上每發(fā)生一次負跳變，計數(shù)器自動 加 1。 GATE0，定時/計數(shù)器工作不受外部控制。 GATE1，定時/計數(shù)器 T0 的起停受 INT0 引腳的控制。 1.計算計數(shù)初始值 因為系統(tǒng)的晶振頻率為 fosc=12MHz，則機器周期 Tm=12/fosc=1s。 設計數(shù)初始值為 X：

19、 X=216-td/Tm=216-1105/1=15535 則（TH0）=B3CH，（TL0）=B=AFH 2.設置工作方式 方式 0：M1M0=01； 定時器模式：C/T=1； 定時/計數(shù)器啟動不受外部控制： GATE=0； 因此，（TMOD）=05H。 關于測速電路的參數(shù)，本次設計采用了如下方案： AT80C51 單片機屬于 CMOS 型 8 位單片機，其在片內(nèi)的振蕩器電路由 晶體控制的單極線性反相器組成，同 HMOS 型所用方法一樣，要求用晶體控 制的感性阻抗方波振蕩器，但也存在一些差別，其一為 80C51 可在軟件的控 制下關閉振蕩器，其二為 80C51 的內(nèi)部時鐘電路由 XTAL2

20、引腳上的信號來 驅動。本次設計中的振蕩器可用晶體作為感性電抗與外部電容組成并聯(lián)共振 M0 M1 說 明 0 00 13位定時器/計數(shù)器，由TL0低五位和TH0高八位組成 工作方式 0 11 16位定時器/計數(shù)器，由TL0低八位和TH0高八位組成 1 0 2 8位定時器/計數(shù)器，由TL0低八位組成 1 1 3 TL0低八位和TH0高八位分別位8位定時器/計數(shù)器 槽路。晶體的特性與電容值的大?。–1、C2）并不嚴格，高質(zhì)量的晶體對任 何頻率都可取用 30pF 的電容，對于廉價應用中，可采用陶瓷共振器，這時 C1、C2 一般取 47pF；這里選取頻率 12MHZ 晶振，電容 C1、C2 為 30pF

21、。 看門狗電路電路參見圖 2-3 圖 2-3 MAX813L 看門狗電路 圖中，電阻 R1 和 R2 分壓產(chǎn)生 1.25V 電源門限值。當此腳的電壓低于 1.25V 時，即電源電壓低于額定值時，PFO 將產(chǎn)生一個脈沖信號，可以用于 向 CPU 發(fā)出中斷申請，使 CPU 完成應急處理。此功能可完成電源電壓的監(jiān) 測。 P1.0 喂狗信號，在軟件的編制中通過對 P1.0 的位操作向 MAX813L 的看 門狗輸入端輸入一個負脈沖。如果程序出現(xiàn)“跑飛”現(xiàn)象，程序將不能正常 運行，這個定時發(fā)出的脈沖也得不到保障。當單片機超過 1.6 秒未向 MAX813L 的看門狗輸入端發(fā)脈沖信號，MAX813L 內(nèi)部

22、的定時器將會強制將 WDO 拉到低電平，這個低電平通過 MR 產(chǎn)生復位信號。單片機復位后從初 始狀態(tài)開始運行，從而保證系統(tǒng)的可靠性，起到了看門狗的作用。 此電路同時兼有上電復位和按鍵復位功能。 第三章第三章 硬件電路的設計硬件電路的設計 3.1 單片機的選擇 隨著大規(guī)模集成電路（LSI）制造技術的飛速發(fā)展，單片機也隨之迅猛 發(fā)展，其發(fā)展歷史大致分為三個階段： 第一階段（1976 年1978 年）：初級單片微處理器階段。以 Intel 公司 的 MCS-48 為代表。此系列的單片機具有 8 位 CPU，并行 I/O 端口，8 位時 序同步計數(shù)器，尋址范圍不大于 4KB，但是沒有串行口。 第二階段

23、（1978 年現(xiàn)在）：高性能單片機微處理器階段，如 Intel 公 司 MCS-5，Motorola 公司的 6801 和 Zilog 公司的 Z8 等，該類型單片機具有 串行 I/O 端口，有多種中斷處理系統(tǒng)，16 位時序同步計數(shù)器，RAM，ROM 容量加大，尋址范圍可達 64KB，有的芯片甚至還有 A/D 轉換接口。由于該 系列單片機應用領域極其廣泛，各公司正大力改進其結構與性能。 第三階段（1982 年現(xiàn)在）：8 位單片機，經(jīng)處理器改良型及 16 位單 片機微處理器階段。 在本次設計中，有多種型號的單片機可供選擇，具體型號如 89C2051，89C51，89C52，80C51，89S52

24、 單片機都可以較好地完成本次設 計的要求，因此設計者選用了近來應用較為廣泛的 80C51 型單片機。 一個單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計應包含有兩個部分內(nèi)容: 第一是系統(tǒng)擴展，即當單片機內(nèi)部的功能單元，如 ROM、RAM、I/O 口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等容量不能滿足應用系統(tǒng)要求時，必須在片外進 行擴展，選擇適當?shù)男酒?，設計相應的電路。 第二是系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設備，如鍵盤、顯示器、 打印機、D/A、A/D 轉換器等，并設計相應的接口電路。因此，系統(tǒng)的擴展 和配置應遵循下列原則6: 1.盡可能選擇典型電路，并符合單片機的常規(guī)用法。 2.系統(tǒng)的擴展與外圍設備配置應滿足系統(tǒng)功能的

25、要求，并留有適當?shù)挠?量， 以便進行二次開發(fā)。 3.硬件結構應與應用軟件方案統(tǒng)一考慮，軟件能實現(xiàn)的硬件功能盡可能 用 軟件來實現(xiàn)，但需注意的是軟件實現(xiàn)占用 CPU 的時間，而且，響應時 間 比硬件長。 4.單片機外接電路較多時，應考慮其驅動能力，減少芯片功耗，降低總 線負載。 根據(jù)上述原則，設計系統(tǒng)如圖 3-1 所示: 圖 3-1 單片機系統(tǒng)測量轉速原理框圖 程序框圖如圖 3-2 所示： 主程序 初始化，各寄 存器清 0 設定定時器初 值，100ms 讀取編碼器第 一個讀數(shù) 讀取編碼器第 二個讀數(shù) 將前后兩讀數(shù)相減， 乘系數(shù)，計算出轉速 值將 2 進制轉換為 10 進制 送 LCD 模 塊顯示

26、 延時 喂狗 定時 100ms 到？ 等待 Y N 結束 圖 3-2 程序框圖 3.1.13.1.1 80C5180C51 的介紹的介紹 80C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機， 片內(nèi)含 4kbytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器,器件采用 ATMEL 公 司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它 集 Flash 程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中，ATMEL 公司的功能強大，低價位 AT80C51 單片 機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于

27、各種控制領域。 AT80C51 提供以下標準功能：4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器，128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個 IO 口線，看門狗（WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個 16 位定時 計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器 及時鐘電路。同時，AT80C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟 件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容， 但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 主要性能參數(shù)： 與 MCS-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4

28、k 字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫周期 4.05.5V 的工作電壓范圍 全靜態(tài)工作模式：0Hz33MHz 三級程序加密鎖 1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個可編程 IO 口線 2 個 16 位定時計數(shù)器 6 個中斷源 全雙工串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電模式 中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng) 看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針 掉電標識和快速編程特性 靈活的在系統(tǒng)編程（ISP 字節(jié)或頁寫模式） Vcc：電源電壓 GND：地 P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I0 口，也即地址數(shù)據(jù)總線復用 口。作為輸出口用時，每位能驅動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端

29、口寫“l(fā)”可作 為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 F1ash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)， 校驗時，要求外接上拉電阻。 P1 口：Pl 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 IO 口，Pl 的輸出緩沖級可驅 動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“l(fā)”，通過內(nèi)部的上拉 電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在 上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。 Flash 編程和程序校驗期間，Pl 接收低

30、8 位地址。 表 3-1 P1 口引腳功能表 端口引腳第二功能 P1.5MOSI（用于 ISP 編程） P1.6MISO（用于 ISP 編程） P1.7SCK（用于 ISP 編程） P2 口：P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 IO 口，P2 的輸出緩沖 級可驅動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過 內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因 為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVXDPTR 指令）時，P2 口送出高 8 位地址數(shù)

31、據(jù)。在訪問 8 位地址的外 部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVXRi 指令）時，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊 功能寄存器（SFR）區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗時，P2 亦接收高位地址和其它控制信號7。 P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I0 口。P3 口輸出緩沖 級可驅動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“l(fā)”時， 它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。 P3 口除了作為一般的 I0 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表 所示： P

32、3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 表 3-2 P3 口引腳功能表 R ST ： 復 位 輸 入。當振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復 位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設置 SFR AUXR 的 DISRT0 位 （地址 8EH）可打開或關閉該功能。DISRT0 位缺省為 RESET 輸出高電平打 開狀態(tài)。 ALE：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存 PROG 允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 16 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出 時鐘

33、或用于定時 目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 對 F1ash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。8 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置 位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 M0VX 和 M0VC 指令 ALE 才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時， 應設置 ALE 無效。 ：程序儲存允許（）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 PSENPSEN AT89S51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 端口引腳第二功能 P3.0 RXD（串行輸入口）

34、P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2（外中斷 0）0INT P3.3 （外中斷 1）1INT P3.4 T0（定時計數(shù)器 0 外部輸入） P3.5 T1（定時計數(shù)器 1 外部輸入） P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）WR P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RD 有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的 PSEN 信號。 PSEN EAVPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加 密位 LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平（接 Vcc 端），CPU

35、則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 F1ash 存儲器編程時，該引腳加上+12V 的編程電壓 Vpp。 XTALl：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 3.23.2 旋轉編碼器的選擇旋轉編碼器的選擇 碼盤分為絕對式編碼器和增量編碼器兩種，前者能直接給出與角位置相 對應的數(shù)字碼；后者利用計算系統(tǒng)將旋轉碼盤產(chǎn)生的脈沖增量針對某個基準 數(shù)進行加減以求得角位移9。 本次設計采用實驗室提供的長春三峰 PALD6615-256-C05E 光電軸角編 碼器。 3.2.13.2.1 PALD6615-256-C05EPALD6615-256-C05E 簡介簡介 該旋

36、轉編碼器主要由光柵、光源、檢讀器、信號轉換電路、機械傳動等 部分組成。光柵面上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個透光縫隙之 間代表一個增量周期；分別用兩個光柵面感光。由于兩個光柵面具有 90的 相位差，因此將該輸出輸入數(shù)字加減計算器，就能以分度值來表示角度10。 如圖 3-3 所示 圖 3-3 PALD6615-256-C05E 旋轉編碼器外觀 表 3-3 機械參數(shù) 電源電壓 DC（V） 輸出形式輸出碼制放大整形分割數(shù) 電壓自然二進制碼有50.5 電流自然二進制碼有 256 表 3-4 機械參數(shù) 允許軸負載允許最大機械轉數(shù)啟動力矩（25） 徑向軸向 200r/min1.510-2Nm100

37、N10N 表 3-5 環(huán)境參數(shù) 工作環(huán)境儲存溫度耐振動耐沖擊構造防護等級重量 -20+50-30+7030m/ S2 （10200Hz） （X、Y、Z三 個方向各2小 時） 30m/ S2 （X、Y、Z 三個方向 各2次） 防塵IP540.9KG（電 纜除外） 3.2.23.2.2 PALD6615-256-C05EPALD6615-256-C05E 編碼器的應用編碼器的應用 近十幾年來，光電編碼器發(fā)展為一種成熟的多規(guī)格、高性能的系列工業(yè) 化產(chǎn)品，在數(shù)控機床、機器人、雷達、光電經(jīng)緯儀、地面指揮儀、高精度閉 環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)等諸多領域中得到了廣泛的應用 下表為 PALD6615-256-C0

38、5E 編碼器的接線表 表 3-6 接線表 航空插頭 腳位 電纜顏色輸出功能備注 1 淺藍色八位2進制碼的第1位 最 低位 單圈基礎碼 （每轉脈沖） 2 深藍色八位2進制碼的第1位 3 紫色八位2進制碼的第1位 4 橙色八位2進制碼的第1位 5 灰色八位2進制碼的第1位 6 綠色八位2進制碼的第1位 7 黃色八位2進制碼的第1位 8 淺紫色八位2進制碼的第1位 17 紅色編碼器電源DC5V 18 黑色編碼器0V 19 白色清0（用于0位設定）外部輸入530V 正脈沖 其余腳空腳 第四章第四章 顯示部分顯示部分 在單片機系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡稱 LED；液 晶顯示器，簡稱 L

39、CD；熒光管顯示器。 4.14.1 LEDLED 顯示器顯示器 LED 電子顯示屏是由幾萬-幾十萬個半導體發(fā)光二極管像素點均勻排列 組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的 LED 像素點。目前應用最廣的 是紅色、綠色、黃色。而藍色和純綠色 LED 的開發(fā)已經(jīng)達到了實用階段。 LED 顯示屏（LED panel）：LED 就是 light emitting diode，發(fā)光二極管 的英文縮寫，簡稱 LED。它是一種通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方式， 用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯 示屏幕。 LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器，有 7 段和“米”

40、字 段之分，這種顯示塊有共陽極和共陰極兩種。 LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動 態(tài)顯示。但是，LED 顯示位數(shù)增多時，靜態(tài)顯示就無法適應。動態(tài)顯示時， LED 的二極管從導通到發(fā)光要有一定的延時，導通時間太小，發(fā)光太弱人眼 無法看清，但也不能太大，因為畢竟要受限于臨界閃爍頻率，而且此時間越 長，占用 CPU 時間也越多，另外，顯示位增多，也將占用大量的 CPU 時間， 因此動態(tài)實質(zhì)是以犧牲 CPU 空間換取時間和能耗減少。 LED 顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形和圖像；不僅可以用于室 內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的 優(yōu)點。 LED 之所以受到廣泛重視而得到

41、迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點分 不開的。這些優(yōu)點概括起來是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽 命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。LED 的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、 更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向 發(fā)展。 4.24.2 LCDLCD 顯示器顯示器 液晶顯示器簡稱 LCD（Liquid Crystal Diodes）是利用液晶經(jīng)過處理后能 夠改變光線傳輸方向的特性，達到顯示字符或者圖形的目的。其特點是體積 小、重量輕、功耗極低、顯示內(nèi)容豐富等特點，在單片機應用系統(tǒng)中有著日 益廣泛的應用。 4.2.14.2.1 LCDLCD 的分類及特點的分類及特點

42、 分類：筆段式和點陣式（可分為字符型和圖像型）。 4.2.14.2.1 筆段式筆段式 LCDLCD 液晶顯示器的驅動液晶顯示器的驅動 在 LCD 的公共極（一路為背電極）加上恒定的交變方波信號，通過控 制段極的電壓變化，在 LCD 兩極間產(chǎn)生所需的零電壓或二倍幅值的交變電 壓，以達到 LCD 亮、滅的控制。在筆段式 LCD 的段電極與背電極間施加周 期地改變極性的電壓（通常為 4V 或 5V），可使該段呈黑色。 4.2.24.2.2 LCDLCD 顯示模塊顯示模塊 LCDMLCDM（LiquidLiquid CrystalCrystal DisplayDisplay ModuleModule）

43、 在實際應用中，用戶很少直接設計 LCD 顯示器驅動接口，一般是直接 使用專用的 LCD 顯示驅動器和 LCD 顯示模塊 LCDM 。 LCDM 是把 LCD 顯示屏、背景光源、線路板和驅動集成電路等部件構 造成一個整體，作為一個獨立部件使用。其特點是功能較強、易于控制、接 口簡單，在單片機系統(tǒng)中應用較多。其內(nèi)部結構如下頁圖所示。LCDM 一般 帶有內(nèi)部顯示 RAM 和字符發(fā)生器，只要輸入 ASCII 碼就可以進行顯示。如 圖 4-1 圖 4-1 LCD 模塊外觀 圖 4-2 液晶顯示器基本結構 液晶顯示器 LCD 是一種極低功耗顯示器，其應用特別廣泛。目前常用 的 LCD 是根據(jù)液晶的扭曲-

44、向列效應原理制成的。這是一種電場效應，夾在 兩塊導電玻璃電極之間的液晶經(jīng)過一定處理后，其內(nèi)部的分子呈 90的扭曲， 這種液晶具有旋光特性。當線形偏振光通過液晶層時，偏振面回旋轉 90。 當給玻璃電極加上電壓后，在電場的作用下液晶的扭曲結構消失，其旋光作 用也隨之消失，偏振光便可以直接通過。當去掉電場后液晶分子又恢復其扭 曲結構。把這樣的液晶放在兩個偏振之間，改變偏振片的相對位置就可得到 黑底白字或白底黑字的顯示形式。LCD 的響應時間為毫秒級，域值電壓為 320V，功耗為 5100mW/cm2. LCD 常采用交流驅動，通常采用異或門把顯示控制信號和顯示頻率信號 合并為交變的驅動信號。當顯示控

45、制電極山上波形與公共電極上的方波相位 相反時，則為顯示狀態(tài)。顯示控制信號由 C 端輸入，高電平為顯示狀態(tài)。顯 示頻率信號是一個方波。當異或門的 C 端為低電平時，輸出端 B 的電位與 A 端相反，LCD 兩端呈現(xiàn)交替變化的電壓，LCD 顯示。常用的扭曲-向列型 LCD，其驅動電壓范圍是 36V。由于 LCD 是容性負載，工作頻率越高消 耗的功率越大。而且顯示頻率升高，對比度會變差，當頻率升高到臨界高頻 以上時，LCD 就不能顯示了，所以 LCD 宜采用低頻工作。 LCD 的驅動方式分為靜態(tài)和時分割驅動兩種。不同的 LCD 顯示器要采 用不同的驅動方式。靜態(tài)驅動方式的 LCD 每個顯示器的每個字

46、段都要引出 電極，所有顯示器的公共電極連在一起后引出。顯然顯示位數(shù)越多，引出線 也越多，相應的驅動電路也越多，故適用于顯示位數(shù)較少的場合。時分割驅 動方式實際上是用矩陣驅動法來驅動字符顯示。字段引線相當于行引線，公 共電極相當于列引線，字符的每一個字段相當于矩陣的一個點。 分時驅動是常用的時分割驅動方法。分時驅動常采用偏壓法。 4.34.3 LCDLCD 顯示器的驅動接口顯示器的驅動接口 驅動接口分為靜態(tài)驅動和時分割驅動兩種接口形式。 靜態(tài) LCD 驅動接口的功能是將要顯示的數(shù)據(jù)通過譯碼器譯為顯示碼， 再變?yōu)榈皖l的交變信號，送到 LCD 顯示器。譯碼方式有硬件譯碼和軟件譯 碼兩種，硬件譯碼采用

47、譯碼器，軟件譯碼由單片機查表的方法完成。 LCD 顯示器采用 4N07。4N07 的工作電壓為 36V，閾值電壓為 1.5V， 工作頻率為 50200Hz，采用靜態(tài)工作方式，譯碼驅動器采用 MC14543。MC14543 是帶鎖存器的 CMOS 型譯碼驅動器，可以將輸入的 BCD 碼數(shù)據(jù)轉換為 7 段顯示碼輸出。驅動方式由 PH 端控制，在驅動 LCD 時，PH 端輸入顯示方波信號。LD 是內(nèi)部鎖存器選通端，LD 為高電平時， 允許 AD 端輸入 BCD 碼數(shù)據(jù)，LD 為低電平時，鎖存輸入數(shù)據(jù)。BI 端是消 隱控制，BI 為高電平時消隱，即輸出端 ag 輸出信號的相位與 PH 端相同。 LCD

48、 的時分割驅動接口通常采用專門的集成電路芯片來實現(xiàn)。MC 和 MC 是較為常用的一種 LCD 專用驅動芯片。MC 是主驅動器，MC 是從驅動 器。主、從驅動器都采用串行數(shù)據(jù)輸入，一片主驅動器可帶多片從驅動器。 主驅動器可以驅動 48 個顯示字段或點陣，每增加一片從驅動器可以增加驅 動 44 個顯示字段或點陣。驅動方式采用 1/4 占空系數(shù)的 1/3 偏壓法。 MC 的 B1B4 端是 LCD 背電極驅動端，接 LCD 的背電極，即公共電 極 COM1COM4。MC 的 F1F12 和 MC 的 F1F11 端是正面電極驅動器， 接 LCD 的字段控制端。對于 7 段字符 LCD，B1 接 a

49、和 f 字段的背電極，B2 接 b 和 g 的背電極，B3 接 e 和 c 的背電極，B4 接 d 和 Dp 的背電極。F1 接 d、e、c、f 和 g 的正面電極，F(xiàn)2 接 a、b、c 和 DP 的正面電極。DIN 端是串 行數(shù)據(jù)輸入端。DCLK 是移位時鐘輸入端。在 DIN 端數(shù)據(jù)有效期間，DCLK 端的一個負跳變，可以把數(shù)據(jù)移入移位寄存器的最高序號位，即 MC 的第 48 位或 MC 的第 44 位，并且使移位寄存器原來的數(shù)據(jù)向低序號移動一位。MC 的最低位移入 MC 的最高位。串行數(shù)據(jù)由單片機 80C31 的 P3.0 端送出。首 先送出 MC 的第一位數(shù)據(jù)，最后送出 MC 的第 48

50、 位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)“1”使對應 的字段顯示，“0”為不顯示。MC 內(nèi)部顯示寄存器各位與顯示矩陣的對應關 系如表 4-10 所示。MC 與 MC 的區(qū)別只是少了 F12 端對應的一列，其它對應 關系都一樣。 MC 帶有系統(tǒng)時鐘電路，在 OSC IN 和 OSC OUT 之間接一個電阻即可產(chǎn) 生 LCD 顯示所需要的時鐘信號。這個時鐘信號由 OSC OUT 端輸出，接到個 片 MC 的 OSC IN 端。時鐘頻率由諧振電路的電阻大小決定，電阻越大頻率 越低。使用 470K 的電阻時，時鐘頻率為 50Hz。時鐘信號經(jīng) 256 分頻后用 作顯示時鐘，其作用與靜態(tài)時的方波信號一樣，用于控制驅動器輸出電平的

51、等級和極性。另外這個時鐘還是動態(tài)掃描的定時信號每一周期掃描 4 個背電 極中的一個。由于背電極的驅動信號只在主驅動器 MC 發(fā)生，所以主從驅動 器必須同步工作。同步信號由主驅動器的貞同步輸出端 FS OUT 輸出，接到 所有從驅動器的貞同步輸入端 FS IN。每掃描完一個周期，主驅動器即發(fā)一 次幀同步信號，并且在這時更新顯示寄存器的內(nèi)容。 基于 LCD 顯示塊低功耗、短響應時間以及適應低頻工作的特點，設計 者選用 LCD 顯示器完成顯示部分的功能。 結結 論論 本文對單片機用于轉速測量的理論、原理進行了系統(tǒng)的分析、比較，并 對每種測量方法定性、定量的予以闡述，設計了顯示接口電路和應用程序。 以

52、下從四個方面進行總結: 硬件電路 單片機用于轉速測量種類較多，方法各有不同，在硬件設計上根據(jù)使用 場合、功能和要求，采用的電路也有差異，單片機有用 80C51 系列的 80C31、80C51 等，并對其進行擴展。本系統(tǒng)采用 80C51 單片機，充分利用 單片機內(nèi)部自帶的 16 位定時計數(shù)器進行設計，較完全的開發(fā)了單片機自身 的功能，接口利用了 80C51 的 P2 口具有較大的電流驅動能力的特點，未擴 展驅動芯片，直接由單片機驅動，簡化了硬件電路。有一定的實用價值和較 高的性價比，可用于工業(yè)控制中的轉速檢測、民用電器及其他應用。 測量方法 在測量原理上采用先進的 M 的測量方法，保證了高轉速的測量中獲得較 高的精度。應用范圍廣泛，可通過擴展進行二次開發(fā)。 程序調(diào)試 本系統(tǒng)進