畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的轉(zhuǎn)速測量的研究與設(shè)計

1、武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 i 摘摘 要要 在工程實踐中，經(jīng)常碰到需要測量轉(zhuǎn)速的場合，而單片 機作為一款性價比很高的微控制器在測速系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用。 首先 ，本文敘述了單片機測量轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)構(gòu)成及轉(zhuǎn)速測量的 幾種常用方法 。其次， 介紹了一種基于89c51 單片機 的電 動 機測速系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用霍爾傳感器產(chǎn)生 脈沖信號，通過定 時算法程序，將轉(zhuǎn)速結(jié)果實時顯示出來。最后， 對測量指標(biāo) 進行了分析、比較并提出改進方案。 關(guān)鍵詞： 單片機；轉(zhuǎn)速測量；霍爾 傳感器 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 ii 目目 錄錄 摘 要.i 目 錄 .ii

2、 第一章 緒論.1 1.1 關(guān)于單片機測控系統(tǒng).1 1.2 數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的發(fā)展背景 .2 1.3 課題主要內(nèi)容和存在的問題及研究目的和意義.3 1.3.1 課題研究目的和意義.3 1.3.2 研究的主要內(nèi)容.3 1.3.3 需解決的問題.3 第二章 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量原理.4 2.1 轉(zhuǎn)速的測量原理.4 2.2 轉(zhuǎn)速的測量方法.5 2.2.1 測頻法“m 法”.5 2.2.2 測周期法“t 法”.6 2.2.3 測頻測周法 m/t 法.7 2.3 誤差和精度分析.7 2.3.1 “m 法”測量誤差分析 .7 2.3.2 “t 法”測量誤差分析 .8 2.3.3 “m/t 法”測量誤差分

3、析.9 第三章 電機轉(zhuǎn)速測量電路設(shè)計.10 3.1 硬件電路設(shè)計.10 3.2 電路工作原理分析.11 第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計.15 4.1 程序設(shè)計.15 4.1.1 工作方式及控制字設(shè)置.16 4.2 結(jié)果分析和有待解決的問題 .19 結(jié)論.21 致謝.22 參考文獻.23 附錄 1 原理圖.24 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 1 第一章第一章 緒論緒論 1.1 關(guān)于單片機測控系統(tǒng) 目前，隨著芯片技術(shù)及單片機功能的不斷發(fā)展和成熟，單片 機技術(shù)已經(jīng)在 工業(yè)控制系統(tǒng) 中得到廣泛的應(yīng)用。 如氣輪機電 液調(diào)節(jié)系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)等。典型的應(yīng)用系統(tǒng)是單片機要完成工 業(yè)測控功能所

4、必須具備的硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，它包括系統(tǒng)擴展和系 統(tǒng)配置兩部分內(nèi)容。 單片機測控系統(tǒng)組成框圖如 1-1 所示， 整個系統(tǒng)由基本部分 （鍵盤、顯示器配置 ）和測控增強部分 （傳感器接口與伺服驅(qū)動控制接口）構(gòu)成。 圖 1-1 單片機測控系統(tǒng)組成框圖 對于數(shù)字量（頻率、周期、相位、計數(shù)）的采集后可通過 i/o 口輸入，數(shù)字脈沖可直接作為計數(shù)輸入、測試輸入、 i/o 口輸入或中斷源輸入進行事件計數(shù)、定時計數(shù)、實現(xiàn)脈沖的 頻率、相位及計數(shù)測量。對于模擬量的采集，則應(yīng)通過a/d 變換后送入總線口， i/o 口或擴展 i/o 口，并配以相應(yīng)的 a/d 轉(zhuǎn)換控制信號及地址線。對于開關(guān)量的采集則一般通過 i/o 口或

5、擴展 i/o 口線。應(yīng)用系統(tǒng)可根據(jù)任何一種輸入條件或 內(nèi)部運行結(jié)果進行輸出控制。開關(guān)量輸出控制有時序開關(guān)、邏 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 2 輯開關(guān)、信號開關(guān)陣列等，通常，這些開關(guān)量也是通過i/o 口或擴展 i/o 口輸出。模擬量的輸出常為伺服驅(qū)動控制，控制 輸出通過 d/a 變換后送入伺服驅(qū)動電路。與上位機進行通訊 的 rs232，rs485 串行口、微型打印機等常規(guī)外設(shè)為純數(shù)字信 號大都可直接與單片機的數(shù)據(jù)線或通訊口相連，其標(biāo)準(zhǔn)性和通 用性很強，應(yīng)用十分方便。 1.2 數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的發(fā)展背景 目前國內(nèi)外測量電機轉(zhuǎn)速的方法有很多，按照不同的理論方 法，先

6、后產(chǎn)生過模擬測速法（如離心式轉(zhuǎn)速表，用電機轉(zhuǎn)矩或 者電機電動勢計算所得） ，通風(fēng)部測速法（如機械式或閃光式 頻閃式測速儀）以及計數(shù)測速法。計數(shù)測速法有可分為機械式 定時計數(shù)法或電子式定時計數(shù)法。傳統(tǒng)的電機轉(zhuǎn)速檢測多采用 測速發(fā)電機或光電數(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、低噪音、高分辨率和高 精度的優(yōu)點。加之激光光源、光柵、光學(xué)碼盤、ccd 器件、 光導(dǎo)纖維等相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用，使得光電傳

7、感器在檢測和控 制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。而采用光電傳感器的電機轉(zhuǎn)速測量系 統(tǒng)測量準(zhǔn)確度高、采用速度快、測量范圍寬和測量精度與被測 轉(zhuǎn)速無光等優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 3 1.3 課題主要內(nèi)容和存在的問題及研究目的和意義 1.3.1 課題研究目的和意義課題研究目的和意義 在工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合，例如 在發(fā)動機、電動機、卷揚機、機床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的實驗、運 轉(zhuǎn)和控制中，常常需要分時或連續(xù)測量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時 轉(zhuǎn)速。要測速，首先要解決的采樣問題。在使用測速表時， 常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸與待測軸相

8、連， 測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。為了能精確地測 量轉(zhuǎn)速外，還要保證測量的實時性，即要求能測得瞬時轉(zhuǎn)速 。 因此轉(zhuǎn)速的測試具有重要的意義。 1.3.2 研究的主要內(nèi)容研究的主要內(nèi)容 1.詳細分析轉(zhuǎn)速的測量理論，對轉(zhuǎn)速的周期測量法“t” 法、頻率測量法 “m”法以及周期頻率 “m/t”測量法，三種 具體測量方法的轉(zhuǎn)速計算、各自的測量精度和誤差進行闡述。 定性地比較三種方法所針對的轉(zhuǎn)速特征，分析高、中、低轉(zhuǎn)速 情況下各自的適用狀況，從而，在保持一定的測量精度情況下， 應(yīng)用 “m”法，說明轉(zhuǎn)速測量原理。 2.根據(jù)單片機系統(tǒng)的設(shè)計原則，對電動機 提出測量方案， 構(gòu)建硬件系統(tǒng) 。同時分析接口電

9、路，顯示轉(zhuǎn)速。 3. 根據(jù) 設(shè)計 要求 對單片機定時 /計數(shù)器進行設(shè)置，設(shè)計和 說明定時 /計數(shù)器在 “m”法測量中的作用和使用方法，用 c 語言編制程序，包括主程序流程，顯示中斷程序流程。 1.3.3 需解決的問題需解決的問題 1單片機在系統(tǒng)運行過程中，中斷設(shè)置問題 2系統(tǒng)硬件電路制作，調(diào)試。 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 關(guān)于單片機的轉(zhuǎn)速原理的研究與設(shè)計 4 第二章第二章 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量原理基于單片機的轉(zhuǎn)速測量原理 2.1 轉(zhuǎn)速的測量原理 轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個參數(shù)， 而隨著大規(guī)模及 超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字測量系統(tǒng)得到普遍應(yīng)用， 利用單片機對脈沖數(shù)字信號的強大處理能力，應(yīng)用

10、全數(shù)字化的 結(jié)構(gòu)，使數(shù) 字測量系統(tǒng)的越來越普及。在測量范圍和測量精度 方面都有極大的提高。轉(zhuǎn)速的測量方法有很多，由于轉(zhuǎn)速是以 單位時間內(nèi)的轉(zhuǎn)速來衡量的，所以本文采用霍爾元器件測量轉(zhuǎn) 速。 霍爾 器件是有半導(dǎo)體材料制成的一種薄片，其長為l，寬 為 b，厚度為 d。若在垂直于薄片方向（即沿厚度d 的方向） 施加外磁場，在沿長為l 的方向的兩端面加外電場，則其內(nèi) 部會有一定的電流通過。由于電子在磁場中運動，所以將受到 一個洛侖茲力，其大小為： f=qvb, 式中 ：f 為洛倫茲力； q 為載流子電荷， v 為載流子運動速度， b 為磁感應(yīng)強度。 由于受洛倫茲力，電子的運動方向軌跡將發(fā)生偏移，在霍 爾

11、元器件薄片的兩個側(cè)面分別產(chǎn)生電茲積聚或電荷過剩，形成 霍爾電場 。在霍爾器件兩個側(cè)面間形成的電位差為霍爾電壓， 其大小為： u=rbi/d 式中： r 為霍爾常數(shù) ，i 為控制電流。設(shè)k=r/d,它稱為霍爾 器件的靈敏系統(tǒng)， 表示該霍爾元件在單位磁感應(yīng)強度和單位控 制電流下輸出霍爾電動勢的大小。若控制電流保持不變，則霍 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 關(guān)于單片機的轉(zhuǎn)速原理的研究與設(shè)計 5 爾感應(yīng)電壓將隨外界磁場強度而變化。根據(jù)這一原理，可將一 塊永久磁鋼固定在電動機轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)盤的邊沿，轉(zhuǎn)盤隨被轉(zhuǎn)軸旋 轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤附近安裝一個霍爾元件， 電機旋轉(zhuǎn)時，霍爾元件受到磁鋼所產(chǎn)生的磁場影響，故可

12、輸 出脈沖信號，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比，測出霍爾元器件輸出的脈 沖周期或頻率即可計算出轉(zhuǎn)速。 2.2 轉(zhuǎn)速的測量方法 2.2.1 測頻法測頻法“m 法法” 在一定測量時間t 內(nèi)，測量脈沖發(fā)生器 產(chǎn)生的脈沖數(shù) m1 來測量轉(zhuǎn)速。 如圖 2-1 所示： t m1 2-1“m”法測量轉(zhuǎn)速脈沖 設(shè)在時間 t 內(nèi)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)為x ，則的轉(zhuǎn)速 n 可由 下式表示。 (2-1) t x n 2 60 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)x ,可用下式所示 （2-2） p m x 1 2 將(2-1)式代入 (2-2)式，得轉(zhuǎn)速 n 的表達式為： 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 關(guān)于單片機的轉(zhuǎn)速原理的研究與設(shè)計 6 （2-3） pt m

13、 n 1 60 -轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn) /分） n -定時時間單位：（秒） t 2.2.2 測周期法測周期法“t 法法” 轉(zhuǎn)速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度tp 來決 定。如圖 2-2 所示： m2 tp 輸入脈沖 時基脈沖 圖 2-2 “t”法脈寬測量 tp通過定時器測得。定時器對時基脈沖(頻率為 fc)進行計數(shù) 定時，在 tp內(nèi)計數(shù)值若為 m2，則計算公式為： （2- p pt n 60 4） 即： （2- 2 60 pm f n c 5） -為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)。 p -為硬件產(chǎn)生的基準(zhǔn)時鐘脈沖頻率單位hz。 c f -轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn) /分） 。 n -時基脈沖。 2 m 武漢大學(xué)本

14、科畢業(yè)論文 關(guān)于單片機的轉(zhuǎn)速原理的研究與設(shè)計 7 2.2.3 測頻測周法測頻測周法 m/t 法法 所謂測頻測周法，即是綜合了“t”法和 “m”法分別對高、 低轉(zhuǎn)速具有的不同精度，利用各自的優(yōu)點而產(chǎn)生的方法，精度 位于兩者之間。 如圖 2-3 所示 。 tc td a b c m1 m2 圖 2-3“m/t”法定時 /計數(shù)測量 轉(zhuǎn)速計算如下：設(shè)高頻脈沖的頻率為fc，脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)發(fā) 出 p 個脈沖，由式（ 2-2）和（ 2-5）可得 m/t 法轉(zhuǎn)速計算公 式為： （2-6） 2 1 60 pm mf n c -轉(zhuǎn)速值。單位：（轉(zhuǎn) /分） 。 n -晶體震蕩頻率。單位hz。 fc -輸入脈沖數(shù)，反

15、映轉(zhuǎn)角。 1 m -時基脈沖數(shù)。 2 m 2.3 誤差和精度分析 2.3.1 “m 法法”測量誤差分析測量誤差分析 由轉(zhuǎn)速 公式： 給出 pt m n 1 60 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 關(guān)于單片機的轉(zhuǎn)速原理的研究與設(shè)計 8 因定時時間和輸入脈沖不能保證嚴格同步，以及在t 內(nèi) 能否正好測量外部脈沖的完整周期個數(shù)，所以m1可能產(chǎn)生一 個脈沖的 量化誤差，故轉(zhuǎn)速變化： （2-7） ptpt m pt m n 6060) 1(60 11 nn 其相對誤差為： （2- 1 1 mn n 8） （2- 60 1 npt m 9） (2-10) npt 160 -相對誤差。 -加入一個脈沖后的轉(zhuǎn)速值。 n -

16、誤差。 n 由（ 2-10）式可知， 隨轉(zhuǎn)速 n 增大而減小，因此，這種 方法適合于高速測量，當(dāng)轉(zhuǎn)速越低，產(chǎn)生的誤差會越大。 2.3.2 “t 法法”測量誤差分析測量誤差分析 因 m1的量化誤差也是1 個脈沖，故引起的轉(zhuǎn)速變化也可以 由下式給出： （2- nn mpm f pm f mp f n ccc ) 1( 6060 ) 1( 60 2222 11） 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 關(guān)于單片機的轉(zhuǎn)速原理的研究與設(shè)計 9 其相對誤差為： （2-12） 1 160 1 1 1 2 np f mn n c 所以由（ 2-12）式可知， 隨轉(zhuǎn)速減小而減小。因此，這 種方法適合于低速測量，轉(zhuǎn)速增高，誤差增大

17、。 2.3.3 “m/t 法法”測量誤差分析測量誤差分析 由其測量原理可知。輸入計數(shù)脈沖和計數(shù)定時值在理論上是 嚴格同步的，因此，在理論上，m1（定時器的計數(shù)值）不考 慮誤差，由于實際啟動是由程序來控制的（系統(tǒng)應(yīng)采取由輸入 計數(shù)脈沖來同步），故可能會產(chǎn)生一個脈沖的量化誤差，因而， 轉(zhuǎn)速變化為： 其相對誤差為： (2-13) 由上式可知： 這種轉(zhuǎn)速測量方法的相對誤差與轉(zhuǎn)速n 無關(guān)，只與晶體振 蕩產(chǎn)生的脈沖有關(guān)，故可適合各種轉(zhuǎn)速下的測量。保證其測量 精度的途徑是增大定時時間t，或提高時基脈沖的頻率fc。 因此，在實際操作時往往采用一種稱變m/t 的測量方法，即 所謂變 m/t 法，在 m/t 法的

18、基礎(chǔ)上，讓測量時間tc 始終等 于轉(zhuǎn)速輸入脈沖信號的周期之和。并根據(jù)第一次的所測轉(zhuǎn)速及 時調(diào)整預(yù)測時間tc，兼顧高低轉(zhuǎn)速時的測量精度。 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 10 第三章第三章 電機轉(zhuǎn)速測量電路設(shè)計電機轉(zhuǎn)速測量電路設(shè)計 3.1 硬件電路設(shè)計 一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計應(yīng)包含有兩個部分內(nèi)容： 第一是系統(tǒng)擴展，即當(dāng)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(yīng)用系統(tǒng)要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè) 計相應(yīng)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(shè)備，如鍵 盤、顯示器、打印機、 d

19、/a、a/d 轉(zhuǎn)換器等，并設(shè)計相應(yīng)的接 口電路。因此，系統(tǒng)的擴展和配置應(yīng)遵循下列原則： 盡可能選擇典型電路，并符合單片機的常規(guī)用法。 系統(tǒng)的擴展與外圍設(shè)備配置應(yīng)滿足系統(tǒng)功能的要求，并 留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，以便進行二次開發(fā)。 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)與應(yīng)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(yīng)時間比硬件長。 單片機外接電路較多時，應(yīng)考慮其驅(qū)動能力，減少芯片 功耗，降低總線負載。 根據(jù)上述原則，設(shè)計系統(tǒng)。如圖 3-1 所示： 圖 3-1 單片機系統(tǒng)測量轉(zhuǎn)速原理框圖 霍爾元件：選用開關(guān)型集成元件ugn3019,對信號 進行 采樣 。 武漢大學(xué)

20、本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 11 整形電路：采用斯密特觸發(fā)器。 單片機：選用 89c51，對信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速實際值。 led 顯示：本文采用4 位共陰極數(shù)碼管顯示。 3.2 電路工作原理分析 本系統(tǒng)單片機采用atmel 公司生產(chǎn)的 89c51 作為主控制器， 用霍爾 傳感器作為脈沖發(fā)生器，用 4 位 led 數(shù)碼管作為顯示。 1霍爾 傳感器 霍爾 傳感器 是應(yīng)用非常廣泛的一種器件，本文采用開關(guān)型 集成元件 ugn3019,它將電流源，霍爾元件，待溫度補償?shù)牟?動放大電路以及斯密特等電路集成在一起，基本原理是霍爾 效應(yīng)片產(chǎn)生的電勢由 差分放大器進行放大，隨后被送進斯密特 觸

21、發(fā)器。當(dāng)霍爾元件的感磁面受到一個小于霍爾器件的磁場工 作點 bop時，差動放大器的輸出電壓不足以開啟斯密特觸發(fā)器， 驅(qū)動管 截止，霍爾器件處于關(guān)態(tài)，輸出為高電平。當(dāng)受到一 個上升磁場 ，強度超過工作點bop時， 霍爾元件導(dǎo)通，輸出 低電平。因此，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，霍爾元件輸出連續(xù)脈沖信號，然后 輸入 單片機 進行 信號處理。 ugn3019 的測量接線如圖3-2 所示。將一非磁性圓盤固定 在轉(zhuǎn)軸上，周圍用環(huán)氧樹脂粘貼塊狀磁鋼，磁鋼采用永久磁鐵 分割成小磁塊（其磁力較強） ，霍爾元件固定在距磁塊1-3 mm 處。傳感器采用12v 直流電源，輸出端接1k 上拉電阻。 為了防止 cpu 輸入電壓過高和可能產(chǎn)

22、生峰值電壓，輸出端接5v 穩(wěn)壓管進行限制電位，輸出信號直接進單片機外部計數(shù)器， 即 p3.5,給單片機一個計數(shù)脈沖 進行采集處理。 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 12 圖 3-2 ugn3019 測量接線圖 圖 3-3 復(fù)位電路 2復(fù)位 電路 89c51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)，通常采用上電復(fù) 位和按鈕復(fù)位兩種方式，本文采用最簡單的上電復(fù)位電路，其 電路如圖 3-3 示。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充 電實現(xiàn) 的，當(dāng)電源接通時只要vcc 的上升時間不超過1 毫秒 ， 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 13 就可以實現(xiàn)自動上

23、電復(fù)位。 3時鐘電路 89c51 單片機芯片內(nèi)部設(shè)有一個由反相放大器所構(gòu)成的振 蕩器。 19 腳（ xtal1）為振蕩器的反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生 器的輸入端， 18 腳（ xtal2）為振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘 發(fā)生器的輸出端。在xtal1 和 xtal2 引腳上外接定時元器件， 內(nèi)部振蕩器電路就會產(chǎn)生自激震蕩。本系統(tǒng)采用的定時元器 件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路，晶振頻率為 12mhz,電容大小為 22p,電容的大小可以起到頻率微調(diào)的作用， 時鐘電路如圖 3-4。 圖 3-4 時鐘電路 4數(shù)碼顯示電路 led 又稱數(shù)碼管，它主要有8 段發(fā)光二極管組成的不同組 合，可以顯示 ag 為

24、數(shù)字和字符顯示段 ,h 段為小數(shù)點顯示。 點亮 led 顯示器有兩種方式：一是靜態(tài)顯示，二是動態(tài)顯示。 本文采用 4 位 led 動態(tài)顯示電路如圖3-5。 圖 3-5 4 位動態(tài) led 顯示電路 5.測速系統(tǒng)仿真 proteus 軟件不僅 具有其它 ead 工具軟件的仿真功能， 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 14 還能仿真單片機及外圍器件。它是目前較好的仿真單片機及 外圍器件的工具。該測速系統(tǒng)的 proteus 仿真原理圖如圖 3-6 所示。 圖 3-6 電機測速系統(tǒng) proteus 仿真原理圖 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 15

25、第四章第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計系統(tǒng)程序設(shè)計 4.1 程序設(shè)計 本系統(tǒng)采用 89c51 中 t0 定時器和 t1 計數(shù)器配合使用對 轉(zhuǎn)速脈沖定時計數(shù)。計數(shù)器t1 工作于計數(shù)狀態(tài)對外部脈沖進 行計數(shù)； t0 工作為定時器方式每次定時10ms。本設(shè)計程序 編程的思想就是在給定的10ms 之內(nèi)，用 單片機自帶的計數(shù)器 t1 對外部脈沖進行計數(shù)。主程序的流程如圖4-1 所示。 圖 4-1 主程序流程圖 主程序部分程序如下： void mian( ) uintnum10=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 16

26、 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x79; uint i,j,mm; tmod=0 x51; /t0 工作為定時方式， t1 為計 數(shù)方式 th0=（65536-10000）/256; tl0=（65536-10000）%256; th1=0; tl1=0; ea=1; /啟動外部中斷 0 tr0=1; /t0 開始定時 et1=1; /允許 t1 中斷 ea=1; /開中斷 4.1.1 工作方式及控制字設(shè)置工作方式及控制字設(shè)置 1t0 定時中斷程序設(shè)計 t0 定時中斷流程圖如4-2 所示。 圖 4-2 t0 定時中斷流程圖 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究

27、與設(shè)計 17 t0 定時中斷部分程序： void time0()interrupt1 /定時 10ms ea=0; et0=0; tr0=0; th0=216; tl0=240; buf_min+; ea=1; et0=1; tr0=1; 2計數(shù)器 t1 本系統(tǒng)設(shè)計中， t1 被用于計數(shù)，我們當(dāng)然希望計數(shù)量大為 好，這樣，可以獲得較大的測量范圍，因此，t1 定為工作方 式 1（16 位的計數(shù)方式），設(shè)計中，沒有使用外部控制端，僅 用指令置位 /清零 tr1 來進行計數(shù)的啟動 /停止，這樣，電路 較為簡單。本系統(tǒng)t1 用自由計數(shù)方式，不用預(yù)置初值。 3定時 /計數(shù)器的方式控制字 定時 /計數(shù)器的

28、方式控制字tmod，其地址為 89h，復(fù)位值 00h，不可位尋址。其8 位控制 內(nèi)容如下表 ： 表 4-1 gatec/tm1m0gatec/tm1m0 t1t0 根據(jù)前面的描述 要求， 確定 tmod 的控制字應(yīng)為 0 x51。 4定時 /計數(shù)控制寄存器tcon 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 18 tcon 地址 88h，可進行位尋址，復(fù)位值00h。 表 4-2 tf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it0 tf0、tf1 分別為定時器 t0 和計數(shù)器 t1 的溢出標(biāo)志位， tf0 和 tf1 在正常情況下，都沒有溢出標(biāo)志，只有當(dāng)計數(shù)值或 定時值超過 655

29、36 時，才能有溢出中斷請求，這兩位是由硬件 置位和硬件清零，不需另行設(shè)置。可在t0 和 t1 的溢出中斷 服務(wù)程序中，以供使用。tr1、tr0 分別用于開啟 t1 和 t0 的開關(guān)位，其中tr0 由系統(tǒng)開啟時，直接置位，打開t0， 開始定時，經(jīng)運行判斷后，打開tr1。 5顯示部分程序 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，為了節(jié)省i/o 端口，本文 采用動態(tài)顯示。 xian_shi() uchar qian,bai,shi,ge; mm=(th1*0 x100+tl1)*60； qian=mm/1000; bai=mm%1000/100; shi=

30、mm%100/10 ge=mm%10; p2=0 x10; p0=munqian; delay(50); p2=0; p2=0 x20; p0=munbai; 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 19 delay(50); p2=0; p2=0 x40; p0=munshi; delay(50); p2=0; p2=0 x80; p0=tablege; delay(50); p0=0; 4.2 結(jié)果分析和有待解決的問題 1結(jié)果分析 系統(tǒng)正常工作時， 理論誤 差約百 之一。但最后一位（個位） 顯示不穩(wěn)定，原因 是由于 m 法所存在的 1 的誤差，即由于 閘門啟 /閉與 信

31、號不同步而造成某次多計一個數(shù)或少計一個數(shù) 而造成的誤差， 那么，這就是由于m 法的固有缺陷而引起的 。 2有待解決的問題 （1）定時和計數(shù)同步問題 由于本系統(tǒng)的對外來計數(shù)采用軟件打開計數(shù)器的，因此定時 和計數(shù)存在不同步問題，相差指令周期及一個脈沖的誤差，這 將給轉(zhuǎn)速產(chǎn)生一定的誤差，解決的方法有如下幾種想法： 用硬件即加一個d 觸發(fā)器外部計數(shù)的同時開啟定時，關(guān) 閉時，利用一回復(fù)信號，停止定時器的工作，這種方法 實時性高，開啟和關(guān)閉還有防止誤觸發(fā)和抗干擾功能， 只是增加了硬件的復(fù)雜程度。 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 20 利用外部中斷的方式來同步。定時和計數(shù)，這種方法簡 單可行，仍然有執(zhí)行指令的延時但對大部分應(yīng)用場合都 可以使用。 （2）該設(shè)備放在生產(chǎn)車間，干擾較嚴重，經(jīng)常使程序出現(xiàn) “跑飛 ”現(xiàn)象。為此需采取一些抗干擾措施，如具有自復(fù)位 （看門狗）功能。 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 21 結(jié)論結(jié)論 本文對 基于 單片機 轉(zhuǎn)速測量 的方法 進行了系統(tǒng)的分析， 采用單片機技術(shù)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測量，