基于單片機(jī)的數(shù)字測(cè)速儀設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 工學(xué)院鹿山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：基于單片機(jī)的數(shù)字測(cè)速儀設(shè)計(jì)系 別：專業(yè)班級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：職 稱：二一一 年 五 月 二十五 日31 / 34摘 要轉(zhuǎn)速是各類電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的一個(gè)重要監(jiān)測(cè)量，測(cè)速裝置在機(jī)車控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位。本文介紹了一種基于AT89C51單片機(jī)的光電傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用對(duì)射式光電傳感器產(chǎn)生與齒輪相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，使用AT89C51單片機(jī)采樣脈沖信號(hào)并計(jì)算每分鐘脈沖信號(hào)的數(shù)目，即電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速值，最終系統(tǒng)通過(guò)LCD實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。經(jīng)過(guò)軟硬件系統(tǒng)的搭建，本系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用。系統(tǒng)在降低測(cè)速器成本，提高測(cè)速穩(wěn)定性與可

2、靠性等方面有一定價(jià)值，具有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速測(cè)量；單片機(jī)；光電傳感器ABSTRACTRotational Speed is an important parameter for motor.The speed detector is improtant that locomotive of Control System. A photoelectric speed measuring system which based on the MCU of AT89C51 was designed in this paper. The opposite-type photoelectric

3、were used to generate pulse signal corresponding to the gears. The AT89C51 was used to sample the pulse signal and calculate the amount of the pulse signal per minute which is the value of the motor speed. The value of the motor will be displayed real-time by LCD. Through the hardware and the softwa

4、re implementing, the system meets the design demands. Its simple and practical. It will have a broad prospects because of reducing the cost of the speed detector and improving the stability and reliability of measurement .Keywords: Speed Measurement ；SCM；Photoelectric目錄摘 要IABSTRACTII第1章 緒論11.1 課題背景意

5、義11.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量方法現(xiàn)狀11.3 設(shè)計(jì)任務(wù)與方案2第2章 系統(tǒng)器件介紹32.1 AT89C51單片機(jī)32.1.1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)42.1.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制52.1.3 中斷控制62.2 光電傳感器72.2.1 光電開(kāi)關(guān)的工作原理72.2.2 光電開(kāi)關(guān)的分類72.2.3 光電開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)82.3 字符型顯示芯片LCD160292.3.1 LCD1602主要特性92.3.2 LCD1602引腳定義9第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)113.1 測(cè)速信號(hào)采集與其處理113.1.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理113.1.2 檢測(cè)裝置安裝113.1.3 信號(hào)處理電路123.1.4 同步控制電路133.2 單片機(jī)處理電

6、路設(shè)計(jì)143.2.1 復(fù)位電路143.2.2 定時(shí)器與計(jì)數(shù)器的設(shè)置153.3 顯示部分15第4章 軟件設(shè)計(jì)174.1 編程語(yǔ)言的選用174.2 程序設(shè)計(jì)流程圖18第5章 系統(tǒng)仿真與電路實(shí)現(xiàn)225.1 系統(tǒng)仿真225.1.1 程序編譯225.1.2 電路仿真225.2 仿真效果235.2.1 信號(hào)處理電路仿真結(jié)果235.2.2 整體仿真結(jié)果24本文總結(jié)26參考文獻(xiàn)27致 28第1章 緒論1.1 課題背景意義轉(zhuǎn)速是能源設(shè)備與動(dòng)力機(jī)械性能測(cè)試中的一個(gè)重要的特性參量，因?yàn)閯?dòng)力機(jī)械的許多特性參數(shù)是根據(jù)它們與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系來(lái)確定的，例如壓縮機(jī)的排氣量、軸功率、燃機(jī)的輸出功率等等，而且動(dòng)力機(jī)械的振動(dòng)、管道氣

7、流脈動(dòng)、各種工作零件的磨損狀態(tài)等都與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。光電傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電量，也可用來(lái)檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。1.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量方法現(xiàn)狀目前國(guó)外常用的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法有離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)速法、測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速法、閃光測(cè)速法、光電碼盤(pán)測(cè)速法和霍爾元件測(cè)速法。(1) 離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)速法離心式轉(zhuǎn)速表是利用離心原理制成的測(cè)速儀表，可以直接讀出轉(zhuǎn)速。測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速表的端頭要插入電機(jī)轉(zhuǎn)軸的中心孔，插入前，應(yīng)注意清除中心孔中的油污，并使轉(zhuǎn)速表的軸與電機(jī)的軸保持同心，不

8、可上下左右偏斜，否則易將表軸扭壞，并影響準(zhǔn)確讀數(shù)，而且轉(zhuǎn)速表要間歇使用，以減少磨損和發(fā)熱。如果要改變量程，還要將轉(zhuǎn)速表取出停轉(zhuǎn)后再改變量程。(2) 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速法測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)連接到被測(cè)電機(jī)的軸端，將被測(cè)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號(hào)輸出E=CeFn，在輸出端接一個(gè)刻度以轉(zhuǎn)速為單位的電壓表，即可讀出轉(zhuǎn)速。(3) 閃光測(cè)速法閃光測(cè)速法是利用可調(diào)脈沖頻率的專用電源施加于閃光燈上，將閃光燈的燈光照到電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分(可在電機(jī)端軸上粘貼一標(biāo)記紙片)，當(dāng)調(diào)整脈沖頻率使黑色扇形片靜止不動(dòng)時(shí)，此時(shí)脈沖的頻率是與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速是同步的。若脈沖頻率為f，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n=60f(rmin) 。(4)

9、 光電碼盤(pán)測(cè)速法光電碼盤(pán)測(cè)速法是通過(guò)測(cè)出轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率或周期來(lái)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種無(wú)接觸測(cè)速法。光電碼盤(pán)安裝在轉(zhuǎn)子端軸上，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，光電碼盤(pán)也跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，如果有一個(gè)固定光源照射在碼盤(pán)上，則可利用光敏元件來(lái)接收到的光的次數(shù)就是碼盤(pán)的編碼數(shù)。若編碼數(shù)為60，測(cè)量時(shí)間為t，測(cè)量到的脈沖數(shù)為N，則n=N/t。(5) 霍爾元件測(cè)速法霍爾元件測(cè)速法是利用霍爾開(kāi)關(guān)元件測(cè)轉(zhuǎn)速的?；魻栭_(kāi)關(guān)元件含穩(wěn)壓電路、霍爾電勢(shì)發(fā)生器、放大器、施密特觸發(fā)器和輸出電路。輸出電平與TTL電平兼容，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上裝一個(gè)圓盤(pán)，圓盤(pán)上裝若干對(duì)小磁鋼，小磁鋼越多，分辨率越高，霍爾開(kāi)關(guān)固定在小磁鋼附近，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每當(dāng)一個(gè)小磁鋼轉(zhuǎn)過(guò)霍

10、爾開(kāi)關(guān)，霍爾開(kāi)關(guān)便輸出一個(gè)脈沖，計(jì)算出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，即可確定旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。在這五種測(cè)速方法中，離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)速法和測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速法所用的都是現(xiàn)成的測(cè)速儀表，容易得到。但轉(zhuǎn)速表或測(cè)速機(jī)都要與電機(jī)同軸連接，一方面增加了電機(jī)機(jī)組安裝難度，另一方面有些微電機(jī)功率很小，轉(zhuǎn)速表或測(cè)速機(jī)消耗的功率占了微電機(jī)大部分，更有甚者微電機(jī)甚至拖不動(dòng)這些儀表，所以對(duì)微特電機(jī)的測(cè)速，這二種方法不適用?；魻栐y(cè)速法和光電碼盤(pán)測(cè)速法的測(cè)速方法基本類似，都是在轉(zhuǎn)軸上裝一個(gè)很輕巧的傳感器，將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)通過(guò)磁(霍爾元件)或光(光電碼盤(pán))轉(zhuǎn)換為電脈沖，從而通過(guò)計(jì)算電脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)測(cè)速。閃光測(cè)速法目前實(shí)際應(yīng)用不廣泛，主要是光源

11、的問(wèn)題。本課題設(shè)計(jì)采用光電碼盤(pán)測(cè)速法。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)與方案本文針對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，以單片機(jī)為核心對(duì)光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，從而測(cè)得電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后用LCD把電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示出來(lái)。即通過(guò)光電開(kāi)關(guān)將電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成0，1的數(shù)字量，只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個(gè)或固定的多個(gè)脈沖，并將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)數(shù)和計(jì)算，就可獲得轉(zhuǎn)速的信息。系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)處理系統(tǒng)、直流電機(jī)、光電轉(zhuǎn)換、放大電路和單穩(wěn)整形電路、顯示系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成，如圖1.1:圖1.1 系統(tǒng)組成框圖第2章 系統(tǒng)器件介紹2.1 AT89C51單片機(jī)引腳功能 圖2.1 AT89C51引腳圖VCC : 電源GND : 地

12、P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有部上拉電阻。在 flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個(gè)具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫(xiě)“1”時(shí)，部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1

13、.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2 口：P2 口是一個(gè)具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫(xiě)“1”時(shí)，部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的部上拉發(fā)送1。在使用8

14、位地址（如MOVX RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3 口：P3 口是一個(gè)具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫(xiě)“1”時(shí)，部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。引腳號(hào)第二功能如表2-1。表2-1P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.

15、2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0（定時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器1外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。EA/VPP:訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。

16、XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。2.1.1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成。TMOD是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動(dòng)和停止與設(shè)置溢出標(biāo)志。定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖2.2所示： 圖2.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)2.1.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制AT89C51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)特殊功能寄存器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式；TCON用于控制其啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)9。（1）工作方式寄存器TMOD工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。

17、其格式如下：表2-2 TOMD的格式位號(hào)D7D6D5D4D3D2D1D0符號(hào)GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定時(shí)器T1定時(shí)器T0GATE：門(mén)控位。GATE0時(shí)，以運(yùn)行控制位TRX(X=0，1)來(lái)啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器運(yùn)行；GATA1時(shí)，設(shè)置TR0或TR1為1，同時(shí)相對(duì)應(yīng)的外部中斷引腳也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；C/T計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位C/T=1時(shí)，選擇計(jì)數(shù)器模式，計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脈沖計(jì)數(shù)；C/T=0時(shí)，選擇定時(shí)器模式。M1M0：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進(jìn)行設(shè)置。表2-3 M1M0的格式M1 M

18、0工作方式功 能00工作方式013位計(jì)數(shù)器01工作方式116位計(jì)數(shù)器10工作方式2自動(dòng)再裝入8位計(jì)數(shù)器11工作方式3定時(shí)器0：分成兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器定時(shí)器1：停止計(jì)數(shù)（2）控制寄存器TCONTCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。其格式如下：表2-4 TCON的格式TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。T1計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動(dòng)清0。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢

19、測(cè)試的標(biāo)志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。TR1（TCON.6）：T1運(yùn)行控制位。TR1置1時(shí)，T1開(kāi)始工作；TR1置0時(shí)，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止。TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，其功能與TF1類同。TR0（TCON.4）：T0運(yùn)行控制位，其功能與TR1類同。2.1.3 中斷控制CPU對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以與某個(gè)中斷源的開(kāi)放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。表2-5 IE的格式IED7D6D5D4D3D2D10EAESET1EX1ET0EX0 EX0(IE.0)，外部中斷0允許位； ET0(I

20、E.1)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷允許位； EX1(IE.2)，外部中斷0允許位； ET1(IE.3)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷允許位； ES（IE.4)，串行口中斷允許位； EA (IE.7)， CPU中斷允許（總允許）位。2.2 光電傳感器目前，光電開(kāi)關(guān)已被用作物位檢測(cè)、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、速度檢測(cè)、定長(zhǎng)剪切、孔洞識(shí)別、信號(hào)延時(shí)、自動(dòng)門(mén)傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī)以與安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。此外，利用紅外線的隱蔽性，還可在銀行、倉(cāng)庫(kù)、商店、辦公室以與其它需要的場(chǎng)合作為防盜警戒之用。光電開(kāi)關(guān)把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達(dá)到探測(cè)的目的。由于光電開(kāi)關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離

21、的（即電緣絕），所以它可以在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用。光電傳感器具有線性度好、分辨率高、噪音小和精度高、無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)機(jī)械碰撞、響應(yīng)快、控制精度高，而且能識(shí)別色標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，在此我們選擇光電轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)速的檢測(cè)。2.2.1 光電開(kāi)關(guān)的工作原理本課題中使用的光電開(kāi)關(guān)是根據(jù)光敏二極管工作原理制造的一種感應(yīng)接收光強(qiáng)度變化的器件，當(dāng)它發(fā)出的光被目標(biāo)反射或阻斷時(shí)，則接收器感應(yīng)出相應(yīng)的電信號(hào)。它包含調(diào)制光源，由光敏元件等組成的光學(xué)系統(tǒng)、放大器、開(kāi)關(guān)或模擬量輸出裝置，其工作原理如圖2.3 所示。光電式傳感器由獨(dú)立且相對(duì)放置的光發(fā)射器和收光器組成。當(dāng)目標(biāo)通過(guò)光發(fā)射器和收光器之間并阻斷光線時(shí)，傳感器輸出信號(hào)。它是效率最高

22、、最可靠的檢測(cè)裝置。槽形（U形）光電開(kāi)關(guān)是對(duì)射式的變形，其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須調(diào)整光軸。圖2.3 光電傳感器原理圖2.2.2 光電開(kāi)關(guān)的分類（1）漫反射式光電開(kāi)關(guān)：它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，物體將光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開(kāi)關(guān)是首選的檢測(cè)模式（2）鏡反射式光電開(kāi)關(guān)：它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)反射鏡反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)且完全阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。（3）對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)：它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)

23、射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體為不透明時(shí)，對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)是最合適的檢測(cè)裝置（4）槽式光電開(kāi)關(guān)：它通常采用標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)量信號(hào)。槽式光電開(kāi)關(guān)比較適合檢測(cè)高速運(yùn)動(dòng)的物體，并且它能分辨透明與半透明物體,使用安全可靠（5）光纖式光電開(kāi)關(guān)：它采用塑料或玻璃光纖傳感器來(lái)引導(dǎo)光線，可以對(duì)距離遠(yuǎn)的被檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)。通常光纖傳感器分為對(duì)射式和漫反射式。 本文課題設(shè)計(jì)采用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)。2.2.3 光電

24、開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)MGK系列光電開(kāi)關(guān)是現(xiàn)代微電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是HGK系列紅外光電開(kāi)關(guān)的升級(jí)換代產(chǎn)品。與以往的光電開(kāi)關(guān)相比具有自己顯著的特點(diǎn)：（1）具有自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示功能，可與時(shí)告知工作狀態(tài)是否可靠；（2）對(duì)射式、反射式、鏡面反射式光電開(kāi)關(guān)都有防止相互干擾功能，安裝方便；（3）對(duì)ES外同步（外診斷）控制端的進(jìn)行設(shè)置可在運(yùn)行前預(yù)檢光電開(kāi)關(guān)是否正常工作。并可隨時(shí)接受計(jì)算機(jī)或可編程控制器的中斷或檢測(cè)指令，外診斷與自診斷的適當(dāng)組合可使光電開(kāi)關(guān)智能化；（4）響應(yīng)速度快，高速光電開(kāi)關(guān)的響應(yīng)速度可達(dá)到0.1ms，每分鐘可進(jìn)行30萬(wàn)次檢測(cè)操作，能檢出高速移動(dòng)的微小物體；（5）采用專用集成電路和先進(jìn)的SMT表面

25、安裝工藝，具有很高的可靠性；（6）體積?。ㄗ钚H203112mm）、重量輕，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，并具有短路保護(hù)功能。2.3 字符型顯示芯片LCD16022.3.1 LCD1602主要特性LCD1602為液晶顯示器。由于LCD的控制必須使用專用的驅(qū)動(dòng)電路，且LCD面板的接線需要采用特殊技巧，再加上LCD面板十分脆弱，因此一般不會(huì)單獨(dú)使用，而是將LCD面板、驅(qū)動(dòng)與控制電路組合成LCM模塊一起使用。LCM是一種很省電的電子設(shè)備，常被應(yīng)用于數(shù)字或單片機(jī)控制系統(tǒng)中，在全國(guó)大學(xué)生設(shè)計(jì)競(jìng)賽中使用頻率也很高。字符型1602LCM通常采用日立公司生產(chǎn)的控制器HD44780作為L(zhǎng)CM的控制芯片。字符型LCM的特點(diǎn)：（1

26、）具有字符型發(fā)生器ROM。可顯示192個(gè)5*7點(diǎn)陣字符，LCM顯示的數(shù)字和字母部分的碼值，剛好與ASCLL碼中的數(shù)字和字母一樣，所以在需要的顯示數(shù)字和字母時(shí)，只需要向LCM送入ASCLL碼即可。（2）具有64B的自定義字符RAM，可自行定義8個(gè)5*7點(diǎn)陣字符。（3）具有80B的數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)器。2.3.2 LCD1602引腳定義字符型1602LCM通常有16個(gè)引腳，也有少數(shù)有14個(gè)引腳，當(dāng)選用14個(gè)引腳的LCM時(shí)，該LCM沒(méi)有背光，1602型LCM的16個(gè)引腳定義如下：表2-6 LCD1602引腳定義引腳號(hào)符 號(hào)狀 態(tài)功 能1Vss電源地2Vdd+5V邏輯電源3V0液晶驅(qū)動(dòng)電源（用于調(diào)節(jié)對(duì)比度）

27、4RS輸入寄存器選擇（=1：數(shù)據(jù)；=0：指令）5R/W輸入讀、寫(xiě)操作選擇（=1：讀；=0：寫(xiě)）6E輸入使能信號(hào)7DB0三態(tài)數(shù)據(jù)總線（最低位LSB）8DB1三態(tài)數(shù)據(jù)總線9DB2三態(tài)數(shù)據(jù)總線10DB3三態(tài)數(shù)據(jù)總線11DB4三態(tài)數(shù)據(jù)總線12DB5三態(tài)數(shù)據(jù)總線13DB6三態(tài)數(shù)據(jù)總線14DB7三態(tài)數(shù)據(jù)總線（最高位MSB）15E1背光電源線16E2背光電源地線第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 測(cè)速信號(hào)采集與其處理本設(shè)計(jì)中采用對(duì)射式光電傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，反之打開(kāi)。可以制作一個(gè)遮光葉片，安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)

28、一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。 假設(shè)系統(tǒng)采用10個(gè)葉片，在一分鐘的產(chǎn)生了10000脈沖，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速就為1000r/min。圖3.1 信號(hào)采集示意圖3.1.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)中，電機(jī)轉(zhuǎn)速作為反饋量構(gòu)成閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)速測(cè)量的精度對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響是不言而喻的。光電碼盤(pán)是目前廣泛采用的測(cè)速手段。它具有精度高、線性度好的優(yōu)點(diǎn)。采用光電碼盤(pán)測(cè)速時(shí)，常用的測(cè)速方法有M法、T法和M/T法。其中M/T法兼顧高低轉(zhuǎn)速，是綜合性能最佳的一種。在此采用M/T測(cè)量法，其測(cè)量原理為，在固定的測(cè)量時(shí)間，計(jì)取轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)生的脈沖個(gè)數(shù)（即頻率），從而算出實(shí)際轉(zhuǎn)速。設(shè)固定的測(cè)量時(shí)間T （min），計(jì)數(shù)器計(jì)取的脈沖個(gè)

29、數(shù)m1，假定脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)輸出p個(gè)脈沖，對(duì)應(yīng)被測(cè)轉(zhuǎn)速為N（r/min），就可算出實(shí)際轉(zhuǎn)速值N = 60m1/ pT。本檢測(cè)裝置中發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)盤(pán)安裝在曲軸上，工作時(shí)傳感器輸出信號(hào)經(jīng)整形后可得到相應(yīng)的方波脈沖信號(hào)。3.1.2 檢測(cè)裝置安裝此檢測(cè)裝置按照發(fā)動(dòng)機(jī)上傳感器的實(shí)際安裝位置進(jìn)行安裝。如圖3.2，將信號(hào)盤(pán)固定在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上，光電轉(zhuǎn)速傳感器正對(duì)著信號(hào)盤(pán)。光電轉(zhuǎn)速傳感器接有4根導(dǎo)線，用于連接發(fā)光二極管和光敏三極管。測(cè)量頭由光電轉(zhuǎn)速傳感器組成，而且測(cè)量頭兩端的距離與信號(hào)盤(pán)的距離相等。測(cè)量用器件封裝后，固定裝在貼近信號(hào)盤(pán)的位置，當(dāng)信號(hào)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電元件即可輸出正負(fù)交替的周期性脈沖信號(hào)。信號(hào)盤(pán)

30、旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的脈沖數(shù)，等于其上的齒數(shù)。因此，脈沖信號(hào)的頻率大小就反映了信號(hào)盤(pán)轉(zhuǎn)速的高低。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是輸出信號(hào)的幅值與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，而且可測(cè)轉(zhuǎn)速圍大，一般為1r/s104 r/s以上，精確度高。圖3.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置3.1.3 信號(hào)處理電路由于電機(jī)每次轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，光線每次透過(guò)光電碼盤(pán)的小孔照射光傳感器都使光傳感器產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，但是因?yàn)楣怆娦盘?hào)較弱，而且產(chǎn)生的脈沖波形不整，所以會(huì)影響單片機(jī)對(duì)信號(hào)的處理。 圖3.3 信號(hào)處理電路光傳感器信號(hào)放大后的信號(hào)單穩(wěn)整形信號(hào)圖3.4 信號(hào)處理效果如圖3.3，Q1為光感三極管，當(dāng)無(wú)光源照射時(shí)，Q1工作在截止區(qū)（Q1截止），Q2工作在飽和區(qū)（Q2導(dǎo)通），555定時(shí)

31、器TR引腳為低電平；當(dāng)有光源照射時(shí)，Q1工作在飽和區(qū)（Q1導(dǎo)通），Q2工作在截止區(qū)（Q2截止），555定時(shí)器的TR引腳為5V電平。兩個(gè)三極管導(dǎo)通和截止過(guò)程產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)整形電路，整形為標(biāo)準(zhǔn)的方波脈沖并由Q端輸出。信號(hào)處理效果如圖3.4。該電路特點(diǎn)是只要輸入電壓達(dá)到三極管的工作電壓，通過(guò)三極管的導(dǎo)通和截止，保證了向555定時(shí)器輸入的波形在0-5V之間跳變，免去了對(duì)三極管放大電壓的計(jì)算。3.1.4 同步控制電路在計(jì)數(shù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)如圖3.5所示的脈沖丟失情況。第一個(gè)丟失的情況是由于開(kāi)始檢測(cè)時(shí)的脈沖寬度已經(jīng)小于機(jī)器周期T；第二個(gè)丟失的脈沖是由于脈沖的負(fù)跳變?cè)诙〞r(shí)之外。定時(shí)時(shí)間出現(xiàn)脈

32、沖丟失，將會(huì)引起測(cè)量精度的降低。為解決圖3.5的脈沖丟失現(xiàn)象，可以采用雙D觸發(fā)器與門(mén)控位GATE的配合使用實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)開(kāi)始和脈沖上升沿同步控制。如圖3.6。定時(shí) 定時(shí)時(shí)間輸入脈沖丟失 丟失圖3.5 脈沖丟失現(xiàn)象圖3.6 同步控制電路與單片機(jī)的連接 單片機(jī)的GATE=1：由外部引腳信號(hào)P3.2（INT0）或P3.3（INT1）的高電平和TR0或TR1的狀態(tài)的組合分別啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0或T1。本設(shè)計(jì)采用引腳P3.2（INT0）/P3.3（INT1)分別和TR0/TR1的組合狀態(tài)啟動(dòng)定時(shí)器0/計(jì)數(shù)器1（TR0和TR1在程序中被置1，等待外部中斷引腳的高電平信號(hào)到來(lái)）。圖3.6中，由雙D觸發(fā)器構(gòu)成邊沿

33、觸發(fā)器。初始狀態(tài)，P1.6輸出高電平，保證觸發(fā)器的Q端可以時(shí)刻輸出高電平，P1.7輸出低電平，使雙D觸發(fā)器處于復(fù)位狀態(tài)（復(fù)位為低電平觸發(fā)），雙D觸發(fā)器向P3.2和P3.3引腳輸出低電平，關(guān)閉定時(shí)器0和計(jì)數(shù)器1；開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)，P1.7輸出高電平，D觸發(fā)器取消復(fù)位狀態(tài)，信號(hào)XH經(jīng)過(guò)觸發(fā)器保證上升沿到來(lái)時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器0和計(jì)數(shù)器1。3.2 單片機(jī)處理電路設(shè)計(jì)單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)中此采用部時(shí)鐘方式，如圖3.7所示，以石英晶體振蕩器和兩個(gè)片電容組成外部振蕩源。片的高

34、增益反相放大器通過(guò)XTAL1、XTAL2外接，作為反饋元件的片外晶體振蕩器與電容組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，向部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。振蕩器的頻率取決于晶振的振蕩頻率，振蕩頻率圍為1.212MHz。工程應(yīng)用時(shí)通常采用6MHz或12MHz。圖中X1為12MHz，電容C2、C4為33pF，它們一起構(gòu)成此單片機(jī)的自激振蕩器。3.2.1 復(fù)位電路單片機(jī)的RST引腳為復(fù)位（Reset）端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的低電平，就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位，使單片機(jī)回到初始狀態(tài)。如圖3.8所示，本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)復(fù)位，用一個(gè)電容與一個(gè)10K電阻串聯(lián)組成，電阻接VCC，電容接地，RESET

35、腳接在它們中間，RC選擇10uF，按鍵與200R電阻串聯(lián)，在電容兩端并聯(lián)，就成了按鍵復(fù)位電路，未上電時(shí)，RST端為高電平，只要按下這個(gè)按鍵，RST端轉(zhuǎn)換為低電平，經(jīng)過(guò)兩個(gè)機(jī)器周期后，單片機(jī)就能復(fù)位。 圖3.7 晶振 圖3.8 復(fù)位電路3.2.2 定時(shí)器與計(jì)數(shù)器的設(shè)置根據(jù)設(shè)計(jì)選用定時(shí)方式1比較合適。方式1是16位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)的工作方式，計(jì)數(shù)器由TH0的全部8位和TL0的全部8位構(gòu)成，器邏輯電路和工作情況與方式0完全一樣，所不同的只是組成計(jì)數(shù)器的位數(shù)。方式1的計(jì)數(shù)圍和定時(shí)圍： 當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在方式1下做計(jì)數(shù)器用時(shí)，其計(jì)數(shù)圍是1-65536（216）。 當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在方式1下做定時(shí)器用時(shí)，其定時(shí)時(shí)

36、間計(jì)算公式為：Td=(216-X)*Tosc*12式中，Td為定時(shí)時(shí)間，X為計(jì)數(shù)初值，Tosc為晶振周期。3.3 顯示部分1602字符型LCM與單片機(jī)的連接主要由兩種：直接訪問(wèn)方式連接和間接控制方式連接。直接訪問(wèn)方式連接由于構(gòu)成三總線的結(jié)構(gòu)，所以在軟件控制上比較簡(jiǎn)單，用通過(guò)訪問(wèn)外部地址的方式就能訪問(wèn)LCM，但是，在使用這種連接方式時(shí)需要注意單片機(jī)的控制總線時(shí)序和地址總線時(shí)序必須要與LCM所需要的時(shí)序相匹配否則無(wú)法訪問(wèn)。間接控制方式連接是利用HD44780所具的4位數(shù)據(jù)總線功能簡(jiǎn)化電路接口的一種連接方式。但是由于LCM本身為速度較慢的器件，每一次數(shù)據(jù)傳輸大概需要幾十微秒至幾毫秒的時(shí)間，如采用間接

37、控制方式訪問(wèn)，每傳輸一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)需要訪問(wèn)2次LCM，這將占用大量的時(shí)間，使CPU變得繁忙，甚至影響CPU處理其他數(shù)據(jù)的傳輸速度。在實(shí)際中常采用如圖3.9所示電路。采用這種連接方式不能構(gòu)成三總線的結(jié)構(gòu)，所以不能通過(guò)地址形式直接訪問(wèn)，而是需要通過(guò)LCM的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)由于數(shù)據(jù)總線使用了8條，所以在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間上與直接訪問(wèn)的時(shí)間一樣，速度較間接控制方式提高了一倍，縮短了CPU對(duì)LCM的訪問(wèn)時(shí)間。又因?yàn)閱纹瑱C(jī)的輸出電流較低，所以需外接上拉電阻。圖3.9 LCM電路第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 編程語(yǔ)言的選用本設(shè)計(jì)中采用的處理器是AT89C51單片機(jī)，由此可采用面向MCS-51的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，包

38、括ASM51匯編語(yǔ)言和C51高級(jí)語(yǔ)言，這兩種語(yǔ)言各有特點(diǎn)。匯編語(yǔ)言更接近機(jī)器語(yǔ)言，常用來(lái)編制與系統(tǒng)硬件相關(guān)的程序，如訪問(wèn)I/O端口、中斷處理程序、實(shí)時(shí)控制程序、實(shí)時(shí)通信程序等；而數(shù)學(xué)運(yùn)算程序則適合用C51高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，因?yàn)橛酶呒?jí)語(yǔ)言編寫(xiě)運(yùn)算程序可提高編程效率和應(yīng)用程序的可靠性。 C語(yǔ)言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在國(guó)際上十分流行，它即可用來(lái)編寫(xiě)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程序，也可以用來(lái)編寫(xiě)一般的應(yīng)用程序。以前計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件主要是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的，對(duì)于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更是如此。由于匯編語(yǔ)言程序的可讀性和可移植性都較差，采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)單片機(jī)應(yīng)用程序的周期長(zhǎng)，而且調(diào)試和排錯(cuò)也比較困難。C語(yǔ)言具有很好的可移

39、植性和硬件控制能力，表達(dá)和運(yùn)算能力也較強(qiáng)。它具有以下特點(diǎn)：（1）語(yǔ)言簡(jiǎn)潔，使用方便靈活。（2）可移植性好。（3）表達(dá)能力強(qiáng)。（4）表達(dá)方式靈活。（5）可進(jìn)行架構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。（6）可以直接操作計(jì)算機(jī)硬件。（7）生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高。為了提高編制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和應(yīng)用程序的效率，改善程序的可讀性和可移植性，在此采用高級(jí)語(yǔ)言編程。4.2 程序設(shè)計(jì)流程圖本設(shè)計(jì)采用計(jì)數(shù)程序采集脈沖，定時(shí)程序產(chǎn)生中斷，通過(guò)LCD顯示器顯示轉(zhuǎn)速值。 圖4.1 總體流程圖程序說(shuō)明：GATA1時(shí)，設(shè)置TR0或TR1為1，同時(shí)相對(duì)應(yīng)的外部中斷引腳也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作。通過(guò)對(duì)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器門(mén)控位GATE和TR的設(shè)置，使

40、外部中斷引腳的高電平控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的開(kāi)啟。P1.6引腳接D觸發(fā)器的D端，它的高電平使雙D觸發(fā)器在上升沿到達(dá)時(shí)始終保持高電平的輸出。P1.7引腳接雙D觸發(fā)器的復(fù)位端（低電平有效），它為低電平時(shí)復(fù)位雙D觸發(fā)器，雙D觸發(fā)器輸出低電平，關(guān)閉定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0和1。圖4.2 定時(shí)器流程圖程序說(shuō)明：通過(guò)對(duì)定時(shí)器0的門(mén)控位GATE的置1，使定時(shí)器0的啟動(dòng)可以由INT0（P3.2）引腳的高電平狀態(tài)開(kāi)啟。定時(shí)器0的定時(shí)時(shí)間為50ms，運(yùn)行20次可以得到1s的定時(shí)時(shí)間。定時(shí)1s時(shí)間到時(shí)向P1.7引腳輸出低電平信號(hào)，P1.7引腳接雙D觸發(fā)器的復(fù)位端 （低電平復(fù)位），復(fù)位后觸發(fā)器向P3.2和P3.3引腳輸出低電平，

41、關(guān)閉定時(shí)器0/計(jì)數(shù)器1。將定時(shí)1s時(shí)間到的信號(hào)（timeflag=1）送給主程序。圖4.3 計(jì)數(shù)器流程圖程序說(shuō)明：通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)器1的門(mén)控位GATE的置1，使計(jì)數(shù)器1的啟動(dòng)可以由INT1（P3.3）引腳的高電平狀態(tài)開(kāi)啟。定時(shí)1s時(shí)間到，定時(shí)器復(fù)位雙D觸發(fā)器，使雙D觸發(fā)器的輸出端向P3.3引腳輸出低電平，關(guān)閉計(jì)數(shù)器1。將計(jì)數(shù)到的脈沖個(gè)數(shù)，送入主程序處理。圖4.4 液晶顯示器流程圖程序說(shuō)明：向LCD輸入數(shù)據(jù)，逐步經(jīng)過(guò)判忙程序分別輸入命令函數(shù)和寫(xiě)入數(shù)據(jù)函數(shù)，并顯示。第5章 系統(tǒng)仿真與電路實(shí)現(xiàn)5.1 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)結(jié)合Keil uVersion3.0，通過(guò)Proteus來(lái)仿真。5.1.1 程序編譯與以往的8

42、0C51單片機(jī)不同，AT89C51具有在線調(diào)試和下載功能，它由支持AT89C51的開(kāi)發(fā)工具包Keil uVersion2.0開(kāi)發(fā)系統(tǒng)來(lái)提供。也就是說(shuō)，在用戶系統(tǒng)保留AT89C51的情況下，通過(guò)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)與AT89C51的串行接口通信，直接對(duì)用戶系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，并在調(diào)試完成后將調(diào)試好的程序下載到AT89C51中。Keil uVersion3.0開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供四項(xiàng)功能：編譯、下載、調(diào)試和模擬，分別由Keil uVersion2.0提供的編譯器、在線串行下載器、調(diào)試器和模擬器來(lái)實(shí)現(xiàn)。Keil uVersion2.0編譯器可在Windows操作系統(tǒng)下直接使用，編譯C語(yǔ)言源程序，并生成16進(jìn)制文件和列表文件。

43、調(diào)試器采用Windows系統(tǒng)，允許用戶使用AT89C51的UART串行接口在芯片上調(diào)試代碼執(zhí)行。在典型調(diào)試對(duì)話中，調(diào)試器提供對(duì)片所有外圍設(shè)備的訪問(wèn)、單步和設(shè)置斷點(diǎn)的代碼執(zhí)行控制方式。模擬器采用Windows系統(tǒng)，能完全模擬AT89C51的所有功能。模擬器使用簡(jiǎn)單，結(jié)合了許多標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試特征，包括多斷點(diǎn)、單步以與代碼執(zhí)行跟蹤等能力。同樣偉福仿真器是國(guó)較好的仿真器之一，它能夠仿真的CPU品種多、功能強(qiáng)。通過(guò)更換仿真頭POD，可以對(duì)不同的CPU進(jìn)行仿真?？煞抡?1系列，196系列，PIC系列，飛利蒲公司的552、LPC764、DALLAS320，華邦438等51增強(qiáng)型CPU。由于偉福編譯過(guò)程沒(méi)有Keil

44、 uVersion2.0那么繁瑣，能對(duì)程序進(jìn)行直接編譯，省去了建立和設(shè)置工程等步驟，使用方便、快捷。所以本設(shè)計(jì)以Keil uVersion2.0為基礎(chǔ)，運(yùn)用偉福來(lái)編譯程序。5.1.2 電路仿真仿真部分運(yùn)用Proteus仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，Proteus 軟件是一款強(qiáng)大的單片機(jī)仿真軟件，它除了具有和其他工具一樣的原理編輯、印制電路板（PCB）自動(dòng)或人工布線與電路仿真外，最大的特色是其電路仿真是交互的、可視化的。對(duì)于單片機(jī)學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)幫助極大。Proteus ISIS 是英國(guó)Labcenter 公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和

45、數(shù)字集成電路，包括單片機(jī)。通過(guò)Proteus可以繪制硬件原理圖，并設(shè)置元件參數(shù)；為單片機(jī)與其程序以與外部接口電路的仿真提供可能，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性與合理性；還可以為連接實(shí)際的硬件電路做好準(zhǔn)備；如有必要時(shí)，可以利用它來(lái)設(shè)計(jì)電路板。5.2 仿真效果將設(shè)計(jì)好的電路，通過(guò)proteus進(jìn)行仿真，把設(shè)定好的輸入?yún)?shù)和電路仿真實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)的可行性。5.2.1 信號(hào)處理電路仿真結(jié)果因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)速通過(guò)光感元件后，表現(xiàn)為一定頻率的脈沖波形，所以，可以通過(guò)proteus的仿真功能，給信號(hào)處理電路輸入一定周期的非標(biāo)準(zhǔn)方波脈沖信號(hào)，再通過(guò)仿真示波器，檢測(cè)信號(hào)處理電路的輸出波形是否達(dá)到，信號(hào)處理電路預(yù)

46、期的放大、整形功能。如圖5.1。由波形發(fā)生器向光敏三極管Q1輸入一定頻率的脈沖以代表光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的脈沖，示波器D端檢測(cè)輸入信號(hào)，A端檢測(cè)信號(hào)處理電路的輸出波形。設(shè)定輸入幅值為1.5V，頻率為3KHz的正弦波如圖5.2，示波器檢測(cè)到的值如圖5.3。圖5.1 信號(hào)處理電路的仿真檢測(cè)圖5.2 波形發(fā)生器參數(shù)設(shè)定圖5.3 示波器檢測(cè)到的參數(shù)仿真結(jié)論：通過(guò)向信號(hào)處理電路輸入幅值為1.5V，頻率為3KHz的正弦波（綠色波形），檢測(cè)到信號(hào)處理電路輸出波形（黃色波形）的幅值為大約5V的標(biāo)準(zhǔn)方波；信號(hào)處理電路理論上達(dá)到要求。5.2.2 整體仿真結(jié)果整體仿真如圖5.4。輸入?yún)?shù)如圖5.2。圖5.4 整體仿真

47、圖 整體仿真結(jié)論：在輸入幅值為1.5V，頻率為3KHz的正弦波后，LCD顯示1800M/min。通過(guò)程序計(jì)算：count=TH1*256+TL1;count=count*60/100;程序中：count為計(jì)數(shù)得到的波形脈沖；100為電機(jī)旋轉(zhuǎn)每周產(chǎn)生的脈沖數(shù)；count*60/100得到了電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)；因?yàn)檩斎霝?KHz；所以通過(guò)計(jì)算得到1800M/min；仿真得到的結(jié)果與計(jì)算值完全符合，設(shè)計(jì)的電路在理論上可行。設(shè)計(jì)達(dá)到要求。本文總結(jié)本設(shè)計(jì)采用光電開(kāi)關(guān)測(cè)速法，利用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)采集轉(zhuǎn)速信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理電路得到適合的脈沖后，輸入單片機(jī)進(jìn)行處理、計(jì)算，得出實(shí)際的轉(zhuǎn)速值，輔以LCD顯示。此系

48、統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求：(1)光電開(kāi)關(guān)與電機(jī)轉(zhuǎn)換平臺(tái)簡(jiǎn)單適用；(2)采集電路能實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)速信息；(3)單片機(jī)處理系統(tǒng)運(yùn)算快速簡(jiǎn)單，程序可讀性強(qiáng)，條理分明，能形成獨(dú)立模塊以便于其他類似系統(tǒng)的計(jì)算；(4)LCD為主體的人機(jī)界面能準(zhǔn)確顯示速度值；存在問(wèn)題：（1） 系統(tǒng)選擇位數(shù)最多的定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式1（為16位），但仍有其局限性。此計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)脈沖數(shù)為63336（216），若每秒鐘計(jì)算一次，則當(dāng)1秒外部脈沖的輸入數(shù)超過(guò)65536個(gè)時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)溢出，從而產(chǎn)生中斷，使得測(cè)出的轉(zhuǎn)速值小于實(shí)際的轉(zhuǎn)速值。根據(jù)計(jì)算方法（若轉(zhuǎn)盤(pán)齒數(shù)為100），Vmax=65536*60s/100=39321r/min，所以本系

49、統(tǒng)不能測(cè)量圍不能超過(guò)此值。（2） 通過(guò)T1計(jì)數(shù)時(shí)，單片機(jī)每讀取一個(gè)脈沖至少需要3個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間來(lái)完成。本系統(tǒng)采用的晶振為12MHz，所以一個(gè)機(jī)器周期Tcy=12/f=1us。若要使單片機(jī)準(zhǔn)確讀取外部脈沖，則脈沖的輸入周期不能超過(guò)3us。如此可計(jì)算(轉(zhuǎn)盤(pán)齒數(shù)為100)，系統(tǒng)能測(cè)量的轉(zhuǎn)速需低于：Vmax=60s/(3us*100)=200000r/min。（3） 光電開(kāi)關(guān)的反應(yīng)速度也會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量值的大小產(chǎn)生影響。若轉(zhuǎn)速過(guò)快，則光電開(kāi)關(guān)來(lái)不與處理，這樣會(huì)造成測(cè)速不準(zhǔn)，甚至測(cè)不出數(shù)值。改進(jìn)方法：（1）采用時(shí)鐘頻率更高、定時(shí)/計(jì)數(shù)器位數(shù)更多的單片機(jī)來(lái)處理脈沖，現(xiàn)某些高速單片機(jī)可達(dá)到40MHz的處理速度

50、，可以大大提高測(cè)速圍。（2）應(yīng)用反應(yīng)速度更快的傳感器來(lái)做光電開(kāi)關(guān)。現(xiàn)在高速光電開(kāi)關(guān)的響應(yīng)速度可達(dá)到0.1ms，每分鐘可進(jìn)行30萬(wàn)次檢測(cè)操作，這樣就能檢出高速轉(zhuǎn)動(dòng)的微小物體。綜上所述，本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，在降低測(cè)速器成本，提高測(cè)速穩(wěn)定性與可靠性等方面有一定價(jià)值，可以達(dá)到一般測(cè)速的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，具有廣泛的前景。參考文獻(xiàn)1 馬西自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)M機(jī)械工業(yè)，2001:210-2302 雷思孝，育長(zhǎng)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用M.電子科技大學(xué)，2005:79-853 雷玉堂.光電檢測(cè)技術(shù)（第2版）M.中國(guó)計(jì)量，2009:254-2594 郭培源，付揚(yáng).光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用M.航空航天大學(xué)出版，2006:221-22

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