基于磁電傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、. . . . 學(xué)號(hào)： 10463330 常 州 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（2014屆）題 目基于磁電傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生 虞錦培 學(xué) 院 懷德學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)電氣101 校指導(dǎo)教師云峰 專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù)講師 二一三年六月37 / 45基于磁電傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到測(cè)量轉(zhuǎn)速的情況。因此，轉(zhuǎn)速的測(cè)量具有一定的工程意義。本文開(kāi)發(fā)了基于單片機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。選用的磁電傳感器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，所設(shè)計(jì)的放大電路將磁電傳感器輸出的電壓信號(hào)放大，經(jīng)過(guò)整形電路將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波，由單片機(jī)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，并且通過(guò)LCD顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速。文中首先闡

2、述了該設(shè)計(jì)的總體方案、實(shí)驗(yàn)的步驟，并討論合適的測(cè)量方法。其次，介紹選用的單片機(jī)和LCD顯示等電子元件，并分析電路圖各部分的功能。最終，編寫(xiě)程序調(diào)試運(yùn)行，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本設(shè)計(jì)主要用單片機(jī)作為控制核心，由磁電傳感器、LCD顯示組成。其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，具有測(cè)量速度快、精度高、控制可靠、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速測(cè)量；磁電傳感器；單片機(jī)；LCD顯示Design of automatic motor speed detection system based on magnetoelectricity sensor Abstract：In engineering practice, we

3、often encounter the situation of speed measurement, therefore, speed measurement has a certain engineering significance. This paper has developed motor speed detection system based on single chip microcomputer.The magnetoelectric sensor selected , the speed signal of motor into voltage signal.The de

4、signed amplifier circuit,will amplify the voltage signal of magnetoelectric sensor output, After shaping circuit，sine signal will be converted into square wave, pulse counting by single chip microcomputer,and through the LCD display of the motor speed.This paper first expounds the design of overall

5、scheme, experiment steps, and discuss the appropriate measurement method. Secondly, this paper introduces the selection of single chip microcomputer and LCD displays and other electronic components, and analyzes the functions of the parts of the circuit diagram.In the end,write programs debugging an

6、d running, analyze the results of experimental.This design mainly used single-chip microcomputer as control core, and consists of magnetoelectric sensor, LCD display.Its advantage is simple circuit, software function is perfect, measuring speed, high precision, reliable control,high cost performance

7、,etc.Key words：Speed measurement；Magnetic sensors;single chip microcomputer; LCD display摘要目次1 緒論11.1 課題研究的目的和意義11.2 磁電傳感器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)11.3 電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)檢測(cè)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)21.4 轉(zhuǎn)速測(cè)量主要容32 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的總體方案32.1 電機(jī)測(cè)速的方案32.2 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量臺(tái)裝置示意圖32.3 軟件設(shè)計(jì)思路43 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理53.1.1 測(cè)頻法“M法”53.1.2 測(cè)周期法“T法”63.1.3 測(cè)頻測(cè)周法“M/T法”63.1.4 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)

8、中應(yīng)用的方法73.2 磁電傳感器的簡(jiǎn)介73.2.1 磁電感應(yīng)83.2.2 磁電傳感器結(jié)構(gòu)83.2.3 磁電傳感器的應(yīng)用93.2.4二次電路原件93.3 單片機(jī)與其接口的設(shè)計(jì)113.3.1 STC12C5A60S2單片機(jī)簡(jiǎn)介113.3.2 復(fù)位電路143.3.3 時(shí)鐘電路143.3.4 顯示電路153.3.5 按鍵電路173.3.6 報(bào)警電路174 硬件調(diào)試和軟件設(shè)計(jì)184.1 硬件調(diào)試184.1 單片機(jī)轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)思路與過(guò)程194.2.1 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路194.3 子程序的設(shè)計(jì)204.3.1 單片機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序204.3.2 二-十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序204.3.3 顯示程序215 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的

9、轉(zhuǎn)速分析235.1 測(cè)速?lài)?35.2 測(cè)速誤差245.3 測(cè)速分析255.4 故障分析與解決方案26參考文獻(xiàn)28致29附錄A30附錄B31附錄C321 緒論1.1 課題研究的意義在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到各種轉(zhuǎn)速的測(cè)量和控制問(wèn)題。在這種情況下，我們可以通過(guò)磁電的方法，將轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率測(cè)量。頻率測(cè)量的方法很多，不同的方法有各自適用的圍。近年來(lái)隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)測(cè)控設(shè)備的不斷更新，頻率測(cè)量的方法和設(shè)備也有新的進(jìn)展。在實(shí)際應(yīng)用中，選擇不同的轉(zhuǎn)速檢測(cè)設(shè)計(jì)方案，得到的效果也不盡一樣。電機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中，需要對(duì)其運(yùn)行的平穩(wěn)性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，適時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量可以有效地反應(yīng)電機(jī)的狀況。另一方

10、面，在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速檢測(cè)也是電機(jī)速度或位置控制的基礎(chǔ)。磁電式傳感器主要是通過(guò)電磁感應(yīng)的原理，將輸入運(yùn)動(dòng)速度變換成感應(yīng)的電勢(shì)輸出的一種傳感器。它不需要外加電源，就能把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械能變換成便于測(cè)量的電信號(hào)，是一種有源的傳感器。它廣泛的用于建筑工業(yè)等領(lǐng)域中振動(dòng)、速度、加速度，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)數(shù)等非電量的測(cè)量。因此研究基于磁電傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)有一定的實(shí)際意義。單片機(jī),也可以稱(chēng)單片微型計(jì)算機(jī)或單片微電腦。它是一種微型計(jì)算機(jī)，并集成了中央處理器(CPU)、輸入/輸出端口(I/0)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)等主要計(jì)算機(jī)功能部件在一塊集成電路芯片上。單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70

11、年代末，經(jīng)歷了三個(gè)階段，即SCM、MCU、SoC。因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有低功耗，小體積，大容量，高性能，低價(jià)格等特點(diǎn)，所以單片機(jī)廣泛存在于我們的生活中。在我們的現(xiàn)實(shí)生活中，單片機(jī)的應(yīng)用無(wú)時(shí)無(wú)刻不在改變我們的生活，小到手機(jī)、水表、遙控，大到導(dǎo)彈導(dǎo)航、飛機(jī)控制，單片機(jī)的應(yīng)用都在影響著我們身邊的一切。本設(shè)計(jì)中，運(yùn)用單片機(jī)對(duì)磁電傳感器測(cè)量得到的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，再通過(guò)一定的計(jì)算公式，將轉(zhuǎn)速通過(guò)LCD顯示屏顯示出來(lái)。以此來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量。1.2 磁電傳感器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)磁電式傳感器有時(shí)也稱(chēng)作電動(dòng)式或感應(yīng)式傳感器，它只適合進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。由于它有較大的輸出功率，故配用電路較簡(jiǎn)單；零位與性能穩(wěn)定；工作頻帶一

12、般為101000Hz。磁電式傳感器具有雙向轉(zhuǎn)換特性，利用其逆轉(zhuǎn)換效應(yīng)可構(gòu)成力(矩)發(fā)生器和電磁激振器等。磁電式傳感器直接輸出感應(yīng)電勢(shì), 且傳感器通常具有較高的靈敏度, 所以一般不需要高增益放大器。但磁電式傳感器是速度傳感器, 若要獲取被測(cè)位移或加速度信號(hào), 則需要配用積分或微分電路。磁電阻傳感元件是利用磁性材料的磁電阻效應(yīng),采用半導(dǎo)體工藝制成,還可進(jìn)一步和半導(dǎo)體電路集成在一塊芯片上,做成專(zhuān)用性器件。由于它是強(qiáng)磁性合金材料制成,物理化學(xué)性能穩(wěn)定,具有長(zhǎng)壽命、高可靠、高靈敏度、溫度系數(shù)小、圍寬、線性度好等特點(diǎn)1?，F(xiàn)在有一種81NiFe/Cr多層膜制作的磁電阻式傳感器的新應(yīng)用2。一對(duì)易磁化軸相互垂直

13、的磁電阻元件構(gòu)成二維磁場(chǎng)探頭，用它檢測(cè)鋼板上人工微裂縫附近的磁場(chǎng)分布。磁電阻元件與永磁塊組合構(gòu)成力矩傳感器，用于人體重心搖擺檢測(cè)。動(dòng)平衡是中小型電機(jī)轉(zhuǎn)子生產(chǎn)和制造過(guò)程中必須解決的問(wèn)題。隨著全自動(dòng)動(dòng)平衡修正研究技術(shù)的發(fā)展,全自動(dòng)平衡機(jī)成為高品質(zhì)電機(jī)轉(zhuǎn)子生產(chǎn)的必要設(shè)備。磁電式振動(dòng)速度傳感器用于測(cè)量轉(zhuǎn)子的振動(dòng)量,是全自動(dòng)平衡機(jī)的關(guān)鍵部件,而全自動(dòng)平衡機(jī)是全天候長(zhǎng)周期的工作設(shè)備,因此要求傳感器有很好的穩(wěn)定性和可靠性。傳統(tǒng)的動(dòng)圈型磁電傳感器由于其固有的結(jié)構(gòu)缺陷,經(jīng)常產(chǎn)生斷線故障,嚴(yán)重影響了設(shè)備的日常使用。針對(duì)傳統(tǒng)動(dòng)圈型磁電傳感器的缺點(diǎn),需要研究一種改進(jìn)的差動(dòng)動(dòng)磁鐵型磁電傳感器。我們的主要工作在于：(1)

14、差動(dòng)動(dòng)磁鐵型磁電速度傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(2)有限元軟件分析(3)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)影響分析(4)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3。目前,技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的冶金廠,在自動(dòng)化程度上的進(jìn)展很迅速,其中對(duì)檢測(cè)鋼管的在線速度所采用的裝置大都是壓輥接觸式的測(cè)速儀表,這種裝置有丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象,造價(jià)較高,且壽命較短,現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)不便。近年我國(guó)從日本、意大利引進(jìn)的幾套機(jī)組就采用了這種測(cè)速裝置?？紤]到上述因素,我們?cè)囼?yàn)研制一種非接觸式(磁電)測(cè)速傳感器,同時(shí)采用了峰峰值電路,在二次儀表上可直觀地獲得鋼管的在線速度,為實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制提供可靠依據(jù)4。1.3 電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)檢測(cè)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)電機(jī)在各行各業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，而電機(jī)轉(zhuǎn)速是電機(jī)重要的性能指標(biāo)之

15、一，因而需要測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，使它滿(mǎn)足人們的各種需求。轉(zhuǎn)速是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)很重要的狀態(tài)參數(shù),在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的一般測(cè)量中,大多需要測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速,然而直接影響系統(tǒng)控制情況的因素是轉(zhuǎn)速測(cè)量的精度,它是影響測(cè)控結(jié)果的一個(gè)因素。不論是交流調(diào)速系統(tǒng)還是直流調(diào)速系統(tǒng),只有高精度轉(zhuǎn)速的檢測(cè)才能得到高精度的控制系統(tǒng)5。隨著微電子技術(shù)不斷的發(fā)展,尤其是出現(xiàn)了高性?xún)r(jià)比的新型單片機(jī),為測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速提供了廣闊的空間。在一般情況下,基于霍爾傳感器、光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)都可以準(zhǔn)確的測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。但在機(jī)床側(cè)面、粉塵環(huán)境等惡劣的情況下,光電傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法存在較大誤差。無(wú)線電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法,給出了各個(gè)單元模塊。基于加速度

16、計(jì)的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法,給出了硬件電路的設(shè)計(jì)和測(cè)試原理。通過(guò)對(duì)比研究可以看出,本測(cè)試方法具有一定的應(yīng)用價(jià)值6。電機(jī)轉(zhuǎn)速是判斷電機(jī)運(yùn)行狀況的重要標(biāo)志之一。目前,實(shí)驗(yàn)室電機(jī)轉(zhuǎn)速一般通過(guò)轉(zhuǎn)速表來(lái)測(cè)量,通常采用測(cè)周法和測(cè)頻法。這兩種方法的測(cè)量精度與記錄的脈沖個(gè)數(shù)有關(guān),隨著被測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化,在極端的情況下會(huì)產(chǎn)生1個(gè)字的誤差。針對(duì)傳統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法的不足,闡明了利用等精度測(cè)量方法對(duì)實(shí)驗(yàn)室電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控報(bào)警的具體原理。以FPGA（FieldProgrammable Gate Array，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）控制芯片為核心,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的電路系統(tǒng),并通過(guò)MAX+PLUSH進(jìn)行了仿真分析7。在異步電機(jī)矢

17、量控制等電機(jī)控制的研制過(guò)程中，為了得到電機(jī)的運(yùn)行工況，更好地研究異步電機(jī)矢量控制方案和記錄、分析實(shí)際運(yùn)行效果，需要對(duì)異步電機(jī)的各種信號(hào)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、分析、顯示。為了達(dá)到上述目的，需要同步、長(zhǎng)時(shí)間地采集異步電機(jī)端部電壓信號(hào)、電流信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)速等多路信號(hào)，并對(duì)采得的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)回放和分析處理，采用傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器已經(jīng)不能滿(mǎn)足這些要求，采用數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄數(shù)據(jù)，存在存儲(chǔ)深度不夠與數(shù)據(jù)分析處理的問(wèn)題。如果采用計(jì)算機(jī)技術(shù)同儀器技術(shù)相結(jié)合的虛擬儀器技術(shù)，可以更好地實(shí)現(xiàn)上述功能。針對(duì)異步電機(jī)控制系統(tǒng)的測(cè)試要求，需要研制基于虛擬儀器技術(shù)的異步電機(jī)運(yùn)行工況測(cè)試系統(tǒng)8。1.4 轉(zhuǎn)速測(cè)量主要容1.詳細(xì)分析

18、轉(zhuǎn)速的測(cè)量理論，對(duì)轉(zhuǎn)速的周期測(cè)量法“T”法、頻率測(cè)量法“M”法以與周期頻率“M/T”測(cè)量法，三種具體測(cè)量方法的轉(zhuǎn)速計(jì)算、各自的測(cè)量精度和誤差進(jìn)行闡述。定性地比較三種方法所針對(duì)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(cè)量精度情況下，應(yīng)用“M”法，說(shuō)明轉(zhuǎn)速測(cè)量原理。2.根據(jù)單片機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，構(gòu)建軟件系統(tǒng)，分別估計(jì)對(duì)硬件系統(tǒng)的配置，使其能夠準(zhǔn)確的測(cè)量轉(zhuǎn)速。同時(shí)分析電路中的接口部分，顯示轉(zhuǎn)速。3.對(duì)單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器進(jìn)行設(shè)置，設(shè)計(jì)、說(shuō)明定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在“M”法測(cè)量中的作用和使用方法，并且討論測(cè)量轉(zhuǎn)速的精度問(wèn)題。4.根據(jù)系統(tǒng)的具體要求設(shè)置控制字，用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言編

19、制程序，包括主程序，轉(zhuǎn)速計(jì)算程序，中斷程序，同時(shí)并寫(xiě)出其具體的程序。2 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的總體方案2.1 電機(jī)測(cè)速的方案 電機(jī)測(cè)速的系統(tǒng)框圖如圖1所示，它由測(cè)量臺(tái)、磁電傳感器、二次儀表電路、單片機(jī)以與顯示屏組成。測(cè)量臺(tái)用于測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，把磁電傳感器采集到的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)送入二次電路，因?yàn)榇烹妭鞲衅鞑杉恼倚盘?hào)比較小，所以需要放大電路將采集到的正弦信號(hào)放大，再經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器將正弦信號(hào)整形為方波，才可以送入單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)在一定時(shí)期計(jì)數(shù)脈沖的次數(shù)，再通過(guò)計(jì)算公式轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速并顯示。單片機(jī)上連接有LCD數(shù)碼管和報(bào)警器。其中，LCD數(shù)碼管用于顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速比設(shè)定值高時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。LCD顯示報(bào)

20、警器單片機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集電機(jī)二次電路圖1 電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)的系統(tǒng)框圖2.2 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量臺(tái)裝置示意圖磁電傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的安裝示意圖如圖2所示，被測(cè)電機(jī)主軸通過(guò)聯(lián)軸器連接一安裝12只磁鋼電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)隨電機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周有12次磁鋼與磁電傳感器測(cè)頭相對(duì)，根據(jù)磁電傳感器的工作原理，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周使磁電傳感器的輸出電壓變化12次，轉(zhuǎn)速和磁電傳感器輸出電壓變化頻率的關(guān)系是n=60*f/12。圖2 磁電轉(zhuǎn)速傳感器安裝示意圖電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)由電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而運(yùn)轉(zhuǎn)，平臺(tái)上有12個(gè)磁鋼，如圖3所示。磁電傳感器的測(cè)頭通過(guò)對(duì)12個(gè)磁鋼的旋轉(zhuǎn)的測(cè)量，產(chǎn)生變化的電壓正弦信號(hào)。圖3 電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)

21、平臺(tái)和磁鋼2.3 軟件設(shè)計(jì)思路軟件需要解決的是定時(shí)器0的記數(shù)和外部中斷0的設(shè)定、由于測(cè)量的轉(zhuǎn)速?lài)?，所以低速和高速都要考慮在，關(guān)鍵在于一個(gè)四字節(jié)除三字節(jié)程序的實(shí)現(xiàn)。顯示部分、需要有一個(gè)二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)化程序，以與轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD 的程序后、才能進(jìn)行調(diào)用查表程序送到顯示。PC機(jī)串口和單片機(jī)串行口的工作方式，包括串行口的通訊速率、奇偶校驗(yàn)位、停止位等均由通信部分的軟件部分實(shí)現(xiàn)。軟件工作流程：磁電傳感器利用磁電效應(yīng)產(chǎn)生一周期脈沖向單片機(jī)的外部中斷0（P3.2）口發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)，定時(shí)器工作在部定時(shí)，TH0、TL0設(shè)定初值為0，作為除數(shù)的低兩字節(jié)，利用軟件記數(shù)器、定時(shí)器0中斷的次數(shù)作為除數(shù)高字節(jié)。

22、中斷完畢讀取部記數(shù)值作為除數(shù)，調(diào)用除法程序計(jì)算轉(zhuǎn)速，再對(duì)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行一系列變換后調(diào)用查表顯示程序，顯示在LCD上。轉(zhuǎn)速部分軟件設(shè)計(jì)思路： STC12C5A60S2單片機(jī)的P2.0口接收傳感器的信號(hào)。主要編寫(xiě)一個(gè)外部中斷服務(wù)程序INT_0，讀取記數(shù)值的三個(gè)字節(jié)，并再次清0記數(shù)初值以便下次的記數(shù)和計(jì)算。調(diào)用兩字節(jié)二進(jìn)制-三字節(jié)十進(jìn)制（BCD）轉(zhuǎn)換子程序BCD，再調(diào)用十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD程序CBCD、最后調(diào)用查表程序送顯示。為了和PC通信，系統(tǒng)要求單片機(jī)晶振11.0592MHZ。軟件的具體設(shè)計(jì)我們將在下面的章節(jié)中作詳細(xì)介紹。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理在實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用，數(shù)字測(cè)速方案必須

23、在很短的檢測(cè)時(shí)間有高分辨率和高精度的特征。轉(zhuǎn)速的測(cè)量有三種方法，三種方法各有各的特點(diǎn)。其中，最常用的數(shù)字方法被稱(chēng)為T(mén)法, M法, 和M/T法9 。3.1.1 測(cè)頻法“M法”在一定測(cè)量時(shí)間T，測(cè)量脈沖發(fā)生器（替代輸入脈沖）產(chǎn)生的脈沖數(shù)m1來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速，如圖4“M”法測(cè)量轉(zhuǎn)速脈沖所示，設(shè)在時(shí)間T，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的弧度數(shù)為X，則轉(zhuǎn)速n可由下式表示： n= (3-1)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的弧度數(shù)X可用下式所示m1 X (3-2)圖4 “M”法測(cè)量轉(zhuǎn)速脈沖將（3-2）式代入（3-1）式得轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為： n= （3-3） P-為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)；n-轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）；T-定時(shí)時(shí)間單位：（秒）。在該方法

24、中，測(cè)量精度是由于定時(shí)時(shí)間T和脈沖不能保證嚴(yán)格同步，以與在T能否正好測(cè)量外部脈沖的完整的周期，可能產(chǎn)生的1個(gè)脈沖的量化誤差。因此，為了提高測(cè)量精度，T要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間。定時(shí)時(shí)間可根據(jù)測(cè)量對(duì)象情況預(yù)先設(shè)置。設(shè)置的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可以提高精度，但在轉(zhuǎn)速較快的情況下，所計(jì)的脈沖數(shù)增大（碼盤(pán)孔數(shù)已定情況下），限制了轉(zhuǎn)速測(cè)量的量程。而設(shè)置的時(shí)間過(guò)短，測(cè)量精度會(huì)受到一定的影響。3.1.2 測(cè)周期法“T法”轉(zhuǎn)速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度TP來(lái)決定。用以采集數(shù)據(jù)的碼盤(pán)，可以是單孔或多孔，對(duì)于單孔碼盤(pán)測(cè)量?jī)纱蚊}沖間的時(shí)間，就可測(cè)出轉(zhuǎn)述數(shù)據(jù)，TP也可以用時(shí)鐘脈沖數(shù)來(lái)表示。對(duì)于多孔碼盤(pán)，其測(cè)量的時(shí)間只是每轉(zhuǎn)的1/N，N為

25、碼盤(pán)孔數(shù)。如圖5“T”法的脈寬測(cè)量所示。TP由定時(shí)器測(cè)量得到。定時(shí)器對(duì)頻率為fc 的時(shí)基脈沖計(jì)數(shù)并定時(shí)，在Tp時(shí)期計(jì)數(shù)值若為m2，那么計(jì)算公式為：n= （3-4）即：（3-5）Fc-為硬件基準(zhǔn)時(shí)鐘的脈沖頻率：?jiǎn)挝唬℉z）；n-轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）；m2-時(shí)基脈沖。圖5 “T”法脈寬測(cè)量由“T”法脈寬測(cè)量可知，“T”法測(cè)量的精度誤差主要有兩個(gè)方面，一是由于兩脈沖上升沿的觸發(fā)時(shí)間不同而產(chǎn)生的；二是計(jì)數(shù)、定時(shí)的起始和關(guān)停不同而產(chǎn)生的。因此要求脈沖的上升沿（或下降沿）陡峭和計(jì)數(shù)和定時(shí)嚴(yán)格同步。測(cè)周法在低轉(zhuǎn)速時(shí)精度較高，但隨著轉(zhuǎn)速的增加，精度變差，有小于一個(gè)脈沖的誤差存在。3.1.3 測(cè)頻測(cè)周法“M/T

26、法”測(cè)頻測(cè)周法，就是結(jié)合了“T”法和“M”法分別對(duì)高、低轉(zhuǎn)速具有不同的精度，利用各自的優(yōu)點(diǎn)而結(jié)合的方法，測(cè)量的精度在兩者之間，如圖6“M/T”法定時(shí)/計(jì)數(shù)測(cè)量所示?！癕/T”法采用三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，同時(shí)對(duì)輸入脈沖、高頻脈沖（由振蕩器產(chǎn)生）和預(yù)設(shè)的定時(shí)時(shí)間進(jìn)行定時(shí)和計(jì)數(shù)，m1對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角，m2對(duì)應(yīng)測(cè)速的準(zhǔn)確時(shí)間，通過(guò)計(jì)算可知轉(zhuǎn)速值n。此法在高速和低速時(shí)都具有比較高的精度。測(cè)速時(shí)間Td由脈沖發(fā)生器脈沖來(lái)同步，即Td等于m1個(gè)脈沖周期。由圖可知，從a點(diǎn)開(kāi)始，計(jì)數(shù)器對(duì)m1、m2計(jì)數(shù)，到達(dá)b點(diǎn)，預(yù)定的測(cè)速時(shí)間時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令停止計(jì)數(shù)，因?yàn)門(mén)c不一定等于整數(shù)個(gè)脈沖發(fā)生器的脈沖周期，所以計(jì)數(shù)器繼續(xù)對(duì)高頻脈沖繼

27、續(xù)計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)c點(diǎn)，脈沖發(fā)生器的脈沖上升沿使計(jì)數(shù)器停止，如此，m2就代表了m1個(gè)脈沖周期的時(shí)間。“M/T”法結(jié)合了“T”法和“M”法，轉(zhuǎn)速計(jì)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(gè)脈沖，由式（3-2）和（3-5）可得M/T法轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：(3-6)n-轉(zhuǎn)速值。單位：（轉(zhuǎn)/分）；fc-晶體震蕩頻率：?jiǎn)挝唬℉z）；m1-輸入脈沖數(shù)，反映轉(zhuǎn)角；m2-時(shí)基脈沖數(shù)。圖6 “M/T”法定時(shí)/計(jì)數(shù)測(cè)量3.1.4 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用的方法T法。電機(jī)的速度是通過(guò)連續(xù)兩個(gè)脈沖編碼器之間時(shí)間的倒數(shù)測(cè)量的。解決這個(gè)高分辨率要在較低的速度圍，但代價(jià)是檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)；然而，隨著速度的增加，分辨率會(huì)降低。 M方

28、法。速度通過(guò)計(jì)數(shù)脈沖編碼器在一個(gè)固定的時(shí)間間隔來(lái)測(cè)定；計(jì)數(shù)器的值和速度是成正比的。因此，需要足夠長(zhǎng)的檢測(cè)時(shí)間計(jì)數(shù)足夠數(shù)量的編碼器脈沖來(lái)獲得高精度，尤其是在低轉(zhuǎn)速?lài)?。由于上述限制而難以實(shí)現(xiàn)高精度和快速響應(yīng)。M/T方法。這種方法是結(jié)合M和T方法的優(yōu)勢(shì)；高頻時(shí)鐘在速度檢測(cè)周期用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化脈沖編碼器。這個(gè)階段，就是檢測(cè)的時(shí)間，由同步的第一脈沖編碼器之后的規(guī)定時(shí)間確定。在比較與T和M方法，檢測(cè)時(shí)間與法M/T中具有不同的特點(diǎn)。如果在規(guī)定的期限被指定，那么，速度檢測(cè)時(shí)間由實(shí)際速度決定。在低轉(zhuǎn)速?lài)萒方法具有較長(zhǎng)的時(shí)間。數(shù)字回路系統(tǒng)往往需要等速采樣率；然而，這種方法由于變量檢測(cè)時(shí)間有實(shí)際的限制。為此，基

29、于M法測(cè)量速度，電路和程序均較為簡(jiǎn)單，且可以在一定的條件下滿(mǎn)足精度的要求，所以本設(shè)計(jì)中采用M法進(jìn)行測(cè)量。3.2 磁電傳感器的簡(jiǎn)介圖7 磁電傳感器示意圖本次設(shè)計(jì)所用的磁電傳感器為實(shí)驗(yàn)室原有的磁電傳感器，如圖7所示。實(shí)驗(yàn)臺(tái)輸入的電壓時(shí)5-20V，本磁電傳感器相對(duì)12個(gè)磁鋼顯示的電壓是0.4-2V。3.2.1 磁電感應(yīng)磁電感應(yīng)式傳感器也稱(chēng)為電動(dòng)式傳感器，它是通過(guò)導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)的運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)電勢(shì)。因此它是一種機(jī)電能量變換型傳感器，不需要外加電源，電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗很小，而且具有一定的頻率響應(yīng)圍（一般為10Hz200Hz），適用于轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、扭矩等測(cè)量10 。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,

30、 當(dāng)w匝線圈在恒定磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí), 設(shè)穿過(guò)線圈的磁通為, 則線圈的感應(yīng)電勢(shì)E與磁通變化率d/dt有如下關(guān)系: E=-w(d/dt) 。3.2.2 磁電傳感器的結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的磁電傳感器有變磁通式和恒磁通式兩種，如圖8、圖9所示：圖8 變磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)圖圖9 恒磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)圖3.2.3 磁電傳感器的應(yīng)用磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的工作方式?jīng)Q定了它有很強(qiáng)的抗干擾性，能夠在煙霧、油氣、水汽等環(huán)境中工作。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號(hào)強(qiáng)，測(cè)量圍廣，齒輪、曲軸、輪輻等部件，與表面有縫隙的轉(zhuǎn)動(dòng)體都可測(cè)量。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的工作維護(hù)成本較低，運(yùn)行過(guò)程無(wú)需供電，完全是靠磁電感應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，同時(shí)磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的運(yùn)轉(zhuǎn)也不

31、需要機(jī)械動(dòng)作，無(wú)需潤(rùn)滑。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧、安裝使用方便，可以和各種二次儀表搭配使用。磁電式傳感器直接輸出感應(yīng)電勢(shì)，且傳感器通常具有較高的靈敏度，所以一般不需要高增益放大器。但磁電式傳感器是速度傳感器，若要獲取被測(cè)位移或加速度信號(hào)，則需要配用積分或微分電路。實(shí)驗(yàn)室所用的磁電傳感器輸出的信號(hào)偏小，不足以讓單片機(jī)準(zhǔn)確的讀取。因此需要二次電路對(duì)磁電傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行放大、整形。如下圖10所示，磁電傳感器采集的信號(hào)首先傳入放大電路，經(jīng)過(guò)9013的NPN型三極管，將磁電傳感器采集的正弦信號(hào)進(jìn)行放大。因?yàn)榇烹妭鞲衅鞒鰜?lái)的是正弦信號(hào)，因此需要施密特觸發(fā)器對(duì)放大的正弦信號(hào)進(jìn)行整形再送入單片

32、機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)。單片機(jī)整形電路放大電路采集的信號(hào)圖10 二次電路的系統(tǒng)方框圖3.2.4 二次電路元件A.9013 NPN三極管119013型三極管如圖11所示，此三極管的最大消耗功率是0.625W，最大集電極電流是0.5A，集電極-基極擊穿電流是45V。圖11 9013三極管示意圖9013三極管的其他參數(shù)如圖12所示：圖12 9013三極管參數(shù)B.施密特觸發(fā)器二次電路過(guò)運(yùn)用元器件74LS00與非門(mén)搭建了一個(gè)施密特觸發(fā)器，用于對(duì)放大的正弦信號(hào)整形為方波，再由單片機(jī)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。74LS00的引腳如圖13所示：圖13 74LS00引腳3.3 單片機(jī)與其接口的設(shè)計(jì)STC12C5A60S2/AD/PWM

33、系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。如圖14所示，部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。 圖14 STC12C5A60S2單片機(jī)示意圖3.3.1 STC12C5A60S2單片機(jī)簡(jiǎn)介12主要特點(diǎn)：（1） 增強(qiáng)型8051 CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051 （2） 工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：3.3V- 5.5V（5V單片機(jī)）（3） 工作頻率圍：0-35MH

34、z，相當(dāng)于普通8051的 0420MHz （4） 用戶(hù)應(yīng)用程序空間8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字節(jié). （5） 片上集成1280字節(jié)RAM （6） 通用I/O口（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開(kāi)漏，每個(gè)I/O口的驅(qū)動(dòng)能力都可達(dá)20mA，但是整個(gè)芯片不要大于55mA（7） ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需編程器，無(wú)需仿真器?？梢酝ㄟ^(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶(hù)所需的程序，數(shù)秒即可完成一片（

35、8） 有E2PROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無(wú)部E2PROM)（9） 看門(mén)狗（10） 部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）（11） 外部掉電檢測(cè)電路:在P4.6口有一個(gè)低壓門(mén)檻比較器，5V單片機(jī)為 1.32V，誤差為+/-5%；3.3V單片機(jī)為1.30V，誤差為+/-3% （12） 時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，部R/C振蕩器(溫漂為+/-5%到+/-10%以) 1用戶(hù)在下載用戶(hù)程序時(shí)，可選擇是使用部R/C振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘 常溫下部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機(jī)為：11MHz15.5MHz；3.3V單片機(jī)為：8MHz1

36、2MHz。精度要求不高時(shí)，可選擇使用部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn) （13） 共4個(gè)16位定時(shí)器，兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,16位定時(shí)器T0和T1，沒(méi)有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器；做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器 （14） 2個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時(shí)鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時(shí)鐘 （15） 外部中斷I/O口7路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，Power Down模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2, INT1/P3.3, T0/P3.4,T1/

37、P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3) （16） PWM(2路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列,2路）-也可用來(lái)當(dāng)2路D/A使用 -也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器-也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持) （17） A/D轉(zhuǎn)換,10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬(wàn)次) （18） 通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口 （19） STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有

38、雙串口，RxD2/P1.2(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3) （20） 工作溫度圍：-40 - +85(工業(yè)級(jí)) / 0 - 75(商業(yè)級(jí))圖15 STC12C5A60S2單片機(jī)管腳圖管腳說(shuō)明：1） VCC：供電電壓；2） GND：接地；3） P0：P0口既可作為輸入/輸出口，也可作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。當(dāng)P0口作為輸入/輸出口時(shí)，P0是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口，部有弱上拉電阻，無(wú)需外接上拉電阻。當(dāng)P0作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用時(shí)，是低8位地址線A0A7，數(shù)據(jù)線的D0D7。4） P1：標(biāo)準(zhǔn)I/O口。P1.3和P1.4外部信號(hào)捕獲（頻率測(cè)量或當(dāng)外部中斷使

39、用）、高速脈沖輸出與脈寬調(diào)制輸出。5） P2.0-P2.7：P2口部有上拉電阻，既可作為輸入/輸出口，也可作為高8位地址總線使用（A8-A15）。當(dāng)P2口作為輸入/輸出口時(shí)，P2是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口。6） P3.0-P3.7：標(biāo)準(zhǔn)I/O口。P3.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入，定時(shí)器0下降沿中斷。P3.5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入，定時(shí)器1下降沿中斷。7） P4.0-P4.7：標(biāo)準(zhǔn)I/O口。P4.6第二復(fù)位功能腳。P4.7復(fù)位腳。8） P5.0-P5.3：標(biāo)準(zhǔn)I/O口。9） XTAL1：部時(shí)鐘電路反相放大器輸入端，接外部晶振的一個(gè)引腳。當(dāng)直接使用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳是外部時(shí)鐘源的輸入端。10） X

40、TAL2：部時(shí)鐘電路反相放大器輸出端，接外部晶振的另一端。當(dāng)直接使用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳可浮空，此時(shí)XTAL2實(shí)際將XTAL1輸入的時(shí)鐘進(jìn)行輸出。3.3.2 復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。單片機(jī)復(fù)位如圖16所示：圖16 STC12C5A60S2單片機(jī)復(fù)位圖外部RST引腳復(fù)位就是從外部向RST引腳施加一定寬度的復(fù)位脈沖，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。P4.7/RST管腳出廠時(shí)配置為RST復(fù)位管腳，要將其配置為I/O口，需在STC-ISP編程器中設(shè)置。如果P4.7/RST未在STC-ISP編程器中被設(shè)置I/O口，那

41、P4.7/RST就是芯片復(fù)位的輸入腳。將RST復(fù)位管腳拉高并維持至少24個(gè)時(shí)鐘加10us后，單片機(jī)會(huì)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，將RST復(fù)位管腳拉回低電平后，單片機(jī)結(jié)束復(fù)位狀態(tài)并從用戶(hù)程序區(qū)的0000H處開(kāi)始正常工作。3.3.3 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。STC12C5A60S2單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的典型值為12MHZ 。STC12C5A60S2部都有一個(gè)反相放大器， XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)部的各個(gè)部件。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為22pf左右。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的

42、要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器的頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩頻率的圍通常是在1.2MHZ-12MHZ之間。晶振頻率越高，那么系統(tǒng)時(shí)鐘頻率相對(duì)也就越高，單片機(jī)運(yùn)行速度的也就越快。逆向思考，運(yùn)行速度快那么存儲(chǔ)器的速度也就要求高，對(duì)印制電路板工藝的要求也高，即要求線間寄生的電容要小；電容和晶振應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定，可靠地工作。綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用22pf的電容,其晶振電路圖如圖13所示。圖17 STC12C5A60S2單片機(jī)晶振圖3.3.4 顯示電路因?yàn)槲⒐?、體積小、顯示容豐富、超薄輕巧等特點(diǎn)，所以我們選用了LCD1602液晶顯示

43、屏。LCD1602液晶顯示屏。工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。（16列2行）如圖18所示：圖18 LCD1602顯示屏注：為了表示的方便 ，后文皆以1表示高電平，0表示低電平。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字

44、符和數(shù)字）。其管腳如圖19所示：圖19 LCD1602顯示屏管腳管腳定義：1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0是液晶顯示器的對(duì)比度調(diào)整端，當(dāng)接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，當(dāng)接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度高會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)接一個(gè)10K的電位器來(lái)調(diào)整對(duì)比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第

45、1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。單片機(jī)和LCD1602的接線圖如圖20所示，圖20 單片機(jī)和LCD接線圖3.3.5 按鍵電路本設(shè)計(jì)裝有報(bào)警裝置。實(shí)驗(yàn)臺(tái)輸入的電壓是520V，相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為1043轉(zhuǎn)/秒。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板設(shè)置的初始值為50轉(zhuǎn)/秒，K1和K2兩個(gè)按鍵用來(lái)對(duì)初始值進(jìn)行加減，按一下K1時(shí)，初始值減1；按一下K2時(shí)，初始值加1。一旦電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)了單片機(jī)設(shè)定的警戒值，蜂鳴器將發(fā)出報(bào)警。按鍵電路如圖21所示：圖21 按鍵電路圖3.3.6 報(bào)警電路蜂鳴器是一種電子訊響器，它是一體化的結(jié)構(gòu)，用直流電壓進(jìn)行供電，廣泛的應(yīng)用在報(bào)警器、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、汽車(chē)電子設(shè)備、電

46、子玩具、定時(shí)器、機(jī)等電子產(chǎn)品中作為發(fā)聲器件。蜂鳴器分為電磁式蜂鳴器和壓電式蜂鳴器兩種。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。有源蜂鳴器直接接上額定電源(新的蜂鳴器在標(biāo)簽上都有注明)就可連續(xù)發(fā)聲；而無(wú)源蜂鳴器則和電磁揚(yáng)聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器如圖22所示：圖22 有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O 口是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)的（但AVR可以驅(qū)動(dòng)小功率蜂鳴器），所以要利用放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來(lái)放大電流就可以了。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路一般都包含以下幾個(gè)部分：一個(gè)三極管、一個(gè)蜂鳴器、一

47、個(gè)續(xù)流二極管和一個(gè)電源濾波電容。圖23 蜂鳴器電路原理圖蜂鳴器的電路原理圖如圖23所示，當(dāng)單片機(jī)流過(guò)的電壓足夠讓基極擊穿時(shí)，電流流過(guò)基極集電極，蜂鳴器才能實(shí)行報(bào)警。其中，二極管的作用是提供續(xù)流，電容的作用是濾波，防止5V電壓波動(dòng)較大。4 硬件調(diào)試和軟件設(shè)計(jì)4.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試是對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的單片機(jī)與LCD顯示電路進(jìn)行調(diào)試。硬件調(diào)試部分分為上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試兩部分。上電前的調(diào)試：在上電前，我們必須確保電路中不存在短路或斷路情況，如若發(fā)生短路或斷路，輕則不能正常顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速，重則燒毀單片機(jī)，破壞整個(gè)硬件。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬(wàn)用表，用來(lái)完成檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況等。

48、根據(jù)PROTEL軟件自動(dòng)生成PCB電路板，對(duì)照PROTEL制作的PCB確保要和原理圖上的圖一致，對(duì)于LCD數(shù)碼管的連接部分，特別是LCD引腳和排阻之間的焊接，更要仔細(xì)，確保不發(fā)生短路現(xiàn)象。對(duì)照著原理圖的部分，一部分一部分地用萬(wàn)用表測(cè)量各個(gè)焊點(diǎn)，確保焊點(diǎn)沒(méi)有短接在一起，同時(shí)注意焊點(diǎn)的美觀，確保沒(méi)有開(kāi)路以與短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。上電后的調(diào)試：在確保硬件電路正常，無(wú)異常情況時(shí)方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗(yàn)電路是否接錯(cuò)。同時(shí)還要檢驗(yàn)原理是否正確。在本次設(shè)計(jì)中，上電調(diào)試主要只轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的單片機(jī)控制部分、數(shù)碼管點(diǎn)亮部分、和上位機(jī)通信的電平轉(zhuǎn)換和串口通信部分的硬件調(diào)試。1、單片機(jī)控制部分硬件調(diào)試：這一部分調(diào)試主要是檢查時(shí)鐘電路、復(fù)位電路是否接對(duì)，單片機(jī)的電源以與接地是否接好，以與其他的一些管腳的接法?？磫纹瑱C(jī)通電后能否可以正常工作等這一系列問(wèn)題。2、數(shù)碼管LCD電路調(diào)試：LCD數(shù)碼管使用的型號(hào)是液晶顯示屏16