基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)

基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)【摘要】介紹了一種基于AT89C51單片機(jī)平臺(tái),采用光電傳感器實(shí)施電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的方法,硬件系統(tǒng)包括脈沖信號(hào)產(chǎn)生、脈沖信號(hào)處理和顯示模塊,并采用C語言編程,結(jié)果說明該方法具有簡單、精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。介紹了該測速法的根本原理、實(shí)現(xiàn)步驟和軟硬件設(shè)計(jì)【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)速測量;單片機(jī);光電傳感器；電機(jī)；脈沖。1.概述1.1數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的開展背景目前國內(nèi)外測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法很多，按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生過模擬測速法(如離心式轉(zhuǎn)速表、用電機(jī)轉(zhuǎn)矩或者電機(jī)電樞電動(dòng)勢計(jì)算所得)、同步測速法(如機(jī)械式或閃光式頻閃測速儀)以及計(jì)數(shù)測速法。計(jì)數(shù)測速法又可分為機(jī)械式定時(shí)計(jì)數(shù)法和電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。傳統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測多采用測速發(fā)電機(jī)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(duì)高頻振蕩進(jìn)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(hào)．其中應(yīng)用最廣的是光電式，光電式測系統(tǒng)具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點(diǎn)．加之激光光源、光柵、光學(xué)碼盤、CCD器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用，使得光電傳感器在檢測和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而采用光電傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度高、采樣速度快、測量范圍寬和測量精度與被測轉(zhuǎn)速無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。1.2本設(shè)計(jì)課題的目的和意義

在工程實(shí)踐中,經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合,例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中,常需要分時(shí)或連續(xù)測量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。要測速，首先要解決是采樣問題。在使用模技術(shù)制作測速表時(shí)，常用測速發(fā)電機(jī)的方法，即將測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測軸相連，測速發(fā)電機(jī)的電壓上下反映了轉(zhuǎn)速的上下。為了能精確地測量轉(zhuǎn)速外,還要保證測量的實(shí)時(shí)性,要求能測得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速方法。因此轉(zhuǎn)速的測試具有重要的意義。

這次設(shè)計(jì)內(nèi)容包含知識(shí)全面，對(duì)傳感器測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同的方法及原理設(shè)計(jì)有較多介紹，在測量系統(tǒng)中能學(xué)到關(guān)于測量轉(zhuǎn)速的傳感器采樣問題，單片機(jī)局部的內(nèi)容，顯示局部等各個(gè)模塊的通信和聯(lián)調(diào)。全面了解單片機(jī)和信號(hào)放大的具體內(nèi)容。進(jìn)一步鍛煉我們在信號(hào)采集，處理，顯示發(fā)面的實(shí)際工作能力。2.轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的原理2.1轉(zhuǎn)速測量方法轉(zhuǎn)速是指作圓周運(yùn)動(dòng)的物體在單位時(shí)間內(nèi)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù),其大小及變化往往意味著機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否,因此,轉(zhuǎn)速測量一直是工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。按照不同的理論方法,先后產(chǎn)生過模擬測速法(如離心式轉(zhuǎn)速表)、同步測速法(如機(jī)械式或閃光式頻閃測速儀)以及計(jì)數(shù)測速法。計(jì)數(shù)測速法又可分為機(jī)械式定時(shí)計(jì)數(shù)法和電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。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(shí)計(jì)數(shù)法。對(duì)轉(zhuǎn)速的測量實(shí)際上是對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號(hào)的頻率進(jìn)行測量。在頻率的工程測量中,電子式定時(shí)計(jì)數(shù)測量頻率的方法一般有三種：①測頻率法:在一定時(shí)間間隔t內(nèi),計(jì)數(shù)被測信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)N,那么被測信號(hào)的頻率fx可表示為fx=Nt(1)②測周期法:在被測信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi),計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖數(shù)m0,那么被測信號(hào)頻率fx=fc/m0,其中,fc為時(shí)鐘脈沖信號(hào)頻率。③多周期測頻法:在被測信號(hào)m1個(gè)周期內(nèi),計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖數(shù)m2,從而得到被測信號(hào)頻率fx,那么fx可以表示為fx=m1fcm2,m1由測量準(zhǔn)確度確定。電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法測量頻率時(shí),其測量準(zhǔn)確度主要由兩項(xiàng)誤差來決定:一項(xiàng)為哪一項(xiàng)時(shí)基誤差;另一項(xiàng)為哪一項(xiàng)量化±1誤差。當(dāng)時(shí)基誤差小于量化±1誤差一個(gè)或兩個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí),這時(shí)測量準(zhǔn)確度主要由量化±1誤差來確定。對(duì)于測頻率法,測量相對(duì)誤差為：Er1=測量誤差值實(shí)際測量值×100%=1N×100%(2)由此可見,被測信號(hào)頻率越高,N越大,Er1就越小,所以測頻率法適用于高頻信號(hào)(高轉(zhuǎn)速信號(hào))的測量。對(duì)于測周期法,測量相對(duì)誤差為：Er2=測量誤差值實(shí)際測量值×100%=1m0×100%(3)對(duì)于給定的時(shí)鐘脈沖fc,當(dāng)被測信號(hào)頻率越低時(shí),m0越大,Er2就越小,所以測周期法適用于低頻信號(hào)(低轉(zhuǎn)速信號(hào))的測量。對(duì)于多周期測頻法,測量相對(duì)誤差為：Er3=測量誤差值實(shí)際測量值100%=1m2×100%(4)從上式可知,被測脈沖信號(hào)周期數(shù)m1越大,m2就越大,那么測量精度就越高。它適用于高、低頻信號(hào)(高、低轉(zhuǎn)速信號(hào))的測量。但隨著精度和頻率的提高,采樣周期將大大延長,并且判斷m1也要延長采樣周期,不適合實(shí)時(shí)測量。根據(jù)以上的討論,考慮到實(shí)際應(yīng)用中需要測量的轉(zhuǎn)速范圍很寬,上述的轉(zhuǎn)速測量方法難以滿足要求,因此,研究高精度的轉(zhuǎn)速測量方法,以同時(shí)適用于高、低轉(zhuǎn)速信號(hào)的測量,不僅具有重要的理論意義,也是實(shí)際生產(chǎn)中的需要。2.2轉(zhuǎn)速測量原理一般的轉(zhuǎn)速長期測量系統(tǒng)是預(yù)先在軸上安裝一個(gè)有60齒的測速齒盤,用變磁阻式或電渦流式傳感器獲得一轉(zhuǎn)60倍轉(zhuǎn)速脈沖,再用測頻的方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量。而臨時(shí)性轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng),多采用光電傳感器,從轉(zhuǎn)軸上預(yù)先粘貼的一個(gè)標(biāo)志上獲得一轉(zhuǎn)一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖,隨后利用電子倍頻器和測頻方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量。不管長期或臨時(shí)轉(zhuǎn)速測量,都可以在微處理器的參與下,通過測量轉(zhuǎn)軸上預(yù)留的一轉(zhuǎn)一齒的鑒相信號(hào)或光電信號(hào)的周期,換算出轉(zhuǎn)軸的頻率或轉(zhuǎn)速。即通過速度傳感器,將轉(zhuǎn)速信號(hào)變?yōu)殡娒}沖,利用微機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),再經(jīng)過軟件計(jì)算獲得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。即:n=N/(mT)(1)◆n———轉(zhuǎn)速、單位:轉(zhuǎn)/分鐘;◆N———采樣時(shí)間內(nèi)所計(jì)脈沖個(gè)數(shù);◆T———采樣時(shí)間、單位:分鐘;◆m———每旋轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)(通常指測速碼盤的齒數(shù))。如果m=60,那么1秒鐘內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)N就是轉(zhuǎn)速n,即:n=N/(mT)=N/60×1/60=N(2)◆通常m為60。在對(duì)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較快系統(tǒng)或要求動(dòng)態(tài)特性好而精度高的轉(zhuǎn)速測控系統(tǒng)中,調(diào)節(jié)周期一般很短,相應(yīng)的采樣周期需取得很小,使得脈沖當(dāng)量增高,從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)測量精度降低,難以滿足測控要求。提高采樣速率通常就要減小采樣時(shí)間T,而T的減小會(huì)使采到的脈沖數(shù)值N下降,導(dǎo)致脈沖當(dāng)量(每個(gè)脈沖所代表的轉(zhuǎn)速)增高,從而使得測量精度變得粗糙。通過增加測速碼盤的齒數(shù)可以提高精度,但是碼盤齒數(shù)的增加會(huì)受到加工工藝的限制,同時(shí)會(huì)使轉(zhuǎn)速測量脈沖的頻率增高,頻率的提升又會(huì)受到傳感器中光電器或磁敏器或磁電器件最高工作頻率的限制。凡此種種因素限制了常規(guī)智能轉(zhuǎn)速測量方法的使用范圍。而采用本文所提出的定時(shí)分時(shí)雙頻率采樣法,可在保證采樣精度的同時(shí),提高采樣速率,充分發(fā)揮微機(jī)智能測速方法的優(yōu)越性及靈活性。圖2.1系統(tǒng)原理圖各局部模塊的功能：①傳感器：用來對(duì)信號(hào)的采樣。②放大、整形電路：對(duì)傳感器送過來的信號(hào)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。③單片機(jī)：對(duì)處理過的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速的實(shí)際值，送入LED④LED顯示：用來對(duì)所測量到的轉(zhuǎn)速進(jìn)行顯示。3.系統(tǒng)方案提出和論證轉(zhuǎn)速測量的方案選擇,一般要考慮傳感器的結(jié)構(gòu)、安裝以及測速范圍與環(huán)境條件等方面的適用性;再就是二次儀表的要求,除了顯示以外還有控制、通訊和遠(yuǎn)傳方面的要求。本說明書中給出兩種轉(zhuǎn)速測量方案，經(jīng)過我和伙伴查資料、構(gòu)思和自己的設(shè)計(jì)，總體電路我們有兩套設(shè)計(jì)方案，局部重要模塊也考慮了其它設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過分析，從實(shí)現(xiàn)難度、熟悉程度、器件用量等方面綜合考慮，我們才最終選擇了一個(gè)方案。下面就看一下我們對(duì)兩套設(shè)計(jì)方案的簡要說明。方案一：霍爾傳感器測量方案霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)進(jìn)行工作的？其核心元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的霍爾元件。本文介紹一種泵驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速采用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測量?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖如圖3.1,霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的接線圖如圖3.2。傳感器的定子上有2個(gè)互相垂直的繞組A和B,在繞組的中心線上粘有霍爾片HA和HB,轉(zhuǎn)子為永久磁鋼,霍爾元件HA和HB的鼓勵(lì)電機(jī)分別與繞組A和B相連,它們的霍爾電極串聯(lián)后作為傳感器的輸出。圖3.1霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖圖3.2方案霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的接線圖缺點(diǎn)：采用霍爾傳感器在信號(hào)采樣的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)采樣不精確，因?yàn)樗强看判愿袘?yīng)才采集脈沖的，使用時(shí)間長了會(huì)出現(xiàn)磁性變小，影響脈沖的采樣精度。方案二：光電傳感器整個(gè)測量系統(tǒng)的組成框圖如圖3.3所示。從圖中可見,轉(zhuǎn)子由一直流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng),可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無級(jí)調(diào)速。轉(zhuǎn)速信號(hào)由光電傳感器拾取,使用時(shí)應(yīng)先在轉(zhuǎn)子上做好光電標(biāo)記,具體方法可以是:將轉(zhuǎn)子外表擦干凈后用黑漆(或黑色膠布)全部涂黑,再將一塊反光材料貼在其上作為光電標(biāo)記,然后將光電傳感器(光電頭)固定在正對(duì)光電標(biāo)記的某一適當(dāng)距離處。光電頭采用低功耗高亮度LED,光源為高可靠性可見紅光,無論黑夜還是白天,或是背景光強(qiáng)有大范圍改變都不影響接收效果。光電頭包含有前置電路，輸出0—5V的脈沖信號(hào)。接到單片機(jī)89C51的相應(yīng)管腳上，通過89C51內(nèi)部定時(shí)/計(jì)時(shí)器T0、T1及相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)，組成一個(gè)數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。圖3.3測量系統(tǒng)的組成框圖優(yōu)點(diǎn)：這種方案使用光電轉(zhuǎn)速傳感器具有采樣精確，采樣速度快，范圍廣的特點(diǎn)。綜上所述，方案二使用光電傳感器來作為本設(shè)計(jì)的最正確選擇方案。4.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)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)以及功能強(qiáng)大，價(jià)格低廉的顯著特點(diǎn)，是全數(shù)字化測量轉(zhuǎn)度系統(tǒng)得一廣泛應(yīng)用。出于單片機(jī)在測量轉(zhuǎn)速方面具有體積小、性能強(qiáng)、本錢低的特點(diǎn)，越來越受到企業(yè)用戶的青睞。對(duì)測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的硬件和編程進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出一種以單片機(jī)為主的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，保證了測量精度。4.1轉(zhuǎn)速信號(hào)采集在設(shè)計(jì)中采用光電傳感器采集信號(hào)，這種傳感器是把旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變?yōu)橄鄳?yīng)頻率的脈沖，然后用測量電路測出頻率，由頻率值就可知道所側(cè)轉(zhuǎn)素值。這種測量方法具有傳感器結(jié)構(gòu)簡單、可靠、測量精度高的特點(diǎn)。是目前常用的一種測量轉(zhuǎn)速的方法。從光源發(fā)出的光通過測速齒盤上的齒槽照射到光電元件上，使光電元件感光。測速齒盤上有30個(gè)齒槽，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)。對(duì)于被測電機(jī)的轉(zhuǎn)速在90—1700r/min的來說,每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生30個(gè)電脈沖信號(hào),因此,傳感器輸出波形的頻率的大小為：45Hz≤f≤850Hz(1)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(紅外線接收二極管)之間,紅外線發(fā)光二極管(規(guī)格IR3401)負(fù)責(zé)發(fā)出光信號(hào),紅外線接收三極管(規(guī)格3DU12)負(fù)責(zé)接收發(fā)出的光信號(hào),產(chǎn)生電信號(hào),每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒,光的明暗變化經(jīng)歷了一個(gè)正弦周期,即產(chǎn)生了正弦脈沖電信號(hào)。圖4.1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(shí)別發(fā)光信號(hào)是否在工作，故將紅外線的輸出回路串接了一個(gè)普通光電二極管作為判別光源發(fā)生回路是否為通路。所選用的紅外二極管IR3401，在正向工作電流為20mA時(shí),其導(dǎo)通電壓為1.2—1.5V,所選用的發(fā)光二極管的正向壓降一般為1.5—2.0V,電流為10--20Ma。R的計(jì)算公式為：計(jì)算得：Rmin=425Ω；Rmin=465Ω。設(shè)定中所選阻值為430Ω〔Rmin≤R≤Rmax〕。轉(zhuǎn)速傳感器輸出電壓幅度在0—1.6mV呈正弦波變化,由此可見,紅外線接收三極管的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的電壓Uo很微弱(一般為mV量級(jí)),需要進(jìn)行信號(hào)處理.圖4.1轉(zhuǎn)速傳感器電路圖〔1〕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，根本的原理就是當(dāng)發(fā)射管光照射到接收管時(shí)，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷。以透射式為例，如圖4.1所示，當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，否那么翻開。為此，可以制作一個(gè)遮光葉片如圖4.2所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過時(shí)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。圖4.2光電傳感器的原理圖圖4.3遮光葉片〔2〕選用的傳感器型號(hào)為SZGB-3〔單向〕SZGB-3型傳感器特點(diǎn)介紹如下：1)供單向計(jì)數(shù)器使用，測量轉(zhuǎn)速和線速度.2)采用密封結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定.3〕光源用紅外發(fā)光管，功耗小，壽命長.4)SZGB-3,20電源電壓為12VDCSZGB-3型傳感器主要性能介紹如下：SZGB-3.型光電轉(zhuǎn)速傳感器，使用時(shí)通過連軸節(jié)與被測轉(zhuǎn)軸連接，當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，將轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，供二次儀表計(jì)數(shù)使用。1〕輸出脈沖數(shù)：60脈沖〔每一轉(zhuǎn)〕

2)輸出信號(hào)幅值：50r/min時(shí)300mV

3)測速范圍:50---5000r/min4)使用時(shí)間:可連續(xù)使用,使用中勿需加潤滑油

5)工作環(huán)境:溫度-10～40℃,相對(duì)濕度≤85%無腐蝕性氣體4.2轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路包括信號(hào)放大電路、整形及三極管整形電路。由于產(chǎn)生的電壓信號(hào)很小，所以要進(jìn)行放大處理，一般要放大至少1000倍〔≥60dB〕，然后在進(jìn)行信號(hào)處理工作。信號(hào)放大裝置選用運(yùn)算放大器TL084作為放大電壓放大元件，采用兩級(jí)放大電路，每一級(jí)都采用反響比例運(yùn)算電路如圖4.4.設(shè)計(jì)的電壓放大倍數(shù)為3000倍。其中第一級(jí)放大倍數(shù)為30，第二級(jí)放大倍數(shù)為100.放大后電壓變化范圍為0～4.8V。TL084采用12V雙電源供電，由于電源的供電電壓在一定范圍內(nèi)有副值上的波動(dòng)，形成干擾信號(hào)。為起到消除干擾，實(shí)現(xiàn)濾波作用，故供電電源兩端需接10UF的電容接地，電容選擇金屬化聚丙已烯膜電容。兩級(jí)運(yùn)放放大所采用的供電電源均采用此接法。圖4.4信號(hào)處理電路圖整形電路的主要作用是將正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)化為方波脈沖信號(hào)，正弦波信號(hào)電壓的最大幅值約為4.8V，最小幅值為0V。整形電路設(shè)計(jì)的是一種滯回電壓比擬器，它具有慣性，起到抗干擾的作用。從而向輸入端輸入的滯回比擬器。在整形電路的輸入端接一個(gè)電容C7〔103〕，起到的作用是阻止其他信號(hào)的干擾，并且將放大的信號(hào)進(jìn)行濾波，解耦。R11和R17是防止電路短路，起到保護(hù)電路的作用。一次整形后的信號(hào)根本上為±5V的電平的脈沖信號(hào)，在脈沖計(jì)數(shù)時(shí)，常用的是+5V的脈沖信號(hào)。如果直接采用-5V的脈沖計(jì)數(shù)，會(huì)增加電路的復(fù)雜性，故一般不直接使用，而是先進(jìn)行二次整形。第二次用三極管整形電路，當(dāng)輸出為-5V的信號(hào)時(shí)，三極管VT2〔8050〕的基-射極和電阻R18組成并聯(lián)電路電流經(jīng)過R18.R17,三極管VT2處于反向偏置狀態(tài)，所以，VT2的集-射極未接通，故處于截止?fàn)顟B(tài)。電源回路由R19，三極管VT2的集-射極組成，采用單電源+12V供電，由于集射極截止，處于斷路狀態(tài)，故輸出電壓U0為V。當(dāng)?shù)谝淮握屋敵鰹?5V的信號(hào)時(shí)，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(shí)三極管的集-射極處于通路狀態(tài)。電源電流流經(jīng)電阻R19，三極管的集-射極到地端，由于集-射極導(dǎo)通時(shí)的電阻很小，可以忽略不計(jì)。電源電壓主要在R19上，其輸出電壓約為0V。綜上所述，三極管整形的電路的輸入關(guān)系是：信號(hào)為-5V時(shí)，U0=+12V；信號(hào)為+5V時(shí)，U0=0V。4.3單片機(jī)AT89C51介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器〔FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。圖4.5是常用的一種單片機(jī)，型號(hào)為AT89C51，它將計(jì)算機(jī)的功能都集成到這個(gè)芯片內(nèi)部去了，就這么一個(gè)小小的芯片就能構(gòu)成一臺(tái)小型的電腦，因此叫做單片機(jī)。圖4.5AT89C51芯片它有40個(gè)管腳，分成兩排，每一排各有20個(gè)腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第1腳，然后按逆時(shí)針方向依次為第2腳、第3腳……第40腳。在40個(gè)管腳中，其中有32個(gè)腳可用于各種控制，比方控制小燈的亮與滅、控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制電梯的升與降等，這32個(gè)腳叫做單片機(jī)的“端口〞，在單片機(jī)技術(shù)中，每個(gè)端口都有一個(gè)特定的名字，比方第一腳的那個(gè)端口叫做“P1.0〞。AT89C51單片機(jī)的功能：1．主要特性：◆與MCS-51兼容◆4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器◆壽命：1000寫/擦循環(huán)◆數(shù)據(jù)保存時(shí)間：10年◆全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz◆三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定◆128*8位內(nèi)部RAM◆32可編程I/O線◆兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器◆5個(gè)中斷源◆可編程串行通道◆低功耗的閑置和掉電模式◆片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路2．管腳說明〔圖4.7〕：圖4.7AT89C51管腳分布●VCC：供電電壓，●GND：接地?！馪0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高?！馪1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收?！馪2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1〞時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1〞時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)?！馪3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1〞后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流〔ILL〕這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口。P3口管腳備選功能：●P3.0RXD〔串行輸入口〕●P3.1TXD〔串行輸出口〕●P3.2/INT0〔外部中斷0〕●P3.3/INT1〔外部中斷1〕●P3.4T0〔記時(shí)器0外部輸入〕●P3.5T1〔記時(shí)器1外部輸入〕●P3.6/WR〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通〕●P3.7/RD〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通〕●P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)?！?/p>

RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。●ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效?！馪SEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)?！馝A/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，那么在此期間外部程序存儲(chǔ)器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源〔VPP〕。●XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。●XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3．振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。4．芯片擦除：

整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1〞且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。4.4最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)位電路〔圖4.8〕：MCS-51

單片機(jī)復(fù)位電路是指單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。圖4.8復(fù)位電路①復(fù)位功能：復(fù)位電路的根本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個(gè)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(gè)機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位〔如圖4.9(a)〕和按鈕復(fù)位(如圖4.9(b))兩種方式。圖4.9RC復(fù)位電路②單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài):單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器PC＝0000H，這說明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動(dòng)后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個(gè)特殊功能存放器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，見表1。值得指出的是，記住一些特殊功能存放器復(fù)位后的主要狀態(tài)，對(duì)于了解單片機(jī)的初態(tài)，減少應(yīng)用程序中的初始化局部是十分必要的。說明：表4-1中符號(hào)*為隨機(jī)狀態(tài)：表4-1存放器復(fù)位后狀態(tài)表特殊功能存放器初始狀態(tài)特殊功能存放器初始狀態(tài)ABPSW00H00H00HTMODTCONTH000H00H00HSPDPLDPHP0—P3IPIE07H00H00HFFH***00000B0**00000BTL0TH1TL1SBUFSCONPCON00H00H00H不定00H0********BPSW＝00H，說明選存放器0組為工作存放器組；SP＝07H，說明堆棧指針指向片內(nèi)RAM07H字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法那么，第一個(gè)被壓入的內(nèi)容寫入到08H單元中；Po-P3＝FFH，說明已向各端口線寫入1，此時(shí)，各端口既可用于輸入又可用于輸出。IP＝×××00000B，說明各個(gè)中斷源處于低優(yōu)先級(jí)；IE＝0××00000B，說明各個(gè)中斷均被關(guān)斷；系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。51單片機(jī)的復(fù)位是由RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過24個(gè)振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，假設(shè)為高電平那么執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，假設(shè)為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序。51單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，將其內(nèi)部的一些重要存放器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)那么不變。晶振電路晶振〔圖4.10〕是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的上下分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反應(yīng)元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反應(yīng)回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的上下、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為30μF。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。晶體振蕩電路如圖3-6：晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。圖4.10晶振電路最小系統(tǒng)的仿真最小系統(tǒng)的仿真圖4.11圖4.11最小系統(tǒng)的仿真附最小系統(tǒng)仿真程序如下：#include<AT89X51.h>sbitLED=P1^0;//定義LED接P1.0口//voidDelay()//延時(shí)函數(shù)//{unsignedchari,j;for(i=255;i>0;i--)for(j=255;j>0;j--);}voidmain(){while(1){LED=0;//LED滅//Delay();//返回延時(shí)函數(shù)//LED=1;//LED亮//Delay();//反回延時(shí)函數(shù)//}}4.5顯示局部設(shè)計(jì)(1)許多電子產(chǎn)品上都有跳動(dòng)的數(shù)碼來指示電器的工作狀態(tài)，其實(shí)數(shù)碼管顯示的數(shù)碼均是由八個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的。每段上加上適宜的電壓，該段就點(diǎn)亮。LED數(shù)碼有共陽和共陰兩種，把這些LED發(fā)光二極管的正極接到一塊〔一般是拼成一個(gè)8字加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)〕而作為一個(gè)引腳，就叫共陽的，相反的，就叫共陰的，那么應(yīng)用時(shí)這個(gè)腳就分別的接VCC和GND。再把多個(gè)這樣的8字裝在一起就成了多位的數(shù)碼管了。實(shí)物如圖4.12圖4.12數(shù)碼管共陽型〔圖4.13〕就是八個(gè)發(fā)光管的正極都連在一起，作為一條引線.A~G段用于顯示數(shù)字,字符的筆畫,〔dp顯示小數(shù)點(diǎn)〕，每一段控制A~G~dp的亮與來。內(nèi)部結(jié)構(gòu):圖4.13共陽型LCD共陰型〔圖4.14〕就是七個(gè)發(fā)光管的負(fù)極都連在一起，作為一條引線。A~G段用于顯示數(shù)字,字符的筆畫,〔dp顯示小數(shù)點(diǎn)〕，每一段控制A~G~dp的亮與來.內(nèi)部結(jié)構(gòu):4.14共陰型LCD數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示那么需要5×8＝40根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：〕，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制翻開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。(2)段碼表表4-2為LED段碼表表4-2LED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012343FH06H5BH4FH66HC0HF9HA4HB0H99H567896DH7DH07H7BH6FH92H82HF8H80H90H〔3〕動(dòng)態(tài)顯示仿真〔圖4.15〕圖4.15動(dòng)態(tài)顯示仿真圖動(dòng)態(tài)顯示程序：#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuintmm=1234;//顯示1234//ucharjj;ucharcodetable[]={0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,};delay(uintm){uinti,j;for(i=m;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);}xian_shi(){ucharqian,bei,shi,ge;qian=mm/1000;bei=mm%1000/100;shi=mm%100/10;ge=mm%10;P2=0x80;P0=table[qian];delay(50);P2=0;P2=0x40;P0=table[bei];delay(50);P2=0;P2=0x20;P0=table[shi];delay(50);P2=0;P2=0x10;P0=table[ge];delay(50);P2=0;}5.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)硬件電路完成以后，進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。首先要分析系統(tǒng)對(duì)軟件的要求，然后進(jìn)行軟件的總體的設(shè)計(jì)，包括程序的總體設(shè)計(jì)和對(duì)程序的模塊化設(shè)計(jì)。按整體功能分為多個(gè)不同的模塊，單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試，然后將各個(gè)模塊裝配聯(lián)調(diào)，組成完整的軟件。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，單片機(jī)的任務(wù)是：內(nèi)部進(jìn)行計(jì)數(shù)，在計(jì)算出速度后顯示。軟件編程用C語言完成的，需要能掌握C語言，還要熟練AT89C51單片機(jī)。從程序流程圖、編寫程序、編譯，到最后的調(diào)試，是很復(fù)雜的。下面作簡單介紹：系統(tǒng)軟件主程序的功能是完成系統(tǒng)的初始化、顯示程序。5.1主程序初始化〔1〕.定時(shí)器的初始化 AT89C51有兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器均可設(shè)置成為16位，也可以設(shè)置成為13位進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的功能是對(duì)T0或T1外來脈沖的進(jìn)行計(jì)數(shù)，外部輸入脈沖負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加1。定時(shí)功能是通過計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，即每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加1，因此定時(shí)時(shí)間等于計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)乘以機(jī)器周期。定時(shí)器工作時(shí)，每接收到1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖〔或機(jī)器周期〕那么在設(shè)定的初值根底上自動(dòng)加1，當(dāng)所有位都位1時(shí)，再加1就會(huì)產(chǎn)生溢出，將向CPU提出定時(shí)器溢出中斷身請(qǐng)。當(dāng)定時(shí)器采用不同的工作方式和設(shè)置不同的初值時(shí)，產(chǎn)生溢出中斷的定時(shí)值和計(jì)數(shù)值將不同，從而可以適應(yīng)不同的定時(shí)或計(jì)數(shù)控制。定時(shí)器有4種工作方式：方式0、方式2、方式2和方式3，在此對(duì)工作方式不做具體介紹。工作方式存放器TMOD的設(shè)定：GATEC/TM1-M0GATEC/TM1M0TMOD各位的含義如下：◆GATE：門控位，用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)是否受外部中斷請(qǐng)求信號(hào)的影響。◆C/T：定時(shí)或計(jì)數(shù)方式選擇位，當(dāng)C/T=1時(shí)工作于計(jì)數(shù)方式；當(dāng)C/T=0時(shí)工作于定時(shí)方式。M1、M0為工作方式選擇位，用于對(duì)T0的四種工作方式，T1的三種工作方式進(jìn)行選擇，選擇情況如下表5-1：M1M0=00為方式0;M1M0=01為方式1；表5-1M1、M0為工作方式選擇位MOM1工作方式方式說明00110101012313位定時(shí)/計(jì)數(shù)器16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器8位自動(dòng)重置定時(shí)/計(jì)數(shù)器兩個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器〔只有T0有〕〔2〕中斷允許控制MCS-51單片機(jī)中沒有專門的開中斷和關(guān)中斷指令，對(duì)各個(gè)中斷源的允許和屏蔽是由內(nèi)部的中斷允許存放器IE的各位來控制的。中斷允許存放器IE的字節(jié)地址為A8H，可以進(jìn)行位尋址.表5-2中斷位尋址表IED7D6D5D4D3D2D1D0〔A8H〕EAET2ESET1EX1ET0EX0◆EA：中斷允許總控位。EA=0，屏蔽所有的中斷請(qǐng)求；EA=1，開放中斷?！鬍T2：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的溢出中斷允許位◆ES：串行口中斷允許位?！鬍T1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的溢出中斷允許位。◆EX1：外部中斷INT1的中斷允許位。◆ET0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的溢出中斷允許位?！鬍X0：外部中斷INT0的中斷允許位。5.2主程序流程圖程序流程圖①主程序流程圖5.1顯示顯示開始初始化定時(shí)器計(jì)時(shí)器刷新數(shù)碼管延時(shí)2ms圖5.1流程圖②顯示子程序流程圖5.2開始開始顯示緩存初始化LED顯示初始化數(shù)碼顯示圖5.2顯示子程序流程圖③定時(shí)計(jì)數(shù)子程序流程圖5.3開定時(shí)器開定時(shí)器開計(jì)數(shù)器定時(shí)0.5s計(jì)數(shù)0.5s讀出計(jì)數(shù)器值并清零計(jì)數(shù)器定時(shí)重新裝初始值并啟動(dòng)定時(shí)器開始圖5.3定時(shí)計(jì)數(shù)子程序流程圖總結(jié)采用單片機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測量，可以提高轉(zhuǎn)速的測量，可以提高轉(zhuǎn)速測量的精確度，并且加快了采樣的速率，具有較好的實(shí)時(shí)性。本文介紹的轉(zhuǎn)速方法使用于高、低轉(zhuǎn)速的測量，測量精確度與轉(zhuǎn)速無關(guān)，因而具有較寬的應(yīng)用范圍和廣闊的應(yīng)用的前景?；趩纹瑱C(jī)的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，具有硬件電路簡單，程序簡單和運(yùn)算速度快，測速范圍廣，抗干擾性能好的特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)的信號(hào)處理電路中經(jīng)過濾波，能夠進(jìn)一步減少誤差，是測速精度得到提高。致謝經(jīng)過幾個(gè)月的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，通過這次學(xué)校組織的畢業(yè)設(shè)計(jì),端正了自己學(xué)習(xí)的態(tài)度,鍛煉了自己獨(dú)立動(dòng)手的能力，在此，我要感謝每一個(gè)幫助過我的人。首先,我要感謝的是我的導(dǎo)師楊帆老師。楊帆平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，都給予我悉心的指導(dǎo)和幫助?？梢哉f，沒有楊帆的悉心指導(dǎo)和幫助，我是不可能順利完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的。另外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的典范，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。再次，我要感謝的是我的同學(xué)趙星輝和舍友們在我畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，他們給了我不少的關(guān)心和幫助。理論與實(shí)踐的結(jié)合,是對(duì)知識(shí)較好牢固掌握的一種方法,這次的畢設(shè)就有這種理念.基于改變高分低能的現(xiàn)狀.對(duì)于即將畢業(yè)的我們,社會(huì)更迫切需要的是能力而不是以往的高分.學(xué)校看出了這種現(xiàn)狀,所以安排了畢業(yè)生的最后一門課:理論實(shí)踐相結(jié)合.所以作為畢業(yè)生的我表示深切感謝.這次真的是機(jī)不可失,失不在來.最后我要感謝的是我親愛的陜西理工學(xué)院的每一位老師和同學(xué)?？傊?，感謝每一位關(guān)心過我，保護(hù)過我的人。滴水之恩，當(dāng)涌泉相報(bào)。參考文獻(xiàn)1、陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社，20032、馬全權(quán)，李慶輝，強(qiáng)盛.一種高精度實(shí)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速測量新方法，齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào).20023、孫桂榮，班瑩，劉鳴.電機(jī)轉(zhuǎn)速測量設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，20054、王雪文.張志勇.傳感器原理及應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社.20045、王秀杰，張疇先.模擬集成電路應(yīng)用.西北工業(yè)大學(xué)出版社，20036、何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19907、蔣智勇.單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù).沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版設(shè),19928、何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19909、穆蘭.單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,199510、張毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,199011、蔣智勇.單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù).沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版設(shè),199212、Tierney,J.,Rader,C.M.,andGold,B."ADigitalFrequencySynthesizer,"IEEETransactionsonAudioandElectroacousticsAU-19:1,March197113、Goldberg,Bar-Giora,DigitalTechniquesinFrequencySynthesis,NewYork:McGraw-Hill,199614、QUJin-yu.MeasureofEngineSpeedBasedonC8051FChip，Tractor&FarmTransporter,2007年06期15、XIAJunchao;CHENMinli。MeasurementAlgorithmoftheHigh-AccurateRotarySpeeUJin-yu;dBasedonMicro-Controllers,ChemicalEngineering&Machinery,2006年03期附錄A系統(tǒng)總電路圖附錄B系統(tǒng)總程序清單#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuintmm=1234;ucharcodetable[]={0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,};delay(uintm){uinti,j;for(i=m;i>0;i--)for(j=60;j>0;j--);}xian_shi(){ucharqian,bei,shi,ge;uintjj;jj=mm;jj*=20;//jj+=1;qian=jj/1000;bei=jj%1000/100;shi=jj%100/10;ge=jj%10;P2=0x10;P0=table[qian];delay(1);//P2=0;P2=0x20;P0=table[bei];delay(1);//P2=0;P2=0x40;P0=table[shi];delay(1);//P2=0;P2=0x80;P0=table[ge];delay(1);//P2=0;}timer_init()//定時(shí)器計(jì)數(shù)器初始化函數(shù){EA=1;ET0=1;ET1=1;TMOD=0X51;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;TH1=0;TL1=0;TR0=1;TR1=1; }main(){timer_init();P0=0;//開始數(shù)碼管不顯示while(1) {xian_shi();delay(2);//數(shù)碼管刷新時(shí)間單位毫秒}}voidtimer0()interrupt1{TR0=0;TR1=0;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;mm=0;mm|=TH1;mm=(mm<<8)|TL1;// mm-=55536;TH1=0;TL1=0;TR0=1;TR1=1;}voidtimer1()interrupt3//顯示0000說明出錯(cuò){TR1=0;TR0=0;mm=0;//TH1=0;//TL1=0;//TR1=1;}Electricboilertemperaturesystem1.MCUAmicrocontroller(orMCU)isacomputer-on-a-chip.Itisatypeofmicroprocessoremphasizingself-sufficiencyandcost-effectiveness,incontrasttoageneral-purposemicroprocessor(thekindusedinaPC).Themajorityofcomputersystemsinusetodayareembeddedinothermachinery,suchastelephones,clocks,appliances,vehicles,andinfrastructure.Anembeddedsystemusuallyhasminimalrequirementsformemoryandprogramlengthandmayrequiresimplebutunusualinput/outputsystems.Forexample,mostembeddedsystemslackkeyboards,screens,disks,printers,orotherrecognizableI/Odevicesofapersonalcomputer.Theymaycontrolelectricmotors,relaysorvoltages,andreadswitches,variableresistorsorotherelectronicdevices.Often,theonlyI/Odevicereadablebyahumanisasinglelight-emittingdiode,andseverecostorpowerconstraintscaneveneliminatethat.Incontrasttogeneral-purposeCPUs,microcontrollersdonothaveanaddressbusoradatabus,becausetheyintegratealltheRAMandnon-volatilememoryonthesamechipastheCPU.Becausetheyneedfewerpins,thechipcanbeplacedinamuchsmaller,cheaperpackage.Integratingthememoryandotherperipheralsonasinglechipandtestingthemasaunitincreasesthecostofthatchip,butoftenresultsindecreasednetcostoftheembeddedsystemasawhole.(EvenifthecostofaCPUthathasintegratedperipheralsisslightlymorethanthecostofaCPU+externalperipherals,havingfewerchipstypicallyallowsasmallerandcheapercircuitboard,andreducesthelaborrequiredtoassembleandtestthecircuitboard).Thistrendleadstodesign.Amicrocontrollerisasingleintegratedcircuit,commonlywiththefollowingfeatures:centralprocessingunit-rangingfromsmallandsimple4-bitprocessorstosophisticated32-or64-bitprocessorsinput/outputinterfacessuchasserialports(UARTs)otherserialcommunicationsinterfaceslikeI2C,SerialPeripheralInterfaceandControllerAreaNetworkforsysteminterconnectperipheralssuchastimersandwatchdogRAMfordatastorageROM,EPROM,EEPROMorFlashmemoryforprogramstorageclockgenerator-oftenanoscillatorforaquartztimingcrystal,resonatororRCcircuitmanyincludeanalog-to-digitalconverters.ThisintegrationdrasticallyreducesthenumberofchipsandtheamountofwiringandPCBspacethatwouldbeneededtoproduceequivalentsystemsusingseparatechipsandhaveprovedtobehighlypopularinembeddedsystemssincetheirintroductioninthe1970s.SomemicrocontrollerscanaffordtouseaHarvardarchitecture:separatememorybusesforinstructionsanddata,allowingaccessestotakeplaceconcurrently.Thedecisionofwhichperipheraltointegrateisoftendifficult.TheMicrocontrollervendorsoftentradeoperatingfrequenciesandsystemdesignflexibilityagainsttime-to-marketrequirementsfromtheircustomersandoveralllowersystemcost.Manufacturershavetobalancetheneedtominimizethechipsizeagainstadditionalfunctionality.Microcontrollerarchitecturesareavailablefrommanydifferentvendorsinsomanyvarietiesthateachinstructionsetarchitecturecouldrightlybelongtoacategoryoftheirown.Chiefamongthesearethe8051,Z80andARMderivatives.[citationneeded]Amicrocontroller(alsoMCUorμC)isafunctionalcomputersystem-on-a-chip.Itcontainsaprocessorcore,memory,andprogrammableinput/outputperipherals.MicrocontrollersincludeanintegratedCPU,memory(asmallamountofRAM,programmemory,orboth)andperipheralscapableofinputandoutput.Itemphasizeshighintegration,incontrasttoamicroprocessorwhichonlycontainsaCPU(thekindusedinaPC).Inadditiontotheusualarithmeticandlogicelementsofageneralpurposemicroprocessor,themicrocontrollerintegratesadditionalelementssuchasread-writememoryfordatastorage,read-onlymemoryforprogramstorage,Flashmemoryforpermanentdatastorage,peripherals,andinput/outputinterfaces.Atclockspeedsofaslittleas32KHz,microcontrollersoftenoperateatverylowspeedcomparedtomicroprocessors,butthisisadequatefortypicalapplications.Theyconsumerelativelylittlepower(milliwattsorevenmicrowatts),andwillgenerallyhavetheabilitytoretainfunctionalitywhilewaitingforaneventsuchasabuttonpressorinterrupt.Powerconsumptionwhilesleeping(CPUclockandperipheralsdisabled)maybejustnanowatts,makingthemidealforlowpowerandlonglastingbatteryapplications.Microcontrollersareusedinautomaticallycontrolledproductsanddevices,suchasautomobileenginecontrolsystems,remotecontrols,officemachines,appliances,powertools,andtoys.Byreducingthesize,cost,andpowerconsumptioncomparedtoadesignusingaseparatemicroprocessor,memory,andinput/outputdevices,microcontrollersmakeiteconomicaltoelectronicallycontrolmanymoreprocesses.Themajorityofcomputersystemsinusetodayareembeddedinothermachinery,suchasautomobiles,telephones,appliances,andperipheralsforcomputersystems.Thesearecalledembeddedsystems.Whilesomeembeddedsystemsareverysophisticated,manyhaveminimalrequirementsformemoryandprogramlength,withnooperatingsystem,andlowsoftwarecomplexity.Typicalinputandoutputdevicesincludeswitches,relays,solenoids,LEDs,smallorcustomLCDdisplays,radiofrequencydevices,andsensorsfordatasuchastemperature,humidity,lightleveletc.Embeddedsystemsusuallyhavenokeyboard,screen,disks,printers,orotherrecognizableI/Odevicesofapersonalcomputer,andmaylackhumaninteractiondevicesofanykind.Itismandatorythatmicrocontrollersproviderealtimeresponsetoeventsintheembeddedsystemtheyarecontrolling.Whencertaineventsoccur,aninterruptsystemcansignaltheprocessortosuspendprocessingthecurrentinstructionsequenceandtobeginaninterruptserviceroutine(ISR).TheISRwillperformanyprocessingrequiredbasedonthesourceoftheinterruptbeforereturningtotheoriginalinstructionsequence.Possibleinterruptsourcesaredevicedependent,andoftenincludeeventssuchasaninternaltimeroverflow,completingananalogtodigitalconversion,alogiclevelchangeonaninputsuchasfromabuttonbeingpressed,anddatareceivedonacommunicationlink.Wherepowerconsumptionisimportantasinbatteryoperateddevices,interruptsmayalsowakeamicrocontrollerfromalowpowersleepstatewheretheprocessorishalteduntilrequiredtodosomethingbyaperipheralevent.Microcontrollerprogramsmustfitintheavailableon-chipprogrammemory,sinceitwouldbecostlytoprovideasystemwithexternal,expandable,memory.Compilersandassemblylanguageareusedtoturnhigh-levellanguageprogramsintoacompactmachinecodeforstorageinthemicrocontroller'smemory.Dependingonthedevice,theprogrammemorymaybepermanent,read-onlymemorythatcanonlybeprogrammedatthefactory,orprogrammemorymaybefield-alterableflashorerasableread-onlymemory.Sinceembeddedprocessorsareusuallyusedtocontroldevices,theysometimesneedtoacceptinputfromthedevicetheyarecontrolling.Thisisthepurposeoftheanalogtodigitalconverter.Sinceprocessorsarebuilttointerpretandprocessdigitaldata,i.e.1sand0s,theywon'tbeabletodoanythingwiththeanalogsignalsthatmaybebeingsenttoitbyadevice.Sotheanalogtodigitalconverterisusedtoconverttheincomingdataintoaformthattheprocessorcanrecognize.Thereisalsoadigitaltoanalogconverterthatallowstheprocessortosenddatatothedeviceitiscontrolling.Inadditiontotheconverters,manyembeddedmicroprocessorsincludeavarietyoftimersaswell.OneofthemostcommontypesoftimersistheProgrammableIntervalTimer,orPITforshort.APITjustcountsdownfromsomevaluetozero.Onceitreacheszero,itsendsaninterrupttotheprocessorindicatingthatithasfinishedcounting.Thisisusefulfordevicessuchasthermostats,whichperiodicallytestthetemperaturearoundthemtoseeiftheyneedtoturntheairconditioneron,theheateron,etc.TimeProcessingUnitorTPUforshort.Isessentiallyjustanothertimer,butmoresophisticated.Inadditiontocountingdown,theTPUcandetectinputevents,generateoutputev