【正文】 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速表設(shè)計作者姓名：鄒光明專業(yè)名稱：自動化指導(dǎo)教師：楊明 講師基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速表設(shè)計摘要隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計量技術(shù)相應(yīng)地也得到迅速發(fā)展。在這個領(lǐng)域中，數(shù)字儀表越來越現(xiàn)實它的優(yōu)越性和生命力：精度高、速度快、便于記錄、控制和傳遞，因而數(shù)字式儀表得到了廣泛的應(yīng)用。在轉(zhuǎn)速計量方面，數(shù)字轉(zhuǎn)速表更是一種理想的測量儀器。隨著微型計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，特別是高性能價格比的單片機(jī)的出現(xiàn)，以單片機(jī)為核心的數(shù)字轉(zhuǎn)速表更是得到了廣泛應(yīng)用。本文便是運(yùn)用AT89C51單片機(jī)控制的數(shù)字式轉(zhuǎn)速表。電機(jī)在運(yùn)行過程中，需要對其進(jìn)行監(jiān)控，轉(zhuǎn)速是一個必不可少的參數(shù)。數(shù)字式轉(zhuǎn)速表就是對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，并可以和PC機(jī)進(jìn)行通信，顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并觀察電機(jī)運(yùn)行的基本情況。本設(shè)計主要用AT89C51作為控制核心，由霍爾傳感器，LED數(shù)碼顯示管，施密特觸發(fā)器等構(gòu)成。充分發(fā)揮單片機(jī)的性能。本文重點是數(shù)字轉(zhuǎn)速表的硬件電路和軟件設(shè)計。本設(shè)計優(yōu)點是電路較簡單、功能完善、測量速度快、精度高、控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等特點。關(guān)鍵字：AT89C51 轉(zhuǎn)速表 數(shù)字 41 AbstractWith the development of modern,measurement technology has been rapid development. In this area,the digital instrument is more realistc its superiority and vitality: high precison, fast, easy to record, easy to control and transmission, so the digital instrument has been used widely. In the measurement of motor speed,digital tachometer is an ideal measuring instruments. With the extensive application of microputer, especially the emergence of singlechip, high performance and low cost, making the digital tachometer has been widely applied as the microcontroller core.This article, we use the AT89C51 microcontroller to control the digital tachometer. During operation, the motor needs to be monitoring, speed is an essential parameter. Digital tachometer to measure motor speed, and can municate with a PC, display the motor speed, and observe the motor running.This design with AT89C51 as control core, by the Hall sensor, LED digital display tube, the position of the Schmitt trigger,and so on. Give full play to the performance of the microcontroller. This article focuses on the hardware and software design of the digital tachometer.The advantage of a simple hardware and software capabilities improve, measuring speed, high precision and control system reliable, costeffective and so on.Keywords: AT89C51,Tachometer,Digital目錄摘要 IAbstract II目錄 III前言 11 轉(zhuǎn)速表原理 2 2 2 4 52 單片機(jī)介紹 6 AT89C51簡介 6 AT89C51引腳說明 7 9 93 硬件電路 10 10 12 12 13 14 14 15 LED顯示器 18 LED工作原理 19 20 20 214 軟件設(shè)計 22 22 23 25 26 26結(jié)論 27致謝 28參考文獻(xiàn) 29附錄一：系統(tǒng)總圖 30附錄二：主程序 31附錄三：按鍵程序 37附錄四：顯示程序 39附錄五：報警子程序 41前言轉(zhuǎn)速表是機(jī)械行業(yè)必備的儀器之一，在自動化生產(chǎn)設(shè)備和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動裝置中應(yīng)用十分廣泛。它可以用來測定電機(jī)的轉(zhuǎn)速、線速度或頻率。常用于電機(jī)、電扇、造紙、塑料、化纖、洗衣機(jī)、汽車、飛機(jī)、輪船等制造業(yè)。目前廣泛使用的普通式轉(zhuǎn)速表，其電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，穩(wěn)定性差，成本高，抗干擾能力差,測量精度與范圍不能兼顧，而且采樣的時間常，難以測得瞬時轉(zhuǎn)速，更不具備如轉(zhuǎn)速值的永久存儲、報警值設(shè)置，定時打印等功能。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微型計算機(jī)的應(yīng)用愈來愈廣泛，愈來愈深入。其中單片機(jī)構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)愈來愈受到人們的關(guān)注?，F(xiàn)在可以毫不夸張的說：沒有微型計算機(jī)的儀器不能稱為先進(jìn)的儀器。嵌入式系統(tǒng)正是為了適應(yīng)這一領(lǐng)域的需要而發(fā)展起來的一門新技術(shù)。單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)是內(nèi)部含有微型計算機(jī)用于完成智化功能的電子系統(tǒng)。它是先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。它最大的特點是它的“嵌入”性，也就是它“嵌入”到儀器儀表的內(nèi)部，使用者甚至感覺不到它的存在，但它卻在那里“默默”地工作。它的優(yōu)點是體積小、成本低、功能強(qiáng)、智能化。將單片機(jī)嵌入到轉(zhuǎn)速表內(nèi)可以很大程度上改善轉(zhuǎn)速表的穩(wěn)定性、抗干擾能力、體積、功能、測量精度與范圍等性能。轉(zhuǎn)速表性能的提高對機(jī)械行業(yè)的其他領(lǐng)域的發(fā)展起到不可忽視的促進(jìn)作用。本設(shè)計就是以單片機(jī)為核心的數(shù)字式轉(zhuǎn)速表，轉(zhuǎn)速表要顯示轉(zhuǎn)速要解決很多問題，比如信號數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)顯示等。本設(shè)計通過由傳感器、放大電路、整形電路和單片機(jī)等組成的測量電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過設(shè)計軟件進(jìn)行計算、控制。所得轉(zhuǎn)速由串行口送出到LED數(shù)碼管組成的4位靜態(tài)顯示電路，用以顯示轉(zhuǎn)速。另外還有轉(zhuǎn)速超限報警功能，用與單片機(jī)輸入輸出口連接的控制鍵輸入轉(zhuǎn)速上限，當(dāng)所測量的轉(zhuǎn)速超過這個值時，發(fā)出報警聲音。實現(xiàn)人機(jī)對話。這次所設(shè)計出來的轉(zhuǎn)速表的測量范圍是0~9999r/min，相對誤差小于177。%，能自動變換周期，且具有聲光報警功能。1 轉(zhuǎn)速表原理目前常用的轉(zhuǎn)速測量方法有M法、T法、M/T法。M法（即測頻法）是指在固定的時間內(nèi)測出轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖個數(shù)。經(jīng)分析得知，M法在測高速時相對誤差較小。T法（即測周期法）是指在轉(zhuǎn)速傳感器輸出脈沖周期內(nèi)對時鐘信號進(jìn)行計數(shù)，測出轉(zhuǎn)速脈沖周期，進(jìn)而計算出轉(zhuǎn)速。經(jīng)分析得知，T法在測低速時相對誤差較小。M/T法是指在M法基礎(chǔ)上吸取了T法之優(yōu)點而形成的。其測速過程是：在轉(zhuǎn)速傳感器輸出脈沖是上升沿到來時啟動定時（定時時間為Tc）,同時計傳感器輸出脈沖個數(shù)和時鐘脈沖個數(shù)，定時時間到，先停止對傳感器輸出脈沖的計數(shù)，待下一個傳感器輸出脈沖上升沿到來時在停止對時鐘脈沖的計數(shù)，由記錄的兩脈沖m1和m2求出轉(zhuǎn)速。假定旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)速傳感器輸出p個脈沖，又設(shè)轉(zhuǎn)速N，時鐘頻率為f0，則 (11)通過式（11）可方便地計算出轉(zhuǎn)速，因為不存在誤差，的最大誤差為一個時鐘，所以M/T法測速時的相對誤差為： (12)在式（12）中，由于m2通常較大，固相對誤差較小，即該測量方法精度較高，在本轉(zhuǎn)速表設(shè)計中，我采用的是M/T法。為了減少誤差，在轉(zhuǎn)速小于3600rpn時采用T法計算轉(zhuǎn)速，而大于3600rpn就進(jìn)行M法計算轉(zhuǎn)速。根據(jù)轉(zhuǎn)速、周期、頻率之間的關(guān)系可知 （13） （14） （15）式中，—被測轉(zhuǎn)速，r/min；—轉(zhuǎn)速信號周期，s；—轉(zhuǎn)速信號頻率，Hz；—計算脈沖的周期，又稱時基，本儀表Tc=4us；將式（15）帶入（13）得 (16)用十六進(jìn)制數(shù)表示為式中N已存入75H、74H、73H單元。利用除法子程序，即可求出轉(zhuǎn)速。下邊計算該系統(tǒng)的相對誤差。分別對式（13）和式（15）求微分 （17） （18）將式（17）代入（18），得 （19）式中，△N量化誤差，△N=177。1個計數(shù)脈沖，又已知時基Tc=4us，故 (110)由式（110）可知，相對誤差與頻率成正比，即相對誤差隨轉(zhuǎn)速的升高而升高。因此，為了提高測量精度，高轉(zhuǎn)速時需要連續(xù)測量數(shù)個周期。本設(shè)計中為4個周期，即測得的N為4個周期內(nèi)的總和，所以 （111） （112）用十六進(jìn)制數(shù)表示，為對式（112）進(jìn)行微分 因此可求出高速測量時的相對誤差 同樣，代入Tc=4us，△N=177。1個脈沖，則 （113）將式（113）與（110）比較可知，采用多周期測量相對精度大大提高。例如，當(dāng)n=3000r/min時，由式（110）可求出，其相對誤差為當(dāng)n=6000r/min時，由式（112）計算出相對誤差為該儀表設(shè)置的臨界轉(zhuǎn)速為3662r/min，其對應(yīng)的每周期計數(shù)脈沖個數(shù)。開機(jī)時，首先按低轉(zhuǎn)速測量，然后判轉(zhuǎn)速n是高于還是低與3662r/min。若低于此臨界值，則仍按低速測量，若高于它，便主動轉(zhuǎn)入高轉(zhuǎn)速測量，即連續(xù)測量4個周期。由式（16）和（112）可知，只要能夠求出脈沖個數(shù)N，即可求出轉(zhuǎn)速。為了得到計數(shù)脈沖，可以采用門控方式的硬件技術(shù)方法，也可以采用中斷方式的軟件計數(shù)方法。門控方式計數(shù)：由AT89C51定時器/計數(shù)器T0工作原理可知，當(dāng)