【正文】 新疆工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計目 錄摘要……………………………………………………………………………………I第1章 緒論…………………………………………………………………………1 轉(zhuǎn)速測量研究當前背景……………………………………………………..1 測速系統(tǒng)設(shè)計主要內(nèi)容……………………………………………………..2第2章 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的總體方案 …………………………………………………3 轉(zhuǎn)速測量的一般方法………………………………………………………..3 硬件設(shè)計總體方案…………………………………………………………..4 軟件設(shè)計思路 ………………………………………………………………..5第3章 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)硬件設(shè)計………………………………………………………7 轉(zhuǎn)速測量原理………………………………………………………………..7 測頻法“M法”……………………………………………………….7 測周期法“T法”……………………………………………………8 測頻測周法“M/T法”…………………………………………………9 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)中應(yīng)用的方法………………………………………..10 霍爾傳感器的簡介………………………………………………………….10 霍爾效應(yīng)……………………………………………………………..10 霍爾元件……………………………………………………………..13 霍爾元件的應(yīng)用……………………………………………………..14 UGN3144霍爾開關(guān)元件…………………………………………….14 單片機及其接口的設(shè)計…………………………………………………….17 AT89C51單片機的簡介……………………………………………..17 復(fù)位電路……………………………………………………………..19 時鐘電路……………………………………………………………..20 顯示電路……………………………………………………………..21 HD7279接口…………………………………………………………23 鍵盤電路……………………………………………………………..25第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ………………………………………………………………..26 單片機轉(zhuǎn)速程序設(shè)計思路及過程 ………………………………………….26 單片機程序設(shè)計思路………………………………………………..26 子程序設(shè)計 ………………………………………………………………….27 單片機轉(zhuǎn)速計算程序 ………………………………………………27 二十進制轉(zhuǎn)換程序…………………………………………………28 顯示程序…………………………………………………………….29第5章 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速分析 ………………………………………….31結(jié)論 ……………………………………………………………………33致謝 34參考文獻……………………………………………………………………………..35附錄1…………………………………………………………………………………36附錄2…………………………………………………………………………………37新疆工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計摘要 本文是關(guān)于基于51單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計的畢業(yè)論文，現(xiàn)今轉(zhuǎn)速測量方法較多，隨著單片機對脈沖信號的處理能力的不斷強大，使得全數(shù)字量系統(tǒng)越來越普及，并且使轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)也可以用全數(shù)字化處理。本次畢業(yè)設(shè)計是利用霍爾效應(yīng)對旋轉(zhuǎn)物體進行檢測的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用UGN3144霍爾傳感器把轉(zhuǎn)速信息轉(zhuǎn)換為電壓輸出，輸出電壓經(jīng)整形電路送入AT89C51單片機進行數(shù)據(jù)處理并用四位7段LED顯示器顯示測量結(jié)果。首先闡述了構(gòu)成51單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的原理、硬件的實現(xiàn)方法，在該系統(tǒng)中對信號頻率進行測量是本次設(shè)計的重中之重。在收集了許多的測量方法中，通過各種測量方法的對比下，綜合各種因素，最終我們選擇了應(yīng)采用測頻法為我們本次設(shè)計的測速方法。其次，在軟件設(shè)計部分，此系統(tǒng)包含系統(tǒng)初始化程序的設(shè)計、數(shù)據(jù)接收和處理程序的設(shè)計、顯示程序的設(shè)計三個模塊。最終，給出各部分的原理框圖、電路圖及轉(zhuǎn)速測量的程序流程圖，并編出其具體的程序?？偠灾?，本次課題完成了對51單片機的轉(zhuǎn)速測量的硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的測量，轉(zhuǎn)速計算、顯示功能，同時實現(xiàn)鍵盤的開始/停止功能，可以完成了設(shè)計的要求。關(guān)鍵詞: 單片機 轉(zhuǎn)速測量 霍爾傳感器41第1章 緒論 課題研究的當前背景隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)提高，尤其是單片機應(yīng)用技術(shù)以其功能強大，價格低廉的顯著特點，使全數(shù)字化測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用。由于單片機在測量轉(zhuǎn)速方面具有體積小、性能強、成本低的特點，越來越受到企業(yè)用戶的青睞。轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個參數(shù)，其測量方法較多，而模擬量的采集和模擬處理一直是轉(zhuǎn)速測量的主要方法，這種測量方技術(shù)已不能適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的要求，在測量范圍和測量精度上，已不能滿足大多數(shù)系統(tǒng)的使用。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)字系統(tǒng)測量得到普遍應(yīng)用，特別是單片機對脈沖數(shù)字信號的強大處理能力，使得全數(shù)字量系統(tǒng)越來越普及，其轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)也可以用全數(shù)字化處理。在測量范圍和測量精度方面都有極大的提高。常用的檢測方法有機械式，光電式，霍爾式，頻閃法，高壓油管應(yīng)變法等，本課題主要是針對轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計。運用51系列單片機設(shè)計一種全數(shù)字化測速系統(tǒng)，從提高測量精度的角度出發(fā)，分析討論其產(chǎn)生誤差的可能原因。同時從實際硬件電路出發(fā)，分析電路的工作原理，根據(jù)設(shè)計具體情況提出修改方案和解決辦法。本課題以單片機為核心，設(shè)計的全數(shù)字化測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，在工業(yè)控制和民用電器中都有較高使用價值。一方面它可以應(yīng)用于工業(yè)控制中的某一部分，如數(shù)控車床的電機轉(zhuǎn)速檢測和控制、水泵流量控制以及需要利用轉(zhuǎn)速檢測來進行控制的許多場合，如車輛的里程表、車速表等。另一方面由于該轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)采用全數(shù)字結(jié)構(gòu)，因而可以很方便的和工業(yè)控制機進行連接，實行遠程管理和控制，進一步提高現(xiàn)代化水平。并且，幾乎不需做很大改變就能直接作為單獨的產(chǎn)品使用。總之，轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題。轉(zhuǎn)速是能源設(shè)備與動力機械性能測試中的一個重要的特性參量，因為動力機械的許多特性參數(shù)是根據(jù)它們與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系來確定的，例如壓縮機的排氣量、軸功率、內(nèi)燃機的輸出功率等等，而且動力機械的振動、管道氣流脈動、各種工作零件的磨損狀態(tài)等都與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。轉(zhuǎn)速測量的方法很多，測量儀表的型式也多種多樣，其使用條件和測量精度也各不相同。根據(jù)轉(zhuǎn)速測量的工作方式可分為兩大類：接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表與非接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表。前者在使用時必須與被測轉(zhuǎn)軸直接接觸，如離心式轉(zhuǎn)速表、磁性轉(zhuǎn)速表與測速發(fā)電機等；后者在使用時不需要與被測轉(zhuǎn)軸接觸,如光電式轉(zhuǎn)速表、電子數(shù)字式轉(zhuǎn)速表、閃光測速儀等。測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速的傳統(tǒng)方法是使用光電式轉(zhuǎn)速表測量。用這種方法測量時,既要在發(fā)動機轉(zhuǎn)動軸上粘貼光標紙，又要求測量人員把轉(zhuǎn)速表與光標紙的距離控制在很近的范圍,測量十分不方便。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,轉(zhuǎn)速測量儀表已步入現(xiàn)代化、電子化的行列。過去曾經(jīng)使用過的接觸式測量儀表, 如離心式轉(zhuǎn)速表、磁性轉(zhuǎn)速表、微型發(fā)電機轉(zhuǎn)速表及鐘表是定時轉(zhuǎn)速表，均已先后受到冷落；而利用已知頻率的閃光與被測軸轉(zhuǎn)速同步的方法來測速的閃光測速儀，雖屬非接觸式儀表，目前仍有應(yīng)用,但也退居次要地位。代之而起的是非接觸式的電子與數(shù)字化的測速儀表。這類轉(zhuǎn)速儀表大多具有體積小、重量輕、讀數(shù)準確、使用方便等優(yōu)點，容易實現(xiàn)電腦熒屏顯示和打印輸出，能夠連續(xù)的反映轉(zhuǎn)速變化，既能測定發(fā)動機穩(wěn)定情況下的平均轉(zhuǎn)速,也能夠用來在足夠小的時間間隔這一特定條件下測定發(fā)動機的瞬時轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速測量的應(yīng)用系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科技教育、民用電器等各領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，往往成為某一產(chǎn)品或控制系統(tǒng)的核心部分，其各種參數(shù)在不同的應(yīng)用中有其側(cè)重，但轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)作為普遍的應(yīng)用在國民經(jīng)濟發(fā)展中，有重要的意義。 測速系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容，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。，構(gòu)建軟件系統(tǒng)，分別對硬件系統(tǒng)的配置予以估計，使其能夠?qū)D(zhuǎn)速進行測量。同時分析接口電路，顯示轉(zhuǎn)速。，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，討論測量精度的問題。，用匯編語言編制程序，包括主程序流程，轉(zhuǎn)速計算程序，顯示中斷程序流程，同時并寫出其具體程序。第2章 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的總體方案 轉(zhuǎn)速測量的一般方法 一般轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)有以下幾個部分構(gòu)成，轉(zhuǎn)速測量框圖如圖21所示。轉(zhuǎn)速信號拾取整形倍頻單片機顯示接口芯片顯示鍵盤驅(qū)動電路圖21 轉(zhuǎn)速測量框圖1．轉(zhuǎn)速信號拾取轉(zhuǎn)速信號拾取是整個系統(tǒng)的前端通道，目的是將外界的非電參量，通過一定方式轉(zhuǎn)換成電量，這一環(huán)節(jié)可以通過敏感元件、傳感器或測量儀表等來實現(xiàn)。方法如下：(1) 通過敏感元件拾取被測信號敏感元件體積小，可以根據(jù)用戶及環(huán)境要求做成各矛頭形狀的探頭，它能將被測的物理量變換成電流、電壓，只要選擇合適的元件參數(shù)。如R、L、C設(shè)計相應(yīng)的電路，便能完成這種對應(yīng)關(guān)系。這種方法設(shè)計難度大，信號穩(wěn)定度差，在模擬處理系統(tǒng)中不宜采用。(2) 通過傳感器拾取信號由專業(yè)人員將敏感元件和相應(yīng)的測量電路、傳遞機構(gòu)以適當?shù)男问街瞥刹煌愋?、不同用處的傳感器，根?jù)原理輸出電量。該電量可以是模擬量或數(shù)字量，現(xiàn)代傳感器還可以輸出開關(guān)量，用于數(shù)字邏輯電路。(3) 通過測量儀表拾取被測信號目前有許多測量儀表用于各種測量中，有大信號輸出、有BCD碼輸出等，但價格昂貴，專業(yè)性強，一般不適合通用系統(tǒng)。通用的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)大都采用一種俗稱“碼盤”的傳感裝置，將圓形的碼盤固定在轉(zhuǎn)軸上，碼盤上有若干規(guī)則排列的小孔，用光電偶來輸出電信號，以反映轉(zhuǎn)速對應(yīng)關(guān)系，即是將轉(zhuǎn)軸的速度以脈沖形式反映出來，通常有兩種形式：(1) 模擬量量化后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，由數(shù)字量反映角度，供單片機計算處理，得出轉(zhuǎn)速。(2) 直接由脈沖來反應(yīng)轉(zhuǎn)軸的角度，用每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖經(jīng)單片機處理得出轉(zhuǎn)速。2．整形和倍頻前向通道中，從傳感器輸出的信號必須轉(zhuǎn)換成單片機輸入要求的信號，由于信號調(diào)節(jié)電路與傳感器的選擇，現(xiàn)場干擾程度等，都會影響信號的質(zhì)量。而脈沖信號的上升沿和下降沿對數(shù)字電路的觸發(fā)尤為重要，若要將轉(zhuǎn)速脈沖信號直接加到計數(shù)器或外部中斷的輸入端，并利用其上升沿來觸發(fā)進行計數(shù)，則必須要求輸入的信號有陡峭的上升沿或下降沿。處理方法上可以用觸發(fā)器電路來整形；而倍頻電路主要用于解決低轉(zhuǎn)速時測量精度問題及碼盤的刻度誤差而造成的精度下降問題。方法是在每轉(zhuǎn)中增加脈沖的個數(shù)(碼盤的線程數(shù))來提高精度。但在高轉(zhuǎn)速時，由于脈沖個數(shù)的增加，限制了最高轉(zhuǎn)速測量量程，這個問題可用單片機控制來動態(tài)處理解決，兼顧高低轉(zhuǎn)速的測量精度。3．單片機單片機是整個測量系統(tǒng)的主要部分，擔負對前端脈沖信號的處理、計算、以及信號的同步，計時等任務(wù)，其次，將測量的數(shù)據(jù)經(jīng)計算后，將得到的轉(zhuǎn)速值傳送到顯示接口中，用數(shù)碼管顯示數(shù)值。在本系統(tǒng)中考慮到計數(shù)的范圍、使用的定時，計數(shù)器的個數(shù)及I/O口線，預(yù)選用89C51單片機。具體工作情況在后討論。4．驅(qū)動和顯示由于LED數(shù)碼管具有亮度高、可靠性好等特點，工業(yè)測控系統(tǒng)中常用LED數(shù)碼管作為顯示輸出。本系統(tǒng)也采用數(shù)碼管作顯示。LED顯示器是用發(fā)光二極管顯示字段的，通常使用七段構(gòu)成“日”字型和一只發(fā)光二極管作為小數(shù)點，稱八段數(shù)碼