【正文】 輸出功率 等等，而且動力機(jī)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)。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(jī)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(jìn)行控制的許多場合，如車輛的里程表 、 車速表等。 常用的檢測方法有機(jī)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(jì)。由于單片機(jī)在測量轉(zhuǎn)速方面具有體積小、性能強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，越來越受到企業(yè)用戶的青睞。其次，在軟件設(shè)計(jì)部分，此系統(tǒng)包含系統(tǒng)初始化程序的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)接收和處理程序的設(shè)計(jì)、顯示程序的設(shè)計(jì)三個模塊。 第 1 章 緒論 ………………………………………………………………………… 1 課題研究的目的和意義 …………………………………………………… ..1 轉(zhuǎn)速測量在國內(nèi)外的研究 ………………………………………………… ..1 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(jì)總體方案 ………………………………………………………… ..4 軟件設(shè)計(jì)思路 ……………………………………………………………… ..5 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . ……………………………………………………………… 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(jī)及其接口的設(shè)計(jì) …………………………………………………… .17 AT89C51 單片機(jī)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(jì) ……………………………………………………………… ..26 單片機(jī)轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)思路及過程 ………………………………………… .26 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路 ……………………………………………… ..26 子程序設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… .27 單片機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序 .. ……………………………………………… 27 二 十進(jìn)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(xiàn) ………………………………………………………… ………………… ..35 附錄 1………………………………………………………………………………… 36 附錄 2………………………………………………………………………………… 37 摘要 I 摘要 本文是基于 51 單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，其測量方法較多，隨著單片機(jī)對脈沖信號的處理能力越來越強(qiáng)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。 本設(shè)計(jì)利用霍爾效應(yīng)對旋轉(zhuǎn)物體進(jìn)行檢測的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。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。 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。運(yùn)用 51 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)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。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(jī)進(jìn)行連接，實(shí)行遠(yuǎn)程管理和控制，進(jìn)一步提高現(xiàn)代化水平。 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 。用這種方法測量時 ,既要在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動軸上粘貼光標(biāo)紙，又要求測量人員把轉(zhuǎn)速表與光標(biāo)紙的距離控制在很近的范圍 ,測量十分不方便。這類轉(zhuǎn)速儀表大多具有體積小 、 重量輕 、讀數(shù)準(zhǔn)確、 使用方便等優(yōu)點(diǎn)，容易實(shí)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(jī)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(jī)的瞬時轉(zhuǎn)速。 ，構(gòu)建軟件系統(tǒng)，分別對硬件系統(tǒng)的配置予以估計(jì)，使其能夠?qū)D(zhuǎn)速進(jìn)行測量。 第 2 章 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的總體方案 3 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。這種方法設(shè)計(jì)難度大，信號穩(wěn)定度差，在模擬處理系統(tǒng)中不宜采用。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： 轉(zhuǎn)速 信號拾取 整形 倍頻 單 片機(jī) 顯示 接口 芯片 顯示 鍵盤 驅(qū)動電路 4 (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(jī)計(jì)算處理，得出轉(zhuǎn)速。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。在本系統(tǒng)中考慮到計(jì)數(shù)的范圍、使用的定時，計(jì)數(shù)器的個數(shù)及 I/O 口線，預(yù)選用 89C51 單片機(jī)。 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(diǎn)，稱八段數(shù)碼顯示器。而隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字測量系統(tǒng)得到普遍應(yīng)用，利用單片機(jī)對脈沖數(shù)字信號的強(qiáng)大處理能力，應(yīng)用全數(shù)字化的結(jié)第 2 章 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的總體方案 5 構(gòu)，使數(shù)字測量系統(tǒng)的越來越普及 ,在測量范圍和測量精度方面都有極大的提高。單片機(jī)采用 AT89C51，顯示器采 用 4 個 7 段 LED 數(shù)碼管動態(tài)顯示， 其系統(tǒng)框圖如 22 所示 。顯示部分、需要有一個二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)化程序，以及轉(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。主傳感器電路 顯示 驅(qū)動電路 AT89C51 單片機(jī) 時鐘電路 鍵盤電路 復(fù)位電路 6 要編寫一個外部中斷服務(wù)程序 INT0，讀取記數(shù)值的三個字節(jié)，并再次清 0 記數(shù)初值以便下次的記數(shù)和計(jì)算。 在該方法中，測量精度是由于定時時間 T 和脈沖不能保證嚴(yán)格同步，以及在 T 內(nèi)能否正好測量外部脈沖的完整的周期，可能產(chǎn)生的 1 個脈沖的量化誤差。而設(shè)置的時間過短，測量精度會受到一定的影響。如圖 32“ T”法脈寬測量所示。因此要求脈沖的上升沿（或下降沿）陡峭和計(jì)數(shù)和定時嚴(yán)格同步。該法在高速及低速時都具有相對較高的精度。單位：（轉(zhuǎn) /分）； fc晶體震蕩頻率：單位（ Hz）； m1輸入脈沖數(shù)，反映轉(zhuǎn)角； m2時基脈沖數(shù)。保證其測量精度的途徑是增大定時時間 T，或提高時基脈沖的頻率 fc。 霍爾傳感器的簡介 霍爾效應(yīng) 1. 簡介 霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（ ， 18551938）于1879 年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)的。流體中的霍爾效應(yīng)是研究“磁流體發(fā)電”的理論基礎(chǔ)。 T)。 指向 Y 軸的負(fù)方向。又因 KH 和樣品厚度 d 成反比，所以霍爾片都切得很薄，一般 d≈ 。它是選定霍爾元件，即 KH 已確定，保持控制電流 I 不變，則霍爾電壓 VH 與被測磁感應(yīng)強(qiáng)度 B成正比。 嚴(yán)格地說，在半導(dǎo)體中載流子的漂移運(yùn)動速度并不完全相同，考慮到載流子速度的統(tǒng)計(jì)分布，并認(rèn)為多數(shù)載流子的濃度與遷移率之積遠(yuǎn)大于少數(shù)載流子的濃度與遷移率之積，可得半導(dǎo)體霍爾系數(shù)的公式中還應(yīng)引入一個霍爾因子 rH，即 普通物理實(shí)驗(yàn)中常用 N 型 Si、 N 型 Ge、 InSb 和 InAs 等半導(dǎo)體材料的霍爾元件在室溫下測量，霍爾因子 ，所以 ： 式中， 庫侖 霍爾元件 霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，已發(fā)展成一個品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族，并已得到廣泛應(yīng)用。 霍爾 器件 具有許多優(yōu)點(diǎn)，他們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá) 1MHZ），耐震動，不怕灰塵、水汽及煙霧等污染或腐蝕。前者輸IBdVR HH ?neRH 1? pe1)( pernerR HHH 或? ?? ?HrneRH 183?? ???e 14 出模擬量，后者輸出數(shù)字量。它取消了傳感器和測量電路之間的界限，實(shí)現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。按照輸出信號的形式，可以分為開關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。若不垂直，則應(yīng)求出其垂直分量來計(jì)算被測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度值。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開關(guān)器件的可靠工作，在應(yīng)用中要考慮有效工作氣隙的長度。 UGN3144 霍爾開關(guān)元件 1． UGN3144 霍爾開關(guān)元件的工作原理 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 UGN3144 霍爾開關(guān)元件屬于開關(guān)型霍爾傳感器（集成霍爾開關(guān)），它是把霍爾片產(chǎn)生的霍爾電壓 VH 放大后驅(qū)動觸發(fā)電路，輸出電壓是能反映 B 的變化的方脈沖。 VH 經(jīng)放大器放大以后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到 OC 門輸出。集成霍爾開關(guān)傳感器的輸出特性如圖 (36)。其中，引腳端 1 為電源正端，引腳端 2 為接地，引腳端 3 為輸出（ OC 形式）。 轉(zhuǎn)速測量是開關(guān)型霍爾元件的典型應(yīng)用， UGN3144 霍爾開關(guān)元件感應(yīng)被測量量的轉(zhuǎn)速，當(dāng)被測量量每轉(zhuǎn)動一周，霍爾傳感器便輸出一個脈沖，因?yàn)樵撈骷榧姌O開路輸出，故輸出端加接一上拉電阻，其電壓電壓范圍寬達(dá) V 到 24 V，對磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 要求不嚴(yán)，其 輸出電壓經(jīng) 9012 后可提高其負(fù)載能力。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C 單片機(jī)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。 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 32 可編程 I/O 線 低功耗的閑置和掉電模式 在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 口： P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。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。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 10./EA/VPP ：當(dāng) /EA 保持低 電平時 ，則在 此期間外 部程序 存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 ：來自反向振蕩器的輸出。RST 變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位， CPU 從初始狀態(tài)開始工作。無需外部元件。 （ 4） VDD 電源電壓 由于 TCM812 芯片的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中采用該芯片進(jìn)行復(fù)位，其電路圖如下： 圖 311 復(fù)位電路 時鐘電路 時鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制