【正文】 時，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。它包含調(diào)制光源，由光敏元件等組成的光學系統(tǒng)、放大器、開關(guān)或模擬量輸出裝置。 本設計系統(tǒng)中采用的方法通過分析可知，M法適合于高速測量，當轉(zhuǎn)速越低，產(chǎn)生的誤差會越大。 式（24）即： 式（25）式中P——表示為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)；——表示硬件產(chǎn)生的基準時鐘脈沖頻率：單位（Hz）；n ——表示轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）；——表示時基脈沖。 測周期法（“T法”）轉(zhuǎn)速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度來決定。因此，為了提高測量精度，T要有足夠長的時間。 式(21)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)的計算見式（22）。為了實現(xiàn)系統(tǒng)功能，主要研究了以下內(nèi)容：1．分析轉(zhuǎn)速測量常用的兩種方法；2．根據(jù)電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的要求選擇合適的傳感器；3．系統(tǒng)各模塊的論證和選擇，總體方案的設計。(4) 光電碼盤測速法光電碼盤測速法是通過測出轉(zhuǎn)速信號的頻率或周期來測量電機轉(zhuǎn)速的一種無接觸測速法。如果要改變量程，還要將轉(zhuǎn)速表取出停轉(zhuǎn)后再改變量程。轉(zhuǎn)速測量的方法很多，根據(jù)轉(zhuǎn)速測量的工作方式可分為兩大類：接觸式轉(zhuǎn)速測量法與非接觸式轉(zhuǎn)速測量法。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)，因而可以很方便的實行遠程管理和控制，進一步提高現(xiàn)代化水平。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)測量得到普遍應用。本文介紹了電機轉(zhuǎn)速測量常用的方法，給出了基于單片機STC89C52的直流電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設計方案，完成了電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的硬件和軟件的設計。該系統(tǒng)以A44E開關(guān)型霍爾傳感器作為產(chǎn)生脈沖信號的主要元件，并利用所設計的信號調(diào)理電路對霍爾傳感器輸出的脈沖信號進行放大整形，將得到的方波信號送給單片機進行處理，把所得到的計數(shù)脈沖轉(zhuǎn)化為電機的轉(zhuǎn)速值，并在LCD液晶顯示器上直觀的顯示電機的轉(zhuǎn)速值。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，單片機對脈沖數(shù)字信號的強大處理能力，使得全數(shù)字化系統(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?？傊?，轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題。前者在使用時必須與被測轉(zhuǎn)軸直接接觸，如離心式轉(zhuǎn)速表測速法、測速發(fā)電機測速法等；后者在使用時不需要與被測轉(zhuǎn)軸接觸,如閃光測速法、光電碼盤測速法。(2) 測速發(fā)電機測速法測速發(fā)電機測轉(zhuǎn)速時，測速發(fā)電機連接到被測電機的軸端，將被測電機的機械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號輸出E=CeFn，在輸出端接一個刻度以轉(zhuǎn)速為單位的電壓表，即可讀出轉(zhuǎn)速。光電碼盤安裝在轉(zhuǎn)子端軸上，隨著電機的轉(zhuǎn)動，光電碼盤也跟著一起轉(zhuǎn)動，如果有一個固定光源照射在碼盤上，則可利用光敏元件，其接收到的光的次數(shù)就是碼盤的編碼數(shù)。4．系統(tǒng)中各硬件模塊設計和軟件設計；5．系統(tǒng)調(diào)試。 式(22)圖21 “M”法測量轉(zhuǎn)速脈沖將式（22）式代入式（21），則轉(zhuǎn)速n的表達式見式（23）。定時時間可根據(jù)測量對象預先設置。如圖22所示。 圖22 “T”法脈寬測量由“T”法可知，“T”法測量精度的誤差主要有兩個方面，一是由兩脈沖的上升沿觸發(fā)時間不一致而產(chǎn)生的；二是由計數(shù)和定時起始和關(guān)閉不一致而產(chǎn)生的。T法適合于低速測量，轉(zhuǎn)速增高，誤差增大。光電式傳感器由獨立且相對放置的光發(fā)射器和收光器組成。圖31 光電傳感器的原理圖圖32 遮光葉片方案二：光電編碼器光電編碼器的工作原理與光電傳感器一樣，不過它已將光電傳感器、電子電路、碼盤等做成一個整體，只要用連軸器將光電傳感器的軸與轉(zhuǎn)軸相連，就能獲得多種輸出信號。圖33 成品光電編碼器方案三：霍爾傳感器霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關(guān)信號采集的有CS30CS30A04E、A44E等，這種傳感器是一個3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。AT89C52片內(nèi)具有8K字節(jié)程序存儲空間，256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲空間,與MCS51系列單片機完全兼容，具有在線編程可擦除技術(shù)。 兩種單片機都能滿足設計需要，但STC89C52相對于AT89C52價格便宜，且抗干擾能力強，考慮到成本因素，因此選擇方案二。因此選擇方案三。該方案更具人性化、智能化，但是就該設計要求而言，方案過于復雜，相對成本過高，工作量偏大。系統(tǒng)原理框圖見圖35。顯示器采用LCD液晶顯示器，負責顯示測得的轉(zhuǎn)速值及預設的高速、低速值。時鐘電路是單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。時鐘電路中。圖41時鐘電路 復位電路單片機在啟動運行時都需要復位，復位使中央處理器CPU和內(nèi)部其他部件處于一個確定的初始狀態(tài)，從這個狀態(tài)開始工作。復位有兩種方式：上電復位和按鈕復位，本系統(tǒng)采用的是按鈕復位電路，見圖42。RST從高電平變?yōu)榈碗娖胶?，PC指針變?yōu)?000H，使單片機從程序存儲器地址為0000H的單元開始執(zhí)行程序。 穩(wěn)壓可調(diào)直流電源電路設計本系統(tǒng)采用LM317T三端可調(diào)式穩(wěn)壓器設計一個穩(wěn)壓可調(diào)直流電源，通過改變輸出電壓改變電機轉(zhuǎn)動的頻率，從而使電機產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)速。此外它的線性調(diào)整率和負載調(diào)整率也比標準的固定穩(wěn)壓器好。其封裝見圖44。穩(wěn)壓電路圖見圖45。電源電路工作原理是：將220V的交流電送到變壓器的線圈，從線圈感應出約12V的電壓送到4個二極管，因為交流電的特點是方向和電壓大小一直隨時間變化，即它正負極是不固定的，二極管的作用是只允許電流從它的正極流向它的負極，這就是二極管整流的原理，此時，電壓大小還在發(fā)生變化，電容器有存儲電能的特性，在電壓較高時向電容器中充電，在電壓較低時便由電容器向電路供電，這個過程叫作濾波，圖45中C1的作用就是這樣。它是近年來為適應信息采集的需要而迅速發(fā)展起來的一種新型傳感器，這類傳感器具有工作頻帶寬，響應快、面積小、靈敏度高、無缺點、便于集成化、多功能化等優(yōu)點，且易與計算機和其它數(shù)字儀表接口，因此被廣泛用于自動監(jiān)測、自動測量、自動報警、自動控制、信息傳遞、生物醫(yī)學等各個領域?；魻杺鞲衅髟韴D見圖46。釋放點：25430；工作電流：20mA。當施加的磁場達到“釋放點”(即)時，觸發(fā)器D輸出低電壓，使三極管E截止，輸出端V。圖48 開關(guān)型霍爾傳感器工作特性霍爾傳感器的電路圖見圖49.A44EVCCGND12310KOUT 圖49 霍爾傳感器電路圖其中，A44E霍爾元件的1腳接+5V電源，2腳接地，3腳是輸出端，接LM358的3腳作為輸入信號。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。 直流電壓增益高(約100dB)15V) 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 電源抑制比100dB.設計的脈沖信號調(diào)理電路圖見圖411。R13的作用是限流。圖412 液晶顯示器實物圖模塊最佳工作電壓:；第3腳：VO為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 LCD顯示電路本設計中LCD顯示器的714腳接單片機的P0口，同時加上上拉電阻，該LCD顯示器為兩行顯示，第一行顯示測得的當前速度值，第二行顯示設置的高速值，低速值。當按鍵數(shù)量較多時，往往采用矩陣式鍵盤，可以節(jié)省I/O接口線，而且鍵位越多，情況越明顯，矩陣鍵盤用I/O接口線組成行、列結(jié)構(gòu)，鍵位設置在行列的交點上。其接口電路見圖414。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。圖416 S8550引腳圖其主要性能參數(shù)為：集電極到基極電壓Vcbo為40V；按三極管后綴號分為BCD檔，貼片為LH檔；若測得的轉(zhuǎn)速值高于所設計的高速值時，則發(fā)光二極管DS5亮。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20MB以上空閑的硬盤空間、Win9NT、Win2000、WinXP等操作系統(tǒng)。C語言具有良好的模塊化，容易閱讀和維護等優(yōu)點。很多處理器支持C編譯器，這意味著對新的處理器也能很快上手，而不必知道處理器的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這使得用C語言編寫的程序比匯編程序有更好的可移植性。整個系統(tǒng)軟件由主程序、T0中斷服務子程序，鍵盤掃描子程序，轉(zhuǎn)速值計算顯示子程序，蜂鳴器子程序及延時子程序等組成。轉(zhuǎn)速值顯示子程序主負責將測得的當前轉(zhuǎn)速值的顯示和設定的高速、低速值的顯示。 //初始化LCDTMOD=0x51。TL1=0x00。TR1=1。 圖54 定時/計數(shù)器結(jié)構(gòu)工作方式寄存器TMOD用于設置定時/計數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。C/T=1時，選擇計數(shù)器模式，計數(shù)器對外部輸入引腳T0（）或T1（）的外部脈沖計數(shù)；C/T=0時，選擇定時器模式?？刂萍拇嫫鱐CON用于控制定時/計數(shù)器的啟動和溢出，它的字節(jié)地址為88H，可以進行位尋址，其低4位用于控制外部中斷，TCON的高4位用于控制定時/計數(shù)器的啟動和中斷申請。CPU響應中斷后TF1由硬件自動清0。TR1（）：T1運行控制位。TF0（）：T0溢出中斷請求標志位。TR0由軟件置1或清0。 EX0()，外部中斷0的中斷允許位。ET0=0，禁止T0中斷；ET0=1，允許T0中斷。167。 ES（)，串行口中斷允許位。EA=0，屏蔽所有的中斷請求，EA=1，開放中斷。有四種工作方式，使用時可根據(jù)情況選擇其中一種。4） 設置定時/計數(shù)器控制寄存器TCON的值，啟動定時/計數(shù)器開始工作。此時，T0作為16位定時器，定時時間為50ms,循環(huán)10次后，關(guān)閉中斷。計數(shù)的最大長度為：216=65536，即在規(guī)定時間（500ms）內(nèi)外部脈沖個數(shù)不超過65536。此時計數(shù)器T1統(tǒng)計在500ms內(nèi)所得到的脈沖數(shù)，然后通過轉(zhuǎn)速值計算子程序?qū)Φ玫降拿}沖數(shù)進行計算，得到每秒的轉(zhuǎn)速，再通過顯示子程序把得到的數(shù)值顯示出來。（1）檢測鍵盤上是否有鍵按下的方法：將列線送入全掃描字，讀入行線的狀態(tài)來判別。當檢測到有鍵按下后，延時一段時間再做下一步的檢測判斷。按鍵掃描程序具體流程圖見圖56。TI計數(shù)器測得的脈沖數(shù)通過計算，轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速值，TI獲得的脈沖數(shù)N為定時500ms所得到的值，電機每轉(zhuǎn)動一圈，產(chǎn)生兩個脈沖。轉(zhuǎn)速值的十位line1[11]= (num1%10)。 報警程序流程圖報警程序的軟件設計要實現(xiàn)的功能是：當所測的的轉(zhuǎn)速值超過預定的高速值時，蜂鳴器發(fā)聲報警，同時二極管紅燈3亮，當轉(zhuǎn)速值低于預定的低速值時，蜂鳴器同樣報警，同時二極管紅燈1亮，當測得的轉(zhuǎn)速值處于低速值和高速值之間時，二極管綠燈2亮。Proteus軟件提供多種現(xiàn)實存在的虛擬儀器儀表。提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設計功能，同時可以仿真單片機和周邊設備，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設備的仿真，例如37led、示波器等。在計算機上學習電工基礎，模擬電路、數(shù)字電路、單片機應用系統(tǒng)等課程，并進行電路設計、仿真、調(diào)試等。由于在虛擬仿真電路圖中，沒有電機及傳感器，在Proteus軟件里仿真的效果圖如下圖61所示：圖61 仿真圖 硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是針對轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的單片機硬件電路進行調(diào)試，這一部分硬件調(diào)試主要分成兩大塊：上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試。接上電源，使電路通電，檢查各個芯片上的工作電壓是否正常供電，以保證芯片正常工作。其測試結(jié)果見下圖。 故障分析與解決方案在焊接電路板時，遇到了許多困難，最后通過自己的努力，使各種故障都有了解決方案。針對這個問題，仔細檢查了程序，發(fā)現(xiàn)程序中出現(xiàn)了邏輯錯誤，通過修改程序解決問題。針對這個情況，首先將加工的印制板認真對照原理圖，看兩者是否一致。針對這個情況，在通電前，檢查電源電壓的幅值和極性。本畢業(yè)課題是電動機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設計，所設計的系統(tǒng)能實現(xiàn)以下功能：，輸出信號經(jīng)信號調(diào)理后，通過單片機對連續(xù)脈沖計數(shù)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量；；。首先，鞏固了以前學習的知識，更深層次地研究和學習電子方面的知識和原理；其次，加強了單片機知識的掌握，提高了對單片機鍵盤模塊、顯示模塊、測量模塊等周邊模塊應用的能力，特別是在調(diào)試過程中掌握了軟件和硬件充分結(jié)合的調(diào)試方法，體會到了實踐中得出理論、理論中去實踐的研究學習過程當然，通過本次設計我也發(fā)現(xiàn)了自己還有很多的不足，也走了不少彎路。她在學術(shù)研究中嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、廣博的知識、敏銳的思維、精益求精的科學作風令我欽佩，在此我表示深深的謝意。 //1選擇數(shù)據(jù)選擇器 0選擇指令選擇器 sbit LCD_RW = P2^6。//顯示緩存uchar lin