【正文】 時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。它包含調(diào)制光源，由光敏元件等組成的光學(xué)系統(tǒng)、放大器、開(kāi)關(guān)或模擬量輸出裝置。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用的方法通過(guò)分析可知，M法適合于高速測(cè)量，當(dāng)轉(zhuǎn)速越低，產(chǎn)生的誤差會(huì)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(zhǔn)時(shí)鐘脈沖頻率：?jiǎn)挝唬℉z）；n ——表示轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）；——表示時(shí)基脈沖。 測(cè)周期法（“T法”）轉(zhuǎn)速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度來(lái)決定。因此，為了提高測(cè)量精度，T要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間。 式(21)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的弧度數(shù)的計(jì)算見(jiàn)式（22）。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，主要研究了以下內(nèi)容：1．分析轉(zhuǎn)速測(cè)量常用的兩種方法；2．根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)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(shè)計(jì)。(4) 光電碼盤(pán)測(cè)速法光電碼盤(pán)測(cè)速法是通過(guò)測(cè)出轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率或周期來(lái)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種無(wú)接觸測(cè)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(cè)量的方法很多，根據(jù)轉(zhuǎn)速測(cè)量的工作方式可分為兩大類(lèi)：接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量法與非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量法。另一方面由于該轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)采用全數(shù)字結(jié)構(gòu)，因而可以很方便的實(shí)行遠(yuǎn)程管理和控制，進(jìn)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(cè)量得到普遍應(yīng)用。本文介紹了電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量常用的方法，給出了基于單片機(jī)STC89C52的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，完成了電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)以A44E開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器作為產(chǎn)生脈沖信號(hào)的主要元件，并利用所設(shè)計(jì)的信號(hào)調(diào)理電路對(duì)霍爾傳感器輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大整形，將得到的方波信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理，把所得到的計(jì)數(shù)脈沖轉(zhuǎn)化為電機(jī)的轉(zhuǎn)速值，并在LCD液晶顯示器上直觀的顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。由于單片機(jī)在測(cè)量轉(zhuǎn)速方面具有體積小、性能強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，越來(lái)越受到企業(yè)用戶的青睞，單片機(jī)對(duì)脈沖數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)大處理能力，使得全數(shù)字化系統(tǒng)越來(lái)越普及，其轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)也可以用全數(shù)字化處理，在測(cè)量范圍和測(cè)量精度方面都有極大的提高?？傊D(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題。前者在使用時(shí)必須與被測(cè)轉(zhuǎn)軸直接接觸，如離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)速法、測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速法等；后者在使用時(shí)不需要與被測(cè)轉(zhuǎn)軸接觸,如閃光測(cè)速法、光電碼盤(pán)測(cè)速法。(2) 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速法測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)連接到被測(cè)電機(jī)的軸端，將被測(cè)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號(hào)輸出E=CeFn，在輸出端接一個(gè)刻度以轉(zhuǎn)速為單位的電壓表，即可讀出轉(zhuǎn)速。光電碼盤(pán)安裝在轉(zhuǎn)子端軸上，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，光電碼盤(pán)也跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，如果有一個(gè)固定光源照射在碼盤(pán)上，則可利用光敏元件，其接收到的光的次數(shù)就是碼盤(pán)的編碼數(shù)。4．系統(tǒng)中各硬件模塊設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)；5．系統(tǒng)調(diào)試。 式(22)圖21 “M”法測(cè)量轉(zhuǎn)速脈沖將式（22）式代入式（21），則轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式見(jiàn)式（23）。定時(shí)時(shí)間可根據(jù)測(cè)量對(duì)象預(yù)先設(shè)置。如圖22所示。 圖22 “T”法脈寬測(cè)量由“T”法可知，“T”法測(cè)量精度的誤差主要有兩個(gè)方面，一是由兩脈沖的上升沿觸發(fā)時(shí)間不一致而產(chǎn)生的；二是由計(jì)數(shù)和定時(shí)起始和關(guān)閉不一致而產(chǎn)生的。T法適合于低速測(cè)量，轉(zhuǎn)速增高，誤差增大。光電式傳感器由獨(dú)立且相對(duì)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(guò)它已將光電傳感器、電子電路、碼盤(pán)等做成一個(gè)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(hào)。圖33 成品光電編碼器方案三：霍爾傳感器霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件，常用于開(kāi)關(guān)信號(hào)采集的有CS30CS30A04E、A44E等，這種傳感器是一個(gè)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(kāi)路（OC）門(mén)輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒(méi)有信號(hào)輸出，可以換一個(gè)方向再試。AT89C52片內(nèi)具有8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間，256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間,與MCS51系列單片機(jī)完全兼容，具有在線編程可擦除技術(shù)。 兩種單片機(jī)都能滿足設(shè)計(jì)需要，但STC89C52相對(duì)于AT89C52價(jià)格便宜，且抗干擾能力強(qiáng)，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(shè)計(jì)要求而言，方案過(guò)于復(fù)雜，相對(duì)成本過(guò)高，工作量偏大。系統(tǒng)原理框圖見(jiàn)圖35。顯示器采用LCD液晶顯示器，負(fù)責(zé)顯示測(cè)得的轉(zhuǎn)速值及預(yù)設(shè)的高速、低速值。時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。時(shí)鐘電路中。圖41時(shí)鐘電路 復(fù)位電路單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，復(fù)位使中央處理器CPU和內(nèi)部其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。復(fù)位有兩種方式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位，本系統(tǒng)采用的是按鈕復(fù)位電路，見(jiàn)圖42。RST從高電平變?yōu)榈碗娖胶?，PC指針變?yōu)?000H，使單片機(jī)從程序存儲(chǔ)器地址為0000H的單元開(kāi)始執(zhí)行程序。 穩(wěn)壓可調(diào)直流電源電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用LM317T三端可調(diào)式穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓可調(diào)直流電源，通過(guò)改變輸出電壓改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率，從而使電機(jī)產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)速。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。其封裝見(jiàn)圖44。穩(wěn)壓電路圖見(jiàn)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(yīng)出約12V的電壓送到4個(gè)二極管，因?yàn)榻涣麟姷奶攸c(diǎn)是方向和電壓大小一直隨時(shí)間變化，即它正負(fù)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(fù)極，這就是二極管整流的原理，此時(shí)，電壓大小還在發(fā)生變化，電容器有存儲(chǔ)電能的特性，在電壓較高時(shí)向電容器中充電，在電壓較低時(shí)便由電容器向電路供電，這個(gè)過(guò)程叫作濾波，圖45中C1的作用就是這樣。它是近年來(lái)為適應(yīng)信息采集的需要而迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型傳感器，這類(lèi)傳感器具有工作頻帶寬，響應(yīng)快、面積小、靈敏度高、無(wú)缺點(diǎn)、便于集成化、多功能化等優(yōu)點(diǎn)，且易與計(jì)算機(jī)和其它數(shù)字儀表接口，因此被廣泛用于自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)控制、信息傳遞、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。霍爾傳感器原理圖見(jiàn)圖46。釋放點(diǎn)：25430；工作電流：20mA。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到“釋放點(diǎn)”(即)時(shí)，觸發(fā)器D輸出低電壓，使三極管E截止，輸出端V。圖48 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器工作特性霍爾傳感器的電路圖見(jiàn)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(hào)。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(yùn)算放大器的場(chǎng)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(shè)計(jì)的脈沖信號(hào)調(diào)理電路圖見(jiàn)圖411。R13的作用是限流。圖412 液晶顯示器實(shí)物圖模塊最佳工作電壓:；第3腳：VO為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 LCD顯示電路本設(shè)計(jì)中LCD顯示器的714腳接單片機(jī)的P0口，同時(shí)加上上拉電阻，該LCD顯示器為兩行顯示，第一行顯示測(cè)得的當(dāng)前速度值，第二行顯示設(shè)置的高速值，低速值。當(dāng)按鍵數(shù)量較多時(shí)，往往采用矩陣式鍵盤(pán)，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(pán)用I/O接口線組成行、列結(jié)構(gòu)，鍵位設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。其接口電路見(jiàn)圖414。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)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(hào)分為BCD檔，貼片為L(zhǎng)H檔；若測(cè)得的轉(zhuǎn)速值高于所設(shè)計(jì)的高速值時(shí)，則發(fā)光二極管DS5亮。運(yùn)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(pán)空間、Win9NT、Win2000、WinXP等操作系統(tǒng)。C語(yǔ)言具有良好的模塊化，容易閱讀和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。很多處理器支持C編譯器，這意味著對(duì)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(yǔ)言編寫(xiě)的程序比匯編程序有更好的可移植性。整個(gè)系統(tǒng)軟件由主程序、T0中斷服務(wù)子程序，鍵盤(pán)掃描子程序，轉(zhuǎn)速值計(jì)算顯示子程序，蜂鳴器子程序及延時(shí)子程序等組成。轉(zhuǎn)速值顯示子程序主負(fù)責(zé)將測(cè)得的當(dāng)前轉(zhuǎn)速值的顯示和設(shè)定的高速、低速值的顯示。 //初始化LCDTMOD=0x51。TL1=0x00。TR1=1。 圖54 定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。C/T=1時(shí)，選擇計(jì)數(shù)器模式，計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入引腳T0（）或T1（）的外部脈沖計(jì)數(shù)；C/T=0時(shí)，選擇定時(shí)器模式?？刂萍拇嫫鱐CON用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和溢出，它的字節(jié)地址為88H，可以進(jìn)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(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動(dòng)清0。TR1（）：T1運(yùn)行控制位。TF0（）：T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)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(qǐng)求，EA=1，開(kāi)放中斷。有四種工作方式，使用時(shí)可根據(jù)情況選擇其中一種。4） 設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON的值，啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作。此時(shí)，T0作為16位定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間為50ms,循環(huán)10次后，關(guān)閉中斷。計(jì)數(shù)的最大長(zhǎng)度為：216=65536，即在規(guī)定時(shí)間（500ms）內(nèi)外部脈沖個(gè)數(shù)不超過(guò)65536。此時(shí)計(jì)數(shù)器T1統(tǒng)計(jì)在500ms內(nèi)所得到的脈沖數(shù)，然后通過(guò)轉(zhuǎn)速值計(jì)算子程序?qū)Φ玫降拿}沖數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到每秒的轉(zhuǎn)速，再通過(guò)顯示子程序把得到的數(shù)值顯示出來(lái)。（1）檢測(cè)鍵盤(pán)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(lái)判別。當(dāng)檢測(cè)到有鍵按下后，延時(shí)一段時(shí)間再做下一步的檢測(cè)判斷。按鍵掃描程序具體流程圖見(jiàn)圖56。TI計(jì)數(shù)器測(cè)得的脈沖數(shù)通過(guò)計(jì)算，轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速值，TI獲得的脈沖數(shù)N為定時(shí)500ms所得到的值，電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，產(chǎn)生兩個(gè)脈沖。轉(zhuǎn)速值的十位line1[11]= (num1%10)。 報(bào)警程序流程圖報(bào)警程序的軟件設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)所測(cè)的的轉(zhuǎn)速值超過(guò)預(yù)定的高速值時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，同時(shí)二極管紅燈3亮，當(dāng)轉(zhuǎn)速值低于預(yù)定的低速值時(shí)，蜂鳴器同樣報(bào)警，同時(shí)二極管紅燈1亮，當(dāng)測(cè)得的轉(zhuǎn)速值處于低速值和高速值之間時(shí)，二極管綠燈2亮。Proteus軟件提供多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器儀表。提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設(shè)計(jì)功能，同時(shí)可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設(shè)備的仿真，例如37led、示波器等。在計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)電工基礎(chǔ)，模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)等課程，并進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試等。由于在虛擬仿真電路圖中，沒(méi)有電機(jī)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(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的單片機(jī)硬件電路進(jìn)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(gè)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(cè)試結(jié)果見(jiàn)下圖。 故障分析與解決方案在焊接電路板時(shí)，遇到了許多困難，最后通過(guò)自己的努力，使各種故障都有了解決方案。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，仔細(xì)檢查了程序，發(fā)現(xiàn)程序中出現(xiàn)了邏輯錯(cuò)誤，通過(guò)修改程序解決問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)情況，首先將加工的印制板認(rèn)真對(duì)照原理圖，看兩者是否一致。針對(duì)這個(gè)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以下功能：，輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理后，通過(guò)單片機(jī)對(duì)連續(xù)脈沖計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量；；。首先，鞏固了以前學(xué)習(xí)的知識(shí)，更深層次地研究和學(xué)習(xí)電子方面的知識(shí)和原理；其次，加強(qiáng)了單片機(jī)知識(shí)的掌握，提高了對(duì)單片機(jī)鍵盤(pán)模塊、顯示模塊、測(cè)量模塊等周邊模塊應(yīng)用的能力，特別是在調(diào)試過(guò)程中掌握了軟件和硬件充分結(jié)合的調(diào)試方法，體會(huì)到了實(shí)踐中得出理論、理論中去實(shí)踐的研究學(xué)習(xí)過(guò)程當(dāng)然，通過(guò)本次設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)了自己還有很多的不足，也走了不少?gòu)澛贰Ｋ趯W(xué)術(shù)研究中嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、廣博的知識(shí)、敏銳的思維、精益求精的科學(xué)作風(fēng)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