【正文】 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。不象目前大多采用紅外線測速儀或頻閃測速儀等，測試時復(fù)雜煩瑣。 目前，智能化轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀表，有通用的 SQY01T 系列，轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀， SZC系列電站用轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀， SKY 系列透平膨脹機智能數(shù)字顯示儀，以及各種多功能轉(zhuǎn)速儀表，如 ZS1 雙路轉(zhuǎn)速表，以及顯示差速，速比的 ZS2 轉(zhuǎn)速表，帶方向的 SQYC 轉(zhuǎn)速表，可遠(yuǎn)傳的 CS1 轉(zhuǎn)速表等。在設(shè)計中要了解掌握單片機關(guān)于 C 語言的編程，數(shù)字電路，模擬電路技術(shù)；熟練掌握 51 系列單片機工作原理及應(yīng)用技巧；自主設(shè)計系列軟、硬件。 當(dāng)電阻從小到大變化時， LM339 比較器的輸出電壓也隨之變化，當(dāng)電機連續(xù)轉(zhuǎn)動時， LM339 比較器就源源不斷的輸出脈沖。 數(shù)字測速儀的整體 設(shè)計結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 同時當(dāng)轉(zhuǎn)速超過其所設(shè)定的數(shù)值時，系統(tǒng)對其進行報警。 方案二：采用定時 法。方案二，所測轉(zhuǎn)速為物體在一段時間內(nèi)的速度，具有代表性。 方案 二 ： 采用 小型直流電機驅(qū)動芯片。 缺點是電路相對較為復(fù)雜些，設(shè)計要求較高，目前學(xué)生水平不容易實現(xiàn) 通過比較和對市場因素的考慮，本設(shè)計采用方案二 ，使系統(tǒng)的設(shè)計核心在 PWM 控制上。顯示部分是使用支持中文顯示的1608LCD 液晶 ，優(yōu)點是美觀大方，有利于人機的互動以及顯示豐富的內(nèi)容 擴展；缺點是成本高，抗干擾能力 較 差。對于實現(xiàn)方式則有兩種方案。由于本設(shè)計采用了兩片 AT89S52 單片機， MCU 資源充足，因此選擇方案一。定時時間可根據(jù)測量對象情況預(yù)先設(shè)置。用以采集數(shù)據(jù)的碼盤，可以是單孔常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 共 42 頁 或多孔，對于單孔碼盤測量兩次脈沖間的時 間，就可測出轉(zhuǎn)述數(shù)據(jù)， TP也可以用時鐘脈沖數(shù)來表示。定時器對時基脈沖 (頻率為 fc)進行計數(shù)定時，在 TP內(nèi)計數(shù)值若為 m2，則計算公式為： n=PPT60 （ 4） 即： 260Pmfn c? （ 5） fc為硬件產(chǎn)生的基準(zhǔn)時鐘脈沖頻率：單位（ Hz）； n轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn) /分）； m2時基脈沖。 測頻測周法“ M/T 法” 所謂測頻測周法，即是綜合了“ T”法和“ M”法分別對高、低轉(zhuǎn)速具有的不同精度，利用各自的優(yōu)點而產(chǎn)生的方法，精度位于兩者之間，如圖 “ M/T”法定時 /計數(shù)測量所示。由圖可見，從 a 點開始，計數(shù)器 對 m1和 m2 計數(shù)，到達(dá) b 點，預(yù)定的測速時間時，單片機發(fā)出停止計數(shù)的指令，因為 Tc 不一定正好等于整數(shù)個脈沖發(fā)生器脈沖周期，所以，計數(shù)器仍對高頻脈沖繼續(xù)計數(shù)，到達(dá) c 點時，脈沖發(fā)生器脈沖的上升沿使計數(shù)器停止，這樣， m2就代表了 m1個脈沖周期的時間。 T法適合于低速測量，轉(zhuǎn)速增高，誤差增大。并根據(jù)第一次的所測轉(zhuǎn)速及時調(diào)整預(yù)測時間 Tc，兼顧高低轉(zhuǎn)速時的測量精度。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 AT89S52 單片機介紹 AT89S52 單片機 由 數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線 等三大總線組成， 中央處理 器（ CPU） 、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、 并行和串行口， 定時 /計數(shù)器 等幾大單元組成。常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 共 42 頁 空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷 繼續(xù)工 作。當(dāng)P0 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為 高阻 輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。計數(shù)器的功能是對 T0 或 T1 外來脈沖的進行計數(shù)，外部輸入脈沖負(fù)跳變時，計數(shù)器進行加 1。 定時器有 4 種工作方式：方式 0、方式 方式 2 和方式 3，在此對工作方式不做具體介紹。M1M0=01 為方式 1； 表 M M0 為工作方式選擇位 MO M1 工作方式 方式說明 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 2 3 13 位定時 /計數(shù)器 16 位定時 /計數(shù)器 8 位自動重置定時 /計數(shù)器 兩個 8 位定時 /計數(shù)器（只有 T0 有） （ 3）時鐘晶振電路 時鐘電路是單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。10pF，如果石英陶瓷諧振器則選擇40pF177。 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 共 42 頁 內(nèi)部振蕩就晶振電路 外部振蕩晶振電路 （ 4）本設(shè)計 采用的是硬件復(fù)位， AT89S52 復(fù)位是高電平有效，有效復(fù)位要保證 RST 端至少 10ms 的高電平， 單片機系統(tǒng)的復(fù)位管腳一般接成上電復(fù)位方式，系統(tǒng)上電后，單片機就復(fù)位。單片機在接通 電源時產(chǎn)生復(fù)位信號，完成單片機的啟動，同時手動按鍵也能產(chǎn)生復(fù)位信號完成單片機的啟動。增加放電回路的 RC 復(fù)位電路 使用比較電路， 不但可以解決電源毛刺 造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，而且電源緩慢下降也能可靠復(fù)位。單片機在接通電源時產(chǎn)生復(fù)位 信號，完成單片機的啟動，同時手動按鍵也能產(chǎn)生復(fù)位信號完成單片機的啟動。單片機的 P1 口用來連接 液晶顯示部分的數(shù)據(jù)輸出線 ， 口用來 控制電機驅(qū)動 電路， P3 口是整個系統(tǒng)的控制位 。 紅外光電管芯片介紹 紅外對管是 紅外線 發(fā)射管與光敏接收管，或者 紅外線接收管 ，或者 紅外 線接收頭 配合在一起使用時候的總稱 。 紅外線接收管 如圖 所示，它 是將紅外線光信 號變成電信號的半導(dǎo)體器件，它的核心部件是一個特殊材料的 PN 結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上采取了大的改變，紅外線接收管為了更多更大面積的接收入，電流則隨之增大，紅外接收管分兩種，一種是二極管，一種是三極管 ，本設(shè)計采用二極管。 隨著電路中電阻的變化，紅外光電管兩端的電壓也隨之變化。 18V；第二， 消耗電流小， Icc=；第三輸入失調(diào)電壓小， VIO=177。利用 LM339 可以方便的組成各種電 壓比較器電路和振蕩器電路 。 LM339 電壓比較器，與 增益不可調(diào)的運算常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 共 42 頁 放大器 相似 。當(dāng) “ +”端電壓高于“ ”端時，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。 信號經(jīng)過采集后 從 OUT1 送到單片機的 中。其中， a=t/T（占空比）， Vcc 是電源電壓。是一種二相 或者 四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含 兩 個 H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號，可驅(qū)動 46V、 2A 以下的電機。3 4。9 Input 1。 Enable B TTL 電平兼容輸入 1EN、 2EN 使能端，低電平禁止輸出 8 1,10, GND GND 地 9 12 VSS 邏輯電源電壓。 Input 4 2A 2A2 輸入端， TTL 電平兼容 13。18 . Not Connected 空 它的引腳 2， 3， 13， 14 為 L298N 芯片輸入到電動機的輸出端，其中引腳 2 和 3 能控制兩相電機，對于直流電動機，即可控制一個電動機。下表是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系 如下表 所示 。 引腳 2與電機正極相連，引腳 3與電機負(fù)極相連， VSS 與外接電源相連， VS 與單片機接口處的 5V 穩(wěn)壓電路相連接。 LCD1602 液晶顯示 （ 1）顯示特性 ① 單 5V 電源電壓 ， 低功耗、長壽命、高可靠性 ② 內(nèi)置 192 種字符（ 160 個 5 7 點陣字符和 32 個 5 10 點陣字符） ③ 具有 64 個字節(jié)的自定義字符 RAM， 可自定義 8 個 5 8 點陣字符或四個 ④ 5 11 點陣字符 ⑤ 顯示方式： STN、半透、正顯 ⑥ 驅(qū)動方式： 1/16DUTY， 1/5BIAS ⑦ 視角方向： 6 點 ⑧ 背光方式：底部 LED ⑨ 通訊方式： 4 位或 8 位并口可選 ⑩ 標(biāo)準(zhǔn)的接口特性 ， 適配 MC51 和 M6800 系列 MPU的操作時序。 第 4 腳： RS 是選擇寄存器的，當(dāng)它是高電平時我們選擇數(shù)據(jù)寄存器，相反當(dāng)它是低電平時選擇指令寄存器。 第 15 腳：背光 的正極 5V。 P1 口與 D0D7 相連作為數(shù)據(jù)輸入輸出， 、 分別與 RS、 R/W 、 E 相連，作為控制信號。 我們看 它的樣子 很像 是普通的三極管， TO 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 22 頁 共 42 頁 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝， 同時我們 也 可以看到 9013 樣子的 TO92 封裝。每種類型由于內(nèi)部電流的限制以及過熱保護和安全工作區(qū)的保護，使它基本上不會損壞。 圖 電源電路 蜂鳴器 報警模塊 在測量轉(zhuǎn)速的 過程中，需要一個報警電路，當(dāng)物體的轉(zhuǎn)動速度超過設(shè)定值時做出報警 ， 用蜂鳴器鳴響和發(fā)光二極管亮來顯示報警狀態(tài)， 單片機的 和 分別控制蜂鳴器與發(fā)光二極管，通過編程使傳感器數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較，如果大于則報警，即蜂鳴器鳴叫，發(fā)光二極管閃爍。蜂鳴器按其是否帶有信號源又分為有源和無源兩種類型。 發(fā)光二極管 發(fā)光 二極管 簡稱為 LED。這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個 ―PN 結(jié) ‖。 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 24 頁 共 42 頁 圖 報警電路 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 共 42 頁 。而光的波長也就是光的顏色，是由形成 PN 結(jié)的材料決定的。其最重要的是半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端是負(fù)極，另一端是正極，并且需要環(huán)氧樹脂把整個晶封裝起來。無源蜂鳴器可以理解成與喇叭一樣，需要在其供電端上加上高低不斷變化的電信號才可以驅(qū)動發(fā)出聲音。蜂鳴器在電路中用字母 ―H‖或 ―HA‖表示。 在這邊我們選擇 7805 系列的穩(wěn)壓集成電路，它們是 最常用的線性降壓型 DC 轉(zhuǎn)換器 ，這一 系列簡單易用、價格低廉， 到 現(xiàn)在 還在大多電路中采用 。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號中 78 或 79 后面的數(shù)字 是 代表該三端集 成穩(wěn)壓電路的輸出電壓 的 ，如 7806 表示 的 輸出電壓為正 6V， 7909 則 表示輸出電壓為負(fù) 9V。 圖 顯示電路 電源模塊 在 電 子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 78 系列和負(fù)電壓輸出的 79系列。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。 第 6 腳： E 端為 使能信號輸入端，輸入 MPU時選擇讀 /寫模塊操作使能信號，讀操作時，高電平有效；寫操作時，低電平有效。 第 2 腳： VDD 接 5V正電源。 本文選擇了 LCD 液晶顯示，相 比于 LED 數(shù)碼管顯示， LCD 顯示具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無法比擬的優(yōu)點，它被廣泛用于單片機控制的智能儀儀表和低功耗電子產(chǎn)品中， LCD 智能顯示模塊不但可以顯示字符、漢字和圖像，同時還有可編程功能。 表 L298 芯片引腳邏輯關(guān)系 EN A（ B） IN1（ IN3） IN2（ IN4） 電機運行情況 H H L 正轉(zhuǎn) H L H 反轉(zhuǎn) H 同 IN2（ IN4） 同 IN1（ IN3） 快速停止 L X X 停止 表 L298N 絕對最大額定值 Symbol 符號 Parameter 參 數(shù) Value 數(shù)值 單位 VS Power Supply 電源 50 V VSS Logic Supply Voltage 電源電壓 7 V VI,Ven Input and Enable Voltage 輸入電壓和啟用 – to 7 V IO 峰值輸出電流 (每通道 ) A 非重復(fù)性 (t= 100ms) 3 重復(fù) (80% on –20% off。引腳 6 和 11 腳為電動機的使能接線腳。17 Out 3。 12 13。11 8。 Out 2 1Y 1Y2 輸出端 4 6 VS 功率電源電壓 ,此 引腳 與地必須連接 100nF 電容器 5。 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 共 42 頁 圖 L298N 引腳圖 L298N 的引腳功能如下表 所示 。