【正文】 北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) 共 36 頁(yè) [5] 王秀杰 .張疇先 .模擬集成電路應(yīng)用 .西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社， 2020 [6] 何立民 .MCS51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990 [7] 蔣智勇 .單片微型 計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù) .沈陽(yáng) :遼寧科學(xué)技術(shù) 出版社， 1992 [8]何立民 .MCS51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 31 頁(yè) 共 36 頁(yè) 附錄 A 系統(tǒng)總電路圖 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 32 頁(yè) 共 36 頁(yè) 附錄 B 系統(tǒng)總 程序清單 include define uchar unsigned char define uint unsigned int uint mm=0。 除 此之外，我們要在擁有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)的前提條件下，在整個(gè)設(shè)計(jì)與調(diào)試過(guò)程中要有信心和耐心，對(duì)自己有信心，相信自己能夠很好的完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)是高精度大范圍的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，在實(shí)際調(diào)試中遇到的種種問(wèn)題使我在設(shè)計(jì)與調(diào)試中學(xué)習(xí)到了許多知識(shí)?？偟膩?lái)說(shuō)是可以的，富有收獲的，盡管其中充滿了艱辛與困難。 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，具有硬件電路簡(jiǎn)單，程序簡(jiǎn)單和運(yùn)算速度快，測(cè)速范圍廣，抗干擾性能好的特點(diǎn)。 ◆ ET0：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 的溢出中 斷允許位。 EA=0，屏蔽所有的中斷請(qǐng)求； EA=1，開(kāi)放中斷。 工作方式寄存器 TMOD 的設(shè)定： GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 TMOD 各位的含義如下： ◆ GATE： 門(mén)控位，用于控制定時(shí) /計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)是否受外部中斷請(qǐng)求信號(hào)的影基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 共 36 頁(yè) 響 。 定時(shí)功能是通過(guò)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生 1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，即每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加 1，因此定時(shí)時(shí)間等于計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)乘以機(jī)器周期。按整體功能分為多個(gè)不同的模塊，單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試，然后將各個(gè)模塊裝配聯(lián)調(diào)，組成完整的軟件。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。再把多個(gè)這樣的 8 字裝在一起就成了多位的數(shù)碼管了。操作員通過(guò)鍵盤(pán)可以輸入數(shù)據(jù)或指令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通信。 IP＝ 00000B，表明各個(gè)中斷源處于低優(yōu)先級(jí)； IE＝ 000000B，表明各個(gè)中斷均被關(guān)斷； 系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 36 頁(yè) 圖 RC 復(fù)位電路 ② 單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài) : 單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器 PC＝ 0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開(kāi)始執(zhí)行。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分 合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。電容 C1和 C2的作用有兩個(gè)：其一是使振蕩器起振，其二是對(duì)振蕩器的頻率 f起微調(diào)作用（ C C2大， f變小），其典型值為 30pF。 CMOS型單片機(jī)內(nèi)部（如 AT89C51）有一個(gè)可控的負(fù)反饋反相放大器，外接晶振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器，圖 CMOS型單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě) “1” 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。石 英 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 ：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。另外，該引腳被略 拉高。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 ：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。當(dāng) P3 口 寫(xiě)入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P0能夠用于外 部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 可編程串行通道 128*8位內(nèi)部 RAM 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000寫(xiě) /擦循環(huán) 掉電模式保存 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容，但停止了晶振，是其他所有芯片停止工作直到下一次復(fù)位為止。 ， 本設(shè)計(jì)用的 AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)， 8位數(shù)據(jù) 總線， 40個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口， 六個(gè)中斷源，兩層中斷優(yōu)先級(jí)， 同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口， 2個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器， 2個(gè)全雙工串行通信口， AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。電源電壓主要在 R15 上，其輸出電壓約為 0V。 第二次用三極管整形電路，當(dāng)輸出為 5V 的信號(hào)時(shí)，三極管 VT2（ 8050）的基 射極和電阻 R14 組成并聯(lián)電路電流經(jīng)過(guò) ，三極管 T2 處于反向偏置狀態(tài)，所以， VT2 的集 射極未接通，故處于截止?fàn)顟B(tài)。 R7 和 R11 是防止電路短路，起到保護(hù)電路的作用。為起到消除干擾，實(shí)現(xiàn)濾波作用，故供電電源兩端需接 10UF 的電容接地。 由于產(chǎn)生的電壓信號(hào)很小，所以要進(jìn)行放大處理，一般要放大至少 1000 倍，然后在進(jìn)行信號(hào)處理工作。 整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的組成框圖如圖 。 硬件電路設(shè)計(jì)流程如圖 所示，以下是對(duì)各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)介紹。 ◆ T——— 采樣時(shí)間、單位 :分鐘 。不論長(zhǎng)期或臨時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量 ， 都可以在微處理器的參與下 ， 通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)軸上預(yù)留的一轉(zhuǎn)一齒的鑒相信號(hào)或光電信號(hào)的周期 ， 換算出轉(zhuǎn)軸的頻率或轉(zhuǎn)速。每當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)隨著后輪旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，傳感器將向外輸出若干個(gè)脈沖。系統(tǒng)在光電傳感器收發(fā)端間加入電動(dòng)機(jī)，并在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝一轉(zhuǎn)盤(pán)。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣。 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 36 頁(yè) 圖 缺點(diǎn)：采用霍爾傳感器在信號(hào)采樣的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)采樣不精確，因?yàn)樗强看判愿袘?yīng)才采集脈沖的，使用時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)出現(xiàn)磁性變小，影響脈沖的采樣精度。 方案一： 霍爾傳感器測(cè)量方案 霍爾傳感器是利用 霍爾效應(yīng)進(jìn)行工作的。 鍵盤(pán)：用來(lái)開(kāi)啟和關(guān)閉數(shù)碼管。如圖 所示 圖 系統(tǒng)原理圖 各部分模塊的功能： 傳感器 ：用來(lái)對(duì)信號(hào)的采樣。對(duì)于多周期測(cè)頻法 ， 測(cè)量基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 36 頁(yè) 相對(duì)誤差為 ： 3Er =測(cè)量誤差值 /實(shí)際測(cè)量值 100%=1/ 2m 100 % 從上式可知 ， 被測(cè)脈沖信號(hào)周期數(shù) 1m 越 大 ， 2m 就越大 ， 則測(cè)量精度就越高。 1 誤差一個(gè)或兩個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí) ， 這時(shí)測(cè)量準(zhǔn)確度主要由量化177。 （ 3）多周期測(cè)頻法 :在被測(cè)信號(hào) 1m 個(gè)周期內(nèi) ， 計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖數(shù) 2m ， 從而得到被測(cè)信號(hào)頻率 fx ， 則 fx 可以 表示為 fx = 1m fc/ 2m ， 1m 由測(cè)量準(zhǔn)確度確定。計(jì)數(shù)測(cè)速法又可分為機(jī)械式定時(shí)計(jì)數(shù)法和電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。滿足工程實(shí)際的需要。由于光電 傳感器結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，又具有不怕灰塵油污、水氣及鹽霧，耐震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，適合野外、露天等工作環(huán)境比較差的場(chǎng)合。因此， 對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確的測(cè)量就顯得十分重要。在使用模技術(shù)制作測(cè)速表時(shí)，常用測(cè)速發(fā)電機(jī)的方法，即將測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測(cè)軸相連，測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。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。運(yùn)用 51 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一種全數(shù)字化測(cè)速系統(tǒng)，從提高測(cè)量精度的角度出發(fā)，分析討論其產(chǎn)生誤差的可能原因。轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)參數(shù)，其測(cè)量方法較多，而模擬量的采集和模擬處理一直是轉(zhuǎn)速測(cè)量的主要方法，這種測(cè)量方技術(shù)已不能適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的要求，在測(cè)量范圍和測(cè)量精度上，已不能滿足大多數(shù)系統(tǒng)的使用。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。 常用的檢測(cè)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(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。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(cè)和控制 、 水泵流量控制以及需要利用轉(zhuǎn)速檢測(cè)來(lái)進(jìn)行控制的許多場(chǎng)合，如車輛的里程表 、 車速表等。要測(cè)速，首先要解決是采樣問(wèn)題。 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 36 頁(yè) 設(shè)計(jì)的應(yīng)用前景 現(xiàn)代工業(yè)、軍事、航天技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越離不開(kāi)電機(jī)和機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在很多應(yīng)用中，特別是一些軍事、航天和精密加工行業(yè)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速有著較高的要求。故采用單片機(jī)作為控制元件。以滿足對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的監(jiān)控。按照不同的理論方法 ， 先后產(chǎn)生過(guò)模擬測(cè)速法 (如離心式轉(zhuǎn)速表 ) 、同步測(cè)速法 (如機(jī)械式或閃光式頻閃測(cè)速儀 ) 以及計(jì)數(shù)測(cè)速法。在頻率的工程測(cè)量中 ， 電子式定時(shí)計(jì)數(shù)測(cè)量頻率的方法一般有三種 ： （ 1）測(cè)頻率法 :在一定時(shí)間間隔 t 內(nèi) ， 計(jì)數(shù)被測(cè)信號(hào)的重復(fù)變化 次數(shù) N ， 則被測(cè)信號(hào)的頻率 fx 可表示為 f x =N/t （ 2）測(cè)周期法 :在被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi) ， 計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖數(shù) 0m ， 則被測(cè)信號(hào)頻率 fx = fc/ 0m ， 其中 ， fc 為時(shí)鐘脈沖信號(hào)頻率。當(dāng)時(shí)基誤差小于量化177。對(duì)于測(cè)周期法 ， 測(cè)量相對(duì)誤差為： 2Er =測(cè)量誤差值 /實(shí)際測(cè)量值 100 % =1/ 0m 100 % 對(duì)于給定的時(shí)鐘脈沖 fc ， 當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率越低時(shí) ， 0m 越大 ， 2Er 就越小 ， 所以測(cè)周期法適用于低頻信號(hào) (低轉(zhuǎn)