【正文】 ，光電式測系統(tǒng)具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點(diǎn)。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。青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 3 頁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(duì)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。要測速，首先要解決是采樣問題。這次設(shè)計(jì)內(nèi)容包含知識(shí)全面，對(duì)傳感器測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同的方法及原理設(shè)計(jì)有較多介紹，在測量系統(tǒng)中能學(xué)到關(guān)于測量轉(zhuǎn)速的傳感器采樣問題，單片機(jī)部分的內(nèi)容，顯示部分等各個(gè)模塊的通信和聯(lián)調(diào)。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。 轉(zhuǎn)速測量在國內(nèi)外的研究轉(zhuǎn)速是能源設(shè)備與動(dòng)力機(jī)械性能測試中的一個(gè)重要的特性參量，因?yàn)閯?dòng)力機(jī)械的許多特性參數(shù)是根據(jù)它們與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系來確定的，例如壓縮機(jī)的排氣量、軸功率、內(nèi)燃機(jī)的輸出功率等等，而且動(dòng)力機(jī)械的振動(dòng)、管道氣流脈動(dòng)、各種工作零件的磨損狀態(tài)等都與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。測量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的傳統(tǒng)方法是使用光電式轉(zhuǎn)速表測量。代之而起的是非接觸式的電子與數(shù)字化的測速儀表。定性地比較三種方法所針對(duì)的轉(zhuǎn)速特征，分析高、中、低轉(zhuǎn)速情況下各自的適用狀況。，用匯編語言編制程序，包括主程序流程，轉(zhuǎn)速計(jì)算程序，顯示中斷程序流程，同時(shí)并寫出其具體程序。傳感器電路、轉(zhuǎn)速測量、LED 顯示、電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)等將在以下章節(jié)作詳細(xì)地設(shè)計(jì)。系統(tǒng)包含主要內(nèi)容如下：青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 7 頁（1）單片機(jī)部分主要完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量（2）LED 部分主要是把轉(zhuǎn)速顯示出來，顯示范圍 6036000r/min（3）發(fā)送部分主要是完成電平轉(zhuǎn)換，送 RS232 向 PC 發(fā)送數(shù)據(jù)。以它為系統(tǒng)核心的控制模塊可實(shí)現(xiàn)主從控制，完成預(yù)定的任務(wù)。如 R、L、C 設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路，便能完成這種對(duì)應(yīng)關(guān)系。（2）通過測量儀表拾取被測信號(hào)目前有許多測量儀表用于各種測量中，有大信號(hào)輸出、有 BCD 碼輸出等，但價(jià)格昂貴，專業(yè)性強(qiáng)，一般不適合通用系統(tǒng)。而脈沖信號(hào)的上升沿和下降沿對(duì)數(shù)字電路的觸發(fā)尤為重要，若要將轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)直接加到計(jì)數(shù)器或外部中斷的輸入端，并利用其上升沿來觸發(fā)進(jìn)行計(jì)數(shù)，則必須要求輸入的信號(hào)有陡峭的上升沿或下降沿。3．單片機(jī)單片機(jī)是整個(gè)測量系統(tǒng)的主要部分，擔(dān)負(fù)對(duì)前端脈沖信號(hào)的處理、計(jì)算、以及信號(hào)的同步，計(jì)時(shí)等任務(wù)，其次，將測量的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算后，將得到的轉(zhuǎn)速值傳送到顯示接口中，用數(shù)碼管顯示數(shù)值。本系統(tǒng)也采用數(shù)碼管作顯示。轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)參數(shù)，早期模擬量的模擬處理一直是作為轉(zhuǎn)速測量的主要方法，這種測量方法在測量范圍和測量精度上，已不能適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的要求。轉(zhuǎn)速測量部分的硬件設(shè)計(jì)思路：示。PC 機(jī)串口和單片機(jī)串行口的工作方式，包括串行口的通訊速率、奇偶校驗(yàn)位、停止位等均由通信軟件實(shí)現(xiàn)。主要編寫一個(gè)外部中斷服務(wù)程序INT_0，讀取記數(shù)值的三個(gè)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。青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 12 頁第 4章 硬件電路設(shè)計(jì)硬件的功能由總體設(shè)計(jì)所規(guī)定，硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖，必要時(shí)做一些部件實(shí)驗(yàn)，以確定電路圖的正確性。 單片機(jī)模塊根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)思路對(duì)單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，要使單片機(jī)準(zhǔn)確的測量電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且使測出的數(shù)據(jù)能顯示出來，所以整個(gè)單片機(jī)分為傳感器電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、執(zhí)行元件以及顯示電路五個(gè)部分。與MCS51 兼容三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定5個(gè)中斷源 當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，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(shí)，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。 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。如下表 41 所示。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。：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。注意加密方式 1 時(shí)，/EA 將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。? 振蕩器特性：XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在閑置模式下，CPU 停止工作。MCS51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的典型值為12MH ZMCS51內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器，XTALXTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。清“0”PD，使振蕩器工作產(chǎn)生時(shí)鐘，單片機(jī)便正常運(yùn)行。MCS51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST，它是史密特觸發(fā)輸入(對(duì)于CHMOS單片機(jī)，RST引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻)，當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)時(shí)鐘周期)以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS51保持復(fù)位狀態(tài)。對(duì)于MOS(AT89C51)單片機(jī)只要接一個(gè)電容至V CC即可()。RC時(shí)間常數(shù)越大，上電RST端保持高電平的時(shí)間越長。LED有單個(gè)LED和八段LED之分，也有共陰和共陽兩種。此外，要畫出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進(jìn)行正確的字型段碼編碼。青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 19 頁所謂動(dòng)態(tài)顯示，就一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描） ，對(duì)于每一位顯示器來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。本次設(shè)計(jì)要求的轉(zhuǎn)速測量范圍 60r/min36000r/min，所以只需要 5 位數(shù)碼管即可。圖 五位動(dòng)態(tài)顯示電路 HD7279接口青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 20 頁1．引腳介紹HD7279A 是一款具有簡單 SPI 串行接口的器件，可直接驅(qū)動(dòng) 8 位共陰式數(shù)碼管(或 64 個(gè)獨(dú)立的 LED)，管理多達(dá) 64 鍵鍵盤，單片即可完成 LED 顯示和鍵盤接口的全部功能，大大簡化電路設(shè)計(jì)，占用單片機(jī)資源極少(最少 2 線)，完全免調(diào)試，外圍電路更簡單。HD7279A 具有片選信號(hào)，可方便實(shí)現(xiàn)高于 8 位的顯示或高于 64 鍵的鍵盤接口，采用多片級(jí)聯(lián)，對(duì)片選信號(hào)進(jìn)行譯碼即可實(shí)現(xiàn)。3．HD7279A 接口的具體設(shè)計(jì)根據(jù) HD7279A 的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)，我們選擇該器件來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示，其具體電路如下圖所示：青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 22 頁VD12REST8C6LK7AY904FG3B5PIH*.p+fgedcba圖 HD7279 驅(qū)動(dòng)顯示器的具體電路 鍵盤電路本設(shè)計(jì)使用的鍵盤主要為完成一個(gè)功能—轉(zhuǎn)速測量的啟動(dòng)/停止；我們將開關(guān)直接與 AT89C51 單片機(jī)的 接口相連，通過讀 I/O 口，判定各 I/O 線的電平狀態(tài)，即可識(shí)別出按下的按鍵。要他們可以檢測磁場及其變化，可以在各種與磁場有關(guān)的場合中。采用了各種補(bǔ)償措施的霍爾器件的工作溫度范圍廣，可達(dá) 55150 度。前者是直接檢測出被測對(duì)象本身的磁場或磁特性，后者是檢測被檢測對(duì)象上人為設(shè)置的磁場，用這個(gè)磁場作為被檢測信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)數(shù)以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)換成電量來進(jìn)行檢測和控制。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，正越來越愛到眾的重視?；魻栭_關(guān)電路又稱霍爾數(shù)字電路，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成。例如，用一個(gè)54（mm3）的釹鐵硼Ⅱ號(hào)磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約 2300 高斯的磁感應(yīng)強(qiáng)度。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產(chǎn)品手冊(cè)中會(huì)給出。 電參數(shù)： 參數(shù) 符號(hào) 測試條件 量值 單位 最小 典型 最大　　電源電壓　VCC　輸出低電平電壓 Vout Iout=20mA BBOP　200400mV輸出高電平電流 IOFF Vout=24V B 電源電流　ICC　VCC=24V 輸出端開路　 10 mA輸出上升時(shí)間　　tr　Vcc=12V RL= CL=　μS輸出下降時(shí)間　　tf　Vcc=12V RL= CL=　μS 產(chǎn)品特點(diǎn):青島理工大學(xué)畢業(yè)論文第 25 頁. 電源電壓范圍寬. 可用市售的小磁環(huán)來驅(qū)動(dòng). 無可動(dòng)部件、可靠性高. 尺寸小. 抗環(huán)境應(yīng)力. 可直接同雙極和 MOS 邏輯電路接口應(yīng)用:. 高靈敏的無觸點(diǎn)開關(guān). 直流無刷電機(jī). 直流無刷風(fēng)機(jī). 霍爾開關(guān)元件的電路圖：圖 霍爾傳感器的電路圖 發(fā)送模塊根據(jù)系統(tǒng)功能要求，要使單片機(jī)測量的轉(zhuǎn)速能夠向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，硬件電路中必須要考慮到單片機(jī)的發(fā)送部分，由于單片機(jī)通過串口發(fā)送出來的是 TTL 邏輯電平（0V 和 5V），而計(jì)算機(jī) RS232 總線上輸入、輸出數(shù)據(jù)和控制信號(hào)為+12V左右的電壓，單片機(jī)要和 PC 的上位機(jī)通信就必須是電平一致，所以發(fā)送部分關(guān)鍵的部分是電平轉(zhuǎn)換和串口發(fā)送，電平轉(zhuǎn)換可以用模擬器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但是為了方便起見，本次設(shè)計(jì)采用的是集成芯片，一個(gè)芯片加上它的外圍電路即可完成電平的轉(zhuǎn)換的工作。該必發(fā)器的數(shù)據(jù)傳輸速率最好設(shè)在 9600b/s 為宜，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。電氣特性：EIARS232C 對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定；在 TxD 和 RxD 上：邏輯 1(MARK) =3V～15V　　　　　　　　 邏輯 0(SPACE)=+3～＋15V在 RTS、CTS、DSR、DTR 和 DCD 等控制線上：信號(hào)有效（接通，ON 狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V信號(hào)無效（斷開，OFF 狀態(tài)，負(fù)電壓）＝3V～15VRS232 連接器 DB9DB9 是 RS232 信號(hào)線的連接器，其連接器的機(jī)械特性見圖()，表 43所示 RS232 信號(hào)線名稱、符號(hào)以及對(duì)應(yīng)在 DB9 上的針腳號(hào)。HIN232CPE 芯片引腳排列和外部元件連接線路如圖 所示。 單片機(jī)轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)思路及過程單片機(jī)測量轉(zhuǎn)速可以分為若干模塊，然后在主程序中調(diào)用各個(gè)模塊， 流程圖如下圖所示。三字節(jié)組成除數(shù)，上面的常數(shù)為四字節(jié)，所以計(jì)算程序?qū)嶋H上就是調(diào)用一個(gè)四字節(jié)除三字節(jié)商為兩字節(jié)（最高轉(zhuǎn)速 36000r/min 足夠）的程序。 二十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序計(jì)算程序計(jì)算出來的數(shù)據(jù)為二進(jìn)制，存到 50H、51H 單元中以便發(fā)送程序中調(diào)用傳送數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可識(shí)別二進(jìn)制，然而，我們需要在 LED 上顯示，查表程序需要拆分的 BCD 碼，所以二進(jìn)制必須先轉(zhuǎn)換成 BCD 后才能拆分。顯示部分程序分為兩部分：十進(jìn)制 BCD 轉(zhuǎn)換成非壓縮 BCD 碼；查表程序顯示數(shù)據(jù)。 硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是針對(duì)我的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的單片機(jī)硬件電路分別進(jìn)行調(diào)試。特別是數(shù)碼管的連接部分，有PROTEL制作的PCB確保要和原理圖上的圖一致，有些在電路板上沒法連接的線路，要用短接線把接好，對(duì)照著原理圖部分，一部分一部分地用萬用表測量，注意焊點(diǎn)之間，確保焊點(diǎn)沒有短接在一起，同時(shí)注意焊點(diǎn)的美觀，確保沒有開路以及短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。數(shù)碼管LED電路調(diào)試：由于數(shù)碼管采用的是動(dòng)態(tài)掃描的方式點(diǎn)亮的。只需要接仿真機(jī)上編寫一個(gè)小程序讓5位LED全亮，或者讓它們其中的某位點(diǎn)亮，也可以顯示不同的數(shù)字，根據(jù)要求給P0口，P2口分別賦值。 軟件調(diào)試單片機(jī)部分調(diào)試工作的完成主要應(yīng)用 LCA51 軟件來完成，這一部分工作首先將轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)中的各個(gè)模塊——計(jì)算程序中的除法程序、雙字節(jié)的二十進(jìn)制數(shù)制轉(zhuǎn)換程序，壓縮 BCD 碼十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為非壓縮 BCD 碼的程序以及顯示部分程序調(diào)試好，不斷調(diào)試，不斷修改直到正確為止。用戶可自定義各種語言的關(guān)鍵詞.軟件完全支持源語句級(jí)在線調(diào)試。 調(diào)試主要方法和技巧： 通常一個(gè)調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能：跟蹤、斷點(diǎn)、查看變量、更改數(shù)值。但是，如果調(diào)用一函數(shù)，則進(jìn)入函數(shù)中，再執(zhí)行函數(shù)的第一條源語句行前停止。注意：如果用戶調(diào)試高級(jí)語言，因?yàn)橄到y(tǒng)要占用 2 個(gè)斷點(diǎn)，所以可設(shè)置的斷點(diǎn)數(shù)為最大斷點(diǎn)個(gè)數(shù)減 2。LCA51 軟件提供了以下幾種方法對(duì)變量進(jìn)行查看。 用戶還可以打開程序空間窗口、內(nèi)部數(shù)據(jù)窗口、外部數(shù)據(jù)窗口進(jìn)行數(shù)據(jù)塊觀察。用戶可以在輸入框中輸入十六進(jìn)制或十進(jìn)制數(shù)據(jù)。最后、拆分壓縮BCD碼十進(jìn)制以及最后的顯示程序，可以利用上述提到的各種方法，觀察3034H內(nèi)部的數(shù)據(jù)，緩沖數(shù)據(jù)的觀察檢查完畢后，調(diào)用顯示程序，觀察數(shù)碼管上顯示的數(shù)據(jù)是否是內(nèi)存緩沖中需要顯示的數(shù)據(jù)。在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上還要貼上一粒磁鋼，利用霍爾效應(yīng)產(chǎn)生方波。外部中斷沒有執(zhí)行跟沒有中斷信號(hào)加入有關(guān)系。（6）后來在接信號(hào)發(fā)生器時(shí)候要是接正弦波時(shí)候一樣發(fā)生不穩(wěn)定跳轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，由此可以推測，在傳感器輸入的信號(hào)不是理想的方波，而且電平值不夠大，所以在霍爾傳感器信號(hào)輸出端接濾波電容以及一個(gè)10K的上拉電阻就可以解決問題了。數(shù)碼管要采用共陰數(shù)碼管，因?yàn)閿?shù)碼管的灌電流可以大些達(dá)到幾十毫安，但是拉電流比較小，采用共陽數(shù)碼管可能因?yàn)殡娏鬟^小而數(shù)碼管不能點(diǎn)亮數(shù)碼管，還有就是接在上拉電阻再接 5V 上，最好采用 1K 的排阻?？梢詫?duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)性做個(gè)分析。一種成就感在心頭油然而生。讓理論和實(shí)踐相結(jié)合，以此產(chǎn)生實(shí)際的成果。從而從各個(gè)方面得到提高與完善了自己，使自己的各個(gè)方面提高到一個(gè)新的臺(tái)階，同時(shí)為以后的工作打下基礎(chǔ)