【正文】 電機(jī)為檢測元件，得到的信號是模擬量。電機(jī)在運(yùn)行過程中，需要對其進(jìn)行監(jiān)控，轉(zhuǎn)速是一個(gè)必不可少的一個(gè)參數(shù)。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。s widespread application, specially high performance price pared to monolithic integrated circuit39。因此，本課題的目的是：對各種測量轉(zhuǎn)速的基本方法予以分析，針對不同的應(yīng)用環(huán)境，利用 80C51 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一種全數(shù)字化測速系統(tǒng)，從提高測量精度的角度出發(fā)，分析討論其產(chǎn)生誤差的可能原因，為今后的實(shí)際使用提供借鑒。如車輛的里程表、車速表等。 國內(nèi)外 發(fā)展水平 數(shù)字單片機(jī)的技術(shù)進(jìn)步反映在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功率消耗、外部電壓等級以及制造工藝上。 單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來越多的部件，這些部件包括一般常用的電路，例如：定時(shí)器，比較器， A/D 轉(zhuǎn)換器， D /A 轉(zhuǎn)換器，串行通信接口， Watchdog電路， LCD 控制器等。因此，這類單片機(jī)十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。在這些單片機(jī)中，脈寬調(diào)制電路有 6 個(gè)通道輸出，可產(chǎn)生三相脈寬調(diào)制交流電壓，并內(nèi)部含死區(qū)控制等功能。如氣輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)等。它們直接與工業(yè)現(xiàn)場相連，是干擾進(jìn)入的主要通道，一般要采取隔離措施對于數(shù)字量（頻率、周期、相位、計(jì)數(shù)）的采集后可通過 I/O 口輸入，數(shù)字脈沖可直接作為計(jì)數(shù)輸入、測試輸入、 I/O 口輸入或中斷源輸入進(jìn)行事件計(jì)數(shù)、定時(shí)計(jì)數(shù)、實(shí)現(xiàn)脈沖 的頻率、相位及計(jì)數(shù)測量。應(yīng)用系統(tǒng)可根據(jù)任何一種輸入條件或內(nèi)部運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行輸出控制。下面列舉二例加以說明。道統(tǒng)損耗小，裝置效率高；直流電源采用三相整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)高，可廣泛用于交通、工礦企業(yè)等電力傳動系統(tǒng)中。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 12 調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速測量框圖 3． 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)采用軟件實(shí)現(xiàn)，動態(tài)顯示容易，超限報(bào)警方便，提高了系統(tǒng)的靈 活性。 一般的轉(zhuǎn)速測試可用機(jī)械式轉(zhuǎn)速表、發(fā)電機(jī)式轉(zhuǎn)速表以及頻閃式測速表，但在有些情況下，其測量精度，瞬時(shí)穩(wěn)定度 不能滿足更高的要求，因此，在測量方法和傳感器的選擇上顯得尤為重要。即“ M”法；另一類是在給定 的角位移距離內(nèi)，通過測量這一角位移的時(shí)間來進(jìn)行測速的方法，稱測周法，即“ T”法，如給定的角位移 ，傳感器便發(fā)出一個(gè)電脈沖周期，以晶體震蕩頻率而產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)脈沖來度量這一周期時(shí)間，再經(jīng)換算可得轉(zhuǎn)速。詳細(xì)介紹了單片機(jī)的測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)及 PC機(jī)與單片機(jī)之間的串行通訊。記錄各時(shí)段的轉(zhuǎn)速，畫出 VT 坐標(biāo)圖。 系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容 ： 將霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖信號輸出入到單片機(jī)的外部中斷 0 口，單片機(jī)工作在內(nèi)部定時(shí)器工作方式 0，對周期信號進(jìn)行內(nèi)部記數(shù)，調(diào)用計(jì)算公式算出轉(zhuǎn)速，調(diào)用顯示程序顯示在 LED 上，同時(shí)通過串口向 上位機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。 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)。 轉(zhuǎn)速測量部分的硬件設(shè)計(jì)思路：本次設(shè)計(jì)單片機(jī)部分的硬件框圖如圖 22所示。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 21 所示： 表 21 P3 口的第二功能 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 引 腳 第二功能 信 號 名 稱 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 串行數(shù)據(jù)接收 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 外部中斷 0 請求 外部中斷 1 請求 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)輸入 外部 RAM 寫選通 外部 RAM 讀選通 ：復(fù)位輸入。在平時(shí)， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 ：來自反向振蕩器的輸出 。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。 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 24 為 CMOS 型單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖。電容 C1 和 C2 的作用有兩個(gè)：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率 f起微調(diào)作用（ C C2 大， f變?。涞湫椭禐?30pF。 RST 變?yōu)榈碗娖胶螅顺鰪?fù)位， CPU 從初始狀態(tài)開始工作。 RST 端在加電時(shí)應(yīng)保持的高電平時(shí)間包括 VCC 的上升時(shí)間和振蕩器起振的時(shí)間， Vss 上升時(shí)間若為 10ms，振蕩器起振的時(shí)間和頻率有關(guān)。 + 5 VV c cR S TM C S 5 1V s sCR 圖 25 上電復(fù)位電路 顯示電路 顯示電路采用 LED數(shù)碼管動態(tài)顯示， LED（ LightEmitting Diode）是一種外加電壓從而渡過電流并發(fā)出可見光的器件。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器 ,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。 圖 26 七段發(fā)光顯示器的結(jié)構(gòu) D P Y abcde fgd pabcdgfeC O M.d p 12 34 5 67 89 圖 27 七段發(fā)光顯示器管腳的結(jié)構(gòu) 驅(qū)動方式： 采用的數(shù)碼管驅(qū)動為 7407，它的全名為 7407 TTL 集電極開路六正相高壓驅(qū)動器，其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，圖 28 為 7407 的圖以及各個(gè)引腳的分布功能介紹。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。 AT89C51 的 P0 口作為段數(shù)據(jù)口，接上拉電阻到顯示器的各 個(gè)段； P2 口作為掃描口，經(jīng)同相驅(qū)動器 7407 接顯示器公共極。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象本身的磁場或磁特性，后者是檢測被檢測對象上人為設(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、非磁的物理量哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 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。 霍爾開關(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)器和輸出級組成 霍爾傳感器的應(yīng)用 使用霍爾器件檢測磁場的方法極為簡單，將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測磁場中，因霍爾器件只對垂直于霍爾片表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度敏感，因而必須令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。在空氣隙中，磁感應(yīng)強(qiáng)度會隨距離增加而迅速下降。 因?yàn)榛魻柶骷枰ぷ麟娫?，在作運(yùn)動或位置傳感時(shí)，一般令磁體隨被檢測物體運(yùn)動，將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結(jié)果中提取 被檢信息。結(jié)構(gòu)簡單、方便容易，精確度高。 器件的介 紹： RS232C 是美國電氣工業(yè)協(xié)會推廣使用的一種串行通信總路線標(biāo)準(zhǔn)，是DCE(數(shù)據(jù)通信設(shè)備，如微機(jī) )和 DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備，如 CRT)間傳輸串行數(shù)據(jù)的接口總線。 圖 211 連接器的機(jī)械特性 表 21 RS232 信號線和 DB9 引腳關(guān)系 符 號 名 稱 引 腳 DCD RXD TXD DTR GND 接收信號載波檢測 數(shù)據(jù)接收線 數(shù)據(jù)發(fā)送線 DTE 裝置數(shù)據(jù)就緒 公共地 1 2 3 4 5 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 DSR RTS CTS RI DCE 裝置就緒 請求發(fā)送 清除發(fā)送 振鈴指示 6 7 8 9 圖 212 電平轉(zhuǎn)換電路原理圖 電平轉(zhuǎn)換器 HIN232CPE 由于 RS232C 總線上傳輸?shù)男盘栠壿嬰娖脚c TTL 邏輯電平差異很大，所以就存在這兩種電平的轉(zhuǎn)換問題，下面就介紹一下電平轉(zhuǎn)換器 HIN232CPE。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 圖 213 HIN232CPE 電平轉(zhuǎn)換器及外接元件 本章小結(jié) 本章節(jié)主要闡述了系統(tǒng)的總體功能，硬件電路設(shè)計(jì)的思路及過程，單片機(jī)模塊和霍爾傳感器。 再將 55296000化為二進(jìn)制存入單片機(jī)的內(nèi)存單元。 為數(shù)碼管能夠顯示出來，需將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，在將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為非壓 縮 BCD 碼后，才能調(diào)用查表程序，最后送顯示。這里介紹將（ R2R3）中的 16 位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為壓縮 BCD 碼十進(jìn)制整數(shù)送 RR R6。 雙字節(jié)整數(shù)拆分程序流程圖如圖 35： 開 始 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 圖 3－ 5 雙字節(jié)整數(shù)拆分程序流程圖 程序設(shè)計(jì) 根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路和各個(gè)模塊的流程圖編寫出本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的程序， 完成程序設(shè)計(jì)的任務(wù)，寫出初始的程序 后 ， 在硬件上運(yùn)行程序， 進(jìn)行上機(jī)調(diào)試， 調(diào)試的具體方法 在下章 進(jìn)行 詳細(xì) 的 敘述。 開始 30HR0，表首地址 DPTR，（ R1） =0FEH （ R0）賦值給 A A+DPTR 賦值給 P0 （ R1） =P1，（ R1） =A， RL A INC R0 ， A=（ R1） （ R1） =0DFH？ 結(jié)束 N 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 第 4章 系統(tǒng)調(diào)試 電路調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)功能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個(gè)調(diào)試過程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。看單片機(jī)通電后能否可以正常工作等這一系列問題。在這一前提下，查看數(shù)碼管能否點(diǎn)亮?？梢杂檬静ㄆ骱腿f用表檢查電平轉(zhuǎn)換前后的關(guān)系，這里不在贅述。軟件支持單文件方式和工程化管理兩種模式。調(diào)試時(shí)用戶可動態(tài)觀察、修改設(shè)定變量（包括 CPU 片內(nèi)寄存器、特殊寄存器及外部寄存器、內(nèi)存）的值。 跟蹤型單步執(zhí)行一條源語句程序。 如果已知程序中某塊代碼實(shí)際運(yùn)行正常的情況下，仍用跟蹤調(diào)試方法，將大大浪費(fèi)時(shí)間，而 且很枯燥，因此調(diào)試中第二個(gè)重要工具是在源代碼中預(yù)定處設(shè)置斷點(diǎn)，大多數(shù)調(diào)試程序通過使用斷點(diǎn)中止程序執(zhí)行。 顯然，通過一系列指令查看應(yīng)用程序，了解導(dǎo)致某一錯(cuò)誤的執(zhí)行也是一種非常有效的方法。 用戶可以直接移動鼠標(biāo)到相應(yīng)的變量名上，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，將出現(xiàn)一個(gè)提示窗口，顯示這個(gè)變量的當(dāng)前值。在更改對話框中用戶輸入要更改的取值，點(diǎn)擊確定按鈕。 其次、二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，我們依然可以利用上述列舉的方法，多次給出數(shù)據(jù)，然后運(yùn)行程序，可以設(shè)置觀察變量，觀察出程序轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 故障分析與解決方案 故障出現(xiàn)情況 ： TTL電平，產(chǎn)生波形不穩(wěn) 的中斷服務(wù)程序不能執(zhí)行 ， 不管是定時(shí)中斷還是外部中斷 ； ； ， 而且在波形頻率變化下顯示轉(zhuǎn)速卻不變 工作，顯示不穩(wěn)定； 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 35 ，接電機(jī)不穩(wěn)定 ， PC機(jī)接收亂碼； 解決方案（針對上述故障一一對應(yīng)的解決方案） ： 霍爾傳感器應(yīng)工作在 5V電壓，中間引腳接地，數(shù)據(jù)線接單片機(jī)的外部中斷 0。波形得到了大大改善 ； 頭，中斷入口地址，發(fā)現(xiàn)中斷定時(shí) 0的地址寫成中斷定時(shí) 1的入口地址了。 ，是一位一位的顯示，在位選信號這里出現(xiàn)了問題，在左移的時(shí)候出現(xiàn)問題，以及顯示完一個(gè)字型后調(diào)用的 延時(shí)時(shí)間不合理導(dǎo)致顯示不穩(wěn)定，出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，改變時(shí)間到 1毫秒左右就差不多對了。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 36 結(jié)論 通過各方面努力，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)完成，系統(tǒng)各部分功能均已實(shí)現(xiàn)， 單片機(jī) 能夠測量出電機(jī)的轉(zhuǎn)速并能顯示在 LED 數(shù)碼管上，并能向上位機(jī) 發(fā)送 數(shù)據(jù) ； 測量范圍也是比較寬的 60r/min36000r/min，精度也在 %，都達(dá)到了比較理想的狀態(tài)