【正文】 圖 進(jìn)入調(diào)試 調(diào)試還可以使用設(shè)置斷點(diǎn)的方式，在定時(shí)器 T1 的中斷服務(wù)程序的起點(diǎn)處設(shè)了一個(gè)斷點(diǎn)，記錄下的運(yùn)行時(shí)間為 (s)，如圖 左側(cè)所示，再次運(yùn)行并停止后，可看到，時(shí)間為 (s)，如圖 左側(cè)所示，計(jì)算可知，中斷 時(shí)間為 (ms)，可以根據(jù)這一結(jié)果，對(duì)定時(shí)常數(shù)略作修改，使得定時(shí)時(shí)間最接近于 4(ms)。 ) 從上述數(shù)據(jù)可知 ,達(dá)到測(cè)試中心的標(biāo)準(zhǔn) ,只要選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法和高精度的轉(zhuǎn)速傳感器 ,用單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)完全可以實(shí)現(xiàn) ,而在實(shí)際應(yīng)用中 ,往往對(duì)轉(zhuǎn)速精度的要求不是很高。理論誤差約 千分之一。定時(shí)和計(jì)數(shù)，這種方法簡(jiǎn)單可行，仍然有執(zhí)行指令的延時(shí)但對(duì)大部分應(yīng)用場(chǎng)合都可以使用。 在硬件電路在設(shè)計(jì)時(shí)，可以預(yù)留按鍵接口及串行 EEPROM 存儲(chǔ)器，因此，上述的要求是完全可以實(shí)現(xiàn)的?；具_(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。 ；影響資源： PSW、 A、 R2～ R7 堆棧需求：２字節(jié) MOV A， R4 MOV R6， A MOV A， R5 MOV R7， A；將乘得的結(jié)果送 R6R7 準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換。 。 ；影響資源： PSW、 A、 B、 R2～ R7 堆棧需求：２字節(jié) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 32 頁 共 36 頁 MOV R2， SpCoun MOV R3， SpCoun+1 MOV R6， 0 MOV R7， 5；測(cè)得的數(shù)值是每秒計(jì)數(shù)值，轉(zhuǎn)為分（每一轉(zhuǎn)測(cè) 12 次，故乘 5而非 60） CALL MULD SETB TR2 ；標(biāo)號(hào)：ＨＢ２功能：雙字節(jié)十六進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成雙字節(jié)Ｂ ＣＤ碼整數(shù) ；入口條件：待轉(zhuǎn)換的雙字節(jié)十六進(jìn)制整數(shù)在 R R7中。應(yīng)用范圍廣泛，可通過擴(kuò)展進(jìn)行二次開發(fā)。 在開發(fā)實(shí) 際的產(chǎn)品，需要與上位機(jī)編程人員配合，規(guī)定雙方的通信協(xié)議。 2．有待解決的問題 （ 1）定時(shí)和計(jì)數(shù)同步問題 由于本系統(tǒng)的對(duì)外來計(jì)數(shù)采用軟件打開計(jì)數(shù)器的，因此定時(shí)和計(jì)數(shù)存在不同 步問題，相差指令 周期及一個(gè)脈沖的誤差，這將給轉(zhuǎn)速產(chǎn)生一定的誤差，解決的方法有如下幾種想法： 用硬件即加一個(gè) D 觸發(fā)器外部計(jì)數(shù)的同時(shí)開啟定時(shí)，關(guān)閉時(shí)，利用一回復(fù)信 號(hào)，停止定時(shí)器的工作，這種方法實(shí)時(shí)性高，開啟和關(guān)閉還有防止誤觸發(fā)和抗干擾功能，只是增加了硬件的復(fù)雜程度。 這種測(cè)速方式的下限理論上也可以很低，但是當(dāng)轉(zhuǎn)速低到一定程度時(shí)，其誤 差已較大，因此，其測(cè)速下限與允許的測(cè)量誤差有關(guān)。 10r/min(177。編譯完成 后，打開菜單 Debeg/Start/Stop Session 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 25 頁 共 36 頁 對(duì)軟件模擬調(diào)試，如圖 。 本系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái) [17] 1． keil C51 軟件集成開發(fā)環(huán)境 隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 24 頁 共 36 頁 軟件是目前流行的用于開發(fā) 51 系列單片機(jī)的軟件。 系統(tǒng)流程 本系統(tǒng)的主程序參考圖 ，在完成初始化工作以后，即循環(huán)等待，每 1s時(shí)間到之后， T1 中斷程序?qū)?huì)讀取 T0 中的計(jì)數(shù)值，并將其放入約定的存儲(chǔ)單元中，并且置位“要求計(jì)算”的標(biāo)志，當(dāng)該標(biāo)志位為 1 時(shí)，主程序即轉(zhuǎn)入計(jì)算，第一步將 16進(jìn)制數(shù)的結(jié)果轉(zhuǎn)化為 BCD 碼，第二步，將 BCD 碼轉(zhuǎn)化并送入顯示緩沖區(qū)。 圖 秒信號(hào)子程序 2．?dāng)?shù)碼管的顯示 數(shù)碼管顯示采用動(dòng)態(tài)方式，即每次中斷點(diǎn)亮一位數(shù)碼管，依次循環(huán)。 SecCoun EQU 59H；秒計(jì)數(shù)器單元，用于累計(jì) T1 的中斷 次數(shù)，每 250 個(gè)為一秒。 4．定時(shí) /計(jì)數(shù)控制寄存器 TCON TCON 地址 88H，可進(jìn)行位尋址，復(fù)位值 00H。當(dāng) GATE=0，只要用指令置 TR0/1=1 即可啟動(dòng)定 時(shí) /計(jì)數(shù)器0/1 工作。 工作方式及控制字設(shè)置 [11] 1．定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， T0 被用于計(jì)數(shù)，我們當(dāng)然希望計(jì)數(shù)量大為好，這樣，可以獲得較大的測(cè)量范圍，因此， T0 選定為工作方式 1（ 16 位的計(jì)數(shù)方式），設(shè)計(jì)中，沒有使用外部控制端，僅用指令置位 /清零 TR0 來進(jìn)行計(jì)數(shù)的啟動(dòng) /停止，這樣，電路較為簡(jiǎn)單，但精度會(huì)受到一定的影響，但在本設(shè)計(jì)中，認(rèn)為采用這種方式，精度可達(dá)到要求，因此， T0 采用自由計(jì)數(shù)的方式，不用預(yù)置初值。 沒有考慮波形畸變和干擾，在實(shí)際應(yīng)用中也可以用整形和抗干擾電路來調(diào)整。 1．顯示部分 89C51 單片機(jī)的 I/O 口輸出特性是有較大的灌入電流能力，其中 P0 口的灌電流能力可達(dá) 20mA，完全可以用于數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。 ⒉ 系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備配置應(yīng)滿足系統(tǒng)功能的要求，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，以便進(jìn)行二次開發(fā)。通常碼盤脈沖倍頻數(shù)可以是 P 的整數(shù)倍。 1 誤差、時(shí)間基準(zhǔn)誤差、干擾造成的誤觸發(fā)引起的誤差。這種方法適合于低速測(cè)量，轉(zhuǎn)速增高，誤差增大。測(cè)速時(shí)間 Td 由脈沖發(fā)生器脈沖來同步，即 Td 等于 m1 個(gè)脈沖周期。因此，為了提高測(cè)量精度， T要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間。定時(shí)器對(duì)時(shí)基脈沖 (頻率為 f c)進(jìn)行計(jì)數(shù)定時(shí)，在 Tp內(nèi) 計(jì)數(shù)值若為 m2，則 計(jì)算公式為： （ 式 ） 即： （ 式 ） P為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)。 4．驅(qū)動(dòng)和顯示 由于 LED 數(shù)碼管具有亮度高、可靠性好等特點(diǎn)，工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中常用 LED 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 共 36 頁 數(shù)碼管作為顯示輸出。處理方法上可以用觸發(fā)器電路來整形。這種方法設(shè)計(jì)難度大，信號(hào)穩(wěn)定度差，在模擬處理系 統(tǒng)中不宜采用。 3．監(jiān)控程序及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。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，從而，在保持一定的測(cè)量精度情況下，應(yīng)用“ M”法，說明轉(zhuǎn)速測(cè)量原理。 并從實(shí)際硬件電路出發(fā)，分析電路工作原理和軟件流程，根據(jù)仿真情況提出修改方案和解決辦法。這種以測(cè)量頻率來實(shí)現(xiàn)測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法，稱測(cè)頻法。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)控制中，變 M/T 法能夠較好地滿足并網(wǎng)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的精度要求。 變 M/T 法在風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制中的應(yīng)用 發(fā)電機(jī)葉輪吸收的功率，一部分用來克服葉輪旋轉(zhuǎn)的阻力矩，其余 部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋? 轉(zhuǎn)速測(cè) 量在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 直流電機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，易于在寬廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以長(zhǎng)期以來在要求調(diào)速指標(biāo)較高的場(chǎng)合獲得了廣泛應(yīng)用。 圖 單片機(jī)典型應(yīng)用系統(tǒng) 對(duì)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(cè)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(cè)量。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 共 36 頁 1 緒論 單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng) 單片機(jī)可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。它們直接與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)相連，是干擾進(jìn)入的主要通道，一般要采取隔離措施 [1]。下面列舉二例加以說明。 （ 4）由變換器構(gòu)成直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可有效克服以往的直流調(diào)速中的諧波大、功率因數(shù)低的問題，是一種節(jié)能的調(diào)速方案。用變 M/T 法測(cè)速 ，以 4 個(gè)轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)脈沖 (m1=4)為一個(gè)測(cè)算周期。 如表 表 各種測(cè)速方法比較 型式 測(cè)量方法 適用范 圍 特點(diǎn) 備注 計(jì) 數(shù)式 機(jī)械式 通過齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)字輪 中 、低速 簡(jiǎn)單、價(jià)廉 光電式 來自被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上的光線使光電管生電脈沖 中、高速 數(shù)字式 電磁式 利用磁電轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)速變換電脈沖 中、高速 數(shù)字式 模擬式 機(jī)械式 利用離心力與轉(zhuǎn)速成平方成正比的關(guān)系 中、低速 簡(jiǎn)單 發(fā)電機(jī)式 利用電機(jī)電流或交流電壓與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系 高速 可遠(yuǎn)距指示 測(cè)速發(fā)電機(jī) 電容式 利用 電容充、放電與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系 中、高速 同步式 機(jī)械式 轉(zhuǎn)動(dòng)帶槽的圓盤，觀察旋轉(zhuǎn)體的同步關(guān)系 中速 閃光式 用已知頻率閃光測(cè)出旋轉(zhuǎn)體同步的頻率 中、高速 就 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理而言，大體可分為三大類，一是用單位時(shí)間內(nèi)測(cè)得物體的旋轉(zhuǎn)角度來計(jì)算速度，例如在單位時(shí)間內(nèi)，累計(jì)轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出的 N個(gè)脈沖，即為該單位時(shí)間的速度。因此，本課題的目的是：對(duì)各種測(cè)量轉(zhuǎn)速的基本方法予以分析，針對(duì)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(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，為今后的實(shí)際使用提供借鑒 [3]。 主要內(nèi)容和存在的問題 研究的主要內(nèi)容 ，對(duì)轉(zhuǎn)速的周期測(cè)量法“ T”法、頻率測(cè)量法“ M”法以及周期頻率“ M/T”測(cè)量法，三種具體測(cè)量方法的轉(zhuǎn)速計(jì)算、各自的測(cè)量精度和誤差進(jìn)行闡述。 需解決的問題 1．單片機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，中斷設(shè)置問題 2．系統(tǒng)硬件電路制作，調(diào)試。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。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。具體工作情況在后討論。 如圖 所示： 圖 “ T”法脈寬測(cè)量 Tp通過定時(shí)器測(cè)得。 如圖 ， 圖 “ M”法測(cè)量轉(zhuǎn)速脈沖 設(shè)在時(shí)間 T 內(nèi)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)為 Xτ ，則的轉(zhuǎn)速 n可由下式表示： (式 ） 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù) Xτ可用下式所示 ： (式 ) 將 式 式 ，得 轉(zhuǎn)速 n 的表達(dá)式為： (式 ) n轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn) /分 ） 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 共 36 頁 T定時(shí)時(shí)間單位：（秒） 在該方法中，測(cè)量精度是由于定時(shí)時(shí)間 T 和脈沖的不能保證嚴(yán)格同步，以及在 T內(nèi)能否正好測(cè)量外部脈沖的完整的周期，可能產(chǎn)生的 1個(gè)脈沖的量化誤差 [7]。該法在高速及低速時(shí)都具有相對(duì)較高的精度。 “ T 法”測(cè)量誤差分析 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 13 頁 共 36 頁 因 m1的量化誤差也是 1個(gè)脈沖，故引起的轉(zhuǎn)速變化也可以由下式給出： (式 ) 其相對(duì)誤差為： (式 ) 所以由 式 可知，ε隨轉(zhuǎn)速減小而減小，因此。 碼盤刻度誤差分析 原理上測(cè)量誤差的來源主要有碼盤刻線誤差、計(jì)數(shù)過程中的177。在動(dòng)