【正文】 1 工作。其 8 位控制 內(nèi)容如 表 ： 表 定時(shí) /計(jì)數(shù)器的方式控制字 說(shuō)明： GATE：門(mén)控位。 由于 80C51 單片機(jī)在中斷時(shí)，會(huì)附加延時(shí) 38個(gè)周期，在滿足一定條件的情形下，驗(yàn)證這個(gè)數(shù)值是否正確 ，可以在進(jìn)入仿真調(diào)試時(shí)通過(guò)觀察 Keil 提供的有 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 18 頁(yè) 共 36 頁(yè) 關(guān)變量看到，如果不正確，可以根據(jù)實(shí)際情況略作調(diào)整，保證定時(shí)時(shí)間為 4ms。 確定了定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 的定時(shí)時(shí)間以后，就要計(jì)算定時(shí)初值，本系統(tǒng)用了12M 的晶振，恰好是一個(gè)機(jī)器周期為 1us，因此， 4ms 定時(shí)時(shí)間意味著只要計(jì)數(shù) 4000 次即可，由于定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 是向上計(jì)數(shù)，因此，要化為 16 進(jìn)制，并分別送入 T1 的高 8 位和低 8位。 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(méi)有使用外部控制端，僅用指令置位 /清零 TR0 來(lái)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。本系統(tǒng)暫不討論。 6．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ) 為使系統(tǒng)更有靈活性及有擴(kuò)展性，本系統(tǒng)預(yù)留了串行 EEPROM 接口，以便存儲(chǔ)系統(tǒng)允許的最高 /低轉(zhuǎn)速，記錄運(yùn)行中出現(xiàn)的最高 /低轉(zhuǎn)速等工作。 4．單片機(jī)時(shí)鐘 單片機(jī)的 1 19腳接晶體和兩個(gè) 27PF 的電容，這里選用振蕩頻率為 12MHz的晶體。 沒(méi)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(lái)調(diào)整。本系統(tǒng)暫不采用。系統(tǒng)還可以采用另一種復(fù)位方式，即利用 X5045 芯片提供的上電復(fù)位功能進(jìn)行復(fù)位。上電瞬間， RESET 端的電位與 Vcc相同，隨著充電電流減小， RESET 端的電位逐漸下降，按電路參數(shù)可選擇電阻為 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 16 頁(yè) 共 36 頁(yè) 1kΩ ，電容為 10μ F。 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)。從分析可以看出 89C51 能滿足系統(tǒng)要求，不須另外擴(kuò)展計(jì)數(shù)器，外部中斷分別用于定時(shí) /計(jì)數(shù)同步中斷和響應(yīng)，定時(shí)器利用其溢出中斷來(lái)預(yù)定測(cè)量的時(shí)間，該時(shí)間要求準(zhǔn)確，可根據(jù)測(cè)量高、中、低轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn)行調(diào)整。 89C51 單片機(jī)片內(nèi)含有一 4K 的程序存儲(chǔ)器； 128 字節(jié)的寄存器空間； 2個(gè)16位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器； 32根 I/O 口線； 5個(gè)中斷源。 ⒋ 單片機(jī)外接電路較多時(shí)，應(yīng)考慮其驅(qū)動(dòng)能力，減少芯片功耗，降低總線負(fù)載。 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(kāi)發(fā)。 第二是系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)、 D/A、 A/D 轉(zhuǎn)換器等，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口電路 。實(shí)際測(cè)量時(shí)間 t隨 Tc 的增大而增大。以確保測(cè)量準(zhǔn)確度為準(zhǔn)。通常碼盤(pán)脈沖倍頻數(shù)可以是 P 的整數(shù)倍。 1誤差 由 式 可知： 增大測(cè)量時(shí)間 t有利于提高測(cè)量準(zhǔn)確度。 1誤差是影響測(cè)量準(zhǔn)確度的主要因素 [9]。 1誤差。 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。并根據(jù)第一次的所測(cè)轉(zhuǎn)速及時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)時(shí)間 Tc，兼顧高低 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 14 頁(yè) 共 36 頁(yè) 轉(zhuǎn)速時(shí)的測(cè)量精度。保證其測(cè)量精度的途徑是增大定 時(shí)時(shí)間 T，或提高時(shí)基脈沖的頻率 fc。輸入計(jì)數(shù)脈沖和計(jì)數(shù)定時(shí)值在理論上是嚴(yán)格同步的，因此，在理論上， m1（定時(shí)器的計(jì)數(shù) 值）不考慮誤差，由于實(shí)際啟動(dòng)是由程序來(lái)控制的（系 統(tǒng)應(yīng)采取由輸入計(jì)數(shù)脈沖來(lái)同步），故可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖的量化誤差[8]。這種方法適合于低速測(cè)量，轉(zhuǎn)速增高，誤差增大。 誤差和精度分析 “ M 法”測(cè)量誤差分析 由轉(zhuǎn)速由公式： 給出 因 m1的量化誤差是 1 個(gè)脈沖，故轉(zhuǎn)速變化： (式 ) 其相對(duì)誤差為： (式 ) (式 ) (式 ) ε 相對(duì)誤差 n’ 加入一個(gè)脈沖后的轉(zhuǎn)速值 △ n轉(zhuǎn)速誤差 由 式 可知，ε隨轉(zhuǎn)速 n增大而減小，因此，這種方法適合于高速測(cè)量，當(dāng)轉(zhuǎn)速越低，產(chǎn)生的誤差會(huì)越大。單位 Hz m1輸入脈沖數(shù)，反映轉(zhuǎn)角。 “ M/T”法綜合了“ T”和“ M”兩種方法，轉(zhuǎn)速計(jì)算如下： 設(shè)高頻脈沖的頻率為 fC，脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)發(fā)出 P 個(gè)脈沖，由式 和 式 可得 M/T 法轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 12 頁(yè) 共 36 頁(yè) (式 ) n轉(zhuǎn)速值。測(cè)速時(shí)間 Td 由脈沖發(fā)生器脈沖來(lái)同步，即 Td 等于 m1 個(gè)脈沖周期。 如圖 ： 圖 “ M/T”法定時(shí) /計(jì)數(shù)測(cè)量 “ M/T”法采用三個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，同時(shí)對(duì)輸入脈沖脈、高頻脈沖（由振蕩器產(chǎn)生）、及預(yù)設(shè)的定時(shí)時(shí)間進(jìn)行定時(shí)和計(jì)數(shù)， m1 反映轉(zhuǎn)角， m2 反映測(cè)速的準(zhǔn)確時(shí) 間，通過(guò)計(jì)算可得轉(zhuǎn)速值 n。 3．測(cè)頻測(cè)周法 M/T 法 所謂測(cè)頻測(cè)周法，即是綜合了“ T”法和“ M”法分別對(duì)高、低轉(zhuǎn)速具有的不同精度， 利用各自的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的方法，精度位于兩者之間。設(shè)置的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可以提高精度，但在轉(zhuǎn)速較快的情況下，所計(jì)的脈沖數(shù)增大（碼盤(pán)孔數(shù)已定情況下），限制了轉(zhuǎn)速測(cè)量的量程。因此，為了提高測(cè)量精度， T要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間。 計(jì)算公式 ： n=60m1／ Prc。測(cè)周法在低轉(zhuǎn)速時(shí)精度較高，但隨著轉(zhuǎn)速的增加，精度變差，有小于一個(gè)脈沖的誤差存在。 n轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn) /分） m2時(shí)基脈沖 由圖 “ T”法測(cè)量精度的誤差主要有兩個(gè)方面上，一是兩脈沖的上升沿觸發(fā)時(shí)間不一致而產(chǎn)生的；二是計(jì)數(shù)和定時(shí)起始和關(guān)閉不一致而產(chǎn)生的。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)。對(duì)于多孔碼盤(pán)，其測(cè)量的時(shí)間只是每轉(zhuǎn)的 1/N， N為碼盤(pán)孔數(shù)。 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理 1．測(cè)周期法“ T法” 轉(zhuǎn)速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度 TP 來(lái)決定。 LED 顯示器是用發(fā)光二極管顯示字段的，通常使用七段構(gòu)成“日”字型和一只發(fā)光二極管作為小數(shù)點(diǎn)，稱八段數(shù)碼顯示器。 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(shuō)明書(shū) 第 9 頁(yè) 共 36 頁(yè) 數(shù)碼管作為顯示輸出。在 本系統(tǒng)中考慮到計(jì)數(shù)的范圍、使用的定時(shí) /計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)及 I/O 口線，預(yù)選用 89C51 單片機(jī)。但在高轉(zhuǎn)速時(shí)，由于脈沖個(gè)數(shù)的增加，限制了最高轉(zhuǎn)速測(cè)量量程，這個(gè)問(wèn)題可用單片機(jī)控制來(lái)動(dòng)態(tài)處理解決，兼顧高低轉(zhuǎn)速的測(cè)量精度。及碼盤(pán)的刻度誤差而造成的精度下降問(wèn)題。處理方法上可以用觸發(fā)器電路來(lái)整形。 2．整形和倍頻 前向通道中，從傳感器輸出的信號(hào)必須轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)輸入要求的信號(hào)，由于信號(hào)調(diào)節(jié)電路與傳感器的選擇，現(xiàn)場(chǎng)干擾程度等，都會(huì)影響信號(hào)的質(zhì)量 [5]。 通用的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)大都采用一種俗稱“碼盤(pán)”的傳感裝置，將圓形的碼盤(pán)固定在轉(zhuǎn)軸上，碼盤(pán)上有若干規(guī)則排列的小孔，用光電偶來(lái)輸出電信號(hào)，以反映轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng) 關(guān)系，即是將轉(zhuǎn)軸的速度以脈沖形式反映出來(lái)，通常有兩種形式： 1)模擬量量化后經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換，由數(shù)字量反映角度，供單片機(jī)計(jì)算處理，得出轉(zhuǎn)速。該電量可以是模擬量或數(shù)字量，現(xiàn)代傳感器還可以輸出開(kāi)關(guān)量，用于數(shù)字邏輯電路。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。方法如下： （ 1）通過(guò)敏感元件拾取被測(cè)信號(hào) 敏感元件體積小，可以根據(jù)用戶及環(huán)境要求做成各種形狀的探頭，它能將被測(cè)的物理量變換成電流、電壓，只要選擇合適的元件參數(shù)。下面將測(cè)量系統(tǒng)作一探討。而隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)得到普遍應(yīng)用，利用單片機(jī)對(duì)脈沖數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)大處理能力，應(yīng)用全數(shù)字化的結(jié)構(gòu)，使數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)的越來(lái)越普及 [4]。 3．監(jiān)控程序及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。 Keil51 軟件的 uVision2 集成環(huán)境對(duì)系統(tǒng)對(duì)工作軟件進(jìn)行編譯、調(diào)試和仿真。 ，用 A51 匯編語(yǔ)言編制程序，包括主程序流程，顯示中斷程序流程。同時(shí)分析接口電路，顯示轉(zhuǎn)速。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(shuō)明轉(zhuǎn)速測(cè)量原理?？傊?，轉(zhuǎn)速測(cè)量 系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題。其次該轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)由于采用全數(shù)字化結(jié)構(gòu)，因而可以很方便的和工業(yè)控制計(jì)算機(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。其可以應(yīng)用于工業(yè)控制中的某一部分，如數(shù)控車(chē)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。 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。在測(cè)量范圍和測(cè)量精度方面都有極大的提高。 課題研究目的和意義 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 法已不能適應(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。這兩種測(cè)速方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，“ M”法一般用于高速測(cè)量，在轉(zhuǎn)速較低時(shí)，測(cè)量誤差較大，而且，檢測(cè)裝 置對(duì)轉(zhuǎn)速分辨能力也變差；而“ T”法一般用于低速測(cè)量，速度越低測(cè)量精度越高，但在測(cè)量高轉(zhuǎn)速時(shí)，誤差較大；結(jié)合這兩種測(cè)量方法就可以地出第三種測(cè)量方法，即‘ M/T’法結(jié)合這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，一方面象“ M”法那樣在對(duì)傳感器發(fā)出的脈沖計(jì)數(shù)的同時(shí)，也象“ T”法那樣計(jì)取脈沖的時(shí)間，通過(guò)計(jì)算即可得出轉(zhuǎn)速值。這種以測(cè)量頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法，稱測(cè)頻法。常用的傳感器種類有光電傳感器、電磁式傳感器、電容式傳感器等，而測(cè)量方法上有測(cè)量轉(zhuǎn)速周期、轉(zhuǎn)速頻率等。計(jì)數(shù)式方法是用某種方式讀出一定時(shí)間內(nèi)的總轉(zhuǎn)數(shù)；模擬式方法是測(cè)出由瞬時(shí)轉(zhuǎn)速引起的某 種物理量的變化；同步式是用利用已知的頻率與旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)同步來(lái) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 4 頁(yè) 共 36 頁(yè) 測(cè)量轉(zhuǎn)速，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)換方式，測(cè)試方法參看表 。有效地防止了在高風(fēng)速起動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)因超過(guò)并網(wǎng)而飛車(chē)造成的并網(wǎng)失敗。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