【正文】 詳細(xì)的講述了各部分的組成與功能 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 SEL A1SEL B2SEL C3EN 16EN 2A4EN 2B5Y0 OUT15Y1 OUT14Y2 OUT13Y3 OUT12Y4 OUT11Y5 OUT10Y6 OUT9Y7 OUT7GND8VCC16U27 4 L S 1 3 8 ( 1 6 )abfcgdeD P Y117421105abcdefg3dpdpabfcgdeD P YdpabfcgdeD P YdpabfcgdeD P YdpLED_112LED_29LED_38LED_46D1 L E D 4 0 3 6 1abfcgdeD P Y117421105abcdefg3dpdpabfcgdeD P YdpabfcgdeD P YdpabfcgdeD P YdpLED_112LED_29LED_38LED_46D2L E D 4 0 3 6 1abcdefgdpabcdefgdpV C C單片機(jī)P0口單片機(jī) P2 口7 4 L S 0 4 7 4 L S 0 4 7 4 L S 0 4 7 4 L S 0 4 7 4 L S 0 47 4 L S 0 47 4 L S 0 4 7 4 L S 0 4 圖 39 8 位數(shù)碼管顯示電路 硬件整機(jī)電路圖見附表 4。 LED 顯示器字符段碼表如附表 3。 常用 7 段數(shù)碼管 LED 顯示器，共陰極和共陽極結(jié)構(gòu)如下圖： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 圖 38 7 段 數(shù)碼管結(jié) 構(gòu) 圖 與接法 通過 a,b,c,d,e,f,g,dp,各點(diǎn)和公共點(diǎn)的電位，就可以控制 每 個發(fā)光二極管的亮暗，而不同的發(fā)光的亮暗組合就可以顯示不同的數(shù)字（ dp 點(diǎn)是來表示小數(shù)點(diǎn)，在顯示數(shù)字中不起作用）。共陽極 LED 顯示器 ， 就是將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起，接到電源正極。 LED 顯示器是由 發(fā)光二極管組成的，用來顯示特定 的顯示器。這三個控制端也叫做“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多篇連接起來以擴(kuò)展譯碼器的功能。也就是說 ， 輸出為高電平（ S＝ 1），譯碼器處于工作狀態(tài)。 圖 37 是 74LS138 的引腳圖 ， S S2 和 S3 是三個輸入選通控制端。 用與非門組成的 3 線 8 線譯碼器 74LS138 圖 36 用與非門組成的 3 線 8 線譯碼器 74LS138 3 線 8 線譯碼器 74LS138 的功能表 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 表 31 無論從邏輯 圖還是功能表我們都可以看到 74LS138 的八個輸出引腳，任何時刻要么全為高電平 1， 芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個為低電平 0，其余 7 個輸出引腳全為高電平 1。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 綜合以上，選擇第 3 個方案， 74LS138 與 74LS04 共同驅(qū)動數(shù)碼管顯示。 優(yōu)點(diǎn)：靈活 缺點(diǎn)：元器件多， 速度慢，易受干擾，綜合成本高。 顯示部分方案選擇與設(shè)計 顯示方案 ： 使用 8279 芯片 8279 芯片是由 INTEL 于 80 年代首先推出的 優(yōu)點(diǎn)： 通用 缺點(diǎn)：元器件多，面積大，電路復(fù)雜，綜合成本較高。 MOSI， MISO， SCK（ ， ， ）用于 ISP 編程 RXD（ ） 串行輸入口 TXD() 串行輸出口 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 WR (） 外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號 RD (） 外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號 T0 () 定時器 0 外部輸入 T1 () 定時器 1 外部輸入 INT0 () 外部中斷 0 INT1 () 外部中斷 1 XTAL1 振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端 XTAL2 振蕩器反相放大器輸出端 按鍵與顯示部分方案選擇與設(shè)計 按鍵設(shè)計 按鍵控制， 按下按鍵，單片機(jī)開始工作，系統(tǒng)開始測量，并在第一組四位數(shù)碼管顯示一組轉(zhuǎn)速，再按按鍵，在另一組四位數(shù)碼管顯示下一組轉(zhuǎn)速。即使不訪問外部鎖存器， ALE 端仍有正脈沖信號輸出，此頻率約為時鐘振蕩器頻率的 1/6 PSEN（ 29 腳）： 程序存儲器使能 .此腳的輸出是單片機(jī)訪問外部程序存儲器的讀選通信號。掉電期間，此引腳可接上備用電源（ VPD），以保持內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)，當(dāng) Vcc 下降到低于規(guī)定的值，而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（ 5+）時， VPD 就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。引腳與 Vss 引腳之間連接一個約 的下拉電阻，與引腳之間連接一個約 10μF 的電容，以保證可靠的復(fù)位。 控制引腳 ： 此類引腳提供控制信號，有的還具有復(fù)用功能。 P1 口、 P2 口、 P3 口、各 I/O 口線片內(nèi)均有固定的上拉電阻，故稱為準(zhǔn)雙向 I/O 口。 P2 口： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，與地址總線（高 8 位）復(fù)用，可帶 4個 LSTTL 負(fù)載。在訪問外部存儲器或進(jìn)行 I/O 口擴(kuò)展時，它分時作為低 8 位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。 ? 具有與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 80C51 一致的指令集和引腳布置 . AT89S51 的引腳 及 其 功能 AT89S51 的引腳圖如圖 35。 ? 有 5 個中斷矢量，允許 6 個中斷源。 ? 提供待機(jī)和掉電兩種省電工作方式。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 ? 128 字節(jié)片內(nèi) RAM。 ? 全靜態(tài) 邏輯，工作頻率范圍： 0～ 24MHZ。 AT89S51 的 基本特性 ? 與 MCS51 單片機(jī)兼容 ,含 80C51 內(nèi)核。 CD4069 芯片的引腳圖如圖34： 圖 34 CD4069 引腳圖 CD4069 結(jié)構(gòu)簡單，原理清楚，外圍電路簡單，主要用于脈沖整型。 信號整形系統(tǒng)的設(shè)計 信號整形系統(tǒng)概述 光電傳感器將 通過電機(jī)轉(zhuǎn)軸上擋板 采集到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，在送入單片機(jī)之前需要 對被測信號進(jìn)行放大整形 處理 ， 獲得相同頻率的方波信號，通過測量方波的頻率或周期， 就可以得到被測電機(jī)的轉(zhuǎn)速。利用光電傳感器測速，速度信號的頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速相同，而利用霍爾器件輸出的換向信號作為測速信號時，兩者相差若干倍：如果是兩相電機(jī)，換向信號的頻率為轉(zhuǎn)速的 2 倍，三相電機(jī)中換向信號的頻率則是轉(zhuǎn)速的 3 倍 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 32 光電傳感器的工作原理 目前，轉(zhuǎn)速傳感器正朝著高靈敏度、高可靠性和全集成化的方向發(fā)展 ，采用 傳統(tǒng)的磁阻式傳感器 是不可行的。 光電傳感器 采用光電傳感器，具體做法是：在電動機(jī)轉(zhuǎn)子上設(shè)置一個遮光板，這樣電機(jī)每轉(zhuǎn)過一圈，遮光板就會將發(fā)光二極管照射到光敏管上的光線阻斷一次，光敏管的集電極上電壓改變一次，這樣便可得到反映電機(jī)轉(zhuǎn)速的脈沖信號 ， 光電傳感器的工作原理 如圖 32 所示。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。 金屬的霍爾效應(yīng)是 1879 年被美國物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。在一塊通電的半導(dǎo)體薄片上，加上和 薄片 表面垂直的磁場 H，在薄片的橫向兩側(cè)會出現(xiàn)一個電壓（圖中的 Vh 稱為霍爾電壓）。 霍爾電磁感應(yīng)式傳感器 霍 爾器件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，目 前 使用霍爾效應(yīng)的磁傳感器產(chǎn)品已得到廣泛的應(yīng)用。 傳統(tǒng)的磁阻式傳感器 傳統(tǒng)的磁阻式傳感器是由磁鋼、線圈等分立元件構(gòu)成的，亦可用耳塞機(jī)改裝而成。 大多數(shù)都輸出脈沖信號（近似正弦波或矩形 波）。另外還有間接測量轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器， 如加速度傳感器（通過積分運(yùn)算，間接導(dǎo)出轉(zhuǎn)速），位移傳感器 （ 通過微分運(yùn)算，間接導(dǎo)出轉(zhuǎn)速）等等。 傳感器方案選擇及設(shè)計 轉(zhuǎn)速屬于常規(guī)電測參數(shù)。確定轉(zhuǎn)速測量設(shè)計方案，本設(shè)計介入單片機(jī)技術(shù)， 采用光電轉(zhuǎn)速傳感器得到的電脈沖信號，經(jīng)過 4069放大整形后，獲得相同頻率的方波信號， 送入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，通 過測量方波的頻率或周期，測得 轉(zhuǎn) 速的大小 ，并由兩組四位數(shù)碼管顯示。 系統(tǒng)原理框圖 系統(tǒng)時鐘 系統(tǒng)復(fù)位 鍵盤控制 圖 25 轉(zhuǎn)速測量儀原理框圖 被測信號 AT89S51 8 位 LED顯示 光電轉(zhuǎn)換 信號放大 電源 +5V 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 本章小結(jié) 本章介紹了轉(zhuǎn)速測量的幾種方案：測頻原理、測周原理、計數(shù)器原理。 遮斷式光電測量方案如圖 24 所示 。這些脈沖信號通過單片機(jī)定時／計數(shù)器計數(shù)，定時 器 Tn 定時。 轉(zhuǎn)速測量原理 本設(shè)計從成本和實(shí)現(xiàn)的難易程度出發(fā)，選擇紅外線光電遮斷式測速方案。能動態(tài)顯示頻率、轉(zhuǎn)速（速度）、和計數(shù)值 。 新的轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀，采用了單片機(jī) 技術(shù)，和同步計數(shù)計時法，使得測頻、測速、測周、計數(shù)變得精確，而且非常簡單；只要輕觸儀表面板控制鍵，就能在 4 種功能間切換。 早期的轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀，在今天看來有哪些不足呢？周期和頻率都不能等同轉(zhuǎn)速，頻率與轉(zhuǎn)速存在倍數(shù)關(guān)系，通過時基頻率的分頻（采樣時間的倍乘），基本滿足了大都數(shù)用戶的需要，測周則需要用戶自己換算成轉(zhuǎn)速。下面的框圖表示了計數(shù)器的工作原理。 測周的誤差：與測頻相似，是多一個或少一個晶體振蕩器脈沖，也就是多一個或少一個時基 脈沖，晶體振蕩器脈沖頻率 準(zhǔn)確度越高誤差越小，晶體振蕩器脈沖頻率越高誤差也越小，被測頻率越高誤差越大；因此測量高頻時，對被測信號進(jìn)行分頻，確實(shí)是提高測周精度的好方法。 ． 測周原理 低頻時， 需 延長采樣時間，要提高精度就要采用測周的方法，圖 22 正是說明這種方法。如果我們考察一下這些信號的時序，不難發(fā)覺這種定時計數(shù)測量方法的缺陷是：被計數(shù)脈沖有 多一或少一的誤差。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 2 章 轉(zhuǎn)速測量 系統(tǒng) 的設(shè)計 轉(zhuǎn)速測量方法及比較 采用 CMOS 數(shù)字集成電路 的轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀 ， 其原理可用如下三個框圖表示： 測頻原理 圖 21 測頻原理 框圖 圖 21 告訴我們，被測信號通過放大整形進(jìn)入加法計數(shù)器；晶體振蕩器的頻率信號通過分頻產(chǎn)生秒（或分鐘）信號，在計數(shù)顯示控制器中生成寄存脈沖和清零脈沖。儀表在滿足使用的同時，也要為使用儀表的人，帶來使用上的方便和舒適。 本章小結(jié) 本章主要介紹 本次 設(shè)計題目：轉(zhuǎn)速測量儀 要求完成技術(shù)指標(biāo)：1. 測量電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍 0—— 9999 轉(zhuǎn) /分； 2．按下按鍵開始測量； 3．八位數(shù)碼管顯示。儀表在滿足使用的同時，也要為使用儀表的人，帶來使用上的方便和舒適。有了設(shè)計人員不斷汲取新知 識，不斷運(yùn)用新器件，不斷開拓新思路，才有這些創(chuàng)新的儀表。 智能儀表的軟件，可為不同需求量身定做，使得智能儀表又具個性化的特點(diǎn)。單片機(jī)技術(shù)和大規(guī)模可編 程數(shù)字邏輯電路的普及，為轉(zhuǎn)速儀表結(jié)構(gòu)簡單化提供了技術(shù)基礎(chǔ)。 隨著集成塊國產(chǎn)化的成熟 ，第三代 電子式轉(zhuǎn)速表必將全面替代目前的第二代電子式轉(zhuǎn)速表。 輸入的頻率信號，經(jīng)過內(nèi)部電路處理，在集成電路一端輸出正弦函數(shù)，一端輸出余弦函數(shù)，這樣在十字線圈內(nèi)產(chǎn)生一個正交磁場，由于正弦線圈內(nèi)與余弦線圈的電流強(qiáng)度與頻率成對應(yīng)關(guān)系，偏轉(zhuǎn)角 θ ＝arctgHsinθ/Hcosθ ，每過一個象限，函數(shù)的方向隨之而變，可以實(shí)現(xiàn) 360 度的指示范圍。集成塊將頻率信號轉(zhuǎn)換成函數(shù)