【正文】 討論其產(chǎn)生誤差的可能原因。在測量范圍和測量精度方面都有極大的提高。 轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個參數(shù)，其測量方法較多，而模擬量的采集和模擬處理一直是轉(zhuǎn)速測量的主要方法，這種測量方技術(shù)已不能適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的要求，在測量范圍和測量精度上，已不能滿足大多數(shù)系統(tǒng)的使用。 關(guān)鍵詞 單片機 ； 轉(zhuǎn)速測量 ； 霍 爾傳感器 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題研究的目的和意義 隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)提高，尤其是單片機應(yīng)用技術(shù)以其功能強大，價格低廉的顯著特點，使全數(shù)字化測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用。最終， 給出各部分的原理框圖、電路圖及轉(zhuǎn)速測量的程序流程圖 ，并編出其具體的程序。文中 首先闡述了構(gòu)成該系統(tǒng)的原理、硬件的實現(xiàn)方法 ， 在該系統(tǒng)中對信號頻率進(jìn)行測量 是首要任務(wù) ， 通過各種測量方法的對比下， 該系統(tǒng)應(yīng)采用測頻法測量 。 本設(shè)計利用霍爾效應(yīng)對旋轉(zhuǎn)物體進(jìn)行檢測的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。目錄 目 錄 摘要 …………………………………………………………………………………… I Abstract……………………………………………………………………………… 錯誤 !未定義書簽。 第 1 章 緒論 ………………………………………………………………………… 1 課題研究的目的和意義 …………………………………………………… ..1 轉(zhuǎn)速測量在國內(nèi)外的研究 ………………………………………………… ..1 主要內(nèi)容 …………………………………………………………………… ..2 第 2 章 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的總體方案 . ………………………………………………… 3 轉(zhuǎn)速測量的一般方法 ……………………………………………………… ..3 硬件設(shè)計總體方案 ………………………………………………………… ..4 軟件設(shè)計思路 ……………………………………………………………… ..5 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 . ……………………………………………………………… 7 轉(zhuǎn)速測量原理 ……………………………………………………………… ..7 測頻法 “M 法” ……………………………………………………… .7 測周期法“ T 法” …………………………………………………… 8 測頻測周法 “M/T法 ”………………………………………………… 9 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)中應(yīng)用的方法 ……………………………………… ..10 霍爾傳感器的簡介 ………………………………………………………… .10 霍爾效應(yīng) …………………………………………………………… ..10 霍爾元件 …………………………………………………………….. 13 霍爾元件的應(yīng)用 …………………………………………………… ..14 UGN3144 霍爾開關(guān)元件 …………………………………………… .14 單片機及其接口的設(shè)計 …………………………………………………… .17 AT89C51 單片機的簡介 …………………………………………… ..17 復(fù)位電路 …………………………………………………………… ..19 時鐘電路 …………………………………………………………… ..20 顯示電路 …………………………………………………………… ..21 HD7279 接口 ………………………………………………………… 23 鍵盤電路 …………………………………………………………… ..25 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ……………………………………………………………… ..26 單片機轉(zhuǎn)速程序設(shè)計思路及過程 ………………………………………… .26 單片機程序設(shè)計思路 ……………………………………………… ..26 子程序設(shè)計 ………………………………………………………………… .27 單片機轉(zhuǎn)速計算程序 .. ……………………………………………… 27 二 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序 ………………………………………………… 28 顯示程序 …………………………………………………………… .29 第 5 章 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速分析 ...........………………………………………… .31 結(jié)論 ......................………………………………………………………………… … 33 致謝 ..............................................................................................................................34 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………… ………………… ..35 附錄 1………………………………………………………………………………… 36 附錄 2………………………………………………………………………………… 37 摘要 I 摘要 本文是基于 51 單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，其測量方法較多，隨著單片機對脈沖信號的處理能力越來越強大，使得全數(shù)字量系統(tǒng)越來越普及，并且使轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)也可以用全數(shù)字化處理。該系統(tǒng)采用UGN3144 霍爾傳感器把轉(zhuǎn)速信息轉(zhuǎn)換為電壓輸出，輸出電壓經(jīng)整形電路送入AT89C51 單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并用四位 7 段 LED 顯示器顯示測量結(jié)果。其次，在軟件設(shè)計部分，此系統(tǒng)包含系統(tǒng)初始化程序的設(shè)計、數(shù)據(jù)接收和處理程序的設(shè)計、顯示程序的設(shè)計三個模塊。 總之，本課題完成了硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的測量，轉(zhuǎn)速計算、顯示功能，同時實現(xiàn)鍵盤的開始 /停止功能，完成了設(shè)計的要求。由于單片機在測量轉(zhuǎn)速方面具有體積小、性能強、成本低的特點，越來越受到企業(yè)用戶的青睞。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)字系統(tǒng)測量得到普遍應(yīng)用，特別是單片機對脈沖數(shù)字信號的強大處理能力，使得全數(shù)字量系統(tǒng)越來越普及，其轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)也可以用全數(shù)字化處理。 常用的檢測方法有機械式，光電式，霍爾式，頻閃法，高壓油管應(yīng)變法等，本課題主要是針對轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的硬件 和軟件系統(tǒng)的設(shè)計。同時從實際硬件電路出發(fā)，分析電路的工作原理，根據(jù)設(shè)計具體情況提出修改方案和解決辦法。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。并且，幾乎不需做很大改變就能直接作為單獨的產(chǎn)品使用。 轉(zhuǎn)速測量在國內(nèi)外的研究 轉(zhuǎn)速是能源設(shè)備與動力機械性能測試中的一個重要的特性參量，因為動力機械的許多特性參數(shù)是根據(jù)它們與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系來確定的，例如壓縮機的排氣量 、軸功率 、內(nèi)燃機的輸出功率 等等，而且動力機械的振動 、 管道氣流脈動 、 各種工作零件的磨損狀態(tài)等都與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。根據(jù)轉(zhuǎn)速測量的工作方式可分為兩大類：接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表與非 2 接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表。測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速的傳統(tǒng)方法是使用光 電式轉(zhuǎn)速表測量。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展 ,轉(zhuǎn)速測量儀表已步入現(xiàn)代化 、 電子化的行列。代之而起的是非接觸式的電子與數(shù)字化的測速儀表。 轉(zhuǎn)速測量的應(yīng)用系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科技教育、民用電器等各領(lǐng)域 的應(yīng)用極為廣泛，往往成為某一產(chǎn)品或控制系統(tǒng)的核心部分，其各種參數(shù)在不同的應(yīng)用中有其側(cè)重，但轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)作為普遍的應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，有重要的意義。定性地比較三種方法所針對的轉(zhuǎn)速特征，分析高、中、低轉(zhuǎn)速情況下各自的適用狀況，從而，在保持一定的測量精度情況下，應(yīng)用“ M”法，說明轉(zhuǎn)速測量原理。同時分析接口電路，顯示轉(zhuǎn)速。 ，用匯編語言編制程序，包括主程序流程， 轉(zhuǎn)速計算程序， 顯示中斷程序流程，同時并寫出其具體程序。 圖 21 轉(zhuǎn)速測量框圖 1．轉(zhuǎn)速信號拾取 轉(zhuǎn)速信號拾取是整個系統(tǒng)的前端通道，目的是將外界的非電參量，通過一定方式轉(zhuǎn)換成電量，這一環(huán)節(jié)可以通過敏感元件、傳感器或測量儀表等來實現(xiàn)。如 R、 L、 C 設(shè)計相應(yīng)的電路，便能完成這種對應(yīng)關(guān)系。 (2) 通過傳感器拾取信號 由專業(yè)人員將敏感元件和相應(yīng)的測量電路、傳遞機構(gòu)以適當(dāng)?shù)男问街瞥刹煌愋?、不同?處的傳感器，根據(jù)原理輸出電量。 (3) 通過測量儀表拾取被測信號 目前有許多測量儀表用于各種測量中，有大信號輸出、有 BCD 碼輸出等，但價格昂貴，專業(yè)性強，一般不適合通用系統(tǒng)。 (2) 直接由脈沖來反應(yīng)轉(zhuǎn)軸的角度，用每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖經(jīng)單片機處理得出轉(zhuǎn)速。而脈沖信號的上升沿和下降沿對數(shù)字電路的觸發(fā)尤為重要，若要將轉(zhuǎn)速脈沖信號直接加到計數(shù)器或外部中斷的輸入端，并利用其上升沿來觸發(fā)進(jìn)行計數(shù)，則必須要求輸入 的信號有陡峭的上升沿或下降沿。方法是在每轉(zhuǎn)中增加脈沖的個數(shù) (碼盤的線程數(shù) )來提高精度。 3．單片機 單片機是整個測量系統(tǒng)的主要部分，擔(dān)負(fù)對前端脈沖信號的處理、計算、以及信號的同步，計時等任務(wù)，其次，將測量的數(shù)據(jù)經(jīng)計算后，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。具體工作情況在后討論。本系統(tǒng)也采用數(shù)碼管作顯示。其有兩種驅(qū)動方式，共陰驅(qū)動和共陽驅(qū)動，共陰驅(qū)動是各段發(fā)光二極管的陰極連在一起，并將公共端接地，在共陽結(jié)構(gòu)中，將各段發(fā)光二極管陽極連在一起，并將公共端接上 +5V 電源，顯示字符對應(yīng)字型代碼發(fā)光。 轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個參數(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。 在本轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)由霍爾傳感器、單片機和顯示器、鍵盤電路等組成。 因為采用的是 集成 霍爾開關(guān)元件，輸出的是數(shù)字信號，可以直接把脈沖信號送入單片機進(jìn)行處理。其中整個系統(tǒng)的電源采用雙電源供電， 將繼電器驅(qū)動電源與單片機及其周邊電路電源完全隔離，利用光電耦合器傳輸信號。 圖 22 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的總體框圖 軟件設(shè)計思路 軟件需要解決的是 定時器 0 的記數(shù)和外部中斷 0 的 設(shè)定 、由于測量的轉(zhuǎn)速范圍大，所以低速和高速都要考慮在內(nèi)，關(guān)鍵在于一個四字節(jié)除三字節(jié)程序的實現(xiàn)。 軟件工作流程： 霍爾傳感器利用磁電效應(yīng)產(chǎn)生一周期脈沖向單片機的外部中斷 0（ ） 口 發(fā)送一個 中斷 信號， 定時器工作在內(nèi)部定時， TH0、 TL0 設(shè)定初值為 0，作為除數(shù)的低兩字節(jié)，利用軟件記數(shù)器、定時器 0 中斷的次數(shù)作為除數(shù)高字節(jié)。 轉(zhuǎn)速部分軟件設(shè)計思路： AT89C51 單片機的 口接收傳感器的信號。調(diào)用兩字節(jié)二進(jìn)制 三字節(jié)十進(jìn)制 （ BCD） 轉(zhuǎn)換子程序 BCD，再調(diào)用十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成非壓縮 BCD 程序 、 最后調(diào) 用查表程序送顯示。第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 轉(zhuǎn)速測量原理 測頻法 “ M 法” 在一定測量時間 T 內(nèi)，測量脈沖發(fā)生器（替代輸入脈沖）產(chǎn)生的脈沖數(shù) m1來測量轉(zhuǎn)速，如圖 31“ M”法測量轉(zhuǎn)速脈沖所示，設(shè)在時間 T 內(nèi)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)為 Xτ ，則轉(zhuǎn)速 n 可由下式表示： n= TX??260 (31) 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù) Xτ 可用下式所示 m1 Xpm12??? (32) 圖 31 “ M”法測量轉(zhuǎn)速脈沖 將（ 32）式代入（ 31）式得 轉(zhuǎn)速 n 的表達(dá)式為： n= TPm160 （ 33） P為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)； n轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn) /分）； T定時時間單位：（秒）。 8 因此，為了提高測量精度， T 要有足夠長的時間。設(shè)置的時間過長，可以提高精度，但在轉(zhuǎn)速較快的情況下，所計的脈沖數(shù)增大（碼盤孔數(shù)已定情況下），限制了轉(zhuǎn)速測量的量程。 測周期法“ T 法” 轉(zhuǎn)速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度 TP 來決定。對于多孔碼盤，其測量的時間只是每轉(zhuǎn)的 1/N， N為碼盤孔數(shù)。 TP 通過定時器測得。 圖 32 “ T”法脈寬測量 由 “ T”法脈寬測量可知“ T”法測量精度的誤差主要有兩個方面，一是兩脈沖的上升沿觸發(fā)時間不一致而產(chǎn)生的；二是計數(shù)和定時起始和關(guān)閉不一致而產(chǎn)生的。測周法在低轉(zhuǎn)速時精度較高，但隨著轉(zhuǎn)速的增加，精度 變差，有小于一個脈沖的誤差存在。 “ M/T”法采用三個定時 /計數(shù)器，同時對輸入脈沖、高頻脈沖（由振蕩器產(chǎn)生）、及預(yù)設(shè)的定時時間進(jìn)行定時和計數(shù)， m1 反映轉(zhuǎn)角， m2 反映測速的準(zhǔn)確時間，通過計算可得轉(zhuǎn)速值 n。測速時間 Td 由脈沖發(fā)生器脈沖來同步，即 Td 等于 m1 個脈沖周期。 “ M/T”法綜合了“ T”和“ M”兩種方法，轉(zhuǎn)速計算如下： 設(shè)高頻脈沖的頻率為 fc，脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)發(fā)出 P 個脈沖，由式（ 32）和（ 35）可得 M/T 法轉(zhuǎn)速計算公式為： 2160Pmmfn c? (36) n轉(zhuǎn)速值。 圖 33