【正文】 替代輸入脈沖）產(chǎn)生的脈沖數(shù) 1m 來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速，如圖 21 所示，設(shè)在時(shí)間 T 內(nèi)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的弧度數(shù)為 lX ，則轉(zhuǎn)速 n 由式（ 21）計(jì)算得到。 pmXl 12?? 式 (22) 圖 21 “ M”法測(cè)量轉(zhuǎn)速脈沖 將式（ 22）式代入式（ 21），則轉(zhuǎn)速 n的表達(dá)式見(jiàn)式（ 23）。 在該方法中，由于定時(shí)時(shí)間 T和脈沖不能保證嚴(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不確定，所以可能產(chǎn)生 1個(gè)脈沖的量化誤 差。定時(shí)時(shí)間可根據(jù)測(cè)量對(duì)象預(yù)先設(shè)置。而且在規(guī)定的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，雖然檢測(cè)時(shí)間一定，但檢測(cè)的起止時(shí)間具有隨機(jī)性，當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，才有較高的測(cè)量精度，并且測(cè)量準(zhǔn)確度隨轉(zhuǎn)速的減小而降低，該方法適合于高速測(cè)量。如圖 22所示。定時(shí)器對(duì)時(shí)基脈沖 (頻率為 cf )進(jìn)行計(jì)數(shù)定時(shí)，在 PT 內(nèi)計(jì)數(shù)值若為 2m ，則計(jì)算公式見(jiàn)式（ 24）。 圖 22 “ T”法脈寬測(cè)量 由“ T”法可知，“ T”法測(cè)量精度的誤差主要有兩個(gè)方面，一是由兩脈沖的上升沿觸發(fā)時(shí)間不一致而產(chǎn)生的；二是由計(jì)數(shù)和定時(shí)起始和關(guān)閉不一致而產(chǎn)生的 。該方法在被測(cè)轉(zhuǎn)速較低（相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)間隔時(shí)間較大）時(shí)，才有較高的測(cè)量精度，其測(cè)量準(zhǔn)確度隨著轉(zhuǎn)速的增大而降低，適于低速測(cè)量。 T法適合于低速測(cè)量，轉(zhuǎn)速增高，誤差增大。 3 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的硬件主要由電 機(jī)，霍爾傳感器，信號(hào)調(diào)理電路， AT89C51 單片機(jī)， LCD 液晶顯示器，矩陣鍵盤，報(bào)警系統(tǒng)組成。 系統(tǒng)原理框圖見(jiàn)圖 35。信號(hào)調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大整形，降低對(duì)待測(cè)信號(hào)幅度要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)小信號(hào)的測(cè)量 。顯示器采用 LCD 液晶顯示器，負(fù)責(zé)顯示測(cè)得的轉(zhuǎn)速值及預(yù)設(shè)的高速、低速值。 4 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)的最小系統(tǒng)是指一個(gè)真正可用的單片機(jī)的最小配置系統(tǒng)，由時(shí)鐘電路 、復(fù)位電路和電源電路組成。時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。電路中的電容 C7和 C8 典型值通常選擇為 20pf30pf 之間。時(shí)鐘電路中 ，晶振的振蕩頻率范圍通常在 之間。但反過(guò)來(lái)運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高，對(duì)印制電路板的工藝要求也高，晶振和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定，可靠地工作。 圖 31 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位 ，復(fù)位使中央處理器 CPU 和內(nèi)部其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。 單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳 RST，高電平有效。復(fù)位有兩種方式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位，本系統(tǒng)采用的是按鈕復(fù)位電路，見(jiàn)圖 32。 電源電路 本系統(tǒng)采用 USE 接口對(duì)系統(tǒng)板上各模塊供電，提供 +5V 電源。 霍爾傳感器測(cè)量電路設(shè)計(jì) 霍爾傳感器原理 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)原理制成的一種磁敏傳感器。 其測(cè)量原理為：金屬或半導(dǎo)體薄片的兩個(gè)端面通以控制電流 I，并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng)，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電勢(shì) Uh，稱為霍爾電勢(shì)或霍爾電壓。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，而用這種效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件。 圖 34 霍爾傳感器磁場(chǎng)效應(yīng) 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器 本系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器 A44E。 工作點(diǎn)： 35450； 回差： 20； 6 輸出低電位，此狀態(tài)稱為“開(kāi)”。輸出高電位，此狀態(tài)稱為“關(guān)”。 圖 35 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器構(gòu)成圖 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的工作特性見(jiàn) 圖 36。 A44E VCC GND 1 2 3 10K OUT 7 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) 當(dāng) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，霍爾傳感器會(huì)輸出一系列與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號(hào)，但霍爾傳感器的輸出的信號(hào)一般電平較低，不能被單片機(jī)很好的識(shí)別計(jì)數(shù)顯示，所以需要對(duì)其進(jìn)行放大整形，這一環(huán)節(jié)主要由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬 的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。 LM358的管腳見(jiàn)圖 38。 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 單位增益頻帶寬 (約 1MHz) 一177。 低功耗電流，適合于電池供電 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 共模抑制比 80dB 8 圖 39信號(hào)調(diào)理電路 在該圖中， LM358 本質(zhì)作為一個(gè)電壓比較器，把 R14 作為一個(gè)基準(zhǔn)電 壓，由霍爾傳感器輸出的電壓傳到 LM358 的“ +”輸入端，與“ ”輸入端的基準(zhǔn)電壓相比較，當(dāng)“ +”端電壓高于“ ”端電壓時(shí)，則 LM358 電壓比較器輸出為高電平，當(dāng)“ +”端電壓低于“ ”級(jí)電壓時(shí)，則電壓比較器輸出為低電平，此時(shí)二極管 DS6 燈亮。電阻 R12 的作用是分壓，二極管的驅(qū)動(dòng)電壓約是 2V，所以 R12 要分掉約 3V 的電壓。 顯示電路設(shè)計(jì) LCD1602 簡(jiǎn)介 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用 16*1，16*2， 20*2 和 40*2 行等的模塊。 芯片工作電壓 :— ； 模塊最佳工作電壓 :； 引腳功能 第 1腳： VSS 為地電源。 第 3腳： VO 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第 5腳： R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 6腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 15腳：背光源正極。 LCD 顯示電路 本設(shè)計(jì)中 LCD 顯示器的 714腳接單片機(jī)的 P0口， RS接 ， RW 接 ， EN 接 9 ，同時(shí)加上上拉電阻，該 LCD顯示器為兩行顯示，第一行顯示測(cè)得的當(dāng)前速度值，第二行顯示設(shè)置的高速值，低速值。 圖 311 液晶顯示電路 本系統(tǒng)需要對(duì)預(yù)設(shè)的高低速值進(jìn)行設(shè)置，需要用到鍵盤，鍵盤一般分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣鍵盤。當(dāng)按鍵數(shù)量較多時(shí)，往往采用矩陣式鍵盤，可以節(jié)省 I/O 接口線，而且鍵位越多，情況越明顯，矩陣鍵盤用 I/O 接口線組成行、列結(jié)構(gòu)，鍵位設(shè)置在行列 的交點(diǎn)上。 在本設(shè)計(jì)中，矩陣式鍵盤直接連接于單片機(jī)的 P1口。 其接口電路見(jiàn)圖 312。 蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì) 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中，作為發(fā)聲器件。 報(bào)警模塊主要負(fù)責(zé)聲音報(bào)警，報(bào)警電路均比較簡(jiǎn)單，聲光報(bào)警由單片機(jī)引腳接上拉電阻，晶體管及揚(yáng)聲器構(gòu)成，電路 接線圖見(jiàn) 圖 313。當(dāng)測(cè)得的轉(zhuǎn)速不足所設(shè)定的低速值時(shí)，則發(fā)光二極管 DS3亮。當(dāng)測(cè)得的轉(zhuǎn)速值在設(shè)定的低速值和高速值之間時(shí)，則發(fā)光二極管 DS4亮。該軟件提供了包含 C 編譯器、宏匯編、鏈接器庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（μVision）將這些部分組合在一起。其界面見(jiàn)圖 51. 圖 41 Kell 運(yùn)行環(huán)境界面 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 KeilC51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51系列兼容單片機(jī) C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用 C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。由于模塊化，用 C 語(yǔ)言編寫的程序有很好的可移植性，功能化代碼能夠很方便地從一個(gè)工程移植到另一個(gè)工程，從而減少開(kāi)發(fā)時(shí)間。使用像 C 這樣的語(yǔ)言，編寫者不必十分熟悉處理器的運(yùn)算過(guò)程。 所以在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中選用單片機(jī) C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行程序代碼的編寫。 整個(gè)系統(tǒng)軟件由主程序、 T0 中斷服務(wù)子程序 ，鍵盤掃描子程序，轉(zhuǎn)速值計(jì)算顯示子程序，蜂鳴器子程序及延時(shí)子程序等組成。 系 統(tǒng) 主 程 序T O 中 斷 服 務(wù) 子 程 序 鍵 盤 掃 描 子 程 序轉(zhuǎn) 速 值 計(jì) 算 及 顯 示子 程 序初 始 化蜂 鳴 器 報(bào) 警 子 程 序 圖 42 總體框圖 主程序主要完成系統(tǒng)初始化功能，包括 LCD 顯示初始化，定時(shí) /計(jì)數(shù)器初始化，中斷開(kāi)、關(guān)等功能。轉(zhuǎn)速值顯示子程序主負(fù)責(zé)將測(cè)得的當(dāng)前轉(zhuǎn)速值的顯示和設(shè)定的高速、低速值的顯示。 主程序流程圖見(jiàn)圖 43。 Proteus 軟件提供多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器儀表。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響， Proteus 軟件提供豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。以虛代實(shí)、以軟代硬，就建立一個(gè)完善的虛擬實(shí)驗(yàn)室。 在 Proteus 軟件中畫出原理圖 ,向單片機(jī)中加入需要調(diào)試的程序的 HEX 文件 ,便可以進(jìn)行調(diào)試了 . 利用 Proteus 實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程一般分為四步： Proteus 平臺(tái)上進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、選擇元器件、接插件、連接電路和電氣檢測(cè)等（簡(jiǎn)稱 Proteus 電路設(shè)計(jì)）； Proteus 平臺(tái)上進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)源程序設(shè)計(jì)、 編輯、匯編編譯、調(diào)試，最后生成目標(biāo)代碼文件（ *.hex）（簡(jiǎn)稱 Proteus 軟件設(shè)計(jì)）； Proteus 平臺(tái)上將目標(biāo)代碼文件加載到單片機(jī)系統(tǒng)中，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互、協(xié)同仿真（簡(jiǎn)稱 Proteus 仿真）； ，安裝實(shí)際單片機(jī)系統(tǒng)電路，并將目標(biāo)代碼文件（ *.hex）下載到實(shí)際單片機(jī)中運(yùn)行、調(diào)試。筆者的實(shí)踐證明：按照 Proteus 仿真通過(guò)的設(shè)計(jì)來(lái)安裝的實(shí)際系統(tǒng)，只要安裝正確、元器件無(wú)誤，焊接 牢靠，基本都能順利通過(guò) [。 （ 2）按鍵時(shí)各個(gè)按鍵的功能完全實(shí)現(xiàn)。 15 結(jié) 論 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我大學(xué)生活中重要的一步，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力終于按要求完成本設(shè)計(jì)任務(wù) 書的要求，獲得預(yù)期的效果，期間也提高了自身各方面的能力，從開(kāi)題到查資料、設(shè)計(jì)電路、編寫程序直到完成設(shè)計(jì)，每一個(gè)過(guò)程都是對(duì)自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。低速值進(jìn)行相關(guān)設(shè)置；。 通過(guò)這短短的幾月的設(shè)計(jì)，也得到了很多收獲。 本次設(shè)計(jì)讓我深深的感受到以后在做任何事情時(shí)，我們需要的不僅是知識(shí)，還需要細(xì)心，需要耐心，需要實(shí)踐?？梢詫?duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速 的平穩(wěn)性做個(gè)分析?？偟膩?lái)說(shuō)是可以的，富有收獲的，盡管其中充滿了艱辛與困難。一種成就感在心頭油然而生。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)是高精度大范圍的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，在實(shí)際調(diào)試中遇到的種種問(wèn)題使我在設(shè)計(jì)與調(diào)試中學(xué)習(xí)到了許多知識(shí)。讓理論和實(shí)踐相結(jié)合，以此產(chǎn)生實(shí)際的成