【正文】 進(jìn)行監(jiān)測(cè)，適時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量有效地可以反映電機(jī)的狀況?？梢詫?duì)大范圍轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的轉(zhuǎn)速精度高，還可以和 PC 機(jī) 時(shí)時(shí) 通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量。它具有功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、應(yīng)用簡(jiǎn)單靈活，因而使用非常廣泛，有力地推動(dòng)各行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和更新?lián)Q代。 由于 時(shí)間倉促，論文中難免會(huì)有錯(cuò)誤和不足之外，不夠 理想、許多方面還需要繼續(xù)完善和改進(jìn)。在此特別感謝我的指導(dǎo)老師王法杰 老師的大力指導(dǎo)。記錄各時(shí)段的轉(zhuǎn)速，畫出 VT 坐標(biāo)圖。轉(zhuǎn)速 采集 系統(tǒng)具有大范圍、高精度等優(yōu)點(diǎn)、測(cè)量速度快，這種系統(tǒng)將會(huì)有良好的應(yīng)用。 主要內(nèi)容： （ 1） 單片機(jī)部分主要完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量 （ 2） LED 部分主要是把轉(zhuǎn)速顯示出來，顯示范圍 6036000r/min （ 3） 發(fā)送部分主要是完成電平轉(zhuǎn)換，送 RS232 向 PC 發(fā)送數(shù)據(jù)。 單片機(jī)可通過編程控制外圍部件，能實(shí)現(xiàn)較高的自動(dòng)化程度。 3 軟 件 設(shè)計(jì) 思路 軟件需要解決的是 定時(shí)器 0 的記數(shù)和外部中斷 0的 設(shè)定 、由于測(cè)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(gè)四字節(jié)除三字節(jié)程序的實(shí)現(xiàn)。 PC 機(jī) 串口 和單片機(jī)串行口 的工作方式，包括串 行 口的通訊速率、奇偶校驗(yàn)位、停止位等 均由通信部分的軟件部分實(shí)現(xiàn) 。中斷完畢讀取內(nèi)部記數(shù)值作為除數(shù)，調(diào)用除法程序計(jì)算轉(zhuǎn)速，再對(duì)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行一系列變換后調(diào)用查表顯示程序，顯示在 LED 上。主要編寫一個(gè)外部中斷服務(wù)程 序 INT_0，讀取記數(shù)值的三個(gè)字節(jié)，并再次清 0記數(shù)初值以便下次的記數(shù)和計(jì)算。為了和 PC 通信，系統(tǒng)要求單片機(jī)晶振 。 整個(gè)單片機(jī) 采集 轉(zhuǎn)速系統(tǒng)為單片機(jī)控制模塊、霍爾傳感器模塊、發(fā)送模塊，各個(gè)模塊都承擔(dān)著各自的任務(wù)。在整個(gè)電路設(shè)計(jì)時(shí)要考慮電平轉(zhuǎn)換電路，具體每一部分的設(shè)計(jì)將在以下章節(jié)中詳細(xì)分析。 處理執(zhí)行元件 單片機(jī)我們采用 AT89C51(其引腳圖如圖 4－ 1)，相較于 INTEL 公司的 8051它本身帶有一定的優(yōu)點(diǎn)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 圖 41 AT89C51引腳圖 主要特性： 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 128*8位內(nèi)部 RAM 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 可編程串行通道 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。 AT89C51是屬于 CMOS8位微處理器，它的時(shí)鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于 NMOS型的單片機(jī)。振蕩器工作受 /PD端控制，由軟件置“ 1” PD（即特殊功能寄存器 ）使 /PD＝ 0，振 蕩器停止工作，整個(gè)單片機(jī)也就停止工作，以達(dá)到節(jié)電目的。圖中 SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率主要由 SYS參數(shù)確定（晶振上標(biāo)明的頻率）。 復(fù)位電路 計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器 CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。此時(shí) ALE、 PSEN、 P0、 P P P3口都 輸出高電平。 單片機(jī) 采用的復(fù)位方式是自動(dòng)復(fù)位方式。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在 RST端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間 足夠長(zhǎng)，就可以使 MCS51有效的復(fù)位。 10MHZ時(shí)約為 1ms， 1MHZ時(shí)約為10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位， RST在上電 應(yīng)保持 20ms以上的高電平。 若復(fù)位電路失效，加電后 CPU從一個(gè)隨機(jī)的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 LED是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。 顯示器結(jié)構(gòu) ： 發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器 ,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。 驅(qū)動(dòng)方式 ： 采用的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)為 7407，它的全名為 7407 TTL 集電極開路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便 。 所謂動(dòng)態(tài)顯示，就一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對(duì)于每一位顯示器來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。本次設(shè)計(jì) 要求 的轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍 60r/min36000r/min，所以只需要 5 位數(shù)碼管即可 。 AT89C51 的 P0 口作為段數(shù)據(jù)口，接上拉電阻到顯示器的各個(gè)段； P2 口作為掃描口，經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器 7407 接顯示器公共極。 技術(shù) 簡(jiǎn)介 霍爾器件概述 霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，已發(fā)展成一個(gè)品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族，并已得到廣泛應(yīng)用。要他們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可以在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中?；魻栃?yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是美國(guó)物理學(xué)家霍爾（ ，1855— 1938）于 1879 年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí) 發(fā)現(xiàn)的。這個(gè)電勢(shì)差也被叫做霍爾電勢(shì) 差 霍爾 傳感器 具有許多優(yōu)點(diǎn)， 它們 的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá) 1MHZ），耐震動(dòng)，不怕灰塵、水汽及煙霧等污染或腐蝕。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電式 傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。 綜上所述，我們選擇霍爾傳感器作為本次設(shè)計(jì)的最佳方案。若不垂直，則應(yīng)求出其垂直分量來計(jì)算被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值。 發(fā)送模塊 根據(jù)系統(tǒng)功能要求，要使單片機(jī)測(cè)量的轉(zhuǎn)速能夠向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，硬件電路中必須要考慮到單片機(jī)的發(fā)送部分，由于單片機(jī)通過串口發(fā)送出來的是 TTL邏輯電平（ 0V和 5V），而計(jì)算機(jī) RS232 總線上輸入、輸出數(shù)據(jù)和控制信號(hào)為 +12V左右的電壓，單片機(jī)要和 PC 機(jī)通信就必須是電平一致，所以發(fā)送部分關(guān)鍵的部分是電平轉(zhuǎn)換和串口發(fā)送，電平轉(zhuǎn)換可以用模擬器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但是為了方便起見，本次設(shè)計(jì)采用的是集成芯片，一個(gè)芯片加上它的外圍電路即可完成電平的轉(zhuǎn)換的工作。本次所采用的是 HIN232CP，我們要對(duì)其外圍電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，下面我們將詳細(xì)的敘述。 HIN232CPE 能將 RS232C 電平轉(zhuǎn)換成 TTL 電平，也能將 TTL 電平轉(zhuǎn)換成RS232C 電平，只需單 +5V 供電，由內(nèi)部升高電路產(chǎn)生 10V～ +12V。 圖 4－ 3 HIN232CPE 電平轉(zhuǎn)換器及外接元件圖 5 軟 件 設(shè)計(jì) 本章重點(diǎn)闡述測(cè)量轉(zhuǎn)速的匯編語言以及軟件設(shè)計(jì)的過程。 單片機(jī) 采集 轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)思路及過程 單片機(jī) 采集 轉(zhuǎn)速可以分為若干模塊，然后在主程序中調(diào)用各個(gè)模塊， 流程圖如下所示： 圖 5－ 1 主程序流程圖 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路 計(jì)算轉(zhuǎn)速公式： n=60/NTc (r/min) 其中， N 是內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，為三字節(jié)，分別由 TH0， TL0， VTT構(gòu)成； Tc 為時(shí)基，由于采用 的晶振，所以 Tc 不在是 1um，而是12M/ 約為 ，帶入上面公式，即可得到轉(zhuǎn)速的精確計(jì)算公式： N=60*11059200/12N=55296000/N 再將 55296000 化為二進(jìn)制存入單片機(jī)的內(nèi)存單元。此外，對(duì)于低速情況下，我們還要設(shè)定一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器 VTT，當(dāng)外部中斷還沒來而內(nèi)部定時(shí)器已經(jīng)溢出，產(chǎn)生定時(shí)器 0中斷時(shí)，增加 VTT，作為三字節(jié)中的高字節(jié)。 為數(shù)碼管能夠顯示出來，需將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，在將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為非壓縮 BCD 碼后，才能調(diào)用查表程序，最后送顯示。可以說是核心部分，流程圖如圖所示： 二 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序 計(jì)算程序計(jì)算出來的數(shù)據(jù)為二進(jìn)制，存到 50H、 51H 單元中以便發(fā)送程序中調(diào)用傳送數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可識(shí)別二進(jìn)制，然而，我們需要在 LED 上顯示，查表程序需要拆分的 BCD 碼，所以二進(jìn)制必須先轉(zhuǎn)換成 BCD 后才能拆分。 圖 5－ 3 雙字節(jié)整數(shù)二翻十程序流程圖 單片機(jī)顯示部分可以用來顯示計(jì)算出來的數(shù)據(jù)的。 顯示部分程序分為兩部分：十進(jìn)制 BCD 轉(zhuǎn)換成非壓縮 BCD 碼；查表程序顯示數(shù)據(jù)。 N 圖 5－ 5 顯示程序流程圖 開始 30HR0，表首地址 DPTR，（ R1） =0FEH （ R0）賦值給 A A+DPTR 賦值給 P0 （ R1） =P1，（ R1） =A， RL A INC R0 ， A=（ R1） （ R1） =0DFH？ 結(jié)束 統(tǒng)電 路 圖 及程序 清單 圖 6－ 1 系統(tǒng)原理圖 DIS: MOV R0, 79H 。 使顯 示器最右邊位亮 MOV A , R3 。 數(shù)據(jù)指針指向 A 口 MOVX DPTR, A 。 數(shù)據(jù)指針指向 B 口 MOV A, R0 。 加上偏移量 MOVC A, A+PC 。 送顯示 ACALL DL1 。 指向下一個(gè)顯示段數(shù)據(jù)地址 MOV A, R3 。 掃描到第六個(gè)顯示器否？ RL A 。 AJMP LD0 ELD1: RET DSEG: DB 3FH, 06H, 58H, 4FH, 66H, 6DH DB 7DH, 07H, 7FH, 6FH, 77H, 7CH DB 39H, 5EH, 79H, 71H, 40H, 00H DL1: MOV R7, 02H 。 可以對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)性做個(gè)分析?？偟膩碚f收獲還是挺豐富的 ，盡管 遇到了許多 困難。另外一方面，在自己的親身實(shí)踐 中，也發(fā)現(xiàn)了自己的 專業(yè)知識(shí)掌握的不夠全面 ，有待進(jìn) 一步提高與改善。讓理論和實(shí)踐相結(jié)合，以此產(chǎn)生實(shí)際的成果。 除此之外，我們要在擁有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)的前提條件下，在整個(gè)設(shè)計(jì)與調(diào)試過程中要有信心和耐心，對(duì)自己有信心，相信自己能夠很好的完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。從而從 各個(gè)方面提高和完善了自己， 同時(shí)為以后的工作打下基礎(chǔ)。 參 考文 獻(xiàn) 【 1】 .李全利 .單片機(jī) 原理及應(yīng)用技術(shù) .北京： 高等教育出版社 ， 2021， 11 【 2】 .張毅剛 .MCS51 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) .哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學(xué) 出版社， 1997， 8 【 3】 .張玉蓮 .傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2021， 9 【 4】 .劉篤仁 .傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)［ M].西安 :西安電子科技大學(xué)出版社， 2021， 6 【 5】 .宋雙杰 .電子線路 CAD技術(shù) .西安 ： 西安電子科技大學(xué)出版社 ，