【正文】 速測(cè)量原理。同時(shí)分析電路中的接口部分，顯示轉(zhuǎn)速。，用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言編制程序，包括主程序，轉(zhuǎn)速計(jì)算程序，中斷程序，同時(shí)并寫(xiě)出其具體的程序。測(cè)量臺(tái)用于測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，把磁電傳感器采集到的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)送入二次電路，因?yàn)榇烹妭鞲衅鞑杉恼倚盘?hào)比較小，所以需要放大電路將采集到的正弦信號(hào)放大，再經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器將正弦信號(hào)整形為方波，才可以送入單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)在一定時(shí)期內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖的次數(shù)，再通過(guò)計(jì)算公式轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速并顯示。其中，LCD數(shù)碼管用于顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速比設(shè)定值高時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。圖2 磁電轉(zhuǎn)速傳感器安裝示意圖電機(jī)轉(zhuǎn)盤平臺(tái)由電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而運(yùn)轉(zhuǎn)，平臺(tái)上有12個(gè)磁鋼，如圖3所示。圖3 電機(jī)轉(zhuǎn)盤平臺(tái)和磁鋼 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LCD上。主要編寫(xiě)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。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理在實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用，數(shù)字測(cè)速方案必須在很短的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)有高分辨率和高精度的特征。其中，最常用的數(shù)字方法被稱為T法, M法, 和M/T法[9] 。在該方法中，測(cè)量精度是由于定時(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，可能產(chǎn)生的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)象情況預(yù)先設(shè)置。而設(shè)置的時(shí)間過(guò)短，測(cè)量精度會(huì)受到一定的影響。用以采集數(shù)據(jù)的碼盤，可以是單孔或多孔，對(duì)于單孔碼盤測(cè)量?jī)纱蚊}沖間的時(shí)間，就可測(cè)出轉(zhuǎn)述數(shù)據(jù)，TP也可以用時(shí)鐘脈沖數(shù)來(lái)表示。如圖5“T”法的脈寬測(cè)量所示。定時(shí)器對(duì)頻率為fc 的時(shí)基脈沖計(jì)數(shù)并定時(shí)，在Tp時(shí)期內(nèi)計(jì)數(shù)值若為m2，那么計(jì)算公式為： n= （34）即： （35）Fc為硬件基準(zhǔn)時(shí)鐘的脈沖頻率：?jiǎn)挝唬℉z）；n轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）；m2時(shí)基脈沖。因此要求脈沖的上升沿（或下降沿）陡峭和計(jì)數(shù)和定時(shí)嚴(yán)格同步。 測(cè)頻測(cè)周法“M/T法”測(cè)頻測(cè)周法，就是結(jié)合了“T”法和“M”法分別對(duì)高、低轉(zhuǎn)速具有不同的精度，利用各自的優(yōu)點(diǎn)而結(jié)合的方法，測(cè)量的精度在兩者之間，如圖6“M/T”法定時(shí)/計(jì)數(shù)測(cè)量所示。此法在高速和低速時(shí)都具有比較高的精度。由圖可知，從a點(diǎn)開(kāi)始，計(jì)數(shù)器對(duì)mm2計(jì)數(shù)，到達(dá)b點(diǎn)，預(yù)定的測(cè)速時(shí)間時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令停止計(jì)數(shù)，因?yàn)門c不一定等于整數(shù)個(gè)脈沖發(fā)生器的脈沖周期，所以計(jì)數(shù)器繼續(xù)對(duì)高頻脈沖繼續(xù)計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)c點(diǎn)，脈沖發(fā)生器的脈沖上升沿使計(jì)數(shù)器停止，如此，m2就代表了m1個(gè)脈沖周期的時(shí)間。單位：（轉(zhuǎn)/分）；fc晶體震蕩頻率：?jiǎn)挝唬℉z）；m1輸入脈沖數(shù)，反映轉(zhuǎn)角；m2時(shí)基脈沖數(shù)。電機(jī)的速度是通過(guò)連續(xù)兩個(gè)脈沖編碼器之間時(shí)間的倒數(shù)測(cè)量的。 M方法。因此，需要足夠長(zhǎng)的檢測(cè)時(shí)間計(jì)數(shù)足夠數(shù)量的編碼器脈沖來(lái)獲得高精度，尤其是在低轉(zhuǎn)速范圍。M/T方法。這個(gè)階段，就是檢測(cè)的時(shí)間，由同步的第一脈沖編碼器之后的規(guī)定時(shí)間確定。如果在規(guī)定的期限被指定，那么，速度檢測(cè)時(shí)間由實(shí)際速度決定。數(shù)字回路系統(tǒng)往往需要等速采樣率；然而，這種方法由于變量檢測(cè)時(shí)間有實(shí)際的限制。 磁電傳感器的簡(jiǎn)介圖7 磁電傳感器示意圖本次設(shè)計(jì)所用的磁電傳感器為實(shí)驗(yàn)室原有的磁電傳感器，如圖7所示。 磁電感應(yīng)磁電感應(yīng)式傳感器也稱為電動(dòng)式傳感器，它是通過(guò)導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)的運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)電勢(shì)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律, 當(dāng)w匝線圈在恒定磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí), 設(shè)穿過(guò)線圈的磁通為Φ, 則線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢(shì)E與磁通變化率dΦ/dt有如下關(guān)系: E=w(dΦ/dt) 。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號(hào)強(qiáng)，測(cè)量范圍廣，齒輪、曲軸、輪輻等部件，及表面有縫隙的轉(zhuǎn)動(dòng)體都可測(cè)量。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧、安裝使用方便，可以和各種二次儀表搭配使用。但磁電式傳感器是速度傳感器，若要獲取被測(cè)位移或加速度信號(hào)，則需要配用積分或微分電路。因此需要二次電路對(duì)磁電傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行放大、整形。因?yàn)榇烹妭鞲衅鞒鰜?lái)的是正弦信號(hào)，因此需要施密特觸發(fā)器對(duì)放大的正弦信號(hào)進(jìn)行整形再送入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖11 9013三極管示意圖9013三極管的其他參數(shù)如圖12所示：圖12 9013三極管參數(shù)二次電路中通過(guò)運(yùn)用元器件74LS00與非門搭建了一個(gè)施密特觸發(fā)器，用于對(duì)放大的正弦信號(hào)整形為方波，再由單片機(jī)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。如圖14所示，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合?？梢酝ㄟ^(guò)串口（）直接下載用戶所需的程序，數(shù)秒即可完成一片（8） 有E2PROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無(wú)內(nèi)部E2PROM)（9） 看門狗（10） 內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）（11） 外部掉電檢測(cè)電路:，5V單片機(jī)為 ，誤差為+/5%；，誤差為+/3% （12） 時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為+/5%到+/10%以內(nèi)) 1用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘 常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：：11MHz～；：8MHz～12MHz。當(dāng)P0口作為輸入/輸出口時(shí)，P0是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口，內(nèi)部有弱上拉電阻，無(wú)需外接上拉電阻。4） P1：標(biāo)準(zhǔn)I/O口。5） ：P2口內(nèi)部有上拉電阻，既可作為輸入/輸出口，也可作為高8位地址總線使用（A8A15）。6） ：標(biāo)準(zhǔn)I/O口。定時(shí)器1下降沿中斷。8） ：標(biāo)準(zhǔn)I/O口。當(dāng)直接使用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳是外部時(shí)鐘源的輸入端。當(dāng)直接使用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳可浮空，此時(shí)XTAL2實(shí)際將XTAL1輸入的時(shí)鐘進(jìn)行輸出。單片機(jī)復(fù)位如圖16所示：圖16 STC12C5A60S2單片機(jī)復(fù)位圖外部RST引腳復(fù)位就是從外部向RST引腳施加一定寬度的復(fù)位脈沖，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。將RST復(fù)位管腳拉高并維持至少24個(gè)時(shí)鐘加10us后，單片機(jī)會(huì)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，將RST復(fù)位管腳拉回低電平后，單片機(jī)結(jié)束復(fù)位狀態(tài)并從用戶程序區(qū)的0000H處開(kāi)始正常工作。STC12C5A60S2單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的典型值為12MHZ 。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為22pf左右。晶振頻率越高，那么系統(tǒng)時(shí)鐘頻率相對(duì)也就越高，單片機(jī)運(yùn)行速度的也就越快。綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用22pf的電容,其晶振電路圖如圖13所示。LCD1602液晶顯示屏。（16列2行）如圖18所示：圖18 LCD1602顯示屏注：為了表示的方便 ，后文皆以1表示高電平，0表示低電平。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。其管腳如圖19所示：圖19 LCD1602顯示屏管腳管腳定義：1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0是液晶顯示器的對(duì)比度調(diào)整端，當(dāng)接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，當(dāng)接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度高會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)接一個(gè)10K的電位器來(lái)調(diào)整對(duì)比度）。第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。實(shí)驗(yàn)臺(tái)輸入的電壓是5—20V，相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為10—43轉(zhuǎn)/秒。一旦電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)了單片機(jī)設(shè)定的警戒值，蜂鳴器將發(fā)出報(bào)警。蜂鳴器分為電磁式蜂鳴器和壓電式蜂鳴器兩種。有源蜂鳴器直接接上額定電源(新的蜂鳴器在標(biāo)簽上都有注明)就可連續(xù)發(fā)聲；而無(wú)源蜂鳴器則和電磁揚(yáng)聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路一般都包含以下幾個(gè)部分：一個(gè)三極管、一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)續(xù)流二極管和一個(gè)電源濾波電容。其中，二極管的作用是提供續(xù)流，電容的作用是濾波，防止5V電壓波動(dòng)較大。硬件調(diào)試部分分為上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試兩部分。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬(wàn)用表，用來(lái)完成檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況等。對(duì)照著原理圖的部分，一部分一部分地用萬(wàn)用表測(cè)量各個(gè)焊點(diǎn)，確保焊點(diǎn)沒(méi)有短接在一起，同時(shí)注意焊點(diǎn)的美觀，確保沒(méi)有開(kāi)路以及短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。同時(shí)還要檢驗(yàn)原理是否正確。單片機(jī)控制部分硬件調(diào)試：這一部分調(diào)試主要是檢查時(shí)鐘電路、復(fù)位電路是否接對(duì)，單片機(jī)的電源以及接地是否接好，以及其他的一些管腳的接法。數(shù)碼管LCD電路調(diào)試：LCD數(shù)碼管使用的型號(hào)是液晶顯示屏1602，其中D0—D7的8個(gè)引腳連接排阻的8個(gè)引腳。 單片機(jī)轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)思路及過(guò)程單片機(jī)測(cè)量轉(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，流程圖如圖24所示。下面我們將介紹除數(shù)是如何獲得的：?jiǎn)纹瑱C(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量完成，定時(shí)器T0作為內(nèi)部定時(shí)器，外部中斷來(lái)的時(shí)候讀取TH0，TL0，并同時(shí)清零TH0、TL0，使定時(shí)器再次循環(huán)計(jì)內(nèi)部脈沖。三字節(jié)組成除數(shù)，上面的常數(shù)為四字節(jié)，所以計(jì)算程序?qū)嶋H上就是調(diào)用一個(gè)四字節(jié)除三字節(jié)商為兩字節(jié)（最高轉(zhuǎn)速36000r/min足夠）的程序。 子程序設(shè)計(jì) 單片機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序由于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能是將霍爾傳感器的信號(hào)送到單片機(jī)的外部中斷口，再對(duì)周期方波進(jìn)行內(nèi)部計(jì)數(shù)，調(diào)用計(jì)算程序把轉(zhuǎn)速測(cè)出來(lái)。這里介紹將（R2R3）中的16位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為壓縮BCD碼十進(jìn)制整數(shù)送RRR6。在程序設(shè)計(jì)中，在STC12C5A60S2RAM存貯器中的四個(gè)顯示緩沖器單元30H－34H，分別存放著由計(jì)算出來(lái)的轉(zhuǎn)速的BCD碼進(jìn)行拆分后的非壓縮BCD碼數(shù)據(jù)，STC12C5A60S2的P1口掃描輸出總是只有一位為低電平、其它位為高電平，STC12C5A60S2的P0口相應(yīng)位的顯示數(shù)據(jù)的段數(shù)據(jù)，使該位顯示出一個(gè)字符，其它們?yōu)榘?，依次地改變P1口輸出為低高的位，P0口輸出對(duì)應(yīng)的段數(shù)據(jù)，4位LED顯示器就顯示出由緩沖器中顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。雙字節(jié)整數(shù)拆分程序流程圖如圖27所示。這種測(cè)量方法所適用的測(cè)速范圍下面將分析，測(cè)量精度在本設(shè)計(jì)中可以通過(guò)設(shè)置和選擇的磁電傳感器加以控制。設(shè)計(jì)數(shù)頻率為f，其周期為l/f，計(jì)到65535個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，所用時(shí)間為：T=65535*1/f(1)按上述要求：當(dāng)T=1s時(shí)，為極大值，即：L=65535*l/f所以f=65535(Hz)(2)本設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)時(shí)，設(shè)采用了12個(gè)磁鋼的轉(zhuǎn)盤，即軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生l2個(gè)脈沖，因此，軸實(shí)際輸出頻率為： f=65535/12=5460(Hz)，折算到轉(zhuǎn)速：n=f*60=327600(r/min)(3)用這種方法可以測(cè)量的轉(zhuǎn)速是很高的。這種測(cè)速方式的下限理論上也可以很低，但是當(dāng)轉(zhuǎn)速低到一定程度時(shí)，其誤差已較大，因此，其測(cè)速下限與允許的測(cè)量誤差有關(guān)。實(shí)際測(cè)量工作中，如果測(cè)量范圍超過(guò)這個(gè)范圍，可以加一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器，編寫(xiě)T0的中斷程序，在中斷程序中對(duì)軟件計(jì)數(shù)器加1，這樣，可以把計(jì)數(shù)范圍擴(kuò)大256倍。從以上的分析可以看到，使用M法測(cè)量速度，電路和程序均較為簡(jiǎn)單，且可以在一定的條件下滿足精度的要求。 測(cè)量分析實(shí)驗(yàn)臺(tái)的安裝如圖29所示：圖29 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的安裝圖實(shí)驗(yàn)臺(tái)的安裝：1） 首先取下支架，將磁電傳感器安裝在支架上，磁電傳感器的測(cè)頭向下，以便于測(cè)頭與轉(zhuǎn)盤上的磁鋼相對(duì)，當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，測(cè)頭能測(cè)量磁鋼的運(yùn)轉(zhuǎn)2） 按照安裝圖，實(shí)驗(yàn)架接入5—20V的可控電壓，當(dāng)輸入的電壓不同時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度也不同3） 單片機(jī)的安裝如圖，單片機(jī)上有四根引出線，其中兩根是供電線，和實(shí)驗(yàn)臺(tái)的5V電壓相連接；另外兩根紅色黑色線連接磁電傳感器的對(duì)應(yīng)的紅色黑色線。圖30 電壓和轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖 故障分析與解決方案故障出現(xiàn)情況：1）單片機(jī)的中斷服務(wù)程序