精品畢業(yè)論文基于AT89C51車輪轉速測量系統(tǒng)的設計

1、前 言1 課題的目的和意義隨著科技的飛速發(fā)展，計算機應用技術日益滲透到社會生產(chǎn)生活的各個領域，而單片機的應用則起到了舉足輕重的作用。單片機又稱單片微控制器，就是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。它完整地包含了計算機內部的cpu（運算器、控制器）、程序存儲器（相當于計算機的硬盤）、數(shù)據(jù)存儲器（相當于計算機的內存）、輸入輸出端口等。雖然它的運算速度無法和計算機相比，但在一些實際的控制應用場合已經(jīng)足夠使用了。對于高等院校電子類和計算機類的學生，學習單片機是很重要的，而進行應用單片機的課程設計更是重中之重，將所學理論知識應用到實際，使更加全面的了解和掌握單片機的應用。2. 設計的內容和范圍在工程實踐中

2、，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉速的場合，例如在發(fā)動機1、電動機、機床主軸等旋轉設備的試驗運轉和控制中，常需要分時或連續(xù)測量、顯示其轉速及瞬時速度。為了能精確地測量轉速，還要保證測量的實時性，要求能測得瞬時轉速。3. 設計擬解決的問題本設計提出一種基于at89c51單片機實施電機轉速測量2的方法，利用紅外傳感器采集脈沖信號，通過定時計數(shù)算法程序，將轉速結果實時顯示出來。第1章 概述1.1數(shù)字式轉速測量系統(tǒng)的發(fā)展背景 目前國內外測量電機3轉速的方法很多，按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生過模擬測速法（如離心式轉速表、用電機轉矩或者電機電樞電動勢計算所得）、同步測速法（如機械式或閃光式頻閃測速儀）以及計數(shù)測速

3、法。計數(shù)測速法又可分為機械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。傳統(tǒng)的電機轉速檢測多采用測速發(fā)電機或光電數(shù)字脈沖編碼器，也有采用電磁式（利用電磁感應原理或可變磁阻的霍爾元件等）、電容式（對高頻振蕩進行幅值調制或頻率調制）等，還有一些特殊的測速器是利用置于旋轉體內的放射性材料來發(fā)生脈沖信號。其中應用最廣的是光電式，光電式測系統(tǒng)具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點。加之激光光源、光柵、光學碼盤、ccd 器件、光導纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應用，使得光電傳感器在檢測和控制領域得到了廣泛的應用。而采用光電傳感器的電機轉速測量系統(tǒng)測量準確度高、采樣速度快、測量范圍寬和測量精度與被測轉速無關等優(yōu)點，具有廣闊的

4、應用前景。1.2本設計課題的目的和意義 工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉速的場合，例如在發(fā)動機、電動機、卷揚機、機床主軸等旋轉設備的試驗、運轉和控制中，常需要分時或連續(xù)測量和顯示其轉速及瞬時轉速。要測速，首先要解決是采樣問題。在使用模擬技術4制作測速表時，常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉軸與待測軸相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉速的高低。為了能精確地測量轉速外，還要保證測量的實時性，要求能測得瞬時轉速方法。因此轉速的測試具有重要的意義。 這次設計內容包含知識全面，對傳感器測量發(fā)電機轉速的不同的方法及原理設計有較多介紹，在測量系統(tǒng)中能學到關于測量轉速的傳感器采樣問題，單片機部分的內

5、容，顯示部分等各個模塊的通信和聯(lián)調。全面了解單片機和信號放大的具體內容。進一步鍛煉我們在信號采集、處理、顯示發(fā)面的實際工作能力。第2章 車輪轉速測量系統(tǒng)的原理2.1車輪轉速測量方法轉速是指作圓周運動的物體在單位時間內所轉過的圈數(shù)，其大小及變化往往意味著機器設備運轉的正常與否，因此，轉速測量一直是工業(yè)領域的一個重要問題。按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生過模擬測速法（如離心式轉速表）、同步測速法（如機械式或閃光式頻閃測速儀）以及計數(shù)測速法。計數(shù)測速法又可分為機械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。本設計介紹的采用單片機和紅外傳感器組成的高精度轉速測量系統(tǒng)，其轉速測量方法采用的就是電子式定時計數(shù)法。對車輪轉

6、速的測量實際上是對轉子旋轉引起的周期脈沖信號的頻率進行測量。在頻率的工程測量中，電子式定時計數(shù)測量頻率的方法一般有三種：1. 頻率法：在一定時間間隔t 內，計數(shù)被測信號的重復變化次數(shù)n，則被測信號的頻率fx 可表示為f x =nt （2-1）2. 測周期法：在被測信號的一個周期內，計數(shù)時鐘脈沖數(shù)m0，則被測信號頻率fx = fc/ m0 （2-2）其中， fc 為時鐘脈沖信號頻率。3. 多周期測頻法：在被測信號m1 個周期內，計數(shù)時鐘脈沖數(shù)m2，從而得到被測信號頻率fx ，則fx 可以表示為fx =m1 fc/m2 （2-3）m1 由測量準確度確定。電子式定時計數(shù)法測量頻率時，其測量準確度主要

7、由兩項誤差來決定：一項是時基誤差；另一項是量化1誤差。當時基誤差小于量化1 誤差一個或兩個數(shù)量級時，這時測量準確度主要由量化1 誤差來確定。對于測頻率法，測量相對誤差為：er1 =測量誤差值/實際測量值100 % =1/n100 % (2-4)由此可見，被測信號頻率越高，n 越大，er1就越小，所以測頻率法適用于高頻信號（高轉速信號）的測量。對于測周期法，測量相對誤差為：er2 =測量誤差值/實際測量值100 % =1/m0100 % (2-5)對于給定的時鐘脈沖fc，當被測信號頻率越低時，m0 越大， er2就越小，所以測周期法適用于低頻信號（低轉速信號）的測量。對于多周期測頻法，測量相對誤

8、差為：er3 =測量誤差值/實際測量值100%=1/m2100 % (2-6)從上式可知，被測脈沖信號周期數(shù)m1 越大，m2 就越大，則測量精度就越高。它適用于高、低頻信號（高、低轉速信號）的測量。但隨著精度和頻率的提高，采樣周期將大大延長，并且判斷m1 也要延長采樣周期，不適合實時測量。根據(jù)以上的討論，考慮到實際應用中需要測量的轉速范圍很寬，上述的轉速測量方法難以滿足要求，因此，研究高精度的轉速測量方法，以同時適用于高、低轉速信號的測量，不僅具有重要的理論意義，也是實際生產(chǎn)中的需要。2.2車輪轉速測量原理本設計中主要有三個模塊，分別為車輪速度測量模塊、單片機最小系統(tǒng)模塊、顯示模塊。本設計的測

9、車輪轉速長期測量系統(tǒng)是在已知車輪的周長，在程序中預設周長。設計中傳感器是由紅外接發(fā)射管和接收管構成。測速的過程為：在電機的轉軸上安裝一個圓形遮光片，并從圓形遮光片的中心向圓盤的周邊開一個長方形的小縫隙。紅外發(fā)射管和光敏三極管安裝在遮光片的兩端，當電機轉動時就可以通過遮光片來改變紅外接收管接收的光線，從而產(chǎn)生電位信號的變化，這樣就構成了一個收發(fā)檢測系統(tǒng)，可以檢測電機的轉速。運用的原理和光電耦合器是相同的。在信號輸入部分中主要有紅外傳感器和lm339比較器組成，紅外發(fā)射和接收對準時為正常工作，那么當車輪轉動的時候，一圈只能有一個時刻紅外正常工作的，也就是說只有一個時刻紅外的發(fā)射和接收是對準的。信號

10、的處理部分就是單片5機根據(jù)程序的運行部分。顯示部分采用的是四位一體的共陽數(shù)碼管顯示。在單片機程序的編寫中預設內部時鐘中斷t0為250us，t0_num是記內部時鐘中斷t0的個數(shù)。則有測速度公式：v=c/（t0_num*250us） （2-7）c 預設的車輪周長（本設計中為150mm）;t0_num 采樣內部時鐘中斷脈沖個數(shù);250us預設的內部時鐘中斷t0時間;v 車輪的速度；如果s=150mm， 那么：v=150mm/（t0_num*250us） （2-8）轉換單位可以得到： v=（150mm*106）/（t0_num*250s） （2-9）把預設的車輪的周長用k表示則有公式： v=（k*3

11、600km）/（t0_num*250h） 單位為 km/h （2-10）在對轉速波動較快系統(tǒng)或要求動態(tài)特性好而精度高的轉速測控系統(tǒng)中，調節(jié)周期一般很短，相應的采樣周期需取得很小，使得脈沖當量增高，從而導致整個系統(tǒng)測量精度降低，難以滿足測控要求。所以在定時時間的選擇上不能太小也不能太大程序中我們把定時時間定為250us。在設計中，預設了內部定時器t0的最大中斷次數(shù)，防止了車輪不轉動時，數(shù)據(jù)的溢出。由公式（4）可以得到，當t0_num定時器t0的最大中斷次數(shù)時（65000），那么v=0.033。近似為0。各部分模塊的功能：傳感器：用來對信號的采樣。信號轉換電路：對傳感器送過來的信號進行放大和整形，

12、在送入單片機進行數(shù)據(jù)的處理轉換。單片機：對處理過的信號進行轉換成轉速的實際值，送入led。led顯示：用來對所測量到的轉速進行顯示。第3章 系統(tǒng)方案提出和論證轉速測量的方案選擇：一般要考慮傳感器的結構、安裝以及測速范圍與環(huán)境條件等方面的適用性；再就是二次儀表的要求，除了顯示以外還有控制、通訊和遠傳方面的要求。本設計書中給出兩種轉速測量方案，經(jīng)過查資料、構思和結合本設計，總體電路有兩套設計方案，部分重要模塊也考慮了其它設計方法，經(jīng)過分析，從實現(xiàn)難度、熟悉程度、器件用量等方面綜合考慮，最終選擇了一個方案。下面就看一下我們對兩套設計方案的簡要說明。方案一：霍爾傳感器測量方案霍爾傳感器是利用霍爾效應進

13、行工作的。其核心元件是根據(jù)霍爾效應原理制成的霍爾元件。本設計介紹一種泵驅動軸的轉速采用霍爾轉速傳感器測量?；魻栟D速傳感器的結構原理圖如圖3-1，霍爾轉速傳感器的接線圖如圖3-2。傳感器的定子上有2 個互相垂直的繞組a 和b，在繞組的中心線上粘有霍爾片ha 和hb ，轉子為永久磁鋼，霍爾元件ha 和hb 的激勵電機分別與繞組a 和b 相連，它們的霍爾電極串聯(lián)后作為傳感器的輸出。圖3-1 霍爾轉速傳感器的結構原理圖圖3-2 霍爾轉速傳感器的接線圖缺點：采用霍爾傳感器在信號采樣的時候，會出現(xiàn)采樣不精確，因為它是靠磁性感應才采集脈沖的，使用時間長了會出現(xiàn)磁性變小，影響脈沖的采樣精度。方案二：光電傳感器

14、方案二主要包括傳感器、處理器和顯示3個部分。其原理方框圖如圖3-3所示。在該方案中傳感器是由紅外發(fā)光二極管，和紅外接收管。測速的過程為：在電機的轉軸上安裝一個圓形遮光片，并在圓形遮光片上鑿開一條從圓心到園變的小細縫，這樣可以讓紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光剛好可以通過。在遮光片的兩端分別安裝好發(fā)光二極管和接收管，當電機轉動時就可以通過遮光片來改變光敏三極管接收的光線，從而產(chǎn)生電位信號的變化，這樣就構成了一個收發(fā)檢測系統(tǒng)，可以檢測電機的轉速。運用的原理和光電耦合器是相同的。電機光敏三極管信號轉換led顯示單片機處理紅紅外發(fā)光管 圖3-3 測量系統(tǒng)的組成框圖優(yōu)點：這種方案使用光電轉速傳感器具有采樣精確，采

15、樣速度快，范圍廣的特點。綜上所述，方案二使用光電傳感器來作為本設計的最佳選擇方案。第4章 系統(tǒng)硬件設計隨著超大規(guī)模集成電路技術提高，尤其是單片機應用技術以及功能強大，價格低廉的顯著特點，是全數(shù)字化測量轉度系統(tǒng)得一廣泛應用。出于單片機在測量轉速方面具有體積小、性能強、成本低的特點，越來越受到企業(yè)用戶的青睞。對測量轉速系統(tǒng)的硬件和編程進行研究，設計出一種以單片機為主的轉速測量系統(tǒng)，保證了測量精度。4.1電源電路本次設計電路為輸出電壓+5v、輸出電流1.5a的穩(wěn)壓電源，如圖4-1所示。它由電源變壓器，橋式整流電路d1d4，濾波電容c1、c2、c3和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)構成的。圖4-1電源

16、電路原理圖原理：220v交流市電通過電源變壓器變換成6交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路d1d4和濾波電容c1、c2的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器7805的vin和gnd兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會因為市電電壓的波動或負載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓再經(jīng)過c3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。4.2轉速信號采集在設計中采用紅外傳感器采集信號，這種紅外傳感器是把車輪的轉速變?yōu)橄鄳l率的脈沖，然后由單片機內部定時器t0來測得定時脈沖個數(shù)，由公式（4）得到速度。這種測量方法具有傳感器結構簡單、可靠、測量精度高的特點。是目前常用的一種測量轉速的方法

17、。從紅外發(fā)射管發(fā)出的光通過遮光片上的小縫隙照射到紅外接收管，使紅外發(fā)射管和接收管都處于導通狀態(tài)，反之紅外接收管處于截止狀態(tài)。紅外傳感器的工作和不工作兩種狀態(tài)產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)過lm339比較器，對信號進行處理，然后輸入給單片機。由于本設計只停留于實驗階段，設計中使用的車輪自制，使用的電機為6v的直流電機。車輪（遮光片）的兩側分別裝有發(fā)射光源（紅外線發(fā)光二極管）與接收光源的裝置（紅外線接收管）之間，紅外線發(fā)光二極管負責發(fā)出光信號，紅外線接收管負責接收發(fā)出的光信號，產(chǎn)生電信號。每轉過一圈，光的明暗變化經(jīng)歷了一個正弦周期，即產(chǎn)生了方波信號。圖4-2所示為轉速傳感器電路。紅外接收管在正向工作電流為20m

18、a時，其導通電壓為1.21.5v，所選用的發(fā)光二極管的正向壓降一般為1.52.0v，電流為1020ma。r的計算公式為：r=u/i 。 由實驗得：r3=680；r4=1k。 圖4-2 轉速傳感器電路圖光電傳感器是應用非常廣泛的一種器件，有各種各樣的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是當發(fā)射管光照射到接收管時，接收管導通，反之關斷。以透射式為例，如圖4-3所示，當不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時，開關管關斷，否則打開。為此，實際操作中可以制作一個遮光葉片如圖4-4所示，安裝在轉軸上，當扇葉經(jīng)過時，產(chǎn)生脈沖信號。當葉片數(shù)較多時，旋轉一周可以獲得多個脈沖信號。由于材料有限，本設計中沒有設計

19、圖4-4的遮光片，只在車輪的葉子上槽開一條小口。 圖4-3光電傳感器的原理圖 圖4-4 遮光葉片4.3轉速信號處理電路設計怎樣把紅外傳感器的信號轉換成單片機所需要的有用信號呢？本設計采用通過使用比較器lm339來實現(xiàn)。如圖4-5所示，當紅外發(fā)射接收管都正常工作時，lm339的負輸入端4為低電平，輸出端2為高電平；當紅外接收管被外物擋住時，紅外接收管不工作，lm339的負輸入端4為高電平，輸出端2為低電平，單片機程序設置為外部中斷下降沿觸發(fā)有效，實現(xiàn)了中斷觸發(fā)功能。圖4-5信號處理電路圖4.4單片機at89c51介紹6at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfals

20、h programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖4-6是常用的一種單片機，型號為at89c51，它將計算機的功能都集成到這個芯片內部去了，就這么一個小小的芯片就能構成一臺小型的電腦，因此叫做單片機。圖4-6 at89c51芯片它有40個管腳，分成兩排，每一

21、排各有20個腳，其中左下角標有箭頭的為第1腳，然后按逆時針方向依次為第2腳、第3腳第40腳。在40個管腳中，其中有32個腳可用于各種控制，比如控制小燈的亮與滅、控制電機的正轉與反轉、控制電梯的升與降等，這32個腳叫做單片機的“端口”，在單片機技術中，每個端口都有一個特定的名字，比如第一腳的那個端口叫做“p1.0”。at89c51單片機的功能7：1主要特性：與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24hz三級程序存儲器鎖定128*8位內部ram32可編程i/o線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和

22、掉電模式片內振蕩器和時鐘電路 2管腳說明：管腳說明見圖4-7。圖4-7 at89c51管腳分布vcc：供電電壓。gnd：接地。 p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，

23、這是由于內部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 p3口：p3口管腳是8個帶內

24、部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口。p3口管腳備選功能：p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復位輸入。

25、當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外

26、部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。ea/vpp：當/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內部鎖定為reset；當/ea端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。3振蕩器特性：xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可

27、采用。如采用外部時鐘源驅動器件，xtal2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4芯片擦除：整個perom陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ale管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，at89c51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內容并且凍結振蕩器，

28、禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。4.5 最小系統(tǒng)的設計4.5.1復位電路：復位電路見圖4-8。89c51單片機8復位電路是指單片機的初始化操作。單片機啟運運行時，都需要先復位，其作用是使cpu和系統(tǒng)中其他部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。因而，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路才能實現(xiàn)。圖4-8復位電路復位功能： 復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。單片機9的復位

29、是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內復位電路是復位引腳rst通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的s5p2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位（如圖4-9（a）和按鈕復位（如圖4-9（b）兩種方式。圖4-9 rc復位電路單片機復位后的狀態(tài)： 單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器pc0000h，這表明程序從0000h地址單元開始執(zhí)行。單片機冷啟動后，片內ram為隨機值，運行中的復位操作不改變片內ram區(qū)中的內容，21個特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)為確定值，見表4-1。值得指出的是，記住一些特殊功能寄存器復位后的主要狀

30、態(tài)，對于了解單片機的初態(tài)，減少應用程序中的初始化部分是十分必要的。 表4-1 寄存器復位后狀態(tài)表特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)abpsw00h00h00htmodtconth000h00h00hspdpldphp0p3ipie07h00h00hffh*00000b0*00000btl0th1tl1sbufsconpcon00h00h00h不定00h0*b注：表4-1中符號*為隨機狀態(tài)。psw00h，表明選寄存器0組為工作寄存器組；sp07h，表明堆棧指針指向片內ram 07h字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個被壓入的內容寫入到08h單元中；p0-p3ffh，表明已向各端

31、口線寫入1，此時，各端口既可用于輸入又可用于輸出。ip00000b，表明各個中斷源處于低優(yōu)先級；ie000000b，表明各個中斷均被關斷； 系統(tǒng)復位是任何微機系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認的硬件狀態(tài)下。51單片機的復位是由reset引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過24個振蕩周期后，51單片機即進入芯片內部復位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到reset引腳轉為低電平后，才檢查ea引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。51單片機在系統(tǒng)復位時，將其內部的一些重要寄存器設置為特定的值，至于內部ram內部的數(shù)據(jù)則不變。4.5.2晶振電路晶振

32、是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡，電工學上這個網(wǎng)絡有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。at89c51單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容c1和c2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12mhz，

33、電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為30f。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。晶體振蕩電路如圖4-10。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。圖4-10晶振電路4.5.3 最小系統(tǒng)的仿真最小系統(tǒng)的仿真圖4-11圖4-11 最小系統(tǒng)的仿真附最小系統(tǒng)仿真程序如下：#include sbit led=p10; /定義led接p1.0口/void delay （） /延時函數(shù)/unsigned char i，j; for（i=255;i0;i-） for（

34、j=255;j0;j-）;void main （） while（1） led=0; / led滅/ delay （）; /返回延時函數(shù)/ led=1; /led亮/ delay （）; /反回延時函數(shù)/ 4.6顯示部分設計（1）許多電子產(chǎn)品上都有跳動的數(shù)碼來指示電器的工作狀態(tài)，其實數(shù)碼管顯示的數(shù)碼均是由八個發(fā)光二極管構成的。每段上加上合適的電壓，該段就點亮。led數(shù)碼有共陽和共陰兩種，把這些led發(fā)光二極管的正極接到一塊（一般是拼成一個8字加一個小數(shù)點）而作為一個引腳，就叫共陽的，相反的，就叫共陰的，那么應用時這個腳就分別的接vcc和gnd。再把多個這樣的8字裝在一起就成了多位的數(shù)碼管了。實物

35、如圖4-12圖4-12數(shù)碼管共陽型（圖4-13）就是八個發(fā)光管的正極都連在一起 ，作為一條引線。ag段用于顯示數(shù)字，字符的筆畫，（dp顯示小數(shù)點），每一段控制agdp的亮與來。 內部結構：圖4-13 共陽型lcd共陰型（圖4-14）就是七個發(fā)光管的負極都連在一起 ，作為一條引線。ag段用于顯示數(shù)字，字符的筆畫，（dp顯示小數(shù)點），每一段控制agdp的亮與來。內部結構：4-14 共陰型lcd數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示驅動：靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一個段

36、碼都由一個單片機的i/o端口進行驅動，或者使用如bcd碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用i/o端口多，如驅動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根i/o端口來驅動，要知道一個89s51單片機可用的i/o端口有32個呢），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。動態(tài)顯示驅動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a，b，c，d，e，f，g，dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的i/o線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都

37、接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的com端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低。（2）段碼表表4-2為led段碼表表4-2 led段碼表顯示

38、字 符共陰極段選碼共陽極段選碼顯示字符共陰極段選碼共陽極段選碼012343fh06h5bh4fh66hc0hf9ha4hb0h99h567896dh7dh07h7bh6fh92h82hf8h80h90h（3）動態(tài)顯示仿真（圖4-15）圖4-15 動態(tài)顯示仿真圖動態(tài)顯示程序：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint mm=1234; /顯示1234/uchar jj;uchar code table=0xc0，0xf9，0xa4，0xb0，0x99，0x92，0x82，0xf8，0x80，0x90，; del

39、ay（uint m） uint i，j; for（i=m;i0;i-） for（j=110;j0;j-）;xian_shi（） uchar qian，bei，shi，ge; qian=mm/1000; bei=mm%1000/100; shi=mm%100/10; ge=mm%10; p2=0x80; p0=tableqian; delay（50）; p2=0; p2=0x40; p0=tablebei; delay（50）; p2=0;p2=0x20; p0=tableshi; delay（50）; p2=0;p2=0x10; p0=tablege; delay（50）; p2=0;本設計使

40、用的顯示器是led動態(tài)顯示方式，其顯示電路如圖4-16所示。圖4-16 led顯示部分4.7硬件系統(tǒng)電路形成4.7.1電路圖硬件總電路的形成有以下幾個部分組成：信號產(chǎn)生電路：當車輪轉動時，紅外傳感器工作，光敏三極管c腳接比較器的4端。當紅外發(fā)光管和光敏三極管對準時，光敏三極管c腳（比較器4端）接低電平。當紅外發(fā)光管和光敏三極管不對準時，光敏三極管c腳（比較器4端）接高電平。信號處理電路：將光敏三極管c腳輸入的信號和信號產(chǎn)生電路中r5、r6的中間電位作為比較器lm339的輸入端。輸入4端輸入為負時，輸出端2端為高電平，4端為正時，輸出端2端為低電平。比較器lm339起到了一個信號的轉換作用。單片

41、機最小系統(tǒng)電路：包括復位電路、晶振電路。本設計4.4中有詳細介紹。顯示電路：主要由四位數(shù)碼管、數(shù)碼管驅動電路組成。本設計4.5中有詳細介紹。硬件原理圖見附錄a。4.7.2電路原理分析給電機上電，電機帶動車輪轉動，制作的遮光片上留有一條從圓心向外圓的長方形空隙，紅外傳感器u發(fā)射管和接收管安裝在遮光片的兩端。遮光片轉動，一圈有一個時刻紅外發(fā)射管和接收管對準，既正常工作。vcc到r4到u1的發(fā)射管到地構成一個回路，發(fā)射管處于導通狀態(tài)并發(fā)光。vcc到r3到u1接收管到地構成一個回路，當紅外發(fā)射管和接收管對準時，紅外接收管導通，u2比較器lm339的4端為低電平，比較器2端輸出高電平；當紅外發(fā)射管和接收

42、管沒對準時，紅外接收管不導通，u2比較器lm339的4端為高電平，比較器2端輸出低電平。比較器2端輸出的脈沖送至u3單片機12腳，輸入端接的是單片機外部中斷0，利用單片機的定時功能，定時器方式采用方式2模式（8位自動重載），程序中設置定時間隔為250us，在車輪轉一圈中記有多少個250us（int0_num），再用250us*int0_num，既車輪轉動一圈所需要的時間。利用公式（2-10）得出速度。最后數(shù)碼管顯示速度。第5章 系統(tǒng)軟件設計硬件電路完成以后，進行系統(tǒng)軟件設計。首先要分析系統(tǒng)對軟件的要求，然后進行軟件的總體的設計，包括程序的總體設計和對程序的模塊化設計。按整體功能分為多個不同的模

43、塊，單獨設計、編程、調試，然后將各個模塊裝配聯(lián)調，組成完整的軟件。根據(jù)設計的要求，單片機的任務是：內部進行計數(shù)，在計算出速度后顯示。軟件編程用c語言完成的，需要能掌握c語言，還要熟練at89c51單片機10。從程序流程圖、編寫程序、編譯，到最后的調試，是很復雜的。下面作簡單介紹：系統(tǒng)軟件主程序的功能是完成系統(tǒng)的初始化、顯示程序。5.1主程序初始化（1）定時器的初始化 at89c51有兩個定時器/計數(shù)器11t0和t1，每個定時器/計數(shù)器均可設置成為16位，也可以設置成為13位進行定時或計數(shù)。計數(shù)器的功能是對t0或t1外來脈沖的進行計數(shù)，外部輸入脈沖負跳變時，計數(shù)器進行加1。定時功能是通過計數(shù)器的

44、計數(shù)來實現(xiàn)的，每個機器周期產(chǎn)生1個計數(shù)脈沖，即每個機器周期計數(shù)器加1，因此定時時間等于計數(shù)個數(shù)乘以機器周期。定時器工作時，每接收到1個計數(shù)脈沖（或機器周期）則在設定的初值基礎上自動加1，當所有位都位1時，再加1就會產(chǎn)生溢出，將向cpu提出定時器溢出中斷身請。當定時器采用不同的工作方式和設置不同的初值時，產(chǎn)生溢出中斷的定時值和計數(shù)值將不同，從而可以適應不同的定時或計數(shù)控制。定時器有4種工作方式：方式0、方式2、方式2和方式3，在此對工作方式不做具體介紹。工作方式寄存器tmod的設定：gatec/tm1m0gatec/tm1m0tmod各位的含義如下：gate：門控位，用于控制定時/計數(shù)器的啟動是

45、否受外部中斷請求信號的影響。c/t：定時或計數(shù)方式選擇位，當c/t=1時工作于計數(shù)方式；當c/t=0時工作于定時方式。m1、m0為工作方式選擇位 ，用于對t0的四種工作方式，t1的三種工作方式進行選擇，選擇情況如下表5-1：m1m0=00為方式0;m1m0=01為方式1；表5-1 m1、m0為工作方式選擇位mom1工作方式方式說明00110101012313位定時/計數(shù)器16位定時/計數(shù)器8位自動重置定時/計數(shù)器兩個8位定時/計數(shù)器（只有t0有）（2）中斷允許控制mcs-51單片機中沒有專門的開中斷和關中斷指令，對各個中斷源的允許和屏蔽是由內部的中斷允許寄存器ie的各位來控制的。中斷允許寄存器

46、ie的字節(jié)地址為a8h，可以進行位尋址。表5-2 中斷位尋址表ied7d6d5d4d3d2d1d0（a8h）eaet2eset1ex1et0ex0ea：中斷允許總控位。ea=0，屏蔽所有的中斷請求；ea=1，開放中斷。 et2：定時器/計數(shù)器t2的溢出中斷允許位 es：串行口中斷允許位。 et1：定時器/計數(shù)器t1的溢出中斷允許位。 ex1：外部中斷 int1的中斷允許位。et0：定時器/計數(shù)器t0的溢出中斷允許位。 ex0：外部中斷 int0的中斷允許位。 5.2程序流程圖1、 主程序流程圖5-1開始關總中斷ea = 0初始化外部中斷0為下降沿有效初始化定時器t0，方式2,8位自動重裝開總中

47、斷ea = 1檢查外部中斷的標志是否為2計算速度定時標志清0，t0_num = 0外部中斷標志清0，int0_flag = 0開總中斷，ea = 1顯示速度yn圖5-1 主程序流程圖2、外部中斷服務程序流程圖見圖5-2。檢查外部中斷的標志是否為0y啟動定時器0tr0 = 1n外部中斷標志加1檢查外部中斷的標志是否為2y停止定時器0，tr0 = 0關總中斷，ea = 0返回n開始圖5-2 外部中斷服務程序流程圖3、定時器t0中斷12服務程序圖見圖5-3。開始t0_num加1檢查t0_num是否等于t0_max外部中斷標志清0，int0_flag = 0關定時0，tr = 0關總中斷，ea =0y

48、返回n圖5-3 定時器t0中斷服務程序圖根據(jù)以上程序流程圖，編寫了本設計的程序見附錄b。第6章 系統(tǒng)軟硬件調試6.1硬件調試硬件調試主要是針對主控板中單片機模塊和外部輸入、輸出模塊進行調試。這一部分硬件調試主要分成兩大塊：上電前的調試和上電后的調試。6.1.1上電前的調試在上電前，必須確保電路中不存在短路或斷路的情況，這一工作是整個調試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在短路或斷路情況等。通過萬用表的檢測，沒有發(fā)現(xiàn)短路或斷路的地方，電路基本正常。6.1.2 上電后的調試在確保硬件電路13正常，無異常情況-短路或斷路，方可上電調試

49、，上電調試的目的是檢驗電路是否出錯，同時還要檢驗原理是否正確。在本次畢業(yè)設計中，上電調試主要是檢測單片機部分與外部輸入、輸出電路是否接對。6.1.3 各模塊調試穩(wěn)壓模塊調試5v變壓器給7805供電，用萬用表測試7805的輸出電壓，進過測試為4.95v，滿足要求。比較器lm339調試給模塊上5v電后，不給電機信號，轉動車輪圓盤，給紅外發(fā)射接收管制造兩種不同的工作狀態(tài)，當紅外發(fā)射接收管對準時（正常工作），比較器lm339負端4端為低電平，輸出端2為高電平。當紅外發(fā)射接收管不對準時（不正常工作），比較器lm339負端4端為高電平，輸出端2為低電平。給模塊上5v電后，給電機上5v的電，讓車輪轉動起來，

50、將比較器2腳輸出端接示波器，示波器顯示的是方波。以上兩種檢測說明電路信號輸入部分沒有問題。顯示模塊調試把程序下載到at89c51單片機中，接通電源，給電機上電，四位數(shù)碼管能正常的顯示數(shù)值，按下復位按鈕，四位數(shù)碼管顯示“0.000”以上說明電路顯示部分能正常工作。6.2軟硬件聯(lián)調顯示程序調試檢測信號處理子程序調試將需要顯示的值先賦一個固定值，顯示正常。6.3 指標測試及分析數(shù)據(jù)測試是反映系統(tǒng)性能的重要指標。因此對本系統(tǒng)進行了全面的測試，分別為穩(wěn)壓模塊輸出電壓測試、顯示電路測試，再根據(jù)測試的結果進行分析。6.3.1 測量儀器數(shù)字萬用表等、數(shù)字示波器。6.3.2 具體測試本次測試主要是對穩(wěn)壓電路的測

51、量 將數(shù)字萬用表打到直流電壓檔10v，測量供電電路的輸出電壓。 7805輸入電壓 vi=7.2v；輸出 vo=4.95v 。滿足實際需要。上電后，車輪轉動，顯示正常。改變程序中的車輪周長，保存程序，將程序下載至單片機中，重新通電，顯示數(shù)值與原來不同，說明功能正確。根據(jù)以上說明，電路軟硬件均正常工作?？?結采用單片機技術來實現(xiàn)轉速的測量，可以提高轉速的測量，可以提高轉速測量的精確度，并且加快了采樣14的速率，具有較好的實時性。本文介紹的轉速方法使用于高、低轉速的測量，測量精確度與轉速無關，因而具有較寬的應用范圍和廣闊的應用的前景?；趩纹瑱C的轉速測量系統(tǒng)，具有硬件電路簡單，程序簡單和運算速度快，測速范圍廣，抗干擾性能好的特點。在設計的信號處理電路中經(jīng)過濾波，能夠進一步減少誤差，是測速精度得到提高。致 謝感謝。參 考 文 獻1陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)-運動控制系統(tǒng)m .北京：機械工業(yè)出版社，20092馬全權，李慶輝，強盛.一種