測(cè)頻法和測(cè)周法轉(zhuǎn)速測(cè)量地課程設(shè)計(jì)報(bào)告材料

1、一、任務(wù)要求1. 性能要求：測(cè)量圍：55000rpm;2. 功能要求：采用MCS51系列單片機(jī)完成測(cè)量，并將測(cè)量值顯示于數(shù)碼管上。 分別采用測(cè)頻法和測(cè)周法進(jìn)行設(shè)計(jì)，并比較不同速度段的測(cè)量精度。二、方案論證系統(tǒng)組成：圖1-1系統(tǒng)組成框圖如圖1-1所示，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成，即： 傳感器、單片機(jī)以及顯示部分組成。各個(gè)部分的方案論證如下：2.1傳感器的選擇目前，可用于測(cè)速的傳感器有很多，例如：光電傳感器，開關(guān)型 霍爾傳感器，電渦流傳感器以及光電編碼器等。方案一：采用光電傳感器光電傳感器是通過光電二極管和光敏三極管把光輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為磁輸入信號(hào)的器件。光電傳感器的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快、測(cè)量精

2、度高, 能夠直接輸出高低電平，缺點(diǎn)是容易受外來光線、灰塵等的影響，即 對(duì)周圍環(huán)境的要求比較高。方案二：采用開關(guān)型霍爾傳感器 開關(guān)型霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)把磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 的器件。開關(guān)型霍爾的優(yōu)點(diǎn)是能夠直接輸出高低電平， 屬于大信號(hào)傳 感器，對(duì)外部的信號(hào)調(diào)理電路要求不高， 缺點(diǎn)是響應(yīng)速度不如光電傳 感器。方案三：采用電渦流傳感器電渦流傳感器是利用電渦流效應(yīng)來工作的傳感器， 具有長(zhǎng)期工作 穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，但是輸出信號(hào)比較弱，后續(xù)處理電路比較 復(fù)雜，且一般價(jià)格比較高。在灰塵和粉塵較少而要求頻率響應(yīng)圍比較寬的情況下， 可以采用 光電傳感器。 而在灰塵和粉塵比較多的情況下， 則選用開關(guān)

3、型霍爾傳 感器。由于本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)自行車和汽車的測(cè)速， 故選用開關(guān)型霍 爾傳感器。2.2 顯示模塊的選擇方案一：采用LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管只可以顯示數(shù)字和簡(jiǎn)單的字母，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜， 程序編寫比較簡(jiǎn)單，功耗低，缺點(diǎn)是亮度不高，在要顯示數(shù)字多的場(chǎng) 合下，體積較大，比較占空間。方案二：采用LCD1602夜晶顯示LCD1602夜晶顯示模塊具有體積小、功耗低，對(duì)比度可調(diào)且能夠顯示ASCI碼和簡(jiǎn)單的漢字等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是成本比數(shù)碼管高，而 且程序編寫相對(duì)復(fù)雜。方案三：采用LCD12864夜晶顯示LCD12864液晶顯示屏優(yōu)點(diǎn)是能夠顯示漢字，且功耗比較低，其 確定是軟件編程比較復(fù)雜。2.3測(cè)速原理論證

4、測(cè)頻法原理：測(cè)頻法原理圖如圖1-2所示,即測(cè)量一段時(shí)間t，所計(jì)的脈沖數(shù) 為N,則所測(cè)得的頻率為f=t/N，其“ 1誤差”為1/N 1/ ft。由 此可見，在t 一定時(shí)，所測(cè)頻率f越高，則“1誤差”越小。因此測(cè)頻法適用于測(cè)低頻。圖1-2測(cè)頻法原理圖測(cè)周法原理：測(cè)周法原理圖如圖1-3所示，即對(duì)信號(hào)的周期T進(jìn)行測(cè)量，然后 根據(jù)f=1/T就可以得到頻率。在本設(shè)計(jì)中就是通過對(duì)單片機(jī)部時(shí)鐘脈 沖計(jì)數(shù)得到兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔 T。假設(shè)單片機(jī)部時(shí)鐘為f ,所 計(jì)得的脈沖數(shù)為N，則時(shí)間間隔T =N/ f，即頻率f二f /N。其“1誤差”為 1 / N 1 /Tf。由此可知，在時(shí)鐘脈沖f 一定時(shí)，所測(cè)的時(shí)間間隔

5、T越大，即所測(cè)頻率越低，則“1誤差”越小，精度越高JLFLIrT-圖1-3測(cè)周法原理圖綜上所述，為了提高所設(shè)計(jì)的測(cè)速儀的精度，因此本次設(shè)計(jì)采用 測(cè)頻法和測(cè)周法相結(jié)合的方法，即低頻時(shí)采用測(cè)周法，高頻時(shí)采用測(cè) 頻法。三、硬件設(shè)計(jì)總的原理框圖:圖1-4總的硬件原理框圖如圖1-4所示，即為整個(gè)系統(tǒng)的原理框圖，該智能測(cè)速儀是利用霍爾傳感器來采集信號(hào)，當(dāng)磁粒靠近霍爾傳感器時(shí)，霍爾傳感器向單 片機(jī)輸出一個(gè)脈沖，經(jīng)過單片機(jī)的處理，將頻率和轉(zhuǎn)速送到LCD1602中顯示。3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)圖1-5單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路如上圖1-5所示，主要由單片機(jī)、晶振電 路、復(fù)位電路三部分組成。其中晶振電路

6、由一個(gè)12MHz的晶體振蕩器和兩個(gè)瓷片電容組成，為單片機(jī)提供時(shí)鐘頻率，本次設(shè)計(jì)采用12M 晶振是為了使定時(shí)能夠更精準(zhǔn)，計(jì)算更方便。復(fù)位電路由上圖中的 S1,R3,R4和C1所組成，具有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種復(fù)位方式。由 于要使用P0 口作為數(shù)據(jù)傳送端，所以需要在P0加上拉電阻。本次設(shè) 計(jì)選用的單片機(jī)是STC89C54RD+。3.2霍爾傳感器電路I_CZI'-f3圖1-6霍爾傳感器電路原理圖霍爾傳感器電路如上圖1-6所示，本次設(shè)計(jì)選用的霍爾型號(hào)為44E開 關(guān)型霍爾傳感器，當(dāng)小磁?？拷鼤r(shí)，霍爾輸出低電平。圖中 D2為電 源指示燈，D1為小磁?？拷魻柕闹甘緹?。LM393為電壓比較器，2腳輸

7、入電壓為2.5V，此處加個(gè)電壓比較器使輸出信號(hào)更穩(wěn)定，能夠輸出比較穩(wěn)定的脈沖信號(hào)。3.3液晶顯示模塊電路圖1-7液晶顯示電路原理圖液晶顯示電路如右圖所示，其中1腳VSS和2腳VDD為電源地 和電源正極，3腳V0是用來調(diào)節(jié)液晶屏幕顯示的對(duì)比度的，4腳RS 為數(shù)據(jù)/命令選擇端，5腳R/W為讀寫端，6腳E為使能端，714腳 的DB0DB7為數(shù)據(jù)端，15腳BLA和16腳BLK為背光電源端。四、軟件設(shè)計(jì)4.1軟件實(shí)現(xiàn)功能并且能夠軟件主要實(shí)現(xiàn)功能是完成測(cè)頻法和測(cè)周法的算法實(shí)現(xiàn),進(jìn)行自動(dòng)的根據(jù)頻率圍進(jìn)行兩種方法之間的轉(zhuǎn)換。4.2主程序框圖液晶和中斷 初始化是測(cè)頻法標(biāo)志位置位 測(cè)周法標(biāo)志位清零測(cè)周法標(biāo)志位置位

8、 測(cè)頻法標(biāo)志位清零1顯示頻率和 轉(zhuǎn)速結(jié)束圖1-8主程序框圖主程序框圖如圖4.3定時(shí)器中斷程序框圖進(jìn)入中斷4.4外部中斷程序框圖三、模擬調(diào)試部分5.1模擬裝置簡(jiǎn)介本次設(shè)計(jì)所使用的5,2模擬調(diào)試方法5.3結(jié)果四、小結(jié)6.1實(shí)驗(yàn)中所遇到的問題 、在編程時(shí)，采用測(cè)周法時(shí)始終無法得到正確的頻率，所顯示 的頻率值始終在4000到5000左右變化，而定時(shí)器的計(jì)數(shù)值（用來計(jì) 算兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間的量）始終只有幾百，即時(shí)間為幾百微秒。 、在實(shí)際測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)測(cè)得的頻率值與實(shí)際的頻率值相差很大,且相對(duì)誤差在 10%左右，例如實(shí)際值為325r/min ，而測(cè)得值為354r/min，即相對(duì)誤差為（354-325）/32

9、5*100%=8.9%，誤差比較大。 、采用測(cè)周法時(shí)，當(dāng)頻率為0時(shí)，其實(shí)際顯示值不為零，始終 停留在之前的值，保持不變。6.2 分析、解決6.3 設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià)附錄 1-T n_11L#in clude<reg52.h>#defi ne uint un sig ned int#defi ne uchar un sig ned charsbit LCD_RS = P2A6; 液晶控制端sbit LCD_RW =卩2八5;sbit LCD_EP = P2A7;uchar code tab1 = "freq 0000 Hz" / 液晶第一行默認(rèn)顯示數(shù)據(jù) uchar co

10、de tab2 = "n 0000 r/mi n"/ 液晶第二行默認(rèn)顯示數(shù)據(jù)long speed_co un t=0; 計(jì)數(shù)值uint freq=0;/ 頻率值uint speed=0; 轉(zhuǎn)速值ui nt timer_cou nt=0;/ 定時(shí)器計(jì)數(shù)值uint int_t0_count=0;M法時(shí)外部中斷計(jì)數(shù)值uchar intt0_count=0;/T 法中用來平均的bit m_flag=1; /M 法標(biāo)志位bit t_flag=0; /T 法標(biāo)志位bit first_flag=0; / 第一個(gè)測(cè)頻值顯示的標(biāo)志void delay(uchar ms);/延時(shí)子程序void

11、 init_interuppt();/ 定時(shí)器 0 初始化void lcd_init();/ 液晶初始化void write_1602_wcmd(uchar );/液晶寫入指令函數(shù)void write_1602_wdat(uchar dat);/ 液晶寫入數(shù)據(jù)函數(shù)void write_speed(uchar address,ui nt dat);/160藥速度值 void main()lcd_init();/液晶初始化init_interuppt();/中斷初始化while(1)if(first_flag=1)if(freq>1000)/頻率大于 1000則采用測(cè)頻法 m_flag=1;

12、 t_flag=0;else m_flag=0; t_flag=1; write_speed(0x45,freq); /顯示頻率值 write_speed(5,speed); /顯/ 示轉(zhuǎn)速值*/* /* 延時(shí)函數(shù)/*'void delay(uchar ms)uint i,j;for(i=ms;i>0;i-) for(j=150;j>0;j-);/*/* 定 時(shí) 器 計(jì) 數(shù) 器 初 始 化 */void init_interuppt()/設(shè)置為工作方式 1，16 位計(jì)數(shù)方式TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%2

13、56;ET0=1; /使能定時(shí)器 0 中斷EX0=1;/使能外部中斷IT0=1;/下降沿觸發(fā)EA=1;/使能總中斷TR0=1;/開定時(shí)器 0 中斷/*/* 定時(shí)器中斷函數(shù)void timer0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; /每 50 毫秒進(jìn)一次中斷 TL0=(65536-50000)%256;if(m_flag=1)timer_count+;if(timer_count=20)/每 1 秒鐘更新一次速度freq=int_t0_count;speed=freq*10;/頻率轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速int_t0_count=0;timer_count=0;if(fi

14、rst_flag=0)first_flag=1;if(t_flag=1)timer_count+;if(timer_count=10) speed=0; freq=0;/*外部中斷函數(shù)*/void int_t0() interrupt 0if(m_flag=1)int_t0_count+;if(t_flag=1)intt0_count+;speed_count += TH0*256 + TL0 + timer_count*65536; if(intt0_count=2)freq = (unsigned int)(2000000.0/(speed_count); speed = (unsigne

15、d int)(2000000.0/(speed_count)*10); speed_count=0;intt0_count=0;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;timer_count = 0;/*/ /*LCD 初始化設(shè)定/*/ void lcd_init()*/uchar i;write_1602_wcmd(0x38);write_1602_wcmd(0x0c);write_1602_wcmd(0x06);write_1602_wcmd(0x01);write_1602_wcmd(0x82);for(i=0;i<13;i+)wri

16、te_1602_wdat(tab2i);write_1602_wcmd(0xc0);for(i=0;i<12;i+)write_1602_wdat(tab1i);/16*2 顯示， 5*7 點(diǎn)陣，8 位數(shù)據(jù) /顯示開，關(guān)光標(biāo)/移動(dòng)光標(biāo)/清除 LCD 的顯示容/第一行字符寫入的位置/*/ /*寫指令到 LCD /*/ void write_1602_wcmd(uchar )*/LCD_RS = 0; LCD_RW = 0;P0 = ;/送入數(shù)據(jù)delay(1);LCD_EP = 1;delay(1);LCD_EP = 0;/置為寫入命令，低為寫指令/拉高使能端/完成高脈沖，傳入數(shù)據(jù)到 LCD/*/ /*寫數(shù)據(jù)到 LCD /*/ void write_1602_wdat(uchar dat)*/LCD_RW = 0;P0 = dat;/送入數(shù)據(jù)delay(1);LCD_EP = 1;/拉高使能端delay(1);LCD_EP = 0;/完成高脈沖，傳入數(shù)據(jù)到 LCD*/ /*/ /* 寫速度值到 LCD void write_speed(uchar address,u