畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)論文 電氣自動化 基于單片機的直流電動機測速系統(tǒng)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計論文題目基于單片機的直流測速專業(yè)電氣自動化技術(shù)班級姓名學號指導(dǎo)教師二○0九年畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書專業(yè):電氣自動化技術(shù)班級:學生簽名:設(shè)計題目基于單片機的直流電動機測速系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計內(nèi)容要求和技術(shù)參數(shù)確定單片機型號。設(shè)計單片機控制程序。選擇相應(yīng)的測速數(shù)學模型及電路。該系統(tǒng)的狀態(tài)分析。設(shè)計應(yīng)完成的技術(shù)資料硬件電路圖一張。程序流程圖一份。程序文件一份。系統(tǒng)說明書一份。畢業(yè)設(shè)計說明書一份。設(shè)計考核的主要知識與技能培養(yǎng)學生的團隊意識，嚴格、認真、一絲不茍的科學精神，勇于探索的創(chuàng)新精神考核學生電路設(shè)計能力?？己藢W生單片機應(yīng)用綜合設(shè)計能力?？己藢W生對控制系統(tǒng)的了解。設(shè)計時間:2021年10月13日至2021年12月31日指導(dǎo)教師簽名:趙鵬畢業(yè)設(shè)計進度表和平時考核周次任務(wù)階段名稱及主要內(nèi)容學生簽名:班級:平時成績:指導(dǎo)教師簽名:年月日指導(dǎo)教師評語和評分意見學生姓名:評語:評分:指導(dǎo)教師簽名:年月日畢業(yè)辯論考核和畢業(yè)設(shè)計成績學生姓名:1.辯論評語:評分:2.畢業(yè)設(shè)計成績:根據(jù)學生平時表現(xiàn)、指導(dǎo)教師評語意見，經(jīng)辯論小組考核，綜合評定該生畢業(yè)設(shè)計成績?yōu)檗q論小組:組長簽名組員簽名年月日目錄畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書-----------------------------------------------2目錄-----------------------------------------------------------6摘要〔英文〕--------------------------------------------------7第一章單片機的組成及特點---------------------------------81.1、單片機的組成簡介---------------------------------------81.1.1中央處理器------------------------------------------------1.1.2存儲器----------------------------------------------------1.1.3數(shù)據(jù)存儲器〔RAM〕-----------------------------------------1.1.4程序存儲器〔ROM〕-----------------------------------------1.2、單片機的特點--------------------------------------------91.2.1高集成度、高可靠性----------------------------------------1.2.2控制功能強------------------------------------------------1.2.3低電壓、低功耗--------------------------------------------1.2.4優(yōu)異的性能價格比------------------------------------------1.2.5外部總線--------------------------------------------------1.2.6單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置--------------------------------1.3單片機的應(yīng)用---------------------------------------------91.3.1在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用----------------------------------------1.3.2在智能化儀器儀表中的應(yīng)用----------------------------------1.3.3在機電一體化中的應(yīng)用--------------------------------------1.3.4在智能接口中的應(yīng)用----------------------------------------1.3.5在人類生活中的應(yīng)用----------------------------------------第二章單片機的分類及主要結(jié)構(gòu)特性-------------------------102.1.1通用型/專用型2.1.2總線型/非總線型2.1.3控制型/家電型2.2單片機的主要結(jié)構(gòu)特性--------------------------------------112.2.1管腳說明第三章直流測速系統(tǒng)的設(shè)計-----------------------------------143.1硬件系統(tǒng)的設(shè)計----------------------------------------------143.1.1應(yīng)用軟件的設(shè)計--------------------------------------------3.1.2應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)步驟------------------------------------------3.2應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例—基于單片機的直流測速系統(tǒng)------------------153.2.1技術(shù)指標--------------------------------------------------3.2.2控制方案--------------------------------------------------3.2.3硬件設(shè)計--------------------------------------------------3.2.4測速系統(tǒng)程序----------------------------------------------3.3軟件系統(tǒng)的設(shè)計----------------------------------------------293.3.1測速系統(tǒng)工作流程------------------------------------------第四章心得體會及總結(jié)---------------------------------------304.1

本次設(shè)計心得體會--------------------------------------------304.2

總結(jié)--------------------------------------------------------304.3

謝詞--------------------------------------------------------31參考文獻資料----------------------------------------------------32摘要Atpresent,single-chipandchiptechnologywiththefeaturesandthecontinuousdevelopmentofmature,single-chiptechnologyinindustrialmonitoringandcontrolsystemiswidelyused.Market,therewerealotofmodelsofsinglechipandperipheryofthecorrespondingmodularproducts,particularlyinthePICMCU8051seriesandthemostpopular.Avarietyofpowerfulsingle-chipisindeedacontrolsystemdesignedtoreducetheworkloadofstaff,buttherearetwoissues:First,intheprocessofselectionofsingle-chipdoesnottakeanintegratedhardwareandsoftwaredesign,thatis,onlythehardwareConvenience,withnocorrespondingsoftware,sothesystemdesigncycle,hardwareandsoftwaredesignprocessofseparationandindependenceofeachother,nointeractionbeforethesystemintegration;Second,thechoiceofhardware,systemdevelopmentdoesnottakeCyclecostsandoftenrequirethepurchaseofspecialsystemsanddevelopmentprogrammers,developerswouldalsoliketospendsometimewithinstructionsandsimulator,toextendthedevelopmentcycle.Itisclearthatsuchaprojectbasedonthefunctionofthechoiceofsingle-chipdesignlimitstheabilitytobalancehardwareandsoftware,hardwareandsoftwarecannotgivefullplaytotheirpotential.Whenthefinalcombinationofhardwareandsoftwaretogether,islikelytobeonthehardwareorsoftwaremodifications,andinsomecasestoincreasethespecialpartofthehardware,resultinginthedevelopmentcycletoextendthesystemperformanceanddecreasethepotentialincreaseindevelopmentcosts.Tothisend,inthedevelopmentcycleandcostconstraintsofthecompletedesigncontrolsystems,theneedtoadoptanintegratedhardwareandsoftwaredesign.Inthispaper,hardwareandsoftwaretechnologyplatformisanintegratedhardwareandsoftwareinthedesignbasis,takingintoaccounttheuniquesingle-chipmeasurementandcontrolsystemanditsapplicationinmostareasofsimilaritytoacommonhardwareplatformandComputersoftwareplatformtoachieverapidandeffectivemonitoringandcontrolsystem,anintegrateddesign.Usersonlyneedtoprojectbasedontherequirementsofthepreparationofthecorrespondingprocedurestocompletetheentiresystem.ThedesignoftheHallsensorisusedinmeasuringthefrequencyofnotationapproachtothedesign.

Asarule,cancount,andpulsewidthmeasurementaccuracy,andotherlawstobetested.Theso-calledcount,isgivenagate,thegateatthetimecountingthenumberofinputpulse;pulse-widthmeasurementmethodistheuseoftestsignalstocontrolthewidthofthegatecount,ahigh-precisionhigh-frequencysignalscountcount.Asthegateandthesignalcannotbemeasuredsimultaneously,sotherearetwomethods±1error,thefirstmethodapplicabletotheuseofhigh-frequencysignal,thesecondapproachintheuseoflow-frequencysignals.,Andotherrulesforhigh-accuracy,low-frequencysignalsareverygoodadaptation.Keywords：SpeedSensorHallAT89C51第一章單片機的組成及特點把智能賦予各種機械的稱微控制器(亦稱單片機).顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。單片機是微型機的一個主要分支，在結(jié)構(gòu)上的最大特點是把CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。就其組成和功能而言，一塊單片機芯片就是一臺計算機。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子〞里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。1.1、單片機的組成單片機的結(jié)構(gòu)特征是將組成計算機的根本部件集成在一塊晶體芯片上，構(gòu)成一臺功能獨特的、完整的單片微型計算機。圖1-1為單片機的典型結(jié)構(gòu)框圖圖1單片機的典型結(jié)構(gòu)框圖下面簡要介紹各組成局部。1.1.1單片機中的中央處理器CPU和通用微處理器根本相同，由運算器和控制器組成，另外增設(shè)了“面向控制〞的處理功能，如位處理、查表、多種跳轉(zhuǎn)、乘除法運算、狀態(tài)檢測、中斷處理等，增強了實時性。1.1.2單片機的存儲空間有兩種根本結(jié)構(gòu)。一種是普林斯頓結(jié)構(gòu)〔Princeton〕，將程序和數(shù)據(jù)合用一個存儲器空間，即ROM和RAM的地址同在一個空間里分配不同的地址。CPU訪問存儲器時，一個地址對應(yīng)惟一的一個存儲單元，可以是ROM，也可以是RAM，用同類的訪問指令。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，稱為哈佛〔Harvard〕結(jié)構(gòu)。CPU用不同的指令訪問不同的存儲器空間。由于單片機實際應(yīng)用中“面向控制〞的特點，一般需要較大的程序存儲器。目前，包括MCS-51和80C1.1.3數(shù)據(jù)存儲器〔RAM在單片機中，用隨機存取的存儲器〔RAM〕來存儲數(shù)據(jù)，暫存運行期間的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、緩沖和標志位等，所以稱之為數(shù)據(jù)存儲器。一般在單片機內(nèi)部設(shè)置一定容量〔64B～256B〕的RAM，并以高速RAM的形式集成在單片機內(nèi)，以加快單片機的運行速度。同時，單片機內(nèi)還把專用的存放器和通用的存放器放在同一片內(nèi)RAM統(tǒng)一編址，以利于運行速度的提高。對于某些應(yīng)用系統(tǒng)，還可以外部擴展數(shù)據(jù)存儲器。1.1.4程序存儲器〔ROM單片機的應(yīng)用中常常將開發(fā)調(diào)試成功后的應(yīng)用程序存儲在程序存儲器中，因為不再改變，所以這種存儲器都采用只讀存儲器ROM的形式。1.2、單片機的特點單片機獨特的結(jié)構(gòu)決定了它具有如下特點。1.2.1單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。1.2.2為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件：分支轉(zhuǎn)移能力、I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。1.2.3為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機內(nèi)的工作電壓僅為1.8V～3.6V，而工作電流僅為數(shù)百微安。1.2.4單片機的性能極高。為了提高速度和運行效率，單片機已開始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可到達1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達62MB，RAM容量那么可達2MB。由于單片機的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。1.2.51.2.61.3、單片機的應(yīng)用由于單片機功能的飛速開展，它的應(yīng)用范圍日益廣泛，已遠遠超出了計算機科學的領(lǐng)域。小到玩具、信用卡，大到航天器、機器人，從實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、過程控制、模糊控制等智能系統(tǒng)到人類的日常生活，到處都離不開單片機。其主要的應(yīng)用領(lǐng)域如下。1.3.1單片機可以用于構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。例如，工業(yè)上的鍋爐控制、電機控制、車輛檢測系統(tǒng)、水閘自動控制、數(shù)控機床及軍事上的雷達、導(dǎo)彈系統(tǒng)等。1.3.2單片機應(yīng)用于儀器儀表設(shè)備中促使儀器儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化和綜合化等方向開展。單片機的軟件編程技術(shù)使長期以來測量儀表中的誤差修正、線性化的處理等難題迎刃而解。1.3.3單片機與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品結(jié)合使傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，控制走向智能化，構(gòu)成新一代的機電一體化產(chǎn)品。這是機械工業(yè)開展的方向。1.3.4計算機系統(tǒng)，特別是較大型的工業(yè)測控系統(tǒng)中采用單片機進行接口的控制管理，單片機與主機并行工作，可大大提高系統(tǒng)的運行速度。例如，在大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用單片機對模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口進行控制不僅可提高采集速度，還可以對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。如數(shù)字濾波、誤差修正、線性化處理等。1.3.5單片機由于其價格低廉、體積小巧，被廣泛應(yīng)用在人類生活的諸多場合，如烘干箱、洗衣機、電冰箱、空調(diào)器、電飯煲、視聽音響設(shè)備、大屏幕顯示系統(tǒng)、電子玩具、信用卡、樓宇防盜系統(tǒng)等。單片機將使人類的生活更加方便舒適，豐富多彩。第二章單片機的分類及主要結(jié)構(gòu)特性2.1單片機的分類單片機作為計算機開展的一個重要領(lǐng)域，應(yīng)用一個較科學的分類方法。根據(jù)目前開展情況，從不同角度單片機大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。

2.這是按單片機適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51是通用型單片機，它不是為某種專用途設(shè)計的；專用型單片機是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測量控制電路。

2.這是按單片機是否提供并行總線來區(qū)分的?？偩€型單片機普遍設(shè)置有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴展并行外圍器件都可通過串行口與單片機連接，另外，許多單片機已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴展總線，大大減省封裝本錢和芯片體積，這類單片機稱為非總線型單片機。

2.這是按照單片機大致應(yīng)用的領(lǐng)域進行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運算能力強；用于家電的單片機多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為如圖3所示：圖32.2單片機的主要結(jié)構(gòu)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)保存時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定

·128*8位內(nèi)部RAM·32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·低功耗的閑置和掉電模式

·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2.2.1管腳說明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(nèi)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(nèi)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，這是由于內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)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(nèi)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“P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：口管腳備選功能P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2/INT0外部中斷0P3.3/INT1外部中斷1P3.4T0記時器0外部輸入P3.5T1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)存儲器讀選通表1

P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。P0，P1，P2，P3口引角圖為如圖4：RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。復(fù)位電路圖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。晶振電路圖/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外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，那么在此期間外部程序存儲器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)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(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。第三章直流測速系統(tǒng)的設(shè)計3.1硬件系統(tǒng)的設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計可劃分為兩局部：一局部是與單片機直接接口的數(shù)字電路范圍的電路芯片的設(shè)計。如存儲器和并行接口的擴展，定時系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)擴展,一般的外部設(shè)備的接口,甚至于A/D.D/A芯片的接口。另一局部是與模擬電路相關(guān)的電路設(shè)計，包括信號整形、變換、隔離和選用傳感器；輸出通道中的隔離和驅(qū)動以及執(zhí)行元件的選用。〔1〕從應(yīng)用系統(tǒng)的總線觀年出發(fā)，各局部系統(tǒng)和通道接口設(shè)計與單片機要做到全局一盤棋。例如，芯片間的時間是否匹配，電平是否兼容，能否實現(xiàn)總線隔離緩沖等，防止“拼盤〞戰(zhàn)術(shù)。〔2〕盡可能選用符合單片機用法的典型電路?！?〕盡可能采用新技術(shù)，選用新的元件及芯片?！?〕抗干擾設(shè)計是硬件的重要內(nèi)容，如看門狗、去耦濾波、通道隔離、合理的印制板布線等?！?〕當系統(tǒng)擴展的各類接口芯片較多時，要充分考慮到總線驅(qū)動能力?！?〕可用印制板輔助設(shè)計軟件，如PROTEL進行印制板的設(shè)計。3.1.1采用模塊程序設(shè)計。采用自頂向下的程序設(shè)計。外部設(shè)備和外部事件盡量采用中斷方式與CPU聯(lián)絡(luò)，這樣即便與系統(tǒng)模塊化，也提高程序效率。近幾年推出的單片機開發(fā)系統(tǒng)，有些是支持高級語言的，如C51與PL/M96的編程和在線跟蹤調(diào)試。目前已有一些實用子程序發(fā)表，程序設(shè)計時可適當使用，其中包括運行子程序和控制算法程序等。系統(tǒng)的軟件應(yīng)充分考慮到軟件抗干擾措施。3.1.2確定設(shè)計方案了解用戶的需求，確定設(shè)計規(guī)模和總體框架。摸清軟件技術(shù)難度，明確技術(shù)主攻問題。針對主攻問題開發(fā)調(diào)研工作，查找中外有關(guān)資料，確定初步方案。單片機應(yīng)用開發(fā)技術(shù)是軟件結(jié)合的技術(shù)，方案設(shè)計要權(quán)衡任務(wù)的硬軟件分工。有時硬件設(shè)計會影響到軟件程序結(jié)構(gòu)。如果系統(tǒng)中增加某個硬件接口芯片，而給系統(tǒng)程序的模塊化帶來了可能和方便，那么這個硬件開銷是值得的。在無礙大局的情況下，以軟件代替硬件正是計算機技術(shù)的長處。盡量采納可借鑒的成熟技術(shù)，減少重復(fù)性勞動。硬件設(shè)計單片機電路設(shè)計擴展電路和輸入/輸出通道設(shè)計控制面板設(shè)計軟件設(shè)計采用模塊化程序設(shè)計、自頂向下的設(shè)計方法。硬軟件調(diào)試程序的錄入、編輯和交叉匯編功能。提供仿真RAM、仿真單片機。支持用戶匯編語言〔有的同時支持高級語言〕源文件跟蹤調(diào)試。目前一般的開發(fā)裝置都有與通用微機的連機接口，可以利用微機環(huán)境進性調(diào)試。EPROM的寫入功能。EPROM固化所有開發(fā)裝置調(diào)試通過的程序，最終要脫機運行，即將仿真ROM中運行的程序固化到EPROM脫機運行。但在開發(fā)裝置上運行正常的程序，固化后脫機運行并不一定同樣正常。假設(shè)脫機運行有問題，需分析原因，如是否總線驅(qū)動功能不夠，或是對接口芯片操作的時間不匹配等。經(jīng)修改的程序需再次寫入。3.2應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例—基于單片機直流測速系統(tǒng)3.2.11.確定單片機型號。2.設(shè)計單片機控制程序。3.選擇相應(yīng)的測速數(shù)學模型及電路。4.該系統(tǒng)的狀態(tài)分析。3.2.2方案1:利用霍爾傳感器

霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關(guān)信號采集的有CS3020、CS3040等，這種傳感器是一個3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路〔OC〕門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對準自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸出。此主題相關(guān)圖片如下：圖5.CS3020外形圖

使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。

方案2:利用光電傳感器光電傳感器是應(yīng)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，根本的原理就是當發(fā)射管光照射到接收管時，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷。以透射式為例，如圖2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(guān)管關(guān)斷，否那么翻開。為此，可以制作一個遮光葉片如圖3所示，安裝在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。

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圖6.光電傳感器的原理圖此主題相關(guān)圖片如下：

圖7.遮光葉片方案3．光電編碼器光電編碼器的工作原理與光電傳感器一樣，不過它已將光電傳感器、電子電路、碼盤等做成一個整體，只要用連軸器將光電傳感器的軸與轉(zhuǎn)軸相連，就能獲得多種輸出信號。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。如圖4所示，是某光電編碼器的外形。此主題相關(guān)圖片如下：

圖8.成品光電編碼器3.2.31、利用霍爾傳感器測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原那么同樣適用于測速。

通常，可以用計數(shù)法、測脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數(shù)法，就是給定一個閘門時間，在閘門時間內(nèi)計數(shù)輸入的脈沖個數(shù)；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數(shù)門，對一個高精度的高頻計數(shù)信號進行計數(shù)。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在±1誤差的問題，第一種方法適用于信號頻率高時使用，第二種方法那么在信號頻率低時使用。等精度法那么對高、低頻信號都有很好的適應(yīng)性。這里為簡化討論，僅采用計數(shù)法來進行測試。

下列圖所示是測速器的電路圖，由六位數(shù)碼管和測速接口組成。其中T0處接的只畫了一只CS3020組成的霍爾傳感器接線圖，如果采用光電傳感器接口也是一樣的。測速計電路原理圖如下：

圖9.硬件原理圖2、利用光電傳感器圖10.硬件圖復(fù)位電路復(fù)位電路鍵盤整形光電編碼盤RESETP0.0P3.2P3.3.P0.7AT89C51P3.0P3.1P1.04位串行顯示P1.7圖11.硬件原理方框圖此調(diào)速系統(tǒng)的硬件原理方框圖如上圖本系統(tǒng)核心為AT89C51，包括測速電路、速度設(shè)置和顯示電路、PWM波形發(fā)電路以及PWM功放電路。此種方法在這里不做詳細介紹。3.2.4DISPBUFEQU5AH

;顯示緩沖區(qū)從5AH開始

SecCounEQU59H

SpCounEQU57H;速度計時器單元57H和58H，高位在前〔57H單元中〕

CountEQU56H;顯示時的計數(shù)器

SpCalcbit00h;要求計算速度的標志

HiddenEQU16;消隱碼

ORG0000H

AJMPSTART

ORG1BH

JMPTIMER1;定時中斷1入口

ORG30H

START:MOVSP,#5FH;設(shè)置堆棧

MOVP1,#0FFH

MOVP0,#0FFH

MOVP2,#0FFH;初始化，所有顯示器、LED滅

MOVTMOD,#00010101B;定時器T1工作于方式1，定時器0工作方式1MOVTH1,#HIGH(65536-4000)

MOVTL1,#LOW(65536-4000)

SETBTR1

SETBET1;開定時器1中斷

SETBEA

LOOP:JNBSpCalc,LOOP;如果未要求計算，轉(zhuǎn)本身循環(huán)

;標號：

ＭＵＬＤ

功能：雙字節(jié)二進制無符號數(shù)乘法

;入口條件：被乘數(shù)在R2、R3中，乘數(shù)在R6、R7中。

;出口信息：乘積在R2、R3、R4、R5中。

;影響資源：PSW、A、B、R2～R7

堆棧需求：

２字節(jié)

MOVR2,SpCoun

MOVR3,SpCoun+1

MOVR6,#0

MOVR7,#5;測得的數(shù)值是每秒計數(shù)值，轉(zhuǎn)為每分轉(zhuǎn)速〔每一轉(zhuǎn)測12次，故乘5而非60〕

CALLMULD

;標號：

ＨＢ２

功能：雙字節(jié)十六進制整數(shù)轉(zhuǎn)換成雙字節(jié)ＢＣＤ碼整數(shù)

;入口條件：待轉(zhuǎn)換的雙字節(jié)十六進制整數(shù)在R6、R7中。

;出口信息：轉(zhuǎn)換后的三字節(jié)ＢＣＤ碼整數(shù)在R3、R4、R5中。

;影響資源：PSW、A、R2～R7

堆棧需求：

２字節(jié)

MOVA,R4

MOVR6,A

MOVA,R5

MOVR7,A;將乘得的結(jié)果送R6R準備轉(zhuǎn)換，這里結(jié)果不可能超過2字節(jié)

CALLHB2

CBCD:

MOVDISPBUF,R3;最高位

MOVA,R4;

ANLA,#0F0H;去掉低4位

SWAPA;將高4位切換到低4位

MOVDISPBUF+1,A

MOVA,R4

ANLA,#0FH

MOVDISPBUF+2,A

MOVA,R5

ANLA,#0F0H

SWAPA

MOVDISPBUF+3,A

MOVA,R5

ANLA,#0FH

MOVDISPBUF+4,A

CLRSpCalc;清計算標志

JMPLOOP

;主程序到此結(jié)束

TIMER1:PUSHACC;ACC入棧

PUSHPSW;PSW入棧

SETBRS0;工作區(qū)1

JNBTR0,SETTR0;如果T0未運行，那么開啟T0

JMPGO1

SETTR0:

SETBTR0

GO1:

INCSecCoun;秒計數(shù)器加1

MOVA,SecCoun

CJNEA,#251,Go2;如果未到1s那么轉(zhuǎn)

CLRTR0;1ｓ到了，那么停止T0的運行

MOVSpCoun,TH0

MOVSpCoun+1,TL0;讀取計數(shù)值

CLRA

MOVTH0,A

MOVTL0,A;清計數(shù)器

SETBSpCalc;要求主程序計算速度

MOVSecCoun,#0;清秒計數(shù)器

Go2:

INCCOUNT

;用于顯示的計數(shù)器

MOVA,COUNT

CLRC

SUBBA,#6

JZN1

JMPN2

N1:MOVCOUNT,#0

N2:MOVA,#DISPBUF

ADDA,COUNT

MOVR0,A;指向當前要顯示的顯示緩沖區(qū)

MOVA,@R0;取第一個待顯示數(shù)

MOVDPTR,#DISPTAB;字形表首地址

MOVCA,@A+DPTR

;取字形碼

MOVP0,A;將字形碼送P0位〔段口〕

MOVA,COUNT

MOVDPTR,#BitTab;字位表首地址

MOVCA,@A+DPTR

ORLP2,#11111100B

ANLP2,A

MOVTH1,#HIGH(65536-4000)

MOVTL1,#LOW(65536-4000)

POPPSW

POPACC

RETIBitTab:DB

7Fh,0BFH,0DFH,0EFH,0F7H,0FBH

DISPTAB:DB

0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH程序2：LEDMOD EQU 10H；左邊輸入8位字符顯示；外部譯碼鍵掃描方式，雙鍵互鎖LEDFEQ EQU 36H；掃描速率LEDCLS EQU 0C1H；去除顯示RAMLEDWRO EQU 80H；設(shè)定的將要寫入的顯示RAM地址DAC0832 EQU 8000H；D/A轉(zhuǎn)換地址LEDDBUF EQU 30HPULSEL EQU 50HPULSEH EQU 51HSPEED EQU 52H ；速度SPEED1 EQU 53H ；速度TIMER EQU 54H ；軟件計數(shù)20次DAC EQU 58H ;；轉(zhuǎn)速計算：設(shè)T0定時50s，那么1s有20個50ms，1分鐘有1200個50ms，；設(shè)50ms內(nèi)T1計數(shù)為n個脈沖，那么1分鐘有1200n個脈沖，而脈沖編碼器一轉(zhuǎn)產(chǎn)生12個脈沖，那么轉(zhuǎn)速為100n轉(zhuǎn)/分?；蛟O(shè)一秒內(nèi)T1計數(shù)為m個脈沖，那么轉(zhuǎn)速為5m轉(zhuǎn)/分；ORG0000HLJMPSTARTORG000BHLJMPINTTO;定時器T0中斷效勞程序ORG0100HSTART:MOVSP,60HMOVDPTR,#DAC0832MOVA,#00HMOVDAC,#00MOVX@DPTR,A;使電機停轉(zhuǎn)MOVPULSEL,#0MOVPULSEH,#0MOVSPEED,#40；設(shè)置運行速度040轉(zhuǎn)/秒MOVA,SPEEDMOVB,#10DIVABMOVB,#6MULABMOVSPEED1,A;SPEED1=SPEED*60/100SPEED為設(shè)定的每秒轉(zhuǎn)速LCALLINIT8279MOVTL0,#00H；50ms(65536-50000*11,0592/12=4C00H)MOVTH0,#4CHMOVTIMER,#20;軟件計數(shù)20次MOVTH1,#0MOVTL0,#0MOVTMOD,#51H；置T0定時，T1計數(shù)SETBET0；允許T0中斷SETBTR0；開始定時SETBTR1；開始計數(shù)SETBEA；中斷允許MLOOP:LCALLDACOUT；驅(qū)動輸出SJMPMLOOPDACOUT:MOVDPTR,#DAC0832MOVA,DACMOVX@DPTR,A；驅(qū)動電機輸出RETINTT0:；定時器T0中斷效勞程序PUSHDPH；保存現(xiàn)場PUSHDPLPUSHACCCLRTR1；停止T1計數(shù)CLRCMOVA,TL1ADDA,PULSELMOVPULSEL,ACLRAADDCA,PULSEHMOVPULSEH,AMOVA,SPEED1DECAMOVR7,AMOVA,TL1CJNEA,R7,PD1SJMPGOON;THL=SPEEDPD1:JCSHIFT;THL<SPEEDDACSJMPSHIFT1;THL>SPEEDDACMOVA,SPEED1INCAMOVR7,AMOVA,TL1CJNEA,R7,PD2SJMPGOON;THL=SPEED+1繼續(xù)PD2:JNCSHIFT1;THL>SPEED+1轉(zhuǎn)調(diào)小DACSJMPGOON;SPEED-1<THL<SPEED+1繼續(xù)SHIFT:DECDAC；小于設(shè)定速度GOON:MOVA,TIMERDECAMOVTIMER,AJNZBACK;軟件計數(shù)，次數(shù)不到返回MOVTIMER,#20MOVR7,PULSELMOVR6,PULSEHMOVR3,#5LACLLDIV12;MULD5MOVR6,R4MOVR7,R5LCALLToBCDMOVB,#10DIVABMOVLEDDBuf+1,AMOVLEDDBuF,BLCALLToDisplayLCALLDisplay；顯示轉(zhuǎn)速MOVPULSEL,#0MOVPULSEH,#0BACK:MOVTL0,#00H；重新賦初值50msMOVTH0,#4CHSETBTR0;重新開始定時操作MOVTL1,#0MOVTH1,#0SETBTR1；重新開始計數(shù)操作POPACCPOPDPLPOPDPHPUSHDPH；保存現(xiàn)場PUSHDPLPUSHACCLCALLDELAY；延時MOVX@DPTR,AMOVA,#LEDFEQ；置鍵盤掃描速率MOVA@DPTR,AMOVA,#LEDCLS；去除LED顯示MOVX@DPTR,ALCALLDELAY；延時POPACC；恢復(fù)現(xiàn)場POPDPLPOPDPHRETDISLED:PUSHDPH；保存現(xiàn)場PUSHDPLPUSHACCMOVA,#LEDWRO；置顯示起始地址ADDA,R4；加位置偏移量MOVDPTR,#Z8279MOVX@DPTR,A；設(shè)定顯示位置MOVDPTR,#LEDSEG；置顯示常數(shù)表起始位置MOVA,R5MOVCA,@A+DPTR；查表MOVDPTR,#D8279MOVX@DPTR,A；顯示數(shù)據(jù)POPACC；恢復(fù)現(xiàn)場POPDPLPOPDPHRETDISPLAY:MOVR0,#LEDDBUFMOVR1,#2;4MOVR4,#0NEXTBIT:MOVA,@R0MOVR5,ALCALLDISLEDINCR0INCR4DJNZR1,NEXTBITMOVR4,#4MOVR5,#12HLCALLDISLEDRETDELAY:；延時子程序PUSH0；保存現(xiàn)場PUSH1MOV0,#0HDELAY1:MOV1,#0HDJNZ0,DELAY1POP1；恢復(fù)現(xiàn)場POP0RETLEDSEG:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H;‘0H,1,2,3,4,5,6,7DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H;’8,9,A,B,C,D,E,F’DB00H,40H,73H;’,-,P’；功能：雙字節(jié)二進制無符號數(shù)除12；入口條件：被除數(shù)R6,R7中，乘數(shù)在R3中；出口信息：商在R3中DIV12:MOVR3,#2DIV2:MOVA,R6CLRCRRCAMOVR6,AMOVA,R7RRCAMOVR7,ADJNZR3,DIV2MOVB,#3DIVABMOVR3,ARET；功能：雙字節(jié)二進制無符號數(shù)乘5；入口條件：被除數(shù)R6,R7中，乘數(shù)在R3中；出口信息：乘積在R3，R4,R5中;影響資源：PSW,A,B.R3~R7MULD5:MOVA,R3;計算R3乘R7MOVB,R7MULABMOVR4,B；暫存局部積MOVR5,AMOVA,R3；計算R3乘R6MOVB,R6MULABADDA,R4累加局部積MOVR4,ACLRAADDCA,BMOVR3,ARET；功能：雙字節(jié)十六進制整數(shù)轉(zhuǎn)換成雙字節(jié)BCD碼：入口條件：待轉(zhuǎn)換的雙字節(jié)十六進整數(shù)在R6，R7中出口信息：轉(zhuǎn)換后的三個字節(jié)BCD碼整數(shù)在R3，R4，R5中TOBCD:CLRA；BCD碼初始化MOVR3,AMOVR4,AMOVR5,AMOVR2,#10H；轉(zhuǎn)換雙字節(jié)十六進制整數(shù)HB3:MOVA,R7；從高端移出待轉(zhuǎn)換數(shù)的一位到CY中RLCAMOVR7,AMOVA,R6RLCAMOVR6,AMOVA,R5；BCD碼帶進位自身相加，相當于乘2ADDCA,R5DAA；十進制調(diào)整MOVR5,AMOVA,R4ADDCA,R4DAAMOVR4,AMOVA,R3ADDCA,R3MOVR3,A；雙字節(jié)十六進制樹的萬位數(shù)不超過6，不用調(diào)整DJNZR2,HB3；處理完16bitRETToDisply:MOVA,R5SWAPAANLA,#0fhMOVLEDDBuf+1,A；R5高四位送緩存1MOVA,R5ANLA,#0fhMOVLEDDBuf,A；R5低四位送緩存0MOVA,R4SWAPAANLA,#0fhMOVLEDDBuf+3,A；R4高四位送緩存3MOVA,R4ANLA,#0fhMOVLEDDBuf+2,A；R4低四位送緩存2RETEND程序分析

主程序在對定時器、計數(shù)器、堆棧等進行初始化后即判斷標志SpCalc是否為1，如果為1，說明要求對數(shù)據(jù)進行計算處理，首先將SpCalc標志清零，以保證下次能正常判斷，然后進入數(shù)據(jù)處理程序，由于這里的閘門時間為1s，而顯示要求為轉(zhuǎn)/分，因此，要將測到的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的方法是將測得的數(shù)據(jù)乘以60，但由于轉(zhuǎn)軸上安裝有12只磁鋼，每旋轉(zhuǎn)一周可以得到12個脈沖，因此，要將測得的數(shù)據(jù)除以12，所以綜合起來，將測得的數(shù)據(jù)乘以5即可得到每分鐘的轉(zhuǎn)速。計算得到的結(jié)果是二進制的整數(shù)，要將數(shù)據(jù)送往顯示緩沖區(qū)需要將該數(shù)轉(zhuǎn)化為BCD碼。運算得到的是壓縮BCD碼，需要將其轉(zhuǎn)換為非壓縮BCD碼，從標號CBCD開始的一段程序即作了這樣的處理。需要說明的是，這里多位二進制乘法和多位二進制到BCD碼的轉(zhuǎn)換都是用了現(xiàn)成的成熟子程序，因此，首先將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為壓結(jié)合實際BCD碼，然后再轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD碼，看似多寫了些程序，實際上這對于保證程序的質(zhì)量很有好處。

定時器T1用作4ms定時發(fā)生器，在定時中斷程序中進行數(shù)碼管的動態(tài)掃描，同時產(chǎn)生1s的閘門信號。1s閘門信號的產(chǎn)生是通過一個計數(shù)器Count，每次中斷時間為4ms，每計250次即為1s，到了1s后，即去除計數(shù)器Count，然后關(guān)閉作為計數(shù)器用的T0，讀出TH0、TL0中的數(shù)值，分別送入SpCoun和SpCoun+1單元，將T0中的值清空，置SpCalc標志為1，要求主程序進行速度值的計算。這里還有一個細節(jié)，用作1s閘門信號產(chǎn)生的Count每次中斷都會加1，而T0卻有一個周期是被關(guān)閉的，因此，計數(shù)值是251而不是25(4)LED數(shù)碼顯示器簡介發(fā)光二極管LED是一種通電后能發(fā)光的半導(dǎo)體器件，其導(dǎo)電性質(zhì)與普通二極管類似。LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組合而成的1種新型顯示器件。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍。(5)LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)LED數(shù)碼顯示器是1種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數(shù)點。(6)LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方法1〕共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入高電平時那么不點亮。2〕共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當陽極端輸入高電平時，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入低電平時那么不點亮。在本設(shè)計中所采用的是LED數(shù)碼靜態(tài)顯示器，其引腳排列如下列圖所示：圖12〔7〕光電隔離是通過光電耦合器實現(xiàn)的。光電耦合器是將一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管封裝在一個外殼里的器件，其中符號如圖1.8所示。發(fā)光二極管與光敏三極管之間用透明絕緣體填充，并使發(fā)光管與光敏管對準，那么輸入電信號使發(fā)光二極管發(fā)光，其光線又使光敏三極管電信號輸出，從而既完成了信號的傳遞，又實現(xiàn)了信號與接收電路之間的電氣隔離，割斷了噪聲從一個電路進入另一個電路的通路，如圖1.9所示。除隔離和抗干擾功能以外，光電耦合器還用于實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，如圖1.10所示。光電耦合器的響應(yīng)時間一般不超過幾微秒，采用光電隔離技術(shù)，不僅可以把主機與輸入通道進行隔離，而且還可以把主機與輸出通道進行隔離，構(gòu)成所謂“全浮空系統(tǒng)〞。輸出輸出4.3軟件系統(tǒng)的設(shè)計測速系統(tǒng)的工作流程<1>工作流程:圖13.系統(tǒng)流程框圖第四章心得體會及總結(jié)4.1

本次設(shè)計心得體會

在電子系統(tǒng)設(shè)計中，為了少走彎路和節(jié)省時間，應(yīng)充分考慮并滿足抗干擾

的要求，防止在設(shè)計完成后再去進行抗干擾的補救措施。形成干擾的根本要素有三個：1〕干擾源，指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號?！?〕傳播路徑。〔3〕敏感器件。

具體的抗干擾方案

一

軟件方面

1、習慣于將不用的代碼空間全清成“0”，因為這等效于NOP，可在程序跑飛時歸位；

2、在跳轉(zhuǎn)指令前加幾個NOP，目的同1；

3、在無硬件WatchDog時可采用軟件模擬WatchDog，以監(jiān)測程序的運行；

4、涉及處理外部器件參數(shù)調(diào)整或設(shè)置時，為防止外部器件因受干擾而出錯可定時將參數(shù)重新發(fā)送一遍，這樣可使外部器件盡快恢復(fù)正確；二

硬件方面：

1、地線、電源線的部線是很重要的；

2、線路的去偶；

3、數(shù)、模地的分開；

4、每個數(shù)字元件在地與電源之間都要104電容；

5、在有繼電器的應(yīng)用場合，尤其是大電流時，防繼電器觸點火花對電路的干擾，可在繼電器

線圈間并一104和二極管，在觸點和常開端間接4