畢業(yè)設(shè)計(jì) 數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng) 電動(dòng)機(jī)測(cè)速及顯示

摘 要 在工程實(shí)踐中 ,經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中，常需要分時(shí)或連續(xù)測(cè)量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。要測(cè)速，首先要解決是采樣問(wèn)題。在使用模技術(shù)制作測(cè)速表時(shí)，常用測(cè)速發(fā)電機(jī)的方法，即將測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測(cè)軸相連，測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。為了能精確地測(cè)量轉(zhuǎn)速外 ,還要保證測(cè)量的實(shí)時(shí)性 ,要求能測(cè)得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速方法。因此轉(zhuǎn)速的測(cè)試具有重要的意義。 關(guān)鍵詞 ： 電動(dòng)機(jī) 單片機(jī) 傳感器 1 目錄 1 概述 3 1.1 本課題設(shè)計(jì)的目的和 意義 3 1.2 數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展背景 3 2 單片機(jī) 4 2.1 單 片機(jī) AT89C51 介紹 4 3 系統(tǒng)方案提出和論證（傳感器的選擇） 8 3.1 方案一 霍爾傳感器測(cè)量方案 8 3.2 方案二 光電傳感器 9 4 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的原理 11 4.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量方法 11 4.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理 12 5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 14 5.1 轉(zhuǎn)速信號(hào)采集 14 5.2 轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) 16 5.3 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 5.3.1 復(fù)位電路（圖 4.8） 18 5.3.2 晶振電路 21 5.3.3 最小系統(tǒng)的仿真 22 6 顯示部分設(shè)計(jì) 23 7 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 26 7.1 主程序初始化 26 7.2 主程序流程圖程序流程圖 27 總 結(jié) 29 致謝 30 參考文獻(xiàn) 31 2 1.概述 1.1 本設(shè)計(jì)課題的目的和意義 在工程實(shí)踐中 ,經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合 , 例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中 ,常需要分時(shí)或連續(xù)測(cè)量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。要測(cè)速，首先要解決是采樣問(wèn)題。在使用模技術(shù)制作測(cè)速表時(shí)，常用測(cè)速發(fā)電機(jī)的方法，即將測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測(cè)軸相連，測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。為了能精確地測(cè)量轉(zhuǎn)速外 ,還要保證測(cè)量的實(shí)時(shí)性 ,要求能測(cè)得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速方法。因此轉(zhuǎn)速的測(cè)試具有重要的意 義。 這次設(shè)計(jì)內(nèi)容包含知識(shí)全面，對(duì)傳感器測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同的方法及原理設(shè)計(jì)有較多介紹，在測(cè)量系統(tǒng)中能學(xué)到關(guān)于測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器采樣問(wèn)題，單片機(jī)部分的內(nèi)容，顯示部分等各個(gè)模塊的通信和聯(lián)調(diào)。全面了解單片機(jī)和信號(hào)放大的具體內(nèi)容。進(jìn)一步鍛煉我們?cè)谛盘?hào)采集，處理，顯示發(fā)面的實(shí)際工作能力。 1.2 數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展背景 目前國(guó)內(nèi)外測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法很多，按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生過(guò)模擬測(cè)速法 (如離心式轉(zhuǎn)速表、用電機(jī)轉(zhuǎn)矩或者電機(jī)電樞電動(dòng)勢(shì)計(jì)算所得 )、同步測(cè)速法 (如機(jī)械式或閃光式頻閃測(cè)速儀 )以及計(jì)數(shù)測(cè)速法。計(jì)數(shù)測(cè)速法又可分為機(jī)械式定時(shí)計(jì)數(shù)法和電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。傳統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)多采用測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電數(shù)字脈沖編碼器，也有采用電磁式 (利用電磁感應(yīng)原理或可變磁阻的霍爾元件等 )、電容式 (對(duì)高頻振蕩進(jìn)行幅值調(diào)制或頻率調(diào)制 )等，還有一些特殊的測(cè)速器是利用置于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的放射性材料來(lái)發(fā)生脈沖信號(hào)其中應(yīng)用最廣的是光電式，光電式測(cè)系統(tǒng)具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點(diǎn)加之激光光源、光柵、光學(xué)碼盤(pán)、 CCD 器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用，使得光電傳感器在檢測(cè)和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 3 而采用光電 傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度高、采樣速度快、測(cè)量范圍寬和測(cè)量精度與被測(cè)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。 2 單片機(jī) 2.1 單片機(jī) AT89C51 介紹 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。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 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(chǔ) 器組合在單個(gè)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(jià)廉的方案。 圖 2.1 是常用的一種單片機(jī)，型號(hào)為 AT89C51，它將計(jì)算機(jī)的功能都集成到這個(gè)芯片內(nèi)部去了，就這么一個(gè)小小的芯片就能構(gòu)成一臺(tái)小型的電腦，因此叫做單片機(jī)。 圖 2.1 AT89C51 芯片 它有 40 個(gè)管腳，分成兩排，每一排各有 20 個(gè)腳 ， 其中左下角標(biāo)有箭頭的為第 1 腳，然后按逆時(shí)針?lè)较蛞来螢榈?2 腳、第 3 腳第 40 腳 。 在 40 個(gè)管腳中，其中有 32 個(gè)腳可用于各種控制，比如控制 小燈的亮與滅、控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制電梯的升與降等，這 32 個(gè)腳叫做單片機(jī)的“端口”，在單片機(jī)技術(shù)中，每個(gè)端口都有一個(gè)特定的名字，比如第一腳的那個(gè)端口叫做“ P1.0”。 4 AT89C51管腳分布 VCC：供電電壓 ， GND：接地 。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě) 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部 程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高 。 P1 口： P1 口是一個(gè)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(xiě)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1” 時(shí)，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(shí)， 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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器 5 的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制 信號(hào)。 P3口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個(gè) TTL門電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)入 “1” 后，它們被內(nèi)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(shí)器 0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器 1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈 沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時(shí)， 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(wú)效。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部 6 程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)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(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件 ， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)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(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě) “1” 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)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(shí)器，計(jì)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(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 7 3 系統(tǒng)方案提出和論證 （傳感器的選擇） 轉(zhuǎn)速測(cè)量的方案選擇 ,一般要考慮傳感器的結(jié)構(gòu)、安裝以及測(cè)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(yuǎn)傳方面的要求。本 說(shuō)明書(shū)中 給出兩種轉(zhuǎn)速測(cè)量方案 ， 經(jīng)過(guò)我 和伙伴 查資料、構(gòu)思和自己的設(shè)計(jì)，總體電路我們有兩套設(shè)計(jì)方案，部分重要模塊也考慮了其它設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過(guò)分析，從實(shí)現(xiàn)難度、熟悉程度、器 件用量等方面綜合考慮，我們才最終選擇了一個(gè)方案。下面就看一下我們對(duì)兩套設(shè)計(jì)方案 的簡(jiǎn)要說(shuō)明。 3.1 方案一： 霍爾傳感器測(cè)量方案 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)進(jìn)行工作的？其核心元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的霍爾元件。本文介紹一種泵驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速采用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖如圖 3.1, 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的接線圖如圖 3.2 。 傳感器的定子上有 2 個(gè)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(zhuǎn)子為永久磁鋼 ,霍爾元件 HA 和 HB 的激勵(lì)電機(jī)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(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖 8 方案 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的接線圖 缺點(diǎn)：采用霍爾傳感器在信號(hào)采樣的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)采樣不精確，因?yàn)樗强看判愿袘?yīng)才采集脈沖的，使用時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)出現(xiàn)磁性變小，影響脈沖的采樣精度。 3.2 方案二： 光電傳感器 整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的組成框圖如圖 3.2所示。從圖中可見(jiàn) ,轉(zhuǎn)子由一直流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng) ,可實(shí)現(xiàn) 大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)速。轉(zhuǎn)速信號(hào)由光電傳感器拾取 ,使用時(shí)應(yīng)先在轉(zhuǎn)子上做好光電標(biāo)記 ,具體辦法可以是 :將轉(zhuǎn)子表面擦干凈后用黑漆 (或黑色膠布 ) 全部涂黑 ,再將一塊反光材料貼在其上作為光電標(biāo)記 ,然后將光電傳感器 (光電頭 ) 固定在正對(duì)光電標(biāo)記的某一適當(dāng)距離處。光電頭采用低功耗高亮度 LED ,光源為高可靠性可見(jiàn)紅光 ,無(wú)論黑夜還是白天 ,或是背景光強(qiáng)有大范圍改變都不影響接收效果。光電頭包含有前置電路，輸出0 5V的脈沖信號(hào)。接到單片機(jī) 89C51的相應(yīng)管腳上，通過(guò) 89C51 內(nèi)部定時(shí) /計(jì)時(shí)器 T0、 T1及相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)，組成一個(gè) 數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)。 9 圖 3.2 測(cè)量系統(tǒng)的組成框圖 優(yōu)點(diǎn)：這種方案使用光電轉(zhuǎn)速傳感器具有采樣精確，采樣速度快，范圍廣的特點(diǎn)。 綜上所述，方案二使用光電傳感器來(lái)作為本設(shè)計(jì)的最佳選擇方案。 10 4 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的原理 4.1 轉(zhuǎn) 速 測(cè) 量方法 轉(zhuǎn)速是指作圓周運(yùn)動(dòng)的物體在單位時(shí)間內(nèi)所轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù) ,其大小及變化往往意味著機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否 ,因此 ,轉(zhuǎn)速測(cè)量一直是工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)重要問(wèn)題。按照不同的理論方法 ,先后產(chǎn)生過(guò)模擬測(cè)速法 (如離心式轉(zhuǎn)速表 ) 、 同步測(cè)速法 (如機(jī)械式或閃光式頻閃測(cè)速儀 ) 以及計(jì)數(shù)測(cè)速法。計(jì)數(shù)測(cè)速法又可分為機(jī)械式定時(shí)計(jì)數(shù)法和電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。本文介紹的采用單片機(jī)和光電傳感器組成的高精度轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng) ,其轉(zhuǎn)速測(cè)量方法采用的就是電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。 對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量實(shí)際上是對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量。在頻率的工程測(cè)量中 ,電子式定時(shí)計(jì)數(shù)測(cè)量頻率的方法一般有三種 ： 測(cè)頻率法 :在一定時(shí)間間隔 t 內(nèi) ,計(jì)數(shù)被測(cè)信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù) N ,則被測(cè)信號(hào)的頻率 fx 可表示為 f x =Nt(1) 測(cè)周期法 :在被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi) ,計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖數(shù) m0 ,則被測(cè)信號(hào)頻率 fx = fc/ m0 ,其中 , fc 為時(shí)鐘脈沖信號(hào)頻率。 多周期測(cè)頻法 :在被測(cè)信號(hào) m1 個(gè)周期內(nèi) , 計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖數(shù) m2 ,從而得到被測(cè)信號(hào)頻率 fx ,則 fx 可以表示為 fx =m1 fcm2, m1 由測(cè)量準(zhǔn)確度確定。 電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率時(shí) ,其測(cè)量準(zhǔn)確度主要由兩項(xiàng)誤差來(lái)決定 :一項(xiàng)是時(shí)基誤差 ;另一項(xiàng)是量化 1 誤差。當(dāng)時(shí)基誤差小于量化 1 誤差一個(gè)或兩個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí) ,這時(shí)測(cè)量準(zhǔn)確度主要由量化 1 誤差來(lái)確定。對(duì)于測(cè)頻率法 ,測(cè)量相對(duì)誤差為 ： Er1 =測(cè)量誤差值實(shí)際測(cè)量值 100 % =1N 100 % (2) 由此可見(jiàn) ,被測(cè)信號(hào)頻率越高 , N 越大 , Er1 就越小 ,所以測(cè)頻率法適用于高頻信號(hào) (高轉(zhuǎn)速信號(hào) ) 的測(cè)量。對(duì)于測(cè)周期法 ,測(cè)量相對(duì)誤差為 ： Er2 =測(cè)量誤差值實(shí)際測(cè)量值 100 % =1m0 100 % (3) 對(duì)于給定的時(shí)鐘脈沖 fc , 當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率越低時(shí) ,m0 越大 , Er2就越小 ,所以測(cè)周期法適用于低頻信號(hào) (低轉(zhuǎn)速信號(hào) ) 的測(cè)量。對(duì)于多周期測(cè)頻法 ,測(cè)量相對(duì)誤差為 ： Er3 =測(cè)量誤差值實(shí)際測(cè)量值 100%=1m2 100 % (4) 11 從上式可知 ,被測(cè)脈沖信號(hào)周期數(shù) m1 越大 , m2 就越大 ,則測(cè)量精度就越高。它適用于高、低頻信號(hào) (高、低轉(zhuǎn)速信號(hào) ) 的測(cè)量。但隨著精度和頻率的提高 , 采樣周期將大大延長(zhǎng) ,并且判斷 m1 也要延長(zhǎng)采樣周期 ,不適合實(shí)時(shí)測(cè)量。 根據(jù)以上的討論 ,考慮到實(shí)際應(yīng)用中需要測(cè)量的轉(zhuǎn)速范圍很寬 ,上述的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法難以滿足要求 ,因此 ,研究高精度的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法 ,以同時(shí)適用于高、低轉(zhuǎn)速信號(hào)的測(cè)量 ,不僅具有重要的理論意義 ,也是實(shí)際生產(chǎn)中的需要。 4.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理 一般的轉(zhuǎn)速長(zhǎng)期測(cè)量系統(tǒng)是預(yù)先在軸上安裝一個(gè)有 60 齒的測(cè)速齒盤(pán) ,用變磁阻式或電渦流式傳感器獲得一轉(zhuǎn) 60 倍轉(zhuǎn)速脈沖 ,再用測(cè)頻的辦法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量。而臨時(shí)性轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng) ,多采用光電傳感器 ,從轉(zhuǎn)軸上預(yù)先粘貼的一個(gè)標(biāo)志上獲得一轉(zhuǎn)一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖 ,隨后利用電子倍頻器和測(cè)頻方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量。不論長(zhǎng)期或臨時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量 ,都可以在微處理器的參與下 ,通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)軸上預(yù)留的一轉(zhuǎn)一齒的鑒相信號(hào)或光電信號(hào)的周期 ,換算出轉(zhuǎn)軸的頻率或轉(zhuǎn)速。即通過(guò)速度傳感器 ,將轉(zhuǎn)速信號(hào)變?yōu)殡娒}沖 ,利用微機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù) ,再經(jīng)過(guò)軟件計(jì)算獲得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。即 : n=N/ (mT) (1) n 轉(zhuǎn)速、單位 :轉(zhuǎn) / 分鐘 ; N 采樣時(shí)間內(nèi)所計(jì)脈沖個(gè)數(shù) ; T 采樣時(shí)間、單位 :分鐘 ; m 每旋轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù) (通常指測(cè)速碼盤(pán)的齒數(shù) ) 。 如果 m=60, 那么 1 秒鐘內(nèi)脈沖個(gè)數(shù) N 就是轉(zhuǎn)速 n, 即 : n=N/ (mT) =N/60 1/60=N (2) 通常 m 為 60。 在對(duì)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較快系統(tǒng)或要求動(dòng)態(tài)特性好而精度高的轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)中 ,調(diào)節(jié)周期一般很短 ,相應(yīng)的采樣周期需取得很小 ,使得脈沖當(dāng)量增高 ,從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)測(cè)量精度降低 ,難以滿足測(cè)控要求。提高采樣速率通常就要減小采樣時(shí)間T, 而 T 的減小 會(huì)使采到的脈沖數(shù)值 N 下降 ,導(dǎo)致脈沖當(dāng)量 (每個(gè)脈沖所代表的轉(zhuǎn)速 ) 增高 ,從而使得測(cè)量精度變得粗糙。通過(guò)增加測(cè)速碼盤(pán)的齒數(shù)可以提高精度 ,但是碼盤(pán)齒數(shù)的增加會(huì)受到加工工藝的限制 ,同時(shí)會(huì)使轉(zhuǎn)速測(cè)量脈沖的頻率增高 ,頻率的提升又會(huì)受到傳感器中光電器或磁敏器或磁電器件最高工作頻率 12 的限制。凡此種種因素限制了常規(guī)智能轉(zhuǎn)速測(cè)量方法的使用范圍。而采用本文所提出的定時(shí)分時(shí)雙頻率采樣法 ,可在保證采樣精度的同時(shí) ,提高采樣速率 ,充分發(fā)揮微機(jī)智能測(cè)速方法的優(yōu)越性及靈活性。 系統(tǒng)原理圖 各部分模塊的功能： 傳感器 ：用來(lái)對(duì)信號(hào)的采樣。 放大、整形電路：對(duì)傳感器送過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大和整形，在送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理轉(zhuǎn)換。 單片機(jī)：對(duì)處理過(guò)的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速的實(shí)際值，送入 LED LED 顯示：用來(lái)對(duì)所測(cè)量到的轉(zhuǎn)速進(jìn)行顯示。 13 5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 隨著 超大規(guī)模集成電路技術(shù)提高，尤其是單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及功能強(qiáng)大，價(jià)格低廉的顯著特點(diǎn)，是全數(shù)字化測(cè)量轉(zhuǎn)度系統(tǒng)得一廣泛應(yīng)用。出于單片機(jī)在測(cè)量轉(zhuǎn)速方面具有體積小、性能強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，越來(lái)越受到企業(yè)用 戶的青睞。對(duì)測(cè)量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的硬件和編程進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出一種以單片機(jī)為主的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，保證了測(cè)量精度。 5.1 轉(zhuǎn)速信號(hào)采集 在設(shè)計(jì)中采用光電傳感器采集信號(hào)，這種傳感器是把旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變?yōu)橄鄳?yīng)頻率的脈沖，然后用測(cè)量電路測(cè)出頻率，由頻率值就可知道所側(cè)轉(zhuǎn)素值。這種測(cè)量方法具有傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、測(cè)量精度高的特點(diǎn)。是目前常用的一種測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法。 從光源發(fā)出的光通過(guò)測(cè)速齒盤(pán)上的齒槽照射到光電元件上，使光電元件感光。測(cè)速齒盤(pán)上有 30 個(gè)齒槽，當(dāng)測(cè)速齒槽旋轉(zhuǎn)一周，光敏元件就能感受與開(kāi)孔數(shù)相等次數(shù)的光次數(shù)。對(duì)于被測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在 0 3600r/min 的來(lái)說(shuō) ,每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生 30 個(gè)電脈沖信號(hào) ,因此 ,傳感器輸出波形的頻率的大小為： 0Hz f 1800Hz (1) 測(cè)速齒盤(pán)裝在發(fā)射光源 (紅外線發(fā)光二極管 )與接收光源的裝置 (紅外線接收二極管 )之間 ,紅外線發(fā)光二極管 (規(guī)格 IR3401)負(fù)責(zé)發(fā)出光信號(hào) ,紅外線接 收三極管 (規(guī)格 3DU12)負(fù)責(zé)接收發(fā)出的光信號(hào) ,產(chǎn)生電信號(hào) ,每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒 ,光的明暗變化經(jīng)歷了一個(gè)正弦周期 ,即產(chǎn)生了正弦脈沖電信號(hào)。 圖 5.1 所示為轉(zhuǎn)速傳感器電路，由于紅外光不可見(jiàn)，無(wú)法用肉眼識(shí)別發(fā)光信號(hào)是否在工作，故將紅外線的輸出回路串接了一個(gè)普通光電二極管作為判別光源發(fā)生回路是否為通路。所選用的紅外二極管 IR3401，在正向工作電流為20mA 時(shí) ,其導(dǎo)通電壓為 1.2 1.5V,所選用的發(fā)光二極管的正向壓降一般為1.5 2.0V,電流為 10 20mA。 R 的計(jì)算公式為： R1=(12V-Ud1-Ud2)/I1 計(jì)算得： Rmin=425； Rmin=465。設(shè)定中所選阻值為 430（ Rmin RRmax）。 14 轉(zhuǎn)速傳感器輸出電壓幅度在 0 1.6mV 呈正弦波變化 ,由此可見(jiàn) ,紅外線接收三極管的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的電壓 Uo很微弱 (一般為 mV量級(jí) ),需要進(jìn)行信號(hào)處理 . 圖 5.1 轉(zhuǎn)速傳感器電路圖 （ 1） 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，基本的原理就是當(dāng)發(fā)射管光照射到接收管時(shí)，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷。以透射式為 例，如圖 5.1 所示，當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，否則打開(kāi)。為此，可以制作一個(gè)遮光葉片如圖 5.2 所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過(guò)時(shí)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多 個(gè)脈沖信號(hào) 。 圖 5.2 光電傳感器的原理圖 圖 5.3 遮光葉片 （ 2） 選用的傳感器型號(hào)為 SZGB-3（單向） 15 SZGB-3 型 傳感器 特點(diǎn) 介紹如下 ： 1)供單向計(jì)數(shù)器使用，測(cè)量轉(zhuǎn) 速和線速度 . 2)采用密封結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定 . 3）光源用紅外發(fā)光管，功耗小，壽命長(zhǎng) . 4) SZGB-3, 20 電源電壓為 12V DC SZGB-3 型 傳感器主要性能介紹如下 ： SZGB-3.型光電轉(zhuǎn)速傳感器，使用時(shí)通過(guò)連軸節(jié)與被測(cè)轉(zhuǎn)軸連接，當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，將轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，供二次儀表計(jì)數(shù)使用。 1） 輸出脈沖數(shù)： 60 脈沖（每一轉(zhuǎn)） 2)輸出信號(hào)幅值： 50r/min 時(shí) 300mV 3)測(cè)速范圍 :50-5000r/min 4)使用時(shí)間 :可連續(xù)使用 ,使用中勿需加潤(rùn)滑油 5)工作環(huán)境 :溫度 -10 40 ,相 對(duì)濕度 85%無(wú)腐蝕性氣體 5.2 轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路包括信號(hào)放大電路 、整形及三極管整形電路。由于產(chǎn)生的電壓信號(hào)很小，所以要進(jìn)行放大處理，一般要放大至少 1000 倍（ 60dB） ，然后在進(jìn)行信號(hào)處理工作。信號(hào)放大裝置選用運(yùn)算放大器 TL084 作為放大電壓放大元件，采用兩級(jí)放大電路，每一級(jí)都采用反向比例運(yùn)算電路如圖 4.4.設(shè)計(jì)的電壓放大倍數(shù)為 3000倍。其中第一級(jí)放大倍數(shù)為 30，第二級(jí)放大倍數(shù)為 100.放大后電壓變化范圍為 0 4.8V。 TL084采用 12V雙電源供電 ，由于電源的供電電壓在一定范圍內(nèi)有副值上的波動(dòng)，形成干擾信號(hào)。為起到消除干擾，實(shí)現(xiàn)濾波作用，故供電電源兩端需接 10UF的電容接地，電容選擇金屬化聚丙已烯膜電容。兩級(jí)運(yùn)放放大所采用的供電電源均采用此接法。 16 信號(hào)處理電路圖 整形電路的主要作用是將正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)化為方波脈沖信號(hào)，正弦波信號(hào)電壓的最大幅值約為 4.8V，最小幅值為 0V。整形電路設(shè)計(jì)的是一種滯回電壓比較器，它具有慣性，起到抗干擾的作用。從而向輸入端輸入的滯回比較器。在整形電路的輸入端接一個(gè)電容 C7（ 103），起到的作用是阻止其他信號(hào)的干擾，并且將放大 的信號(hào)進(jìn)行濾波，解耦。 R11 和 R17 是防止電路短路，起到保護(hù)電路的作用。 一次整形后的信號(hào)基本上為 5V 的電平的脈沖信號(hào)，在脈沖計(jì)數(shù)時(shí)，常用的是 +5V 的脈沖信號(hào)。如果直接采用 -5V 的脈沖計(jì)數(shù)，會(huì)增加電路的復(fù)雜性，故一般不直接使用，而是先進(jìn)行二次整形。 第二次用三極管整形電路，當(dāng)輸出為 -5V 的信號(hào)時(shí)，三極管 VT2（ 8050）的基 -射極和電阻 R18組成并聯(lián)電路電流經(jīng)過(guò) R18.R17,三極管 VT2處于反向偏置狀態(tài)，所以， VT2 的集 -射極未接通，故處于截止?fàn)顟B(tài)。電源回路由 R19，三極管VT2 的集 -射極組成，采用單電 源 +12V 供電，由于集射極截止，處于斷路狀態(tài)，故輸出電壓 U0為 +12V。當(dāng)?shù)谝淮握屋敵鰹?+5V的信號(hào)時(shí)，三極管 VT2基 -射極處于正向偏置狀態(tài)，有電流 I 通過(guò)，故此時(shí)三極管的集 -射極處于通路狀態(tài)。電源電流流經(jīng)電阻 R19，三極管的集 -射極到地端，由于集 -射極導(dǎo)通時(shí)的電阻很小，可以忽略不計(jì)。電源電壓主要在 R19 上，其輸出電壓約為 0V。綜上所述，三極管整形的電路的輸入關(guān)系是：信號(hào)為 -5V時(shí)， U0=+12V；信號(hào)為 +5V 時(shí)， U0=0V。 17 5.3 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5.3.1 復(fù)位電路（圖 5.3.1） ： MCS-51 單片機(jī)復(fù)位電路 是指 單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。 圖 5.3.1復(fù)位電路 復(fù)位 功能 ： 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分 -合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。 單片機(jī)的 復(fù)位是由 外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳 RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2，由復(fù) 位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位（如圖 5.3.1 (a)）和按鈕復(fù)位 (如圖 5.3.1(b)兩種方式。 18 圖 5.3.1 RC 復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài) : 單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器 PC0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開(kāi)始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動(dòng)后，片內(nèi) RAM為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變 片內(nèi) RAM 區(qū)中的內(nèi)容， 21 個(gè)特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，見(jiàn) 表 1。 值得指出的是，記住一些特殊功能寄存器復(fù)位后的主要狀態(tài)，對(duì)于了解單片機(jī)的初態(tài)，減少應(yīng)用程序中的初始化部分是十分必要的。 說(shuō)明：表 5.3.1 中符號(hào) *為隨機(jī)狀態(tài) ： 19 表 5.3.1 寄存器復(fù)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) A B PSW 00H 00H 00H TMOD TCON TH0 00H 00H 00H SP DPL DPH P0 P3 IP IE 07H 00H 00H FFH *00000B 0*00000B TL0 TH1 TL1 SBUF SCON PCON 00H 00H 00H 不定 00H 0*B PSW 00H，表明選寄存器 0 組為工作寄存器組； SP 07H，表明堆棧指針指向片內(nèi) RAM 07H 字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個(gè)被壓入的內(nèi)容寫(xiě)入到 08H 單元中； Po-P3 FFH，表明已向各端口線寫(xiě)入 1，此時(shí)，各端口既可用于輸入又可用 于輸出 。 IP 00000B，表明各個(gè)中斷源處于低優(yōu)先級(jí)； IE 000000B，表明各個(gè)中斷均被關(guān)斷； 系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。 51 單片機(jī)的復(fù)位是由 RESET 引腳來(lái)控制的，此引腳與高電平相接超過(guò) 24個(gè)振蕩周 期后， 51 單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到 RESET 引腳轉(zhuǎn)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(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序。 51 單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置 為特定的值，至于內(nèi)部 RAM 內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。 20 5.3.2 晶振電路 晶振 （圖 4.10） 是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，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(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)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(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容 C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路 ，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)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，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為 30 F。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)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 3-6： 晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。 圖 4.10晶振電路 21 5.3.3 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 22 6 顯示部分設(shè)計(jì) (1)許多電子產(chǎn)品上都有跳動(dòng)的數(shù)碼來(lái)指示電器的工作狀態(tài)，其實(shí)數(shù)碼管顯示的數(shù)碼均是由八個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的。每段上加上合適的電壓，該段就點(diǎn)亮。 LED 數(shù)碼有共陽(yáng)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(gè) 8 字加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)）而作為一個(gè)引腳，就叫共陽(yáng)的，相反的，就叫共陰的，那么 應(yīng)用時(shí)這個(gè)腳就分別的接 VCC 和 GND。再把多個(gè)這樣的 8 字裝在一起就成了多位的數(shù)碼管了。 實(shí)物如圖 6 圖 6 數(shù)碼管 共陽(yáng)型 （圖 4.13） 就是八個(gè)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(huà) ,（ dp 顯示小數(shù)點(diǎn)），每一段控制 AGdp 的亮與來(lái)。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) : 共陽(yáng)型 LCD 共陰型 （圖 4.14） 就是七個(gè)發(fā)光管的負(fù)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(huà) ,（ dp 顯示小數(shù)點(diǎn)），每一段控制 AGdp 的亮與來(lái) . 內(nèi)部結(jié)構(gòu) : 23 共陰型 LCD 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)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(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 -十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O端口多，如驅(qū)動(dòng) 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58 40 根 I/O 端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè) 89S51 單片機(jī)可用的 I/O 端口才 32 個(gè) 呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)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(gè)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(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)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(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有 選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1 2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)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(huì)有閃爍感，動(dòng)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 6-2 為 LED 段碼表 24 表 6-2 LED段碼表 顯示字符 共陰極段選碼 共陽(yáng)極段選碼 顯示字符 共陰極段選 碼 共陽(yáng)極段選碼 0 1 2 3 4 3FH 06H 5BH 4FH 66H C0H F9H A4H B0H 99H 5 6 7 8 9 6DH 7DH 07H 7BH 6FH 92H 82H F8H 80H 90H （ 3）動(dòng)態(tài)顯示仿真（圖 6.15） 圖 6.15 動(dòng)態(tài)顯示仿真圖 25 7 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 硬件電路完成以后，進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。首先要分析系統(tǒng)對(duì)軟件的要求，然后進(jìn)行軟件的總體的設(shè)計(jì)，包括程序的總體設(shè)計(jì)和對(duì)程序的模塊化設(shè)計(jì)。按整 體功能分為多個(gè)不同的模塊，單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試，然后將各個(gè)模塊裝配聯(lián)調(diào)，組成完整的軟件。 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，單片機(jī)的任務(wù)是：內(nèi)部進(jìn)行計(jì)數(shù)，在計(jì)算出速度后顯示。軟件編程用 C 語(yǔ)言完成的，需要能掌握 C 語(yǔ)言，還要熟練 AT89C51 單片機(jī)。從程序流程圖、編寫(xiě)程序、編譯，到最后的調(diào)試，是很復(fù)雜的。下面作簡(jiǎn)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。 7.1 主程序初始化 （ 1） .定時(shí)器的初始化 AT89C51 有兩個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 和 T1，每個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器均可設(shè)置成為16 位，也可以設(shè)置成為 13 位進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的功能是對(duì) T0 或 T1 外來(lái)脈沖的進(jìn)行計(jì)數(shù)，外部輸入脈沖負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加 1。 定時(shí)功能是通過(guò)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生 1 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，即每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加 1，因此定時(shí)時(shí)間等于計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)乘以機(jī)器周期。定時(shí)器工作時(shí)，每接收到 1 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖（或機(jī)器周期）則在設(shè)定的初值基礎(chǔ)上自動(dòng)加 1，當(dāng)所有位都位 1 時(shí)，再加 1 就會(huì)產(chǎn)生溢出，將向 CPU 提出定時(shí)器溢出中斷身請(qǐng)。當(dāng)定時(shí)器采用不同的工作方式和設(shè)置不同的初值時(shí)，產(chǎn)生溢出中斷的定時(shí)值和計(jì)數(shù)值將不同，從而可以適應(yīng)不同的定時(shí)或計(jì)數(shù)控制。 定時(shí)器有 4 種工作方式：方式 0、方式 2、方式 2 和方式 3，在此對(duì)工作方式不做具體介紹。 工作方式寄存器 TMOD 的設(shè)定： GATE C/T M1- M0 GATE C/T M1 M0 TMOD 各位的含義如下： GATE： 門控位，用于控制定時(shí) /計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)是否受外部中斷請(qǐng)求信號(hào)的影響 。 C/T：定時(shí)或計(jì)數(shù)方式選擇位，當(dāng) C/T=1 時(shí)工作于計(jì)數(shù)方式；當(dāng) C/T=0 時(shí)工作 26 于定時(shí)方式。 M1、 M0 為工作方式選擇位 ，用于對(duì) T0 的四種工作方式， T1 的三種工作方式進(jìn)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 MO M1 工作方式 方式說(shuō)明 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 2 3 13 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 8 位自動(dòng)重置定時(shí) /計(jì)數(shù)器 兩個(gè) 8 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器（只有 T0 有） （ 2） 中斷允許控制 MCS-51 單片機(jī)中沒(méi)有專門的開(kāi)中斷和關(guān)中斷指令，對(duì)各個(gè)中斷源的允許和屏蔽是由內(nèi)部的中斷允許寄存器 IE 的各位來(lái)控制的。中斷允許寄存器 IE 的字節(jié)地址為 A8H，可以進(jìn)行