基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)講解

1、本論文介紹了一種基于 AT89C51單片機(jī)平臺(tái),采用光電傳感器進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速 測(cè)量的方法，介紹了該測(cè)速法的基本原理、實(shí)現(xiàn)步驟和軟硬件設(shè)計(jì)。為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn) 單可靠的直流電機(jī)測(cè)速裝置，提出了基于單片機(jī)為核心的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)架包括轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集， 光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)，整形驅(qū)動(dòng)電 路設(shè)計(jì)，復(fù)位電路設(shè)計(jì)，晶振電路設(shè)計(jì)，LED顯示電路設(shè)計(jì)。整形放大電路主要 是將傳感器輸出的不穩(wěn)定的電信號(hào)轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào)；轉(zhuǎn)速的計(jì)算利用單片機(jī)AT89C51的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。根據(jù)系統(tǒng)編寫源程序，并通過運(yùn)行試驗(yàn)證明。該系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定可靠，滿足電機(jī)的測(cè)速要求。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速測(cè)量；單片機(jī)；光電傳感器；電

2、機(jī)IAbstractThis paper introduces a platform based on AT89C51, adopt the method of photoelectric sen sor to impleme nt motor speed measureme nt, in troduces the basic prin ciple of the speed measuri ng method, impleme ntatio n steps and the hardware and software design. In order to design a simple and

3、 reliable device for dc motor speed estimati on, motor speed measureme nt system based on sin gle chip microcomputer as the core is put forward. The architecture of the whole system including the speed sig nal acquisiti on, rotati on speed sig nal process ing, speed calculati on and display. Plastic

4、 amplifying circuit is mainly the sensor output with outside noise of the unstable signal into pulse signal; Rotational speed of the calculation of AT89C51 single-chip timer and counter. Write the source program according to the system, and by running the experime nt proved that the system has simpl

5、e structure, stable and reliable measureme nt results, satisfy the requireme nt of the motor speed.Keywords : Speed measurement; Single chip microcomputer; Photoelectric sensor;The motor1概述 11.1數(shù)字化轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展背景 21.2 本設(shè)計(jì)課題的目的和意義 22轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的原理與方法 32.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理 32.2轉(zhuǎn)速測(cè)量方法 33系統(tǒng)方案提出和論證 53.1 方案設(shè)計(jì) 53.2系統(tǒng)原理 54系統(tǒng)硬

6、件設(shè)計(jì) 74.1 轉(zhuǎn)速信號(hào)采集 74.2光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) 84.2.1 整形驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 94.3單片機(jī)AT89C51介紹 94.4 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 114.4.1 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 114.4.2 晶振電路設(shè)計(jì) 134.5 顯示部分電路設(shè)計(jì) 145系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 165.1 主程序初始化 165.2主程序流程圖子程序流程圖 165.3 系統(tǒng)總程序 17總結(jié) 20參考文獻(xiàn) 21致謝 221基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)1概述1.1數(shù)字化轉(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

7、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，數(shù)字化測(cè)速法具有測(cè)速 精度高，分辨能力強(qiáng)，受器件影響小的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于調(diào)速要求高，調(diào)速范 圍大的調(diào)速系統(tǒng)。其中應(yīng)用最廣的是光電式測(cè)速系統(tǒng)，它具有低慣性、低噪聲、 高分辨率和高精度的優(yōu)點(diǎn)，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。而光電傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)則有準(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)

8、速無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。1.2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【論文設(shè)計(jì)以單片機(jī)為中心，設(shè)計(jì)出全數(shù)字化測(cè)量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，采用單片機(jī)構(gòu)成 控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本， 從而

9、有效的提高工作效率，在工 業(yè)控制和民用電器中都有較高使用價(jià)值。其可以應(yīng)用于工業(yè)控制中的某一部分， 如數(shù)控車床的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)和控制、水泵流量控制以及需要利用轉(zhuǎn)速檢測(cè)來進(jìn)行 控制的許多場(chǎng)合。如車輛的里程表、車速表等。其次該轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)由于采用全 數(shù)字化結(jié)構(gòu)，因而可以很方便的和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)行遠(yuǎn)程管理和控制，進(jìn)一步提高現(xiàn)代化水平。并且，幾乎不需做很大改變直接就能作為單獨(dú)的使 用產(chǎn)品?？傊?，轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題 【2】。這次設(shè)計(jì)內(nèi)容 包含知識(shí)全面，對(duì)光電傳感器測(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)速的傳感器采樣問題，單片機(jī)部分的內(nèi)

10、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)放大的知識(shí)， 進(jìn)一步 鍛煉了在信號(hào)采集，處理，顯示方面的實(shí)際工作能力。32轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的原理與方法2.1轉(zhuǎn)速測(cè)量原理轉(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 問題。按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生過模擬測(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【3】。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。

11、采用數(shù) 字測(cè)速法進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量，其測(cè)量原理是：在固定的時(shí)間內(nèi)，記錄光電傳感器發(fā)生 的脈沖信號(hào)數(shù)量，從而轉(zhuǎn)換為實(shí)際轉(zhuǎn)速。設(shè)固定的測(cè)量時(shí)間為Tc（min）,計(jì)數(shù)記錄的脈沖個(gè)數(shù)為 m,假設(shè)脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)輸出q個(gè)脈沖，對(duì)應(yīng)被測(cè)轉(zhuǎn)速為n（r/min）,則頻率f二q* n/60Hz;在測(cè)量時(shí)間Tc內(nèi)，記錄光電傳感器輸出的脈沖 個(gè)數(shù)m=Tc* f .所以，只要我們測(cè)得m值，就可得出實(shí)際轉(zhuǎn)速值。2.2轉(zhuǎn)速測(cè)量方法按轉(zhuǎn)速測(cè)量原理可分為三類轉(zhuǎn)速測(cè)量方法：1. 在一定的時(shí)間T內(nèi)測(cè)取旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)，用以計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn) 速，稱為“ M法測(cè)速，又稱為頻率法。M法測(cè)速的分辨率與實(shí)際轉(zhuǎn)速的大小無(wú) 關(guān)。在時(shí)間T內(nèi)，

12、轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)為X，則的轉(zhuǎn)速n可由下式表 示：60X(2-1)2 二T轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)X.,可用下式所示：(2-2)將（2-1）式代入（2-2）式，得轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為：60min 二(2-3)pTn-轉(zhuǎn)速單位；（轉(zhuǎn)/分）T -定時(shí)時(shí)間單位；（秒）2. “ T”法測(cè)速是測(cè)出旋轉(zhuǎn)編碼器兩個(gè)輸出脈沖之間的間隔時(shí)間來計(jì)算轉(zhuǎn)速，又被稱為周期法測(cè)速?！?T”法一般用于低速測(cè)量，速度越低測(cè)量精度越高，但在測(cè) 量高轉(zhuǎn)速時(shí)，誤差較大。T法測(cè)速同樣也是用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的。與 M法測(cè)速不同的 是,它所計(jì)的是計(jì)算機(jī)發(fā)出的高頻時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)，以旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的相鄰兩個(gè)脈沖的同樣變化沿作為計(jì)數(shù)器的其實(shí)點(diǎn)和終止點(diǎn)【5】。T法

13、測(cè)速的分辨率與轉(zhuǎn)速高低有關(guān)，轉(zhuǎn)速越低，分辨能力越強(qiáng)。定 時(shí)器對(duì)時(shí)基脈沖（頻率為fj進(jìn)行 計(jì)數(shù)定時(shí)，在Tp內(nèi)計(jì)數(shù)值若為m2，則計(jì)算公式為：60n =pTp（ 2-4）即：60 fcn 二pm?（ 2-5）p -為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)。fc-為硬件產(chǎn)生的基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖頻率單位Hz。n-轉(zhuǎn)速單位；（轉(zhuǎn)/分）。E-時(shí)基脈沖。3. “ M/T”法，結(jié)合上述這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，一方面象“ M法那樣在對(duì)光電傳感 器發(fā)出的脈沖計(jì)數(shù)的同時(shí)，也象“ T”法那樣計(jì)取脈沖的時(shí)間，通過計(jì)算即可得 出轉(zhuǎn)速值。在實(shí)際測(cè)量中，還須設(shè)定定時(shí)時(shí)間，兼顧高、低轉(zhuǎn)速時(shí)的精度影響， 適時(shí)調(diào)節(jié)采樣時(shí)間，它的關(guān)鍵是計(jì)數(shù)同步開始和關(guān)

14、閉【6】。實(shí)際的檢測(cè)時(shí)間與旋轉(zhuǎn) 編碼器的輸出脈沖一致，能有效減小測(cè)速誤差。設(shè) 高頻脈沖的頻率為fc，脈 沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)發(fā)出P個(gè)脈沖，由式（2-2）和（2-5）可得“ M/T ”法 轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：60 fcm1n pm2 （ 2-6）n-轉(zhuǎn)速值。單位；（轉(zhuǎn)/分）。fc-晶體震蕩頻率。單位Hz。mi -輸入脈沖數(shù)，反映轉(zhuǎn)角。山2-時(shí)基脈沖數(shù)。3系統(tǒng)方案提出和論證轉(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【7】。由于光電傳感器具有頻譜寬、不易受電磁干擾的影響、非接觸式測(cè)量、響應(yīng)快、可靠性高

15、等優(yōu)點(diǎn)。隨著激光、光纖、CCD技術(shù)的發(fā)展，光電式傳感器在自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過我查資料、構(gòu)思和自己的設(shè)計(jì)，通過分析，從實(shí)現(xiàn)難度、熟悉程度、器件用量等方面 綜合考慮，最終選擇了下面方案【8】。3.1方案設(shè)計(jì)光電式傳感器是將被測(cè)量的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，再通過光電器件把光信號(hào) 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。圖 3.1為光電傳感器的原理框圖，它一般由光源, 光學(xué)通路，光電器件三部分組成 。轉(zhuǎn)速作用于光源或者光學(xué)通路，從而引起 光量的變化。、l/ m光量一、l/ m 光量電量電量輸出光源光學(xué)通路光電兀件測(cè)量電路轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速圖3.1光電傳感器的原理框圖3.2系統(tǒng)原理下圖為轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的原

16、理圖圖3.2系統(tǒng)原理圖各部分模塊的功能： 傳感器：采集轉(zhuǎn)速信號(hào) 放大、整形電路：對(duì)傳感器送過來的信號(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。LED 單片機(jī)：對(duì)放大整形的信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速信號(hào)，送入 LED顯示：顯示轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)際值254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)，使全數(shù)字化測(cè)量轉(zhuǎn)度系統(tǒng)得一廣泛應(yīng)用【10】。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)，越來越受到企業(yè)用戶的青 睞。所以我要對(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【11 04.1轉(zhuǎn)速信號(hào)采集在設(shè)計(jì)中

17、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)速值。 這種測(cè) 量方法具有簡(jiǎn)單、可靠、測(cè)量精度高的特點(diǎn)【12】。是目前常用的一種測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法。圖4.1所示為轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器電路，由于紅外光不可見，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。轉(zhuǎn)速傳感器輸出電壓幅度在 0- 1.6mV呈正弦

18、波變化，由此可見， 紅外線接收三極管的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的電壓U。很微弱（一般為mV量級(jí)），需要進(jìn)行信號(hào)處理。圖4.1轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器電路圖如圖4.1所示，它的工作原理：從光源發(fā)出的光通過測(cè)速齒盤上的齒槽照射 到光電元件上，使光電元件感光。測(cè)速齒盤上有 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孔數(shù)相等次數(shù)的光次數(shù) 【13】。測(cè)速齒盤裝在發(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

19、弦脈沖電信號(hào)圖4.2光電傳感器的原理圖如圖4.2所示這是光電傳感器的原理圖， 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【14】。在這里我們選擇的傳感器型號(hào)為 SZGB-3 （單向）。光電傳感器的特點(diǎn)和主要性能介紹： 特點(diǎn)：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性能：SZGB-3.型光電轉(zhuǎn)速傳感器，使用時(shí)通過連軸節(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)

20、300mV3）測(cè)速范圍:50-5000r/min4）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-1040C,相對(duì)濕度w 85%無(wú)腐蝕性氣體4.2光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)傳感器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過LM324集成運(yùn)放 整形驅(qū)動(dòng)電路，送到單片機(jī)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，從而測(cè)出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。光電轉(zhuǎn)換部分與單片機(jī)的連接框圖如圖4.3所示圖4.3光電轉(zhuǎn)換部分與單片機(jī)的連接框圖4.2.1整形驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)計(jì)劃采用高性能集成四運(yùn)放 LM324來進(jìn)行光電信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)。 高性能集成四運(yùn)放LM324具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用， 價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。電路采用兩級(jí)放

21、大電路對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，防止信號(hào)脈沖太小以至對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不產(chǎn)生影響。每一組運(yùn)算放大器可用圖4.4所示的符號(hào)來表示，LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。 它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖3.3所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其 中“ + ”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出 端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo的信號(hào)與 該輸入端的位相反；Vi+ （ +）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo的信號(hào)與該輸 入端的相位相同。LM32

22、4的引腳排列見圖：C反相輸入端）林AVi+=14 13 12 11108123 斗 567圖4.4放大器圖4.3單片機(jī)AT89C5價(jià)紹圖4.5引腳圖FPERQM/I的低電AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（壓，高性能CMOS啦微處理器，俗稱單片機(jī)。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)針方向依次為 第2腳、第3腳第40腳。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 ”。1 主要特性：與MCS-51兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：

23、0Hz-24Hz內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 128PSEN外部程序讀選通信號(hào)。 EA/VPP訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。 XTAL1, XTAL2外接晶體輸入輸出引線端。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。4 芯片擦除：8位內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 4個(gè)8位并行I/O 口兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源全雙工串行口片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路2 管腳說明： VCC供電電壓， GND接地。輸入/輸出口線：P0.0 -P0.7P0口 8位雙向口線P1.0-P1.7P1口 8位雙向口線P2.0-P2.7P2口 8位雙向口線P3.0-卡3.7P3口 8位雙向口線

24、RST復(fù)位信號(hào) ALE/PROG地址鎖存控制信號(hào)。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“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亭止工作。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勺內(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。并且單片機(jī)是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的主要部分，擔(dān)負(fù)對(duì)前端脈沖信 號(hào)的處理、計(jì)算、以及信號(hào)的同步，計(jì)時(shí)等任務(wù)，其次，將測(cè)量的數(shù)據(jù) 經(jīng)計(jì)算后，將得到的轉(zhuǎn)速值傳送到顯示接口中，用數(shù)碼管顯示數(shù)值。4.4最

25、小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，將整形電路與單片機(jī)控制電路相連接，并且在光電 傳感器的作用下進(jìn)行最小系統(tǒng)的模擬。勇川_2.3/.3眉.711111111PPPPPPPPPQhQ(ADO)FO.2(AD2)PO.3(AD3)PO.d(AIf)PO.3(AD3)PO(ADti)PO7(AU7)393B3736223332耶(P3EWRP3.6)IiC2 3CipF慮S.1ICo vccINTO (P ,2)Tl(P3r5)T0(P3-4)EAATXTAJL1XTAL2P2.O(A) F2(4P2.2(A1D)F3(A P2,4(A12)P2.5(A13) P2.fl(A14) P1.7(A1S)C

26、CGbFDIDCC3 D)TXD(P3.L) ALEZPOGFSEN2122亙2125菇2Z1020103029saw圖4.6最小系統(tǒng)圖4.4.1復(fù)位電路設(shè)計(jì)AT89C51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4.7復(fù)位電路19IgsBsTaV三SXTAL2P50IALE?XTAL1lPOflADOPD.1/AD1PD2/ADZ ptmcoFD.WADtPOLADSPDAH PC.

27、7/AD7陀口煙P2.irFZACF2JA11PZ.WAE 吃軟口 FZJffAUP2.715P1DPUTRIDPldP3.1TO)F12F32*nroP1JFDarnrnF1aF3.4TraP1PXfiTIFijiP1.7復(fù)位電路用于產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，通過RST引腳送入單片機(jī)，進(jìn)行復(fù)位操作。復(fù) 位電路的好壞直接影響單片機(jī)系統(tǒng)工作的可靠性，因此，本次設(shè)計(jì)要重視復(fù)位電路的設(shè)計(jì)與研究。AT89C51復(fù)位電路共有四種類型，分別是：積分電路型，微分 電路型，比較器型和看門狗型。最常用的積分型和微分型的作用是前者用于產(chǎn)生 低電平復(fù)位信號(hào)，后者用于產(chǎn)生高電平復(fù)位信號(hào)。AT89C51單片機(jī)的基本復(fù)位電路有上電復(fù)

28、位，按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位 3種。單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù) 位電路來實(shí)現(xiàn)的。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PO 0000H這表明程序從0000H地址單元開始執(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，見表 4-1。表4-1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)A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0- P3FFHSBUF不定IP*00000BSCON

29、00HIE0*00000BPCON0*b注：表4-1中符號(hào)*為隨機(jī)狀態(tài)C1U3 KTALk-L2RSIcsFSENEA4.4.2晶振電路設(shè)計(jì)FD DADOPCM 加a34耳縣.FU.3AD3 PQ博氏g FU.OAJW PO-.aADfl- PO.7M&7-ra.iMF2.2/A1OFa.srA-nF2.O/A1-3P2.77A1*PSQ/RXD1/T.XDl-h TtP-3j-3?HfTiPS 4iTOPSSfTipa .awnpg j/ird圖4.8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)電谷和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電谷的二端網(wǎng)絡(luò)， 電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧

30、 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芯片中的高增益反向放大器，輸入端為引腳 XTAL1,輸出端為引腳 XTAL24.5顯示部分電路設(shè)計(jì)顯示部分應(yīng)用LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，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。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的 各個(gè)段碼，從而顯示出本次設(shè)計(jì)所測(cè)量的轉(zhuǎn)速，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。由于動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)是單片機(jī)

31、中應(yīng)用最為 廣泛的一種顯示方式之一，并且動(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。所以我們選擇應(yīng)用動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)【15】。如圖(4.11 )所示為動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)仿真圖。iXTALICTA12MTFFBTALEJCAISCSI TKI*F 口UftUQHL VMM圖4.9動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)仿真動(dòng)態(tài)顯示程序：#in clude#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned intuint mm=1234;/ 顯示 1234uchar jj;uchar code table=0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x

32、99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,;delay( uint m) ui nt i,j;for(i=m;i0;i-)for(j=110;j0;j-);xia n_shi() uchar qia n,bei,shi,ge;qia n=m m/1000;bei=mm%1000/100;shi=mm%100/10;ge=mm%10;P2=0x80;P0=tableqia n;delay(50);P2=0;P2=0x40;P0=tablebei;delay(50);P2=0;P2=0x20;P0=tableshi;delay(50);P2=0;P2=0x10;P0=tablege;

33、delay(50);P2=0;5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1主程序初始化(1).定時(shí)器的初始化AT89C5侑兩個(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)器有4種工作方式：方 式 0、方式 2、方式 2和口方式 3。(2)中斷允許控制AT89C51單片機(jī)中沒有專門的開中斷和關(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的各位來控制的。該寄存器地址為 A8H， 位地址為 AFHA8H，可以進(jìn)行位尋址。ET0(ET1)=0，禁止定時(shí)器中斷

34、；ET0(ET1)=1，允許定時(shí)器中斷。EX0(EX1)=0，禁止外中斷；EX0(EX1)=1，允 許外中斷。5.2主程序流程圖子程序流程圖主程序流程圖開始初始化定時(shí)器計(jì)時(shí)器刷新數(shù)碼管圖5.1主程序流程圖顯示子程序流程圖圖5.2顯示子程序流程圖5.3系統(tǒng)總程序#in clude#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned intuint mm=1234;uchar code table=0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,;delay( uint m) ui nt i

35、,j;for(i=m;i0;i-)for(j=60;j0;j-);xia n_shi() uchar qia n,bei,shi,ge;uint jj;jj=mm;jj*=20;jj+=1；qia n=jj/1000;bei=jj%1000/100;shi=jj%100/10;ge=jj%10;P2=0x10;PO=tableqia n; delay(1);P2=0;P2=0x20;PO=tablebei;delay(1);P2=0;P2=0x40;P0=tableshi;delay(1);P2=0;P2=0x80;P0=tablege;delay(1);P2=0;timerni t()/定時(shí)

36、器計(jì)數(shù)器初始化函數(shù)EA=1;ET0=1;ET1=1;TMOD=0X51;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;TH1=0;TL1=0;TR0=1;TR1=1;mai n()timer_i nit();P0=0;開始數(shù)碼管不顯示while(1)xia n_shi();dela y(2); 數(shù)碼管刷新時(shí)間單位毫秒void timerO() in terrupt 1TR0=0;TR1=0;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;mm=0;mm|=TH1;mm=(mm8)|TL1;/ mm-=55536;TH1=0;TL1=0;TR0=1