測頻法和測周法轉(zhuǎn)速測量地課程設(shè)計報告材料

1、一、任務(wù)要求1. 性能要求：測量圍：55000rpm;2. 功能要求：采用MCS51系列單片機完成測量，并將測量值顯示于數(shù)碼管上。 分別采用測頻法和測周法進行設(shè)計，并比較不同速度段的測量精度。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)計的系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成，即： 傳感器、單片機以及顯示部分組成。各個部分的方案論證如下：2.1傳感器的選擇目前，可用于測速的傳感器有很多，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轉(zhuǎn)化為磁輸入信號的器件。光電傳感器的優(yōu)點是響應(yīng)速度快、測量精

2、度高, 能夠直接輸出高低電平，缺點是容易受外來光線、灰塵等的影響，即 對周圍環(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)把磁輸入信號轉(zhuǎn)換成電信號 的器件。開關(guān)型霍爾的優(yōu)點是能夠直接輸出高低電平， 屬于大信號傳 感器，對外部的信號調(diào)理電路要求不高， 缺點是響應(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， 具有長期工作 穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，但是輸出信號比較弱，后續(xù)處理電路比較 復(fù)雜，且一般價格比較高。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)計主要針對自行車和汽車的測速， 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)字和簡單的字母，其優(yōu)點是價格便宜， 程序編寫比較簡單，功耗低，缺點是亮度不高，在要顯示數(shù)字多的場 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，對比度可調(diào)且能夠顯示ASCI碼和簡單的漢字等優(yōu)點，其缺點是成本比數(shù)碼管高，而 且程序編寫相對復(fù)雜。方案三：采用LCD12864夜晶顯示LCD12864液晶顯示屏優(yōu)點是能夠顯示漢字，且功耗比較低，其 確定是軟件編程比較復(fù)雜。2.3測速原理論證

4、測頻法原理：測頻法原理圖如圖1-2所示,即測量一段時間t，所計的脈沖數(shù) 為N,則所測得的頻率為f=t/N，其“ 1誤差”為1/N 1/ ft。由 此可見，在t 一定時，所測頻率f越高，則“1誤差”越小。因此測頻法適用于測低頻。圖1-2測頻法原理圖測周法原理：測周法原理圖如圖1-3所示，即對信號的周期T進行測量，然后 根據(jù)f=1/T就可以得到頻率。在本設(shè)計中就是通過對單片機部時鐘脈 沖計數(shù)得到兩個脈沖之間的時間間隔 T。假設(shè)單片機部時鐘為f ,所 計得的脈沖數(shù)為N，則時間間隔T =N/ f，即頻率f二f /N。其“1誤差”為 1 / N 1 /Tf。由此可知，在時鐘脈沖f 一定時，所測的時間間隔

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

6、由一個12MHz的晶體振蕩器和兩個瓷片電容組成，為單片機提供時鐘頻率，本次設(shè)計采用12M 晶振是為了使定時能夠更精準，計算更方便。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) 計選用的單片機是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)計選用的霍爾型號為44E開 關(guān)型霍爾傳感器，當小磁?？拷鼤r，霍爾輸出低電平。圖中 D2為電 源指示燈，D1為小磁?？拷魻柕闹甘緹簟M393為電壓比較器，2腳輸

7、入電壓為2.5V，此處加個電壓比較器使輸出信號更穩(wěn)定，能夠輸出比較穩(wěn)定的脈沖信號。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4.1軟件實現(xiàn)功能并且能夠軟件主要實現(xiàn)功能是完成測頻法和測周法的算法實現(xiàn),進行自動的根據(jù)頻率圍進行兩種方法之間的轉(zhuǎn)換。4.2主程序框圖液晶和中斷 初始化是測頻法標志位置位 測周法標志位清零測周法標志位置位

8、 測頻法標志位清零1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定時器中斷程序框圖進入中斷4.4外部中斷程序框圖三、模擬調(diào)試部分5.1模擬裝置簡介本次設(shè)計所使用的5,2模擬調(diào)試方法5.3結(jié)果四、小結(jié)6.1實驗中所遇到的問題 、在編程時，采用測周法時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，而定時器的計數(shù)值（用來計 算兩個脈沖之間的時間的量）始終只有幾百，即時間為幾百微秒。 、在實際測量時，發(fā)現(xiàn)測得的頻率值與實際的頻率值相差很大,且相對誤差在 10%左右，例如實際值為325r/min ，而測得值為354r/min，即相對誤差為（354-325）/32

9、5*100%=8.9%，誤差比較大。 、采用測周法時，當頻率為0時，其實際顯示值不為零，始終 停留在之前的值，保持不變。6.2 分析、解決6.3 設(shè)計結(jié)果評價附錄 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" / 液晶第一行默認顯示數(shù)據(jù) uchar co

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

11、 init_interuppt();/ 定時器 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*/* /* 延時函數(shù)/*'void delay(uchar ms)uint i,j;for(i=ms;i>0;i-) for(j=150;j>0;j-);/*/* 定 時 器 計 數(shù) 器 初 始 化 */void init_interuppt()/設(shè)置為工作方式 1，16 位計數(shù)方式TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%2

13、56;ET0=1; /使能定時器 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;/開定時器 0 中斷/*/* 定時器中斷函數(shù)void timer0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; /每 50 毫秒進一次中斷 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 點陣，8 位數(shù)據(jù) /顯示開，關(guān)光標/移動光標/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