基于單片機(jī)直流電機(jī)測速儀設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文 答辯修改版

西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄TOC\o"1-3"\h\z\u99431緒論 1209381.1數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的發(fā)展背景 1324471.2轉(zhuǎn)速測量在國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用 1145051.3主要研究內(nèi)容 2107491.4設(shè)計(jì)的目的和意義 252402轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的原理 416832.1轉(zhuǎn)速測量原理 453232.2轉(zhuǎn)速測量計(jì)算方法 543413轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 7273173.1直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法 7273083.2設(shè)計(jì)任務(wù)及方案 869914直流電機(jī)測速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 970484.1單片機(jī)AT89C51介紹 9208054.2轉(zhuǎn)速信號采集 14101274.2轉(zhuǎn)速信號處理電路設(shè)計(jì) 16185944.4最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1767264.4.1復(fù)位電路 17257764.4.2晶振電路 20280704.5顯示部分設(shè)計(jì) 20265165直流測速系統(tǒng)仿真 2448695.1直流測速系統(tǒng)仿真 24322475.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)仿真 2569945.1.2數(shù)碼管顯示仿真 25252825.2主程序流程設(shè)計(jì) 26231095.2.1主程序流程設(shè)計(jì) 26117025.2.2定時器的初始化 27233355.3實(shí)際電路實(shí)驗(yàn) 282232參考文獻(xiàn) 3028609致謝 311緒論1.1數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的發(fā)展背景在現(xiàn)代工業(yè)自動化高度發(fā)展的時期，幾乎所有的工業(yè)設(shè)備都離不開旋轉(zhuǎn)設(shè)備，形形色色的電機(jī)在不同領(lǐng)域發(fā)揮著很重要的作用。與之而來的問題是，如何更好地控制旋轉(zhuǎn)設(shè)備，對于不同的場合，對電機(jī)的控制要求是不同的，但大部分都會涉及到旋轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)速測量，從而利用轉(zhuǎn)速來實(shí)施對旋轉(zhuǎn)設(shè)備的控制。而數(shù)字顯示轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)在工業(yè)電機(jī)轉(zhuǎn)速測量方面有獨(dú)到的優(yōu)勢。目前國內(nèi)外測量電機(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)電樞電動勢計(jì)算所得)、同步測速法(如機(jī)械式或閃光式頻閃測速儀)以及計(jì)數(shù)測速法。計(jì)數(shù)測速法又可分為機(jī)械式定時計(jì)數(shù)法和電子式定時計(jì)數(shù)法。傳統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測多采用測速發(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，還有一些特殊的測速器是利用置于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的放射性材料來發(fā)生脈沖信號。其中應(yīng)用最廣的是光電式，光電式測速系統(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、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和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而采用光電傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度高、采樣速度快、測量范圍寬和測量精度與被測轉(zhuǎn)速無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景[1]。1.2轉(zhuǎn)速測量在國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用轉(zhuǎn)速測量的應(yīng)用系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科技教育、民用電器等各領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，往往成為某一產(chǎn)品或控制系統(tǒng)的核心部分，其各種參數(shù)在不同的應(yīng)用中有其側(cè)重，但轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)作為普遍的應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，有重要的意義。特別在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用。直流電機(jī)具有良好的起、制動性能，易于在寬廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以長期以來在要求調(diào)速指標(biāo)較高的場合獲得了廣泛應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，其性能可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，其變頻調(diào)速的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，但它的控制技術(shù)相對復(fù)雜，整個控制系統(tǒng)造價較高，在某些領(lǐng)域短時間內(nèi)還難以取直流調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生了。調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡單，所用的功率元件少；開關(guān)頻率高，可達(dá)到1000～4000，電流易連續(xù)，諧波少，脈動小，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較小；低速性能好，穩(wěn)態(tài)精度高，因而調(diào)速范圍寬；調(diào)速系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)；主電路元件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率高[2]；直流電源采用三相整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)高，可廣泛用于交通、工礦企業(yè)等電力傳動系統(tǒng)中。1.3主要研究內(nèi)容（1）詳細(xì)介紹電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量方法，對光電碼盤直流電機(jī)測速法，其具體測量方法的轉(zhuǎn)速計(jì)算，測量精度和誤差進(jìn)行闡述。在保持一定的測量精度情況下，應(yīng)用光電碼盤測速法，說明轉(zhuǎn)速測量原理。（2）根據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，提出測量方案，構(gòu)建硬件系統(tǒng)，分別對硬件系統(tǒng)的配置予以估計(jì)，使其能夠?qū)D(zhuǎn)速進(jìn)行測量。同時分析接口電路，顯示轉(zhuǎn)速。（3）對單片機(jī)定時/計(jì)數(shù)器進(jìn)行設(shè)置，設(shè)計(jì)和說明定時/計(jì)數(shù)器在光電碼盤法測量中的作用和使用方法，討論測量精度的問題。（4）根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)置各控制字，用C匯編語言編制程序，包括主程序流程，顯示中斷程序流程。并用軟件的方法對計(jì)數(shù)和定時進(jìn)行同步，力求在不增加硬件的條件下，使同步達(dá)到滿意的效果。（5）利用Keil軟件和Protues集成環(huán)境對系統(tǒng)對工作軟件進(jìn)行編譯、調(diào)試和仿真。1.4設(shè)計(jì)的目的和意義轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個參數(shù)，其測量方法較多，而模擬量的采集和模擬處理一直是轉(zhuǎn)速測量的主要方法，這種測量方法已不能適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的要求，在測量范圍和測量精度上，已不能滿足大多數(shù)系統(tǒng)的使用。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)測量得到普遍應(yīng)用，特別是單片機(jī)對脈沖數(shù)字信號的強(qiáng)大處理能力，使得全數(shù)字測量系統(tǒng)越來越普及，其轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)也可以用全數(shù)字化處理。在測量范圍和測量精度方面都有極大的提高。因此，本設(shè)計(jì)的目的是：對各種測量轉(zhuǎn)速的基本方法予以分析，針對不同的應(yīng)用環(huán)境，利用80C51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一種全數(shù)字化測速系統(tǒng)，從提高測量精度的角度出發(fā)，分析討論其產(chǎn)生誤差的可能原因，為今后的實(shí)際使用提供借鑒[3]。并從實(shí)際硬件電路出發(fā)，分析電路工作原理和軟件流程，根據(jù)仿真情況提出修改方案和解決辦法。課題以單片機(jī)為中心，設(shè)計(jì)的全數(shù)字化測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，在工業(yè)控制和民用電器中都有較高使用價值。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)速檢測和控制、水泵流量控制以及需要利用轉(zhuǎn)速檢測來進(jìn)行控制的許多場合。如車輛的里程表、車速表等。其次該轉(zhuǎn)速測量系統(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D(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題。2轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的原理2.1轉(zhuǎn)速測量原理一般的轉(zhuǎn)速長期測量系統(tǒng)是預(yù)先在軸上安裝一個有60齒的測速齒盤，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，再用測頻的辦法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量。而臨時性轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，多采用光電傳感器，從轉(zhuǎn)軸上預(yù)先粘貼的一個標(biāo)志上獲得一轉(zhuǎn)一個轉(zhuǎn)速脈沖，隨后利用電子倍頻器和測頻方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量。不論長期或臨時轉(zhuǎn)速測量，都可以在微處理器的參與下，通過測量轉(zhuǎn)軸上預(yù)留的一轉(zhuǎn)一齒的鑒相信號或光電信號的周期，換算出轉(zhuǎn)軸的頻率或轉(zhuǎn)速。即通過速度傳感器，將轉(zhuǎn)速信號變?yōu)殡娒}沖，利用微機(jī)在單位時間內(nèi)對脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，再經(jīng)過軟件計(jì)算獲得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。即:（2-1）式中，n—轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分鐘N—采樣時間內(nèi)所計(jì)脈沖個數(shù)T—采樣時間，分鐘m—每旋轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)(通常指測速碼盤的齒數(shù))。如果m=60，那么1秒鐘內(nèi)脈沖個數(shù)N就是轉(zhuǎn)速n，即:（2-2）通常m為60。在對轉(zhuǎn)速波動較快系統(tǒng)或要求動態(tài)特性好而精度高的轉(zhuǎn)速測控系統(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)致整個系統(tǒng)測量精度降低，難以滿足測控要求。提高采樣速率通常就要減小采樣時間T，而T的減小會使采到的脈沖數(shù)值N下降，導(dǎo)致脈沖當(dāng)量(每個脈沖所代表的轉(zhuǎn)速)增高，從而使得測量精度變得粗糙。通過增加測速碼盤的齒數(shù)可以提高精度，但是碼盤齒數(shù)的增加會受到加工工藝的限制，同時會使轉(zhuǎn)速測量脈沖的頻率增高，頻率的提升又會受到傳感器中光電器或磁敏器或磁電器件最高工作頻率的限制。凡此種種因素限制了常規(guī)智能轉(zhuǎn)速測量方法的使用范圍。而采用本文所提出的定時分時雙頻率采樣法，可在保證采樣精度的同時，提高采樣速率，充分發(fā)揮微機(jī)智能測速方法的優(yōu)越性及靈活性[4]。圖2-1系統(tǒng)原理圖各部分模塊的功能：（1）傳感器：用來對信號的采樣。（2）放大、整形電路：對傳感器送過來的信號進(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。（3）單片機(jī)：對處理過的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速的實(shí)際值，送入LED。（4）LED顯示：用來對所測量到的轉(zhuǎn)速進(jìn)行顯示。2.2轉(zhuǎn)速測量計(jì)算方法轉(zhuǎn)速是指作圓周運(yùn)動的物體在單位時間內(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)速測量一直是工業(yè)領(lǐng)域的一個重要問題。按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生過模擬測速法(如離心式轉(zhuǎn)速表)、同步測速法(如機(jī)械式或閃光式頻閃測速儀)以及計(jì)數(shù)測速法。計(jì)數(shù)測速法又可分為機(jī)械式定時計(jì)數(shù)法和電子式定時計(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)速測量系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)速測量方法采用的就是電子式定時計(jì)數(shù)法。對轉(zhuǎn)速的測量實(shí)際上是對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號的頻率進(jìn)行測量。在頻率的工程測量中，電子式定時計(jì)數(shù)測量頻率的方法一般有三種：①測頻率法:在一定時間間隔t內(nèi)，計(jì)數(shù)被測信號的重復(fù)變化次數(shù)N，則被測信號的頻率fx可表示為：(2-3)②測周期法：在被測信號的一個周期內(nèi)，計(jì)數(shù)時鐘脈沖數(shù)，則被測信號頻率，其中，為時鐘脈沖信號頻率。③多周期測頻法：在被測信號個周期內(nèi)，計(jì)數(shù)時鐘脈沖數(shù)，從而得到被測信號頻率，則可以表示為，由測量準(zhǔn)確度確定。電子式定時計(jì)數(shù)法測量頻率時，其測量準(zhǔn)確度主要由兩項(xiàng)誤差來決定：一項(xiàng)是時基誤差；另一項(xiàng)是量化±1誤差。當(dāng)時基誤差小于量化±1誤差一個或兩個數(shù)量級時，這時測量準(zhǔn)確度主要由量化±1誤差來確定。對于測頻率法，測量相對誤差為：=測量誤差值/實(shí)際測量值×100%=（2-4）由此可見，被測信號頻率越高，N越大，就越小，所以測頻率法適用于高頻信號(高轉(zhuǎn)速信號)的測量。對于測周期法，測量相對誤差為：=測量誤差值/實(shí)際測量值×100%=（2-5）對于給定的時鐘脈沖，當(dāng)被測信號頻率越低時，越大，就越小，所以測周期法適用于低頻信號(低轉(zhuǎn)速信號)的測量。對于多周期測頻法，測量相對誤差為：=測量誤差值/實(shí)際測量值×100%=（2-6）從上式2-6可知，被測脈沖信號周期數(shù)越大，就越大，則測量精度就越高。它適用于高、低頻信號（高、低轉(zhuǎn)速信號）的測量。但隨著精度和頻率的提高，采樣周期將大大延長，并且判斷也要延長采樣周期，不適合實(shí)時測量。根據(jù)以上的討論，考慮到實(shí)際應(yīng)用中需要測量的轉(zhuǎn)速范圍很寬，上述的轉(zhuǎn)速測量方法難以滿足要求。因此，研究高精度的轉(zhuǎn)速測量方法，以同時適用于高、低轉(zhuǎn)速信號的測量，不僅具有重要的理論意義，也是實(shí)際生產(chǎn)中的需要。3轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.1直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的方案選擇一般要考慮傳感器的結(jié)構(gòu)、安裝以及測速范圍與環(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。經(jīng)過查找資料，綜合資料分析，從實(shí)現(xiàn)難度、熟悉程度、器件用量等方面綜合考慮，我們才能最終選擇一個最合適的方案。目前國內(nèi)外常用的轉(zhuǎn)速測量方法有離心式轉(zhuǎn)速表測速法、測速發(fā)電機(jī)測速法、閃光測速法、光電碼盤測速法和霍爾元件測速法。(1)離心式轉(zhuǎn)速表測速法離心式轉(zhuǎn)速表是利用離心原理制成的測速儀表，可以直接讀出轉(zhuǎn)速。測轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速表的端頭要插入電機(jī)轉(zhuǎn)軸的中心孔內(nèi)，插入前，應(yīng)注意清除中心孔中的油污，并使轉(zhuǎn)速表的軸與電機(jī)的軸保持同心，不可上下左右偏斜，否則易將表軸扭壞，并影響準(zhǔn)確讀數(shù)，而且轉(zhuǎn)速表要間歇使用，以減少磨損和發(fā)熱。如果要改變量程，還要將轉(zhuǎn)速表取出停轉(zhuǎn)后再改變量程。(2)測速發(fā)電機(jī)測速法測速發(fā)電機(jī)測轉(zhuǎn)速時，測速發(fā)電機(jī)連接到被測電機(jī)的軸端，將被測電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號輸出，在輸出端接一個刻度以轉(zhuǎn)速為單位的電壓表，即可讀出轉(zhuǎn)速。(3)閃光測速法閃光測速法是利用可調(diào)脈沖頻率的專用電源施加于閃光燈上，將閃光燈的燈光照到電機(jī)轉(zhuǎn)動部分(可在電機(jī)端軸上粘貼一張標(biāo)記紙片)，當(dāng)調(diào)整脈沖頻率使黑色扇形片靜止不動時，此時脈沖的頻率是與電機(jī)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速是同步的。若脈沖頻率為f，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速為。(4)光電碼盤測速法光電碼盤測速法是通過測出轉(zhuǎn)速信號的頻率或周期來測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種無接觸測速法。光電碼盤安裝在轉(zhuǎn)子端軸上，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動，光電碼盤也跟著一起轉(zhuǎn)動，如果有一個固定光源照射在碼盤上，則可利用光敏元件來接收到的光的次數(shù)就是碼盤的編碼數(shù)。若編碼數(shù)為60，測量時間為t，測量到的脈沖數(shù)為N，則n=N/t。(5)霍爾元件測速法霍爾元件測速法是利用霍爾開關(guān)元件測轉(zhuǎn)速的。霍爾開關(guān)元件內(nèi)含穩(wěn)壓電路、霍爾電勢發(fā)生器、放大器、施密特觸發(fā)器和輸出電路。輸出電平與TTL電平兼容，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上裝一個圓盤，圓盤上裝若干對小磁鋼，小磁鋼越多，分辨率越高，霍爾開關(guān)固定在小磁鋼附近，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，每當(dāng)一個小磁鋼轉(zhuǎn)過霍爾開關(guān)，霍爾開關(guān)便輸出一個脈沖，計(jì)算出單位時間的脈沖數(shù)，即可確定旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。在這五種測速方法中，離心式轉(zhuǎn)速表測速法和測速發(fā)電機(jī)測速法所用的都是現(xiàn)成的測速儀表，容易得到。但轉(zhuǎn)速表或測速機(jī)都要與電機(jī)同軸連接，一方面增加了電機(jī)機(jī)組安裝難度，另一方面有些微電機(jī)功率很小，轉(zhuǎn)速表或測速機(jī)消耗的功率占了微電機(jī)大部分，更有甚者微電機(jī)甚至拖不動這些儀表，所以對微特電機(jī)的測速，這二種方法不適用?；魻栐y速法和光電碼盤測速法的測速方法基本類似，都是在轉(zhuǎn)軸上裝一個很輕巧的傳感器，將電機(jī)的轉(zhuǎn)動信號通過磁(霍爾元件)或光(光電碼盤)轉(zhuǎn)換為電脈沖，從而通過計(jì)算電脈沖的個數(shù)來測速[5]。閃光測速法目前實(shí)際應(yīng)用不廣泛，主要是光源的問題。所以本課題設(shè)計(jì)采用光電碼盤測速法。3.2設(shè)計(jì)任務(wù)及方案本文針對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，以單片機(jī)為核心對光電開關(guān)產(chǎn)生的數(shù)字信號進(jìn)行運(yùn)算，從而測得電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后用LCD把電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示出來。即通過光電開關(guān)將電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成0，1的數(shù)字量，只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)數(shù)和計(jì)算，就可獲得轉(zhuǎn)速的信息。系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)處理系統(tǒng)、直流電機(jī)、光電轉(zhuǎn)換、放大電路和單穩(wěn)整形電路、顯示系統(tǒng)等幾個部分組成，如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)組成框圖4直流電機(jī)測速系統(tǒng)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，價格低廉的顯著特點(diǎn)，使全數(shù)字化測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。出于單片機(jī)在測量轉(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。對測量轉(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)速測量系統(tǒng)，保證了測量精度。整個直流測速系統(tǒng)由信號采集電路、信號處理電路、單片機(jī)及數(shù)字顯示四部分組成，用一個紅外發(fā)光二極管和一個接受紅外光的二極管組成一套光電管外加一個測速齒盤。當(dāng)發(fā)射端連續(xù)發(fā)射紅外信號，通過測速齒盤的轉(zhuǎn)動，在接受端收到的紅外信號不連續(xù)，如開關(guān)的通斷。通過比較器和放大電路，從而輸出“0”“1”兩種高低電平，并把兩種信號傳給單片機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后利用設(shè)定算法進(jìn)行計(jì)算，最后通過數(shù)碼顯示管顯示計(jì)算結(jié)果。其直流電機(jī)系統(tǒng)方框圖如4-1所示，直流電機(jī)系統(tǒng)電路圖如圖4-2所示。圖4-1直流測速系統(tǒng)方框圖4.1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器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）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和閃爍存儲器組合在單個芯片中，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廉的方案[6]。圖4-2直流電機(jī)測速系統(tǒng)電路圖圖4-3是常用的一種單片機(jī)，型號為AT89C51，它將計(jì)算機(jī)的功能都集成到這個芯片內(nèi)部去了，就這么一個小小的芯片就能構(gòu)成一臺小型的電腦，因此叫做單片機(jī)。圖4-3AT89C51芯片它有40個管腳，分成兩排，每一排各有20個腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第1腳，然后按逆時針方向依次為第2腳、第3腳……第40腳。在40個管腳中，其中有32個腳可用于各種控制，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個腳叫做單片機(jī)的“端口”，在單片機(jī)技術(shù)中，每個端口都有一個特定的名字，比如第一腳的那個端口叫做“P1.0”。AT89C51單片機(jī)的功能：（1）主要特性◆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)保留時間：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位可編程I/O線◆兩個16位定時器/計(jì)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）管腳說明（圖4-4）圖4-4AT89C51管腳分布圖◆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(dāng)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(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高?！鬚1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(yàn)時，P1口作為第八位地址接收?！鬚2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(dāng)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(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號?！鬚3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(dāng)P3口寫入“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●P3.0RXD（串行輸入口）●P3.1TXD（串行輸出口）●P3.2/INT0（外部中斷0）●P3.3/INT1（外部中斷1）●P3.4T0（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）●P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。●RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。●ALE/PROG：當(dāng)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(dāng)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?！馪SEN：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(jī)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(dāng)/EA保持低電平時，則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(dāng)/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）?！馲TAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入?！馲TAL2：來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。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。（4）芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(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，直到下一個硬件復(fù)位為止。4.2轉(zhuǎn)速信號采集在設(shè)計(jì)中采用光電傳感器采集信號，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，然后用測量電路測出頻率，由頻率值就可知道所測轉(zhuǎn)速值。這種測量方法具有傳感器結(jié)構(gòu)簡單、可靠、測量精度高的特點(diǎn)。是目前常用的一種測量轉(zhuǎn)速的方法。從光源發(fā)出的光通過測速齒盤上的齒槽照射到光電元件上，使光電元件感光。測速齒盤上有30個齒槽，當(dāng)測速齒槽旋轉(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)。對于被測電機(jī)的轉(zhuǎn)速在90—1700r/min的來說，每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生30個電脈沖信號，因此，傳感器輸出波形的頻率的大小為：45Hz≤f≤850Hz測速齒盤裝在發(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，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，產(chǎn)生電信號，每轉(zhuǎn)過一個齒，光的明暗變化經(jīng)歷了一個正弦周期，即產(chǎn)生了正弦脈沖電信號。圖4-5所示為轉(zhuǎn)速傳感器電路，由于紅外光不可見，無法用肉眼識別發(fā)光信號是否在工作，故將紅外線的輸出回路串接了一個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，其導(dǎo)通電壓為，所選用的發(fā)光二極管的正向壓降一般為，電流為。R的計(jì)算公式為：（4-1）計(jì)算得：；。設(shè)定中所選阻值。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，紅外線接收三極管的光信號轉(zhuǎn)化為電信號的電壓U0很微弱(一般為量級)，需要進(jìn)行信號處理.圖4-5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，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷。以透射式為例，如圖4-6所示，當(dāng)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，否則打開。為此，可以制作一個遮光葉片如圖4-7所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過時，產(chǎn)生脈沖信號。當(dāng)葉片數(shù)較多時，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。圖4-6光電傳感器的原理圖圖4-7遮光葉片圖（2）選用的傳感器型號為SZGB-3（單向）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；（4)20電源電壓為12VDC；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，使用時通過連軸節(jié)與被測轉(zhuǎn)軸連接，當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，將轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，供二次儀表計(jì)數(shù)使用。以下為其性能指標(biāo)。1）輸出脈沖數(shù)：60脈沖（每一轉(zhuǎn)）；

2)輸出信號幅值：50r/min時300mV；

3)測速范圍：50—5000r/min；4)使用時間：可連續(xù)使用，使用中勿需加潤滑油；

5)工作環(huán)境：溫度-10～40℃，相對濕度≤85%無腐蝕性氣體。4.2轉(zhuǎn)速信號處理電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速信號處理電路包括信號放大電路、整形及三極管整形電路。由于產(chǎn)生的電壓信號很小，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)行信號處理工作。所以選擇了LM339增益放大器來作為放大電壓的放大元件。（1）LM339工作原理及管腳圖LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端中的一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“-”表示。當(dāng)用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個待比較的信號電壓，當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接高電位。兩個輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。下圖4-8（a）給出了一個LM399的基本單限比較器。輸入信號為待比較電壓，把它加到同相輸入端，在反相輸入端接一個參考電壓（門限電平）。當(dāng)輸入電壓時，輸出為高電平UOH。圖4-8（b）為其傳輸特性。圖4-8（c）為LM339的管腳圖。（c）圖4-8LM339工作原理圖及管腳圖（2）信號采集信號處理整體連線如下圖4-9所示圖4-9比較型光電傳感器整體電路圖在圖4-9中，發(fā)光二極管相當(dāng)于一個紅外線發(fā)射管，JP1是紅外線接收管，接收光強(qiáng)在上面轉(zhuǎn)換成電流，在R上成為電壓信號。當(dāng)光線照射到白色面上時，光線反射強(qiáng)烈，光線照射到黑色面上時，光線反射較弱。因此當(dāng)光照在不同顏色面上時，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值與RA1的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，就可以從LM339輸出邏輯電平給單片機(jī)。4.4最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.4.1復(fù)位電路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，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確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。因而，復(fù)位是一個很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。整體電路圖如圖4-10所示。圖4-10復(fù)位電路圖（1）復(fù)位功能

復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機(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復(fù)位如圖4-11(a)和按鈕復(fù)位如圖4-11(b)所示的兩種方式。圖4-11RC復(fù)位電路圖（2）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PC＝0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動后，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個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，見表4-1。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。說明：表4-1中符號*為隨機(jī)狀態(tài)：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)ABPSW00H00H00HTMODTCONTH000H00H00HSPDPLDPHP0—P3IPIE07H00H00HFFH***00000B0**00000BTL0TH1TL1SBUFSCONPCON00H00H00H不定00H0********BPSW＝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)RAM07H字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個被壓入的內(nèi)容寫入到08H單元中；Po-P3＝FFH，表明已向各端口線寫入1，此時，各端口既可用于輸入又可用于輸出。IP＝×××00000B，表明各個中斷源處于低優(yōu)先級；IE＝0××00000B，表明各個中斷均被關(guān)斷；系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。C51單片機(jī)的復(fù)位是由RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過24個振蕩周期后，C51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，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。C51單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時，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。4.4.2晶振電路晶振如圖4-12所示是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點(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。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會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30μF。在焊接刷電路板時，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4-12。晶振有一個重要的參數(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4-12晶振電路圖4.5顯示部分設(shè)計(jì)(1)許多電子產(chǎn)品上都有跳動的數(shù)碼來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)碼有共陽極和共陰極兩種，把這些LED發(fā)光二極管的正極接到一塊（一般是拼成一個8字加一個小數(shù)點(diǎn)）而作為一個引腳，就叫共陽極的，相反的，就叫共陰極的，那么應(yīng)用時這個腳就分別的接VCC和GND。再把多個這樣的8字裝在一起就成了多位的數(shù)碼管了。實(shí)物如圖4-13所示。圖4-13數(shù)碼管共陽型如圖4-13所示就是八個發(fā)光管的正極都連在一起，作為一條引線.A-G段用于顯示數(shù)字，字符的筆畫，（dp顯示小數(shù)點(diǎn)），每一段控制A-G-dp的亮與滅。共陽極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu):

圖4-13共陽型LCD圖共陰型如圖4-14所示就是七個發(fā)光管的負(fù)極都連在一起，作為一條引線。A-G段用于顯示數(shù)字，字符的筆畫，（dp顯示小數(shù)點(diǎn)），每一段控制A-G-dp的亮與滅。共陰極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu):圖4-14共陰型LCD圖數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89C51單片機(jī)可用的I/O端口才32個，實(shí)際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(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，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“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，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通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，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，由于熱得視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間可以為1～2ms，這樣盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(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)，不會有閃爍感，動態(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4-2為LED段碼表表4-2LED段碼表顯示字符共陰極段選碼共陽極段選碼顯示字符共陰極段選碼共陽極段選碼012343FH06H5BH4FH66HC0HF9HA4HB0H99H567896DH7DH07H7BH6FH92H82HF8H80H90H5直流測速系統(tǒng)仿真硬件電路完成以后,進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和仿真。首先要分析系統(tǒng)對軟件的要求,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)和對程序的模塊化設(shè)計(jì)。按整體功能分為多個不同的模塊,單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試,然后將各個模塊裝配聯(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語言完成的,需要能掌握C語言,還要熟練AT89C51單片機(jī)。從程序流程圖、編寫程序、編譯,到最后的調(diào)試,是很復(fù)雜的。下面作簡單介紹：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。5.1直流測速系統(tǒng)仿真與以往的80C51單片機(jī)不同，AT89C51具有在線調(diào)試和下載功能，它由支持AT89C51的開發(fā)工具包KeiluVersion2.0開發(fā)系統(tǒng)來提供。也就是說，在用戶系統(tǒng)保留AT89C51的情況下，通過開發(fā)系統(tǒng)與AT89C51的串行接口通信，直接對用戶系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，并在調(diào)試完成后將調(diào)試好的程序下載到AT89C51中。KeiluVersion3.0開發(fā)系統(tǒng)提供四項(xiàng)功能：編譯、下載、調(diào)試和模擬，分別由KeiluVersion2.0提供的編譯器、在線串行下載器、調(diào)試器和模擬器來實(shí)現(xiàn)。KeiluVersion2.0編譯器可在Windows操作系統(tǒng)下直接使用，編譯C語言源程序，并生成16進(jìn)制文件和列表文件。調(diào)試器采用Windows系統(tǒng)，允許用戶使用AT89C51的UART串行接口在芯片上調(diào)試代碼執(zhí)行。在典型調(diào)試對話中，調(diào)試器提供對片內(nèi)所有外圍設(shè)備的訪問、單步和設(shè)置斷點(diǎn)的代碼執(zhí)行控制方式。模擬器采用Windows系統(tǒng)，能完全模擬AT89C51的所有功能。模擬器使用簡單，結(jié)合了許多標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試特征，包括多斷點(diǎn)、單步以及代碼執(zhí)行跟蹤等能力。同樣偉福仿真器是國內(nèi)較好的仿真器之一，它能夠仿真的CPU品種多、功能強(qiáng)。通過更換仿真頭POD，可以對不同的CPU進(jìn)行仿真?？煞抡?1系列，196系列，PIC系列，飛利蒲公司的552、LPC764、DALLAS320，華邦438等51增強(qiáng)型CPU。由于偉福編譯過程沒有KeiluVersion2.0那么繁瑣，能對程序進(jìn)行直接編譯，省去了建立和設(shè)置工程等步驟，使用方便、快捷。所以本設(shè)計(jì)以KeiluVersion2.0為基礎(chǔ)，運(yùn)用C語言來編譯程序。當(dāng)程序設(shè)計(jì)完以后，仿真部分運(yùn)用Proteus仿真軟件來實(shí)現(xiàn)，Proteus軟件是一款強(qiáng)大的單片機(jī)仿真軟件，它除了具有和其他工具一樣的原理編輯、印制電路板（PCB）自動或人工布線及電路仿真外，最大的特色是其電路仿真是交互的、可視化的。對于單片機(jī)學(xué)習(xí)和開發(fā)幫助極大。ProteusISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和數(shù)字集成電路，包括單片機(jī)。通過Proteus可以繪制硬件原理圖，并設(shè)置元件參數(shù)；為單片機(jī)及其程序以及外部接口電路的仿真提供可能，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性與合理性；還可以為連接實(shí)際的硬件電路做好準(zhǔn)備；如有必要時，可以利用它來設(shè)計(jì)電路板。5.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)仿真在模擬軟件上搭建好最小系統(tǒng)電路圖后，導(dǎo)入程序進(jìn)行最小系統(tǒng)仿真最小系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)如圖5-1所示。圖5-1最小系統(tǒng)的仿真圖5.1.2數(shù)碼管顯示仿真數(shù)碼管動態(tài)顯示仿真模擬實(shí)驗(yàn)如圖5-2所示。圖5-2動態(tài)顯示仿真圖5.2主程序流程設(shè)計(jì)5.2.1主程序流程設(shè)計(jì)主程序是控制單片機(jī)系統(tǒng)按照預(yù)定的操作方式運(yùn)轉(zhuǎn),它完成人機(jī)對話和各種控制功能,是單片機(jī)系統(tǒng)程序的框架。主程序的主要任務(wù)是完成系統(tǒng)自檢、初始化、處理鍵盤命令等功能。本設(shè)計(jì)未涉及到鍵盤命令。直流測速系統(tǒng)的主程序流程如下圖5-3所示。圖5-3主程序流程圖圖5-4外部中斷0中斷程序流程圖在該測速系統(tǒng)的程序中,主程序執(zhí)行的過程中共執(zhí)行了3個中斷程序,即外部中斷0中斷、外部脈沖計(jì)數(shù)0中斷和定時器1中斷。圖5-4所示為外部中斷0中斷程序流程圖。外部中斷0中斷程序主要用于測速起始。當(dāng)測速開始時,執(zhí)行外部中斷0中斷,外部脈沖計(jì)數(shù)加1，并判斷T0、T1是否開啟，若沒有開啟則開啟，再判斷1S定時到了沒有，若1S定時到計(jì)算轉(zhuǎn)速，并關(guān)INT0、T0、T1軟件清零。圖5-5為T0中斷程序流程圖。T0對內(nèi)部時鐘脈沖計(jì)數(shù)，T0為8位定時器，1S定時的內(nèi)部時鐘脈沖超過了T0上限，故采用軟件延時計(jì)數(shù)。圖5-6為T1中斷程序流程圖，T1定時1S,當(dāng)一秒定時到，則置位標(biāo)志位。圖5-5T0中斷程序流程圖圖5-6T1中斷程序流程圖5.2.2定時器的初始化定時器初始化AT89C51有兩個定時器/計(jì)數(shù)器T0和T1，每個定時器/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)行定時或計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的功能是對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，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加1。定時功能是通過計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，每個機(jī)器周期產(chǎn)生1個計(jì)數(shù)脈沖，即每個機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加1，因此定時時間等于計(jì)數(shù)個數(shù)乘以機(jī)器周期。定時器工作時，每接收到1個計(jì)數(shù)脈沖（或機(jī)器周期）則在設(shè)定的初值基礎(chǔ)上自動加1，當(dāng)所有位都位1時，再加1就會產(chǎn)生溢出，將向CPU提出定時器溢出中斷申請。當(dāng)定時器采用不同的工作方式和設(shè)置不同的初值時，產(chǎn)生溢出中斷的定時值和計(jì)數(shù)值將不同，從而可以適應(yīng)不同的定時或計(jì)數(shù)控制。定時器有4種工作方式：方式0、方式2、方式2和方式3，在此對工作方式不做具體介紹。工作方式寄存器TMOD的設(shè)定：GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0TMOD各位的含義如下：◆GATE：門控位，用于控制定時/計(jì)數(shù)器的啟動是否受外部中斷請求信號的影響。◆C/T：定時或計(jì)數(shù)方式選擇位，當(dāng)C/T=1時工作于計(jì)數(shù)方式；當(dāng)C/T=0時工作于定時方式。M1、M0為工作方式選擇位，用于對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5-1M1、M0工作方式MOM1工作方式方式說明00110101012313位定時/計(jì)數(shù)器16位定時/計(jì)數(shù)器8位自動重置定時/計(jì)數(shù)器兩個8位定時/計(jì)數(shù)器（只有T0有）中斷允許控制MCS-51單片機(jī)中沒有專門的開中斷和關(guān)中斷指令，對各個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。中斷允許寄存器IE的字節(jié)地址為A8H，可以進(jìn)行位尋址.表5-2中斷位尋址表IED7D6D5D4D3D2D1D0（A8H）EAET2ESET1EX1ET0EX0◆EA：中斷允許總控位。EA=0，屏蔽所有的中斷請求；EA=1，開放中斷?！鬍T2：定時器/計(jì)數(shù)器T2的溢出中斷允許位◆ES：串行口中斷允許位?！鬍T1：定時器/計(jì)數(shù)器T1的溢出中斷允許位?！鬍X1：外部中斷INT1的中斷允許位?！鬍T0：定時器/計(jì)數(shù)器T0的溢出中斷允許位?！鬍X0：外部中斷INT0的中斷允許位。5.3實(shí)際電路實(shí)驗(yàn)通過仿真軟件的仿真實(shí)驗(yàn)可以得到設(shè)計(jì)達(dá)到要求，現(xiàn)在通過實(shí)際電路更加實(shí)際的來實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否達(dá)到要求。首先按照電路圖焊接實(shí)際電路板，再通電測試。實(shí)際測試電路如5-7所示。當(dāng)輸入測試信號為100Hz時，數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘，符合設(shè)計(jì)要求。圖5-7實(shí)際電路圖參考文獻(xiàn)馬西秦．自動檢測技術(shù)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2001:210-230.雷思孝，馮育長．單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2005:79-85.雷玉堂.光電檢測技術(shù)（第2版）[M].中國計(jì)量出版社，2009:254-259.郭培源，付揚(yáng).光電檢測技術(shù)與應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版，2006:221-224.張道德.單片機(jī)接口技術(shù)（C51版）[M].中國水利水電出版社，2007:112-115.汪云.基于霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速檢測裝置[J].傳感器技術(shù)，2003：22(10):45-47.楊路明.C語言程序設(shè)計(jì)[M].北京郵電大學(xué)出版社，2005:1-7.徐瑋，徐富軍，沈建良.C51單片機(jī)高效入門[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006.43-45.王為青，程國鋼.單片機(jī)KeilCx51應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[M].人民郵電出版社，2007:31-38.林志琦，郎建軍，李會杰，佟大鵬.基于Proteus的單片機(jī)可視化軟硬件仿真[M].北京航空航天大學(xué)出版，2006:1-5.丁英麗.智能光電計(jì)數(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)量與測試技術(shù)，2004：5(2):31-32.陳照章，朱湘臨.光電測速傳感器及其信號調(diào)理電路[J].傳感技術(shù)，2002：1（8）;53-55.Carsystemsintegratemorefunctions(1997,June).JElectronicComponents,pp.186-226.Burr-BrownApplicationHandbook(1994),USA.DataTransmissionDesignSeminar(1998),ReferenceManual,TexasInstruments,USA.致謝在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，首先要感謝張奇志老師對我的細(xì)心指導(dǎo)，遇到困難能夠及時給予幫助。張老師在工作中兢兢業(yè)業(yè)，輔導(dǎo)學(xué)生時極其認(rèn)真耐心，讓我深刻地體會到真正的為人師表的風(fēng)范。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中我不僅鍛煉了自己的動手能力，更重要的是學(xué)習(xí)了應(yīng)該