基于單片機的簡易轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設計

II學號：常州大學畢業(yè)設計（論文）（2012屆）題目學生學院專業(yè)班級校內(nèi)指導教師專業(yè)技術職務校外指導老師專業(yè)技術職務二○一二年六月基于單片機的簡易轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設計摘要：在工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合，測量轉(zhuǎn)速的方法主要有模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測速發(fā)電機為檢測元件，得到的信號是模擬量。數(shù)字式通常采用光電編碼器，霍爾元件等為檢測元件，得到的信號是脈沖信號。隨著微型計算機的廣泛應用，特別是高性能價格比的單片機的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量普遍采用以單片機為核心的數(shù)字式測量方法。該文設計了一個簡易的直流電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，主要由霍爾傳感器、單片機和顯示器、鍵盤電路、報警電路等組成。系統(tǒng)以AT89S52單片機為控制核心，采用M測速法原理，用霍爾傳感器進行轉(zhuǎn)速測量，4位的LED顯示轉(zhuǎn)速，當轉(zhuǎn)速高于上限或低于下限值都會進行報警，并通過鍵盤輸入設置開關控制閾值。該系統(tǒng)具有電路簡單，測量速度快，可靠高等特點。關鍵字：AT89S52單片機；轉(zhuǎn)速；霍爾傳感器

DesignofsimplespeedmeasurementsystembasedonSCMAbstract：Inengineeringpractice,weencounteravarietyofoccasionsfrequently,whichneedtomeasurethespeed.Andthemethodsofmeasuringspeedaremainlyincludinganaloganddigital.Intheanalogmeans,thetachometergeneratorisusedasthedetectingcomponenttogetanalogsignal,whiletheopticalencoderortheHallelementtogetpulsesignalsinthedigitalmeans.Inthispaper,asimpleDCmotorspeedmeasurementsystemisdesigned,whichismainlymadeupoftheHallsensor,AT89S52SCM,displayer,keyboardcircuitandalarmcircuit.AT89S52SCMisthecoreofthemeasurementsystem.Using"M"velocimetryprinciple,weusetheHallsensortomeasurethespeed,4-bitLEDtoshowthespeedandkeyboardtosettheswitchtocontrolthreshold.Andthealarmfunctionisalsorealizedwhenspeedishigherthantheupperlimitorbelowthelowerlimit.Thedesignedsystemissimpleandhasthecharacteristicsoffastmeasuringandhighreliability.Keywords:AT89S52SCM;Speed;HallSensors目錄摘要： I目錄 III1引言 11.1課題的開發(fā)背景和意義 11.2轉(zhuǎn)速測量在國內(nèi)外的研究 11.3課題任務 22轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的總體方案 32.1轉(zhuǎn)速測量的一般方法 32.2硬件設計總體方案 42.3軟件設計思路 53系統(tǒng)硬件設計 63.1轉(zhuǎn)速測量原理 63.1.1測頻法“M法” 63.1.2測周期法“T法” 73.1.3測頻測周法“M/T法” 93.1.4轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)中應用的方法 103.2AT89S52單片機的簡介 103.3轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的模塊簡介 133.3.1傳感器電路 133.3.2復位電路 163.3.3時鐘電路 173.3.4顯示電路 173.3.5鍵盤電路 193.3.6報警電路 204系統(tǒng)軟件設計 214.1軟件設計的總體思路 214.2速度數(shù)據(jù)采集功能 214.3定時器中斷功能 254.4外部中斷功能 264.5主函數(shù) 275系統(tǒng)調(diào)試 295.1硬件調(diào)試 295.2軟件調(diào)試 306.總結 31參考文獻 32致謝 33附錄A 34常州大學本科生畢業(yè)設計（論文）第PAGETwo頁共34頁常州大學本科生畢業(yè)設計（論文）第1頁共34頁1引言課題的開發(fā)背景和意義隨著超大規(guī)模集成電路技術提高，尤其是單片機應用技術以其功能強大，價格低廉的顯著特點，使全數(shù)字化測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)得以廣泛應用。由于單片機在測量轉(zhuǎn)速方面具有體積小、性能強、成本低的特點，越來越受到企業(yè)用戶的青睞[1]。轉(zhuǎn)速是工程中應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，這種測量方法技術已不能適應現(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)模集成電路技術的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)測量得到普遍應用，特別是單片機對脈沖數(shù)字信號的強大處理能力，使得全數(shù)字量系統(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[2]。在測量范圍和測量精度方面都有極大的提高。目前，在數(shù)字系統(tǒng)中測速裝置主要分為兩類。一類是把測速機的模擬輸出信號經(jīng)A/D變換為數(shù)字量，然后輸入到計算機中[3]，這是一種比較成熟的測速方法。其優(yōu)點是響應速度快，時間延遲小，其缺點是靈敏度低，壽命短，而且必須安裝測速機。此外速度分辨力和量化誤差受到A/D轉(zhuǎn)換芯片的位數(shù)限制。例如一個n位的A/D轉(zhuǎn)換芯片，考慮到正負轉(zhuǎn)向，其最大測速比為：D=2n-1，如果系統(tǒng)要求的最高轉(zhuǎn)速為Vmax，則系統(tǒng)的最高分辨率為Vmax/D=Vmax/2n-1。另一類方法是直接采用數(shù)字測速。隨著數(shù)字測速的完善和發(fā)展，在速度回路中用它來代替直流測速機，不但可提高測速精度，擴大測速范圍，還可大大簡化系統(tǒng)體積結構，這對設計高精度、高分辨率、小型化的測速系統(tǒng)顯得尤為重要。數(shù)字測速是多種多樣的，有脈沖測速機，光柵盤等。在控制系統(tǒng)中，根據(jù)脈沖計數(shù)來測量轉(zhuǎn)速的方法有下列幾種：M法、T法以及后來發(fā)展的M/T法[4]。各種方法有其各自的優(yōu)點及其具體的適用與范圍。本課題主要是針對轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)的設計，運用52系列單片機設計一種全數(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。同時從實際硬件電路出發(fā)，分析電路的工作原理，根據(jù)設計具體情況提出修改方案和解決辦法。本課題以單片機為核心，設計的全數(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。一方面它可以應用于工業(yè)控制中的某一部分，如數(shù)控車床的電機轉(zhuǎn)速檢測和控制、水泵流量控制以及需要利用轉(zhuǎn)速檢測來進行控制的許多場合，如車輛的里程表、車速表等。另一方面由于該轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)采用全數(shù)字結構，因而可以很方便的和工業(yè)控制機進行連接，實行遠程管理和控制，進一步提高現(xiàn)代化水平。并且，幾乎不需做很大改變就能直接作為單獨的產(chǎn)品使用?？傊?，轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題。轉(zhuǎn)速測量在國內(nèi)外的研究轉(zhuǎn)速是能源設備與動力機械性能測試中的一個重要的特性參量，因為動力機第34頁共34頁械的許多特性參數(shù)是根據(jù)它們與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關系來確定的，例如壓縮機的排氣量、軸功率、內(nèi)燃機的輸出功率等等，而且動力機械的振動、管道氣流脈動、各種工作零件的磨損狀態(tài)等都與轉(zhuǎn)速密切相關。轉(zhuǎn)速測量的方法很多，測量儀表的型式也多種多樣，其使用條件和測量精度也各不相同。根據(jù)轉(zhuǎn)速測量的工作方式可分為兩大類：接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表與非接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表。前者在使用時必須與被測轉(zhuǎn)軸直接接觸，如離心式轉(zhuǎn)速表、磁性轉(zhuǎn)速表與測速發(fā)電機等；后者在使用時不需要與被測轉(zhuǎn)軸接觸,如光電式轉(zhuǎn)速表、電子數(shù)字式轉(zhuǎn)速表、閃光測速儀等。測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速的傳統(tǒng)方法是使用光電式轉(zhuǎn)速表測量。用這種方法測量時,既要在發(fā)動機轉(zhuǎn)動軸上粘貼光標紙，又要求測量人員把轉(zhuǎn)速表與光標紙的距離控制在很近的范圍,測量十分不方便。隨著科學技術的迅速發(fā)展,轉(zhuǎn)速測量儀表已步入現(xiàn)代化、電子化的行列。過去曾經(jīng)使用過的接觸式測量儀表,如離心式轉(zhuǎn)速表、磁性轉(zhuǎn)速表、微型發(fā)電機轉(zhuǎn)速表及鐘表是定時轉(zhuǎn)速表，均已先后受到冷落；而利用已知頻率的閃光與被測軸轉(zhuǎn)速同步的方法來測速的閃光測速儀，雖屬非接觸式儀表，目前仍有應用,但也退居次要地位。代之而起的是非接觸式的電子與數(shù)字化的測速儀表。這類轉(zhuǎn)速儀表大多具有體積小、重量輕、讀數(shù)準確、使用方便等優(yōu)點，容易實現(xiàn)電腦熒屏顯示和打印輸出，能夠連續(xù)的反映轉(zhuǎn)速變化，既能測定發(fā)動機穩(wěn)定情況下的平均轉(zhuǎn)速,也能夠用來在足夠小的時間間隔這一特定條件下測定發(fā)動機的瞬時轉(zhuǎn)速。目前在國外使用飩機械式轉(zhuǎn)速表的用戶也越來越少，并呈現(xiàn)將被電子計數(shù)式轉(zhuǎn)速表逐漸取代的趨勢，轉(zhuǎn)速測量范圍一般為幾十轉(zhuǎn)到幾萬轉(zhuǎn)，測量精確度大多為0.1%以下，極少數(shù)產(chǎn)品能達0.05%。轉(zhuǎn)速測量的應用系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科技教育、民用電器等各領域的應用極為廣泛，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)在不同的應用中有其側重，但轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)作為普遍的應用在國民經(jīng)濟發(fā)展中，有重要的意義。課題任務將霍爾傳感器[5]產(chǎn)生的脈沖信號輸出到單片機的外部中斷口，單片機工作在內(nèi)部定時器工作方式0，對周期信號進行內(nèi)部記數(shù)，調(diào)用計算公式算出轉(zhuǎn)速，調(diào)用顯示程序顯示在LED上，并設置報警措施。詳細分析轉(zhuǎn)速的測量理論，對轉(zhuǎn)速的周期測量法“T”法、頻率測量法“M”法以及周期頻率“M/T”測量法，三種具體測量方法的轉(zhuǎn)速計算、各自的測量精度和誤差進行闡述。根據(jù)單片機硬件系統(tǒng)[7]的設計，構建軟件系統(tǒng)，分別對硬件系統(tǒng)的配置予以估計，使其能夠?qū)D(zhuǎn)速進行測量，同時分析接口電路，顯示轉(zhuǎn)速。根據(jù)系統(tǒng)要求設置各控制字，用C語言編制程序，包括主程序流程，轉(zhuǎn)速顯示程序，中斷程序流程，同時并寫出其具體程序。轉(zhuǎn)速測量的方法選擇，霍爾傳感器的選擇是轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設計的重要部分，是整個系統(tǒng)設計的基礎[5]。

2轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的總體方案本章介紹了轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)總體方案。2.1轉(zhuǎn)速測量的一般方法一般轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)有以下幾個部分構成，轉(zhuǎn)速測量框圖如圖2-1所示。圖2-1一般轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)總體框圖1.直流電機整個系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速信號的提取，單片機，鍵盤等都是用來測量直流電機的轉(zhuǎn)速的，并用來顯示轉(zhuǎn)速[4]。2．轉(zhuǎn)速信號提取轉(zhuǎn)速信號提取是整個系統(tǒng)的前端通道，目的是將外界的非電參量，通過一定方式轉(zhuǎn)換成電量，這一環(huán)節(jié)可以通過敏感元件、傳感器或測量儀表等來實現(xiàn)。方法如下：(1)通過敏感元件提取被測信號敏感元件體積小，可以根據(jù)用戶及環(huán)境要求做成各矛頭形狀的探頭，它能將被測的物理量變換成電流、電壓，只要選擇合適的元件參數(shù)。如R、L、C設計相應的電路，便能完成這種對應關系。這種方法設計難度大，信號穩(wěn)定度差，在模擬處理系統(tǒng)中不宜采用。(2)通過傳感器提取信號由專業(yè)人員將敏感元件和相應的測量電路、傳遞機構以適當?shù)男问街瞥刹煌愋?、不同用處的傳感器，根?jù)原理輸出電量。該電量可以是模擬量或數(shù)字量，現(xiàn)代傳感器還可以輸出開關量，用于數(shù)字邏輯電路。(3)通過測量儀表提取被測信號目前有許多測量儀表用于各種測量中，有大信號輸出、有BCD碼輸出等，但價格昂貴，專業(yè)性強，一般不適合通用系統(tǒng)。通用的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)大都采用一種俗稱“碼盤”的傳感裝置，將圓形的碼盤固定在轉(zhuǎn)軸上，碼盤上有若干規(guī)則排列的小孔，用光電偶來輸出電信號，以反映轉(zhuǎn)速對應關系，即是將轉(zhuǎn)軸的速度以脈沖形式反映出來，通常有兩種形式：(1)模擬量量化后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，由數(shù)字量反映角度，供單片機計算處理，得出轉(zhuǎn)速。(2)直接由脈沖來反應轉(zhuǎn)軸的角度，用每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖經(jīng)單片機處理得出轉(zhuǎn)速。3．單片機單片機是整個測量系統(tǒng)的主要部分，擔負對前端脈沖信號的處理、計算、以及信號的同步，計時等任務，其次，將測量的數(shù)據(jù)經(jīng)計算后，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。在本系統(tǒng)中考慮到計數(shù)的范圍、使用的定時，計數(shù)器的個數(shù)及I/O口線，預選用AT89S52單片機。具體工作情況在后討論。4．顯示[7]由于LED數(shù)碼管具有亮度高、可靠性好等特點，工業(yè)測控系統(tǒng)中常用LED數(shù)碼管作為顯示輸出。本系統(tǒng)也采用數(shù)碼管作顯示。LED顯示器是用發(fā)光二極管顯示字段的，通常使用七段構成“日”字型和一只發(fā)光二極管作為小數(shù)點，稱八段數(shù)碼顯示器。其有兩種驅(qū)動方式，共陰驅(qū)動和共陽驅(qū)動，共陰驅(qū)動是各段發(fā)光二極管的陰極連在一起，并將公共端接地，在共陽結構中，將各段發(fā)光二極管陽極連在一起，并將公共端接上+5V電源，顯示字符對應字型代碼發(fā)光。5.鍵盤一般通過鍵盤控制整個轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)情況。通過控制按鍵1，控制轉(zhuǎn)速的上下限選擇，再通過控制按鍵2,按鍵3控制上下限的調(diào)整，已達到理想的轉(zhuǎn)速閾值。2.2硬件設計總體方案硬件設計的任務是根據(jù)總體設計要求，在系統(tǒng)工作原理的基礎上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設計出系統(tǒng)的電路原理圖。轉(zhuǎn)速是工程中應用非常廣泛的一個參數(shù)，早期模擬量的模擬處理一直是作為轉(zhuǎn)速測量的主要方法，這種測量方法在測量范圍和測量精度上，已不能適應現(xiàn)代科技發(fā)展的要求。而隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，數(shù)字測量系統(tǒng)得到普遍應用，利用單片機對脈沖數(shù)字信號的強大處理能力，應用全數(shù)字化的結構，使數(shù)字測量系統(tǒng)的越來越普及,在測量范圍和測量精度方面都有極大的提高。在本轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)由霍爾傳感器、單片機和顯示器、鍵盤電路、報警電路等組成。傳感器部分采用UGN3144霍爾傳感器，負責將被測量的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為脈沖信號[5,6]。因為采用的是集成霍爾開關元件，輸出的是數(shù)字信號，可以直接把脈沖信號送入單片機進行數(shù)據(jù)處理。單片機采用AT89S52，顯示器采用4位8段LED數(shù)碼管動態(tài)顯示，采用共陽極驅(qū)動方式，鍵盤采用獨立式手動按鈕，報警器采用蜂鳴器，當轉(zhuǎn)速超過或低于一定值，蜂鳴器發(fā)聲，報警，閾值可通過鍵盤按鈕控制，其硬件系統(tǒng)框圖如2-2所示。圖2-2轉(zhuǎn)速測量硬件系統(tǒng)的框圖2.3軟件設計思路軟件設計需根據(jù)硬件電路的模塊分別進行編寫：速度數(shù)據(jù)采集，按鍵函數(shù)，初始化函數(shù)，主函數(shù)。軟件需要解決的是定時器0的記數(shù)，外部中斷0的設定，數(shù)據(jù)的計算及顯示。軟件工作流程：霍爾傳感器利用磁電效應產(chǎn)生一周期脈沖向單片機的外部中斷0（P3.2）口發(fā)送一個中斷信號，記錄中斷次數(shù)，定時器工作在內(nèi)部定時，TH0、TL0設定初值，定時器每0.5秒刷新一次，將數(shù)據(jù)處理后顯示在LED上。常州大學本科生畢業(yè)設計（論文）第6頁共34頁3系統(tǒng)硬件設計本章將詳細介紹系統(tǒng)的硬件設計方法：轉(zhuǎn)速測量的原理，分為三種方法，測頻率法，測周期法，測頻率周期法；單片機的選型及系統(tǒng)各個模塊的功能及原理：傳感器電路，時鐘電路，復位電路，顯示電路，報警電路，按鍵電路。3.1轉(zhuǎn)速測量原理[4]3.1.1測頻法“M法”在一定測量時間T內(nèi)，測量傳感器產(chǎn)生的脈沖數(shù)m1來測量轉(zhuǎn)速，如圖3-1“M”法測量轉(zhuǎn)速脈沖所示，設在時間T內(nèi)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)為X，則轉(zhuǎn)速n可由下式表示：n=(3-1)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)X可用下式所示X(3-2)圖3-1“M”法測量轉(zhuǎn)速脈沖將（3-2）式代入（3-1）式得轉(zhuǎn)速n的表達式為：n=(3-3)P-為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)；n-轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）；T-定時時間單位：（秒）；m1-測量脈沖數(shù)。在該方法中，測量精度是由于定時時間T和脈沖不能保證嚴格同步，以及在T內(nèi)能否正好測量外部脈沖的完整的周期，可能產(chǎn)生的1個脈沖的量化誤差。因此，為了提高測量精度，T要有足夠長的時間。定時時間可根據(jù)測量對象情況預先設置。設置的時間過長，可以提高精度，但在轉(zhuǎn)速較快的情況下，所計的脈沖數(shù)增大，限制了轉(zhuǎn)速測量的量程。而設置的時間過短，測量精度會受到一定的影響。轉(zhuǎn)速實際值和測量值之差n與實際值n之比定義為測速誤差率[13]，記作δ×100%(3-4)測量誤差率反映了測速方法的準確性，δ越小，準確度越高。測速誤差率的大小決定于測速元件的制造精度，并與測速方法有關。因此，M法測速誤差率的最大值為δmax×100%=×100%(3-5)由(3-5)式可知，δmax與m1成反比，即轉(zhuǎn)速越低，m1值越小，誤差率越大，精度越低。分辨率是用來衡量一種測速方法對被測轉(zhuǎn)速變化的分辨能力的，在數(shù)字測速方法中，用改變一個計數(shù)字所對應的轉(zhuǎn)速變化量來表示分辨率，用Q表示。如果當被測轉(zhuǎn)速由n1變成n2時，引起計數(shù)值改變了一個字，則該測速方法的分辨率是Q=n2-n1(3-6)Q越小，說明該測速方法的分辨能力越強。在M法中，當計數(shù)值由m1變成m1+1時，按（3-3）式，相應的轉(zhuǎn)速由60m1/TP變成60（m1+1）/TP,則M法測速分辨率為Q=(3-7)可見，M法測速的分辨率與實際轉(zhuǎn)速的大小無關。從(3-7)式還可看出，要提高分辨率（即減小Q），必須增大P或T。但在實際應用中，兩者都受到限制，增大P受到傳感器制造工藝的限制，增大T勢必使采樣周期變長。3.1.2測周期法“T法”轉(zhuǎn)速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度TP來決定，TP也可以用時鐘脈沖數(shù)來表示。用一已知頻率為fc的高頻時鐘脈沖向一計數(shù)器發(fā)送脈沖數(shù)，此計數(shù)器由測速脈沖的兩個相鄰脈沖控制其起始和終止。如圖3-2“T”法脈寬測量所示。TP通過定時器測得，定時器對時鐘脈沖(頻率為fc)進行計數(shù)定時，在TP內(nèi)計數(shù)值若為m2，則計算公式為：n=TP=(3-8)即：(3-9)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)生的時鐘脈沖頻率：單位（Hz）；n-轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）；m2-時鐘脈沖數(shù)。圖3-2“T”法脈寬測量由“T”法脈寬測量可知“T”法測量精度的誤差主要有兩個方面，一是兩脈沖的上升沿觸發(fā)時間不一致而產(chǎn)生的；二是計數(shù)和定時起始和關閉不一致而產(chǎn)生的。因此要求脈沖的上升沿（或下降沿）陡峭和計數(shù)和定時嚴格同步。測周期法在低轉(zhuǎn)速時精度較高，但隨著轉(zhuǎn)速的增加，精度變差，有一個脈沖的誤差存在。因此T法測速誤差率的最大值為δmax×100%=×100%(3-10)在低速時，傳感器與相鄰脈沖間隔時間長，測得的高頻時鐘脈沖個數(shù)m2多，所以誤差率小，測速精度高，故T法測速適用于低速段。分辨率：為了使結果得到正值，T法測速的分辨率定義為時鐘脈沖個數(shù)由m2變成m2-1時轉(zhuǎn)速的變化量，于是Q=(3-11)綜合(3-9)式和上式，可得Q=(3-12)由(3-12)式可以看出，T法測速的分辨率與轉(zhuǎn)速高低有關，轉(zhuǎn)速越低，Q值越小，分辨能力越強。這也說明，T法更適用于測量低速。3.1.3測頻測周法“M/T法”所謂測頻率測周期法，即是綜合了“T”法和“M”法分別對高、低轉(zhuǎn)速具有的不同精度，利用各自的優(yōu)點而產(chǎn)生的方法，精度位于兩者之間，如圖3-3“M/T”法定時/計數(shù)測量所示。“M/T”法采用三個定時/計數(shù)器，同時對輸入脈沖、高頻脈沖（由振蕩器產(chǎn)生）、及預設的定時時間進行定時和計數(shù)，m1反映轉(zhuǎn)角，m2反映測速的準確時間，通過計算可得轉(zhuǎn)速值n。該法在高速及低速時都具有相對較高的精度。測速時間Td由脈沖發(fā)生器脈沖來同步，即Td等于m1個脈沖周期。由圖3-3可見，從a點開始，計數(shù)器對m1和m2計數(shù)，到達b點，預定的測速時間Tc時，用Tc以后的第一個測速脈沖去終止時鐘脈沖計數(shù)器，到達c點時，脈沖發(fā)生器脈沖的上升沿使計數(shù)器停止，這樣，m2就代表了m1個脈沖周期的時間，即為檢測時間Td?！癕/T”法綜合了“T”和“M”兩種方法，轉(zhuǎn)速計算如下：設電機在Td（s）時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度位移為X（rad），則其實際轉(zhuǎn)速值為n=(3-13)設高頻脈沖的頻率為fc，脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)發(fā)出P個脈沖，在Td時間內(nèi)，計數(shù)值m1，則角位移X為X=2πm1/P。同時考慮在檢測時間內(nèi)，由高頻脈沖來定時，且計數(shù)值為m2，則檢測時間可表示為Td=m2/fc，可得M/T法轉(zhuǎn)速計算公式為：(3-14)n-轉(zhuǎn)速值：單位：（轉(zhuǎn)/分）；fc-晶體振蕩頻率：單位（Hz）；m1-輸入脈沖數(shù)，反映轉(zhuǎn)角；m2-高頻脈沖數(shù)，反應時間。圖3-3“M/T”法定時/計數(shù)測量M/T法測速誤差率：低速時M/T法趨向于T法，在高速段M/T法相當于T法的m1次平均，而在m1次中最多產(chǎn)生一個高頻時鐘脈沖的誤差。因此，M/T法測速可在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，具有較高的測速精度。M/T法測速的分辨率：M/T法測速在高速段與M法相近，在低速段與T法相近，所以兼有M法和T法的特點，在高速和低速都具有較強的分辨能力。3.1.4轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)中應用的方法通過上面的分析可知，M法適合于高速測量，當轉(zhuǎn)速越低，產(chǎn)生的誤差會越大。T法適合于低速測量，轉(zhuǎn)速增高，誤差增大。M/T這種轉(zhuǎn)速測量方法的相對誤差與轉(zhuǎn)速n無關，只與晶體振蕩產(chǎn)生的脈沖有關，故可適合各種轉(zhuǎn)速下的測量。保證其測量精度的途徑是增大定時時間T或提高時基脈沖的頻率fc。因此，在實際操作時往往采用一種稱變M/T的測量方法，即所謂變M/T法，在M/T法的基礎上，讓測量時間Tc始終等于轉(zhuǎn)速輸入脈沖信號的周期之和。并根據(jù)第一次的所測轉(zhuǎn)速及時調(diào)整預測時間Tc，兼顧高低轉(zhuǎn)速時的測量精度?；贛法測量速度，電路和程序均較為簡單，且可以在一定的條件下滿足精度的要求，所以本設計中采用M法進行測量。3.2AT89S52單片機的簡介AT89S52為ATMEL所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flsah存儲器[7]。（一）AT89S52主要功能列舉如下：1、擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash2、晶片內(nèi)部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至12MHz）3、內(nèi)部程序存儲器（ROM）為8KB4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）為256字節(jié)5、32個可編程I/O口線6、8個中斷向量源7、三個16位定時器/計數(shù)器8、三級加密程序存儲器9、全雙工UART串行通道（二）AT89S52各引腳功能單片機引腳圖如圖3-4所示：1、VCCAT89S52電源正端輸入，接+5V。2、GND電源地端。3、XTAL1系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。4、XTAL2系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端。5、RESETAT89S52的重置引腳，高電平動作。圖3-4單片機引腳圖RST復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。7、/EA/VPP當/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。當/EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PC（程序計數(shù)器）值超過片內(nèi)程序存儲器容量（52系列為8KB）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。8、ALE/PROGALE是英文"AddressLatchEnable"的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。AT89S52可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址總線（A0～A7）鎖進鎖存器中，因為AT89S52是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時在程序執(zhí)行時ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來驅(qū)動其他周邊晶片的時基輸入。9、/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)。10、PORT0（P0.0～P0.7）端口0是一個雙向輸出入端口，共有8個位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當做I/O用時可以推動8個LS的TTL負載。如果當EA引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器），P0就以多工方式提供地址總線（A0～A7）及數(shù)據(jù)總線（D0～D7）。設計者必須外加一鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為A0～A7，再配合端口2所送出的A8～A15合成一完整的16位地址總線，而定址到64K的外部存儲器空間。11、PORT1（P1.0～P1.7）端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個LS的TTL負載，同樣地若將端口1的輸出設為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。對于AT89S52單片機，P1.0引腳的第二功能為定時器2的外部脈沖輸入腳，P1.1引腳的第二功能為捕捉、重裝觸發(fā)T2EX，即T2的外部控制端，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。12、PORT2（P2.0～P2.7）端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個引腳可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL負載。若將端口2的輸出設為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。P2除了當做一般I/O端口使用外，若是在AT89S52單片機擴充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié)A8~A15，這個時候P2便不能當做I/O來使用了。13、PORT3（P3.0～P3.7）端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個TTL負載，P3口作為第一功能使用時，即作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。值得強調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。其引腳分配如下：P3.0：RXD，串行通信輸入。P3.1：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0，計時計數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計時計數(shù)器1輸入。P3.6：/WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。P3.7：/RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。3.3轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的模塊簡介3.3.1傳感器電路1．霍爾效應在半導體薄片兩端通以控制電流I，并在薄片的垂直方向施加磁感應強度為B的勻強磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產(chǎn)生電勢差為VH的霍爾電壓。如圖3-5所示，這現(xiàn)象稱為霍爾效應。VH稱為霍爾電壓。圖3-5霍爾效應2．霍爾元件傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速傳感器多采用光電傳感器，這里介紹一種較之光電傳感器更為簡單的霍爾傳感器?；魻栐且环N基于霍爾效應的磁傳感器，可以檢測磁場及其變化，可以在各種與磁場有關的場合中使用?；魻柶骷曰魻栃獮槠涔ぷ骰A?；魻栃茄芯堪雽w材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。流體中的霍爾效應是研究“磁流體發(fā)電”的理論基礎。按照霍爾器件的功能可將他們分為：霍爾線性器件和霍爾開關器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量[10]。按被檢測的對象的性質(zhì)可將它們分為：直接應用和間接應用。前者是直接檢測出被測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測被檢測對象上人為設置的磁場，用這個磁場作為被檢測信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)數(shù)以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)換成電量來進行檢測和控制。集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測量線路集成在一起的一種傳感器。它取消了傳感器和測量電路之間的界限，實現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點，因此顯著地提高了可靠性。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點，正越來越愛到眾的重視。集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過處理的霍爾輸出信號。按照輸出信號的形式，可以分為開關型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。開關型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過處理后輸出一個高電平或低電平的數(shù)字信號?；魻栭_關電路又稱霍爾數(shù)字電路，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，施密特觸發(fā)器和輸出級組成。3．霍爾開關元件的應用使用霍爾器件檢測磁場的方法極為簡單，將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測磁場中，因霍爾器件只對垂直于霍爾片表面的磁感應強度敏感，因而必須令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測磁場的磁感應強度。若不垂直，則應求出其垂直分量來計算被測磁場的磁感應強度值。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進行多點檢測，由單片機進行數(shù)據(jù)處理，可以得到磁場的分布狀態(tài)，并可對狹縫，小孔中的磁場進行檢測用磁場作為被傳感物體的運動和位置信息載體時，一般采用永久磁鋼來產(chǎn)生工作磁場。例如，用一個5×4×2.5（mm3）的釹鐵硼Ⅱ號磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約2300高斯的磁感應強度。在空氣隙中，磁感應強度會隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開關器件的可靠工作，在應用中要考慮有效工作氣隙的長度。在計算總有效工作氣隙時，應從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產(chǎn)品手冊中會給出。因為霍爾器件需要工作電源，在作運動或位置傳感時，一般令磁體隨被檢測物體運動，將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結果中提取被檢信息。4．霍爾開關元件的原理UGN3144霍爾開關元件屬于開關型霍爾傳感器（集成霍爾開關），它是把霍爾片產(chǎn)生的霍爾電壓VH放大后驅(qū)動觸發(fā)電路，輸出電壓是能反映B的變化的方脈沖。集成霍爾開關由穩(wěn)壓器、霍爾電勢發(fā)生器（即硅霍爾片）、差分放大器、施密特觸發(fā)器和OC門輸出五個基本部分組成。在輸入端（1、2之間）輸入電壓Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾發(fā)生器的兩電流端。根據(jù)霍爾效應原理，當霍爾片處于磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，霍爾發(fā)生器的兩電壓端將會有一個霍爾電勢差VH輸出。VH經(jīng)放大器放大以后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到OC門輸出。開關型霍爾傳感器的原理如圖3-6所示：圖3-6開關型霍爾傳感器的原理當外加磁場的B小于霍爾元件的磁場“工作點”Bop時，差分放大器的輸出電壓不足以開啟施密特觸發(fā)器，故而三極管截止，OC門處于“關”狀態(tài)；當外磁場B達到“工作點”Bop時，觸發(fā)器輸出高電平（相對于地電位），三極管導通，此時，OC門輸出端輸出低電平，通常稱這種狀態(tài)為“開”；此時若外加磁場逐漸減弱，霍爾器件并不立即進入關態(tài)，而是當外磁場B達到“釋放點”Brp時，使差分放大器的輸出電壓降到施密特觸發(fā)器的關閉閾值，觸發(fā)器輸出低電平，三極管截止，OC門輸出高電平，這時稱其為“關”狀態(tài)。Bop與Brp是有一定差值的，此差值BH=Bop-Brp稱為霍爾開關的磁滯。B的變化不超過BH，霍爾開關不翻轉(zhuǎn)，這就使得開關輸出穩(wěn)定可靠[10,12]。集成霍爾開關傳感器的輸出特性如圖3-7。圖3-7開關型霍爾傳感器的輸出特性5．傳感器電路電機的轉(zhuǎn)速必須通過霍爾傳感器轉(zhuǎn)換成脈沖信號，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上黏上一粒磁鋼，讓霍爾傳感器處于電機轉(zhuǎn)子外1.5cm內(nèi)，霍爾開關就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，就會不斷的產(chǎn)生脈沖信號輸出。如果在圓周上黏上多粒磁鋼，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個脈沖輸出。本系統(tǒng)采用UGN3144霍爾傳感器，封裝結構如下圖3-8所示，磁場由磁鋼提供，所以霍爾傳感器必須和磁鋼配對使用。圖3-8UGN3144霍爾傳感器其電路圖如圖3-9所示：圖3-9霍爾傳感器測速電路圖3.3.2復位電路計算機在啟動運行時都需要復位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機有一個復位引腳RST，當振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn)2個機器周期(即24個時鐘周期)以上的高電平，使器件復位，只要RST保持高電平，單片機保持復位狀態(tài)。此時ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出復位，CPU從初始狀態(tài)開始工作。單片機采用的復位方式是手動復位，為保證可靠復位，可以在此引腳與Vss引腳之間連接一個10k的下拉電阻，與Vcc引腳之間連接一個約10uF的電容[8,9,,11]。上電瞬間，電容充電電流最大，電容相當于短路，RST端為高電平，自動復位；電容兩端的電壓達到電源電壓時，電容充電電流為零，電容相當于開路，RST端為低電平，程序正常運行。上電復位后，當按下按鍵時，RST直接與VCC相連為高電平形成復位，同時點解電容被短路放電：按鍵松開時，VCC對電容充電，充電電流在電阻上，RST依然為高電平，仍然是復位，充電完成后，電容相當于開路，RST為低電平，正常工作。其電路圖如圖3-10所示：圖3-10復位電路原理圖3.3.3時鐘電路時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。AT89S52單片機允許的時鐘頻率是因型號而異的典型值為12MHZ。AT89S52內(nèi)部都有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30pF左右。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響振蕩器的頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩頻率的范圍通常是在1.2MHZ-12MHZ之間。振蕩器產(chǎn)生的時鐘頻率主要由晶振的頻率決定，晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機的運行速度也就越快。但反過來運行速度快對存儲器的速度要求就高，對印制電路板的工藝要求也高，即要求線簡的寄生電容要??；晶振和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定，可靠地工作。綜合考慮，本設計采用30pF的電容，電容C1和C2的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率f起微調(diào)作用。因為晶振的頻率無法精確達到12MHZ，所以一般情況采用11.0592MHZ,其電路圖如下圖3-11所示：圖3-11時鐘電路原理圖3.3.4顯示電路顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，LED（Light-EmittingDiode）是一種外加電壓從而渡過電流并發(fā)出可見光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時必須加限流電阻。LED有共陰和共陽LED兩種[11]。1．LED顯示器的結構及其工作原理常用的八段顯示器的結構如圖3-12所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。1位顯示器由八個發(fā)光二極管組成，其中七個發(fā)光二極管a~g控制七個筆畫（段）的亮或暗，另一個控制一個小數(shù)點的亮和暗，這種筆畫式的八段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡單，使用方便。此外，要畫出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來，如圖3-12所示，為八段數(shù)碼管的管腳圖。圖3-12八段發(fā)光顯示器的結構LED數(shù)碼管通過點亮特定的字段來顯示數(shù)字或符號。共陰與共陽八段LED數(shù)碼管的顯示字符與對應的顯示段碼如下表所示，共陽八段數(shù)碼管的段碼剛好是共陰八段數(shù)碼管段碼的反碼。共陰極和共陽極數(shù)碼管的顯示段碼表如表1所示：表1共陰極和共陽極數(shù)碼管的顯示段碼表顯示字符012345678共陰極字符3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH共陽極字符C0HF9HA4HB0H99H92H82HF8H80H續(xù)表1共陰極和共陽極數(shù)碼管的顯示段碼表顯示字符9AbCdEFHP共陰極字符6FH77H7CH39H5EH79H71H76H73H共陽極字符90H88H83HC6HA1H86H8EH89H8CHLED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)位，因此根據(jù)LED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的I/O口進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O接口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40根I/O口來驅(qū)動。B．動態(tài)顯示驅(qū)動

數(shù)碼管動態(tài)顯示界面是單片機中應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,．"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通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。2．LED顯示器接口電路的設計單片機的LED顯示接口設計可采用多種方案。按照顯示方式分為靜態(tài)顯示接口電路和動態(tài)顯示接口電路。從與單片機的接口方式來分可分為并行接口方式和串行接口方式。在設計LED顯示接口電路時，既可采用通用集成芯片，也可采用專用的集成顯示接口芯片。在本設計考慮了綜合因素，一般采用動態(tài)顯示方式，為了使LED數(shù)碼管的正常工作，都采用一定的驅(qū)動電壓，所以在顯示電路設計過程中，還應該加上限流電阻，具體的電路圖如圖3-13所示。該數(shù)碼管顯示電路中，P0口做通用I/O口輸出，輸出級屬開漏電路，必須外接上拉電阻，才有高電平輸出。Q1~Q4用于控制數(shù)碼管的公共端，其基極為低電平時三極管導通，對應的數(shù)碼管公共端與電源接通，該數(shù)碼管可以顯示[11,13]。圖3-13LED數(shù)碼管顯示電路3.3.5鍵盤電路鍵盤是一組按鍵的組合，他是最常用的單片機輸入設備。鍵盤可以分為兩種：獨立矩陣式和獨立式。矩陣式鍵盤，也即通常所講的行列式鍵盤，由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上，行列分別連接到按鍵開關的兩端，行線通過上拉電阻接到高電平，無按鍵動作處于高電平，有按鍵按下，行線電平將由與此行線相連的列線決定，列線為低電平則行線為低電平，列線為高電平則行線為高電平。各按鍵均影響該鍵所在的行和列的電平。這種鍵盤節(jié)省了好多的I/O口，但是繁瑣，適用于按鍵數(shù)量較多的場合。獨立連接式鍵盤是最簡單的鍵盤電路，每個鍵獨立的接入一根數(shù)據(jù)線。平時所有的數(shù)據(jù)輸入線都被連接成高電平，當任何一個按鍵按下時，與之相連的數(shù)據(jù)輸入線被拉成低電平。要判斷是否有鍵按下，只要用位處理指令即可。這種鍵盤的優(yōu)點是結構簡單，使用方便，但隨著按鍵的增加所占用的I/O口線也增加。本設計只使用三個按鍵，所以使用獨立式鍵盤更合理。使用的鍵盤主要為完成轉(zhuǎn)速閾值報警的功能；我們將開關直接與AT89S52單片機的P1.0，P1.1，P1.2接口相連，通過讀I/O口，判定各I/O線的電平狀態(tài)，即可識別出按下的按鍵。我們采用了獨立式鍵盤電路，單獨占用一根I/O口線。其具體電路如下圖3-14所示：圖3-14鍵盤電路3.3.6報警電路本次設計采用蜂鳴器報警。蜂鳴器是廣泛運用于各種電子產(chǎn)品的一種元器件，它用于提示、報警、音樂等許多運用場合。在轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設計中，首先預設一轉(zhuǎn)速閾值，當直流電機轉(zhuǎn)速超過預設上限或低于下限時蜂鳴器發(fā)聲，起到報警的作用。其電路圖如圖3-15所示，三極管基極接單片機P1.4口，當P1.4為低電平即基極為低電平時，三極管導通，蜂鳴器響[7,14]。硬件結構簡單明了。圖3-15報警電路圖

4系統(tǒng)軟件設計本章將介紹轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的軟件部分，系統(tǒng)程序根據(jù)硬件功能主要分為五個部分：速度數(shù)據(jù)的采集函數(shù)，按鍵函數(shù)，定時中斷函數(shù)，外部中斷函數(shù)，主函數(shù)。4.1軟件設計的總體思路當單片機上電后，傳感器檢測到電機產(chǎn)生的磁場，輸出脈沖信號，送到單片機外部中斷口，進入外部中斷0程序，進行脈沖信號的計數(shù)。同時單片機上電后，程序運行，定時器0內(nèi)部進行加1計數(shù)，當最高位產(chǎn)生溢出時，TF0置“1”，進入定時器中斷子程序，進行0.5s定時，定時時間到，進入速度采集函數(shù)，將速度送到LED顯示，顯示過程中，若遇到按鍵，進入按鍵程序，控制轉(zhuǎn)速閾值，當轉(zhuǎn)速超過或低于某一值時，蜂鳴器響，進行報警。軟件設計的總體框圖如圖4-1所示：圖4-1軟件設計的總體框圖4.2速度數(shù)據(jù)采集功能單片機得到脈沖個數(shù)，必須在LED數(shù)碼管上顯示出來，當定時器定時時間到，該程序運行，將數(shù)據(jù)除以100得到的商經(jīng)過處理送到P0口顯示在4位LED數(shù)碼管的第二位，若商為0則數(shù)碼管第二位滅，將余數(shù)除以10得到的商送到數(shù)碼管的第三位顯示，最后將除以10得到的余數(shù)送到數(shù)碼管的第四位顯示[7]。速度數(shù)據(jù)采集功能流程圖如圖4-2所示：圖4-2速度數(shù)據(jù)采集功能流程圖速度數(shù)據(jù)采集功能程序如下：voidsudu(){ if(flag==1) { flag=0; shuju=num; num=0; } P2=0xfd; if(shuju/100!=0) P0=table[shuju/100]; else P0=table[10]; delayms(5); P2=0xfb; P0=table[shuju%100/10]; delayms(5); P2=0xf7; P0=table[shuju%10]; delayms(5);P2=0xff;}4.2按鍵功能硬件中設置了三個按鍵，分別連接P1.0，P1.1，P1.2，控制電機轉(zhuǎn)速的閾值，當電機轉(zhuǎn)速超過上限或低于下限就會報警。當S1鍵按下，P1.0獲得低電平，延時抖動，若只按了一次，則可以通過控制S2，S3鍵使P1.1，P1.2獲得低電平來增加或降低上限值；若按了兩次，則可以通過控制S2，S3鍵使P1.1，P1.2獲得低電平來增加或降低下限值，從而控制蜂鳴器的開斷。按鍵功能流程圖如圖4-3所示：圖4-3按鍵功能流程圖按鍵功能程序如下所示：voidkey(){ if(k1==0) { delayms(8); if(k1==0) { temp1++; if(temp1==3) temp1=0; while(!k1); } } if(temp1==1) { if(k2==0) { delayms(8); if(k2==0) { temp2++; while(!k2); } } if(k3==0) { delayms(8); if(k3==0) { temp2--; while(!k3); } } } if(temp1==2) { if(k2==0) { delayms(8); if(k2==0) { temp3++; while(!k2); } } if(k3==0) { delayms(8); if(k3==0) { temp3--; while(!k3); } } }}4.3定時器中斷功能轉(zhuǎn)速測量采用M法，測量一定時間T內(nèi)，傳感器產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用定時器定時T比延時函數(shù)更加準確。方式寄存器TMOD選擇T0工作方式寄存器，T0工作于方式一定時，TH0，TL0為T0的16位定時器的高8位和低8位，首先TH0，TL0賦初值，每一個機器周期計數(shù)器加“1”，直至計滿溢出產(chǎn)生中斷請求，進入定時中斷服務程序[7]。T0在定時方式中，以振蕩器輸出時鐘脈沖的12分頻信號作為信號，也就是每個機器周期定時器加“1”，晶振為12MHz，則定時計數(shù)頻率為1MHz，計數(shù)的脈沖周期為1us。對于一個16位的加1計數(shù)器，從初值a開始加1計數(shù)至溢出所占用的時間為T=216-a，則定時50ms初始化：TH0=（216-50000）/256，TL0=（216-50000）%256定時器中斷功能流程圖如圖4-4所示：定時器中斷程序如下：voidT0_time()interrupt1 { TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; num1++; if(num1==10) { num1=0; flag=1; } }圖4-4定時中斷流程圖4.4外部中斷功能霍爾傳感器感受到電機磁場變化，產(chǎn)生脈沖信號，輸入到單片機外部中斷口，單片機每接受到中斷信號，進入中斷服務程序，進行脈沖計數(shù)。CPU響應中斷的條件：有中斷源發(fā)出中斷請求；中斷允許位EA=1，即CPU開中斷；申請中斷的中斷源的中斷允許位為1，即沒有被屏蔽。外部中斷流程圖如圖4-5所示：圖4-5外部中斷流程圖外部中斷程序如下：voidtimer()interrupt0 //外部中斷0{ num++;}4.5主函數(shù)定時器和外部中斷初始化，若S1按鍵一次，顯示轉(zhuǎn)速上限，若按鍵兩次，顯示下限，否則顯示電機轉(zhuǎn)速。若轉(zhuǎn)速高于上限值或是低于下限值則報警。主流程圖如圖4-6所示：圖4-6主流程圖程序如下：voidmain(){ init(); while(1) { key();if(temp1=1){display2();}elseif(temp1=2){ display3();}else{ sudu(); }if(shuju>temp2||shuju<temp3){beep=0; } else{ beep=1;}}}5系統(tǒng)調(diào)試電路調(diào)試是整個系統(tǒng)功能否實現(xiàn)的關鍵步驟，我們將整個調(diào)試過程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試。5.1硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是針對我的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的單片機硬件電路分別進行調(diào)試。這一部分硬件調(diào)試主要分成兩大塊：上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試。上電前的調(diào)試：在上電前，我們必須確保電路中不存在