課程設計---應用光電傳感器測量轉速

1、<p>　　…………………………裝………………………………訂………………………………線……………………………………………………………… </p><p>　　應用光電傳感器測量轉速的電路設計</p><p>　　簡述：本次設計應用了AT89C51單片機，采用光電傳感器測量電機轉速的方法，其中硬件系統包括脈沖信號的產生模塊、脈沖信號的處理模塊和轉速的顯示模塊三個模塊，采用C語言編程

2、，結果表明該方法具有簡單、精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點。</p><p>　　關鍵詞：轉速測量 單片機 光電傳感器 脈沖信號</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　在工程實踐中，經常會遇到各種需要測量轉速的場合，例如在發(fā)動機、電動機、卷揚機、機床主軸等旋轉設備的試驗、運轉和控制中，常需要分時或連續(xù)測量和顯示其轉速及瞬時轉速。目

3、前國內外測量電機轉速的方法有很多，按照不同的理論方法，先后產生過模擬測速法(如離心式轉速表、用電機轉矩或者電機電樞電動勢計算所得)、同步測速法(如機械式或閃光式頻閃測速儀)以及計數測速法。計數測速法又可分為機械式定時計數法和電子式定時計數法。其中應用最廣的是光電式，光電式測系統具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點。加之激光光源、光柵、光學碼盤、CCD器件、光導纖維等的相繼出現和成功應用，使得光電傳感器在檢測和控制領域得到了廣泛的應

4、用。而采用光電傳感器的電機轉速測量系統測量準確度高、采樣速度快、測量范圍寬和測量精度與被測轉速無關等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。這次設計的內容包含了多個方面，從脈沖信號的產生模塊、脈沖信號的處理模塊和轉速的顯示模塊三個模塊入手，全面鍛煉了我們信號采集，處理和分析的工作能力。</p><p><b>　　選用器材</b></p><p>　　AT89C51單片機，4位數碼

5、管，9013三極管4個，9014三極管一個，按鈕一個，12M晶振1個，30pF電容3個，180、3.3K、4.7K、20K、10K歐電阻各1個，馬達1個，光電門一個。</p><p>　　三、轉速測量系統的原理</p><p><b>　　1、轉速測量方法</b></p><p>　　轉速是指作圓周運動的物體在單位時間內所轉過的圈數，其大小及變

6、化往往意味著機器設備運轉的正常與否，因此，轉速測量一直是工業(yè)領域的一個重要問題。按照不同的理論方法，先后產生過模擬測速法(如離心式轉速表)、同步測速法(如機械式或閃光式頻閃測速儀)以及計數測速法。計數測速法又可分為機械式定時計數法和電子式定時計數法。本文介紹的采用單片機和光電傳感器組成的高精度轉速測量系統，其轉速測量方法采用的就是電子式定時計數法。</p><p>　　對轉速的測量實際上是對轉子旋轉引起的周期脈沖

7、信號的頻率進行測量。在頻率的工程測量中，電子式定時計數測量頻率的方法一般有三種：</p><p><b>　?。?）測頻率法</b></p><p>　　在一定時間間隔t內，計數被測信號的重復變化次數N，則被測信號的頻率fx可表示為</p><p><b>　　f x =Nt</b></p><p>

8、;<b>　?。?）測周期法</b></p><p>　　在被測信號的一個周期內，計數時鐘脈沖數m0，則被測信號頻率fx = fc/ m0 其中，fc為時鐘脈沖信號頻率。</p><p><b>　?。?）多周期測頻法</b></p><p>　　在被測信號m1個周期內，計數時鐘脈沖數m2，從而得到被測信號頻率fx，則fx

9、可以表示為fx =m1 fcm2，m1由測量準確度確定。</p><p>　　電子式定時計數法測量頻率時，其測量準確度主要由兩項誤差來決定：一項是時基誤差；另一項是量化±1誤差。當時基誤差小于量化±1 誤差一個或兩個數量級時，這時測量準確度主要由量化±1 誤差來確定。對于測頻率法，測量相對誤差為：</p><p>　　Er1 =測量誤差值實際測量值×

10、100 % =1N×100 %</p><p>　　由此可見，被測信號頻率越高，N越大，Er1就越小，所以測頻率法適用于高頻信號(高轉速信號) 的測量。對于測周期法，測量相對誤差為：</p><p>　　Er2 =測量誤差值實際測量值×100 % =1m0×100 %</p><p>　　對于給定的時鐘脈沖fc，當被測信號頻率越低時，m

11、0越大，Er2就越小，所以測周期法適用于低頻信號(低轉速信號)的測量。對于多周期測頻法，測量相對誤差為：</p><p>　　Er3 =測量誤差值實際測量值100%=1m2×100 %</p><p>　　從上式可知，被測脈沖信號周期數m1越大，m2就越大，則測量精度就越高。它適用于高、低頻信號(高、低轉速信號)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m1也要

12、延長采樣周期，不適合實時測量。</p><p>　　根據以上的討論，考慮到實際應用中需要測量的轉速范圍很寬，上述的轉速測量方法難以滿足要求，因此，研究高精度的轉速測量方法，以同時適用于高、低轉速信號的測量，不僅具有重要的理論意義，也是實際生產中的需要。</p><p><b>　　2、轉速測量原理</b></p><p>　　一般的轉速長期測量

13、系統是預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60倍轉速脈沖，再用測頻的辦法實現轉速測量。而臨時性轉速測量系統，多采用光電傳感器，從轉軸上預先粘貼的一個標志上獲得一轉一個轉速脈沖，隨后利用電子倍頻器和測頻方法實現轉速測量。不論長期或臨時轉速測量，都可以在微處理器的參與下，通過測量轉軸上預留的一轉一齒的鑒相信號或光電信號的周期，換算出轉軸的頻率或轉速。即通過速度傳感器，將轉速信號變?yōu)殡娒}沖，利用微機在單位時

14、間內對脈沖進行計數，再經過軟件計算獲得轉速數據。即：</p><p><b>　　n=N/ (mT)</b></p><p>　　其中n為轉速、單位：轉/分鐘；N為采樣時間內所計脈沖個數；T為采樣時間、單位：分鐘；m為每旋轉一周所產生的脈沖個數(通常指測速碼盤的齒數)，通常m為60，如果m=60， 那么1秒鐘內脈沖個數N就是轉速n，即:</p><

15、p>　　n=N/ (mT) =N/60×1/60=N</p><p>　　在對轉速波動較快系統或要求動態(tài)特性好而精度高的轉速測控系統中，調節(jié)周期一般很短，相應的采樣周期需取得很小，使得脈沖當量增高，從而導致整個系統測量精度降低，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值N下降，導致脈沖當量(每個脈沖所代表的轉速)增高，從而使得測量精度變得粗糙。通過增加測速

16、碼盤的齒數可以提高精度，但是碼盤齒數的增加會受到加工工藝的限制，同時會使轉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)揮微機智能測速方法的優(yōu)越性及靈活性。</p><p>　　四、方案的設計與選擇</p><p&g

17、t;　　轉速測量的方案選擇，除了要考慮能否實現還有測速范圍外，還要考慮價格還有測量精度問題，通過對轉速測量資料的查閱還有我們的構思和設計，總體電路我們有三套設計方案，部分重要模塊也嘗試了多種實現方法，從而經過分析和比較，我們從方案的實現難度、對器材的熟悉程度、器件用量、價格等方面進行綜合考慮，然后最終選擇了一個方案。下面我們便介紹我們考慮的三種不同的設計方案。</p><p><b>　　光電門測量方案

18、</b></p><p>　　光電門是一個像門樣的裝置，一邊安裝發(fā)光裝置，一邊安裝接收裝置并與計時裝置連接。當物體通過光電門時光被擋住，計時器開始計時，當物體離開時停止計時，這樣就可以根據物體大小與運動時間計算物體運動的速度；若計時裝置具備運算功能，使用隨機配置的擋光片(寬度一定)，可以直接測量物體的瞬時速度。光電門是由一個小的聚光燈泡和一個光敏管組成的，聚光燈泡對準光敏管，光敏管前面有一個小孔可以接

19、收光的照射。光敏門與計時儀是按以下方式聯接的。即當兩個光電門的任一個被擋住時，計時儀開始計時；當兩個光電門中任一個被再次擋光時，計時終止。計時儀顯示的是兩次擋光之間的時間間隔。光電門主要應用于計數，計時，測速等方面。工作原理是光照度改變使光敏電阻阻值的改變，而引起光敏電阻兩端電壓的改變。電壓變化信號通過傳感器傳到計數器上計數計時。光電門一端有個線性光源，另一端有個光敏電阻，門中無物體阻擋時光照射到光敏電阻上。有光照時光敏電阻阻值減小，光

20、敏電阻兩端為低電壓。當門中有物體阻擋時，光敏電阻受到光照度減小，電阻增大，光敏電阻兩端為高電壓。當光電門計數時，傳感器將高低變化的信號傳到計數器上，計數器進行計數。一次電壓變化計數器計數</p><p>　　光電門原理應用很廣泛，現在已經不局限于門的形狀，如點鈔機，生產線計數器，光控路燈等。</p><p>　　由于我們班另外一組選擇了這個實驗方案，于是我們便放棄了這個方案，以下為光電門傳

21、感器的圖片。</p><p><b>　　圖1 光電門傳感器</b></p><p>　　2、霍爾傳感器測量方案</p><p>　　霍爾傳感器是利用霍爾效應進行工作的？其核心元件是根據霍爾效應原理制成的霍爾元件。本文介紹一種泵驅動軸的轉速采用霍爾轉速傳感器測量?；魻栟D速傳感器的結構原理圖如圖2，霍爾轉速傳感器的接線圖如圖3。</p>

22、;<p>　　傳感器的定子上有2個互相垂直的繞組A和B，在繞組的中心線上粘有霍爾片HA和HB，轉子為永久磁鋼，霍爾元件HA和HB的激勵電機分別與繞組A和B相連，它們的霍爾電極串聯后作為傳感器的輸出。</p><p>　　圖2 霍爾轉速傳感器的結構原理圖</p><p>　　圖3 方案霍爾轉速傳感器的接線圖</p><p>　　缺點：采用霍爾傳感器在信號

23、采樣的時候，會出現采樣不精確，因為它是靠磁性感應才采集脈沖的，使用時間長了會出現磁性變小，影響脈沖的采樣精度。</p><p>　　3、光電傳感器測量方案</p><p>　　整個測量系統的組成框圖如圖4所示。從圖中可見，轉子由一直流調速電機驅動，可實現大轉速范圍內的無級調速。轉速信號由光電傳感器拾取，使用時應先在轉子上做好光電標記，具體辦法可以是：將轉子表面擦干凈后用黑漆(或黑色膠布)全

24、部涂黑，再將一塊反光材料貼在其上作為光電標記，然后將光電傳感器(光電頭)固定在正對光電標記的某一適當距離處。光電頭采用低功耗高亮度LED，光源為高可靠性可見紅光，無論黑夜還是白天，或是背景光強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。接到單片機89C51的相應管腳上，通過89C51內部定時/計時器T0、T1及相應的程序設計，組成一個數字式轉速測量系統。</p><p>　　圖4

25、測量系統的組成框圖</p><p>　　優(yōu)點：這種方案使用光電轉速傳感器具有采樣精確，采樣速度快，范圍廣的特點。</p><p>　　綜上所述，方案三使用光電傳感器為本設計的最佳選擇方案。</p><p><b>　　五、硬件系統設計</b></p><p>　　根據之前的分析，我們選擇了光電傳感器結合單片機的方案來設計

26、測量轉速的電路。以下為我們的系統總電路圖：</p><p><b>　　圖5 系統總電路圖</b></p><p>　　我們把整個電路分成四大模塊，模塊一為脈沖信號的產生模塊；模塊二為脈沖信號的處理模塊；模塊三為轉速的顯示模塊；模塊四為其他模塊，例如復位電路等。以下便是我們各大模塊的設計。</p><p>　　1、脈沖信號產生模塊</p&

27、gt;<p>　　在設計中采用光電傳感器采集信號，這種傳感器是把旋轉軸的轉速變?yōu)橄鄳l率的脈沖，然后用測量電路測出頻率，由頻率值就可知道所側轉素值。這種測量方法具有傳感器結構簡單、可靠、測量精度高的特點。是目前常用的一種測量轉速的方法。</p><p>　　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，當測速齒槽旋轉一周，光敏元件就能感受與開孔數相等次數

28、的光次數。對于被測電機的轉速在90—1700r/min的來說，每轉一周產生30個電脈沖信號，因此，傳感器輸出波形的頻率的大小為： </p><p>　　45Hz≤f≤850Hz</p><p>　　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)負責發(fā)出光信號，紅外線接收三極管(規(guī)格3DU12)負責接收

29、發(fā)出的光信號，產生電信號，每轉過一個齒，光的明暗變化經歷了一個正弦周期，即產生了正弦脈沖電信號。</p><p>　　圖6所示為轉速傳感器電路，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

30、流為10—20mA。</p><p>　　轉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化為電信號的電壓Uo很微弱(一般為mV量級)，需要進行信號處理。</p><p>　　圖6 轉速傳感器電路圖</p><p>　　2、脈沖信號的處理模塊</p><p>　　轉速信號處理電路為一個放大電路，因為產

31、生的電壓信號很小，所以需要進行放大處理，一般至少要放大1000倍，然后再進行信號處理工作。信號放大裝置選用運算放大器TL084作為放大電壓放大原件，其電路圖為下圖所示：</p><p>　　圖7 脈沖信號的放大電路圖</p><p><b>　　3、轉速的顯示模塊</b></p><p>　　許多電子產品上都有跳動的數碼來指示電器的工作狀態(tài)，其

32、實數碼管顯示的數碼均是由八個發(fā)光二極管構成的。每段上加上合適的電壓，該段就點亮。我們應用了一個四位八段數碼管，并使用了一些電阻，起到對數碼管的保護作用。其電路圖如下圖所示：</p><p><b>　　圖8 顯示模塊</b></p><p><b>　　4、其他模塊</b></p><p><b>　　（1）復位

33、電路</b></p><p>　　單片機復位電路是指單片機的初始化操作。單片機啟運運行時，都需要先復位，其作用是使CPU和系統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，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路才能實現。</p><p>　　復位電路的基本功能是：系統上電時提供復位信號，直至系統電源穩(wěn)定后，撤銷復位信

34、號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分—合過程中引起的抖動而影響復位。以下便是復位電路圖：</p><p><b>　　圖9 復位電路</b></p><p><b>　?。?）晶振電路</b></p><p>　　晶振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

35、聯再串聯一個電容的二端網絡，電工學上這個網絡有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯諧振，較高的頻率是并聯諧振。</p><p>　　AT89S52單片機內部有一個用于構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成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成并聯諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值

36、雖然沒有嚴格的要求，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，此系統電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應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，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。晶體振蕩電路如圖10：</p><p>　　晶振有一個重要的參數，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的

37、并聯電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。</p><p><b>　　圖10 晶振電路</b></p><p><b>　　六、相關器件的介紹</b></p><p>　　1、光電傳感器的介紹</p><p>　　光電傳感器是應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

38、是當發(fā)射管光照射到接收管時，接收管導通，反之關斷。</p><p>　　圖11 光電傳感器的原理圖</p><p>　　以透射式為例，當不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時，開關管關斷，否則打開。為此，可以制作一個遮光葉片如圖12所示，安裝在轉軸上，當扇葉經過時，產生脈沖信號。當葉片數較多時，旋轉一周可以獲得多個脈沖信號。</p><p><b>　　圖

39、12 遮光葉片</b></p><p>　　于是我們選用的是SZGB-3型(單向)傳感器，其工作電壓為12V(DC)，有以下特點：</p><p>　?。?）供單向計數器使用，測量轉速和線速；</p><p>　?。?）采用密封結構性能穩(wěn)定；</p><p>　?。?）光源用紅外發(fā)光管，功耗小，壽命長。</p>&l

40、t;p>　　SZGB-3型光電轉速傳感器，使用時通過連軸節(jié)與被測轉軸連接，當轉軸旋轉時，將轉角位移轉換成電脈沖信號，供二次儀表計數使用。它的輸出脈沖是每一轉60脈沖，輸出信號幅值在轉速為50r/min時是300mV，它的測速范圍為50—5000r/min，可持續(xù)使用，其工作環(huán)境為工作溫度在-10—40℃，相對濕度≤85%，無腐蝕性氣體。 </p><p><b>　　2、單片機的介紹</b

41、></p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(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。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的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A

42、T89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。</p><p>　　圖13是常用的一種單片機，型號為AT89C51，它將計算機的功能都集成到這個芯片內部去了，因此叫做單片機。</p><p>　　圖13 AT89C51芯片</p><p>　　它有40個管腳，分成兩排，每一排各有20個腳，其中左下角標有箭頭的為第1腳，然后按逆

43、時針方向依次為第2腳、第3腳……第40腳。</p><p>　　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、控制電機的正轉與反轉、控制電梯的升與降等，這32個腳叫做單片機的“端口”，在單片機技術中，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”。</p><p>　　AT89C51單片機的功能：</p><p><b&

44、gt;　?。?）主要特性：</b></p><p>　　能與MCS-51 兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲器；壽命為1000寫/擦循環(huán)；數據能保留10年；全靜態(tài)工作在0Hz-24Hz之間；三級程序存儲器鎖定；有128*8位內部RAM；有32可編程I/O線；有兩個16位定時器/計數器；有5個中斷源； 可編程串行通道；有低功耗的閑置和掉電模式；有片內振蕩器和時鐘電路。 </p><p>

45、;<b>　?。?）管腳說明：</b></p><p>　　圖14 AT89C51管腳分布</p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p>　　GND：接地。 <

46、;/p><p>　　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據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FLASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖

47、器能接輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門

48、電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，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。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。

49、 </p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，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：P3.0 RXD(串行輸入口)；P3.1 TXD(串行輸出

50、口)；P3.2 /INT0(外部中斷0)；P3.3 /INT1(外部中斷1)；P3.4 T0(記時器0外部輸入)；P3.5 T1(記時器1外部輸入)；P3.6 /WR(外部數據存儲器寫選通)；P3.7 /RD(外部數據存儲器讀選通)；P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　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。</p><p

51、>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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：每當用作外部數據存儲器時，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

52、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。</p><p>　　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。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。</p><p>　　EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器0000H-FFFFH，不管是否有內部程序存儲器。注意加密方

53、式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源VPP。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　?。?）振蕩器特性</b></p&

54、gt;<p>　　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動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內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。</p><p><b>　?。?）芯片擦除</b></p><p

55、>　　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)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。</p><p>　　此外，AT89C51設有穩(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，計數器，串口和中斷系統仍在工作。在掉電模

56、式下，保存RAM的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。</p><p><b>　　（5）單片機的復位</b></p><p>　　單片機的復位是由外部的復位電路來實現的。片內復位電路是復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動

57、復位(如圖15(a) )和按鈕復位(如圖15(b) )兩種方式。</p><p>　　圖15 RC復位電路</p><p>　　單片機復位后的狀態(tài)：單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數器PC＝0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機冷啟動后，片內RAM為隨機值，運行中的復位操作不改變片內RAM區(qū)中的內容，21個特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)為確定值，見表

58、1。 </p><p>　　值得指出的是，記住一些特殊功能寄存器復位后的主要狀態(tài)，對于了解單片機的初態(tài)，減少應用程序中的初始化部分是十分必要的。 </p><p>　　說明：表1中符號*為隨機狀態(tài)</p><p>　　表1 寄存器復位后狀態(tài)表</p><p>

59、;　　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RAM 07H字節(jié)單元，根據堆棧操作的先加后壓法則，第一個被壓入的內容寫入到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斷；系統復位是任何微機系統執(zhí)行

60、的第一步，使整個控制芯片回到默認的硬件狀態(tài)下。</p><p>　　51單片機的復位是由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，51單片機即進入芯片內部復位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。51單片機在系統復位時，將其內部的一些重要寄存器設置為特定的值，至于內部RAM

61、內部的數據則不變。</p><p><b>　　3、數碼管的介紹</b></p><p>　　LED數碼有共陽和共陰兩種，把這些LED發(fā)光二極管的正極接到一塊(一般是拼成一個8字加一個小數點)而作為一個引腳，就叫共陽的，相反的，就叫共陰的，那么應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碼管了。實物如下圖所示：</p>

62、<p><b>　　圖16 數碼管</b></p><p>　　共陽型(圖17)就是八個發(fā)光管的正極都連在一起，作為一條引線A~G段用于顯示數字，字符的筆畫，(dp顯示小數點)，每一段控制A~G~dp的亮與來。 </p><p><b>　　內部結構：</b></p><p>　　圖17 共陽型LCD</p

63、><p>　　共陰型(圖18)就是七個發(fā)光管的負極都連在一起 ，作為一條引線。A~G段用于顯示數字，字符的筆畫，(dp顯示小數點)，每一段控制A~G~dp的亮與來.</p><p><b>　　內部結構：</b></p><p>　　圖18 共陰型LCD</p><p>　　數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個

64、段碼，從而顯示出我們要的數字，因此根據數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。</p><p>　　靜態(tài)顯示驅動：靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5個數碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40根I/O端口來驅動，要知道一個89S

65、51單片機可用的I/O端口才32個，實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。</p><p>　　動態(tài)顯示驅動：數碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃"a，b，c，d，e，f，g，dp"的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼

66、管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一

67、組穩(wěn)定的顯示數據，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。</p><p>　　LED段碼表如下表所示：</p><p>　　表2 LED段碼表</p><p><b>　　七、軟件系統設計</b></p><p>　　硬件電路完成以后，進行系統軟件設計。首先要分析系統對

68、軟件的要求，然后進行軟件的總體的設計，包括程序的總體設計和對程序的模塊化設計。按整體功能分為多個不同的模塊，單獨設計、編程、調試，然后將各個模塊裝配聯調，組成完整的軟件。</p><p>　　根據設計的要求，單片機的任務是：內部進行計數，在計算出速度后顯示。軟件編程用C語言完成的。以下便為各程序流程圖已經單片機程序。</p><p>　　1、主程序流程圖及各子程序流程圖</p>

69、<p><b>　　(1)主程序流程圖</b></p><p>　　圖19 主程序流程圖</p><p>　　(2)顯示子程序流程圖</p><p>　　圖20 顯示子程序流程圖</p><p>　　(3)定時計數子程序流程圖</p><p>　　圖21 定時計數子程序流程圖<

70、;/p><p><b>　　2、單片機程序</b></p><p><b>　　見附件2。</b></p><p><b>　　八、總結</b></p><p>　　采用單片機技術來實現轉速的測量，可以提高轉速的測量，可以提高轉速測量的精確度，并且加快了采樣的速率，具有較好的實時性

71、。本文介紹的轉速方法使用于高、低轉速的測量，測量精確度與轉速無關，因而具有較寬的應用范圍和廣闊的應用的前景。通過這次設計性實驗，我們對單片機、光電傳感器有了更深的了解，同時在查閱資料的過程中也學到了不少知識。</p><p><b>　　九、參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳伯時. 電力拖動自動控制系統-運動控制系統[M]. 機械工業(yè)出版社，2003.&

72、lt;/p><p>　　[2] 馬全權，李慶輝，強盛. 一種高精度實時電機轉速測量新方法[M]. 齊齊哈爾大學學報，2002.</p><p>　　[3] 孫桂榮，班 瑩，劉 鳴. 電機轉速測量設計實驗[M]. 實驗室科學，2005. </p><p>　　[4] 王雪文，張志勇. 數字邏輯電路與系統設計[M]. 北京航空航天大學出版社，2004.</p>

73、<p>　　[5] 王秀杰，張疇先. 模擬集成電路應用[M]. 西北工業(yè)大學出版社，2003.</p><p>　　附件1：電路設計實物圖</p><p>　　附件2：單片機總程序</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define uchar unsigned char<

74、/p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　uint mm=1234;</p><p>　　uchar code table[]={0xc0，0xF9，0xA4，0xB0，0x99，0x92，0x82，0xF8，0x80，0x90，}; </p><p>　　delay(uint m)</p&g

75、t;<p>　　{ uint i，j;</p><p>　　for(i=m;i>0;i--)</p><p>　　for(j=60;j>0;j--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　xian_shi() </p><p>　　{ uch

76、ar qian，bei，shi，ge;</p><p><b>　　uint jj;</b></p><p><b>　　jj=mm;</b></p><p><b>　　jj*=20;</b></p><p><b>　　//jj+=1;</b><

77、/p><p>　　qian=jj/1000;</p><p>　　bei=jj%1000/100;</p><p>　　shi=jj%100/10;</p><p><b>　　ge=jj%10;</b></p><p><b>　　P2=0x10;</b></p>

78、<p>　　P0=table[qian];</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　//P2=0;</b></p><p><b>　　P2=0x20;</b></p><p>　　P0=table[bei];</p

79、><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　//P2=0;</b></p><p><b>　　P2=0x40;</b></p><p>　　P0=table[shi];</p><p><b>　　delay(1

80、);</b></p><p><b>　　//P2=0;</b></p><p><b>　　P2=0x80;</b></p><p>　　P0=table[ge];</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p>&

81、lt;b>　　//P2=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　timer_init() //定時器計數器初始化函數</p><p><b>　　{ EA=1;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b>&

82、lt;/p><p><b>　　ET1=1;</b></p><p>　　TMOD=0X51;</p><p>　　TH0=(65535-50000)/256;</p><p>　　TL0=(65535-50000)%256;</p><p><b>　　TH1=0;</b>&l

83、t;/p><p><b>　　TL1=0;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　m

84、ain()</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　timer_init();</p><p>　　P0=0; //開始數碼管不顯示</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b&

85、gt;　　{ </b></p><p>　　xian_shi();</p><p>　　delay(2); //數碼管刷新時間單位毫秒</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer0

86、() interrupt 1</p><p>　　{ TR0=0;</p><p><b>　　TR1=0;</b></p><p>　　TH0=(65535-50000)/256;</p><p>　　TL0=(65535-50000)%256;</p><p><b>　　mm=

87、0;</b></p><p><b>　　mm|=TH1;</b></p><p>　　mm=(mm<<8)|TL1;</p><p>　　//mm-=55536;</p><p><b>　　TH1=0;</b></p><p><b>

88、　　TL1=0;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer1() interrupt 3 //顯示0000說明

89、出錯</p><p>　　{ TR1=0; </p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　mm=0; </b></p><p>　　// TH1=0; </p><p>　　// TL1=0; </p>&l