測轉(zhuǎn)速的光電感器器課程設計

1、<p>　　…………………………裝………………………………訂………………………………線……………………………………………………………… </p><p>　　測轉(zhuǎn)速的光電傳感器課程設計</p><p>　　摘 要：轉(zhuǎn)速是發(fā)動機重要的工作參數(shù)之一,也是其它參數(shù)計算的重要依據(jù)。目前常用的轉(zhuǎn)速測量方法有離心式轉(zhuǎn)速表測速法、測速發(fā)電機測速法、光電碼盤測速法和霍爾元件測速法等。在對各種測速

2、方法進行分析后提出了基于光電傳感器的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。詳細分析了系統(tǒng)的組成及工作原理，給出了系統(tǒng)中各硬件模塊設計方法及系統(tǒng)軟件設計方法，給出了部分程序流程圖和程序清單。該測速系統(tǒng)安裝維護方便，工作穩(wěn)定，運行可靠，具有較大的推廣應用價值。</p><p>　　關鍵詞 ：光電轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)速測量，單片機，測量系統(tǒng)設計</p><p><b>　　1引言</b></p&g

3、t;<p>　　2 系統(tǒng)組成及工作原理4</p><p><b>　　2.1器件選擇4</b></p><p>　　2.2轉(zhuǎn)速測量方法4</p><p><b>　　2.3轉(zhuǎn)速測量原理</b></p><p>　　3 方案的設計與選擇5</p><p>

4、　　3.1 光電門測量方案5</p><p>　　3.2 霍爾傳感器器測量方案6</p><p>　　3.3 光電傳感器測量方案6</p><p>　　4 硬件系統(tǒng)設計7</p><p>　　4.1脈沖信號產(chǎn)生模塊</p><p>　　4.2脈沖信號的處理模塊</p><p>　　4.3

5、轉(zhuǎn)速的顯示模塊</p><p><b>　　4.4其他模塊</b></p><p><b>　　5相關器件的介紹</b></p><p>　　5.1光電傳感器的介紹</p><p><b>　　5.2單片機的介紹</b></p><p><b>

6、;　　6軟件系統(tǒng)設計</b></p><p>　　6.1主程序流程圖及各子程序流程圖</p><p>　　6.2單片機程序編寫</p><p><b>　　結論</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　1.引言&

7、lt;/b></p><p>　　在工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合，例如在發(fā)動機、電動機、卷揚機、機床主軸等旋轉(zhuǎn)設備的試驗、運轉(zhuǎn)和控制中，常需要分時或連續(xù)測量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時轉(zhuǎn)速。目前國內(nèi)外測量電機轉(zhuǎn)速的方法有很多，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、用電機轉(zhuǎn)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(shù)測速法。計數(shù)測速法又可分為機械式

8、定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。其中應用最廣的是光電式，光電式測系統(tǒng)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(xiàn)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用。而采用光電傳感器的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)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(zhuǎn)速無關等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。這次設計的內(nèi)容包含了多個方面，從脈沖信號的產(chǎn)生模塊、脈沖信號的處理模塊和轉(zhuǎn)速的顯示模塊

9、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>　　2.轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的原理</p><p><b>　　2.1選用器材</b></p><p>　　AT89C51單片機，4位數(shù)碼管，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

10、1個，馬達1個，光電門一個。</p><p><b>　　2.2轉(zhuǎn)速測量方法</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速是指作圓周運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器設備運轉(zhuǎn)的正常與否，因此，轉(zhuǎn)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(chǎn)生過模擬測速法(如離心式轉(zhuǎn)速表)、同步測速法(如機械式或閃光式頻閃測速儀)以及計數(shù)測速法。計數(shù)測速

11、法又可分為機械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。本文介紹的采用單片機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數(shù)法。</p><p>　　對轉(zhuǎn)速的測量實際上是對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖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(shù)測量頻率的方法一般有三種：</p><p><b>　?。?）測頻率法</b></p>&

12、lt;p>　　在一定時間間隔t內(nèi)，計數(shù)被測信號的重復變化次數(shù)N，則被測信號的頻率fx可表示為</p><p><b>　　f x =Nt</b></p><p><b>　?。?）測周期法</b></p><p>　　在被測信號的一個周期內(nèi)，計數(shù)時鐘脈沖數(shù)m0，則被測信號頻率fx = fc/ m0 其中，fc為時鐘脈

13、沖信號頻率。</p><p><b>　　（3）多周期測頻法</b></p><p>　　在被測信號m1個周期內(nèi)，計數(shù)時鐘脈沖數(shù)m2，從而得到被測信號頻率fx，則fx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(shù)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±

14、1誤差。當時基誤差小于量化±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×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(zhuǎn)速信號) 的測量。對于測周期法，測量

15、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，m0越大，Er2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：</p><p>　　Er3 =測量誤差值實際測量值100%=1m2

16、5;100 %</p><p>　　從上式可知，被測脈沖信號周期數(shù)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(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m1也要延長采樣周期，不適合實時測量。</p><p>　　根據(jù)以上的討論，考慮到實際應用中需要測量的轉(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

17、用于高、低轉(zhuǎn)速信號的測量，不僅具有重要的理論意義，也是實際生產(chǎn)中的需要。</p><p><b>　　2.3轉(zhuǎn)速測量原理</b></p><p>　　一般的轉(zhuǎn)速長期測量系統(tǒng)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(zhuǎn)60倍轉(zhuǎn)速脈沖，再用測頻的辦法實現(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)軸上預先粘貼的一個標志上獲得一轉(zhuǎn)一個

18、轉(zhuǎn)速脈沖，隨后利用電子倍頻器和測頻方法實現(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，利用微機在單位時間內(nèi)對脈沖進行計數(shù)，再經(jīng)過軟件計算獲得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。即：</p><p><b>　　n=N/ (mT)</b></p><p>　　其

19、中n為轉(zhuǎn)速、單位：轉(zhuǎn)/分鐘；N為采樣時間內(nèi)所計脈沖個數(shù)；T為采樣時間、單位：分鐘；m為每旋轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)(通常指測速碼盤的齒數(shù))，通常m為60，如果m=60， 那么1秒鐘內(nèi)脈沖個數(shù)N就是轉(zhuǎn)速n，即:</p><p>　　n=N/ (mT) =N/60×1/60=N</p><p>　　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，相應的采

20、樣周期需取得很小，使得脈沖當量增高，從而導致整個系統(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，導致脈沖當量(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

21、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><b>　　3方案的設計與選擇</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速測量的方案選擇，除了要考慮能否實現(xiàn)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(zhuǎn)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，

22、部分重要模塊也嘗試了多種實現(xiàn)方法，從而經(jīng)過分析和比較，我們從方案的實現(xiàn)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>　　3.1光電門測量方案</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

23、時停止計時，這樣就可以根據(jù)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收光的照射。光敏門與計時儀是按以下方式聯(lián)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(shù)，

24、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(shù)器上計數(shù)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(shù)時，傳感器將高低變化的信號傳到計數(shù)器上，計數(shù)器進行計數(shù)。一次電壓變化計數(shù)器計數(shù)</p

25、><p>　　光電門原理應用很廣泛，現(xiàn)在已經(jīng)不局限于門的形狀，如點鈔機，生產(chǎn)線計數(shù)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，以下為光電門傳感器的圖片。</p><p><b>　　圖1 光電門傳感器</b></p><p>　　3.2霍爾傳感器測量方案</p&

26、gt;<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(jù)霍爾效應原理制成的霍爾元件。本文介紹一種泵驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速采用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測量。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的結構原理圖如圖2，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的接線圖如圖3。</p><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(zhuǎn)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(lián)后作

27、為傳感器的輸出。</p><p>　　圖2 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的結構原理圖</p><p>　　圖3 方案霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的接線圖</p><p>　　缺點：采用霍爾傳感器在信號采樣的時候，會出現(xiàn)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(xiàn)磁性變小，影響脈沖的采樣精度。</p><p>　　3.3光電傳感器測量方案</p&g

28、t;<p>　　整個測量系統(tǒng)的組成框圖如圖4所示。從圖中可見，轉(zhuǎn)子由一直流調(diào)速電機驅(qū)動，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無級調(diào)速。轉(zhuǎn)速信號由光電傳感器拾取，使用時應先在轉(zhuǎn)子上做好光電標記，具體辦法可以是：將轉(zhuǎn)子表面擦干凈后用黑漆(或黑色膠布)全部涂黑，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

29、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(nèi)部定時/計時器T0、T1及相應的程序設計，組成一個數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。</p><p>　　圖4 測量系統(tǒng)的組成框圖</p><p>　　優(yōu)點：這種方案使用光電轉(zhuǎn)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

30、案三使用光電傳感器為本設計的最佳選擇方案。</p><p><b>　　4硬件系統(tǒng)設計</b></p><p>　　根據(jù)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測量轉(zhuǎn)速的電路。以下為我們的系統(tǒng)總電路圖：</p><p><b>　　圖5 系統(tǒng)總電路圖</b></p><p>　　我們把

31、整個電路分成四大模塊，模塊一為脈沖信號的產(chǎn)生模塊；模塊二為脈沖信號的處理模塊；模塊三為轉(zhuǎn)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>　　4.1脈沖信號產(chǎn)生模塊</p><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(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)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(cè)轉(zhuǎn)素值。這種測量方法具有傳感器結構簡單、

32、可靠、測量精度高的特點。是目前常用的一種測量轉(zhuǎn)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(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： </p><p>　　

33、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。</p><p>　　圖6所示為轉(zhuǎn)速傳感器電路，由于紅外光不可見，無法用肉

34、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，電流為10—20mA。</p><p>　　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Uo很微弱(一般為mV量

35、級)，需要進行信號處理。</p><p>　　圖6 轉(zhuǎn)速傳感器電路圖</p><p>　　4.2脈沖信號的處理模塊</p><p>　　轉(zhuǎn)速信號處理電路為一個放大電路，因為產(chǎn)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>

36、<p>　　圖7 脈沖信號的放大電路圖</p><p>　　4.3轉(zhuǎn)速的顯示模塊</p><p>　　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)，其實數(shù)碼管顯示的數(shù)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(shù)碼管，并使用了一些電阻，起到對數(shù)碼管的保護作用。其電路圖如下圖所示：</p><p><b&g

37、t;　　圖8 顯示模塊</b></p><p><b>　　4.4其他模塊</b></p><p><b>　?。?）復位電路</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(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

38、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(xiàn)。</p><p>　　復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。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&

39、gt;</p><p><b>　　（2）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聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡，電工學上這個網(wǎng)絡有兩個諧振點，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。</p><p>　　AT89S52單片機內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大

40、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(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

41、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(shù)，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯(lián)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>　　5相關器件的介紹<

42、;/b></p><p>　　5.1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

43、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(zhuǎn)軸上，當扇葉經(jīng)過時，產(chǎn)生脈沖信號。當葉片數(shù)較多時，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。</p><p><b>　　圖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

44、數(shù)器使用，測量轉(zhuǎn)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><p>　　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，供二次儀表計數(shù)使用。它的輸出脈沖是每一轉(zhuǎn)60脈沖，輸出信號幅值在轉(zhuǎn)速為50r/min時是300mV，它的

45、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>　　5.2單片機的介紹</b></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)

46、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。</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(nèi)部去了，因此

47、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(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制電梯的升與降等，這32個腳叫做單片機的“端

48、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>　　（1）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(shù)據(jù)能保留10年；全靜態(tài)工作在0Hz-24Hz之間；三級

49、程序存儲器鎖定；有128*8位內(nèi)部RAM；有32可編程I/O線；有兩個16位定時器/計數(shù)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(nèi)振蕩器和時鐘電路。 </p><p><b>　?。?）芯片擦除</b></p><p>　　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

50、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(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><

51、;b>　?。?）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(xiàn)的。片內(nèi)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&

52、lt;/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(shù)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(nèi)RAM為隨機值，運行中的復位操作不改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)為確定值，見表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

53、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>　　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(nèi)部復位狀態(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。

54、51單片機在系統(tǒng)復位時，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設置為特定的值，至于內(nèi)部RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。</p><p><b>　　6軟件系統(tǒng)設計</b></p><p>　　硬件電路完成以后，進行系統(tǒng)軟件設計。首先要分析系統(tǒng)對軟件的要求，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(diào)試，然后將各個模塊裝配

55、聯(lián)調(diào)，組成完整的軟件。</p><p>　　根據(jù)設計的要求，單片機的任務是：內(nèi)部進行計數(shù)，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(jīng)單片機程序。</p><p>　　6.1主程序流程圖及各子程序流程圖</p><p><b>　　(1)主程序流程圖</b></p><p>　　圖19 主程序流程

56、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(shù)子程序流程圖</p><p>　　圖21 定時計數(shù)子程序流程圖</p><p>　　6.2單片機程序編寫</p><p><b>　　見附件2。</b

57、></p><p><b>　　結論</b></p><p>　　采用單片機技術來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測量，可以提高轉(zhuǎn)速的測量，可以提高轉(zhuǎn)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。本文介紹的轉(zhuǎn)速方法使用于高、低轉(zhuǎn)速的測量，測量精確度與轉(zhuǎn)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

58、的過程中也學到了不少知識。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)-運動控制系統(tǒng)[M]. 機械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[2] 馬全權，李慶輝，強盛. 一種高精度實時電機轉(zhuǎn)速測量新方法[M]. 齊齊哈爾大學學報，2002.</p><p>

59、;　　[3] 孫桂榮，班 瑩，劉 鳴. 電機轉(zhuǎn)速測量設計實驗[M]. 實驗室科學，2005. </p><p>　　[4] 王雪文，張志勇. 數(shù)字邏輯電路與系統(tǒng)設計[M]. 北京航空航天大學出版社，2004.</p><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

60、><p>　　附件2：單片機總程序</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　uint mm=1234;</p>&

61、lt;p>　　uchar code table[]={0xc0，0xF9，0xA4，0xB0，0x99，0x92，0x82，0xF8，0x80，0x90，}; </p><p>　　delay(uint m)</p><p>　　{ uint i，j;</p><p>　　for(i=m;i>0;i--)</p><p>　　fo

62、r(j=60;j>0;j--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　xian_shi() </p><p>　　{ uchar qian，bei，shi，ge;</p><p><b>　　uint jj;</b></p><p><

63、;b>　　jj=mm;</b></p><p><b>　　jj*=20;</b></p><p><b>　　//jj+=1;</b></p><p>　　qian=jj/1000;</p><p>　　bei=jj%1000/100;</p><p>　

64、　shi=jj%100/10;</p><p><b>　　ge=jj%10;</b></p><p><b>　　P2=0x10;</b></p><p>　　P0=table[qian];</p><p><b>　　delay(1);</b></p><

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

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

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

68、timer_init() //定時器計數(shù)器初始化函數(shù)</p><p><b>　　{ EA=1;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　ET1=1;</b></p><p>　　TMOD=0X51;</p>&

69、lt;p>　　TH0=(65535-50000)/256;</p><p>　　TL0=(65535-50000)%256;</p><p><b>　　TH1=0;</b></p><p><b>　　TL1=0;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b>

70、;</p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　timer_in

71、it();</p><p>　　P0=0; //開始數(shù)碼管不顯示</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　xian_shi();</p><p>　　delay(2); //數(shù)碼管刷新時

72、間單位毫秒</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer0() interrupt 1</p><p>　　{ TR0=0;</p><p><b>　　TR1=0;</b&g

73、t;</p><p>　　TH0=(65535-50000)/256;</p><p>　　TL0=(65535-50000)%256;</p><p><b>　　mm=0;</b></p><p><b>　　mm|=TH1;</b></p><p>　　mm=(mm&l

74、t;<8)|TL1;</p><p>　　//mm-=55536;</p><p><b>　　TH1=0;</b></p><p><b>　　TL1=0;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b&

75、gt;　　TR1=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer1() interrupt 3 //顯示0000說明出錯</p><p>　　{ TR1=0; </p><p><b>　　TR0=0;</b></p>