基于单片机的转速测量系统设计
【摘要】介绍了一种基于AT89C51单片机平台,采用光电传感器实施电机转速测量的方法,硬件系统包括脉冲信号产生、脉冲信号处理和显示模块,并采用C语言编程,结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。介绍了该测速法的基本原理、实现步骤和软硬件设计
【关键词】转速测量; 单片机; 光电传感器；电机；脉冲。
1.概述
1.1 数字式转速测量系统的发展背景
目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。
1.2 本设计课题的目的和意义
在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。
这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。
2.转速测量系统的原理
2.1转速测量方法
转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数,其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否,因此,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。按照不同的理论方法,先后产生过模拟测速法(如离心式转速表) 、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪) 以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。本文介绍的采用单片机和光电传感器组成的高精度转速测量系统,其转速测量方法采用的就是电子式定时计数法。
对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的工程测量中,电子式定时计数测量频率的方法一般有三种：
①测频率法:在一定时间间隔t 内,计数被测信号的重复变化次数N ,则被测信号的频率fx 可表示为
f x =Nt(1)
②测周期法:在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0 ,则被测信号频率fx = fc/ m0 ,其中, fc 为时钟脉冲信号频率。
③多周期测频法:在被测信号m1 个周期内, 计数时钟脉冲数m2 ,从而得到被测信号频率fx ,则fx 可以表示为fx =m1 fcm2, m1 由测量准确度确定。
电子式定时计数法测量频率时,其测量准确度主要由两项误差来决定:一项是时基误差;另一项是量化±1误差。当时基误差小于量化±1 误差一个或两个数量级时,这时测量准确度主要由量化±1 误差来确定。对于测频率法,测量相对误差为：
Er1 =测量误差值实际测量值×100 % =1N×100 % (2)
由此可见,被测信号频率越高, N 越大, Er1就越小,所以测频率法适用于高频信号(高转速信号) 的测量。对于测周期法,测量相对误差为：
Er2 =测量误差值实际测量值×100 % =1m0×100 % (3)
对于给定的时钟脉冲fc , 当被测信号频率越低时,m0 越大, Er2就越小,所以测周期法适用于低频信号(低转速信号) 的测量。对于多周期测频法,测量相对误差为：
Er3 =测量误差值实际测量值100%=1m2×100 % (4)
从上式可知,被测脉冲信号周期数m1 越大, m2 就越大,则测量精度就越高。它适用于高、低频信号(高、低转速信号) 的测量。但随着精度和频率的提高, 采样周期将大
大延长,并且判断m1 也要延长采样周期,不适合实时测量。
根据以上的讨论,考虑到实际应用中需要测量的转速范围很宽,上述的转速测量方法难以满足要求,因此,研究高精度的转速测量方法,以同时适用于高、低转速信号的测量,不仅具有重要的理论意义,也是实际生产中的需要。
2.2转速测量原理
一般的转速长期测量系统是预先在轴上安装一个有60 齿的测速齿盘,用变磁阻式或电涡流式传感器获得一转60 倍转速脉冲,再用测频的办法实现转速测量。而临时性转速测量系统,多采用光电传感器,从转轴上预先粘贴的一个标志上获得一转一个转速脉冲,随后利用电子倍频器和测频方法实现转速测量。不论长期或临时转速测量,都可以在微处理器的参与下,通过测量转轴上预留的一转一齿的鉴相信号或光电信号的周期,换算出转轴的频率或转速。即通过速度传感器,将转速信号变为电脉冲,利用微机在单位时间内对脉冲进行计数,再经过软件计算获得转速数据。即:
n=N/ (mT) (1)
◆n ———转速、单位:转/ 分钟;
◆N ———采样时间内所计脉冲个数;
◆T———采样时间、单位:分钟;
◆m ———每旋转一周所产生的脉冲个数(通常指测速码盘的齿数) 。
如果m=60, 那么1 秒钟内脉冲个数N就是转速n, 即:
n=N/ (mT) =N/60 ×1/60=N (2)
◆通常m为60。
在对转速波动较快系统或要求动态特性好而精度高的转速测控系统中,调节周期一般很短,相应的采样周期需取得很小,使得脉冲当量增高,从而导致整个系统测量精度降低,难以满足测控要求。提高采样速率通常就要减小采样时间T, 而T 的减小会使采到的脉冲数值N 下降,导致脉冲当量(每个脉冲所代表的转速) 增高,从而使得测量精度变得粗糙。通过增加测速码盘的齿数可以提高精度,但是码盘齿数的增加会受到加工工艺的限制,同时会使转速测量脉冲的频率增高,频率的提升又会受到传感器中光电器或磁敏器或磁电器件最高工作频率的限制。凡此种种因素限制了常规智能转速测量方法的使用范围。而采用本文所提出的定时分时双频率采样法,可在保证采样精度的同时,提高采样速率,充分发挥微机智能测速方法的优越性及灵活性。
图2.1 系统原理图
各部分模块的功能：
①传感器：用来对信号的采样。
②放大、整形电路：对传感器送过来的信号进行放大和整形，在送入单片机进行数据的处理转换。
③单片机：对处理过的信号进行转换成转速的实际值，送入LED
④LED显示：用来对所测量到的转速进行显示。
3.系统方案提出和论证
转速测量的方案选择,一般要考虑传感器的结构、安装以及测速范围与环境条件等方面的适用性;再就是二次仪表的要求,除了显示以外还有控制、通讯和远传方面的要求。本说明书中给出两种转速测量方案，经过我和伙伴查资料、构思和自己的设计，总体电路我们有两套设计方案，部分重要模块也考虑了其它设计方法，经过分析，从实现难度、熟悉程度、器件用量等方面综合考虑，我们才最终选择了一个方案。下面就看一下我们对两套设计方案的简要说明。
方案一：霍尔传感器测量方案
霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的？其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件。本文介绍一种泵驱动轴的转速采用霍尔转速传感器测量。霍尔转速传感器的结构原理图如图3.1, 霍尔转速传感器的接线图如图3.2 。
传感器的定子上有2 个互相垂直的绕组 A 和B, 在绕组的中心线上粘有霍尔片HA 和HB ,转子为永久磁钢,霍尔元件HA 和HB 的激励电机分别与绕组A 和B 相连,它们的霍尔电极串联后作为传感器的输出。
图3.1 霍尔转速传感器的结构原理图
图3.2方案霍尔转速传感器的接线图
缺点：采用霍尔传感器在信号采样的时候，会出现采样不精确，因为它是靠磁性感应才采集脉冲的，使用时间长了会出现磁性变小，影响脉冲的采样精度。
方案二：光电传感器
整个测量系统的组成框图如图3.3所示。从图中可见,转子由一直流调速电机驱动,可实现大转速范围内的无级调速。转速信号由光电传感器拾取,使用时应先在转子上做好光电标记,具体办法可以是:将转子表面擦干净后用黑漆(或黑色胶布) 全部涂黑,再将一块反光材料贴在其上作为光电标记,然后将光电传感器(光电头) 固定在正对光电标记的某一适当距离处。光电头采用低功耗高亮度LED ,光源为高可靠性可见红光,无论黑夜还是白天,或是背景光强有大范围改变都不影响接收效果。光电头包含有前置电路，输出0—5V的脉冲信号。接到单片机89C51的相应管脚上，通过89C51内部定时/计时器T0、T1及相应的程序设计，组成一个数字式转速测量系统。
图3.3 测量系统的组成框图
优点：这种方案使用光电转速传感器具有采样精确，采样速度快，范围广的特点。综上所述，方案二使用光电传感器来作为本设计的最佳选择方案。
4.系统硬件设计
随着超大规模集成电路技术提高，尤其是单片机应用技术以及功能强大，价格低廉的显著特点，是全数字化测量转度系统得一广泛应用。出于单片机在测量转速方面具有体积小、性能强、成本低的特点，越来越受到企业用户的青睐。对测量转速系统的硬件和编程进行研究，设计出一种以单片机为主的转速测量系统，保证了测量精度。
4.1 转速信号采集
在设计中采用光电传感器采集信号，这种传感器是把旋转轴的转速变为相应频率的脉冲，然后用测量电路测出频率，由频率值就可知道所侧转素值。这种测量方法具有传感器结构简单、可靠、测量精度高的特点。是目前常用的一种测量转速的方法。从光源发出的光通过测速齿盘上的齿槽照射到光电元件上，使光电元件感光。测速齿盘上有30个齿槽，当测速齿槽旋转一周，光敏元件就能感受与开孔数相等次数的光次数。对于被测电机的转速在90—1700r/min的来说,每转一周产生30个电脉冲信号,因此,传感器输出波形的频率的大小为：
45Hz≤f≤850Hz (1)
测速齿盘装在发射光源(红外线发光二极管)与接收光源的装置(红外线接收二极管)之间,红外线发光二极管(规格IR3401)负责发出光信号,红外线接收三极管(规格3DU12)负责接收发出的光信号,产生电信号,每转过一个齿,光的明暗变化经历了一个正弦周期,即产生了正弦脉冲电信号。
图4.1所示为转速传感器电路，由于红外光不可见，无法用肉眼识别发光信号是否在工作，故将红外线的输出回路串接了一个普通光电二极管作为判别光源发生回路是否为通路。所选用的红外二极管IR3401，在正向工作电流为20mA时,其导通电压为1.2—1.5V,所选用的发光二极管的正向压降一般为1.5—2.0V,电流为10--20Ma。R的计算公式为：
计算得：Rmin=425Ω；Rmin=465Ω。设定中所选阻值为430Ω（Rmin≤R≤Rmax）。
转速传感器输出电压幅度在0—1.6mV呈正弦波变化,由此可见,红外线接收三极管的光信号转化为电信号的电压Uo很微弱(一般为mV量级),需要进行信号处理.
图4.1 转速传感器电路图
（1）光电传感器是应用非常广泛的一种器件，有各种各样的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。以透射式为例，如图4.1所示，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，否则打开。为此，可以制作一个遮光叶片如图4.2 所示，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。
图4.2光电传感器的原理图图4.3 遮光叶片
（2）选用的传感器型号为SZGB-3（单向）
SZGB-3型传感器特点介绍如下：
1)供单向计数器使用，测量转速和线速度.
2)采用密封结构性能稳定.
3）光源用红外发光管，功耗小，寿命长.
4) SZGB-3, 20电源电压为12V DC
SZGB-3型传感器主要性能介绍如下：
SZGB-3.型光电转速传感器，使用时通过连轴节与被测转轴连接，当转轴旋转时，将转角位移转换成电脉冲信号，供二次仪表计数使用。
1）输出脉冲数：60脉冲（每一转）
2)输出信号幅值：50r/min时300mV
3)测速范围:50---5000r/min
4)使用时间:可连续使用,使用中勿需加润滑油
5)工作环境:温度-10～40℃,相对湿度≤85%无腐蚀性气体
4.2转速信号处理电路设计
转速信号处理电路包括信号放大电路、整形及三极管整形电路。由于产生的电压信号很小，所以要进行放大处理，一般要放大至少1000倍（≥60dB），然后在进行信号处理工作。信号放大装置选用运算放大器TL084作为放大电压放大元件，采用两级放大电路，每一级都采用反响比例运算电路如图4.4.设计的电压放大倍数为3000倍。其中第一级放大倍数为30，第二级放大倍数为100.放大后电压变化范围为0～4.8V。TL084采用12V双电源供电，由于电源的供电电压在一定范围内有副值上的波动，形成干扰信号。为起到消除干扰，实现滤波作用，故供电电源两端需接10UF的电容接地，电容选择金属化聚丙已烯膜电容。两级运放放大所采用的供电电源均采用此接法。
图4.4信号处理电路图
整形电路的主要作用是将正弦波信号转化为方波脉冲信号，正弦波信号电压的最大幅值约为4.8V，最小幅值为0V。整形电路设计的是一种滞回电压比较器，它具有惯性，起到抗干扰的作用。从而向输入端输入的滞回比较器。在整形电路的输入端接一个电容C7（103），起到的作用是阻止其他信号的干扰，并且将放大的信号进行滤波，解耦。R11和R17是防止电路短路，起到保护电路的作用。
一次整形后的信号基本上为±5V的电平的脉冲信号，在脉冲计数时，常用的是+5V的脉冲信号。如果直接采用-5V的脉冲计数，会增加电路的复杂性，故一般不直接使用，而是先进行二次整形。
第二次用三极管整形电路，当输出为-5V的信号时，三极管VT2（8050）的基-射极和电阻R18组成并联电路电流经过R18.R17,三极管VT2处于反向偏置状态，所以，VT2的集-射极未接通，故处于截止状态。电源回路由R19，三极管VT2的集-射极组成，采用单电源+12V供电，由于集射极截止，处于断路状态，故输出电压U0为V。当第一次整形输出为+5V的信号时，三极管VT2基-射极处于正向偏置状态，有电流I 通过，故此时三极管的集-射极处于通路状态。电源电流流经电阻R19，三极管的集-射极到地端，由于集-射极导通时的电阻很小，可以忽略不计。电源电压主要在R19上，其输出电压约为0V。综上所述，三极管整形的电路的输入关系是：信号为-5V时，U0=+12V；信号为+5V时，U0=0V。
4.3单片机A T89C51介绍
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
图4.5是常用的一种单片机，型号为A T89C51，它将计算机的功能都集成到这个芯片内部去了，就这么一个小小的芯片就能构成一台小型的电脑，因此叫做单片机。
图4.5 AT89C51芯片
它有40个管脚，分成两排，每一排各有20个脚，其中左下角标有箭头的为第1脚，然后按逆时针方向依次为第2脚、第3脚……第40脚。
在40个管脚中，其中有32个脚可用于各种控制，比如控制小灯的亮与灭、控制电机的正转与反转、控制电梯的升与降等，这32个脚叫做单片机的“端口”，在单片机技术中，每个端口都有一个特定的名字，比如第一脚的那个端口叫做“P1.0”。
AT89C51单片机的功能：
1．主要特性：
◆与MCS-51 兼容
◆4K字节可编程闪烁存储器
◆寿命：1000写/擦循环
◆数据保留时间：10年
◆全静态工作：0Hz-24Hz
◆三级程序存储器锁定
◆128*8位内部RAM
◆32可编程I/O线
◆两个16位定时器/计数器
◆5个中断源
◆可编程串行通道
◆低功耗的闲置和掉电模式
◆片内振荡器和时钟电路
2．管脚说明（图4.7）：
图4.7 AT89C51管脚分布
●VCC：供电电压，
●GND：接地。
●P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的
管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
●P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出
4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
●P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
●P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。
P3口管脚备选功能：
●P3.0 RXD（串行输入口）
●P3.1 TXD（串行输出口）
●P3.2 /INT0（外部中断0）
●P3.3 /INT1（外部中断1）
●P3.4 T0（记时器0外部输入）
●P3.5 T1（记时器1外部输入）
●P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
●P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
●P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
● RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
●ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
●PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机
器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN
信号将不出现。
●EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），
不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为
RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期
间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
●XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
●XTAL2：来自反向振荡器的输出。
3．振荡器特性：
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，
XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部
时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
4．芯片擦除：
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”
且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计
数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振
荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
4.4 最小系统的设计
4.4.1复位电路（图4.8）：
MCS-51 单片机复位电路是指单片机的初始化操作。单片机启运运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。
图4.8复位电路
①复位功能：
复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。
单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位（如图4.9 (a)）和按钮复位(如图4.9(b))两种方式。
图4.9 RC复位电路
②单片机复位后的状态:
单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC＝0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，见表1。
值得指出的是，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的初始化部分是十分必要的。
PSW＝00H，表明选寄存器0组为工作寄存器组；SP＝07H，表明堆栈指针指向片内RAM 07H字节单元，根据堆栈操作的先加后压法则，第一个被压入的内容写入到08H单元中；Po-P3＝FFH，表明已向各端口线写入1，此时，各端口既可用于输入又可用于输出。IP＝×××00000B，表明各个中断源处于低优先级；IE＝0××00000B，表明各个中断均被关断；系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。
51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周
期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。51单片机在系统复位时，将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值，至于内部RAM内部的数据则不变。
4.4.2 晶振电路
晶振（图4.10）是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。
AT89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为30μF。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。晶体振荡电路如图3-6：晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。
图4.10晶振电路
4.4.3 最小系统的仿真
最小系统的仿真图4.11
图4.11 最小系统的仿真
附最小系统仿真程序如下：
#include
sbit LED=P1^0; //定义LED接P1.0口// void Delay () //延时函数// {unsigned char i,j;
for(i=255;i>0;i--)
for(j=255;j>0;j--);
}
void main ()
{while(1)
{LED=0; // LED灭//
兰州交通大学 毕业设计文献综述 题目：基于单片机的电机转速测量系统Title:Motor speed measuring system based on single chip microcomputer 姓名：韦宝芸
学号：3 班级：机设1202班 摘要 本文首先叙述了单片机测量转速的系统构成及转速测量的几种常用方法，分析了相应方法在测量上的特点、误差和计算。其次，针对特定的应用环境，设计出一种基于 80C51单片机的全数字式测速系统，详细阐述了系统的工作原理，指出产生误差的可能原因，并给出了具体解决的方法；根据系统要求编制了源程序，分析其工作流程。最后，对构建的系统利用仿真机进行调试，对测量指标进行了分析、比较并提出改进方案。 关键词：单片机、转速、测量精度 Abstract
This paper first discussed some ways for rotary speed measure. It analyzed characters and errors of these ways. Second, it designed full digital measure system based on a Single-Chip Microprocessor(80C51) responding to special application, stated the working theory of the system and the methods to solve the errors, writed the working programmes by A51 assemble language. Finally, this system implementation was confirmed by using of Keil-51 simulator. The characters on the error margin and accuracy was summarized. Keywords : Single-Chip Microprocessor、rotary speed 、measureprecision Keil-51
在工业生产控制过程中，压力是一个很重要的参数。比如利用测量大气压力来间接测量海拔高度，在工业生产中测量压力参数来判断反应的过程，在气象预测中，也需要测量大气压力来判断阴雨天气等等。所有这些都需要掌握测量压力，所以压力表的设计拥有广阔的市场前景。本课题就是基于此原因设计的一个简单压力计。 本课程设计用MPX4115专感器来检测压力参数，ADC0808进行模数转换后，利用AT89C524行数据处理后，由键盘设置测量量程，用发光二级管显示当前测量量程送液晶显示压力值。 本系统可根据需要进行功能扩展。由于ADC0808支持8路信号采集，可以对8个压力点参数进行检测。可以手动设置采集哪一路，或者循环采集。还可以进行压力上下限报警。 在设计系统的时候，立足于界面友好性、性价比，可以在简单压力检测的时候使用。 关键词：压力测试；单片机；ADC ;传感器
1?设计要求 (3) 2.设计方案与设计原理 (4) 2.1系统总体设计 (4) 2.2功能介绍 (4) 3?元器件的识别与检测 (5) 3.1 AT89C52 简介 (5) 3.2 ADC0808 简介 (5) 4制作与调试 (6) 4.1系统软件设计 (6) 4.2系统程序整体流程图 (7) 4.3 T0中断服务程序流程图 (8) 4.4外部中断INTO流程图 (8) 4.5系统总体框图 (9) 4.6系统总体仿真电路 (9) 4.7软硬件仿真调试及性能分析 (10) 4.8程序代码 (11) 5.设计心得 (17) 6参考文献 (18)
1 .设计要求 本课程设计用MPX4115传感器来检测压力参数，ADC0808进行模数转换后，利用AT89C52进行数据处理后，由键盘设置测量量程，用发光二级管显示当量量程送液晶显示压力值。 数字压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。 本课程设计的数字压力传感器以单片机为主要部件，利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准压强的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为压强纲（pa）即成为一台原始电子称。 其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。ADC0809的A/D 转换作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。并且能实现数字传感器之间的通讯，达到数据共享的目的。从而更好的满足当今社会的要求。
电动机转速该如何测量 1．可以用真尚有科技的转速测量系统 要测量圆柱体微小转角，首先要知道被测物的半径，然后测出物体在单位时间内走的距离。知道了两个参数后就可以求得转动角度。 解决： Px可以测得物体微小变化 调试的方式： λ通过软件检查系统安装是否满足测量条件，调节传感器安装位置，调节到最佳测量状态，然后可以开始在线测量。 λ通过软件能进行简单的测量, 并最终求出角度值。 通过增量输出： 用户自己将测量结果值进行转换 λ通过接收传感器发出脉冲个数，然后换算成距离最终求得转动角度。最简单的计算增量脉冲的方法是用计数器进行读取，计数器 说明：可设置计数与转动周长的对应关系，每个脉冲代表一定长度，例如1个脉冲= 0.01mm，则图1-3所示距离= 92896 * 0.01mm = 928.96mm 定制软件： 通过软件方式将得到数据进行处理，并最终将结果显示给用户看，能让用户直观的观测到当前测量值。其他功能可以定制。 2. 前不久在一个网站上找的： 可自制一个简单实用的振动式转速计，它是根据物理学上共振原理制成的，测速时并且不会消耗发动机的功率。 振动式转速计由十几根不同长度的钢丝做成。每根钢丝的自振频率都不同，钢丝越长，自振频率越低；长度越短，自振频率越高。小发动机工作时，每转一转，活塞上下一次，产生一次振动。当发动机产生的振动频率和某根钢丝的自振频率相同或成整数的倍数时，这根钢丝就会因共振而开始振动。使用时，将振动式转速计固定在发动机附近，或直接用底座靠在发动机的气缸头等部位上；只要观察那一根钢丝的振动幅度最大，就可根据该钢丝的刻度测得发动机的转速。其准确度依钢丝质量、直径大小及钢丝和底座的夹紧程度不同而略有出入，一般为±200转/分。最好先用标准转速表校准刻度。 钢丝的自振频率和它的直径、自由长度及钢材的弹性有关。一般钢丝的自振频率f可按下式计算： 其中：d 钢丝直径（单位厘米） L 钢丝自由长度（单位厘米） 或其中：n 发动机转速（单位转/分）
常熟理工学院 电气与自动化工程学院 《传感器原理与检测技术》课程设计 题目：基于AT89C51单片机的 压力检测系统的设计 姓名：李莹 学号： 160509240 班级：测控 092 指导教师：戴梅 起止日期： 2012年7月2日－9日
电气与自动化工程学院 课程设计评分表 课程名称：传感器原理与检测技术 设计题目：压力检测系统的设计 班级：测控092学号：160509240 姓名：李莹 指导老师：戴梅 年月日
课程设计答辩记录 自动化系测控专业 092 班级答辩人：李莹课程设计题目压力检测系统的设计
目录第一章概述 1.相关背景和应用简介 2.总体设计方案 2.1总体设计框图 2.2各模块的功能介绍 第二章硬件电路的设计 1.传感器的选型 2.单片机最小系统设计 3.模数转换电路设计 4.传感器接口电路设计 5.显示电路设计 6.电源电路设计 7.原理图 第三章软件部分的设计 1.总体流程图 2.子程序流程图及相关程序 第四章仿真及结果 第五章小结 参考文献
第一章概述 1.传感器的相关背景及应用简介 近年来，随着微型计算机的发展，传感器在人们的工作和日常生活中应用越来越普遍。压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义。在工业生产中，为了高效、安全生产，必须有效控制生产过程中的诸如压力、流量、温度等主要参数。由于压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用，因此有必要准确测量压力。通过压力传感器将需要测量的位置的压力信号转化为电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。 此次设计是基于单片机的压力检测系统，选择的单片机是基于AT89C51单片机的测量与显示，将压力经过压力传感器转变为电信号，经过放大器放大，然后进入A/D 转换器将模拟量转换为数字量显示，我们所采样的A/D转换器为ADC0808。 2.总体设计方案 本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示。电路采用ADC0809模数转换电路，ADC0809是CMOS工艺，采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，片内有带锁存功能的8路模拟电子开关，先用ADC0809的转换器对各路电压值进行采样，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。本次设计是以单片机组成的压力测量，系统中必须有前向通道作为电信号的输入通道，用来采集输入信息。压力的测量，需要传感器，利用传感器将压力转换成电信号后，再经放大并经A/D转换为数字量后才能由计算机进行有效处理。然后用LED进行显示。本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。
目录 绪论 (2) 第1章参数计算与设备选型 (3) 1.1控制芯片 (3) 1.2测速发电机 (4) 1.3模数转化器件——ADC0809 (6) 第2章系统设计 (9) 2.1 系统方框图 (9) 2.2 硬件设计 (10) 2.2.1 直流测速发电机 (10) 2.2.2 ADC0809与单片机连接 (10) 2.2.3 数码管 (11) 2.2.4 综合接线图 (11) 2.3 软件设计 (12) 2.3.1 程序设计思路说明 (12) 2.3.2 总程序控制流程图 (13) 2.3.3 ADC0809工作流程图及程序 (14) 2.3.4显示部分工作流程图及程序 (15) 第3章结论 (18) 参考文献 (19)
绪论 在现代工业自动化高度发展的时期，几乎所有的工业设备都离不开电机，形形色色的电机在不同领域发挥着很重要的作用。与之而来的问题是，如何更好地控制电机，对于不同的场合，对电机的控制要求是不同的，但大部分都会涉及到直流电机的转速测量，从而利用转速来实施对直流电机的控制。 直流电机转速作为直流电机的一项重要技术指标，在各个应用场合都有重要的研究价值，例如在发动机，电动机，机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或连续测量，显示其转速及瞬时速度等，转速是其他大部分技术参数的计算来源，因此，准确测量直流电动机的转速具有重要的研究意义和理论价值。 目前，对直流电动机的速度检测方法很多，从整体上可分为模拟检测和数字检测方法。 模拟检测：即利用测速电机作为发电机，通过检测反电势E的大小和极性可得到转速N和电机转向，采用这种方法直接可以得到转速N和输出电压的特性曲线，直观，但也有很多不足，比如在高速和低速情况下实际输出偏离理想特性。 数字检测技术：即通过分析数字信号产生的一系列脉冲间接获取电机转速。如光电旋转编码器是将检测圆盘划分为等距的三个同心圆，最外环和次外环分别用等距的黑白条纹分开，且最外环和次外环的缝隙位置相位差为90度，用于判断电机的转速，最内环只有一个黑条纹，用作定位脉冲或者是复位脉冲，利用光电编码器输出的脉冲可以计算转速，具体的又可分为M法，T法和M\T法。 此外，市场上已经有了技术成熟的电机测速装置，如利用霍尔元件设计制作的直流电机测速仪等，凭借其精度高，稳定性好等优势占有重要的一席之地。 而本次微机控制原理课程设计的任务是直流电机速度的测量与显示。主要要求是通过测速直流发电机作为传感器，检测直流电机的转速，并输出与转速相关的电压，通过ADC0809芯片将测速发电机输出电压转换成电压的数字信号。控制芯片采用AT89C51将采集转换后的数字信号进行处理，得到转速，并通过四位数码管予以显示。整体上能够完成从转速检测到数据处理到显示的一整套功能。
课程设计(论文)说明书 题目：电机转速测量电路 院（系）：信息与通信学院 专业：电子科学与技术 学生姓名 学号： 指导教师：何宁 职称：教授 2012年12月20日
摘要 本文设计了一种基于AT89S52单片机的红外线转速测量系统。该系统的红外发射与接收采用直射式，红外发光管射出的红外线通过圆盘的小孔照射到红外探头上，接收电路再经过简单的信号处理得到脉冲式的转速信号。使用AT89S52单片机采样脉冲信号并计算每分钟内脉冲信号的数目，即电机对应的转速值，最终系统通过四位七段数码管显示电机每分钟的转速值。本文详细分析了系统的组成及工作原理，给出了系统中各硬件模块设计方法及系统软件设计方法，给出了部分程序流程图和程序清单。该测速系统安装维护方便，工作稳定，运行可靠，具有较大的推广应用价值。 关键词：转速测量；红外发射与接收；单片机 Abstract A infrared speed measuring system which based on the MCU of AT89S52 was designed in this paper. The infrared transmitter and receiver of the system used the direct type. The infrared light emitted from the IR LED passed through the hole in the disc to the infrared sensor, and the receiver circuit output a pulsed infrared signal by a simple signal processing. The AT89S52 was used to sample the pulse signal and calculate the amount of the pulse signal per minute which was the value of the motor speed. Finally the value of the motor would be displayed real-time by four-bit seven-segment digital tube. The composition and the principle of the system are presented, and the design method of hardware and the software are also presented. The measurement system will have a broad prospects because the convenient installation and maintenance, stable working, reliable operation. Key words: Speed measurement; Infrared transmitter and receiver; MCU
题目：基于单片机的智能压力检 测系统的设计
基于单片机的智能压力检测系统的设计 摘要 压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。本设计主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理,使其完成智能化功能。介绍了智能压力传感器外围电路的硬件设计,并根据硬件进行了软件编程。 本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示。是通过压力传感器将压力转换成电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。而在显示的过程中通过键盘，向计算机系统输入各种数据和命令，让单片机系统处于预定的功能状态，显示需要的值。 本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。 关键词:压力；AT89C51单片机；压力传感器；A/D转换器；LED显示；
Design of pressure detecting system based on single-chip Abstract Pressure is one of the important parameters in the process of industrial production. Pressure detection or control is an essential condition to ensure production and the equipment to safely operating, which is of great significance. The single-chip is infiltrating into all fields of our lives, so it is very difficult to find the area in which there is no traces of single-chip microcomputer. In this graduation design, primarily through by using single-chip and dedicated chip, handling of analog signal measured by the sensor to complete intelligent function. This design illustrates external hardware circuit design of intelligent pressure sensor, and conduct software development to the hardware. The design is based on measurement and display of AT89C51 single-chip. This is the pressure sensors will convert the pressure into electrical signals. After using operational amplifier, the signal is amplified, and transferred to the 8-bit A/D converter. Then the analog signal is converted into digital signals which can be identified by single-chip and then converted by single-chip into the information which can be displayed on LED monitor, and finally display output. In the course of show, through the keyboard to input all kinds of data and commands into the computer, the single-chip will locate in a predetermined function step to display required values. The end result of this design is that by downloading software to the hardware, it will get the data which is required to display by debugging. When the input analog signals change, the LED monitor will display different values through the A/D converting. Key words:pressure; AT89C51 single-chip; pressure sensor; A/D converter; LED monitor;
燕山大学 课程设计说明书题目：直流电机转速电流测量与显示 学院（系）：里仁自动化系 年级专业：12级过控1班 学号： 121203021064 学生姓名：刘华 指导教师：梁振虎、王振臣、闫敬 教师职称：副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：里仁学院基层教学单位：自动化系 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 2015年6月12日
摘要 单片机又称单片微控制器（MCU），它把一个计算机系统集成到一个芯片上。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。随着电子技术的迅猛发展，单片机技术也有了长足的发展，目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹，导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。 各种电机在工业得到广泛应用，为了能方便的对电机进行控制、监视、调速，有必要机的转速进行测量，从而提高自动化程度。转速和电流是工程上常用参数。转速测量的方法很多，采用光电编码器测量转速是较为常用的测量方法，而电流则采用交流互感器。 通过光电传感器实时采集电机转速并进行处理与显示，设计出一个电动机转速测量系统,并研究其测量精度、测量范围及响应速度.程序设计部分分为初始化模块、脉冲计数模块、计时模块、参数调整模块和显示模块.最后通过试验测试,得到了相应的技术参数,并对转速和电流测量系统的误差进行了分析要求设计的系统稳定可靠、抗干扰能力强、成本低，使用方便。
单片机原理与接口技术课程设计 成绩评定表 设计课题基于89c51的自身断电保护系统设计 学院名称：电气工程学院 专业班级：自动1002 学生：秦凯新 学号： 7
指导教师：王黎臧海河周刚 设计地点：31-505 设计时间：2012-12-17～2012-12-28
单片机原理与接口技术课程设计 课程设计名称：基于89c52的压力监测系统设计 专业班级：自动1002 学生姓名：秦凯新 学号： 7 指导教师：王黎臧海河周刚 课程设计地点：31-505 课程设计时间：2012-12-17～2012-12-28
单片机原理与接口技术课程设计任务书
目录 1 引言 (6) 2 总体方案设计 (6) 2.1硬件组成 (6) 2.2 方案论证 (6) 2.3 总体方案 (7) 3 硬件电路设计 (9) 3.1 时钟电路 (9) 3.2复位电路 (10) 3.3 AD简介与原理分析 (10) 3.4 声光报警接口电路 (15) 3.5 显示及键盘接口电路 (15) 3.7 电源电路 (2) 4 系统软件设计 (3) 4.1 主程序设计 (3) 4.3 部分主要子程序的设计 (6) 5 系统调试与总结 (6) 5.1 系统功能测试 (6) 5.2 技术指标测试 (6) 6心得体会 (7) 6.1 为何不采用8255了？ (7) 6.2为何不采用A/D0809? (7) 6.3在帮助同学的过程中我学到了什么？ (7) 6.4在单片机领域我的规划? 7 参考文献 (8) 附录A 系统原理图 (9) 附录B 源程序 (10)
1 引言 压力监测普遍用于工业领域，并对国家的发展产生了深厚的影响，小到体重计，大到工业中反应炉的气压声电报警。甚至航空航天，智能仪表。以及机器人。本设计就是工业中最普遍的气压监测报警系统。所以，这个系统采用自动检测反应炉中的压力大小，通过传感器，并实时进行在液晶1602上进行显示，还有在液晶上进行参考上限电压值的设置和参考下限电压值的的设置。并通过在单片机部进行比较计算，来实现整个压力监测系统的声光电报警。 本系统的设计基于A/D0804芯片和AT89C52单片机，并采用液晶1602作为显示输出，系统虽小却包含了工业要求的各个方面，作为声电报警模块，主要用到蜂鸣器和发光二极管。当监测压力低于下限值和高于上限值就会进行声光报警。此次系统设计就是针对工业的反应炉的压力监测，甚至可做体重计到最小的方面。 本设计纯为个人设计。程序也在开发板验证成功，如有任何疑问，都可通过实验调试验证。 2 总体方案设计 2.1硬件组成 1.控制器。控制器是系统的核心部分，可以用工业计算机 PLC、或者单片机。 2. A /D转换器。A/D转换器可以把测得的模拟量转换成数 字量输出，可以直接读取。 3.继电器。继电器在电路中起到断电保护作用，是系统的 安全保障。其种类很多，有电流继电器、电压及电器、速度继电器 等等。 4.键盘。通过键盘可以设置限制电流大小。 5.液晶显显示。液晶可以显示设置电流以及实时电流值大 小。 2.2 方案论证
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 引言 (2) 1 论文综述 (2) 1.1 车速检测系统的背景和意义 (2) 1.2 车速检测系统的发展前景 (3) 2 车速检测系统的设计思路 (3) 3 系统单元模块选型 (3) 3.1传感器选择 (3) 3.2 单片机选型 (4) 3.3 显示模块的选型 (4) 3.4 报警电路选择 (5) 3.5 程序语言的选择 (5) 4 系统硬件设计 (6) 4.1 AT89C51主控电路 (6) 4.1.1 AT89C51的管脚说明 (6) 4.1.2 复位电路 (7) 4.1.3 晶振电路 (8) 4.1.4 存储器AT24CO2 (9) 4.2 传感器电路模块介绍 (9) 4.2.1 霍尔式车速传感器 (10) 4.2.2 霍尔传感器的特性 (11) 4.2.3 霍尔传感器引脚说明 (12) 4.2.4 霍尔传感器车速测量原理 (12) 4.2.5 霍尔传感器的转速测量方法 (12) 4.2.6 霍尔传感器设计电路 (12) 4.3 显示模块的介绍 (13) 4.3.1 LED数码管介绍 (13) 4.3.2 LED数码管特性 (13)
4.3.3 74HC573作用………………………………………………………………………… 13 4 4.3.4 显示电路 (13) 4.4 DM74LS14工作原理 (17) 4.4.1 信号处理电路设计 (17) 4.5 硬件总体设计 (17) 5 软件设计 (19) 6 总结 (19) 参考文献 (20) 附录A (21) 附录B (22) 致谢 (29)
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基于单片机的风扇转速测量系统设计报告 摘要： 在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测试发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电传感器为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能性价比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。 本文便是运用51单片机控制的转速测量仪。风扇在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的一个参数。本系统就是对风扇转速进行测量，显示风扇的转动的圈数，从而计算出转速。并介绍了光电传感器测速的原理，设计了基于51单片机的电扇测量系统。完成了风扇转速测量系统的硬件电路设计、光电传感器测量电路的设计、显示电路的设计。测量转速的光电传感器和风扇同轴连接，风扇每转动一周，产生一定量的脉冲个数，由光电传感器电路部分输出幅度为12v的脉冲。经光电隔离器后成为输出幅度为5v的转数计数器的计数脉冲。控制定时器计数时间，即可实现对电扇转速的测量。在显示电路设计中，通过1602实现在LCD上直观地显示电机的转速值。并对电机转速测量系统的硬件电路、显示电路进行调试。仿真实验表明所设计的硬件电路及软件程序是正确的，满足设计要求。 关键字：风扇转速测量；光电传感器；单片机；LCD
Abstract:In engineering practice, often meet various needs of occasions measuring the rotation speed, speed measurement method for analog and digital two. Analog tachometer generator for the detection element, the signal is analog quantity. Digital usually adopts the photoelectric encoder, photo electricity and other components for detecting element, the signal is a pulse signal. With the wide application of computer, especially the high performance price compared to the appearance of single chip microcomputer, measuring speed is generally used to MCU as the core of digital measuring method. This paper is to use AT89C51 SCM intelligent rotational speed measuring instrument. The motor in the operation process, needs to carry on the control, speed is an essential one parameter. This system is the simulation of motor for fan speed measurement, display fan speed. And introduced the photo electricity sensor measuring principle, design based on single chip computer AT89C51fan speed measurement system. Completion of the fan speed measurement system hardware circuit design, the photo electricity sensor measuring circuit design, circuit design. Measurement of rotational speed sensor and coaxingly connected photo electricity fan, fan one week per revolution, resulting in a certain amount of pulse number, by photo electricity device circuit portion of the output amplitude of 12V pulse. The photoelectric insulator after becoming an output amplitude of5V revolution counter for counting pulses. Control timer counting time, can realize the fan rotation speed measurement. In the design of display circuit, by1602the realization of the LCD to visually display the motor speed value. And the motor speed measurement system hardware circuit, the display circuit debugging. Simulation experiments show that the designed hardware circuit and software program are correct, and meet the design requirements. Key words: fan speed measurement; photo electricity sensor; SCM;LCD
一、概述 该课程设计是关于直流电动机转速的测量。转速是电动机极为重要的一个状态参数，一般是指电机转子的每分钟转数，通常用r/min 表示。本次课程设计选用光电测速法，测量电路由光电转换电路，整形电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路构成，电机转速的测量范围为600r/min~30000r/min ，测量的相对误差 1%，并用5位LED 数码管显示出相应的电机转速。 本次课设需满足以下设计要求： 1根据技术指标，设计各部分电路并确定元器件参数； 2.用5位LED 数码管显示出相应的电机转速； 3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图要规范化）。 二、方案论证 本课程设计是设计电机转速测量系统，采用光电测速方案，将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量，方案中包括光电转换电路，整形电路，闸门电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。原理方框图如图1所示： 在电动机转轴上安装一个圆盘，在圆盘上打6个均匀小孔。当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上，就产生了一序列的脉冲信号，光敏三极管产生的脉冲信号频率与电机转速成正比。脉冲信号经过整形电路转变成方波，再用二倍频电路使整形后的信号频率变为原来的二倍。再由晶体振荡电路输出的信号经过215分频电路， 光电转换电路 整 形 电 路 闸 门 电 路 计数、译码、驱动、显示 电路 输入 信号 晶体振荡器 电路 分 频 电 路 控 制 电 路 图1 电机转速测量系统原理框图
产生1Hz的基准信号，再经过10分频，便可产生一个0.1Hz的基准信号，该基准信号用来控制闸门电路，把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来 三、电路设计 1.光电转换电路 在该部分可以用发光元件作为光的发射部分，可以选择发光二极管作发光元件，接收部分则要选择光敏三级管作为接受部件。其原理是用光敏三极管接收发光二极管通过小孔发射过来的光信号。在电机的转轴上安装上已打好6个均匀小孔的圆盘，让发光二极管与光敏三极管通过小孔相对，这样电机每转动一周，光线就会相应通过小孔6次，因为光电转换器受光一次就会产生一个脉冲，所以说电机在每转一周后就会相应的产生了6个脉冲。光电转换电路原理如图2所示： 图2 光电转换电路原理图 图中R1和R2为两个为350Ω限流电阻，LED持续发出的光被带孔圆盘间歇性阻断，变成间断的光信号，而光敏三极管将接收到的光信号转化成电信号，作用于之后的系统。 2.整形电路 整形电路用555定时器构成施密特触发器，利用施密特触发器，将输入的信号进行整形，输出为方波。2和6管脚连在一起接输入信号，从3管脚输出，输入信号与 输出信号反相，在5管脚接入10nF的滤波电容，当输入电压v i ﹤1/3Vcc时，v o 输出 为高电平，当输入电压v i ﹥2/3Vcc时，v o 输出为低电平。整形电路接法及输出波形如 图3和图4所示：
基于MCS51单片机的压力测量 系统的设计与实现 班级； 学号： 姓名： 指导老师：
摘要 以STC-51单片机为核心，应用变阻式应变片测量压力并通过ADC0809的转换，经过单片机处理后在数码管模块显示的智能压力测量系统。是变阻式应变片和51单片机相结合的一个很典型的应用，本系统包括信号采集及转换电路、单片机最小系统、显示模块三个最基本的核心模块。外围扩展了键盘模块、蜂鸣器报警模块，用以调节系统的测量和显示范围。 经试验证明，系统能正常工作且误差在允许误差范围内，符合所有技术指标。 1.方案设计 通过应变片，将机械形变变为电压信号，再通过三级集成放大电路把信号放大，之后，ADC0809把模拟信号转化为数字信号，输入到单片机中，通过按键的控制，将电压的信号输出以数码管的形式显示出来，如果电压信号超出报警上线，蜂鸣
器就发出报警信号。 2.硬件系统设计与分析 （1）应变片与信号放大器的电路分析 应变片运用的是电阻式应变片，原理是吸附在基体材料上的应变电阻随机械性形变而产生电阻变化的现象，即它可以将被测件上的应变变化转化成一种电信号。桥式电路的输入信号是0~10v，经过电路后，输出的电压经过集成运放电路放大后，输入到A/D的In0口，完成信号的输入与传 (2)AD转换分析 A/D转换器是将模拟信号转化为数字信号，start与ale信号接到51到单片机的的p2.6接口，完成信号的输出，而clock接口接到74ls74d的2q接口, D0~D7接到单片机的p1.0~p1.7接口. （3）单片机最小系统分析
单片机的RST是复位接口，刚开始时是低电平，闭合s1开关，接通电源，获得高电平，完成复位。Xtal1与xtal2是晶振电路，为单片机提供工作频率，为12m。P0.0~p0.7接到74hc573的段锁存器，完成数码管的段选择，p2.4~p2,7接到位锁存器，完成数码管的位选择。 （4）按键分析 （5）数码管分析
专业技能实训报告 题目基于单片机的汽车速度测量系统设计 学院信息科学与工程学院 专业通信工程 班级通信0902 学生彭元 学号 20091221 指导教师 二〇一二年一月三日
目录 1前言 (2) 2 总体设计 (3) 2.1 设计方案 (3) 2.2 主要容 (3) 3 单片机速度测量系统 (4) 3.1 单片机速度测量原理 (4) 3.2 单片机速度测量系统结构框图 (4) 4 系统硬件设计 (5) 4.1 传感器的选用 (5) 4.1.1 霍尔传感器的基本工作原理 (5) 4.1.2 CS3020霍尔传感器 (6) 4.1.3 霍尔传感器的硬件连接 (7) 4.2 MCU 控制系统设计 (8) 4.2.1 CPU的选用 (8) 4.2.2 AT89S51 主要特性和引脚说明 (8) 4.2.3 MCU 最小系统设计 (10) 4.3 LED 数码管显示器 (11) 4.4 单片机测速系统总原理图 (11) 5 系统软件设计 (12) 5.1 程序流程图 (12) 5.2 程序功能 (14) 结语 (15) 参考文献 (16) 附录 (16)
1 前言 随着信息技术的不断发展，单片机在测量系统中得到了广泛的应用。速度是一个系统经常需要测量、控制和保持的量。速度的测量方法有许多种，但在不同的应用环境下，相应的测量方法有它自己的特点和误差。因此对单片机速度测量系统的研究有着重要的目的和意义。本设计采用 AT89S51 单片机作为主要控制核心，应用霍尔传感感器采集信号，经过单片机定时计数并运用一个算法测量出汽车行驶速度，最终用4位位的在以上建的系统的基础上LED数码管显示其测量结果,具有较高的实用价值。
目录 1、概述 1.1 相关背景和应用简介 1.2 总体设计方案........................................................................................... .. (2) 1、各模块的功能介绍 (2) 2、总体设计框图 (3) 2、硬件电路的设计 2.1 传感器的选型及电路接口设计 (4) 2.2 单片机最小系统设计 (6) 一、复位电路 (6) 二、晶振电路 (8) 2.3 显示电路设计 (9) 2.4 脉冲电路设计 (11) 3、软件部分的设计 3.1 总体流程图及子程序流程图 (12) 3.2 主要程序 (13) 4、仿真及结果 4.1 数据分析表 (16) 4.2 仿真界面图 (16) 5、小结 课程设计小结 (17) 6、参考文献
参考文献 (18) 1、概述 1.1相关背景和应用简介 目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。 1.2 总体设计方案 1、各模块的功能介绍 图1.1 系统原理图