接触式转速测量仪的设计
作者：李茂灵
摘要:在控制领域中,经常需要进行各种角度、位移量的测量。当前，世界上正面临着一场新的技术革命，这场革命的重要基础之一就是测量技术。测量技术的发展给人类社会和国民经济的各个部门及各个领域带来了巨大的、广泛的、深刻的变化，带动着传统工业和其他新兴产业的更新和变革，是当今人类社会发展的强大动力..
本设计为码盘转速测量系统，用来测量来自外部的不同的转速值。实现转速的实时测量，显示。具体应用AT80C51单片机为核心，旋转编码器实时轴转速测量，同时以八位串行段码式LCD显示模块显示。旋转编码器输出4.25V，8位二进制自然码送入单片机处理经过计算处理，再查表转换为10进制数，送LCD模块显示。
本文从转速测量原理入手，详细阐述了转速测量系统的工作过程，以及硬件电路的设计、显示效果。本文吸收了硬件软件化的思想，实现了题目要求的功能。
关键词：转速测量，旋转编码器，单片机，LCD显示模块
Abstract:In the control field, a variety of angles and displacement measurements often need to be carried out.
At present, the world is facing a new technological revolution; one of the most important bases of the revolution is measurement. The development of measurement technology brings extensive，tremendous and profound changes to human society and all sectors of the national economy, changes the traditional industries and other emerging industries, becomes today's strongest driving force for development of human society . The encoder speed measurement system is designed to measure a different speed from the outside values，to achieve real-time speed measurement and display. Specific application use AT80C51 microcontroller as its core, rotary encoder measures real-time shaft speed, in both 8 serial Segment type LCD display module display. Rotary encoder output a 4.25V, 8-bit binary natural code into the MCU processed and computed, and then look-up table converts to 10 decimal number, sent to LCD display module.
In this paper, detailed working process of speed measurement system is started with principle of speed measurement, and hardware circuit design and display. This paper has absorbed the idea of hardware and software to achieve with the subject required functionality.
Key words: rotational speed measurement, rotary encoder, microcontroller, LCD display module
目录
第一章绪论 ................................................. - 1 -
1.1国内外转速测量技术简介 (1)
第二章原理说明及方案选择................................... - 2 -
2.1转速测量理论的简要介绍 (2)
2.2方案选择 (3)
2.3方案原理 (3)
2.4转速测量参数及电路参数分析 (4)
2.4.1MCS-51的定时器/计数器简介 ............................. - 4 -
2.4.2定时器模式选择位 ...................................... - 5 - 第三章硬件电路的设计....................................... - 7 -
3.1单片机的选择 (7)
3.1.1 80C51的介绍 ......................................... - 10 - 3.2旋转编码器的选择.. (12)
3.2.1 PALD6615-256-C05E简介 ............................... - 13 -
3.2.2 PALD6615-256-C05E编码器的应用 ....................... - 14 - 第四章显示部分............................................ - 15 -
4.1LED显示器 (15)
4.2LCD显示器 (15)
4.2.1 LCD的分类及特点 ..................................... - 15 -
4.2.1笔段式LCD液晶显示器的驱动 ........................... - 15 -
4.2.2 LCD显示模块LCDM（Liquid Crystal Display Module）.... - 16 - 4.3LCD显示器的驱动接口 . (17)
结论 .......................................................... - 19 - 谢辞 .......................................................... - 20 - 参考文献 ...................................................... - 21 - 附录一系统电路图............................................ - 22 - 附录二程序清单 .............................................. - 23 -
第一章绪论
1.1国内外转速测量技术简介[1]
测量角位移的数字编码器，它具有分辨能力强、测量精度高和工作可靠等优点，是测量轴转角位置的一种最常用的位移传感器。
光电轴角编码器通常按照光栅码盘团的编码方式进行分类。目前常用的类型为增量式光电轴角编码器和绝对光电轴角编码器。
光栅式光电编码器正向着高分辨力的方向发展。如日本尼康公司生产的
2HR32400 轴角编码器, 每转可输出1296万个脉冲(0.1″),可谓日本的最高分辨力。我国在光电轴角编码器的开发方面上也已经取得了长足的进展,1985年航天部一院计量站研制的精密数显转台,分辨力0.01″;1995年中科院长春光机所和中国计量科学研究院联合研制出的角度基准,分辨力0.001″,精度P+V=0.05″(误差修正后);成都光电所研制的JC21精密测角仪的增量式光电轴角编码器分辨力达到了0.02″,测角精度R≤0.04″[2]。
随着科学技术的发展，形形色色的转速测量仪不断出现。它们的结构不同，性能各异。至今没有系统的分类方法，在这里只按测量原理和主要元件性质进行分类说明。按照测量原理主要分为测频法、测周法两种基本的方法，以此提高测量精度。由于电子计数器所特有的±1个数的误差的存在，应根据转速脉冲频率的大小恰当选择测量方法。所谓测频法就是测量转速脉冲频率的方法，它用基准时间信号发生电路的脉冲来控制计数门的开闭，在单位时间内对来自转速传感器的脉冲进行计数。所谓测周法就是测量转速脉冲周期的方法。它用传感器的脉冲来控制计数门的开闭，在转速脉冲周期内对基准时间信号发生电路的脉冲进行计数，然后按f=1/T公式换算成转速脉冲的频率。
目前按现有产品的主要构成元件分类，可分为晶体管式、集成电路式和单片机式。晶体管式所采用的元件主要是晶体管，有的晶体管式转速测量仪设有记忆电路，其数码管无闪烁现象，显示效果较好，而且测量速度较高。顾名思义集成电路式转速测量仪，所采用的元件是集成电路元件。由于集成电路具有重量轻、体积小、功耗小等优点，而且集成电路元件内设有显示电路，这使得转速测量仪实现小型化。单片机的出现使得这种仪表的设计变得更加灵活[3]。
第二章原理说明及方案选择
2.1 转速测量理论的简要介绍
转速测量的应用系统在工业生产、科技教育、民用电器等各领域的应用极为广泛，往往成为某一产品或控制系统的核心部分，其各种参数在不同的应用中有其侧重，但转速测量系统作为普遍的应用在国民经济发展中，有重要的意义。
转速测量的方法有很多，根据工作原理可分为计数式、模拟式、同步式。计数式方法是用某种方式读出一定时间内的总转数;模拟式方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量的变化;同步式是用利用已知的频率与旋转体的旋转同步来测量转速[4]。
一般的转速测试可用机械式转速表、发电机式转速表以及频闪式转速表，但在有些情况下，其测量精度，瞬时稳定度不能满足更高的要求，因此，在测量方法和传感器的选择上显得尤为重要。常用的传感器种类有光电传感器、电磁式传感器、电容式传感器等，而测量方法上有测量转速周期、转速频率等。
如表2-1所示
[5]
2.2 方案选择
就转速测量原理而言，大体可分为二大类，一是用单位时间内测得物体的旋转角度来计算速度，例如在单位时间内，累计转速传感器发出的N个脉冲，即为该单位时间的速度。这种以测量频率来实现测量转速的方法，称测频法。即“M”法;另一类是在给定的角位移距离内，通过测量这一角位移的时间来进行测速的方法，称测周法，即“T”法，如给定的角位移AO，传感器便发出一个电脉冲周期，以晶体震荡频率而产生的标准脉冲来度量这一周期时间，再经换算可得转速。
这两种测速方法各有优缺点，“M”法一般用于高速测量，在转速较低时，测量误差较大，而且，检测装置对转速分辨能力也变差;而“T”法一般用于低速侧量，速度越低测量精度越高，但在测量高转速时，误差较大。
从测速设备的工作性质考虑，本设计使用测频法，即“M”法。
2.3 方案原理
，来在一定测量时间T内，测量脉冲发生器(替代输入脉冲)产生的脉冲数m
1
测量转速。如图2-1所示
图2-1“M”法测量转速脉冲
设在时间T内，转轴转过的弧度数为X
τ，则的转速n可由下式表示：
n=60X
τ/2πT (2-1)
转轴转过的弧度数X
τ，可用下式所示
X
τ=2πm1/p (2-2) 将(2-1)式代入(2-2)式，得
转速n的表达式为:
n=60m
/Tp (2-3)
1
n——转速单位: (转/分)
T——定时时间单位:(秒)
在该方法中，测量精度是由于定时时间T和脉冲的不能保证严格同步，以及在T内能否正好测量外部脉冲的完整的周期，可能产生的1个脉冲的量化误差。因此，为了提高测量精度，T要有足够长的时间。定时时间可根据测量对象情况预先设置。设置的时间过长，可以提高精度，但在转速较快的情况下，所计的脉
冲数增大(码盘孔数已定情况下)，限制了转速测量的量程。而设置的时间过短，测量精度会受到一定的影响。
2.4 转速测量参数及电路参数分析
选定方案中m 1的值为旋转编码器前后两次读数之差，定时时间初步选定为100ms 。
2.4.1MCS-51的定时器/计数器简介
2个16位的定时/计数器，有多种工作方式。
定时/计数器工作在定时模式时，计数脉冲信号来自单片机的内部，计数速率是晶振频率的1/12，当计数器启动后，每个机器周期计数器自动加1。 定时/计数器工作在计数模式时，计数器对外部脉冲进行计数，计数器计P3.4(T0脚）P3.5(T1脚）负跳变次数。每产生一次负跳变，计数器自动加1。 如图2-2及表2-2
图2-2 TMOD 寄存器用于定时/计数的操作方式及工作模式指令格式
表2-2操作方式选择位
M0 M1
说 明
0 0 0 13位定时器/计数器，由TL0低五位和TH0高八位组成 工作方式
0 1 1 16位定时器/计数器，由TL0低八位和TH0高八位组成 1 0 2 8位定时器/计数器，由TL0低八位组成
1 1
3
TL0低八位和TH0高八位分别位8位定时器/计数器
2.4.2定时器模式选择位
C/T＝0，定时器模式，每一个机器周期计数器自动加1。
C/T＝1，计数器模式，在单片机T0引脚上每发生一次负跳变，计数器自动加1。GATE＝0，定时/计数器工作不受外部控制。
GATE＝1，定时/计数器T0的起停受INT0引脚的控制。
1.计算计数初始值
因为系统的晶振频率为fosc=12MHz，则机器周期Tm=12/fosc=1μs。
设计数初始值为X：
X=216-t
/Tm=216-13105/1=15535
d
则（TH0）=00111100B＝3CH，（TL0）=10101111B=AFH
2.设置工作方式
方式0：M1M0=01；定时器模式：C/T=1；
定时/计数器启动不受外部控制： GATE=0；
因此，（TMOD）=05H。
关于测速电路的参数，本次设计采用了如下方案：
AT80C51单片机属于CMOS型8位单片机，其在片内的振荡器电路由晶体控制的单极线性反相器组成，同HMOS型所用方法一样，要求用晶体控制的感性阻抗方波振荡器，但也存在一些差别，其一为80C51可在软件的控制下关闭振荡器，其二为80C51的内部时钟电路由XTAL2引脚上的信号来驱动。本次设计中的振荡器可用晶体作为感性电抗与外部电容组成并联共振槽路。晶体的特性与电容值的大小（C1、C2）并不严格，高质量的晶体对任何频率都可取用30pF的电容，对于廉价应用中，可采用陶瓷共振器，这时C1、C2一般取47pF；这里选取频率12MHZ 晶振，电容C1、C2为30pF。看门狗电路电路参见图2-3
图2-3 MAX813L看门狗电路
图中，电阻R1和R2分压产生1.25V电源门限值。当此脚的电压低于1.25V 时，即电源电压低于额定值时，PFO将产生一个脉冲信号，可以用于向CPU发出中断申请，使CPU完成应急处理。此功能可完成电源电压的监测。
P1.0喂狗信号，在软件的编制中通过对P1.0的位操作向MAX813L的看门狗输入端输入一个负脉冲。如果程序出现“跑飞”现象，程序将不能正常运行，这个定时发出的脉冲也得不到保障。当单片机超过1.6秒未向MAX813L的看门狗输入端发脉冲信号，MAX813L内部的定时器将会强制将WDO拉到低电平，这个低电平通过MR产生复位信号。单片机复位后从初始状态开始运行，从而保证系统的可靠性，起到了看门狗的作用。
此电路同时兼有上电复位和按键复位功能。
第三章硬件电路的设计
3.1 单片机的选择
随着大规模集成电路（LSI）制造技术的飞速发展，单片机也随之迅猛发展，其发展历史大致分为三个阶段：
第一阶段（1976年—1978年）：初级单片微处理器阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。此系列的单片机具有8位CPU，并行I/O端口，8位时序同步计数器，寻址范围不大于4KB，但是没有串行口。
第二阶段（1978年—现在）：高性能单片机微处理器阶段，如Intel公司MCS-5，Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等，该类型单片机具有串行I/O 端口，有多种中断处理系统，16位时序同步计数器，RAM，ROM容量加大，寻址范围可达64KB，有的芯片甚至还有A/D转换接口。由于该系列单片机应用领域极其广泛，各公司正大力改进其结构与性能。
第三阶段（1982年—现在）：8位单片机，经处理器改良型及16位单片机微处理器阶段。
在本次设计中，有多种型号的单片机可供选择，具体型号如89C2051，89C51，89C52，80C51，89S52单片机都可以较好地完成本次设计的要求，因此设计者选用了近来应用较为广泛的80C51型单片机。
一个单片机应用系统的硬件电路设计应包含有两个部分内容:
第一是系统扩展，即当单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O 口、定时/计数器、中断系统等容量不能满足应用系统要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。
第二是系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、D/A、A/D转换器等，并设计相应的接口电路。因此，系统的扩展和配置应遵循下列原则[6]:
1.尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规用法。
2.系统的扩展与外围设备配置应满足系统功能的要求，并留有适当的余量，
以便进行二次开发。
3.硬件结构应与应用软件方案统一考虑，软件能实现的硬件功能尽可能用
软件来实现，但需注意的是软件实现占用CPU的时间，而且，响应时间
比硬件长。
4.单片机外接电路较多时，应考虑其驱动能力，减少芯片功耗，降低总线负载。
根据上述原则，设计系统如图3-1所示:
图3-1 单片机系统测量转速原理框图
程序框图如图3-2所示：
图3-2程序框图
3.1.1 80C51的介绍[6]
80C51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT80C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT80C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I／O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时／计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT80C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
主要性能参数：
2与MCS-51产品指令系统完全兼容
24k字节在系统编程（ISP）Flash 闪速存储器
21000次擦写周期
24.0－5.5V的工作电压范围
2全静态工作模式：0Hz－33MHz
2三级程序加密锁
212838字节内部 RAM
232个可编程I／O口线
22个16位定时／计数器
26个中断源
2全双工串行UART通道
2低功耗空闲和掉电模式
2中断可从空闲模唤醒系统
2看门狗（WDT）及双数据指针
2掉电标识和快速编程特性
2灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）图3-3 80C51芯片引脚图2Vcc：电源电压
2GND：地
2P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I／0口，也即地址／数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻
抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
2P1口：Pl是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉
）。
电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I
IL
Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。
2P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I／O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上
）。
拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I
IL
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@Ri指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。
Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号[7]。
2P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I／0口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上
）。
拉电阻输出电流（I
IL
P3口除了作为一般的I／0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：
P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
表3-2 P3口引脚功能表
2RST：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置 SFR AUXR 的DISRT0位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。2ALE／PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1／6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时
目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对 F1ash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。[8]
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 M0VX 和 M0VC 指令 ALE 才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。
2PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN信号。
2EA／VPP：外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H －FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。
如 EA 端为高电平（接 Vcc 端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。
F1ash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程电压 Vpp。
2XTA Ll：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
2XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。
3.2 旋转编码器的选择
码盘分为绝对式编码器和增量编码器两种，前者能直接给出与角位置相对应
的数字码；后者利用计算系统将旋转码盘产生的脉冲增量针对某个基准数进行加减以求得角位移[9]。
本次设计采用实验室提供的长春三峰PALD6615-256-C05E光电轴角编码器。
3.2.1 PALD6615-256-C05E简介
该旋转编码器主要由光栅、光源、检读器、信号转换电路、机械传动等部分组成。光栅面上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；分别用两个光栅面感光。由于两个光栅面具有90°的相位差，因此将该输出输入数字加减计算器，就能以分度值来表示角度[10]。
如图3-3所示
图3-3 PALD6615-256-C05E旋转编码器外观
表3-5 环境参数
3.2.2 PALD6615-256-C05E编码器的应用
近十几年来，光电编码器发展为一种成熟的多规格、高性能的系列工业化产品，在数控机床、机器人、雷达、光电经纬仪、地面指挥仪、高精度闭环调速系统、伺服系统等诸多领域中得到了广泛的应用
下表为PALD6615-256-C05E编码器的接线表
第四章显示部分
在单片机系统中，常用的显示器有：发光二极管显示器，简称LED；液晶显示器，简称LCD；荧光管显示器。
4.1 LED显示器
LED电子显示屏是由几万--几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。
LED显示屏（LED panel）：LED就是light emitting diode，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕［11］。
LED显示块是由发光二极管显示字段组成的显示器，有7段和“米”字段之分，这种显示块有共阳极和共阴极两种。 LED显示器有静态显示和动态显示。但是，LED显示位数增多时，静态显示就无法适应。动态显示时，LED的二极管从导通到发光要有一定的延时，导通时间太小，发光太弱人眼无法看清，但也不能太大，因为毕竟要受限于临界闪烁频率，而且此时间越长，占用CPU时间也越多，另外，显示位增多，也将占用大量的CPU时间，因此动态实质是以牺牲CPU 空间换取时间和能耗减少。
LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形和图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。
LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。
4.2 LCD显示器
液晶显示器简称LCD（Liquid Crystal Diodes）是利用液晶经过处理后能够改变光线传输方向的特性，达到显示字符或者图形的目的。其特点是体积小、重量轻、功耗极低、显示内容丰富等特点，在单片机应用系统中有着日益广泛的应用。
4.2.1 LCD的分类及特点
分类：笔段式和点阵式（可分为字符型和图像型）。
4.2.1笔段式LCD液晶显示器的驱动
在LCD的公共极（一路为背电极）加上恒定的交变方波信号，通过控制段极的电压变化，在LCD两极间产生所需的零电压或二倍幅值的交变电压，以达到
LCD亮、灭的控制。在笔段式LCD的段电极与背电极间施加周期地改变极性的电压（通常为4V或5V），可使该段呈黑色。
4.2.2 LCD显示模块LCDM（Liquid Crystal Display Module）
在实际应用中，用户很少直接设计LCD显示器驱动接口，一般是直接使用专用的LCD显示驱动器和LCD显示模块LCDM 。
LCDM是把LCD显示屏、背景光源、线路板和驱动集成电路等部件构造成一个整体，作为一个独立部件使用。其特点是功能较强、易于控制、接口简单，在单片机系统中应用较多。其内部结构如下页图所示。LCDM一般带有内部显示RAM 和字符发生器，只要输入ASCII码就可以进行显示。如图4-1
图4-1 LCD模块外观
图4-2 液晶显示器基本结构
液晶显示器LCD是一种极低功耗显示器，其应用特别广泛。目前常用的LCD 是根据液晶的扭曲-向列效应原理制成的。这是一种电场效应，夹在两块导电玻璃电极之间的液晶经过一定处理后，其内部的分子呈90°的扭曲，这种液晶具有旋光特性。当线形偏振光通过液晶层时，偏振面回旋转90°。当给玻璃电极加上电压后，在电场的作用下液晶的扭曲结构消失，其旋光作用也随之消失，偏振光便可以直接通过。当去掉电场后液晶分子又恢复其扭曲结构。把这样的液晶放在两个偏振之间，改变偏振片的相对位置就可得到黑底白字或白底黑字的显示形式。LCD的响应时间为毫秒级，域值电压为3～20V，功耗为5～100mW/cm2.
LCD常采用交流驱动，通常采用异或门把显示控制信号和显示频率信号合并为交变的驱动信号。当显示控制电极山上波形与公共电极上的方波相位相反时，则为显示状态。显示控制信号由C端输入，高电平为显示状态。显示频率信号是一个方波。当异或门的C端为低电平时，输出端B的电位与A端相反，LCD两端呈现交替变化的电压，LCD显示。常用的扭曲-向列型LCD，其驱动电压范围是3～6V。由于LCD是容性负载，工作频率越高消耗的功率越大。而且显示频率升高，
对比度会变差，当频率升高到临界高频以上时，LCD就不能显示了，所以LCD宜采用低频工作。
LCD的驱动方式分为静态和时分割驱动两种。不同的LCD显示器要采用不同的驱动方式。静态驱动方式的LCD每个显示器的每个字段都要引出电极，所有显示器的公共电极连在一起后引出。显然显示位数越多，引出线也越多，相应的驱动电路也越多，故适用于显示位数较少的场合。时分割驱动方式实际上是用矩阵驱动法来驱动字符显示。字段引线相当于行引线，公共电极相当于列引线，字符的每一个字段相当于矩阵的一个点。
分时驱动是常用的时分割驱动方法。分时驱动常采用偏压法。
4.3 LCD显示器的驱动接口
驱动接口分为静态驱动和时分割驱动两种接口形式。
静态LCD驱动接口的功能是将要显示的数据通过译码器译为显示码，再变为低频的交变信号，送到LCD显示器。译码方式有硬件译码和软件译码两种，硬件译码采用译码器，软件译码由单片机查表的方法完成。
LCD显示器采用4N07。4N07的工作电压为3～6V，阈值电压为1.5V，工作频率为50～200Hz，采用静态工作方式，译码驱动器采用MC14543。MC14543是带锁存器的CMOS型译码驱动器，可以将输入的BCD码数据转换为7段显示码输出。驱动方式由PH端控制，在驱动LCD时，PH端输入显示方波信号。LD是内部锁存器选通端，LD为高电平时，允许A～D端输入BCD码数据，LD为低电平时，锁存输入数据。BI端是消隐控制，BI为高电平时消隐，即输出端a～g输出信号的相位与PH端相同。
LCD的时分割驱动接口通常采用专门的集成电路芯片来实现。MC145000和MC145001是较为常用的一种LCD专用驱动芯片。MC145000是主驱动器，MC145001是从驱动器。主、从驱动器都采用串行数据输入，一片主驱动器可带多片从驱动器。主驱动器可以驱动48个显示字段或点阵，每增加一片从驱动器可以增加驱动44个显示字段或点阵。驱动方式采用1/4占空系数的1/3偏压法。
MC145000的B
1～B
4
端是LCD背电极驱动端，接LCD的背电极，即公共电极
COM1～COM4。MC145000的F
1～F
12
和MC145001的F
1
～F
11
端是正面电极驱动器，接
LCD的字段控制端。对于7段字符LCD，B
1接a和f字段的背电极，B
2
接b和g
的背电极，B
3接e和c的背电极，B
4
接d和D
p
的背电极。F
1
接d、e、c、f和g
的正面电极，F
2接a、b、c和D
P
的正面电极。DIN端是串行数据输入端。DCLK
是移位时钟输入端。在DIN端数据有效期间，DCLK端的一个负跳变，可以把数据移入移位寄存器的最高序号位，即MC145000的第48位或MC145001的第44位，并且使移位寄存器原来的数据向低序号移动一位。MC145000的最低位移入
MC145001的最高位。串行数据由单片机80C31的P3.0端送出。首先送出MC145001的第一位数据，最后送出MC145000的第48位数据。数据“1”使对应的字段显示，“0”为不显示。MC145000内部显示寄存器各位与显示矩阵的对应关系如表
端对应的一列，其它对应4-10所示。MC145001与MC145000的区别只是少了F
12
关系都一样。
MC145000带有系统时钟电路，在OSC IN和OSC OUT之间接一个电阻即可产生LCD显示所需要的时钟信号。这个时钟信号由OSC OUT端输出，接到个片MC145001的OSC IN端。时钟频率由谐振电路的电阻大小决定，电阻越大频率越低。使用470KΩ的电阻时，时钟频率为50Hz。时钟信号经256分频后用作显示时钟，其作用与静态时的方波信号一样，用于控制驱动器输出电平的等级和极性。另外这个时钟还是动态扫描的定时信号每一周期扫描4个背电极中的一个。由于背电极的驱动信号只在主驱动器MC145000发生，所以主从驱动器必须同步工作。同步信号由主驱动器的贞同步输出端FS OUT 输出，接到所有从驱动器的贞同步输入端FS IN。每扫描完一个周期，主驱动器即发一次帧同步信号，并且在这时更新显示寄存器的内容。
基于LCD显示块低功耗、短响应时间以及适应低频工作的特点，设计者选用LCD显示器完成显示部分的功能。
一种新型多点测温系统的设计 一种新型多点测温系统的设计 1温度传感器DS18B20介绍 DALLAS公司单线数字温度传感器DS18B20是一种新的“一线器件”，它具有体积小、适用电压宽等特点。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃；通过编程可实现9～12位的数字值读数方式；可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化为9位和12位的数字量。每个DS18B20具有唯一的64位长序列号，存放于DS18B20内部ROM只读存储器中。 DS18B20温度传感器的内部存储器包括1个高速暂存RAM和1个非易失性的电可擦除E2RAM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。暂存存储器包含了8个连续字节，前2字节为测得的温度信息，第1个字节为温度的低8位，第2个字节为温度的高8位。高8位中，前4位表示温度的正(全“0”)与负(全“1”)；第3个字节和第4个字节为TH、TL的易失性拷贝；第5个字节是结构寄存器的易失性拷贝，此三个字节内容在每次上电复位时被刷新；第6、7、8个字节用于内部计算；第9个字节为冗余检验字节。所以，读取温度信息字节中的内容，可以相应地转化为对应的温度值。表1列出了温度与温度字节间的对应关系。 2系统硬件结构 系统分为现场温度数据采集和上位监控PC两部分。图1为系统的结构图。需要指出的是，下位机可以脱离上位PC机而独立工作。增加上位机上位机的目的在于能够更方便地远离现场实现监控、管理。现场温度采集温度采集部分采用8051单片机作为中
《传感器技术》课程设计 课题：光电式转速测量仪 班级 学生姓名学号 指导教师 电子与电气工程学院 2010年12月21日
光电式转速测量仪 一、系统方案设计 1.1概述 在工业生产和科学实验中，转速的测量是一个很重要的问题。有关测量转子速度的方法有很多，但大部分比较复杂。物体运动的速度可分为线速度和加速度。随着生产过程自动化程度的提高，开发出了各种各样的检测线速度和角速度的方法，如磁电式速度计、光电速度计、测速发动机等。 由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，一般情况下又具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和相应快等优点，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。 二、工作原理
2.1检测原理 1）直射型光电转速传感器的检测原理。 直射式光电转速传感器的结构见图1。它由开孔圆盘、光源、光敏元件及缝隙板等组成。开孔圆盘的输入轴与被测轴相连接，光源发出的光，通过开孔圆盘和缝隙板照射到光敏元件上被光敏元件所接收，将光信号转为电信号输出。开孔圆盘上有许多小孔，开孔圆盘旋转一周，光敏元件输出的电脉冲个数等于圆盘的开孔数，因此，可通过测量光敏元件输出的脉冲频率，得知被测转速，即n=f/N式中：n - 转速f - 脉冲频率N - 圆盘开孔数。 2）反射型光电传感器的检测原理。
反射式光电传感器的工作原理见图2，主要由被测旋转部件、反光片（或反光贴纸）、反射式光电传感器组成，在可以进行精确定位的情况下，在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸会取得较好的测量效果。在本实验中，由于测试距离近且测试要求不高，仅在被测部件上只安装了一片反光贴纸，因此，当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过测出这个跳变频率f，就可知道转速n。n=f如果在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸，那么，n=f/N。N-反光片或反光贴纸的数量。 2.2传感器选择 光电转速传感器LHYF-12-A 检测距离：0～10mm 工作温度(℃)：-20～+50 工作电压/电流：DC12V 响应频率：500Hz 方法：在轴上贴上一小块1平方厘米的反光纸，通过调节传感器与轴的距离和拧传感器上的调节钮使传感器对轴不动作，对反光纸动作。 2.3测量电路介绍 光电传感器转速测量实验结构示意图如图3所示，按图示结构连接实验设备，其中光电转速传感器接入数据采集仪5通道。 三、系统软件设计 3.1系统软件 1）启动服务器，运行DRVI主程序，开启DRVI数据采集仪电源，然后点击DRVI快捷工具条上的"联机注册"图标，选择其中的"DRVI
单片机课程设计报告 题目：基于单片机的温湿度仪表设计 班级：智能科学与技术1201班
学生姓名：文波 学号：120407130 指导教师：朱建光 成绩： 工业大学 摘要 温度和湿度是两个最基本的环境参数，人们生活与温湿度息息相关。在日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域，经常需要对环境温度和湿度进行测量和控制。准确测量温湿度在生物制药食品加工、造纸等行业更是至关重要。因此，研究温湿度的测量方法和装置具有重要的意义。 随着科技的不断发展，单片机技术已经普及到我们的工作、生活、科研等各个领域。已经成为一种比较成熟的技术。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便等优点，目前已经渗透到我们工作和生活的方方面面。 本设计STC89C52为主要控制器件，以DHT11为数字温度传感器的新型数字温湿度计。本设计主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。
目录 第一章目标及主要任务 (3) 第二章硬件设计 (3) 2.1系统设计方案 (3) 2.2 STC89C52介绍 (4) 2.3 DHT11数字传感器介绍 (5) 2.4电路设计 (7) 第三章软件设计 (11) 3.1 系统软件主程序流程 (11) 3.2 DHT11数据采集流程 (13) 第四章结论与调试 (13)
附录（程序清单） (14) 参考文献 (22) 第一章目标及主要任务 在本次课程设计中，为实现对温湿度的检测与显示，主要利用以STC89C52为核心构架硬件电路，DHT11温湿度传感器采集环境温度及湿度信息(温度检测围：0℃至+50℃。测量精度：2℃.；湿度检测围：20%-90%RH检测精度：5%RH)，数码管直接显示温度和湿度(显示方式：温度：两位显示；湿度：两位显示)；同时利用C语言编程实现温湿度信息的显示功能。 扩展功能：可设置温湿度报警值，温湿度超过设置的响应报警值，会发出报警信号。 第二章硬件设计 2.1 系统设计方案
转速是用单位时间内的转数表示的，通常采用１ｍｉｎ内的转数作为单位，符号为ｒ／ｍｉｎ；角速度用１ｓ内转过的弧度作单位，符号为ｒａｄ／ｓ。 测试转速的方法很多，根据其工作原理，可分为计数式、模拟式和同步式三大类。计数式方法是用某种方法读出一定时间内的总转数；模拟式方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量（如离心力、电机的输出电压）的变化；同步式方法是利用已知频率的闪光与旋转体的旋转同步来测试转速。根据转速转换方式的不同，测试方法如表７．１所示。 一般转速的测试可用机械式转速表、发电机式转速表以及用日光灯频闪法测速，但这些方法不能满足进一步的要求。例如，对电机过渡过程的研究，需要测试瞬时转速；在微特电机的研究中还要研究转速的稳定度等。这就要求通过各种传感器将转速变换为电量，然后再用模拟或数字方式显示，有的还要用微型计算机进行控制、检测及运算。 表７．１转速测试方法分类 一、电子计数式测速https://www.doczj.com/doc/c86938453.html,/article/show-2354.htm 数字式测速是发展十分迅速的一种测速方法，测试结果直接以数字显示，它有如下特点： （１）读数准确，消除了一般指针式仪表的刻度误差和视觉差。 （２）测试范围宽、精度高、速度快、显示字迹清晰。 （３）可进行瞬时转速的测试。一般瞬时角速度，当Δθ（或Δｔ）取得极小时，常称Δθ Δｔ为瞬时角速度。 由于转速与频率具有共同的量纲［Ｔ－１］，因此可以利用测频率或测周期的方法得到转速。采用电子计数式频率计，配以转速传感器即可构成电子计数式转速表。为提高测试的准确度，一般对高、中转速采用测频法，对于低转速采用测周法。 测频法是测量转速传感器所发出电信号频率的方法，即测量标准单位时间内电脉冲数。测周法是定角测时，即用时标填充的方法测相当于某一旋转角度的时间间隔，测周法可以在较短时间内获得较高的准确度和分辨率。这两类方法交替使用，相互补充，可以展宽测试范围，提高测试准确度。其原理及测试误差分析已在第六章讨论过，不再赘述。 １．测频法（或称Ｍ法）测速 （１）数字式电子转速表。数字式频率计的数字显示值与转速间的关系为
压 电 式 加 速 度 测 试 系 统 姓名：张书峰 学号：201003140125 学院：机电学院 班级：机自101 指导教师：王玮
一设计概论 压电传感器是一种可逆性传感器，既可以将机械能转换为电能，又可以将机械能转换为电能。它是利用某些物质（如石英、钛酸钡或压电陶瓷、高分子材料等）的压电效应来工作的。在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量的目的。因此是一种典型的自发电式传感器。压电传感器是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，例如，动态力、动态压力、振动加速度等 现有测试系统的各个组成部分常常以信息流的过程来划分。一般可以分为：信息的获得，信息的转换，信息的显示、信息的处理。作为一个完整的非电量电测系统，也包括了信息的获得、转换、显示和处理等几个部分。因为它首先要获得被测量的信息，把它变换成电量，然后通过信息的转换，把获得的信息变换、放大，再用指示仪或记录仪将信息显示出来，有的还需要把信息加以处理。因此非电量电测系统，具体来说，一般包括传感器(信息的获得)、测量电路(信息的转换)、放大器、指示器、记录仪(信息的显示)等几部分有时还有数据处理仪器(信息的处理)。它们间的 关系可 用右框 图来表 示。 其中传感器是一个把被测的非电物理变换成电量的装置，因此是一种获得信息的手段，它在非电量电测系统中占有重要的位 置。它获得信息 的正确与否，直 接影响到整个 测量系统的测 量效果。测量电 路的作用是把 传感器的输出
变量变成易于处理的电压或电流信号，使信号能在指示仪上显示或在记录仪中记录。测量电路的种类由传感器的类型而定。压电加速度传感器常用的测量电路是电荷放大器。常用的压电加速度传感器的动态测量系统如图1.2 二整体设计方案 1、测量的示意图 2、设计的原理 压电式加速度传感器属于惯性式传感器，工作原理是以某些物质的压电效应为基础，在加速度计受振时，加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比，可以把被测的非电物理量加速度转化为电量。由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。为此，通常器信号选用电荷放大器作为电信号的测量电路。 3、方框图
机电专业课程设计温度检测系统 学生姓名李晓晓 学院中国矿业大学年级专业2011机电专本指导教师孙长青完成日期2012年6月 前言
温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一，生产过程中常常需要对温度进行检测和监控。在传统的温度测控系统设计中，往往采用模拟技术进行设计，这样就不可避免地遇到诸如传感器外围电路复杂及抗干扰能力差等问题;而其中任何一环节处理不当，就会造成整个系统性能的下降。采用数字温度传感器与单片机组成的温度检测系统进行温度检测、数值显示和数据存储，体积减小，精度提高，抗干扰能力强，并可组网进行多点协测，还可以实现实时控制等技术，在现代工业生产中应用越来越广泛。 本设计就采用以51单片机为核心，和单总线数字式温度传感器DS18B20 模拟出一温度控制系统，当温度没有超过预设温度时数码管显示当前温度，此本系统就是一个温度计。当温度超过预设温度时电路中的发光二极管就会闪烁报警，当温度降下时就停止闪烁，此时本系统就是一个温度监控器。以DS18B20 为代表的新型单总线数字式温度传感器集温度测量和A/D转换于一体,直接输出数字量，与单片机接口电路结构简单，广泛使用于距离远、节点分布多的场合，具有较强的推广应用价值。 目录
前言 (1) 1 总体设计方案 (3) 1.1设计的目的及意义 (3) 1.2总体设计思路 (3) 1.3总体设计方案设计 (3) 2 系统的硬件结构设计 (4) 2.1器件的选择 (4) 2.2电路设计及功能 (8) 2.3单片机的内部资源 (9) 2.4芯片DS18B20器件介绍 (10) 3 系统的软件设计 (13) 3.1设计的流程图 (13) 3.2系统部分程序的设计和分析 (14) 结论 (16) 附录Ⅰ程序设计 (17) 附录Ⅱ参考文献 (21) 附录Ⅲ结束语 (22) 附录Ⅳ实物照片 (23) 1 总体方案设计
课程设计报告 题目基于单片机的压电加速度传感器 低频信号采集系统的设计 2014-2015 第二学期 专业班级2012级电气5班 姓名赵倩 学号201295014196 指导教师马鸣 教学单位电子电气工程学院 2015年7月6日
课程设计任务书 1．设计目的： ①掌握电子系统的一般设计方法和设计流程；并完成加速器低频信号的理论设计。 ②掌握应用电路的multisim等软件对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验 证设计的正确性，完成电路设计。 2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：压电式加速度传感器作为一种微型传感器，其输出信号比较微弱，通常为几十个毫伏或几百个微伏。所以有必要对其输出电压进行信号调理。主要包括电源模块、放大模块、滤波模块等组成。 3．设计工作任务及工作量的要求： （1）查阅相关资料，完成系统总体方案设计； （2）完成系统硬件设计； （3）对所设计的电路进行仿真； （4）按照要求撰写设计说明书；
一、压电式加速度传感器的概要 (4) 二、信号采集系统的总设计方案 (5) 三、信号采集系统分析 (6) 1、电荷转换部分: (6) 2、适调放大部分 (6) 3、低通滤波部分: (7) 4、输出放大部分 (7) 5、积分器部分： (8) 四、单片机软件设计 (8) 五、Multisim仿真分析 (10) 1．仿真电路图 (10) 2.仿真波形及分析 (11) 六、误差分析 (11) 1、连接电缆的固定 (11) 2、接地点选择 (12) 3、湿度的影响 (12) 4、环境温度的影响 (12) 七、改进措施 (12) 六、心得体会 (12) 七、参考文献 (13)
课程设计报告 题目：光电传感器的转速测量系统设计姓名： 学号： 专业班级： 指导老师：
目录 1引言 (1) 2系统组成及工作原理 (1) 2.1转速测量原理 (1) 2.2转速测量的一般方法 (3) 2.3转速测量系统组成框图 (3) 3系统硬件电路的设计 (3) 3.1脉冲产生电路设计 (3) 3.2光电转换及信号调理电路设计 (4) 3.2.1光电传感器简介 (4) 3.2.2光电转换及信号调理电路设计 (5) 3.3测量系统主机部分设计 (7) 3.3.1单片机 (7) 3.3.2键盘显示模块设计 (9) 3.3.3串行通信模块设计 (11) 3.3.4电源模块设计 (12) 4系统软件设计 (13) 4.1程序模块设计 (13) 4.2数据处理过程 (15) 4.3浮点数学运算程序 (16) 5制作调试 (16) 6结果分析 (18) 7参考文献 (18)
1、引言 随着社会经济的快速发展，转速测量成为了社会生产和日常生活中重要的测量和控制对象。测速是工农业生产中经常遇到的问题，人们经常需要精确测量每秒钟转轴的转速，学会对电机转速的测量和显示具有重要的意义。近年来，由于世界范围内对转速测量合理利用的日益重视，促使转速测量技术的迅速发展，各种新型的测量仪表相继问世并越来越多地得到应用。由于技术保密，厂家不会提供详细电路图和源代码，用户很难自行进行二次开发和改进。针对这种现状，使用光电传感器结合STC公司的STC 89C51型单片机设计的一种转速测量与控制系统。STC 89C51单片机采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，而且其输入/输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，是开发该系统的适合芯片。 2 、系统组成及工作原理 2.1 转速测量原理 在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N（r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 2.2 转速测量的一般方法 一般转速测量系统有以下几个部分构成，转速测量框图如图2-1所示。 图2-1 转速测量框图 1．转速信号拾取 转速信号拾取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换
手持温度测量仪设计方案 第1章绪论 1.1 温度测量的背景和现代技术 温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学实验(如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验)中，有特别重要的意义。现在所使用的温度计通常都是精度为1℃和0.1℃的水银、煤油或酒精温度计。这些温度计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且它们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。DS18B20与传统的温度传感器相比，能够直接读出被测温度。而在传统的远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，数字温度传感器DS18B20是一款性能优异的数字式传感器，具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网、能较好地解决传统测温装置普遍存在的携带不便、易损坏、易受干扰等不足，可广泛的应用于工业控制中的各种温度监控。 1.2 研究方法 本论文是用单片机的相关知识设计一个实用的手持式温度控制系统。首先，我们查阅了大量的关于温度测量的资料，从而确定了用哪个单片机芯片和用哪类温度传感器，以及用何种液晶显示器。通过研究比较，我们选择89C51芯片，DS18B20温度传感器，以及1602液晶显示器和PQ05RF11的+5V稳压集成电路。为了达到预期的成果，我们首先熟悉和了解了DS18B20的工作原理和于单片机的接口编程，其次我们也熟悉和了解了89C51单片机和1602液晶显示器的工作原理和它的显示编程，并进行硬件连线，并进行调试。
目录 1．设计任务和要求 (1) 2．设计应用背景 (1) 3．难点分析 (2) 4．实施方案 (2) 4.1三套方案的详细原理分析与实施方法 (2) 4.1.1方案一：霍尔传感器测转速 (2) 4.1.2方案二：光电传感器测转速 (3) 4.1.3方案三：电容式传感器测转速 (4) 4.2三套方案的选择与比较 (5) 4.3设计最终拟采用的方案 (5) 4.3.1传感器选择 (5) 4.3.2优缺点分析以及成本 (6) 5．收获与体会 (6) 参考文献 (7) 附： (8)
电机转速自动检测 1．设计任务和要求 电机转速控制在电机控制中非常重要，适当合理地控制电机转速，可以达到节约能源，减少损失的目的。 请设计一种电机转速监控装置，能够提供电机转速的电量信息。 2．设计应用背景 电动机作为风机、水泵、机床等设备的动力，广泛应用于工业、农业、商业、公用设施、制造业等各个领域，在我国，电动机的用电量已经占到社会总用电量的60％以上。我国能源相对缺乏，优质能源严重短缺，同时巨大的能源消耗引起的环境污染已在某种程度上制约了经济的发展，从节约能源，保护环境出发，我国开展了很多节能研究工作电动机作为量大面广的机电产品，降低电动机的损耗、提高电动机的效率已成为节能降耗、降低生产成本、追求经济效益最大化的重要手段，是利国利民的大事。对老式耗能大的电动机必须进行节能改造，因此研究其节能问题具有非常重要的意义。 电动机在将电能转换为机械能的同时，本身也损耗一部分能量，这些损耗一般可分为以下五个方面： (1)基本铁耗：基本铁耗是主磁场在铁心内发生变化时产生的，当频率为一定时，主要与铁心中的磁通密度、材料的厚度及性能有关。 (2)空载时铁心中的附加损耗：它是由气隙中的谐波磁场引起的，主要是指定子、转子开槽而引起的气隙磁导谐波磁场在对方铁心表面产生的表面损耗和因开槽而使对方齿中磁通因电机旋转而变化所产生的脉振损耗。 (3)电气损耗：指由工作电流在绕组铜(或铝)中产生的损耗，也包括电刷在换向器或集电环上的接触损耗 (4)负载时的附加(或杂散)损耗：这是由于定子或转子的工作电流所产生的漏磁场(包括谐波磁场)在定、转子绕组里和铁心及结构件里引起的各种损耗。 (5)机械损耗：包括通风损耗、轴承磨擦损耗和电刷磨擦损耗。 图1.1 商用电源驱动时电机损耗的比例 目前降低损耗的一些措施有以下几种方法： (1)采用高效率绕组技术 (2)△→Y变换运行：当实际负载率低于40％时，若采用△→Y变换运行，电动机的空载电流降低，功率因数提高，因而线路损耗降低，一般节能可达25％左右。 (3)减少线圈端部长度 (4)增大导线截面，提高槽满率
课程设计报告（2010 —2011 年度第2学期） 题目：基于DS18B20的多点温度测量系统 院系： 姓名： 学号： 专业： 指导老师： 2011年5 月22 日
目录 1设计要求…………………………………………………………………………2设计的作用、目的………………………………………………………………3设计的具体实现…………………………………………………………………. 3.1系统概述……………………………………………………………………. 3.2单元电路设计与分析……………………………………………………… 3.3电路的安装与调试…………………………………………………………4心得体会及建议………………………………………………………………… 4.1心得体会…………………………………………………………………… 4.2建议…………………………………………………………………………5附录………………………………………………………………………………6参考文献…………………………………………………………………………
基于DS12B20的多点温度测量系统设计报告 1设计要求 运用DS12B20温度测量芯片实现一个多点温度测量系统，要求如下： （1）．测量点为两点。 （2）．测量的温度为-40~+40°C （3）．温度测量的精度为±0.5°C （4）．测量系统的响应时间要小于1S。 （5）．温度数据的传输方式采用串行数据传送的方式。 2 设计的作用、目的 通过本设计可以进一步了解熟悉单片机的控制原理以及外设与单片机的数据通信方法，尤其是串行通信方法以及单片机与外设间的接口问题。 本设计旨在提高学生的实际应用系统开发能力，增长学生动手实践经验，激起学生学以致用的兴趣。 3设计的具体实现 3.1系统概述 本系统分为温度采集模块、核心处理模块、控制模块和显示模块。温度采集模块由DS18B20温度测量芯片构成，它负责测量温度后将温度量转化为数字信号，传输到数据处理模块；核心处理模块由AT89S52单片机组成，它负责与温度采集模块进行数据通信、对数据进行操作处理已经对各种外设的响应与控制；控制模块由几个按键组成，实现对测量点的选择以及电路复位的操作；显示模块由一块四位的八段译码显示管和驱动芯片组成，它的作用是显示测量的温度值。 系统模块组成图：
基于AT89C52单片机的转速测量仪设计 1 引言 测量转子速度的方法很多，但多数比较复杂[1]。目前，测量转速的方法主要有四种[2]：机械式、电磁式、光电式和激光式。机械式主要利用离心力原理，通过一个随轴转动的固定质量重锤带动自由轴套上下运动，根据不同转速对应不同轴套位置获得测量结果原理简单直接，不需额外电器设备，适用 于 要求不高、接触式的转速测量场合。电磁式系统由电磁传感器和安装在轴上的齿盘组成，主轴转动带动齿盘旋转，齿牙通过传感器时引起电路磁阻变化，经过放大整形后形成脉冲，通过脉冲得到转速值。由于受齿盘加工 、齿牙 分辨间隔、电路 计数频率等限制，测量 不能保证。光电式结构类似于电磁式结构，把旋转齿盘换作光电编码盘或黑白相间的反射条纹，把电磁传感器换作光电接收器，通过对反射回来的光脉冲信号计数得到测量结果。由于受条纹 分辨间隔、电路 计数频率等限制，测量 不能保证，所测转速值和电磁式一样为两个计数脉冲间距的平均值。激光测速技术(LDV)是一种正在发展中的测速技术，通过激光多普勒效应获得转动体的瞬时角速度，理论上具有很高的瞬时转速测量 ，但目前实际产品 不够高，并且价格昂贵，在实际使用上受到限制。通过改进已有的电磁式传感器，设计一种适于瞬时转速测量的新型传感器，在旋转机械瞬时状态分析中具有一定的实际意义。 本文以传统的电磁式系统为基础，研制一种使用红外辐射技术的新型转速测量仪，安装方便，对周围环境要求不高，可以很容易地完成转速的测量。具有较宽的动态测量范围，测量 较高。
2 系统设计 测速系统总体结构如图1所示，主要包括红外测速传感器（由红外发射与接收电路和齿盘组成）、信号处理电路、单片机以及数字显示部分。其工作过程如下：当齿盘旋转时，由于轮齿的遮挡，红外发射管与接收管之间的红外线光路时断时续，信号处理电路将此变化的光信号转换为电脉冲信号，一个脉冲信号即表示齿盘转过一个齿。单片机对脉冲进行计数，同时通过其内部的计时器对接收一定数目的脉冲计时，根据脉冲数目及所用时间就可计算出齿盘的转速， 通过数字显示部分将转速显示出来。 2.1 系统硬件设计 根据红外测速的原理，系统的电路设计如图2所示。 本系统采用AT89C52单片机，它是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的Flash程序存储器和
转速的测量方法 按传感器的类别来分:磁电式、磁敏式、光电式、霍尔式等 按传感器的安装方式来分：接触式和非接触式 接触式测量方式：传感器与被测旋转轴通过弹性联轴器连接，只能测量中速和低速物体的转速 非接触式测量方式：传感器与被测旋转轴不接触，可以实现高速的转速测量 霍尔式：
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。 霍尔式转速传感器属于霍尔式传感器，是利用霍尔效应的原理制成的，利用霍尔效应使位移带动霍尔元件在磁场中运动产生霍尔电热，即把位移信号转换成电热变化信号的传感器 霍尔效应式转速传感器是小型封闭式转速传感器。通过联轴节与与被测轴连接当转轴旋转时，将转角转换成电脉冲信号，供二次仪表使用。其原理是当磁力线穿过传感器上感应元件时产生霍尔电势经过霍尔芯片的放大整形后，成力电信号供二次仪表使用。使用时，只要在旋转物体上粘一块小磁钢，传感器固定在离磁钢一定距离内，对准磁钢S极即可进行测量。 霍尔效应原理 霍尔效应的本质是：固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴 遮断式光电测量方案 在遮光盘的同心圆上均匀分布若干个通光的孔或槽,槽形光电传感器固定在遮光盘工作的位置上,遮光盘转动一周,光敏元件感光次数与盘的开孔数目相等,因此产生相同数目的脉冲信号。这些脉冲信号通过单片机定时/计数器计数,定时器T0定时。定时器T0完成100次溢出中断的时间t除以测得的脉冲数m,经过单位换算,就可以算得直流电机旋转的速度。 直流电机转速计算公式: n=60·m/(N1·t·N)(r/min) 其中:n为直流电机转速,N为遮光盘上的通光孔或槽的个数,N1为定时器T0中断次数,m为定时器T0在规定时间内测得的脉冲数,t为定时器T0定时溢出的时间
摘要 环境温度对工业、农业、商业与人们得日常生活都有很大得影响,而温度得测量也就成为人们生产生活中一项必不可少得工作。随着单片机技术得不断发展,单片机在日用电子产品中得应用越来越广泛,温度传感器DS18B20具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点,广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度得测量与控制。 本设计所介绍得数字温度计使用单片机AT89s52单片机,测温传感器使用DS18B20,用4位共阴极LED数码管以动态方式实现温度显示,分时轮流通电,从而大大简化了硬件线路,同时,采用串口通信方式可大大简化硬件电路与软件程序得设计,节省了I/O口。DS18B20数字温度传感器就是单总线器件与51单片机组成得测温系统,具有线路简单、体积小等特点,而且在一根通信线上,可以挂接多个DS18B20,因此可以构成多点温度测控系统。 关键词:单片机;多点检测;串口通信
Abstract Environmental temperature to industry, agriculture, merce, and people's daily life has a lot of influence, and the measurement of the temperature will bee an indispensable people production and life of the work、 Along with the development of the single chip microputer technology, microputer in the daily electronic products is more and more extensive application, the temperature sensor DS18B20 have good linear, stable performance, high sensitivity, anti-interference ability strong, easy to use, widely used in the refrigerator, air conditioner, granaries, etc in daily life temperature measurement and control、 The design of the digital thermometer introduced use single chip puter 89 s52 microcontroller, temperature sensor DS18B20 use, with a total of 4 cathode tube LED digital display to realize dynamic way temperature, in turn time-sharing electricity, which greatly simplified the hardware circuit, and at the same time, the serial interface munication mode can greatly simplified the hardware circuit and software program design, save the I/O port、 Digital temperature sensor DS18B20 is the single bus devices and 51 SCM position, temperature measurement system, with simple line, little volume features, but at a munications line, can be articulated multiple DS18B20, so can form multi-point temperature measurement and control system、 Key Words:Single Chip Microputer; Multi-point detection; Serial mun- -ication
重力加速度测量（设计性实验） 【实验目的】 （1）推导单摆测量重力加速度的公式。 （2）掌握单摆测量重力加速度实验的实验设计方法及验证方法。 （3）掌握间接测量量不确定度的计算方法。 （4）了解单摆测量重力加速度实验的主要误差来源。 （5）估算实验仪器的选取参数并设计实验数据记录表格。 【设计实验】 设计性实验的设计过程主要有以下几步： （1）根据待测的物理量确定出实验方法（理论依据），推导出测量的数学公式；判定方法误差给测量结果带来的影响。 （2）根据实验方法及误差设计要求，分析误差来源，确定所需要采用的测量仪器（包括量程、精度等）以及测量环境应达到的要求（如空气、电磁、振动、温度、海拔高度等）。 （3）确定实验步骤、需要测量的物理量、测量的重复次数等。 （4）设计实验数据表格及要计算的物理量。 （5）实验验证。要用测得的实验数据，采用误差理论来验证实验结果。若不符合测量要求，则需对上述步骤中的有关参数做出适当调整并重做实验，据测得的实验数据进行实验验证，以此类推直到符合要求为止。 设计实验的原则应在满足设计要求的前提下，尽可能选用简单、精度低的仪器，并能降低对测量环境的要求，尽量减少实验测量次数。 【设计要求】 （1）测定本地区的重力加速度，要求重力加速度的相对不确度小于0.5%，即 g 0.5u g ≤%。确 定所需仪器的量程和精度，以及测量参数（摆长和摆动次数）。 （2）本实验是测量重力加速度的设计性实验，但考虑到设计难度、仪器资源的限制等因素，规定其实验方法采用单摆法。 （3）可用仪器有：钢卷尺（1 mm/2 m ，表示最小分度值为1 mm ，量程为2 m ，下同）、钢直尺（1 mm/1 m ）、游标卡尺（0.02 mm/20 cm ）、普通直尺（1 mm/20 cm ）、电子秒表（0.01 s ）、单摆实验仪（含摆线、摆球等）。 【实验内容】 （1）原理分析。写出单摆法测量公式完整的推导过程及近似要求，并画出原理图（查阅相关书籍及网站）。 （2）误差分析。分析实验过程中的主要误差来源并估算。 （3）不确定度的推导与计算。 （4）估算实验参数（摆长和摆动次数）。 （5）设计实验步骤与数据表格。 （6）实验与验证。 【设计提示】
转速测量显示系统 一、题目要求 1 . 基于 2. 3 4 5 设计任务： 二、方案选定 1 、选择实现转速测量的方法 （1）根据测量方法分类 在电机的转速测量中，影响测量精度的主要因素有两个：一是采样点的多少，采样点越多，速度测量结果越精确，尤其是对于低转速的测量。二是采样频率，采样频率越高，采样的数据就越准确。常用的数字测量方法电机转动速度的数字检测基本方法是利用与电动机同轴连接的光电脉冲发生器的输出脉冲频率与转速成正比的原理。根据脉冲发生器发出的脉冲速度和序列，测量转速和判别其转动方向。根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有:M 法（测频法）、T法（测周期法）和M/T法（频率/周期法）。 （2）根据工作原理分类 1、计数式方法是用某种方式读出一定时间内的总转数。 2、模拟式方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量的变化。 3、同步式是用利用已知的频率与旋转体的旋转同步来测量转速。 （3）几种具体的测量方法 ①基于霍尔传感器的直流电机转速测量 ②基于光电传感器的电机转速测量 以上两种是常用的转速测量装置。此外还有傅立叶变换用于电机转速的测量、基于单片机无线电机转速测量系统、基于光电码盘的的高精度电机转速测量等方法。 综合以上所述，本次课程设计选用计数式，光电传感器，M法测量电动机转速，适用于中、低速测量。 2 、测量系统的构成 图1 转速测量框图
（1）转速信号拾取 前面通过对各种测速方法的比较，最终选用计数式，光电传感器，M法测量电动机转速。 转速信号拾取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换成电量，通用的转速测量系统大都采用一种俗称“码盘”的传感装置，将圆形的码盘固定在转轴上，码盘上有若干规则排列的小孔，用光电偶来输出电信号，以反映转速对应关系，即是将转轴的速度以脉冲形式反映出来，通常有两种形式： ①模拟量量化后经A/D转换，由数字量反映角度，供单片机计算处理，得出转速。 ②直接由脉冲来反应转轴的角度，用每转产生的脉冲经单片机处理得出转速。 （2）整形和倍频 脉冲信号的上升沿和下降沿对数字电路的触发尤为重要，若要将转速脉冲信号直接加到计数器或外部中断的输入端，并利用其上升沿来触发进行计数，则必须要求输入的信号有陡峭的上升沿或下降沿。处理方法上可以用触发器电路来整形。 （3）单片机 单片机是整个测量系统的主要部分，担负对前端脉冲信号的处理、计算、以及信号的同步，计时等任务，其次，将测量的数据经计算后，将得到的转速值传送到显示接口中，用数码管显示数值。在本系统中考虑到计数的范围、使用的定时，计数器的个数及I，O口线，预选用89C52单片机。 （4）驱动和显示 由于LED数码管具有亮度高、可靠性好等特点，工业测控系统中常用LED数码管作为显示输出。本系统也采用数码管作显示。LED显示器是用发光二极管显示字段的，通常使用七段构成“日”字型和一只发光二极管作为小数点，称八段数码显示器。其有两种驱动方式，共阴驱动和共阳驱动，共阴驱动是各段发光二极管的阴极连在一起，并将公共端接地，在共阳结构中，将各段发光二极管阳极连在一起，并将公共端接上+5V电源，显示字符对应字型代码发光。 三、初步设计 1 .原理分析 图2 单片机系统测量转速原理图 本系统单片机采用Atmel公司生产的89C52作为主控制器，用4位LED数码管作为显示。（1）显示部分 89C52单片机的I/0口输出特性是有较大的灌入电流能力，其中P0口的灌电流能力可达20mA，但只有很弱的“吐”电流的能力。本系统中选用共阴型数码管，将并联上拉电阻后的P0口作为数码管的段驱动，P2.2、P2.3、P2.4分别接74LS138（3-8译码器）的A、B、C
温度测控仪设计 学生：XXX 指导教师：XXX 容摘要：本文主要介绍了智能温度测量仪的设计，包括硬件和软件的设计。先对该测量仪进行概括性介绍，然后介绍该测量仪在硬件设计上的主要器件：“Pt100热电阻”、AT89C51单片机和LCD显示器以及描述测量仪的总体结构原理。在本设计中，是以铂电阻PT100作为温度传感器，采用恒流测温的方法，通过单片机进行控制，用放大器、A/D 转换器进行温度信号的采集。总体来说，该设计是切实可行的。 关键词：温度 Pt100热电阻 AT89C51单片机 LCD显示器
Design of and control instrument Abstract: This paper describes the design of the intelligent temperature measuring instrument, including hardware and software design. Be the first general description of the measuring instrument, and then describes the hardware design of the measuring instrument's main device: "Pt100 thermal resistance", AT89C51 microcontroller and LCD display, and describe the principle of measuring the overall structure. In this design, as is the PT100 platinum resistance temperature sensor, temperature measurement using constant current method, through the microcontroller to control, amplifier, A/D converter for temperature signal acquisition. Overall, the design is feasible. Keywords:temperature Pt100 thermal resistance AT89C51 microcontroller LCD monitor .
手持式转速测试仪设计 The Design of Handheld Speed Tester 届系 专业 学号 学生姓名 指导老师 完成日期 2012年5月15日
毕业设计成绩单 学生姓名学号班级专业 毕业设计题目手持式转速测试仪设计 指导教师姓名马丽 指导教师职称高级工程师 评定成绩 指导教师马丽得分 评阅人得分 答辩小 组组长得分 成绩： 院长(主任) 签字： 年月日
毕业设计任务书题目手持式转速测试仪设计学生姓名学号班级专业 承担指导任务单位导师 姓名 导师 职称 高级工程师 一、基本要求 电路调试和实际应用中，常常需要检测一个电机或者其它旋转部件的转速。市场上有出售的类似产品，一般都是手持式的，在不改变和影响被测对象的前提下，可以方便地进行转速测量，并显示。该题目要求设计一个类似的产品，能够测量并显示转速。要求设计出该系统的硬件电路和软件部分，做出实物。 二、技术参数和要求 1．系统供电：单节锂电池，手持式设备。 2．可识别转速范围：0-3000r/min。 3．识别、显示精度到个位数。 三、系统组成 系统整体可分四部分，单片机部分，显示电路，传感器、锂电池。 1．单片机负责速度采集、处理及计算； 2．数码管显示当前转速； 3．传感器的选择、设计需要查阅相关资料，选择合适的非接触器件，搭建传感器电路。 4．手持设备，需要用电池供电，建议使用手机电池即可，但要注意电池电压和电路需要电压匹配。 四、参考及查阅资料和相关知识。 1．学习STC10F08系列单片机知识。 2．查阅并选择合适的传感器元器件资料，设计合理的识别电路。 3．运放相关知识资料，放大器，跟随器、或比较器。 4．数码管的驱动、显示方法。 5．C语言编程相关知识。 五、计划进度 第1周——第2周：收集资料，完成开题报告。 第3周——第4周：方案设计。 第5周——第7周：系统设计、制作，编写单片机程序。 第8周：期中检查。 第9周——第12周：系统调试，撰写论文。 第13周——第14周：撰写论文，审核，定稿。 第15周——第16周：答辩环节。 教研室主任签字时间年月日