转速测量表-陆斌、陶雪勇

电子系统设计报告

题目: 非接触式转速测量表

小组成员：陆斌 陶雪勇

二○一一年 七 月

摘要：

本设计为非接触式转速测量系统，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c8051f020单片机为核心，通过定时器1接收反射式传感器的信号，每2秒采样一次，编写相应的程序计算出其频率值，同时以lcd1602显示模块显示。

关键字：c8051f020 非接触式 频率测量

Abstract:

This design for non-contact measuring system, used to measure the speed of the

different speed from external value, realize the real-time measurement, display speed.

Specific application c8051f020 SCM as the core, reflex sensor receiving signals, at the

same time to lcd1602 display module display.

Key：C8051f020 non-contact measurement

目录

第1章 前言： ......................................................................................... 1

第2章 总体方案设计 ............................................................................. 1

2.1 单片机选择 ................................................................................. 1

2.2 转速测量的方案选择 ................................................................. 2

第3章 单元模块设计 ............................................................................. 2

3.1 体统硬件总体设计 ..................................................................... 2

3.2 系统部件设计 ............................................................................. 3

3.2.1 电源设计 ............................................................................ 3

3.2.2 时钟与复位电路设计 ........................................................ 4

3.2.3 LCD接口电路设计 ........................................................... 4

3.2.4 传感电路设计 .................................................................... 5

第4章 系统软件设计 ............................................................................. 6

4.1 主程序流程图 ............................................................................. 6

4.2 主程序模块 ................................................................................. 7

第5章 系统调试： ................................................................................. 9

5.1 测量结果及误差： ..................................................................... 9

5.2 测量图表： ................................................................................. 9

5.3 误差分析： ............................................................................... 10

第6章 设计总结： ............................................................................... 10

1 第1章 前言：

在工程时间中，我们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。电子产品的人性化和智能化已经非常成熟，单片机就是一个微型中央处理器，通过编程即能完成很多智能化的工作 ，因此它的出现给电子技术智能化和微型化起到了很大的推动作用。随着人们生活水平的提高，社会经济的发展，人们开始注重身体素质的提高。臂如在火车、汽车、工厂许多地方都用到电机的驱动，当然也要精确的知道它的转速，本设计就是测试电扇的转速。

第2章 总体方案设计

2.1 单片机选择

方案一：采用传统的MCS-51系列单片机，比如AT89S52.具有体积小，使用灵活，易于人机对话和良好的数据处理，较强的指令寻址和运算功能等有点，并且单片机的功耗低，价格低廉。8K字节在系统可变成Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：1Hz~33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、3个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器。

方案二：采用Cygnal的一种混合信号系统单片机C8050F020。片内含CIP-51的cpu内核，它采用先进的流水线结构RISC来执行指令，速度飞快。它的指令系统与MCS-51完全兼容。其中的C8051F020单片机含有64kB片内Flash程序存储器，4352B的RAM、8个I/O端口总共64根I/O口线、一个12位A/D转换器和一个8位A/D转换器以及2个12位D/A转换器、2个比较器、5个16位通用定时器、5个捕捉/比较模块的可编程技术/定时器阵列、看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器等部分。C8051F020单片机支持双时钟，其工作电压范围为2.7~3.6V。与以前的51系列单片机相比，C8051F020增添了许多功能，同时其可靠性和速度也有了很大提高。

方案分析：AT89S52虽然结构简单，价格便宜，但是它采用12MHz的晶振，这决定它的运算速度不快，而C8051F020采用现在流行的RISI结构，速度与AT89S52相比有很大提

2 高，并且它采用24MHz的晶振，虽然有点贵，但是该芯片可以大大的提高信号发生器的性能。除此之外，该芯片中还集成了12位的ADC和DAC，这样整个系统的体积也缩小了。经过比较，最终还是选择了C8051F系列的单片机C8051F020。

2.2 转速测量的方案选择

方案一：线速度法，电机连一个齿轮，机械转速表连一个齿轮，将2个齿轮咬合或通过摩擦，使得线速度相同，同步运转测速。

方案二：闪光法，将光照射在被测转轴上，然后通过调节闪光频率，目测被测的转轴，当视觉上产生物体不运动的感觉时，结合闪光频率得出转速。

方案三：反射法，在转轴表面贴上特殊的反射片，将反射式传感器对准发射片2cm远近，电机开启后每转动一圈，红外光被反射一次，通过计算单位时间内反射红外光的次数来反映转速。

方案分析：方案一，适用于轮状速度测量，转速表与被测表通过接触，要吸收一定的能量，不能真实的放映转速。对笑功率和转速较慢的电机影响较大。方案二,通过目测观察，人为影响较大，眼睛易疲劳，需要不断调节闪光频率使被测物体视觉上不转动，会同时出现多种不确定转速，。方案三，反射法测转速不与被测电机接触，不额外吸收能量，在低转速是误差较小，因此，我们选择了第三种方案。

第3章 单元模块设计

3.1 体统硬件总体设计

单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是体统扩展，即单片机内部的功能单元容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计适当的电路。二是体统配置，即按照功能要求配置外围设备如显示屏等，要设计合适的电路。

3 3.2 系统部件设计

3.2.1电源设计

本系统时多电源系统，使用2种共地电源：+5V，+3.3V，其中：液晶显示模块MD-162、传感器需要+5V的供电电压，如图3-1（a）；单片机C8051F020需要+3.3V的供电电压，如图3-1（b）。

1 稳压芯片的选择

选择常用的三端稳压块，其内部有基准电路、比较电路、调整电路、采样电路、保护电路等组成，外部电路简单，用于直流稳压。根据电压的需求，选用MC7805和LM317，分别实现+5V、+3.3V的电压输出。其中MC7805集成块输出的电压为固定值，即集成块名的后两位，输出为正电压。LM317则可以通过调节1引脚的电阻值得到范围为3V~37V的电压。

2 滤波电容及电阻的选择

在三端稳压块的输入端接有1000uF的电容，是为抵消输入时的电感效应，以防止稳压块产生自激振荡，保证正常工作。在三端稳压器输出端皆有0.1uF的电容，是为了抵消电路的高频噪声，改善负载瞬态的响应。为了使LM317输出3.3V的电压，对R2的电阻值进行计算，并通过在面包板上实际调节，最终得到R2值位230欧时，可满足输出要求。

图3-1（a）+5V电源设计图