智能转速测量器利用红外线测量转速系统的设计方案

1 智能转速测量器利用红外线测量转速系统的设计方案 第 1 章 绪 论 课题 设计的 背景 和意义 在 我们的 工程实践中 和日常生活中 ,时常会见到 到各种需要测量转速的 地方 , 比如 在电动机、发动机、卷扬机、机床主轴等 设备的测试 、运 行 和 操控 中 ,不断地 需要分时 或者 连续测量 及 显示其转速 和其 瞬时转速 值 。 伴随着电力电子技术和现代控制技术的飞速发展，对微电机的测速和控制技术的要求越来越高。 转速是各类电机运行中的一个重要物理量，如何准确、快速而又方便地测量电机转速，极为重要 ，这就要求我们从简单、实用、经济等方面来研究和 解决我们生活中所遇到的各种需要测量转速的问题 。 而本课题的提出就是针对于这方面而做出的步探索和研究 机转速测量在国内外的发展情况 随着现代科学技术的高速发展，现代军事、工业生产以及民用自动化设备越来越多，需要检测转速的速度的设备应用也越来越广泛，这也推动了转速传感器的研究与发展。比如直流测速机和光电式速度传感器、磁电式速度传感器以及霍尔速度传感器。其中由于光电式速度传感器的具有众多优点在现代设备中广泛应用。美国是研究光电传感器起步最早、水平最高的国家之一，在军事和民用领域的应用发展得十分迅速。美国的 邦纳公司拥有世界最健全的光电系列产品线。并且拥有行业内最齐全的标准光纤和定制光纤产品。西欧以及日本各国也非重视并投资大量的经费来开发展光电相应的产品。上世纪九十年代，由日本电气，东芝等 15 家研究机构和公司，研究并开发出了多种具有一流先进水平的民用的光电传感器，电器产品在日本以价格适中质量好而闻名全球。西方各国的大公司和型企业也主动参与了光电传感器的开发和市场的争夺。由于光电式传感器在现代工业占据着重要位置，所以我国在这一块涉及得也 2 比较早，目前国内应该有上百个单位在光电技术与检测方面展开研究了。到现在为止，光 电技术应用在检测上已经非常全面了，特别是应用在速度、加速度、位移等检测上。目前转速检测对于自动化生产以及汽车控制等方面有着重要作用，同时对转速检测要求精度和稳定性方面越来越高，这也加强了对光电传感器在转速领域的研究。 目前国 内和国外通 常用的转速测量方 式 有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、闪光测速法、光电测速法和霍尔元件测速法 。 第 2 章 系统设计方案 计的任务和要求 (1) 设计制作一台转速测量计 ; (2) 能实时测量和显示被测转速 ; (3) 测量范围 :0800r/(4)测量精度 : 2%; (5)1人独立完成硬件和软件的设计任务 ; (6)按照规定提交符合规范要求的毕业设计论文 . 前常用的测速方法 目前国 内和国外通 常用的转速测量方 式 有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、闪光测速法、光电测速法和霍尔元件测速法 。 心式转速表测速法 离心转 式测 速仪器 ,采 用离心 的 原理 能够 直接读出 电机的转速 速度 值 。速度表的末端 插到 电机轴的 中心 ， 注意应该清楚 使 石油中心孔 和 转速电机轴维持同心 ,不要上下左和右偏转 ,否则容易表轴扭转 ,影响转速 的 准确读数 ，所以 应该使用断断续续 测量方式来 减少磨损 和 防止过热 。如果想改变 所测 的范围、 还要将转速表取出停转后 ,然后更改范围。 3 速发电机测速法 发电机转速测量速度时 ,电机 连接到测量电机轴 测量 结束后 ,测量电机机械速度转换成电压信号输出 值为 E = 后再 读 取速度值。 光测速法 闪光 测速技术是 用 一个专用可调脉冲频率 的被 强加的闪光灯 组成， 闪烁的灯光 照到 电机旋转部件 ,通过调节脉冲频率 ,使黑扇 片 频率的脉冲 与 发动机转速同步。如果脉冲频率 设为 f,则 电机转速 n=60f(r 电测速法 光电测速技术是一种非接触式测量电机 转速的 方法， 测量转速信号 所形成的电压 频率或 时钟 周期 来进行测量 。光学编码器被安装在轴心 端 的旋转电机、光学编码器连同转动 ,如果有一个固定光源 ,在代码的磁盘 ,可以使用数量的光所收到的感光元素是磁盘的代码数量的编码。 若 编码数字 60,测量时间 t,则 测量脉冲 N,那么 n= N/ t。 尔元件测速法 霍尔元件测量速度的方法是使用霍尔开关元器件来测量速度的。霍尔开关器件包括一个电压调节器、在发电机、放大器、施密特触发器和输出电路。输出电平与 安装在电机的轴顶部，光盘上装了小磁铁，小磁铁越多分辨率 就越高，霍尔开关固定在附近的小磁铁，当电机旋转时，一块小磁铁转向霍尔开关，霍尔开关将输出一个脉冲，计算单位时间内的脉冲数，就可以判断旋转体的转速。 速系统方案的选择 在 以上的 五种测 量电动机转 速 的 方法中，离心式转速表测速法和测速发电机测速法所使 用的 全 是现 已做 成的 做好的 测速 仪器 仪表， 这些能够轻易地买到 。 不过 转速表 和被测量的电 机 全 要 和 电机同轴连接 才可以完成转速的测量 ， 这不但 增加了电机机 的 组安装难度，而且有时 有 的 微电机功率 很 小，转速表 和 测速机 所需要 的 电 功率占 据了 微电机 的 大部分， 4 甚 到有的 微电机 的所需电功率 甚 至拖不 起 这些仪表 。因此 对 于离心式转速表测速法， 微特电机的测速 以及测速发电机测速法这两种 方法不适 合 。 而 闪光测速法 在目前的社会应用中还不是很多 ，主要 原因是由于 光源 对于条件要求 的问题。光电 测 速法 和 霍尔元件测速法的测 量电机转 速 的 方法 大致相同 ，都是在 同一个电机 转轴上 安 装一个很 小 巧的 光电式 传感器，使 电机的转动 速度 信号通过磁 (霍尔元 器 件 )或 者 光 (光电码盘 )转换为 相应的 电脉冲， 再 通过计算电脉冲个数来 进行相应的处理来得到所 测 电机的转 速 ，同时这两种测量电机方法成本较低。所以 本 系统的设计所要采用的方法就是从这两种方法中来选择其中 一种可行性的方法。 案一：霍尔传感器测量方案 霍尔传感器利用的是霍尔效应，其核心元部件是依据霍尔效应的原理制成为霍尔传感器。下面介绍了泵传动轴霍尔转速传感器测量速度。霍尔传感器的结构原理图如图 2尔速度传感器接线原理图如图 2 在图 1上有两个相互垂直的绕组定子，缠绕粘霍尔芯片的 B，转子的永久磁铁中心线有两个 的传感器，霍尔元件的 和 霍尔电极连接传感器的输出。 图 2霍尔测速结构原理图 5 图 2尔转速的传感器连线图 此方案的特点：霍尔转速传感器的信号进行采样，采样有时不准确，因为它是依靠感受脉冲磁感应强度的，使用时间长了会出现磁性减弱而影响采样精度。 案二： 光电传感器方案 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光 信号 的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通 路和光电元件三部分组成。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。 光电传感器的信号发送端和接收端如下图 2 6 图 2些方案特点： 具有精度高、反 应快、非接触等优点，而且可测参数多， 传感 器 的结构简单，形式灵活多样，因此 ,光电式传 感器在 检测和控制中应用非常广泛。 综上所述，本设计的最佳测量方法选择方案二，即用光电传感器测速系统来测量电机的转速。 统设计总体框图 系统设计总体框图如图 主要由光电传感器信号产生部分，信号采集电路、信号处理电路、转速显示电路四部分组成。 图 2光 电 传 感器 信号采集电路 信号处理电路 （单片机） 转速显示 7 8 第 3 章 系统硬件设计 速测量原 理 本设计中采用的是光电传器来进行对电机转速的测量 统在正常工作时 ,光电 传感器 对电机的转速行相应的转换后 输出 相应的电压脉冲 信号 ,然后 经整形 电路 可得到相应的方波脉冲信号 个数，在一定的测量时间内，统计取转速传感器发生的脉冲个数（或频率），再进行相应的处理算出实际的电机转速。假设一定的测量时间为 T ，计数器计取的脉冲个数 N，假定脉冲发生器每秒转输出 应被测转速为 n（ r/，就可算出实际转速值 n=60N/ ( n 电机的转速 ,单位 :转 / 分钟； N 采样时间内所计取的脉冲个数； T 采样时间 ,单位 :秒； x 电机每转一周所产生的脉冲个数 (通常指测速码盘的齿数 ) 光电 传感器部分 电传感器原理 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号 的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成 。 其 常用的有以下五种类型 (1)漫反射式光电传感器 ： 这是一种将发射器及接收器为一体的光电传感器，一旦有被检测到物体经过的时候，物体就会将光电感器的发射器发射的红外光线反射至接收器，因此光电开关就产生了相应大小的电信号。当被检测物体的表面很光亮或其反光率很高时，则漫反射式光电开关就是首选的检测模式。 (2) 镜反射式光电传感器： 这种传感器也是将发射器用接收器于一体，光电发射器发出光线经过反射镜反射至接收器，一旦检测物体经过的时候就会使接收传感器检测而产生相应电信号。 9 (3) 对射式光电传感器： 这种传感器结构 上是相互分离的，发射机的发射器与接收器的光轴是相对放置的，发射器会发出光再直接进入接收器，当物体发射器与接收器之间阻挡光线，光电传感器就会产生信号。当被检测物体是不透明的，这种传感器是最合适的检测设备 。 (4) 槽式光电传感器： 它通常是一个标准的 射机和接收机位于两个 形成一个光轴，当被测物体后， 电传感器就会产生光电信号。槽式光电开关比较适合检测快速移动的物体，它可以区分透明和半透明物体，使用安全可靠。 (5) 光纤式光电传感器： 它采用塑料或玻璃光纤传感器来引 导光线，可以检测被检测对象的距离。一般通过光束和漫反射光纤到光纤传感器。 外传感器的工作原理 反射式光电传感器常用的光源有很多种类，时常见到的有红外发光二极管，普通发光二极管，和激光二极管，前两个很容易受到外部光源的干扰，但是激光二极管发出的光的频率密度很高，不太会被扰乱，但传感器只能获得很窄的频率范围内的光，其价格比较昂贵。理论上反射式发光二极管发出红外线，经反射区反射后能够被接收区的光电三极管接收到，其光电传感器就可以正常实现光电检测的任务。测量区域反射面可能会受到外界的干扰，因而这是一 个理想的结果。其干扰因素包括许多因素，如反射面的形状，颜色，表面处理，日光，荧光灯等不确定性的因素。如果直接使用发射器和接收管来衡量，如果排除干扰等的错误信号，反射光强度给予加强，则就可以提高系统的可靠性和准确性。红外线反射光强的测量原理是传输信号经调制后送红外管发射器，光电二极管接收调制的红外信号，如在图 3 10 图 3射式光电传感器光照与光电电压的关系 反射面电压输出信号 是成一定的函数，设置反射面含有相同的物质时， X 和 如图 2所示。当输出电压达到一定值时作为目标值，不同的阈值电压的目标是不一样的。我们可以使用它的颜色敏感的特点，当检测表面是黑色的时候，反射光较弱的接收端的光可以忽略，使接收器显示不变的状态，如始终打开开关 ;当检测表面是白色的，反射的红外线很强，同时发射器发射接收端，以便接收器表现出相反的状态，如开关始终打开。这两个相反状态在电路中就是高和低的脉冲信号。 感器型号的选定 系统的设计中所要使用的光电传感器是根据光敏二极管的工作原理制造的一种感应接收光强度变化的反射式电子元 器件，当发射二极管发出红外光被电动机的转盘反射时，则做为传器感应接收端的光电三极管会产生出相应的脉冲信号。光电式传感器不仅独立而且相对放置，由光电发射器和光电收光传感器组成。本设计选用的传感器为 示 图 3射式光电传感器原理图 感器采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，输出信号经施密特电路整形，稳定可靠。 实物图如图 3 应用场合： （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） 11 1. 外形尺寸： 长 327 2. 工作电压： V荐工作电压为 5V 1点距离为 3在 感器上， 传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回 来但强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平，指示二极管一直处于熄灭状态；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二极管被点亮。 其原理图如下图 3 12 图 3号采信电路 在传感器的应用中， 被测的量经传感器后转化为电阻值，电流，电压，电感，等一些电气参数的变化，再通过信号分析，处理，放大，计算，显示和记录等，而在 设计中采用的是光电传感器采集信号 ,这种传感器是把电机转轴的转速变为相应频率的脉冲个数 ,然后由测量电路测出电机的转动频率 ,再由频率值就可以处理得到所测电机的转速值。这种以光电感器为主要测量元件的测量方法具有系统设计结构简单、测理值可靠、测量精度高的特点。在目前的电机转速测量实践中是常用的一种测量转速的方法。 由于 本设计 系统 中采用 的是反 射式光电传感器测量电机转速 ，所以 当不透光的物体挡住发射 管发射的红外线时，就会将发射管发出的红外线反射到接收管接收管时 ， 光电开关接通 ，反之 光电开光断 开。 所以 可以制作一个 反射 光叶片如 图 3装在电机转轴上，当叶片转动时，光电开关产生脉冲信号。当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。 如果 系统采用 8个叶片，在一分钟内产生 的脉冲数为 10000个 ，则电 动 机的转速就为 1250r/ 图 3机的转盘 根据本设计系统的需要设计了如下图 3中， 限流的作用， 输出电阻， 分流作用。因此当转盘上的电机转片所反射的发射二极管所发出的红外线到接收红线的三极管时，输出低电平；当通光孔被遮住时，电路的输出端就为高电平，反之输出端输出为低电平。从光源发出的光线通过齿槽到达光电元件上，使感光光电元件感光。齿槽旋转一周，转速齿轮会产生 8个电脉冲，每一次就能感受到感光 13 元件办输出值的变化。光电测速齿轮安装在发射光（红外线发光二极管）和光接收设备（红外接收二极管）上，红外发光二极管（规格 责发出光信号，红外接收三极管（规格 3负责接收光 电信号，然后产生一个电信号，每个轮齿光线通过一个正弦周期产生正弦脉冲信号。因为红外光为不可见的，所以不能用肉眼判断其是否在工作，所以红外输出电路串联连接到一个共同的光电二极管的发光信号就可以确定光电传感器工作与否。 定工作电流为 20通电压为 选的发光二极管的正向电压下降为 流 10 R=(12以得到： 65 ,25。设所选择的电阻值为 430（ R 光电传感器输出的电压幅值在 0 且为正弦波变化的 ,所以可知红外线接收三极管的光电信号转化为电信号的电压 一般为 ,需要进行相应的处理，来使得测量电路更加合理。 图 3电脉冲信号产生电路 光电开关能通过光强度的变化来反映发射器和接收端之间的电流的变化，以达到检测 14 速度的目的。光电开关输出电路和输入电路电气隔离（即电缘绝地），因此它可以在许多场合应用。光电传感器具有线性度好，分辨率高，噪音低，精度高，非接触式，非机械碰撞， 响应速度快，控制精度高，并能识别颜色等优点。 号处理电路 号处理电路的核心 片机 类 功耗 低 、性能 高的 控制器，具有 8K 在系统 内 可编程 的储器。在单 个 芯片上，拥有灵 活 的 8 位 在系统 内 可编程 的 得 嵌入式控制应用系统提供高灵活 性及 超有效的解决方 式 。 其 具有以下 的标准功能： 8 512字节 的 32 位 I/O 口线， 看门狗定时器 ，内置 4个 16 位 定时器 /计数器，一个 6向量 2级中断结构，全双工串行口。另外 降至 0态逻辑操作，支持 2种 软件 可选择节电模式。空闲模式下， 止工作，允许 时器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， 荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 356T/12片机如图 3 图 3片机实物图 (1) 与 (2)8 15 (3) 1000次擦写周期 (4) 全静态操作： 0335) 三级加密程序存储器 (6) 32个可编程 I/O 口线 (7)三个 16位定时器 /计数器 (8)八个中断源 (9) 全双工的 行通道 (10) 低功耗的空闲和掉电两种模式 (11) 中断可在掉电后被唤醒 (12) 看门狗定时器 (13) 双数据指针 (14) 掉电符 脚功能 图 3脚图 电源 地 16 ： 位的向漏极开路的双向 I/于输出口，每一位能够驱动 8个 写入“ 1”时，引脚就为高阻抗的输入。当访问外部的数据和程序存储器时， 位地址 /数据的复用口。在这样的模式下， 程序的校验过程中，输出字节指令。当程序校验的时候，其需要在外部接上拉电阻。 ： 于一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 输出缓冲器能够驱动 4 个 辑电平。向 口写“ 1”时，其内部上拉电阻把端口拉为高，这时作为输入口来使用。用来输入使用的时候，由于外部拉低的引脚改变内部电阻的原因，将输出值电流（ 另外， 计数器 2外部计数输入（ 2）和时器 /计数器 2触发输入（ 2具体如下表所示。在 1口接收低 8位地址。 引脚号 第二功能 时器 /计数器 计数输入），时钟输出 时器 /计数器 重载折触发信号及方向控制） 系统的编程时用） 系统的编程时用） 系统的编程时用） ： 是作为具有上拉电阻的内部 8 位双向 I/口， 出的缓冲器能够驱动 4 个 辑电平。向 写入“ 1”时，内部的上拉电阻全把端口的电阻值拉高，这时可以用作输入口来使用。用作输入口来使用时，会被外部拉低的引脚原因，将输出电流（ 当访问外部程序有存储器 或者用 16位地址的读取外部数据存储器时， 输出高八位的地址。在这种运用中， 口使用很高的内部上拉来发送 1。当使用 8位的地址（如 T）来访问外部数据存储器的时候， 的输出 位地址的控制信号。 ： 是具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 输出缓冲器能够驱动 4 个辑电平。在向 口写版主“ 1”时，其内部的上拉电阻会把端口的阻值拉高，这时可以用作输入口来使用。当用作输入口来用时，会 被外部拉低的引脚因为内部电阻的因素，会输出电流（ 殊功能（第二功能）使用。当 17 引脚号第二功能 行输入） 行输出） 部中断 0) 部中断 0) 时器 0外部输入） 时器 1外部输入） 部数据存储器的写选通 ) 部数据存储器的写选通 ) 其作用是复位 输入。当晶振在工作时， 个机器周期的高电平来使单片机复位。当看门狗折计时完成以后， 能输出 96个高电平，为晶体振荡的高电平。其特殊寄存器折 的 地址锁存控制信号（ 当它访问外部程序存储器的时候，锁存的低8 位地址输出脉冲。当 程的时候，这个引脚（ 可以用来编程输入脉冲。一般情况下， 晶振六分之一固定频率输出相应的脉冲，作为外部定时器和时钟来使用。但 是，特别强调，录每次访问的为外部数据存储器的时候， 一需要的话会通过将地址为 8位变为“ 1”，此时 个位置为“ 1”， 是在执行 然， 会被微弱地拉高。此 能标志位的设置对于微控制器在外部执行模式下时无效。 部程序存储器的选通信号（ 它是外部程序存储器的选通信号。当 在访问外部数据 存储器的时候， 问外部程序存储器的控制信号。是使能端从 0000外部程序存储器的读取指令， 使其执行内部程序的指令， 接 2伏的 荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 荡器反相放大器的输出端。 18 时 /计数器的结构 定时 /计数器的实质是加 1计数器（ 16位），由高 8位和低 8位两个寄存器组成。 计数器的工作方式寄 存器，确定工作方式和功能； 制 1的启动和停止及设置溢出标志。定时 /计数器结构如图 3 图 3时 /计数器结构 时 /计数器的控制 计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。 于设置其工作方式； (1) 计数器工作方式，其低四位用作 的四位用作 的格式如下表 3 表 3存器格式 控位。 0时，以运行控制位 =0， 1)来启动定时 /计数器运行； 1时，要用软件使 ，同时外部中断引脚或也为高电平时，才能启动定时 /计数器工作； 19 C/C/T=1时，选择计数器模式，计数器对外部输入引脚 外部脉冲计数； C/T=0时，选择定时器模式。 工作方式设置位。定时计数器有四种工作方式，由 表 31(2) 位地址用来控制外部中断 ,已在前面介绍。 位用来控制定时/计数器的启动和中断申请。格式如下表 3 表 3制寄存器 位 7 6 5 4 3 2 1 0 字节地址： 88H 1。 。 些， 用作查询测试结果的标志。 或清 0，其校果和硬件置 1或清 0一样。 时， 时， 和清 0。因此，运用软件可以控制定时 /计数器的启动与停止。 20 功能与 同。 的功能和 断控制 的，如表 3 表 3断继存器 位 7 6 5 4 3 2 1 0 字节地址： 88H E 外部中断 0允许位； 定时 /计数器 外部中断 0允许位； 定时 /计数器 串行口中断允许位； 允许）位。 时 /计数器方式 1逻辑结构 21 图 3时 /计数器方式 1逻辑结构 此时，定时 /计数器为 16位的计数器，由 X=0， 1）的低 5位和 位组成。 位溢出则向 统选择定时 /计数方式 1，以 10生 100次中断后，对 出转速。 （ 1） 用于定时工作方式，其定时时间为： T=（ 216振荡周期 12 此设 计采用的是 12晶振，定时器 0参数带入公式 ： 55365536； 换成十六进制，则 所以对于定时器 ， 0 0 0 （ 2） 用于计数工作方式，计数长度为： 216=65536(个外部脉冲 ) 由此可知规定时间（ 1s）内外部脉冲个数不超过 65536即可。 号处理的主控单元 单片机最小系统 单片机的最小系统是单片机实现其它扩展功能的基础，所以任 何有关单片机的设计，都离不开单片机的最小系统。单片机的最小系统主要由复位电路和时钟晶振电路两部分组成 。 单片机 复位电路 是单片机复位的控制电路，如图 3单片机 在 运行 之前 ,需要重置 ,其 作用是使 从那开始的这个状态 开始才正常运行 。因此 ,复位 是一个非常重要的操作模式。在单片机本身 内部 是不会自动 复位的 ,所以 必须 通过 外部电路 来进行复位 。 22 图 3片机 复位电路 （ 1） 复位 功能 ： 复位电路的基本 功能是：系统上 全部引脚或管脚恢复到系统稳定的状态，撤销复位之前的所有信号，使其作为一个可靠的，稳定的系统。 单片机 的 复位 是由外部的 电路 来 实现的 。复位电路是通过一个 斯密特触发器 重置 复位 触发器 来进行的。 复位电路通常采用功率自动复位 实现。其原理图如图 3a)和按钮复位如图 3b)这两种方式。 23 图 3（ 2） 单片机复位 以 后的状态 : 复位操作使单机其进入初始化状态，包括程序计数器 000H，它表明了程序从地址0000片机的冷启动，作为一个随机 值的片上 位操作的操作不改变片上 21个特殊功能寄存器复位状态，以确定在表 1所示的值。 值得注意的是，记下一些特殊功能寄存器的复位后的值和状态，有必要了解单片机的初始状态减少的部分 ：表 3 *” 为随机状态 。 表 3寄存器复位后状态 表 特殊功能寄存器 初始状态 特殊功能寄存器 初始状态 A B 0H 00H 00H 0H 00H 00H 0 P 7H 00H 00H *00000B 0*00000B 0H 00H 00H 不定 00H 0*B 00 H,表明选寄存器组 0为工作寄存器 ; 07 H,表明堆栈指针到芯片上 00 H,表明 ,选择 0组工作寄存器组 ; 07 H,显示堆栈指针 所处的位置 (7 H 字节单元 ),这是 根据堆栈操作先加后压的 原则 ,它 是第一个被写 入 的内容到 08中的 ; 明必须每个端口 1 号线在这段时间可以使用每个端口 ， 不仅可以用 于输入 还可以用于 输出。 0000 B,表明每个中断源在一个低优先级 ; 000000 B, 显示每个 24 中断都被关闭 ;系统重置是任何计算机系统执行的第一步 ,使整个控制芯片回到默认的硬件条件 51单片机复位 脚，该引脚超过 24个振荡周期阶段， 51个单片机芯片内部复位状态，并已在此状态下等待直到 检查 果芯片内部电压为高，则低的程序代码将执行一个外部程序。 51单片机系统中的重置其内部寄存器设置为特定值的内部值， 变 片机的晶振电路 晶振是晶体振荡器的的简称，在电气上相当于一个电容器和一个电阻并联在一起的两终端网络，电气工程的网络有两个谐振点，以低的为频率中的串联谐振。高频的为并联谐振。 于构成振荡器。 放大器芯片的晶体谐振器作为反馈元件一起构成自激振荡器。外部石英晶体谐振器，电容器 2组成一个并联谐振电路连接到放大器的反馈环路。严格的要求，外部电容值，电容的大小会影响振荡器的频率水平，振荡器 的稳定性，起效迅速和温度稳定性。因此，本系统的 12容应该可以选择陶瓷电容器，约 30 安装焊接印刷电路板，晶体振荡器和电容附近的单芯片，以减少寄生电容，更好地保证振荡器工作稳定可靠。晶体振荡器电路如图 3负载电容值 是 晶振 的 一个重要的参数， 它 选择与负载电容 的数值 相 同 的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。 25 图 3体振荡电路 号处理电路 在下图中， 2振， 9口为复位接口，通过开关控制。用来衡量通过 1 1的信号脉冲数。定时器计数器 隔 10新数码管，产生 500个中断（即， 5S），再由单片机进行处理转换后得到电机的速度。四个数码管显示电机的转速。如图 3 图 3片机处理电路 示电路 示原理 很多电子产品的工作状态都用跳动的数码管来显示，事实上，数字显示的数字由 8个发光二极管组成，每一个都会加上适当的电压时该段才会亮。 为两种，一种为 共阳 数码管，一种为 共阴 数码管，而 把这些 作为一个引脚 与高电平相接 ，就叫共阳 数码管 ，相反 地 ，就叫共阴 应用时这 两 个脚就分别接 26 同 这样的 8 字装在一起 的多个 就成了多位的数码管。 实物如图 3 3码管 共阳型 （图 3 八个发光 二极 管的正极 全 连在 同一根导线上 作为一条引线 ， 字符的笔画 的数码段为 ， 是 小数点，每一段控制 AG个管的灭与亮 。 其 内部 电路图如下 : 图 3阳 型 阴 型 （图 3 八个发光 二极 管的 负 极 全 连在 同一根导线上 作为一条引线 ， 字符的笔画 的数码段为 ， 是 小数点，每一段控制 AG个管的灭与亮 。 图 3阴型 27 数码管显示正常，需要使用驱动电路来驱动数码管段，从而显示出数字，所以，我们根据数码管驱动方式可分为静态和动态的类别划分。 静态驱动，也称为直流驱动，由单片机的 I / O 端口驱动，或使用如 个数字控制每个代码段 - 十进制解码器解码。静态驱动的优点是编程简单，显示屏的亮度高 ，缺点是占用 I / 驱动 5个数码管显示就要 5 8= 40根 I / / 2个，所以实际应用的时候需要增加译码驱动器，所以硬件电路较复杂。 动态显示驱动：数码动态显示的接口是单片机应用中最广泛的一种显示方式， 动态驱动是将 全部 数码管的 8个显示 二极管 a,b,c,d,e,f,g,同名端连在一起 ，以增加门选通控制电路控制的 I/ O 线，当单片机输出字形码时，全数字化控制，每个数字公共用相同的字体代码，但什么是数码管将显示的形状，取决于单片机控制选 通 以我们只需要显示数码管选通控制打开，而不是让 不亮。通过分时来反过来控制各种数字控制的 此，数码管依次显示控制，动态驱动。在轮流显示过程中的每一个数码管灯的通断为 1 2毫秒，由于人的视觉暂留现象和发光二极管的余辉效应，尽管不停地变化数码管的灭亮，但只要扫描速度足够快人就会感觉是一直在显示的。因此这样可以节省大量的 I / 段码表 表 3显示字符 共阴极段选码 共阳极段选码 显示字符 共阴极段选码 共阳极段选码 0 1 2 3 4 36H 56H 9H 0H 99H 5 6 7 8 9 67H 72H 82H 0H 90H 28 态显示电路连接图 在本设计中， 将测量的信号通过 1进入 片机，定时器计数器 时器计数器 0 500个中断后，进行一次电机转速的处理，然后通过 电机转速值。 示 ： 图 3机的转动系统 本设计中采用的是直流 36电动机的转动片挡住红外发射管发射的红线线时，就就产生反射传到接收管，此时反射式光电开关断开，反之打开。 29 机装置的安装 本设计所采用的检测装置与实际传感器安装在发动机的位置的检测设备相同。如图3电速度传感器的对面就是信号板。光电速度传感器连接 4根 导线用于连接发光二极管和光敏三极管，发光二极管的阴极连接到红线，绿线连接其负面光敏三级管的红线连接到其集电极，绿线连接到他们的发射器。测量头安装在光电速度传感器和信号板两端测头相同的距离。测量器件封装，永久安装的位置接近信号板和光电元件，信号盘旋转可以输出交替周期正负变化的脉冲信号。在一个周期内所产生的脉冲信号等于电机转片的齿数。因此，频率脉冲信号的大小反映了电机转速的水平。该设备具有独立的转速，而且在所测范围内输出信号与幅度无关，可以测量 1R/秒 104 R / S 以上，精度很高。 图 3电机转速检测装置示意图 机转速的控制 本系统的设计采用的是直流 35该电机的转速便于控制，在系统的设计中，采用一个电位器和直流电机的串联，通过调节电位器的阻值的大小，进而可以控制加在直流电机两侧的电压大小，依据电机两侧电压的变化从而就可以引起电机转速的不断变化，从而实现在一定的电压变化范围内就可以得到相应的电动机的转动速度 0 置如图 3 图 3物系统硬件实物图 31 第 4 章 软件设计 件编程的目的和要求： 本 系统的设计的目的是为了实现利用光电（红外线）反射式传感器测量电动机的转动速度，软件系统所要实现的功能是将光电传感器产生的电压脉冲经过 片机处理电路后所得的脉冲进行计数，同时进行相应的处理和换算后得到所测电动机的转速值然后并通过 所以软件编程的功能就是实现这些功能。 件编程语言的选择 本系统设计中采用的处理器是 此我们可以采用面向 其中包括 编语言编程和 级语言编程，这两种语言各有各自的特点。 常用来编写与系统硬件相关的程序，比如中断处理程序、访问 I/O 端口、实时控制程序、实时通信程序等程序的编写；而对于数学运算程序则更适合于用 级语言编写，这是因为用 是它的编程简单，更接近于实际的应用语言，二是所编写的程序便于人们阅读。三是可以提高编程效率特别是对于一具有复杂关系的编程，同时可以提高应用程序的可靠性。 还有一种很常用的编程语言是 是一种非常通用的计算机程序设计语言，在社会的实际编程应用上十分流行。 可用来编写计算机系统的程序，还可以用来编写一般实际应用的程序。在 多数的计算机的系统主要就是采用汇编语言来编写的，这相对于单片机的应用系统来说同样也是采用的是汇编语言编写程序。但是由于汇编语言程序其可读性和可移植性能都比较差，通常采用汇编语言编写其单片机应用程序的周期一般都较长，而且调试和检查错误也比较困难，所以慢慢地 C 语言就逐渐地替代了汇编语言在编程方面的地位。这种以 达性能和运算能力也较强。 （ 1） 简洁，使用灵活方便。 （ 2） 32 （ 3） （ 4） （ 5） （