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黑龙江信息技术职业学院毕业设计（论文）说明书题目:基于单片机的转速测试系统设计系 部 专 业 年 级 姓 名 指导教师 年 月 日黑龙江信息技术职业学院毕业设计（论文）任务书题目：基于单片机的的转速测试系统设计学生姓名 系部名称 专 业 学 号 指导教师 职 称 一、原始依据1.驱动电机2.利用PWM控制电机转速3.驱动电机实现正反转4.测速并显示二、参考文献1 李全利，迟荣强.单片机原理及接口技M.北京：高等教育出版社，2004.2 李朝青.单片机原理及接口计数M.北京：北京航空航天大学出版社，2006.3 王小明.电动机的单片机控制M.北京：北京航空航天大学出版社，2007.4 谭浩强.MCS-51单片机应用教程M.北京：清华大学出版社，2004.5 刘宝廷.步进电动机及其启动控制系统M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997.6 陈小中，黄宁.单片机接口计数实用子程序M.北京：人民邮电出版社，2005.7 张红.单片机原理及应用M.北京：中国电力出版社，2009.8 谢瑞和.串行技术大全M.北京：清华大学出版社，2003. 9 孟桂旭.数字电子技术M.大连：大连理工大学出版社，2007.10陈锦玲.Protel 99SE电路设计与制版快速入门M.北京：人民邮电出版社，2008.11张义和.例说51单片机（C语言版）M.北京：人民邮电出版社，2008.12宋浩，田丰.单片机原理及应用M.北京：清华大学出版社，北京交大出版社，2005.13谢维成，杨国.单片机原理与应用及C51程序设计M.北京：清华大学出版社，2006. 14MAX517 Date Sheet.MaximM.Integrated Products.2005.15R.Dye.Visual Object-Orientated Programming.M.Dr.Dobbs MacintoshJournal,Sept.1.2001.三、设计（研究）内容和要求设计内容：1，了解AT89C51单片机，掌握其主要特性及管脚说明；2，单片机与编码器、光耦合器、显示器模块之间的串联，掌握其中的原理.并用于测试电动机转速的技术；3结合材料了解传统单片机测电动机转速的方法，从中选出最简单、快捷的方法，结合表格与文字，设计出软件流程图，外部中断流程图，定时器中断流程图和电动机转速测量的电路原理图。设计要求1，采用AT89C51单片机，利用光电编码器检测一路电动机转速并加以显示；2，学习电动机转速测量方法，掌握光电编码器、光耦合器的工作原理；3，字符LCD显示器使用的目的是，将所得到电动机转速的数值输出显示，并且用C语言编程，达到简单、精度高、稳定性好的特点。指导教师（签字）年 月 日审题小组组长（签字）年 月 日黑龙江信息技术职业学院毕业设计（论文）开题报告课题名称基于单片机的转速测试系统设计学院名称 专业名称 学生姓名 指导教师 1.选题的目的和意义:随着超大规模集成电路技术提高，尤其是单片机技术以其功能强大，价格低廉的显著特点，使全球数字化测量转速系统得以广泛应用.本文在此基础上，设计一种以AT89C51单片机为控制器.结合光电编码器和光耦合器测量电动机转速的方法，并采用C语言编程.可用于转速检测和调速控制的应用中。2. 国内外研究现状简述：电动机的控制技术的发展得力于微电子计算、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、电动控制技术、微机应用技术的最新发展成果。正是这些技术的进步使电机控制技术在20多年内发生了翻天覆地的变化，其中电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让微于单片机为主的微处理器控制，形成数字和模拟的混合控制系统和纯数字控制的应用，并向全数字化控制方向快速发展。像国外交直流系统数字化已经达到实用阶段3.任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）研究内容：1，了解AT89C51单片机，掌握其主要特性及管脚说明；2，单片机与编码器、光耦合器、显示器模块之间的串联，掌握其中的原理.并用于测试电动机转速的技术；3结合材料了解传统单片机测电动机转速的方法，从中选出最简单、快捷的方法，结合表格与文字，设计出软件流程图，外部中断流程图，定时器中断流程图和电动机转速测量的电路原理图。时间安排：1).2011.3.15-2011.3.30: 查阅资料，单片机的充分了解，AT89C51的单片机的主要介绍、功能、管脚的了解；。 2).2011.4.01-2011.4.15：了解TRD-2E360A光电编码器、6N137光耦合器； 3).2011.4.16-2011.4.30: 字符型LCD选型，构思出系统总体结构示意图，利用单片机的外部中断来计数。累计外部中断个数即知旋转圈数即可知编码器旋转圈数；4).2011.5.1-2011.5.20: 将转速参数传输至LCD1602中显示并编写程序代码；4.技术条件与要求1，采用AT89C51单片机，利用光电编码器检测一路电动机转速并加以显示；2，学习电动机转速测量方法，掌握光电编码器、光耦合器的工作原理；3，字符LCD显示器使用的目的是，将所得到电动机转速的数值输出显示，并且用C语言编程，达到简单、精度高、稳定性好的特点。5.参考文献:1 李全利，迟荣强.单片机原理及接口技M.北京：高等教育出版社，2004.2 李朝青.单片机原理及接口计数M.北京：北京航空航天大学出版社，2006.3 王小明.电动机的单片机控制M.北京：北京航空航天大学出版社，2007.4 谭浩强.MCS-51单片机应用教程M.北京：清华大学出版社，2004.5 刘宝廷.步进电动机及其启动控制系统M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997.6 陈小中，黄宁.单片机接口计数实用子程序M.北京：人民邮电出版社，2005.7 张红.单片机原理及应用M.北京：中国电力出版社，2009.8 谢瑞和.串行技术大全M.北京：清华大学出版社，2003. 9 孟桂旭.数字电子技术M.大连：大连理工大学出版社，2007.10陈锦玲.Protel 99SE电路设计与制版快速入门M.北京：人民邮电出版社，2008.11张义和.例说51单片机（C语言版）M.北京：人民邮电出版社，2008.12宋浩，田丰.单片机原理及应用M.北京：清华大学出版社，北京交大出版社，2005.13谢维成，杨国.单片机原理与应用及C51程序设计M.北京：清华大学出版社，2006. 14MAX517 Date Sheet.MaximM.Integrated Products.2005.15R.Dye.Visual Object-Orientated Programming.M.Dr.Dobbs MacintoshJournal,Sept.1.2001.选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能指导教师（签字）年 月 日选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能审题小组组长（签字）年 月 日基于单片机的转速测试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，意见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，介绍了该方法的基本原理、实现步骤和软硬件设计.工程中会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机的方法和原理有充分的介绍，在测量系统中能学到关于单片机不分的内容，显示不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、显示方面的的实际工作能力电动机为风机、泵、压缩机和机床等各种设备提供动力，是工业生产中必不可少的动力驱动设备，在工业自动化系统中发挥着重要作用.由于电动机使用广泛，对电动机性能的检测也十分关键.其中电动机的转速对于电动机性能检测来说是一个十分重要的参数.本方法对于电动机转速的测量提供一种简单、便捷、准确度高的方法.关键词：转速测量；单片机；编码器；电机；脉冲The speed of testing system based on single chip designAbstractIntroduced based on AT89C51 microcontroller platform, Photoelectric sensors use the method to implement the motor speed measurement System including the pulse signal generation, Pulse signal processing and display module, And the use of C language programming, The results show that the method is simple, high precision, good stability advantages, Introduced the basic principle of this method, Implementation steps, and hardware and software design. 14project will encounter a variety of situations need to measure speed, For example, in the engine, electric motor, the design includes comprehensive knowledge of the sensor measurement methods and principles of generating sufficient introduction, In the measurement system can learn, regardless of the content on the microcontroller, Shows various modules, regardless of the communication and the FBI. a comprehensive understanding of microcontroller and signal amplification of specific content. We further training in signal acquisition, processing, display aspects of the actual working capacity for the fan motors, pumps, compressors and machine tools and other equipment to provide power, Essential for the industrial production of power-driven equipment, in industrial automation systems play an important role. Widely used as the motor, the motor performance testing is also vital. In which the speed of the motor performance test for the motor is a very important parameter. 15The method for measuring the motor speed to provide a simple, convenient, accurate way Key words: Speed Measurement;single chip;rotary encoder; motor; Pulse目录摘要IAbstractII1绪论11.1研究背景11.2 单片机简介11.3 AT89C51单片机概述21.4 AT89C51单片机管脚说明22转速测量介绍52.1单片机测转速52.2电机转速测量方法. 63硬件设计83.1 光电编码器的原理及选型83.2光耦合器的原理及选型93.3字符型LCD选型113.4设计思想134软件设计144.1软件流程图144.2程序代码16总结22致谢23参考文献24附录1 电动机转速测量电路原理25基于单片机的转速测试系统设计1绪论1.1研究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发（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）、同步测速发（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 单片机简介微控制器已经渗透到了我们生活的各个行业和领域.全球卫星定位系统、（GPS）、飞机上各种仪表、汽车内部控制系统、计算机的数据传输、工业自动化过程的实时控制、各种智能IC卡、数码相机、MP3、全自动洗衣机等，内部都包含微控制器.人们对现代化、智能化的强烈要求、促使微控制器产品技术得到迅猛的发展、并且在未来一段时间内，这种势头将持续下去.在我国，人们普遍把微控制器称作“单片机”尤其是指4位、8位和16位的微控制器.包含以下几部分组成 1)中央处理器 2)存储器 3)内部总线 4)I/O接口及外设正是基于上面的论述，看到了单片机在测量和控制系统中的广泛应用.于是，在这种背景下，本文介绍了再单片机控制下，利用光电编码器，采用适当的测量方法对电机转速进行测量1.1.3 AT89C51单片机概述AT89C51始终带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器.AT89C20521始终带2K字节闪存可片成可擦除只读存储器的单片机.单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次.该器件采用ATEML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，AT89C2051是它的一种精简版本.AT89C单片机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2.主要特点：与MCS-51兼容.4K字节可编程FLASH存储器.寿命：1000写/擦循环.数据保留时间：10年.全静态工作：0Hz-24MHz.三级程序储存器锁定.128x8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.片内振荡器和始终电路. 1.4 AT89C51单片机管脚说明图1-1 AT89C51管脚分布VCC:供电电压，GND:接地.P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流.当P1口得管脚第一次写1时，被定义为高阻输入.P0能够用于外部程序数据储存器，它可悲定义为数据/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口得管脚被外部拉低，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机型读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容.P2口在FLAH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，他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得一些特殊功能口.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 (计时器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/PR0G：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六分之一.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.如果未处理在外部执行状态ALE禁止，置为位无效.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.13XTAL2:来自反向振荡器的输出.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.石晶振荡器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6.图1-2 内部振荡电路2转速测量介绍2.1单片机测转速在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，检测转速的方法分为模拟式和数字式两种.模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量.数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是模拟量.数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号.随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法3. 就转速测量原理而言，大体可分为三大类，一是用单位实践内测得物体的旋转角度来计算速度，例如在单位实践内，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”法另一种实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.即“T”法，如给定的角位移，传感器便发出一个电脉冲周期，以晶体振荡频率而产生的标准脉冲来度量这一周期时间，再经换算咳得转速.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”法一般用于低速测量，速度越低测量精度越高，但在测高转速时，误差较大；结合这两种测量方法就可以得出第三种测量方法，即M/T法，结合这两种方法的优点，一方面像M法那样对传感器发出的脉冲计数同时，也像T法那样计取脉冲时间，通过计算即可得出转速值.在实际测试中，还须设定定时器时间，兼顾高、低转速时的精度影响，适时调节采样时间4.电动机为风机、泵、压缩机和机床等各种设备提供动力，是工业生产中必不可少的动力驱动设备，在工业自动化系统中发挥着重要作用.由于电动机使用广泛，对电动机性能的检测也十分关键.其中电动机的转速对于电动机性能检测来说是一个十分重要的参数.本方法对于电动机转速的测量提供一种简单、便捷、准确度高的方法5 1）转速测量：通过对编码器旋转时产生的脉冲波得计数来计算出电动机的转速.2）输入信号抗干扰：本实验中光耦合器使用的目的是，通过光耦合器的引入滤除输入信号中不必要的杂波.3）电动机转速的显示：本实验中字符LCD显示器使用的目的是，将所得到电动机转速的数值输出显示.2.2 电机转速测量方法 其中，编码盘加在电机转轴上，随电机同步转动.根据不同的转速，能自动采用M法和T法机型计算，并显示测量的转速.从计算方法来看，M法与T法师较为简单的，而M/T 法的计算较为复杂.对于一个转速检测系统来说，其关键在于能够使测速加过在整个转速范围内的准确性和分辨率为最佳，并满足快速的动态响应要求.为此，将速度范围分为两部分，分别采用两种方式进行检测:1)对应于低速度段，采用T法，Tn采样周期；Te编码器输出脉冲的周期；M2Tn器件所计时钟脉冲数假设频率为f，编码器每秒脉冲数为P，则对应的实际转速n为 n = 60fc/PM22)对应于高速段采用M法，Tg规定的检测时间；M1规定检测时间内的脉冲数假设编码器每转脉冲数为P，则对应的实际转速n为 n = 60M1/PTg常用转速测量比较如表2-1所示，T法原理图如2-1所示，M法原理图如2-2所示.表2-1 常用转速测量方法的比较 图2-1 方式1 T法原理图图2-2 方式2M法原理图3硬件设计3.1 光电编码器的原理及选型光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械集合位移量转换成脉冲或数字量的传感器，由光栅盘和光电检测装置组成.光栅盘是在一定直径的与圆板上等分地开通若干个长方形孔.由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子器件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供香味相差/2的两路脉冲信号.光电编码器是一种角度检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠，接口数字化等优点，广泛应用于数控机床、回转台、伺服传送、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中.如图3-1所示为光电编码器原理 图3-1 光电编码器原理根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式.根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种.（1）增量式编码器：增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差/2，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相位每转一个脉冲，用于基准点定位.它的优点是原理构造简单， 机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输.其缺点是无法输出轴转动的绝对位信息. （2）绝对式编码器：直接输出数字量的传感器，在它的原形码盘上沿径向有若干同心码道，每条码道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏器件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数.这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道码. 绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（格雷码）方式进行光电转换的.绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对式可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置.编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是，可以直接读出角度坐标的绝对值；没有累计误差；电源切除后位置信息不回丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种. （3）混合式绝对值编码器：输出两组信息： 一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全与增量式编码器的输出信息相同.（4）本实例所用的是光洋公司的TRD-2E360A旋转编码器，其市场应用广泛，价格低. 8TRD-2E360A的主要性能如下：1)分辨率：10 2500脉冲/转.2)输出信号形式：A、B、Z相.3)最高相应频率：200kHz.4)容许最高转速：5000r/min5)电源电压： DC 5 12V6)输出形式：集电极开路输出.7)起动扭矩：不大于0.001Nm.8)防护等级：防尘型，IP50.9)使用环境温度：-10 +70TRD-2E360A共有两条电源线，三条输出信号线，一条屏蔽线，其接线方式如下：1)酱色（BRN）：DC 5 12V.2)蓝色（BLU）：0V.3)黑色（BLK）：OUTA.4)白色（WHT）：OUTB.5)橘黄色（ORN）:Z.3.2光耦合器的原理及选型光耦合器件（光耦）是把发光器件（如发光二极管）和光敏器件（如光敏晶体管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电-光和光-电的转换器件.光耦合器分为很多种类.当电信号送入光耦合器的输入端时，发光二极管通过电流而发光，光敏器件受到光照后产生电流而导通；当输入端无信号，发光二极管不亮，光敏器件受到光照后产生电流而截止.对于数字量，当输入为低电平0时，光敏晶体管截止；当输入为高电平1时，光敏晶体管饱和导通.若光敏晶体管基极有引出线则可满足温度补偿、检测调制要求.这种光耦合器性能较好，价格便宜，因而应用广泛.10图3-2 常用晶体管型光耦合器内部结构图 光耦合器之所以在传输信号的同时能有效地一直尖脉冲和各种杂波干扰，主要有以下几方面的原因：1）光耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为100000 1000000欧姆.根据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但到达光耦合器输入端的杂波电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极管发光，从而被抑制掉了.2）光耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰杂波都很难通过光耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生.3）光耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表，这是因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压.4）光耦合器的反应速度极快，其反应延迟时间只有10s左右，适用于对反应速度要求很高的场合.本文所选用的6N137光耦合器是可控制的光耦合器，其提供了一个孤立的光耦合8引脚塑料DIP封装.6N137光耦合器的主要电气参数见表3-1表3-1 6N137光耦合器的电气参数 6N137光耦合器（如图3.2所示）是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL兼容，高速(典型为10MBd)，5mA的极小输入电流。特性：转换速率高达10MBit/s;摆率高达10kV/us;扇出系数为8;逻辑电平输出;集电极开路输出;工作参数：最大输入电流，低电平：250uA 最大输入电流，高电平：15mA 最大允许低电平电压(输出高)：0.8v 最大允许高电平电压：Vcc 最大电源电压、输出：5.5V 扇出(TTL负载)：8个(最多) 工作温度范围：-40C to +85C 典型应用：高速数字开关，马达控制系统和A/D转换等.9 图3-3 6N137实物图3.3字符型LCD选型LCD1602液晶显示器：字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等信息的点阵式LCD，目前常用16x1,16x2,20x2和40x2等规格的模块.下面以长沙太阳人电子有限公司生产的LCD1602字符型液晶显示器为例，主要技术参数如下：1）显示器容量为16x2个字符.2）芯片工作电压为4.5 5.5V.3）工作电流为2.0mA（5.0V时）.4）模块最佳工作电压为5.0V.5）字符尺寸为2.95mm（宽）x4.35mm（高）.LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明见表3-2表3-2 LCD1602引脚及其说明 图3-4 LCD1602实物图 其中，第3脚VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最低，接地时对比度最高，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度.第4脚RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器.第5脚R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作.当RS和R/W共同为低电平时，可以写入指令或者显示地址；当RS为低电平而R/W为高电平时，可以读忙信号；当RS为高电平而R/W为低电平时，可以写入数据.第6脚E为使能端，当其由高电平跳变成低电平时，执行命令.第7 14脚D0 D7为8位双向数据线.3.4设计思想系统总体结构示意图如下 图3-5系统总体结构示意图利用单片机的外部中断来计数.每当编码器旋转一周后就会产生一个脉冲，由脉冲触发外部中断，累计外部中断的个数即可知道编码器旋转的圈数.利用单片机的定时器及软件定时产生1s的定时时间，在1s定时时间到时所计的外部中断发生中断的个数即为电动机的转速(r/s)将转速参数传输至LCD1602中进行显示.硬件电路设计：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：第一是系统拓展，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，必须在片外进行拓展，选择适当的芯片，设计相应的电路12.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：1尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规用法.2系统的拓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，相应时间比硬件长.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.4软件设计硬件电路完成以后，进行系统软件设计.首先要分析系统对软件的要求，然后进行软件的总体设计，包括程序的总体设计和对程序的模块化设计.按整体功能分为多个不同的模块，单独设计、编程、调试，然后将各个模块装配联调，组成完整的软件.根据设计的要求，单片机的任务是：内部进行计数，在计算出速度后显示.软件编程用C语言完成的，需要能掌握C语言，还要熟练AT89C51单片机.从程序流程图、编写程序，编译，到最后的调试，是很复杂的。需要精益求精4.1软件流程图系统主程序软件流程图如图4-1所示，外部中断流程图如图4-2所示，定时器中断程序流程图如图4-3所示送定时初值等待程序初始化，开启外部中断设置TMOD方式 开T0中断启动T0计数单元赋值开始图4-1 系统主程序软件流程图外部中断入口是否保持低电平脉冲是否结束关闭系统中断调用延时子程序完成计数任务打开系统中断允许中断返回NN图4-2 外部中断流程图定时器中断入口地址中断次数是否为20（ls）系统重置外部中断计数LCD显示中断返回NY图4-3 定时器中断程序流程图 4.2程序代码 电动机转速测量的C程序如下： /*/ / /LCD显示子程序 接线方式：RSP0.5，RWP0.6，ENP0.7，D0D7P20P2.7 / /*/ #include /包含头文件 #include #include #include sbit rs=P05; /1620的数据/指令选择控制线 sbit rw=P06; /1602的读写控制线 sbit en=P07; /1602的使能控制线 uchar code table=SPEED OK; /要显示的内容1放入数组table char table14=; /要显示的内容2放入数组table1 uchar code table2=r/sec; /要显示的内容3放入数组table2 void lcd_wcom(uchar com) /1602写命令函数 rs=0; /选择指令寄存器 rw=0; /选择写 p2=com; /把命令字送入P2 delay(5); /短暂延时，让LCD1602准备接受数据 en=1; /使能线电平变化，命令送入LCD1602的8位数据口 en=0; void lcd_wdat(