用单片机测速.doc

测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，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。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。一、脉冲信号的获得可以有多种方式来获得脉冲信号，这些方法有各自的应用场合。下面逐一进行分析。1霍尔传感器霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。如图1所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。图1CS3020外形图使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。2光电传感器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2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3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2光电传感器的原理图图3遮光叶片3光电编码器光电编码器的工作原理与光电传感器一样，不过它已将光电传感器、电子电路、码盘等做成一个整体，只要用连轴器将光电传感器的轴与转轴相连，就能获得多种输出信号。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、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4所示，是某光电编码器的外形。图4成品光电编码器二、硬件连接测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。通常，可以用计数法、测脉宽法和等精度法来进行测试。所谓计数法，就是给定一个闸门时间，在闸门时间内计数输入的脉冲个数；测脉宽法是利用待测信号的脉宽来控制计数门，对一个高精度的高频计数信号进行计数。由于闸门与被测信号不能同步，因此，这两种方法都存在1误差的问题，第一种方法适用于信号频率高时使用，第二种方法则在信号频率低时使用。等精度法则对高、低频信号都有很好的适应性。这里为简化讨论，仅采用计数法来进行测试。图5所示是测速器的电路图，由六位数码管和测速接口组成。其中T0处接的只画了一只CS3020组成的霍尔传感器接线图，如果采用光电传感器接口也是一样的，读者可自行画出接线图。图5测速计电路原理图三、软件编程测量转速，使用霍尔传感器，被测轴安装有12只磁钢，即转轴每转一周，产生12个脉冲，要求将转速值（转/分）显示在数码管上。程序如下：DISPBUF EQU 5AH ;显示缓冲区从5AH开始PageSecCoun EQU 59HSpCoun EQU 57H ;速度计时器单元57H和58H，高位在前（57H单元中）Count EQU 56H ;显示时的计数器SpCalc bit 00h ;要求计算速度的标志Hidden EQU 16 ;消隐码ORG 0000HAJMP STARTORG 1BHJMP TIMER1 ;定时中断1入口ORG 30HSTART: MOV SP,#5FH ;设置堆栈MOV P1,#0FFHMOV P0,#0FFHMOV P2,#0FFH ;初始化，所有显示器、LED灭MOV TMOD,#00010101B ;定时器T1工作于方式1，定时器0工作方式1 MOV TH1,#HIGH(65536-4000)MOV TL1,#LOW(65536-4000)SETB TR1SETB ET1 ;开定时器1中断SETB EALOOP: JNB SpCalc,LOOP ;如果未要求计算，转本身循环;标号：功能：双字节二进制无符号数乘法;入口条件：被乘数在R2、R3中，乘数在R6、R7中。;出口信息：乘积在R2、R3、R4、R5中。;影响资源：PSW、A、B、R2R7堆栈需求：字节MOV R2,SpCounMOV R3,SpCoun+1MOV R6,#0MOV R7,#5 ;测得的数值是每秒计数值，转为每分转速（每一转测12次，故乘5而非60）CALL MULD;标号：功能：双字节十六进制整数转换成双字节码整数;入口条件：待转换的双字节十六进制整数在R6、R7中。;出口信息：转换后的三字节码整数在R3、R4、R5中。;影响资源：PSW、A、R2R7堆栈需求：字节MOV A,R4MOV R6,AMOV A,R5MOV R7,A ;将乘得的结果送R6R准备转换，这里结果不可能超过2字节CALL HB2CBCD: MOV DISPBUF,R3 ;最高位MOV A,R4 ;ANL A,#0F0H ;去掉低4位SWAP A ;将高4位切换到低4位MOV DISPBUF+1,AMOV A,R4ANL A,#0FHMOV DISPBUF+2,AMOV A,R5ANL A,#0F0HSWAP AMOV DISPBUF+3,AMOV A,R5ANL A,#0FHMOV DISPBUF+4,ACLR SpCalc ;清计算标志JMP LOOP;主程序到此结束TIMER1: PUSH ACC;ACC入栈PUSH PSW ;PSW入栈SETB RS0 ;工作区1JNB TR0,SETTR0 ;如果T0未运行，则开启T0JMP GO1SETTR0:SETB TR0GO1: INC SecCoun ;秒计数器加1MOV A,SecCounCJNE A,#251,Go2 ;如果未到1s则转CLR TR0 ;1到了，则停止T0的运行MOV SpCoun,TH0MOV SpCoun+1,TL0 ;读取计数值CLR AMOV TH0,AMOV TL0,A ;清计数器SETB SpCalc ;要求主程序计算速度MOV SecCoun,#0 ;清秒计数器Go2: INC COUNT;用于显示的计数器MOV A,COUNTCLR CSUBB A,#6JZ N1JMP N2N1: MOV COUNT,#0N2: MOV A,#DISPBUFADD A,COUNT MOV R0,A ;指向当前要显示的显示缓冲区MOV A,R0 ;取第一个待显示数MOV DPTR,#DISPTAB ;字形表首地址MOVC A,A+DPTR ;取字形码MOV P0,A ;将字形码送P0位（段口）MOV A,COUNTMOV DPTR,#BitTab ;字位表首地址MOVC A,A+DPTRORL P2,#11111100BANL P2,AMOV TH1,#HIGH(65536-4000)MOV TL1,#LOW(65536-4000)POP PSWPOP ACCRETIBitTab: DB7Fh,0BFH,0DFH,0EFH,0F7H,0FBHDISPTAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH其他数学运算程序（略）四、程序分析主程序在对定时器、计数器、堆栈等进行初始化后即判断标志SpCalc是否为1，如果为1，说明要求对数据进行计算处理，首先将SpCalc标志清零，以保证下次能正常判断，然后进入数据处理程序，由于这里的闸门时间为1s，而显示要求为转/分，因此，要将测到的数据进行转换，转换的方法是将测得的数据乘以60，但由于转轴上安装有12只磁钢，每旋转一周可以得到12个脉冲，因此，要将测得的数据除以12，所以综合起来，将测得的数据乘以5即可得到每分钟的转速。计算得到的结果是二进制的整数，要将数据送往显示缓冲区需要将该数转化为BCD码。运算得到的是压缩BCD码，需要将其转换为非压缩BCD码，从标号CBCD开始的一段程序即作了这样的处理。需要说明的是，这里多位二进制乘法和多位二进制到BCD码的转换都是用了现成的成熟子程序，因此，首先将二进制数转换为压结合实际BCD码，然后再转换成非压缩BCD码，看似多写了些程序，实际上这对于保证程序的质量很有好处。Page定时器T1用作4ms定时发生器，在定时中断程序中进行数码管的动态扫描，同时产生1s的闸门信号。1s闸门信号的产生是通过一个计数器Count，每次中断时间为4ms，每计250次即为1s，到了1s后，即清除计数器Count，然后关闭作为计数器用的T0，读出TH0、TL0中的数值，分别送入SpCoun和SpCoun+1单元，将T0中的值清空，置SpCalc标志