转速测量显示设计.doc

目 录1 概述4 1.1本课题设计的目的和意义5 1.2数字式转速测量系统的发展背景52系统总体设计52.1系统功能概述42.2系统设计要求和方案53硬件电路设计63.1电路功能模块63.1.1整形电路63.1.2计数电路73.1.3锁存电路93.1.4译码显示电路113.2信号采集模块133.2.1霍尔传感器133.2.2光电传感器14 3.3仿真电路模块143.3.1 89C51简介143.3.2单片机最小系统174软件设计194.1程序设计软件介绍194.1.1 uVision介绍194.1.2 Proteus介绍194.1.3 protel DXP介绍204.2程序设计思路204.2.1定时中断204.2.2转速测量214.3程序功能分析234.4 主程序流程图程序流程图255硬件电路设计275.1电路仿真调试275.2误差分析285.3结论与经验28参考文献29 1.绪论1.1 本设计课题的目的和意义 在工程实践中,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、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，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。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部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，显示方面的实际工作能力。1.2 数字式转速测量系统的发展背景 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法(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)、同步测速法(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，也有采用电磁式(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。 2系统总体设计2.1系统功能概述功能：系统主要实现功能是:AT89C51单片机接收经传感器传来的脉冲信号,单片机根据内部定时器进行记数计算出电机转速送到LED显示，电路主要由四部分组成:整形电路、计数电路、锁存电路、译码显示电路。其功能流程图如下： 转速信号拾取 整形 单片机 锁存 译码 显示 图2-1转速测量框图2.2 系统要求及主要内容将传感器产生的脉冲信号输出入到单片机的定时器T1，单片机工作在内部定时器工作方式1，对周期信号进行内部记数，调用计算公式算出转速，调用显示程序显示在LED上。基本要求： （1） 测量误差范围不超过1圈。主要内容： （1）单片机部分主要完成电机转速的测量。 （2）LED部分主要是把转速显示出来，显示范围1-9999r/s。 2.3电路总体原理图如图2-2 2-2 电路总体原理图 3硬件电路设计3.1电路功能模块硬件的功能由总体设计所规定，硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的电路原理图，必要时做一些部件实验，以确定电路图的正确性，并根据系统要求，对硬件电路进行优化。整个单片机测量转速系统为整形电路模块、计数模块、单片机程序模块、译码显示模块，各个模块都承担着各自的任务。 3.1.1整形电路 整形电路的主要作用是将正弦波信号转化为方波脉冲信号,电路图如3-1。本程序主要采用了施密特触发器CD40106将采集的正弦信号整形为方波信号，整形原理如图3-2。 图3-1 信号处理电路图 图3-2 整形原理图 CD40106是具有施密特功能的六反相器。 施密特触发器具有上限阈值电压和下限阈值电压的特性，且受电源限制。在不同的电源电压下，有不同的阈值。门电路构成的施密特触发器和集成施密特触发器根据其特点不同可以应用到不同的场合。3.1.2计数电路 计数电路主要是采用计数器CD4518，CD4518是二、十进制（8421编码）同步加计数器，内含两个单元的加计数器，其功能表如表3-2所示。每单个单元有两个时钟输入端CLK和EN，可用时钟脉冲的上升沿或下降沿触发。由表可知，若用ENABLE信号下降沿触发，触发信号由EN端输入，CLK端置“0”；若用CLK信号上升沿触发，触发信号由CLK端输入，ENABLE端置“1”。RESET端是清零端，RESET端置“1”时，计数器各端输出端Q1Q4均为“0”，只有RESET端置“0”时，CD4518才开始计数。CD4518采用并行进位方式，只要输入一个时钟脉冲，计数单元Q1翻转一次；当Q1为1，Q4为0时，每输入一个时钟脉冲，计数单元Q2翻转一次；当Q1=Q2=1时，每输入一个时钟脉冲Q3翻转一次；当Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1时，每输入一个时钟脉冲Q4翻转一次。这样从初始状态（“0”态）开始计数，每输入10个时钟脉冲，计数单元便自动恢复到“0”态。若将第一个加计数器的输出端Q4A作为第二个加计数器的输入端ENB的时钟脉冲信号，便可组成两位8421编码计数器，依次下去可以进行多位串行计数。其电路设计如图3-3： 图3-3 计数电路设计图 图3-4 CD4518引脚图 CD4518的引脚图如图3-4，输入输出波形如图3-5，引脚功能如表3-1，真值表如表3-2： 引脚 符号功能1 9CLOCK时钟输入端 7 15RESET消除端2 10ENABLE计数允许控制端3 4 5 6Q1A-Q4A计数输出端11 12 13 14Q1B-Q4B计数输出端8VSS地16VDD电源正 表3-1 CD4518引脚功能CLKENABLERESETACTION上升沿10加计数0下降沿0加计数下降沿X0不变X上升沿0不变上升沿00不变1下降沿0不变XX1Q0Q4=0 表3-2 CD4518逻辑图真值表功能： 图3-5 输入输出波形3.1.3锁存电路 锁存器锁存上一次的计数值，以提供给译码显示电路稳定的显示值，否则，显示结果将会随计数值的变化而变化。电路图如图3-6所示： 图3-6 锁存电路锁存集成有电平和边沿触发之分，设计时要充分考虑进去，内部构造大都采用D触发器形式，查阅数据集成资料，发现锁存器74LS374正适合要求，这款集成多在计算机电路中运用，而且容易购买，此集成为20脚封装，内部有8个D锁存器，采用两个这样的集成便可以实现4位10进制的的数据传输，它以上升沿作为CP端（即CLK）的有效触发，将8个D输入同时打到输出Q端，在输出端加有三态驱动，其内部其管脚排列如图3-7，内部功能图及真值表如图3-8： 图3-7 74LS374引脚图 图 3-8 内部功能图及真值表74LS374 的输出端 O0O7 可直接与总线相连。当三态允许控制端 OE 为低电平时，O0O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 OE 为高电平时，O0O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响，当时钟端 CP 脉冲上升沿的作用下，O 随数据 D 而变。 由于 CP 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善。引出端符号：D0D7 数据输入端 OE 三态允许控制端（低电平有效）CP 时钟输入端 O0O7 输出端从集成参数和真值表可以看出，在其OE脚使能端加上低电平才能有效得使输出端得到所需的数据，其他状态不传送数据，也可从上图分析此OE脚是控制三态门的，相当于电路的通断开关，只有接低电平，电路才能正常工作。3.1.4译码显示电路1.译码 译码是将二进制代码所表示的特定含义翻译出来的过程，完成译码操作的电路就是译码器。本实验采用的BCD4543七段译码器即显示译码器中的一种。当需要把测量数据和运算结果用十进制数以0、1、9字形直观地显示出来时，就要用译码器和显示器分别完成二-十进制译码和数字显示。译码显示电路如图3-9： 图3-9 译码显示电路图 本系统采用了7段显示译码器CD4543，CD4543是一个用于驱动共阴极LED显示器的BCD码(七段码译码器),其特点是：具有BCD转换,消隐和锁存控制,七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流.可直接驱动LED显示器.如输入十进制码(BCD码)名为D,C,B,A,脚分别为4,2,3,5.输出段名a,b,c,d,e,f,g,段脚分别为9,10,11,12,13,15,14.其引脚如图3-10所示： 图3-10 CD4543引脚图部分引脚符号：VDD 16脚,正电源.GND 8脚,电源地.LE 1脚,锁存,不允许.PH 6脚,相位熄灭.BI 7脚,消隐.2.数值显示显示部分采用LED数码管显示，LED（Light-Emitting Diode）是一种外加电压从而渡过电流并发出可见光的器件。LED是属于电流控制器件，使用时必须加限流电阻。LED有单个LED和八段LED之分，也有共阴和共阳两种。LED显示器的结构及其工作原理：常用的七段显示器的结构如图3-10所示。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器,阴极连在一起的称为共阴极显示器。1位显示器由八个发光二极管组成，其中七个发光二极管ag控制七个笔画（段）的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示器能显示的字符较少，字符的开头有些失真，但控制简单，使用方便。此外，要画出电路图，首先还要搞清楚他的引脚图的分布，在了解了正确的引脚图后才能进行正确的字型段码编码。才能显示出正确的数字来，如图3-11所示，为七段数码管的管脚图。图3-11 七段发光显示器的结构LED数码管通过点亮特定的字段来显示数字或符号。共阴与共阳七段LED数码管的显示字符与对应的显示段码如下表所示，共阳七段数码管的段码刚好是共阴七段数码管段码的反码。显示字符012345678共阴极字符3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH共阳极字符C0HF9HA4HB0H99H92H82HF8H80H显示字符9AbCdEFHP共阴极字符6FH77H7CH39H5EH79H71H76H73H共阳极字符90H88H83HC6HA1H86H8EH89H8CH 表3-3 共阴极七段LED数码管和共阳极七段LED数码管的显示段码表3.2信号采集模块 信号采集模块主要采用测转速的传感器进行信号的采集和传输，传感器的选择一般要考虑传感器的结构、安装以及测速范围与环境条件等方面的适用性;再就是二次仪表的要求,除了显示以外还有控制、通讯和远传方面的要求。本文章列举两种传感器并进行了对比和分析。3.2.1霍尔传感器 霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的,其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件。当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。本文介绍一种泵驱动轴的转速采用霍尔转速传感器测量。霍尔转速传感器的结构原理图如图3.12, 霍尔转速传感器的接线图如图3.13 。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。 图3-12 霍尔转速传感器的结构原理图 3-13 霍尔转速传感器的接线图缺点：采用霍尔传感器在信号采样的时候，会出现采样不精确，因为它是靠磁性感应才采集脉冲的，使用时间长了会出现磁性变小，影响脉冲的采样精度。3.2.2光电传感器整个测量系统的组成框图如图3.14所示。从图中可见,转子由一直流调速电机驱动,可实现大转速范围内的无级调速。转速信号由光电传感器拾取,使用时应先在转子上做好光电标记,具体办法可以是:将转子表面擦干净后用黑漆(或黑色胶布) 全部涂黑,再将一块反光材料贴在其上作为光电标记,然后将光电传感器(光电头) 固定在正对光电标记的某一适当距离处。光电头采用低功耗高亮度LED ,光源为高可靠性可见红光,无论黑夜还是白天,或是背景光强有大范围改变都不影响接收效果。光电头包含有前置电路，输出05V的脉冲信号。接到单片机89C51的相应管脚上，通过89C51内部定时/计时器T0、T1及相应的程序设计，组成一个数字式转速测量系统。 图3.14 测量系统的组成框图 优点：这种方案使用光电转速传感器具有采样精确，采样速度快，范围广的特点。 可见，光电传感器用来测转速具有霍尔传感器无法比拟的优点。3.3单片机系统设计3.3.1 AT89C51简介 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存贮器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL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， 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。其引脚图如图3-15所示： 图3-15 AT89C51引脚图管脚说明：1.VCC：供电电压；2.GND：接地；3.P0口：P0口双向8位三态I/O口。在不接片外存储器与不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口是地址总线低8位及数据总线分时复用口，可驱动8个TTL负载，作通用I/O口时，需要接上拉电阻。4.P1口：P1口为8位准双向I/O口，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线（作为输入时，口锁存器必须置1），可启动4个TTL负载。5.P2口：P2口为8位准双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当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进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。6.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，它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的一些特殊功能口，如下表3-1所示：7.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。8.ALE/PROG：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低位字节。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1/6。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。引 脚第 二 功 能信 号 名 称P3.0RXD串行数据接收P3.1TXD串行数据发送P3.2INT0外部中断0请求P3.4INT1外部中断1请求P3.4T0定时器/计数器0输入P3.5T1定时器/计数器1输入P3.6WR外部RAM写选通P3.7RD外部RAM读选通表3-4 P3口的第二功能P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 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。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 9.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。 10.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）。 11.XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 12.XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.3.2单片机最小系统设计 单片机最小系统由晶振、复位电路、程序存储器和数据存储器、电源和接地构成，其中晶振和复位电路是最重要的组成部分，最小系统图如图3-16： 3-16 单片机最小系统图单片机最小系统晶振X1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用1533pF, 并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好，单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位间，一般采用1030uF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位（如图3-17 (a)）和按钮复位(如图3-17(b)两种方式。 图3-17 单片机复位电路51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。51单片机在系统复位时，将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值，至于内部RAM内部的数据则不变。 4 软件设计软件设计需要解决的是单片机中断服务程序的设计、计算程序的设计、显示部分的程序设计。首先介绍一下编程软件uVision和仿真软件 Proteus以及设计软件Protel DXP.4.1 程序设计软件介绍4.1.1uVision介绍Keil uVision是德国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统C语言的语法来开发，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期,他还能嵌入汇编，可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51编译器的功能不断增强，可以完成编辑、编译、链接、调试、仿真等完整开发流程。4.1.2 Proteus介绍 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。 Proteus功能： 1 原理布图 2PCB自动或人工布线 3SPICE电路仿真 4.1.3 Protel DXP介绍Protel DXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。Protel DXP运行在优化的设计浏览器平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB设计过程。通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，Protel DXP提供了全面的设计解决方案。Protel DXP 2004已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH（原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、Auto Router（自动布线器）和FPGA设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。 与较早的版本Protel99相比，Protel DXP 2004不仅在外观上显得更加豪华、人性化，而且极大地强化了电路设计的同步化，同时整合了VHDL和FPGA设计系统，其功能大大加强了。4.2程序设计思路 本程序设计采用单片机内部定时中断来进行时间的累加和计算。4.2.1定时中断1.中断的概念和功能 中断是通过硬件来改变CPU的运行方向的。计算机在执行程序的过程中，当出现CPU以外的某种情况时，由服务对象向CPU发出中断请求信号，要求CPU暂时中断当前程序的执行而转去执行相应的处理程序，待处理程序执行完毕后，再继续执行原来被中断的程序。这种程序在执行过程中由于外界的原因而被中间打断的情况称为“中断”。定时中断是为满足定时或计数溢出处理的需要而设置的，当定时器/计数器的计数结构发生计数溢出时，即表明定时时间到或计数值已满，这时溢出标志TF0 或TF1 被置“1”，请求中断处理。 2.单片机内部定时中断的控制 图4-1 控制寄存器TCON TMOD用于控制T0、T1的工作方式和4种工作模式。其中低4位用于控制T0，高4位用于控制T1。其格式如下 图4-2模式控制寄存器TMOD 定时器/计数器具有两种工作模式，当=0时工作于定时器模式，当=1时工作于计数器模式。同时其具有四种工作方式由M1、M0选择，如下表：M1M0选择位 模式工作模式M1M0=00013位定时/计数器模式M1M0=01116位定时/计数器模式M1M0=102常数自动装入的8位定时/计数器工作模式M1M0=113仅适用于T0，为两个8位定时/计数器工作模式，T1停止计数 表4-1定时器工作模式选择位4.2.2转速测量1.转速测量方法对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的工程测量中,电子式定时计数测量频率的方法一般有三种：测频率法:在一定时间间隔t 内,计数被测信号的重复变化次数N ,则被测信号的频率fx 可表示为：f x =N/t测周期法:在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0 ,则被测信号频率fx = fc/ m0 ,其中, fc 为时钟脉冲信号频率。多周期测频法:在被测信号m1 个周期内, 计数时钟脉冲数m2 ,从而得到被测信号频率fx ,则fx 可以表示为 m1 由测量准确度确定。2.转速测量原理一般的转速长期测量系统是预先在轴上安装一个有60 齿的测速齿盘,用变磁阻式或电涡流式传感器获得一转60 倍转速脉冲,再用测频的办法实现转速测量。而临时性转速测量系统,多采用光电传感器,从转轴上预先粘贴的一个标志上获得一转一个转速脉冲,随后利用电子倍频器和测频方法实现转速测量。不论长期或临时转速测量,都可以在微处理器的参与下,通过测量转轴上预留的一转一齿的鉴相信号或光电信号的周期,换算出转轴的频率或转速。即通过速度传感器,将转速信号变为电脉冲,利用微机在单位时间内对脉冲进行计数,再经过软件计算获得转速数据。即:n=N/ (mT) (1)n 转速、单位:转/ 分钟;N 采样时间内所计脉冲个数;T 采样时间、单位:分钟;m 每旋转一周所产生的脉冲个数(通常指测速码盘的齿数) 。如果m=60, 那么1 秒钟内脉冲个数N就是转速n, 即:n=N/ (mT) =N/60 1/60=N (2)通常m为60。 在对转速波动较快系统或要求动态特性好而精度高的转速测控系统中,调节周期一般很短,相应的采样周期需取得很小,使得脉冲当量增高,从而导致整个系统测量精度降低,难以满足测控要求。提高采样速率通常就要减小采样时间T, 而T 的减小会使采到的脉冲数值N 下降,导致脉冲当量(每个脉冲所代表的转速) 增高,从而使得测量精度变得粗糙。通过增加测速码盘的齿数可以提高精度,但是码盘齿数的增加会受到加工工艺的限制,同时会使转速测量脉冲的频率增高,频率的提升又会受到传感器中光电器或磁敏器或磁电器件最高工作频率的限制。凡此种种因素限制了常规智能转速测量方法的使用范围。而采用本文所提出的定时分时双频率采样法,可在保证采样精度的同时,提高采样速率,充分发挥微机智能测速方法的优越性及灵活性。4.3程序功能分析1. 转速计算程序本程序采用统计在一秒钟时间内的转过的圈数来计算转速，并且根据仿真程序的数据分析发现，转速越高产生的误差越大，因此本程序在对众多数据的分析基础上，总结出最佳的误差修正方案，使转速在19999r/s内误差不差过一圈，达到了设计要求。在不采用修正时相应的数据如表所示：转速r/s10050010001500200025003000350040004500测量转速10050010001501200125013002350240024503 误差0001112223转速r/s5000550060006500700075008000850090009500测量转速5003550360046509700475057505750590069506 误差3344455566 表4-2测量数据与误差 由表分析得出，转速每增加1500r/s则误差增加1，因此可通过比例修正。令v=v-v/1500;由于系统不同，误差可能不同，调节基数的大小，可以动态的改变误差值，使误差趋于0.此部分程序如下，其中包括千位、百位、十位、个位的计算方法。uchar i,bitcode,m;v=f/4;bitcode=0xfe; v=v-v/1500; m=v%100; dis0=v/1000; /千位 dis1=(v%1000)/100; /百位 dis2=m/10; /十位 dis3=m%10; /个位2.数码管的动态显示程序本设计由于要显示四位数字，如若用静态显示占用的I/O口太多，因此显示电路采用LED数码管动态显示，可减少I/O口的占用。实现程序如下：for(i=0;i4;i+) P2=tabledisi; P1=bitcode; delay(1); P1=0xff; bitcode=_crol_(bitcode,1); Bitcode为位选码，table为数码管显示数字代码表。通过P2口输出四位数据，通过不停的循环移位将千、百、十、个位显示出来，每位显示间隔时间在0.5毫秒，由于人的视觉暂留现象，将会把四位数据看成是同时显示的，达到动态显示的目的。3定时中断的初始化void timer0() interrupt 1 t+;TR0=0;TR1=0;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;if(t=80)display(); /每隔四秒显示刷新一次f=TH1*256+TL1; /将计数值给fTH1=0;TL1=0;t=0;TR0=1;TR1=1;定时器T0为定时器模式，并且工作于方式1，当晶振频率为12MHZ时最大可定时65536us，本程序将计数值设为50ms，即每50ms定时器将产生一次溢出中断，用变量t记下溢出次数，即可计算时间。T1工作于方式1，为计数器模式，最大可计数65536次，程序每隔四秒调用一次显示T1将计数值给变量f，然后清空计数值。4.4 主程序流程图程序流程图主程序流程图7.2.1 显示开始初始化定时器计时器刷新数码管延时0.5ms 图4-3 主程序流程图显示子程序流程图4-4 开始 显示缓存初始化LED显示初始化数码显示 图4-4 显示子程序流程图定时器