转速测量显示系统一 、题目要求1 . 基于2. 345设计任务：二 、方案选定1 、选择实现转速测量的方法（1）根据测量方法分类在电机的转速测量中，影响测量精度的主要因素有两个：一是采样点的多少，采样点越多，速度测量结果越精确，尤其是对于低转速的测量二是采样频率，采样频率越高，采样的数据就越准确常用的数字测量方法电机转动速度的数字检测基本方法是利用与电动机同轴连接的光电脉冲发生器的输出脉冲频率与转速成正比的原理根据脉冲发生器发出的脉冲速度和序列，测量转速和判别其转动方向根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有:M法（测频法）、T法（测周期法）和M/T法（频率/周期法）2）根据工作原理分类1、计数式方法是用某种方式读出一定时间内的总转数2、模拟式方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量的变化3、同步式是用利用已知的频率与旋转体的旋转同步来测量转速3）几种具体的测量方法①基于霍尔传感器的直流电机转速测量②基于光电传感器的电机转速测量以上两种是常用的转速测量装置此外还有傅立叶变换用于电机转速的测量、基于单片机无线电机转速测量系统、基于光电码盘的的高精度电机转速测量等方法综合以上所述，本次课程设计选用计数式，光电传感器，M法测量电动机转速，适用于中、低速测量。
2 、测量系统的构成转 速 信 号 拾 取整 形 单 片 机显 示 接 口 芯 片驱 动 电 路显 示图1 转速测量框图（1） 转速信号拾取 前面通过对各种测速方法的比较，最终选用计数式，光电传感器，M法测量电动机转速转速信号拾取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换成电量，通用的转速测量系统大都采用一种俗称“码盘”的传感装置，将圆形的码盘固定在转轴上，码盘上有若干规则排列的小孔，用光电偶来输出电信号，以反映转速对应关系，即是将转轴的速度以脉冲形式反映出来，通常有两种形式： ①模模拟量量化后经A/D转换，由数字量反映角度，供单片机计算处理，得出转速②直接由脉冲来反应转轴的角度，用每转产生的脉冲经单片机处理得出转速2） 整形和倍频脉冲信号的上升沿和下降沿对数字电路的触发尤为重要，若要将转速脉冲信号直接加到计数器或外部中断的输入端，并利用其上升沿来触发进行计数，则必须要求输入的信号有陡峭的上升沿或下降沿处理方法上可以用触发器电路来整形3） 单片机单片机是整个测量系统的主要部分，担负对前端脉冲信号的处理、计算、以及信号的同步，计时等任务，其次，将测量的数据经计算后，将得到的转速值传送到显示接口中，用数码管显示数值。
在本系统中考虑到计数的X围、使用的定时，计数器的个数及I，O口线，预选用89C52单片机4） 驱动和显示由于LED数码管具有亮度高、可靠性好等特点，工业测控系统中常用LED数码管作为显示输出本系统也采用数码管作显示LED显示器是用发光二极管显示字段的，通常使用七段构成“日”字型和一只发光二极管作为小数点，称八段数码显示器其有两种驱动方式，共阴驱动和共阳驱动，共阴驱动是各段发光二极管的阴极连在一起，并将公共端接地，在共阳结构中，将各段发光二极管阳极连在一起，并将公共端接上+5V电源，显示字符对应字型代码发光三 、初步设计1 .原理分析信号脉冲整形89C52 P2.2 P2.4P2.1 P0.0 P0.774LS138图2 单片机系统测量转速原理图本系统单片机采用Atmel公司生产的89C52作为主控制器，用4位LED数码管作为显示1）显示部分 89C52单片机的I/0口输出特性是有较大的灌入电流能力，其中P0口的灌电流能力可达20mA，但只有很弱的“吐”电流的能力本系统中选用共阴型数码管，将并联上拉电阻后的P0口作为数码管的段驱动，P2.2、P2.3、P2.4分别接74LS138（3-8译码器）的A、B、C引脚构成位驱动，用以驱动四位数码管。
2）上电复位 89C51的RST端通过电阻和电容直接和电源端相连，实现上电复位，理论上只要复位管脚出现2个机器周期以上的高电平即可完成复位，阻容元件的时间常数可以很小，但考虑到开机时，电源有个上升过程，以及振荡电路尚未完全起振等因素，这里选用的电阻为lK，电容为10u上电瞬间，RESET端的电位与Vcc相同，随着充电电流减小，RESET端的电位逐渐下降，按电路参数可选择电阻为1 kΩ，电容为10uF则时间常数T=RC=10ms，这个时间常数，足以完成复位操作3）信号由于该系统的速度信号已经经传感器转换为脉冲信号了，电动机每转1圈，传感器就输出10个脉冲（我们在电动机的转轴上安装带有10个缺口的圆板）所以，需要用单片机对这些脉冲信号进行技术采样、计算处理，得出电动机的转速值这里采用通用89C52单片机进行脉冲计数采样的方法来测量转速89C52单片机系列有2个16位定时器/计数器，通过编程可以实现所需工作模式所谓计数是对外部事件进行计数外部事件的发生以输入脉冲表示，因此，计数功能的本质就是对外来脉冲进行计数前一个机器周期S5P2拍节对外部计数脉冲进行采样，如果采样为高电平，则后一个机器周期采样为低电平，即为一个有效的计数脉冲。
在下一个机器周期S3P1进行计数可见，采样计数脉冲是在两个机器周期内进行的因此，计数脉冲的频率不能高于振荡脉冲频率的1/244）单片机时钟 单片机的18、19脚接晶体和两个27PF的电容，这里选用振荡频率为12MHz的晶体4） 转速计算公式2 . 系统流程本系统的主程序参考图6，在完成初始化工作以后，及循环等待，每1s时间到之后，开 始计数是否计算？等NY计算转速送显示缓冲区结 束五 、程序调试及仿真1 .基于Keil的程序调试源程序（C语言）#include typedef unsigned int u16; //延时函数变量，对数据类型进行声明定义typedef unsigned char u8; //无符号字符型变量，sbit LSA=P2^2;//3-8编码器A、B、C引脚对应的I/O口sbit LSB=P2^3;sbit LSC=P2^4;sbit ji=P2^1;//输入检测模块脉冲unsigned int s,n;//定义全局变量，n：脉冲个数，s:转速r/su8 code smgduan[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//显示0~F的值 ，加上code将数组存入外部存储器void main(){ Timer0Init();//调用子程序，打开定时器T0 while(1)//计数 { if(ji==0) { n++; while(ji==0);//P2^1状态改变后，跳出循环，防止重复计数 } } }void delay(u16 i)//子程序，用于延时{ while(i--); }void Timer0Init() //子程序，打开定时器T0{ TMOD|=0X01;//选择为定时器0模式，工作方式1，仅用TR0打开启动。
TH0=0Xb1; //给定时器赋初值，定时20ms TL0=0Xe0; EA=1;//打开总中断 ET0=1;//打开定时器0中断允许 TR0=1;//打开定时器 }void DigDisplay()//数码管显示程序{ u8 i; for(i=0;i<4;i++) { switch(i) //位选，选择点亮的数码管， { case(0): P0=smgduan[s%10]; LSA=0;LSB=0;LSC=0; break;//显示第0位 case(1): P0=smgduan[(s/10)%10]; LSA=1;LSB=0;LSC=0; break;//显示第1位 case(2): P0=smgduan[(s/100)%10]; LSA=0;LSB=1;LSC=0; break;//显示第2位 case(3): P0=smgduan[(s/1000)%10]; LSA=1;LSB=1;LSC=0; break;//显示第3位 } delay(100); //间隔一段时间扫描 P0=0x00;//消隐 }}void Timer0() interrupt 1{ static int i;//静态全局变量 DigDisplay();//触发中断后，调用数码管显示程序 i++; if(i==5)//中断5次后，显示最新转速 { s=n; n=0; i=0; } TH0=0Xb1; TL0=0Xe0;}2 .基于PROTEUS的电路原理图3、 实物搭建转速显示模块直流电机调速模块光电测速模块AT89C52七 、实验心得与体会单片机综合设计实验使我受益匪浅。
不仅让我重新复习了单片机原理、汇编语言的知识，也学到了不少新的东西，比如Proteus的使用等进一步了解了光电、霍尔、电容、电感等类似接近开关传感器的结构、工作原理、使用方法综合运用其他先修课程的理论和实践知识，制定设计方案，确定传感器型号，基本掌握有关转速测量的方法与技术学会组建一个简单测量系统，提高动手能力通过计算、分析、绘图，能运用标准、规X、手册并学会查阅有关资料，培养仪表设计的基本技能总之，本次实验对我们每位同学都是一次历练我们有理由相信：在今后的学习、工作中，无论遇到多大困难我们都是不可战胜的！附录：器件清单：品名型号数量89C52单片机AT89C521四位共阴数码管7SEG-MPX4-CC174LS13874LS138110k排阻212M晶振110K电阻122pF电容210uF电容1常开按键1测速传感器模块1参考文献：【1】 《电机转速测量方法研究》 于炳亮——《XX科学》 2005年12月，第18卷第5期SHANDONG SCIENCEVol118 No15Dec12005© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. .ki.n。