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1、一、任务要求1. 性能要求：测量围：55000rpm;2. 功能要求：采用MCS51系列单片机完成测量，并将测量值显示于数码管上。 分别采用测频法和测周法进行设计，并比较不同速度段的测量精度。二、方案论证系统组成：图1-1系统组成框图如图1-1所示，本次设计的系统主要由以下几个部分组成，即： 传感器、单片机以及显示部分组成。各个部分的方案论证如下：2.1传感器的选择目前，可用于测速的传感器有很多，例如：光电传感器，开关型 霍尔传感器，电涡流传感器以及光电编码器等。方案一：采用光电传感器光电传感器是通过光电二极管和光敏三极管把光输入信号转化为磁输入信号的器件。光电传感器的优点是响应速度快、测量精
2、度高, 能够直接输出高低电平，缺点是容易受外来光线、灰尘等的影响，即 对周围环境的要求比较高。方案二：采用开关型霍尔传感器 开关型霍尔传感器是利用霍尔效应把磁输入信号转换成电信号 的器件。开关型霍尔的优点是能够直接输出高低电平， 属于大信号传 感器，对外部的信号调理电路要求不高， 缺点是响应速度不如光电传 感器。方案三：采用电涡流传感器电涡流传感器是利用电涡流效应来工作的传感器， 具有长期工作 稳定性好，抗干扰能力强，但是输出信号比较弱，后续处理电路比较 复杂，且一般价格比较高。在灰尘和粉尘较少而要求频率响应围比较宽的情况下， 可以采用 光电传感器。 而在灰尘和粉尘比较多的情况下， 则选用开关
3、型霍尔传 感器。由于本次设计主要针对自行车和汽车的测速， 故选用开关型霍 尔传感器。2.2 显示模块的选择方案一：采用LED数码管LED数码管只可以显示数字和简单的字母，其优点是价格便宜， 程序编写比较简单，功耗低，缺点是亮度不高，在要显示数字多的场 合下，体积较大，比较占空间。方案二：采用LCD1602夜晶显示LCD1602夜晶显示模块具有体积小、功耗低，对比度可调且能够显示ASCI码和简单的汉字等优点，其缺点是成本比数码管高，而 且程序编写相对复杂。方案三：采用LCD12864夜晶显示LCD12864液晶显示屏优点是能够显示汉字，且功耗比较低，其 确定是软件编程比较复杂。2.3测速原理论证
4、测频法原理：测频法原理图如图1-2所示,即测量一段时间t，所计的脉冲数 为N,则所测得的频率为f=t/N，其“ 1误差”为1/N 1/ ft。由 此可见，在t 一定时，所测频率f越高，则“1误差”越小。因此测频法适用于测低频。图1-2测频法原理图测周法原理：测周法原理图如图1-3所示，即对信号的周期T进行测量，然后 根据f=1/T就可以得到频率。在本设计中就是通过对单片机部时钟脉 冲计数得到两个脉冲之间的时间间隔 T。假设单片机部时钟为f ,所 计得的脉冲数为N，则时间间隔T =N/ f，即频率f二f /N。其“1误差”为 1 / N 1 /Tf。由此可知，在时钟脉冲f 一定时，所测的时间间隔
5、T越大，即所测频率越低，则“1误差”越小，精度越高JLFLIrT-图1-3测周法原理图综上所述，为了提高所设计的测速仪的精度，因此本次设计采用 测频法和测周法相结合的方法，即低频时采用测周法，高频时采用测 频法。三、硬件设计总的原理框图:图1-4总的硬件原理框图如图1-4所示，即为整个系统的原理框图，该智能测速仪是利用霍尔传感器来采集信号，当磁粒靠近霍尔传感器时，霍尔传感器向单 片机输出一个脉冲，经过单片机的处理，将频率和转速送到LCD1602中显示。3.1单片机最小系统图1-5单片机最小系统原理图单片机的最小系统电路如上图1-5所示，主要由单片机、晶振电 路、复位电路三部分组成。其中晶振电路
6、由一个12MHz的晶体振荡器和两个瓷片电容组成，为单片机提供时钟频率，本次设计采用12M 晶振是为了使定时能够更精准，计算更方便。复位电路由上图中的 S1,R3,R4和C1所组成，具有上电复位和按键复位两种复位方式。由 于要使用P0 口作为数据传送端，所以需要在P0加上拉电阻。本次设 计选用的单片机是STC89C54RD+。3.2霍尔传感器电路I_CZI-f3图1-6霍尔传感器电路原理图霍尔传感器电路如上图1-6所示，本次设计选用的霍尔型号为44E开 关型霍尔传感器，当小磁粒靠近时，霍尔输出低电平。图中 D2为电 源指示灯，D1为小磁粒靠近霍尔的指示灯。LM393为电压比较器，2脚输入电压为2
7、.5V，此处加个电压比较器使输出信号更稳定，能够输出比较稳定的脉冲信号。3.3液晶显示模块电路图1-7液晶显示电路原理图液晶显示电路如右图所示，其中1脚VSS和2脚VDD为电源地 和电源正极，3脚V0是用来调节液晶屏幕显示的对比度的，4脚RS 为数据/命令选择端，5脚R/W为读写端，6脚E为使能端，714脚 的DB0DB7为数据端，15脚BLA和16脚BLK为背光电源端。四、软件设计4.1软件实现功能并且能够软件主要实现功能是完成测频法和测周法的算法实现,进行自动的根据频率围进行两种方法之间的转换。4.2主程序框图液晶和中断 初始化是测频法标志位置位 测周法标志位清零测周法标志位置位 测频法标
8、志位清零1显示频率和 转速结束图1-8主程序框图主程序框图如图4.3定时器中断程序框图进入中断4.4外部中断程序框图三、模拟调试部分5.1模拟装置简介本次设计所使用的5,2模拟调试方法5.3结果四、小结6.1实验中所遇到的问题 、在编程时，采用测周法时始终无法得到正确的频率，所显示 的频率值始终在4000到5000左右变化，而定时器的计数值（用来计 算两个脉冲之间的时间的量）始终只有几百，即时间为几百微秒。 、在实际测量时，发现测得的频率值与实际的频率值相差很大,且相对误差在 10%左右，例如实际值为325r/min ，而测得值为354r/min，即相对误差为（354-325）/325*100
9、%=8.9%，误差比较大。 、采用测周法时，当频率为0时，其实际显示值不为零，始终 停留在之前的值，保持不变。6.2 分析、解决6.3 设计结果评价附录 1-T n_11L#in clude#defi ne uint un sig ned int#defi ne uchar un sig ned charsbit LCD_RS = P2A6; 液晶控制端sbit LCD_RW =卩2八5;sbit LCD_EP = P2A7;uchar code tab1 = freq 0000 Hz; / 液晶第一行默认显示数据 uchar code tab2 = n 0000 r/mi n;/ 液晶第二行
10、默认显示数据long speed_co un t=0; 计数值uint freq=0;/ 频率值uint speed=0; 转速值ui nt timer_cou nt=0;/ 定时器计数值uint int_t0_count=0;M法时外部中断计数值uchar intt0_count=0;/T 法中用来平均的bit m_flag=1; /M 法标志位bit t_flag=0; /T 法标志位bit first_flag=0; / 第一个测频值显示的标志void delay(uchar ms);/延时子程序void init_interuppt();/ 定时器 0 初始化void lcd_init
11、();/ 液晶初始化void write_1602_wcmd(uchar );/液晶写入指令函数void write_1602_wdat(uchar dat);/ 液晶写入数据函数void write_speed(uchar address,ui nt dat);/160药速度值 void main()lcd_init();/液晶初始化init_interuppt();/中断初始化while(1)if(first_flag=1)if(freq1000)/频率大于 1000则采用测频法 m_flag=1; t_flag=0;else m_flag=0; t_flag=1; write_speed
12、(0x45,freq); /显示频率值 write_speed(5,speed); /显/ 示转速值*/* /* 延时函数/*void delay(uchar ms)uint i,j;for(i=ms;i0;i-) for(j=150;j0;j-);/*/* 定 时 器 计 数 器 初 始 化 */void init_interuppt()/设置为工作方式 1，16 位计数方式TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;ET0=1; /使能定时器 0 中断EX0=1;/使能外部中断IT0=1;/下降沿触发EA=1;/使能总中断TR
13、0=1;/开定时器 0 中断/*/* 定时器中断函数void timer0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; /每 50 毫秒进一次中断 TL0=(65536-50000)%256;if(m_flag=1)timer_count+;if(timer_count=20)/每 1 秒钟更新一次速度freq=int_t0_count;speed=freq*10;/频率转换为转速int_t0_count=0;timer_count=0;if(first_flag=0)first_flag=1;if(t_flag=1)timer_count+;if(timer_count=10) speed=0; freq=0;/*外部中断函数*/void int_t0() interrupt 0if(m_flag=1)int_t0_count+;if(t_flag=1)intt0_count+;speed_count += TH0*256 + TL0 + timer_cou
