基于单片机转速测量显示装置的设计

目录

1、概述

1.1 相关背景和应用简介

1.2 总体设计方案........................................................................................... .. (2)

1、各模块的功能介绍 (2)

2、总体设计框图 (3)

2、硬件电路的设计

2.1 传感器的选型及电路接口设计 (4)

2.2 单片机最小系统设计 (6)

一、复位电路 (6)

二、晶振电路 (8)

2.3 显示电路设计 (9)

2.4 脉冲电路设计 (11)

3、软件部分的设计

3.1 总体流程图及子程序流程图 (12)

3.2 主要程序 (13)

4、仿真及结果

4.1 数据分析表 (16)

4.2 仿真界面图 (16)

5、小结

课程设计小结 (17)

6、参考文献

参考文献 (18)

1、概述

1.1相关背景和应用简介

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。

1.2 总体设计方案

1、各模块的功能介绍

图1.1 系统原理图

各部分模块的功能：

①传感器：用来对信号的采样。

②放大、整形电路：对传感器送过来的信号进行放大和整形，在送入单片机进行数据

的处理转换。

③单片机：对处理过的信号进行转换成转速的实际值，送入LED

④LED 显示：用来对所测量到的转速进行显示。

2、总体设计框图

图1.2 总体设计框图

2、硬件电路的设计

2.1 传感器的选型

一、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。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2.1, 霍尔转速传感器的接线图如图2.2。

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2.1 霍尔转速传感器的结构原理图

图2.2 霍尔转速传感器接线图

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。

二、光电传感器

整个测量系统的组成框图如图2.2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0—5V 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2.3 光电传感器测量接口电路

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。综上所述，方案二使用光电传感器来作为本设计的最佳选择方案。

2.2单片机最小系统设计

一、复位电路

MCS-51 单片机复位电路是指单片机的初始化操作。单片机启运运行时，都需要先复位，其作用是使CPU 和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。

图2.4 复位电路

①复位功能：

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2.5 (a)）和按钮复位(如图2.5(b))两种方式。

图2.5 RC复位电路

②单片机复位后的状态:

单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC＝

0000H，

这表明程序从0000H 地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM 为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM 区中的内容，21 个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，见表1。

值得指出的是，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的初始化部分是十分必要的。

说明：表2-6 中符号*为随机状态：