数字测速仪设计方案

数字测速仪设计方案

1 绪论

1.1 数字测速仪介绍

目前国外数字测速的方法有离心式转速表测量法、测速发电机测量法、闪光测量法、光断续器测量法和霍尔元件测量法。本文采用的是OPTC光断续器测量仪，当车轮转动一周时，OPTC光断续器将会产生一个感应信号，再将产生的感应信号转换为电信号传入单片机，经过数据处理和算法处理后得到转轴的实际速度。

1.2 数字测速仪的应用

转速是能源设备与动力机械性能测试中的一个重要的特性参量，因为动力设备的许多性能参数是根据转速来确定的，例如泵的扬程、压缩机的排气量、轴的功率等等，而且动力设备的振动、管道流体的压力、各种零件及阀门的磨损松动等都与转速密切相关。

1.3 本设计所要实现的目标

本文针对电机的转速进行测量，以单片机为核心对光电开关产生的数字信号进行运算，从而测得电机的转速，然后用LCD把电机的转速显示出来。即通过OPTC 光电传感器将电机的转数转换成0，1的数字量，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和计算，就可获得转速的信息。

本文采用AT89C52单片机实现了转速的实时测量，本设计简单，测量速度快，精度高，运行可靠，可以满足人们对速度准确性和实时性的要求。

1.4 本文的设计方案

速度测速仪设计主要包括微处理器、光电传感器、显示器和驱动器的选择以及硬件电路和软件的设计。

系统硬件方面，控制芯片选取美国Atmel公司的AT89C52单片机，OPTC光电传感器，显示器选择1602LCD，驱动器选择74LS245芯片。利用AT89C52单片机作为核心控制器件,接受来自光电传感器的电信号，处理后输出显示在LCD上。

在软件方面，首先利用单片机进行数据处理，给出速度测速仪的软件设计流程图，最后采用C语言对控制源程序进行编译，用单片机处理把速度显示在LCD 上。

2 主要器件介绍

2.1 AT89C52单片机

AT89C52引脚如图2-1所示：

图2-1 AT89C52引脚图

各引脚功能说明：

Vcc : 电源端，为+5V。

GND : 接地端。

P0（P0.0～P0.7）口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。每位都可以能驱动8个LS型TTL负载。当对P0端口第一次写“1”时，引脚被定义为高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，它也可以作为低8位地址/数据复用。在这种模

式下，P0口是具有部上拉电阻的。在Flash编程中，P0口作为原码输入口，在程序校验时，输出原码，此时P0需要外部上拉电阻。

P1（P1.0～P1.7）口：P1口是一个部有上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1口输出的缓冲器可驱动4个TTL输入。当P1端口输入“1”时，通过部的上拉电阻使端口拉变为高电位，这时可用作输入。当用作输入使用时，外部被拉低的引脚因为部有电阻的原因，将会输出电流。当Flash编程和校验时，P1口作为低8位地址接收。

P2（P2.0～P2.7）口：P2 口是一个部有上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2口输出的缓冲器可驱动4个TTL输入。当P2端口被写“1”时，通过部的上拉电阻可以把端口变为高电位，这时可用作输入。当用作输入使用时，外部拉低的引脚因为部有电阻的原因，将会输出电流。当用于外部程序存储器或者用于16位地址读取外部数据存储器时，P2 口将输出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的部上拉发送1。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口会输出P2锁存器的容。P2口在Flash编程或者校验时，也可接收高8位控制信号和地址信号。

P3（P3.0～P3.7）口：P3口也是一个部具有上拉电阻的8 位双向I/O 口，P3口输出缓冲器可驱动4个TTL输入。当P3口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，将输出电流。在Flash编程和校验时，P3口接收一些控制信号。

P3口也可作为AT89C52的一些特殊功能端口，如下表所示。

RST: 复位输入端。当振荡器进行复位器件时，需保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：地址锁存允许信号端。

PSEN: 程序存储允许输出信号端。当由外部程序存储器读地址期间，每个机器周期PSEN两次有效。但当进行外部数据存储器时，将不出现这两次有效的PSEN 信号。

EA/VPP : 访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA 必须接GND 。为了执行部程序指令，EA 应该接VCC 。在Flash 编程期间，EA 也接收12伏VPP 电压。

XTAL1: 振荡电路反相放大器及外部时钟脉冲的输入端。 XTAL2: 振荡电路反相放大器的输出端。

2.1.1 定时器/计数器的结构

定时/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。TMOD 是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON 是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。定时/计数器结构如图2-2所示：

INT1INT0

T1(P3.5)

T0(P3.4)

图2-2 定时/计数器结构

2.1.2 定时/计数器的控制

AT89C52单片机定时/计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。TMOD 用于设

置其工作方式；TCON 用于控制其启动和中断申请。

（1） 工作模式寄存器TMOD 工作模式

寄存器TMOD 用于控制T0和T1的工作模式，其各位的定义格式如下表：

表2-2 TOMD 的位定义

GATE ：门控位。GATE ＝0时，用软件使TR0(或TR1)置1来启动定时/计数器运

行；GATA＝1时，用软件使TR0(或TR1)置1，同时相对应的外部中断引脚也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。

C/T：定时器/计数器方式选择位。C/T=1时，设置为计数器方式，计数器对外部输入引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脉冲计数；C/T=0时，设置为定时方式，定时器计数89C51片脉冲，对机器周期计数。

M1M0：工作模式设置位。定时/计数器有四种工作模式，由M1M0进行设置。

表2-3 M1和M0的工作模式

（2）控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中断,已在前面介绍。TCON的高4位用于控制定时/计数器的启动和中断申请。其格式如下：

表2-4 TCON的位定义

TF1（TCON.7）：T1溢出标志位。T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。CPU 响应中断后TF1由硬件自动清0。T1工作时，CPU可随时查询TF1的状态。所以，TF1可用作查询测试的标志。TF1也可以用软件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一样。

TR1（TCON.6）：T1运行控制位。可通过软件置1或清0来启动或关闭T1，在程序中用指令“SETB TR1”使TR1位置1，定时器T1开始计数。

TF0（TCON.5）：T0溢出中断请求标志位，其功能与TF1相同。

TR0（TCON.4）：T0运行控制位，其功能与TR1相同。

2.1.3 中断控制

CPU对中断源的开放和屏蔽是由中断允许寄存器IE控制的。

表2-5 IE的位定义