基于单片机的转速表毕业设计论文Word文档下载推荐.docx

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学　　号：

中国·

大庆

2012年6月

摘要

随着现代科学技术的发展，计量技术相应地也得到迅速发展。

在这个领域中，数字仪表越来越现实它的优越性和生命力：

精度高、速度快、便于记录、控制和传递，因而数字式仪表得到了广泛的应用。

在转速计量方面，数字转速表更是一种理想的测量仪器。

随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，以单片机为核心的数字转速表更是得到了广泛应用。

本文便是运用AT89S52单片机控制的数字式转速表。

电机在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的参数。

数字式转速表就是对电机转速进行测量，并可以和PC机进行通信，显示电机的转速，并观察电机运行的基本情况。

本设计主要用AT89S52作为控制核心，由霍尔传感器，LED数码显示管，施密特触发器等构成。

充分发挥单片机的性能。

本文重点是数字转速表的硬件电路和软件设计。

本设计优点是电路较简单、功能完善、测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。

关键字：

AT89S52转速表数字

Abstract

Withthedevelopmentofmodern,measurementtechnologyrapiddevelopment.Inthisarea,thedigitalinstrumentismorerealisticitssuperiorityandvitality:

fast,easytorecord,easytocontrolandtransmission,sothedigitalinstrumentusedwidely.Inthemeasurementofmotorspeed,digitaltachometerisanidealmeasuringinstruments.Withtheextensiveapplicationofmicro-computer,especiallytheemergenceofsingle-chip,widelyappliedasthemicrocontrollercore.

Thisarticle,weusetheAT89S52microcontrollertocontrolthedigitaltachometer.Duringoperation,themotorneedstobemonitoring,speedisanessentialparameter.Digitaltachometertomeasuremotorspeed,andcancommunicatewithaPC,displaythemotorspeed,andobservethemotorrunning.

ThisdesignwithAT89S52ascontrolcore,bytheHallsensor,LEDdigitaldisplaytube,thecompositionoftheSchmitttrigger,andsoon.Givefullplaytotheperformanceofthemicrocontroller.Thisarticlefocusesontheofthedigitaltachometer.

Theadvantageofasimpleandcontrolsystemreliable,cost-effectiveandsoon.

Keywords:

AT89S52,Tachometer,Digital

目录

摘要2

1转速表原理5

1.1转速表原理分析5

1.2转速计算及误差分析5

1.3转速测量7

2硬件电路设计8

2.1系统总体设计方案8

2.2系统各组成方案的选择与论证比较8

2.3单元模块电路设计10

3软件设计11

3.1主程序框图11

3.2定时器TO中断服务子程序流程图12

3.3定时器TO中断服务子程序流程图13

3.4系统特点13

4单片机介绍14

4.1单片机概述14

4.1.1单片机14

4.1.2单片机的发展过程14

4.1.3单片机的特点14

4.1.4单片机的应用领域15

4.2AT89S52芯片简介15

4.2.1主要性能16

4.2.2AT89S52的基本结构17

4.2.3AT89S52单片机的封装17

4.3引脚说明18

结论20

参考文献：

21

附录一：

元件清单22

附录二：

主程序23

1转速表原理

1.1转速表原理分析

目前常用的转速测量方法有M法、T法、MT法。

M法（即测频法）是指在固定的时间内测出转速传感器输出的脉冲个数。

经分析得知，M法在测高速时相对误差较小。

T法（即测周期法）是指在转速传感器输出脉冲周期内对时钟信号进行计数，测出转速脉冲周期，进而计算出转速。

经分析得知，T法在测低速时相对误差较小。

MT法是指在M法基础上吸取了T法之优点而形成的。

其测速过程是：

在转速传感器输出脉冲是上升沿到来时启动定时（定时时间为Tc）,同时计传感器输出脉冲个数和时钟脉冲个数，定时时间到，先停止对传感器输出脉冲的计数，待下一个传感器输出脉冲上升沿到来时在停止对时钟脉冲的计数，由记录的两脉冲m1和m2求出转速。

假定旋转体每转一周，转速传感器输出p个脉冲，又设转速N，时钟频率为f0，则

（1-1）

通过式（1-1）可方便地计算出转速，因为不存在误差，的最大误差为一个时钟，所以MT法测速时的相对误差为：

（1-2）

在式（1-2）中，由于m2通常较大，固相对误差较小，即该测量方法精度较高，在本转速表设计中，我采用的是MT法。

为了减少误差，在转速小于3600rpn时采用T法计算转速，而大于3600rpn就进行M法计算转速

。

1.2转速计算及误差分析

根据转速、周期、频率之间的关系可知

（1-3）

（1-4）

（1-5）

式中，—被测转速，rmin；

—转速信号周期，s；

—转速信号频率，Hz；

—计算脉冲的周期，又称时基，本仪表Tc=4us；

将式（1-5）带入（1-3）得

（1-6）

用十六进制数表示为

式中N已存入75H、74H、73H单元。

利用除法子程序，即可求出转速。

下边计算该系统的相对误差。

分别对式（1-3）和式（1-5）求微分

（1-7）

（1-8）

将式（1-7）代入（1-8），得

（1-9）

式中，△N-量化误差，△N=±

1个计数脉冲，又已知时基Tc=4us，故

（1-10）

由式（1-10）可知，相对误差与频率成正比，即相对误差随转速的升高而升高。

因此，为了提高测量精度，高转速时需要连续测量数个周期。

本设计中为4个周期，即测得的N为4个周期内的总和，所以

（1-11）

（1-12）

用十六进制数表示，为

对式（1-12）进行微分

因此可求出高速测量时的相对误差

同样，代入Tc=4us，△N=±

1个脉冲，则

（1-13）

将式（1-13）与（1-10）比较可知，采用多周期测量相对精度大大提高。

例如，当n=3000rmin时，由式（1-10）可求出，其相对误差为

当n=6000rmin时，由式（1-12）计算出相对误差为

该仪表设置的临界转速为3662rmin，其对应的每周期计数脉冲个数。

开机时，首先按低转速测量，然后判转速n是高于还是低与3662rmin。

若低于此临界值，则仍按低速测量，若高于它，便主动转入高转速测量，即连续测量4个周期。

1.3转速测量

由式（1-6）和（1-12）可知，只要能够求出脉冲个数N，即可求出转速。

为了得到计数脉冲，可以采用门控方式的硬件技术方法，也可以采用中断方式的软件计数方法。

门控方式计数：

由AT89S52定时器计数器T0工作原理可知，当其工作在计数方式时，只要T0口上有负跳变，计数器就加1。

CPU在每个周期的S5P2状态时，采样T0，所以需要2个机器周期才能识别一个T0的负跳变，即T0的周期至少应等于2倍机器周期。

若晶振频率为6MHz，6分频后得到ALE信号，鼓ALE周期为1us，机器周期为2us。

由此可知，最低计数脉冲周期Tc为4us，可由ALE信号经74LS74中的两个D触发器4分频后取得。

中断方式计数：

高转速时为了连续测量4个输入周期，可以采用中断方式计数。

在初始化或前一次测量结束时，单片机禁止“外部中断0”和“定时器0溢出中断”。

设置“外部中断0”为负跳沿触发方式，设定“计数器0”为非门控计数方式，然后等待中断。

外部中断负脉冲一到，立即启动“计数器0”工作，对T0的4us计数脉冲进行计数。

计到4个测量周期时，停止“计数器0”工作，禁止外“中断”，恢复测量周期常数3，并计得的脉冲数存入相应单元。

门控方式和中断方式计数，有效的解决了精度测量输入脉冲周期和高低量程自动切换问题，测得计数脉冲个数后，即可转入计算转速n的子程序，计算结果的BCD码相应的存入4个存储单元，以备显示。

通过对转速表原理、计算、误差、转速测量等的分析，我们可以对本转速表的相关原理有一定了解：

（1）本转速表采用MT法进行转速测量。

在转速小于3600转时采用T法，转速大于3600转时用M法。

（2）该仪表设置的临界转速为3662rmin，其对应的每周期计数脉冲个数。

（3）门控方式和中断方式计数，有效的解决了精度测量输入脉冲周期和高低量程自动切换问题，测得计数脉冲个数后，即可转入计算转速n的子程序，计算结果的BCD码相应的存入4个存储单元，以备显示。

2硬件电路设计

2.1系统总体设计方案

该转速表由反射式光电传感器、整形电路、转速计算电路及数码显示电路等四部分组成（如图1所示）。

图1单片机数显转速表原理图

其工作原理是：

光照度改变使光敏电阻阻值的改变，而引起光敏电阻两端电压的改变。

电压变化信号通过传感器传到计数器上计数计时。

在光电门一端有个线性光源，另一端有个光敏电阻，门中无物体阻挡时光照射到光敏电阻上。

有光照时光敏电阻阻值减小，光敏电阻两端为低电压。

当门中有物体阻挡时，光敏电阻受到光照度减小，电阻增大，光敏电阻两端为高电压。

当光电门计数时，传感器将高低变化的信号传到计数器上，计数器进行计数。

一次电压变化计数器计数一次。

当计数器计时时，计数器获得高电压时计时开始，获得低电压时计时停止。

利用光反射信号的边沿停止单片机计时。

这样就可以测量出装盘的旋转周期t，然后在利用单片机把周期换算成转速并通过LED数码管显示出来。

2.2系统各组成方案的选择与论证比较

（1）、电源（控制）部分

电路输入220V交流电，经过全桥整流，稳压后输出5V的直流电。

（2）、传感部分

因为光电传感器具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，所以采用光电式传感器来检测和控制系统。

方案一：

反射式光电传感器：

红外光电传感器、三极管9012和带施密特触发器的非门74LS14组成。

如图2所示。

图2反射式光电传感器和整形电路

方案二:

对射式光电传感器：

把上图中的红外光电传