单片机测速表课设.docx

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单片机测速表课设

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课程设计报告

题目名称：

基于单片机的测速表设计

所属课程：

单片机原理及应用

目录

1、任务书

2、脉冲信号的获得

3、硬件连接

4、附录电路图

5、程序编程

6、程序分析

7、参考文献

设计任务书

设计要求

（1）测速范围在0——9999r/s

（2）4位共阴极LED显示转速，动态扫描驱动

（3）键盘设定报警值。

（4）频率小于等于100HZ时采用测周法，频率大于100HZ时采用测频法或全频

（5）速度传感器采用霍尔传感器，或光电传感器。

基于单片机的测速表设计

一．脉冲信号的获得

有多种方式来获得脉冲信号，这些方法有各自的应用场合。

下面逐一进行分析

1光电传感器

     光电传感器是应用非常广泛的一种器件，有各种各样的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。

以透射式为例，如图1所示，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，否则打开。

为此，可以制作一个遮光叶片如图2所示，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。

当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。

图1光电传感器的原理图

图2遮光叶片

2光电编码器

     光电编码器的工作原理与光电传感器一样，不过它已将光电传感器、电子电路、码盘等做成一个整体，只要用连轴器将光电传感器的轴与转轴相连，就能获得多种输出信号。

它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。

如图3所示，是某光电编码器的外形。

图3 光电编码器

3霍尔传感器

     霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。

如图4所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。

  图4 CS3020外形图

     使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。

如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。

在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。

    这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。

通过对比选择，认为霍尔传感器比较使用，而且电路比较容易实现，器件比较耐用，比较适合那种工作环境比较恶劣的场所，而且价格比较便宜，节约制作成本。

二、硬件连接

    测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。

     通常，可以用计数法、测脉宽法和等精度法来进行测试。

所谓计数法，就是给定一个闸门时间，在闸门时间内计数输入的脉冲个数；测脉宽法是利用待测信号的脉宽来控制计数门，对一个高精度的高频计数信号进行计数。

由于闸门与被测信号不能同步，因此，这两种方法都存在±1误差的问题，第一种方法适用于信号频率高时使用，第二种方法则在信号频率低时使用。

等精度法则对高、低频信号都有很好的适应性。

 连接电路图见下页

三、软件编程

    测量转速，使用霍尔传感器，被测轴安装有12只磁钢，即转轴每转一周，产生12个脉冲，要求将转速值（转/分）显示在数码管上。

程序如下：

程序代码

DISPBUF EQU 5AH  ;显示缓冲区从5AH开始

SecCoun EQU 59H

SpCoun EQU 57H ;速度计时器单元57H和58H，高位在前（57H单元中）

Count EQU 56H ;显示时的计数器

SpCalc bit 00h ;要求计算速度的标志

Hidden EQU 16 ;消隐码

orG 0000H

AJMP START

orG 1BH

JMP TIMER1 ;定时中断1入口

orG 30H

START:

 MOV SP,#5FH ;设置堆栈

MOV P1,#0FFH

MOV P0,#0FFH

MOV P2,#0FFH ;初始化，所有显示器、LED灭

MOV TMOD,#00010101B ;定时器T1工作于方式1，定时器0工作方式1 MOV TH1,#HIGH（65536-4000）

MOV TL1,#LOW（65536-4000）

SETB TR1

SETB ET1 ;开定时器1中断

SETB EA

LOOP:

 JNB SpCalc,LOOP ;如果未要求计算，转本身循环

;标号：

 ＭＵＬＤ    功能：

双字节二进制无符号数乘法

;入口条件：

被乘数在R2、R3中，乘数在R6、R7中。

;出口信息：

乘积在R2、R3、R4、R5中。

;影响资源：

PSW、A、B、R2～R7    堆栈需求：

  ２字节

MOV R2,SpCoun

MOV R3,SpCoun+1

MOV R6,#0

MOV R7,#5 ;测得的数值是每秒计数值，转为每分转速（每一转测12次，故乘5而非60）

CALL MULD

;标号：

 ＨＢ２   功能：

双字节十六进制整数转换成双字节ＢＣＤ码整数

;入口条件：

待转换的双字节十六进制整数在R6、R7中。

;出口信息：

转换后的三字节ＢＣＤ码整数在R3、R4、R5中。

;影响资源：

PSW、A、R2～R7    堆栈需求：

  ２字节

MOV A,R4

MOV R6,A

MOV A,R5

MOV R7,A ;将乘得的结果送R6R准备转换，这里结果不可能超过2字节

CALL HB2

CBCD:

MOV DISPBUF,R3 ;最高位

MOV A,R4 ;

ANL A,#0F0H ;去掉低4位

SWAP A ;将高4位切换到低4位

MOV DISPBUF+1,A

MOV A,R4

ANL A,#0FH

MOV DISPBUF+2,A

MOV A,R5

ANL A,#0F0H

SWAP A

MOV DISPBUF+3,A

MOV A,R5

ANL A,#0FH

MOV DISPBUF+4,A

CLR SpCalc ;清计算标志

JMP LOOP

;主程序到此结束

TIMER1:

 PUSH ACC;ACC入栈

PUSH PSW ;PSW入栈

SETB RS0 ;工作区1

JNB TR0,SETTR0 ;如果T0未运行，则开启T0

JMP GO1

SETTR0:

SETB TR0

GO1:

INC SecCoun ;秒计数器加1

MOV A,SecCoun

CJNE A,#251,Go2 ;如果未到1s则转

CLR TR0 ;1ｓ到了，则停止T0的运行

MOV SpCoun,TH0

MOV SpCoun+1,TL0 ;读取计数值

CLR A

MOV TH0,A

MOV TL0,A ;清计数器

SETB SpCalc ;要求主程序计算速度

MOV SecCoun,#0 ;清秒计数器

Go2:

INC COUNT       ;用于显示的计数器

MOV A,COUNT

CLR C

SUBB A,#6

JZ N1

JMP N2

N1:

 MOV COUNT,#0

N2:

 MOV A,#DISPBUF

ADD A,COUNT 

MOV R0,A ;指向当前要显示的显示缓冲区

MOV A,@R0 ;取第一个待显示数

MOV DPTR,#DISPTAB ;字形表首地址

MOVC A,@A+DPTR  ;取字形码

MOV P0,A ;将字形码送P0位（段口）

MOV A,COUNT

MOV DPTR,#BitTab ;字位表首地址

MOVC A,@A+DPTR

orL P2,#11111100B   

ANL P2,A

MOV TH1,#HIGH（65536-4000） 

MOV TL1,#LOW（65536-4000）

POP PSW

POP ACC

RETI

BitTab:

 DB 7Fh,0BFH,0DFH,0EFH,0F7H,0FBH

DISPTAB:

DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH

四、程序分析

     主程序在对定时器、计数器、堆栈等进行初始化后即判断标志SpCalc是否为1，如果为1，说明要求对数据进行计算处理，首先将SpCalc标志清零，以保证下次能正常判断，然后进入数据处理程序，由于这里的闸门时间为1s，而显示要求为转/分，因此，要将测到的数据进行转换，转换的方法是将测得的数据乘以60，但由于转轴上安装有12只磁钢，每旋转一周可以得到12个脉冲，因此，要将测得的数据除以12，所以综合起来，将测得的数据乘以5即可得到每分钟的转速。

计算得到的结果是二进制的整数，要将数据送往显示缓冲区需要将该数转化为BCD码。

运算得到的是压缩BCD码，需要将其转换为非压缩BCD码，从标号CBCD开始的一段程序即作了这样的处理。

需要说明的是，这里多位二进制乘法和多位二进制到BCD码的转换都是用了现成的成熟子程序，因此，首先将二进制数转换为压结合实际BCD码，然后再转换成非压缩BCD码，看似多写了些程序，实际上这对于保证程序的质量很有好处。

    定时器T1用作 4ms定时发生器，在定时中断程序中进行数码管的动态扫描，同时产生1s的闸门信号。

1s闸门信号的产生是通过一个计数器Count，每次中断时间为 4ms，每计250次即为1s，到了1s后，即清除计数器Count，然后关闭作为计数器用的T0，读出TH0、TL0中的数值，分别送入SpCoun和 SpCoun+1单元，将T0中的值清空，置SpCalc标志为1，要求主程序进行速度值的计算。

这里还有一个细节，用作1s闸门信号产生的Count每次中断都会加1，而T0却有一个周期是被关闭的，因此，计数值是251而不是250。

参考文献

[1]　李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：

北京航空航天大学出版社，1998

[2]张毅刚.单片机原理及应用.北京：

高等教育出版社，2003

[3]　阎石.数字电子技术基础（第三版）.北京：

高等教育出版社，1989

[4]戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计.北京：

电子工业出版社,2006