1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)----------------------------------------------------------------------------------------------3

3、獲取脈沖信號的方法----------------------------------------------------------------------------4

3、1霍爾傳感器-------------------------------------------------------------4

3、2 光電傳感器-------------------------------------------------------------5

3．3光電編碼器-------------------------------------------------------------6

4、硬件連接圖及原理------------------------------------------------------------------------------6

5、實驗程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------8

6．仿真-----------------------------------------------------------------15

7、PROTEL  DXP原理圖-------------------------------------------------------------------16

8、PCB圖-------------------------------------------------------------------------------------------------16

9、硬件調(diào)試結(jié)果與分析-------------------------------------------------------------------------17

10、謝詞---------------------------------------------------------------------------------------------------17

11、參考文獻--------------------------------------------------------------------------------------------18

1.摘要

測速是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問題，學(xué)會使用單片機技術(shù)設(shè)計測速儀表具有很重要的意義。
     要測速，首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術(shù)制作測速表時，常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸與待測軸相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。使用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數(shù)法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進行計數(shù)，即可獲得轉(zhuǎn)速的信息。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文主要針對電機的轉(zhuǎn)速進行測量，然后用數(shù)碼管把電機的轉(zhuǎn)速顯示出來！

本裝置主要有兩部分構(gòu)成。1光電測速部分。2測得的脈沖處理處理和顯示部分！

光電測速部分主要由光電傳感器構(gòu)成！脈沖處理部分主要經(jīng)施密特觸發(fā)器對接收到的脈沖進行波形校正，由單片機的T1口輸入，經(jīng)80C51處理后顯示輸出電機的轉(zhuǎn)速

下面我們來了解一下光電測速部分！

。

3、脈沖信號的獲得
     可以有多種方式來獲得脈沖信號，這些方法有各自的應(yīng)用場合。下面逐一進行分析。

3．1霍爾傳感器
     霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關(guān)信號采集的有CS3020、CS3040等，這種傳感器是一個3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對準自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸出。


   圖1 CS3020外形圖
     使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。 這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。

3.2．光電傳感器
     光電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一種器件，有各種各樣的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是當發(fā)射管光照射到接收管時，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷。以透射式為例，如圖2所示，當不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時，開關(guān)管關(guān)斷，否則打開。為此，可以制作一個遮光葉片如圖3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當扇葉經(jīng)過時，產(chǎn)生脈沖信號。當葉片數(shù)較多時，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。


圖2光電傳感器的原理圖


圖3遮光葉片

3.3．光電編碼器
     光電編碼器的工作原理與光電傳感器一樣，不過它已將光電傳感器、電子電路、碼盤等做成一個整體，只要用連軸器將光電傳感器的軸與轉(zhuǎn)軸相連，就能獲得多種輸出信號。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。如圖4所示，是某光電編碼器的外形。



圖4 成品光電編碼器

這次課設(shè)我選的是光電傳感器，采用穿透法測量電機轉(zhuǎn)速。光電傳感器的原理上面有詳細的介紹。

當不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時，開關(guān)管關(guān)斷，否則打開。為此，可以制作一個遮光葉片如圖3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當扇葉經(jīng)過時，產(chǎn)生脈沖信號。當葉片數(shù)較多時，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。 這里我們才用轉(zhuǎn)10個孔的方式！在一分鐘的時間內(nèi)，假如產(chǎn)生了10000脈沖，則電機的轉(zhuǎn)速就為1000r/min.

4、硬件連接
     測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于測速。
     通常，可以用計數(shù)法、測脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數(shù)法，就是給定一個閘門時間，在閘門時間內(nèi)計數(shù)輸入的脈沖個數(shù)；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數(shù)門，對一個高精度的高頻計數(shù)信號進行計數(shù)。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在±1誤差的問題，第一種方法適用于信號頻率高時使用，第二種方法則在信號頻率低時使用。等精度法則對高、低頻信號都有很好的適應(yīng)性。
     這里為簡化討論，僅采用計數(shù)法來進行測試。

如上圖：因為光電傳感器不好仿真，這里我們采用了555芯片構(gòu)成一個施密特觸發(fā)器，由光電傳感器得到的脈沖由2，5腳輸入，經(jīng)3腳輸出接到單片機的T1（P3.5）.。經(jīng)89C51編程處理后由P1口輸出通過數(shù)碼管顯示出轉(zhuǎn)速！

5、實驗程序及分析
     測量轉(zhuǎn)速，使用光電傳感器，被測電機帶動紙片旋轉(zhuǎn)，我們在紙片上開了10小孔，電機每旋轉(zhuǎn)一周就會產(chǎn)生10個脈沖，產(chǎn)生12個脈沖，要求將轉(zhuǎn)速值（轉(zhuǎn)/分）顯示在數(shù)碼管上。

實驗程序如下：

#include <REG52.H>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define ulong unsigned long

#define LED_DAT P1

sbit LED_SEG0 = P0^3;

sbit LED_SEG1 = P0^2;

sbit LED_SEG2 = P0^1;

sbit LED_SEG3 = P0^0;

//sbit pin_SpeedSenser = P3^5; //光電傳感器信號接在T1上

#define TIME_CYLC 100 //12M晶振，定時器10ms 中斷一次 我們1秒計算一次轉(zhuǎn)速 // 1000ms/10ms = 100

#define PLUS_PER 10 //碼盤的齒數(shù) ，這里假定碼盤上有10個齒，即傳感器檢測到10個脈沖，認為1圈

#define K         100.0   //校準系數(shù)

unsigned char code  table[]=

         {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

uchar data Disbuf[4];// 顯示緩沖區(qū)

uint Tcounter = 0;   //時間計數(shù)器

bit Flag_Fresh = 0; // 刷新標志

bit Flag_clac = 0; //計算轉(zhuǎn)速標志

bit Flag_Err = 0; //超量程標志

//在數(shù)碼管上顯示一個四位數(shù)

void DisplayFresh();

//計算轉(zhuǎn)速，并把結(jié)果放入數(shù)碼管緩沖區(qū)

void ClacSpeed();

//初始化定時器T0

void init_timer0();

//初始化定時器T1

void init_timer1();

//延時函數(shù)

void Delay(uint ms);

void it_timer0() interrupt 1 /* interrupt address is 0x000b */

{

TF0 = 0;       //d定時器 T0用于數(shù)碼管的動態(tài)刷新

         //

TH0 = 0xC0;            /* init values */

TL0 = 0x00;

Flag_Fresh = 1;

Tcounter++;

if(Tcounter>TIME_CYLC)

{ Flag_clac = 1;//周期到，該重新計算轉(zhuǎn)速了

}

}

void it_timer1() interrupt 3 /* interrupt address is 0x001b */

{

TF1 = 0;   //定時器T1用于單位時間內(nèi)收到的脈沖數(shù)

                 //要速度不是很快，T1永遠不會益處

Flag_Err = 1;   //如果速度很高，我們應(yīng)考慮另外一種測速方法，：脈沖寬度算轉(zhuǎn)速

}

void main(void)

{

Disbuf[0] = 0; //開機時，初始化為0000

Disbuf[1] = 0;

Disbuf[2] = 0;

Disbuf[3] = 0;

   init_timer0();

init_timer1();

while(1)

{  

if(Flag_Fresh)

   { Flag_Fresh = 0;

    DisplayFresh();    // 定時刷新數(shù)碼管顯示

   }

   if(Flag_clac)

   { Flag_clac = 0;

    ClacSpeed(); //計算轉(zhuǎn)速，并把結(jié)果放入數(shù)碼管緩沖區(qū)  

    Tcounter = 0;//周期定時 清零

    TH1=TL1 = 0x00;//脈沖計數(shù)清零

   }

   if(Flag_Err)        //超量程處理

   {

      //數(shù)碼管顯示字母'EEEE'

    Disbuf[0] = 0x9e; //開機時，初始化為0000

    Disbuf[1] = 0x9e;

    Disbuf[2] = 0x9e;

    Disbuf[3] = 0x9e;

    while(1)

    { DisplayFresh();//不再測速 等待復(fù)位i

    }

   }

}

}

//在數(shù)碼管上顯示一個四位數(shù)

void DisplayFresh()

{

P2 |= 0xF0;

LED_SEG0 = 0;

LED_DAT = table[Disbuf[0]];

Delay(1);

P2 |= 0xF0;

LED_SEG1 = 0;

LED_DAT = table[Disbuf[1]];

Delay(1);

P2 |= 0xF0;

LED_SEG2 = 0;

LED_DAT = table[Disbuf[2]];

Delay(1);

P2 |= 0xF0;

LED_SEG3 = 0;

LED_DAT = table[Disbuf[3]];

Delay(1);

P2 |= 0xF0;

}

//計算轉(zhuǎn)速，并把結(jié)果放入數(shù)碼管緩沖區(qū)

void ClacSpeed()

{

uint speed ;

uint PlusCounter;

PlusCounter = TH1*256 + TL1;

speed = K*(PlusCounter/PLUS_PER)/60;//K是校準系數(shù)，如速度不準，調(diào)節(jié)K的大小

Disbuf[0] = (speed/1000)%10;  

Disbuf[1] = (speed/100)%10;

Disbuf[2] = (speed/10)%10;

Disbuf[3] = speed%10;

}

//初始化定時器T0

void init_timer0()

{

TMOD &= 0xf0; //定時10毫秒         /* Timer 0 mode 1 with software gate */

TMOD |= 0x01;              /* GATE0=0; C/T0#=0; M10=0; M00=1; */

TH0 = 0xC0;            /* init values */

TL0 = 0x00;  

ET0=1;                     /* enable timer0 interrupt */

EA=1;                /* enable interrupts */

TR0=1;               /* timer0 run */

}

//延時函數(shù)

void Delay(uint ms)

{

uchar i;

while(ms--)

   for(i=0;i<100;i++);

}

//初始化定時器T1

void init_timer1()

{

TMOD &= 0x0F;         /* Counter 1 mode 1 with software gate */

TMOD |= 0x50;              /* GATE0=0; C/T0#=1; M10=0; M00=1; */

TH1 = 0x00;            /* init values */

TL1 = 0x00;  

ET1=1;                     /* enable timer1 interrupt */

EA=1;                /* enable interrupts */

TR1=1;               /* timer1 run */

}

6.軟件仿真：

如上圖：光電傳感器測得脈沖由555的2或5腳輸入，由555的三腳輸出，接入AT9C51的P3.5口。P2.4---P2.7為數(shù)碼管的位選端口，p1為數(shù)據(jù)端口。

7．用protel DXP畫出原理圖如下：

8、根據(jù)原理圖得到的PCB：

9、硬件調(diào)試結(jié)果：

這次課程設(shè)計，主要對電機進行測速，在電機的碼盤上轉(zhuǎn)了10個孔，

沒10ms 對電機測量一次轉(zhuǎn)速！由于工具不太足，做硬件的時候遇到了不少的困難！

總體來說能夠?qū)崿F(xiàn)其基本功能！電機轉(zhuǎn)速700---1500r/min.

謝詞：謝謝高老師對我們這次課程設(shè)計的指導(dǎo)，在很多模糊的部分給出很多很好的意見，例如光電測速部分等等，再一次謝謝高老師。

10、參考文獻：

電工電子技術(shù)實踐教程          化學(xué)工業(yè)出版社

單片機原理及應(yīng)用              機械工業(yè)出版社