《光電傳感器測(cè)速》word版.doc
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光電開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89S52單片機(jī)的光電開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生與齒輪相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，使用AT89S52單片機(jī)采樣脈沖信號(hào)并計(jì)算每分鐘內(nèi)脈沖信號(hào)的數(shù)目，即電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速值，最終系統(tǒng)通過(guò)1602LCD液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。經(jīng)過(guò)仿真測(cè)試和軟硬件系統(tǒng)的搭建，本系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用。系統(tǒng)在降低測(cè)速器成本，提高測(cè)速穩(wěn)定性及可靠性等方面有一定價(jià)值，具有廣泛的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速測(cè)量，單片機(jī)，光電開(kāi)關(guān) 1 緒論 1.1 課題背景 一種量大面廣的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)中。而電機(jī)的生產(chǎn)王國(guó)正在由日本轉(zhuǎn)移到中國(guó)，尤其是浙江溫州和廣東珠三角地區(qū)。廣東省佛山市順德區(qū)就有大大小小的電機(jī)生產(chǎn)廠家上百家，每年生產(chǎn)上億臺(tái)電機(jī)，同時(shí)順德有許多家電生產(chǎn)廠家，家電中也要大量用到電機(jī)，不管是電機(jī)生產(chǎn)廠家，還是將電機(jī)作為它們的產(chǎn)品中的零部件的廠家，要將它們的產(chǎn)品打到國(guó)際市場(chǎng)上，迫切需要IS09002認(rèn)證，IS09002要求生產(chǎn)產(chǎn)品所用的零部件以及最終的產(chǎn)品都要經(jīng)過(guò)本單位的質(zhì)量檢測(cè)，也就是說(shuō)，在順德，每年要檢測(cè)幾億個(gè)電機(jī)，對(duì)電機(jī)的測(cè)試儀的需求非常迫切。電機(jī)測(cè)試的參數(shù)主要有：效率、功率因數(shù)、定子輸入電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等，本課題主要研究轉(zhuǎn)速的測(cè)量。 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 轉(zhuǎn)速是各類電機(jī)運(yùn)行中的一個(gè)重要物理量，如何準(zhǔn)確、快速而又方便地測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，極為重要。目前國(guó)內(nèi)外常用的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法有離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)速法、測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速法、閃光測(cè)速法、光電碼盤(pán)測(cè)速法和霍爾元件測(cè)速法。 (1)離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)速法 離心式轉(zhuǎn)速表是利用離心原理制成的測(cè)速儀表，可以直接讀出轉(zhuǎn)速。測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速表的端頭要插入電機(jī)轉(zhuǎn)軸的中心孔內(nèi)，插入前，應(yīng)注意清除中心孔中的油污，并使轉(zhuǎn)速表的軸與電機(jī)的軸保持同心，不可上下左右偏斜，否則易將表軸扭壞，并影響準(zhǔn)確讀數(shù)，而且轉(zhuǎn)速表要間歇使用，以減少磨損和發(fā)熱。如果要改變量程，還要將轉(zhuǎn)速表取出停轉(zhuǎn)后再改變量程[2]。 (2) 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速法 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)連接到被測(cè)電機(jī)的軸端，將被測(cè)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號(hào)輸出E=CeFn，在輸出端接一個(gè)刻度以轉(zhuǎn)速為單位的電壓表，即可讀出轉(zhuǎn)速。 (3) 閃光測(cè)速法 閃光測(cè)速法是利用可調(diào)脈沖頻率的專用電源施加于閃光燈上，將閃光燈的燈光照到電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分(可在電機(jī)端軸上粘貼一張標(biāo)記紙片)，當(dāng)調(diào)整脈沖頻率使黑色扇形片靜止不動(dòng)時(shí)，此時(shí)脈沖的頻率是與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速是同步的。若脈沖頻率為f，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n=60f(r／min) 。 (4) 光電碼盤(pán)測(cè)速法 光電碼盤(pán)測(cè)速法是通過(guò)測(cè)出轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率或周期來(lái)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種無(wú)接觸測(cè)速法。光電碼盤(pán)安裝在轉(zhuǎn)子端軸上，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，光電碼盤(pán)也跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，如果有一個(gè)固定光源照射在碼盤(pán)上，則可利用光敏元件來(lái)接收到的光的次數(shù)就是碼盤(pán)的編碼數(shù)[6]。若編碼數(shù)為60，測(cè)量時(shí)間為t，測(cè)量到的脈沖數(shù)為N，則n=N/t。 (5) 霍爾元件測(cè)速法 霍爾元件測(cè)速法是利用霍爾開(kāi)關(guān)元件測(cè)轉(zhuǎn)速的?；魻栭_(kāi)關(guān)元件內(nèi)含穩(wěn)壓電路、霍爾電勢(shì)發(fā)生器、放大器、施密特觸發(fā)器和輸出電路。輸出電平與TTL電平兼容，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上裝一個(gè)圓盤(pán)，圓盤(pán)上裝若干對(duì)小磁鋼，小磁鋼越多，分辨率越高，霍爾開(kāi)關(guān)固定在小磁鋼附近，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每當(dāng)一個(gè)小磁鋼轉(zhuǎn)過(guò)霍爾開(kāi)關(guān)，霍爾開(kāi)關(guān)便輸出一個(gè)脈沖，計(jì)算出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，即可確定旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。 在這五種測(cè)速方法中，離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)速法和測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速法所用的都是現(xiàn)成的測(cè)速儀表，容易得到。但轉(zhuǎn)速表或測(cè)速機(jī)都要與電機(jī)同軸連接，一方面增加了電機(jī)機(jī)組安裝難度，另一方面有些微電機(jī)功率很小，轉(zhuǎn)速表或測(cè)速機(jī)消耗的功率占了微電機(jī)大部分，更有甚者微電機(jī)甚至拖不動(dòng)這些儀表，所以對(duì)微特電機(jī)的測(cè)速，這二種方法不適用?；魻栐y(cè)速法和光電碼盤(pán)測(cè)速法的測(cè)速方法基本類似，都是在轉(zhuǎn)軸上裝一個(gè)很輕巧的傳感器，將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)通過(guò)磁(霍爾元件)或光(光電碼盤(pán))轉(zhuǎn)換為電脈沖，從而通過(guò)計(jì)算電脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)測(cè)速。閃光測(cè)速法目前實(shí)際應(yīng)用不廣泛，主要是光源的問(wèn)題。本課題研究的是其中的光電碼盤(pán)測(cè)速法。 1.3 本論文的研究?jī)?nèi)容 本文針對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，以單片機(jī)為核心對(duì)光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，從而測(cè)得電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后用1602LCD液晶顯示屏把電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示出來(lái)。即通過(guò)光電開(kāi)關(guān)將電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成0，1的數(shù)字量，只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個(gè)或固定的多個(gè)脈沖，并將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)數(shù)和計(jì)算，就可獲得轉(zhuǎn)速的信息。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主要由AT89S52單片機(jī)處理系統(tǒng)、電機(jī)、傳感器檢測(cè)單元、信號(hào)處理單元和顯示系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成，如圖1: 轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng) 信號(hào)采集及其處理 單片機(jī)處理電路 顯示電路 圖1 系統(tǒng)組成框圖 (1) 轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)中采用對(duì)射式光電傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，反之打開(kāi)。 測(cè)裝置按照發(fā)動(dòng)機(jī)上傳感器的實(shí)際安裝位置進(jìn)行安裝。將信號(hào)盤(pán)固定在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上，光電轉(zhuǎn)速傳感器正對(duì)著信號(hào)盤(pán)。測(cè)量頭由光電轉(zhuǎn)速傳感器組成，而且測(cè)量頭兩端的距離與信號(hào)盤(pán)的距離相等。測(cè)量用器件封裝后，固定裝在貼近信號(hào)盤(pán)的位置，當(dāng)信號(hào)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電元件即可輸出正負(fù)交替的周期性脈沖信號(hào)。信號(hào)盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的脈沖數(shù)，等于其上的齒數(shù)。因此，脈沖信號(hào)的頻率大小就反映了信號(hào)盤(pán)轉(zhuǎn)速的高低。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是輸出信號(hào)的幅值與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，而且可測(cè)轉(zhuǎn)速范圍大，一般為1r/s～104 r/s以上，精確度高。 (2) 信號(hào)采集及其處理 被測(cè)物理量經(jīng)過(guò)傳感器變換后，變?yōu)殡娮琛㈦娏?、電壓、電感等某種電參數(shù)的變化值。為了進(jìn)行信號(hào)的分析、處理、顯示和記錄，須對(duì)信號(hào)作放大、運(yùn)算、分析等處理，這就引入了中間變化電路。 (3) 單片機(jī)處理電路 用于測(cè)量轉(zhuǎn)速的脈沖通過(guò)P3.5/T1輸入單片機(jī)，用AT89S52的定時(shí)計(jì)數(shù)器T1對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，用定時(shí)計(jì)數(shù)器T0進(jìn)行定時(shí)，每10ms產(chǎn)生一個(gè)中斷對(duì)1602LCD液晶顯示屏進(jìn)行刷新，產(chǎn)生500個(gè)中斷后（即5s），進(jìn)行一次轉(zhuǎn)速處理，再通過(guò)單片機(jī)對(duì)T1的脈沖數(shù)進(jìn)行運(yùn)算轉(zhuǎn)換后，用1602LCD液晶顯示屏顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 (4) 顯示電路 系統(tǒng)通過(guò)1602LCD液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。 3 硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)電路圖如附錄1所示。本系統(tǒng)分為信號(hào)采集與處理單元，主控單元以及顯示單元三大部分。 3.1 信號(hào)采集及其處理單元 本設(shè)計(jì)中采用對(duì)射式光電傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，反之打開(kāi)?？梢灾谱饕粋€(gè)遮光葉片如圖2(b)所示，安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。 假設(shè)系統(tǒng)采用10個(gè)葉片，在一秒鐘的內(nèi)產(chǎn)生了100脈沖，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速就為10r/s。 （a）傳感器 （b）轉(zhuǎn)盤(pán) 圖2 傳感器及轉(zhuǎn)盤(pán) 3.1.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理 本設(shè)計(jì)采用頻率測(cè)量法，其測(cè)量原理為，在固定的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，計(jì)取轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)生的脈沖個(gè)數(shù)（即頻率），從而算出實(shí)際轉(zhuǎn)速。設(shè)固定的測(cè)量時(shí)間T （min），計(jì)數(shù)器計(jì)取的脈沖個(gè)數(shù)m1，假定脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)輸出p個(gè)脈沖，對(duì)應(yīng)被測(cè)轉(zhuǎn)速為N（r/min），就可算出實(shí)際轉(zhuǎn)速值N = 60m1/ pT。 3.1.2 檢測(cè)裝置安裝 此檢測(cè)裝置按照發(fā)動(dòng)機(jī)上傳感器的實(shí)際安裝位置進(jìn)行安裝。如圖3，將信號(hào)盤(pán)固定在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上，光電轉(zhuǎn)速傳感器正對(duì)著信號(hào)盤(pán)。光電轉(zhuǎn)速傳感器接有4根導(dǎo)線，用于連接發(fā)光二極管和光敏三極管，其中發(fā)光二極管的紅線連接其正極，綠線連接其負(fù)極，光敏三級(jí)管的紅線連接其集電極，綠線連接其發(fā)射極。測(cè)量頭由光電轉(zhuǎn)速傳感器組成，而且測(cè)量頭兩端的距離與信號(hào)盤(pán)的距離相等。測(cè)量用器件封裝后，固定裝在貼近信號(hào)盤(pán)的位置，當(dāng)信號(hào)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電元件即可輸出正負(fù)交替的周期性脈沖信號(hào)。信號(hào)盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的脈沖數(shù)，等于其上的齒數(shù)。因此，脈沖信號(hào)的頻率大小就反映了信號(hào)盤(pán)轉(zhuǎn)速的高低。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是輸出信號(hào)的幅值與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，而且可測(cè)轉(zhuǎn)速范圍大，一般為1r/s～104 r/s以上，精確度高。 圖3 轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置 3.1.3 信號(hào)處理電路 被測(cè)物理量經(jīng)過(guò)傳感器變換后，變?yōu)殡娮?、電流、電壓、電感等某種電參數(shù)的變化值。為了進(jìn)行信號(hào)的分析、處理、顯示和記錄，須對(duì)信號(hào)作放大、運(yùn)算、分析等處理，這就引入了中間變化電路。根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)了如圖4所示的中間變換電路。其中，R1、R4 起限流作用，R2 起分流作用，R3 為輸出電阻。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)上的梯形孔旋轉(zhuǎn)至與光電開(kāi)關(guān)的透光位置重合時(shí)，輸出低電平；當(dāng)通光孔被遮住時(shí)，輸出高電平。 圖4 電路圖 目前，光電開(kāi)關(guān)已被用作物位檢測(cè)、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、速度檢測(cè)、定長(zhǎng)剪切、孔洞識(shí)別、信號(hào)延時(shí)、自動(dòng)門(mén)傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī)以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。此外，利用紅外線的隱蔽性，還可在銀行、倉(cāng)庫(kù)、商店、辦公室以及其它需要的場(chǎng)合作為防盜警戒之用。 光電開(kāi)關(guān)把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達(dá)到探測(cè)的目的。由于光電開(kāi)關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用。光電傳感器具有線性度好、分辨率高、噪音小和精度高、無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)機(jī)械碰撞、響應(yīng)快、控制精度高，而且能識(shí)別色標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，在此我們選擇光電轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)速的檢測(cè)。 3.1.3.1 光電開(kāi)關(guān)有以下幾種類型 （1）漫反射式光電開(kāi)關(guān)：它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，物體將光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開(kāi)關(guān)是首選的檢測(cè)模式 （2）鏡反射式光電開(kāi)關(guān)：它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)反射鏡反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)且完全阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。 （3）對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)：它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體為不透明時(shí)，對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)是最合適的檢測(cè)裝置。 （4）槽式光電開(kāi)關(guān)：它通常采用標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)量信號(hào)。槽式光電開(kāi)關(guān)比較適合檢測(cè)高速運(yùn)動(dòng)的物體，并且它能分辨透明與半透明物體,使用安全可靠。 （5）光纖式光電開(kāi)關(guān)：它采用塑料或玻璃光纖傳感器來(lái)引導(dǎo)光線，可以對(duì)距離遠(yuǎn)的被檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)。通常光纖傳感器分為對(duì)射式和漫反射式。 本課題中使用的光電開(kāi)關(guān)是根據(jù)光敏二極管工作原理制造的一種感應(yīng)接收光強(qiáng)度變化的器件，當(dāng)它發(fā)出的光被目標(biāo)反射或阻斷時(shí)，則接收器感應(yīng)出相應(yīng)的電信號(hào)。它包含調(diào)制光源，由光敏元件等組成的光學(xué)系統(tǒng)、放大器、開(kāi)關(guān)或模擬量輸出裝置，其工作原理如圖5所示。光電式傳感器由獨(dú)立且相對(duì)放置的光發(fā)射器和收光器組成。當(dāng)目標(biāo)通過(guò)光發(fā)射器和收光器之間并阻斷光線時(shí)，傳感器輸出信號(hào)。它是效率最高、最可靠的檢測(cè)裝置。槽形（U形）光電開(kāi)關(guān)是對(duì)射式的變形，其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須調(diào)整光軸。 圖5 光電傳感器原理圖 3.2主控單元 如下圖所示，X1為12MHz的晶振，9口為復(fù)位接口，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制。用于測(cè)量轉(zhuǎn)速的脈沖通過(guò)P3.5/T1輸入單片機(jī)，用AT89S52的定時(shí)計(jì)數(shù)器T1對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，用定時(shí)計(jì)數(shù)器T0進(jìn)行定時(shí)，每10ms產(chǎn)生一個(gè)中斷對(duì)1602LCD液晶顯示屏進(jìn)行刷新，產(chǎn)生100個(gè)中斷后（即1s），進(jìn)行一次轉(zhuǎn)速處理，再通過(guò)單片機(jī)對(duì)T1的脈沖數(shù)進(jìn)行運(yùn)算轉(zhuǎn)換后，用1602LCD液晶顯示屏顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速。如圖8所示： 圖8 AT89S52單片機(jī)處理電路 3.2.1 時(shí)鐘電路 單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)中此采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，如圖9所示，以石英晶體振蕩器和兩個(gè)片電容組成外部振蕩源。片內(nèi)的高增益反相放大器通過(guò)XTAL1、XTAL2外接，作為反饋元件的片外晶體振蕩器與電容組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。振蕩器的頻率取決于晶振的振蕩頻率，振蕩頻率范圍為1.2—12MHz。工程應(yīng)用時(shí)通常采用6MHz或12MHz。圖中X1為12MHz，電容C2、C4為33pF，它們一起構(gòu)成此單片機(jī)的自激振蕩器。 圖9 時(shí)鐘電路連接圖 3.2.2 復(fù)位電路 單片機(jī)的RST引腳為復(fù)位（Reset）端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的低電平，就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位，使單片機(jī)回到初始狀態(tài)。如圖10所示，本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)復(fù)位，用一個(gè)電容與一個(gè)10K電阻串聯(lián)組成，電阻接VCC，電容接地，RESET腳接在它們中間，RC選擇10uF，按鍵與200R電阻串聯(lián)，在電容兩端并聯(lián)，就成了按鍵復(fù)位電路，未上電時(shí)，RST端為高電平，只要按下這個(gè)按鍵，RST端轉(zhuǎn)換為低電平，經(jīng)過(guò)兩個(gè)機(jī)器周期后，單片機(jī)就能復(fù)位。 圖10 AT89S52單片機(jī)處理電路 3.2.3 AT89S52單片機(jī)介紹 AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 主要性能 (1)與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 (2)8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器 (3)1000次擦寫(xiě)周期 (4)全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz (5)三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 (6)32個(gè)可編程I/O口線 (7)三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 (8)八個(gè)中斷源 (9)全雙工UART串行通道 (10)低功耗空閑和掉電模式 (11)掉電后中斷可喚醒 (12)看門(mén)狗定時(shí)器 (13)雙數(shù)據(jù)指針 (14)掉電標(biāo)識(shí)符 引腳功能 圖11 AT89S52引腳圖 VCC : 電源 GND : 地 P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。 引腳號(hào) 第二功能 P1.0 ：T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 P1.1 ：T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） P1.5 ：MOSI（在系統(tǒng)編程用） P1.6 ：MISO（在系統(tǒng)編程用） P1.7 ：SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。 引腳號(hào)第二功能 P3.0 RXD（串行輸入） P3.1 TXD（串行輸出） P3.2 INT0(外部中斷0) P3.3 INT0(外部中斷0) P3.4 T0（定時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（定時(shí)器1外部輸入） P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通) P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通) RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T(mén)狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無(wú)效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無(wú)效。這一位置“1”， ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個(gè)ALE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。 PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) AT89S52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。 EA/VPP:訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 3.2.4 定時(shí)與計(jì)數(shù)設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇方式1比較合適，當(dāng)M1、M0為01時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式1，這時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的等效電路如圖6所示： 圖6 定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式1邏輯結(jié)構(gòu)框圖 此時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器為16位的計(jì)數(shù)器，由TLX（X=0，1）的低5位和THX的高8位組成。TLX低5位溢出則向THX進(jìn)位，THX計(jì)數(shù)溢出則置位TCON中的溢出標(biāo)志位TFX。系統(tǒng)選擇定時(shí)/計(jì)數(shù)方式1，以T1作為計(jì)數(shù)器對(duì)光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，用T0作為定時(shí)器，每10ms產(chǎn)生一定時(shí)中斷對(duì)1602LCD液晶顯示屏進(jìn)行刷新，產(chǎn)生100次中斷后，對(duì)T1接受到的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)算處理，得出轉(zhuǎn)速。 （1）用于定時(shí)工作方式，其定時(shí)時(shí)間為： T=（216-t1的初值）振蕩周期12 此設(shè)計(jì)采用的是12MHz的晶振，定時(shí)器T0定時(shí)為10ms，將參數(shù)帶入公式 ： t1=65536-10000=55536； 換成十六進(jìn)制，則t1=0xd8f0 ； 所以對(duì)于定時(shí)器T0有，TMOD = 0x01；TH0 = 0xd8；TL0 = 0xf0； （2）用于計(jì)數(shù)工作方式，計(jì)數(shù)長(zhǎng)度為： 216=65536(個(gè)外部脈沖) 由此可知規(guī)定時(shí)間（1s）內(nèi)外部脈沖個(gè)數(shù)不超過(guò)65536即可。 3.2.4.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成。TMOD是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖7所示： 圖7 定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu) 3.2.4.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制 AT89S52單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)特殊功能寄存器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式；TCON用于控制其啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。 1.工作方式寄存器TMOD 工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下： 表1 工作方式寄存器TMOD格式 GATE：門(mén)控位。 GATE＝0時(shí)，以運(yùn)行控制位TRX(X=0，1)來(lái)啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器運(yùn)行； GATA＝1時(shí)，要用軟件使TR0或TR1為1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作； C/T計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位 C/T=1時(shí)，選擇計(jì)數(shù)器模式，計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脈沖計(jì)數(shù)； C/T=0時(shí)，選擇定時(shí)器模式。 M1M0：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進(jìn)行設(shè)置。 表 2 M1M0工作方式 2.控制寄存器TCON TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。其格式如下： 表 3 控制寄存器TCON格式 位 7 6 5 4 3 2 1 0 字節(jié)地址：88H TF1 TR1 TF0 TR0 TCON TF1（TCON.7）： T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。T1計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動(dòng)清0。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測(cè)試的標(biāo)志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。 TR1（TCON.6）： T1運(yùn)行控制位。TR1置1時(shí)，T1開(kāi)始工作；TR1置0時(shí)，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止。 TF0（TCON.5）： T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，其功能與TF1類同。 TR0（TCON.4）： T0運(yùn)行控制位，其功能與TR1類同。 中斷控制 CPU對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開(kāi)放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。 表4 位 7 6 5 4 3 2 1 0 字節(jié)地址：88H EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 IE EX0(IE.0)，外部中斷0允許位； ET0(IE.1)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷允許位； EX1(IE.2)，外部中斷0允許位； ET1(IE.3)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷允許位； ES（IE.4)，串行口中斷允許位； EA (IE.7)， CPU中斷允許（總允許）位。 3.3 顯示單元 3.3.1 LCD原理 各種圖形的顯示原理 線段的顯示：點(diǎn)陣圖形式液晶由MN個(gè)顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對(duì)應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共168=128個(gè)點(diǎn)組成，屏上6416個(gè)顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H——00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000H）=FFH時(shí)，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長(zhǎng)度為8個(gè)點(diǎn)；當(dāng)（3FFH）=FFH時(shí)，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H時(shí)，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。 字符的顯示：LCD顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由68或88點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮。這樣一來(lái)就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來(lái)說(shuō)，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。 漢字的顯示：字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件），每個(gè)漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、3、5……右邊為2、4、6……根據(jù)在LCD上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)可找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加1，送第二個(gè)字節(jié)，換行按列對(duì)齊，送第三個(gè)字節(jié)……直到32B顯示完就可以LCD上得到一個(gè)完整漢字 。 本設(shè)計(jì)選用了1602型LCD。字符型液晶顯示模塊是一種專門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。一般1602字符型液晶顯示器實(shí)物如圖。 圖12 1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能 1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差別，兩者尺寸差別如下圖 圖13 1602LCD分為帶背光和不帶背光 （1）LCD1602主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量:162個(gè)字符 芯片工作電壓:4.5—5.5V 工作電流:2.0mA(5.0V) 模塊最佳工作電壓:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm （2）引腳功能說(shuō)明 1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無(wú)背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說(shuō)明如表 表5 引腳接口說(shuō)明表 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀/寫(xiě)選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 第1腳：VSS為地電源。 第2腳：VDD接5V正電源。 第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第15腳：背光源正極。 第16腳：背光源負(fù)極。 3.3.2 液晶顯示模塊電路 圖14是液晶模塊LCD1602與單片機(jī)的接口電路。液晶模塊的1腳和2腳分別接入電源的地和電源。3~10腳分別接單片機(jī)的8個(gè)P2口。11、13腳接單片機(jī)P3.0、P3.2，12腳接地，表示LCD的使能，是讀取還是寫(xiě)入信號(hào)，是傳輸數(shù)據(jù)還是將指令由單片機(jī)內(nèi)部程序作用實(shí)現(xiàn)。14腳通過(guò)一個(gè)10K可調(diào)電阻接地，使得LCD的顯示的對(duì)比度適中，防止由于對(duì)比度過(guò)高產(chǎn)生“鬼影”。 圖14 1602液晶顯示模塊電路原理圖 4 軟件設(shè)計(jì) 4.1 語(yǔ)言的選用 本設(shè)計(jì)中采用的處理器是AT89S52單片機(jī)，由此可采用面向MCS-51的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，包括ASM51匯編語(yǔ)言和C51高級(jí)語(yǔ)言，這兩種語(yǔ)言各有特點(diǎn)。匯編語(yǔ)言更接近機(jī)器語(yǔ)言，常用來(lái)編制與系統(tǒng)硬件相關(guān)的程序，如訪問(wèn)I/O端口、中斷處理程序、實(shí)時(shí)控制程序、實(shí)時(shí)通信程序等；而數(shù)學(xué)運(yùn)算程序則適合用C51高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，因?yàn)橛酶呒?jí)語(yǔ)言編寫(xiě)運(yùn)算程序可提高編程效率和應(yīng)用程序的可靠性。 C語(yǔ)言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在國(guó)際上十分流行，它即可用來(lái)編寫(xiě)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程序，也可以用來(lái)編寫(xiě)一般的應(yīng)用程序。以前計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件主要是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的，對(duì)于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更是如此。由于匯編語(yǔ)言程序的可讀性和可移植性都較差，采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)單片機(jī)應(yīng)用程序的周期長(zhǎng)，而且調(diào)試和排錯(cuò)也比較困難。C語(yǔ)言具有很好的可移植性和硬件控制能力，表達(dá)和運(yùn)算能力也較強(qiáng)。它具有以下特點(diǎn)： 1． 語(yǔ)言簡(jiǎn)潔，使用方便靈活。 2． 可移植性好。 3． 表達(dá)能力強(qiáng)。 4． 表達(dá)方式靈活。 5． 可進(jìn)行架構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。 6． 可以直接操作計(jì)算機(jī)硬件。 7． 生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高。 為了提高編制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和應(yīng)用程序的效率，改善程序的可讀性和可移植性，在此采用高級(jí)語(yǔ)言編程。 4.2 程序設(shè)計(jì)流程圖 本系統(tǒng)用計(jì)數(shù)程序采集信號(hào)脈沖，用定時(shí)器產(chǎn)生中斷，對(duì)1602LCD液晶顯示屏刷新和緩沖區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，輔以1602LCD液晶顯示屏進(jìn)行顯示。計(jì)數(shù)程序流程如圖15；定時(shí)顯示程序流程如圖16。 開(kāi)始 初始化計(jì)數(shù)器T1 計(jì)數(shù)脈沖 Flag_clac=1？ N 按公式： 轉(zhuǎn)速=60*脈沖數(shù)/(齒輪數(shù)*T) 計(jì)算數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 圖15 脈沖計(jì)數(shù)程序流程圖 程序說(shuō)明：將定時(shí)器設(shè)置為方式1，對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并判斷Flag_clac的值。當(dāng)Flag_calc=1時(shí)，將脈沖的數(shù)值由十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，按轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換公式轉(zhuǎn)換后，載入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。 初始化 定時(shí) 10ms？ T=500？ Flag_clac=1 數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 顯示 時(shí)間計(jì)數(shù)清零T=0 產(chǎn)生定時(shí)中斷 開(kāi)始 時(shí)間計(jì)數(shù)T++ N Y 圖16 定時(shí)顯示程序流程圖 程序說(shuō)明：定時(shí)器設(shè)置為方式1，定時(shí)10ms。當(dāng)定時(shí)達(dá)到10ms時(shí)，產(chǎn)生中斷，對(duì)1602LCD液晶顯示屏進(jìn)行刷新，顯示轉(zhuǎn)速，并使時(shí)間計(jì)數(shù)標(biāo)志T加1。當(dāng)時(shí)間計(jì)數(shù)標(biāo)志T=500時(shí)，使Flag_calc置1，取出計(jì)數(shù)器在此時(shí)間內(nèi)計(jì)算的脈沖數(shù)，通過(guò)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序計(jì)算得出轉(zhuǎn)速值后，存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，供1602LCD液晶顯示屏顯示使用。 5 系統(tǒng)仿真與電路調(diào)試 5.1 系統(tǒng)仿真 系統(tǒng)結(jié)合Keil uVersion3.0和偉福進(jìn)行編譯，通過(guò)Proteus來(lái)仿真。 5.1.1 程序編譯 與以往的80C51單片機(jī)不同，AT89S52具有在線調(diào)試和下載功能，它由支持AT89S52的開(kāi)發(fā)工具包Keil uVersion2.0開(kāi)發(fā)系統(tǒng)來(lái)提供。也就是說(shuō)，在用戶系統(tǒng)保留AT89S52的情況下，通過(guò)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)與AT89S52的串行接口通信，直接對(duì)用戶系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，并在調(diào)試完成后將調(diào)試好的程序下載到AT89S52中。Keil uVersion3.0開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供四項(xiàng)功能：編譯、下載、調(diào)試和模擬，分別由Keil uVersion2.0提供的編譯器、在線串行下載器、調(diào)試器和模擬器來(lái)實(shí)現(xiàn)。Keil uVersion2.0編譯器可在Windows操作系統(tǒng)下直接使用，編譯C語(yǔ)言源程序，并生成16進(jìn)制文件和列表文件。調(diào)試器采用Windows系統(tǒng)，允許用戶使用AT89S52的UART串行接口在芯片上調(diào)試代碼執(zhí)行。在典型調(diào)試對(duì)話中，調(diào)試器提供對(duì)片內(nèi)所有外圍設(shè)備的訪問(wèn)、單步和設(shè)置斷點(diǎn)的代碼執(zhí)行控制方式。模擬器采用Windows系統(tǒng)，能完全模擬AT89S52的所有功能。模擬器使用簡(jiǎn)單，結(jié)合了許多標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試特征，包括多斷點(diǎn)、單步以及代碼執(zhí)行跟蹤等能力。 同樣偉福仿真器是國(guó)內(nèi)較好的仿真器之一，它能夠仿真的CPU品種多、功能強(qiáng)。通過(guò)更換仿真頭POD，可以對(duì)不同的CPU進(jìn)行仿真。可仿真51系列，196系列，PIC系列，飛利蒲公司的552、LPC764、DALLAS320，華邦438等51增強(qiáng)型CPU。由于偉福編譯過(guò)程沒(méi)有Keil uVersion2.0那么繁瑣，能對(duì)程序進(jìn)行直接編譯，省去了建立和設(shè)置工程等步驟，使用方便、快捷。所以本設(shè)計(jì)以Keil uVersion2.0為基礎(chǔ)，運(yùn)用偉福來(lái)編譯程序。 5.1.2 電路仿真 仿真部分運(yùn)用Proteus仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，Proteus 軟件是一款強(qiáng)大的單片機(jī)仿真軟件，它除了具有和其他工具一樣的原理編輯、印制電路板（PCB）自動(dòng)或人工布線及電路仿真外，最大的特色是其電路仿真是交互的、可視化的。對(duì)于單片機(jī)學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)幫助極大。Proteus ISIS 是英國(guó)Lab center 公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和數(shù)字集成電路，包括單片機(jī)。 通過(guò)Proteus可以繪制硬件原理圖，并設(shè)置元件參數(shù)；為單片機(jī)及其程序以及外部接口電路的仿真提供可能，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性與合理性；還可以為連接實(shí)際的硬件電路做好準(zhǔn)備；如有必要時(shí)，可以利用它來(lái)設(shè)計(jì)電路板。 5.2 電路調(diào)試 通過(guò)葉片在對(duì)射式傳感器間轉(zhuǎn)動(dòng)，得到光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，再經(jīng)過(guò)脈沖信號(hào)處理電路，輸入單片機(jī)的T1外部脈沖計(jì)數(shù)口（即P3.5口），由單片機(jī)處理得出轉(zhuǎn)速后，連接4連1602LCD液晶顯示屏顯示轉(zhuǎn)速。對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，以單片機(jī)為核心對(duì)光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，從而測(cè)得電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后用1602LCD液晶顯示屏把電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示出來(lái)。即通過(guò)光電開(kāi)關(guān)將電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成0，1的數(shù)字量，只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個(gè)或固定的多個(gè)脈沖，并將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)數(shù)和計(jì)算，就可獲得轉(zhuǎn)速的信息，實(shí)物圖如下。 圖17 實(shí)物圖 圖17中1602LCD液晶顯示屏上有兩組數(shù)字，上排為轉(zhuǎn)速，如圖7n/s，下排為預(yù)設(shè)值，如圖是8/s,如轉(zhuǎn)速小于預(yù)設(shè)值，則蜂鳴器不會(huì)報(bào)警，反正成立，如圖18 圖18 實(shí)物圖 圖19實(shí)物圖 6 小結(jié) 本設(shè)計(jì)采用光電開(kāi)關(guān)測(cè)速法，利用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)采集轉(zhuǎn)速信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理電路得到適合的脈沖后，輸入單片機(jī)進(jìn)行處理、計(jì)算，得出實(shí)際的轉(zhuǎn)速值，輔以1602LCD液晶顯示屏顯示。此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求： (1)光電開(kāi)關(guān)與電機(jī)轉(zhuǎn)換平臺(tái)簡(jiǎn)單適用 (2)采集電路能實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)速信息 (3)單片機(jī)處理系統(tǒng)運(yùn)算快速簡(jiǎn)單，程序可讀性強(qiáng)，條理分明，能形成獨(dú)立模塊以便于其他類似系統(tǒng)的計(jì)算 (4)1602LCD液晶顯示屏為主體的人機(jī)界面能準(zhǔn)確顯示速度值 本設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題： （1）系統(tǒng)選擇位數(shù)最多的定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式1（為16位），但仍有其局限性。此計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)脈沖數(shù)為63336（216），若每秒鐘計(jì)算一次，則當(dāng)1秒內(nèi)外部脈沖的輸入數(shù)超過(guò)65536個(gè)時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)溢出，從而產(chǎn)生中斷，使得測(cè)出的轉(zhuǎn)速值小于實(shí)際的轉(zhuǎn)速值。根據(jù)轉(zhuǎn)速計(jì)算方法（若轉(zhuǎn)盤(pán)齒數(shù)為10），Vmax=65536*60s/（10*1）=39321r/min，所以本系統(tǒng)不能測(cè)量范圍不能超過(guò)此值。 （2）通過(guò)T1計(jì)數(shù)時(shí)，單片機(jī)每讀取一個(gè)脈沖至少需要3個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間來(lái)完成。本系統(tǒng)采用的晶振為12MHz，所以一個(gè)機(jī)器周期Tcy=12/f=1us。若要使單片機(jī)準(zhǔn)確讀取外部脈沖，則脈沖的輸入周期不能超過(guò)3us。如此可計(jì)算(轉(zhuǎn)盤(pán)齒數(shù)為10)，系統(tǒng)能測(cè)量的轉(zhuǎn)速需低于：Vmax=60s/(3us*10)=6000000r/min。 （3）此外，光電開(kāi)關(guān)的反應(yīng)速度也會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量值的大小產(chǎn)生影響。若轉(zhuǎn)速過(guò)快，則光電開(kāi)關(guān)來(lái)不及處理，這樣會(huì)造成測(cè)速不準(zhǔn)，甚至測(cè)不出數(shù)值。 針對(duì)存在的問(wèn)題，可以采取以下方法改進(jìn)： （1）采用時(shí)鐘頻率更高、定時(shí)/計(jì)數(shù)器位數(shù)更多的單片機(jī)來(lái)處理脈沖，現(xiàn)某些高速單片機(jī)可達(dá)到40MHz的處理速度，可以大大提高測(cè)速范圍。 （2）應(yīng)用反應(yīng)速度更快的傳感器來(lái)做光電開(kāi)關(guān)?，F(xiàn)在高速光電開(kāi)關(guān)的響應(yīng)速度可達(dá)到0.1ms，每分鐘可進(jìn)行30萬(wàn)次檢測(cè)操作，這樣就能檢出高速轉(zhuǎn)動(dòng)的微小物體。 綜上所述，在測(cè)速過(guò)程中，雖然由于硬件的緣故，未能實(shí)現(xiàn)對(duì)高速的測(cè)量，但本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，在降低測(cè)速器成本，提高測(cè)速穩(wěn)定性及可靠性等方面有一定價(jià)值，而且可以達(dá)到一般工業(yè)測(cè)速的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，具有廣泛的前景。 附錄1 原理圖 附錄2 源程序 #include下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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