四位数码管显示电动机转速测量仪 设计.doc

1、 本科生毕业论文(设计)四位数码管显示电动机转速测量仪 院系名称姓名学号专业指导教师 年4月26日II 摘 要本设计的转速测量仪采用反射式光电传感器，由单片机对信号进行处理并由四位数码管显示出转速。在被测电动机转轴的边缘上贴一片铝箔作为反光体，当反光体转到光电传感器的正前方时，光电传感器发出的红外光束被反射回来，同时被光电传感器上的红外接收管接收，产生一个脉冲信号，我们利用这个信号的边沿触发单片机内部的高精度定时器进行计时。通过对脉冲进行计数而推算出转速，并由数字显示器件直接显示。关键词：光电传感；转速测量；AT89S51 单片机；数码显示AbstractAt the edge of the

2、rotating disk to be tested on a piece of aluminum foil as the reflective body, when the reflective body to the right in front of the photoelectric sensor, photoelectric sensor of infrared beam is reflected back, at the same time by the infrared receiving tube on the photoelectric sensor receiving, g

3、enerates a pulse signal, we use this signal edge-triggered MCU internal high precision timer for timing. Through the pulse count and calculate the rotational speed, and display directly by digital display device.Key Words:Photoelectric sensor; Speed measurement; Digital display目 录引 言11 系统结构与硬件设计21.1

4、 反射式光电传感器和整形电路21.2 转速计算电路与显示电路32转速测量52.1 计数方式的确定52.2进制转换53软件设计73.1 采用T0方式的1s定时程序73.2 外部中断 INT0 口中断服务子程序83.3 T1计数程序83.4 频率数据采集94单片机与LED数码显示的接口114.1 基本原理114.2 段码和数字的对应114.3. LED的动态显示114.4 LED显示的局限135 主要程序145.1 主程序源代码145.2 定时器 T0 中断服务子程序155.3 外部中断 INT0 中断服务子程序16结 论 与 展 望18参 考 文 献19致 谢2020引 言转速表在自动化生产设备

5、和旋转运动装置中应用十分广泛。传统的转速表是机械式的，典型的机械式转速表连接一根软轴，软轴内有一根钢丝缆，软轴的另一端与设备旋转部件相连，带动转速表内的磁铁旋转而产生磁力线，使指针偏转，指针偏转的角度与旋转设备的转速成正比。这种转速表的特点是结构简单实用，被广泛用于汽车上。随着电子技术的发展，现在大多采用电子数字式转速表，常见的是由光电或霍尔传感器获取信号，通过对脉冲进行计数而推算出转速，并由数字显示器件直接显示，单位为r/min， 即 每 分 钟 多 少 转 。 下 面 将设计 一 款 由MCS- 51 系列单片机组成的光反射式数显转速表。1 系统结构与硬件设计该转速表由反射式光电传感器、整

6、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，其外观如图 2 所示。工作原理：在被测旋转盘的边缘上贴一片铝箔作为反光体，当反光体转到光电传感器的正前方时，光电传感器发出的红外光束被反射回来，同时被光电传感器上的红外接收管接收，产生一个脉冲信号，我们利用这个信号的边沿触发单片机内部的高精度定时器进行计时（精度可达 1s），当反光体再次转到光电传感器的正前方时，利用光反射信号的边沿停止单片机计时。这样转轴的旋转周期 t 就被精确地测量出来了，然后单片机把周期换算成转速并通过 LED 数码管显示出来。该系统主要用于测量旋转体的转速，如电动机、发动机等。主要性能:测速范围为 0400

7、0r/min，取样为 0.10.5s，分辨率为 0.11 转，精度 0.01PRM，距离为 30200mm。并具备非接触、数码显示、工作稳定、测速准确的特点。系统特点：本系统硬件电路简单，元器件少，工作稳定可靠。在软件设计上，采用记录定时器 T0 溢出次数的处理手段，极大地提高了低速测量的分辨率。使用时，不需任何设置即可稳定地测量 39999r/min 旋转体的转速值。该转速表测速范围宽、使用方便。1.1 反射式光电传感器和整形电路由反射式红外光电传感器、三极管 9012 和带施密特触发器的非门 74LS14 组成，如图 3 所示。工作原理是：接通 5V 电源后，红外发光二极管发出的红外光束遇

8、到贴在旋转盘上的反光体时，反射回来的光束被红外光敏三极管接收并转换为电信号，该信号经三极管 BG 放大，再经 74LS14 整形及反相后，输出与输入相同周期的矩形波，作为旋转轴的转速计数信号。工作波形如图 4 所示1.2 转速计算电路与显示电路由 AT89S51 单片机、4 位七段共阳极数码管和4 个三极管 BG1BG4 及电阻 R1R12 组成转速计并与显示电路，如图 5 所示。本系统采用动态显示方式，由单片机 P2 口与数码管的七段段码相连，P1.0P1.3 口与 4 个数码管的位码相连，经编程控制 4 位数码动态显示。转速测量是利用单片机的外部中断口(INT0)检测光电传感器的输出脉冲信

9、号。计时的起停由光电传感器输出的相邻两个脉冲来控制。如图 6 所示，t1开始计时，t2 停止计时。此时，定时器 T0 的值就是一个脉冲周期 T，这时电机每分钟的转速为 r=60/T(r/min)。2转速测量2.1 计数方式的确定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，可以采用中断方式的软件计数方法。高转速时，为了连续测量4个输入脉冲周期，可以采用中断方式计数。在初始化或前一次测量结果时，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，立刻启动”计数器0”对T0的 计数脉冲进行

10、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，并将计得的脉冲数存入相应的单元。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子程序，计算结果得BCD码存入相应的4个存储单元，以备显示。2.2进制转换从计数器采集到的频率数据是十六进制的，如果直接把这些数据送给数码管显示显然很不直观，因此需要把这些数据向十进制转换。将20H至23H单元内的数据转换成十进制BCD码存放在40H至43H单元的转换程序如下：DBCD: MOV R7,#04HCLR C MOV 43H,#00H MOV R0,#23HKK

11、K : MOV A,R0RLC AMOV R0,ADEC R0DJNZ R7,KKKMOV R0,#43HNIADD: MOV A,R0 ADDC A, R0DA AMOV R0,ADEC R0 DJNZ R7,NIADDRET 3软件设计转速测量软件由主程序、外部中断 INT0 中断服务子程序和定时器 T0 中断服务子程序三部分组成。主程序在初始化后一直工作在计算转速并循环显示状态，把单片机所采集到的信号经计算与转换后的转速值送至七段数码管显示出来。程序流程图如图 7 所示。3.1 采用T0方式的1s定时程序定时器 T0 中断服务子程序只记录定时器 T0溢出次数，以便于测量低速时的脉冲波形。

12、定时器T0 溢出次数越多就说明脉冲波形的周期越长，相对应的转速也就越低。其程序设计流程图如图 8 所示。采用T0定时10ms ，连续循环定时100次即可完成1 s定时，用一个计数单元20H存放循环的次数，每一次循环20H单元自减1，当20H单元为零时则1 定时到时。定时器T0初始化程序如下：MOV IE,#8AH ;开放T0、T1中断MOV TMOD,#51H ;T0定时，T1计数，都工作于方式一MOV 20H,#100 ;100*10ms=1sSETB TR01s定时程序如下：T0INT: DJNZ 20H,NEXTNEXT:MOV TH0,#0DCH ;1s还未到则置初值继续定时MOV T

13、L0,#00HEXIT:RETI3.2 外部中断 INT0 口中断服务子程序外部中断 INT0 口中断服务子程序对整个测速过程有着关键性的作用，中断程序设计的好与坏直接影响到测速的准确度和稳定性。具体程序设计流程图如图 9 所示。3.3 T1计数程序设计中T1采用计数功能，需要注意的一个问题是，输入的待测时钟信号的频率最高可以达到460800Hz，但计数器最多只能计数65536次，显然需要对计数单元进行扩展，扩展的思路是除了计数器T1的TH1和TL1用于计数外，再选用一个计数单元23H，每当计数器T1溢出回零时产生中断，中断程序执行23H单元自增1，这样，当一秒到时时采集的计数数据，23H单元存放的是数据的最高位，TH1存放的是数据的次高位，TL1存放的是数据的最低位。当然，这里所说的“最高位”“次高位”以及“最低位”都是针对十六进制而言的。计数器T1初始化程序如下：MOV IE,#8AH ;开放T0、T1中断 MOV TMOD,#51H ;T0定时，T1计数，都工作于方式一MOV TH1,#00HMOV TL1,#00H ;计数初值为零SETB TR1根据流程图设计的计数程序如下：T1INT: MOV 21H,#00HMOV 22H,#00HMOV 23H,#00H ;