毕业设计论文基于AT89S51单片机的电机转速测量仪设计

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1、摘 要随着电子技术发展，特别是随着大规模的集成电路的产生，给人们的是生活带来了根本性质变化。单片机自从20世纪70年代问世以来，得到了快速发展。从早期的8位机到现在的32位机，其硬件资源和软件资源不断丰富与完善，它在工业控制、仪器仪表、信息通信等领域有着广泛的应用。微型计算机的出现使现代的科学研究得到质的飞跃，而单片机技术的出现则是给现代工业控制以及日常生活带来了极大的方便，电子技术的发展推动了工业生产及人们的日常生活水平。本文讨论了以AT89S51单片机为核心的电机转速测量的硬件设计和软件设计，硬件主要由光电传感器、信号整形、LED数码管显示几部分组成。详细介绍了利用光电传感器技术在电机转速

2、测量中的实现及应用，以及对电机转速进行测量，并由数码管显示转速。随着汽车及电子技术的发展，转速测量技术也在不断创新，各种转速测量仪在工业得到广泛应用，对电机的转速进行测量极大的提高了自动化程度。关键字： 单片机；光电传感器；信号整形；LED显示AbstractAlong with electronic technology development, Aspecially along with large-scale integrated circuits production， what for people was the life has brought the basic nature

3、change. The monolithic integrated circuit has come out since the 1970s, obtained the fast development. From early 8 machine to presents 32 machine, its hardware source and the software resource are unceasingly rich and is perfect, it in domains and so on industrial control, instruments and meters, m

4、essage communication has the widespread application. Microcomputers appearance enables modern the scientific research to obtain the qualitative leap, but the monolithic integrated circuit technologys appearance has brought enormous convenient for the modern industry control as well as the daily life

5、, electronic technologys development promoted the industrial production and peoples daily life level. This article discussed take at89S51 monolithic integrated circuit as the core electrical machinery tachometric survey hardware design and the software design, the hardware mainly by the photoelectri

6、c sensor, the signal shaping, the LED nixietube demonstrated that several parts compose. Introduced in detail the use photoelectric sensor technology and applies in electrical machinery tachometric surveys realization, as well as carries on the survey to the electrical machinery rotational speed, an

7、d demonstrates the rotational speed by the nixietube. Along with the automobile and electronic technologys development, the tachometric survey technology unceasingly is also innovating, each kind of rotational speed measuring instrument obtains the widespread application in the industry, carried on

8、the survey enormous enhancement automaticity to electrical machinerys rotational speed.Key words: Monolithic integrated circuit；Photoelectric sensor； Signal shaping；LED demonstrated 目 录摘要Abstract第1章 绪论11 课题背景1测速系统的概况1 转速表的发展历程1 电子式转速表的发展2 测速仪表的发展趋势34第2章 转速测量系统的设计52.1 转速测量方法及比较5 测频原理 5 测周原理 6 计数器原理62

9、.2 测量方案设计 7 转速测量原理7 系统原理框图8 2.3 本章小结9第3章 硬件设计思路及方案103.1 传感器方案选择及设计10 传统的磁阻式传感器103.1.2 霍尔电磁感应式传感器103.1.3 光电传感器11 信号整形系统的设计12 信号整形系统概述12 反相器CD4069对信号的整形12 单片机系统13 AT89S51的基本特性133.3.2 AT89S51的引脚及其功能143.4 按键与显示部分方案选择与设计16 按键设计16 显示部分方案选择与设计16 本章小结21第4章 软件设计思路及方案222222 2226第5章 系统调试27 272728结论29致谢30参考文献31

10、附录1：英文资料翻译LED显示器字符段码表32附录2：英文资料35附录3：LED显示器字符段码表39附录4：电路图40第1章 绪 论题目题目：转速测量仪 要求完成技术指标：1. 测量电机转速范围09999转/分； 2按下按键开始测量； 3八位数码管显示；工业生产，科学实验以及汽车的应用中，转速测量都是不可缺少的部分。随着汽车及电子技术的发展，转速测量技术也在不断创新。各种电机在工业得到广泛应用，为了能方便的对电机进行控制、监视、调速，有必要对电机的转速进行测量，从而提高自动化程度。在工业控制中经常要进行转速测量,一般采用的是接触式转速计，这种转速计必须顶在转轴中心才能进行测量，使用起来不方便，

11、而且局限性很大，安全性也不是很好。因此，本设计采用光电传感器的非接触式转速计，测量范围从09999转分钟，四位数码管显示。测速系统的概况 转速表的发展历程 发动机是机动车的核心，其功率、转矩等随着曲轴转速变化而变化。转速表可以直接地显示发动机的转速，明确发动机的状态，可以帮助骑乘者适时调整挡位，保证发动机在适宜的工作状态中运行，减小磨损，节约燃油，并获得良好的行驶性能。国内机动车最初采用的是磁感应式转速表，目前仍然被使用。它通过一组齿轮获得曲轴的转速信号，利用软轴传递到转速表上，带动一块铜质或铝质的导电盘，在磁钢产生的涡流作用下发生偏转，驱动指针在表盘上显示。其特点是仪表结构简单，转速信号取出

12、较复杂，可动部件较多，磨损较快，特别是软轴易产生失速，影响测量精度。另外整套系统成本较高，不具有价格优势，因而其垄断地位被逐步打破，逐渐由电子式转速表代替。 BCS225是在国外同类型的集成电路基础上，自主开发的换代产品，其各项工艺参数完全达到国外的标准。具有外部接线简单，工作稳定等特点。 因为机动车的电源交流系统的频率与发动的转速成正比，因而可以直接从电信号中提取频率信号，如点火脉冲、触发线圈或车大灯处取得电信号，经过简单的滤波处理，去掉高频杂波后，直接接入集成块的输入脚，经过一个施密特触发器后成为一个干净的矩形波。稳压部分采用加浓硼扩散技术，集成了大面积调整管，提高了电压的稳定性和一致性，

13、抗电源波动力较强，只要改变外接的限流电阻，就可工作在1224V的电系统内，内部稳压恒定在7.58.1V之间，保证了集成块在恒定的电压下工作，不受外部电源波动影响，提高了精度。车用集成块的工作环境较为恶劣，输入电压范围从几伏到上百伏，因而保护功能不可缺少。BC225的输入与输出都设有保护功能，外接信号经过由两个电阻组成的分压器后，接入输入端，输入端可以承受2012V的高脉冲电平。输出电流最大约40mA，用以驱动一个有上千匝线圈组成的动圈或表头，电感有3070mH左右，可以产生较大的反电动力势，如果没有保护功能极易损坏集成块。 电子式转速表的发展80年代末，电子化在机动车行业开始推进，第一代电子式

14、转速表应运而生，典型的有大阳90型电子转速表，其信号取自在前大灯处的交流电信号，经过分离元件组成的f-V转换器，变成电压输出，驱动一个电流表，显示发动机转速。这种仪表最大特点是去除了复杂的齿轮传动系统，省掉了软轴，减少了可动部件，整体上降低了成本。但其自身固有的不成熟性，分离元件组成的线路板，分辨精度、抗干扰性和可靠性都还不能令人满意，限制了其进一步的发展，经过短暂的辉煌后，迅速地被第二代电子转速表代替。第二代电子转速表也称动圈式电子转速表，是集成电路技术的应用，信号处理部分先后使用过：时基电路555、fV转换器LM2917、车用集成电路 ，SAF2115、BCS215、BCS225等电路，随

15、着在实践中的应用，优胜劣汰，目前第二代电子式转速表的电路主要采用的是时基电路555以及车用集成电路BCS225（215）。 第二代电子转速表，价格便宜，工作稳定，可靠性较高，得到长足的发展，占据摩托车发动机转速表的半壁江山。但随着机动车整车的进步，其固有的不足逐渐被体现出来。主要是：线性误差在2%左右；表头采用游丝作为反力矩，必然存在迟滞效应，有2%的回差；表头采用动圈式，线圈绕轴转动，抗振性能一般，工序较多，另外表头的极限转角仅为270度，不能满足某些要求。针对以上第二代的不足，对线路及表头进行了彻底地改造，产生了第三代电子转速表又叫动磁式电子转速表。集成块将频率信号转换成函数特性输出，通过

16、十字线圈产生旋转磁场，驱动指针正确地反应转速。具有代表性的是KEF769与LM1819。 输入的频率信号，经过内部电路处理，在集成电路一端输出正弦函数，一端输出余弦函数，这样在十字线圈内产生一个正交磁场，由于正弦线圈内与余弦线圈的电流强度与频率成对应关系，偏转角arctgHsin/Hcos，每过一个象限，函数的方向随之而变，可以实现360度的指示范围。这种电子转速表，线性可以控制在1%以内，消除了迟滞效应，表头简单易于生产，抗振性能及可靠性大幅度提高，目前主要不足是集成价格偏高，总体成本较高，未能全面推广，仅在少数高档车上使用。随着集成块国产化的成熟，第三代电子式转速表必将全面替代目前的第二代

17、电子式转速表。 测速仪表的发展趋势随着集成块国产化的成熟和电子技术的飞快发展，转速仪表结构简单化，品种多样化与系列化，进一步要向人性化发展。单片机技术和大规模可编程数字逻辑电路的普及，为转速仪表结构简单化提供了技术基础。智能芯片的运用，使同一仪表硬件，具有多种不同功能的软件，为多样化系列化带来了便利。 智能仪表的软件，可为不同需求量身定做，使得智能仪表又具个性化的特点。目前，智能化转速数字显示仪表，有通用的SQY01T系列转速数字显示仪，SZC系列电站用转速数字显示仪，SKY系列透平膨胀机智能数字显示仪，以及各种多功能转速仪表，如ZS-1双路转速表、以及显示差速、速比的ZS-2转速表，带方向显

18、示的SQYC转速表 ，可远传的CS-1转速表等。有了设计人员不断汲取新知识，不断运用新器件，不断开拓新思路，才有这些创新的仪表。智能仪表，要向人性化发展。仪表在满足使用的同时，也要为使用仪表的人，带来使用上的方便和舒适。把这种理念不断融入设计和产品，造就成功的仪表。1.4 本章小结 本章主要介绍本次设计题目：转速测量仪 要求完成技术指标：1. 测量电机转速范围09999转/分； 2按下按键开始测量；3八位数码管显示。详细讲述了转速表的背景、发展及未来发展趋势。仪表在满足使用的同时，也要为使用仪表的人，带来使用上的方便和舒适。把这种理念不断融入设计和产品，造就成功的仪表。第2章 转速测量系统的设

19、计2.1 转速测量方法及比较采用CMOS数字集成电路的转速数字显示仪 ，其原理可用如下三个框图表示：测频原理图2-1 测频原理框图图2-1告诉我们，被测信号通过放大整形进入加法计数器；晶体振荡器的频率信号通过分频产生秒（或分钟）信号，在计数显示控制器中生成寄存脉冲和清零脉冲。寄存脉冲将加法计数器的BCD码送入寄存器，通过译码驱动，LED数码管显示一秒（或分钟）内的计数值，直到下一次寄存脉冲的到来；紧接着清零，进行下一轮计数、寄存（译码显示）；如此，不间断测频。如果我们考察一下这些信号的时序，不难发觉这种定时计数测量方法的缺陷是：被计数脉冲有 多一或少一的误差。如果被测频率为10000Hz,多一

20、或少一的误差，相对来讲只不过万分之一；如果被测频率为2Hz,多一或少一的误差，相对来讲就达到了百分之五十，不难看出频率越低，误差越大，而且还有一点，把一秒变成一分钟，误差就变小了。测周原理低频时，需延长采样时间，要提高精度就要采用测周的方法，图2-2正是说明这种方法。图2-2 测周原理框图将图2-2与图2-1进行比较，我们不难发觉：上述二者的差别在于晶体振荡器与被测信号的位置作了互换，象是代数上的分子分母的颠倒，也正是物理上的频率和周期互为倒数。测周的误差：与测频相似，是多一个或少一个晶体振荡器脉冲，也就是多一个或少一个时基脉冲，晶体振荡器脉冲频率 准确度越高误差越小，晶体振荡器脉冲频率越高误

21、差也越小，被测频率越高误差越大；因此测量高频时，对被测信号进行分频，确实是提高测周精度的好方法。计数器原理在周期过长时，还可通过计数器，借助计时器来测量转速。下面的框图表示了计数器的工作原理。图2-3 计数器原理框图现在我们可以看出，XJP-10B转速数字显示仪，在CMOS数字集成电路的条件下，已是一款十分完备的转速测量工具，与之同期的类似产品还有XJP-02A转速数字显示仪。早期的转速数字显示仪，在今天看来有哪些不足呢？周期和频率都不能等同转速，频率与转速存在倍数关系，通过时基频率的分频（采样时间的倍乘），基本满足了大都数用户的需要，测周则需要用户自己换算成转速。在今天的电子技术条件下，解决

22、这些问题用单片机或FPGA都比较方便。新的转速数字显示仪，采用了单片机 技术，和同步计数计时法，使得测频、测速、测周、计数变得精确，而且非常简单；只要轻触仪表面板控制键，就能在4种功能间切换。由于系数可任意设置，使得仪表与传感器 配套，不受输出脉冲数的限制。能动态显示频率、转速（速度）、和计数值。本设计采用单片机技术，能动态显示转速。 转速测量原理本设计从成本和实现的难易程度出发，选择红外线光电遮断式测速方案。它主要由遮光盘和槽型光电传感器组成，在遮光盘的同心圆上分布一个通光的孔或槽，槽形光电传感器固定在遮光盘工作的位置上，遮光盘转动一周，光敏元件感光次数与盘的开孔数目相等，因此产生相同数目的

23、脉冲信号。这些脉冲信号通过单片机定时计数器计数，定时器Tn定时。定时器Tn完成100次溢出中断的时间t除以测得的脉冲数m，经过单位换算，就可以算得直流电机旋转的速度。遮断式光电测量方案如图2-4所示。图2-4 遮断式光电测量原理采用光电转速传感器得到的电脉冲信号，经过4069放大整形后，获得相同频率的方波信号，送入单片机进行运算处理，通过测量方波的频率或周期，测得转速的大小，并由两组四位数码管显示。 系统原理框图AT89S51+5V电源信号放大光电转换8位LED显示被测信号系统时钟系统复位键盘控制图 2-5转速测量仪原理框图2.3 本章小结本章介绍了转速测量的几种方案：测频原理、测周原理、计数

24、器原理。并对几种方案进行比较。确定转速测量设计方案，本设计介入单片机技术，采用光电转速传感器得到的电脉冲信号，经过4069放大整形后，获得相同频率的方波信号，送入单片机进行运算处理，通过测量方波的频率或周期，测得转速的大小，并由两组四位数码管显示。第3章 硬件设计思路及方案硬件部分主要由传感器、运放、单片机、键盘、四位数码管几部分组成。3.1 传感器方案选择及设计转速属于常规电测参数。转速传感器从原理（或器件）上来分，有磁电感应式、光电效应式、霍尔效应式、磁阻效应式、介质电磁感应式等。另外还有间接测量转速的转速传感器，如加速度传感器（通过积分运算，间接导出转速），位移传感器（通过微分运算，间接

25、导出转速）等等。测量转速时经常采用磁阻式传感器或光电式传感器进行非接触性测量，测速发电机和某些磁电传感器在线性区域，可以直接通过交流有效值转换，来测量转速。大多数都输出脉冲信号（近似正弦波或矩形波）。针对脉冲信号测转速的方法有：频率积分法（也就是F/V转换法，其直接结果是电压或电流），和频率运算法（其直接结果是数字）。传统的磁阻式传感器传统的磁阻式传感器是由磁钢、线圈等分立元件构成的，亦可用耳塞机改装而成。但这种传感器存在一些缺点：第一，灵敏度低，传感器与转动齿轮的最大间隙（亦称磁感应距离）只有零点几毫米；第二，在测量高速旋转物体的转速时，因安装不牢固或受机械振动，容易与齿轮发生碰撞，安全性较

26、差；第三，这种传感器所产生的是幅度很低且变化缓慢的模拟电压信号，因此，需要经过放大、整形后变成沿口陡直的数字频率信号，才能送给数字转速仪或数字频率计测量转速，而且外围电路比较复杂；第四，它无法测量非常低（接近于零）的转速，因为这时磁阻式传感器可能检测不到转速信号。3.1.2霍尔电磁感应式传感器 霍尔器件是一种基于霍尔效应的磁传感器，目前使用霍尔效应的磁传感器产品已得到广泛的应用。 图3-1为霍尔效应原理图。在一块通电的半导体薄片上，加上和薄片表面垂直的磁场H，在薄片的横向两侧会出现一个电压（图中的Vh称为霍尔电压）。图3-1 霍尔效应原理图霍尔元件的工作原理：所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金

27、属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。 金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。3.1.3光电传感器 采用光电传感器，具体做法是：在电动机转子上设置一个遮光板，这样电机每转过一圈，遮光板就会将发光二极管照射到光敏管上的光线阻断一次，光敏管的集电极上电压改变一次，这样便可得到反映电机转速的脉冲信号，光电传感器的工作原理如图3-2所示。采用光电转速传感器得到的电脉冲

28、信号，经过放大整形后，获得相同频率的方波信号，通过测量方波的频率或周期，测得转速的大小。 图3-2 光电传感器的工作原理目前，转速传感器正朝着高灵敏度、高可靠性和全集成化的方向发展，采用传统的磁阻式传感器是不可行的。从上面的介绍可以看出，利用霍尔传感器和光电传感器所得到的测速信号是有区别的。利用光电传感器测速，速度信号的频率与电机转速相同，而利用霍尔器件输出的换向信号作为测速信号时，两者相差若干倍：如果是两相电机，换向信号的频率为转速的2倍，三相电机中换向信号的频率则是转速的3倍。霍尔传感器和光电传感器是直接测量转速的方法，光电传感器外围电路简单、原理清晰、简单易懂，所以本设计选用光电传感器。

29、 信号整形系统概述光电传感器将通过电机转轴上挡板采集到的光信号转换为电信号，在送入单片机之前需要对被测信号进行放大整形处理，获得相同频率的方波信号，通过测量方波的频率或周期，就可以得到被测电机的转速。反相器CD4069对信号的整形CD4069是六反相器”电路，就是六个反相器，每一个反相器单元都由最基本的单级反相器构成，所谓反相器，顾名思义，输入端高电平，输出端就是低电平，输入端低电平输出端就是高电平，通常用于定时电路，高阻抗输入交流电压放大电路，逻辑系统的反相操作， TTL 驱动，脉冲整型，振荡器等。CD4069芯片的引脚图如图3-4： 图3-4 CD4069引脚图CD4069 结构简单，原理

30、清楚，外围电路简单，主要用于脉冲整型。 AT89S51单片机是ATMEL公司推出的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB字节的可编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术产生，兼容标准8051指令系统及引脚，并且既可采用在线编程（ISP），也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片机芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位的AT89S51单片机提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域，调试非常方便。3.3.1 AT89S51的基本特性 与MCS-51单片机兼容,含80C51内核。 片内有4KB在系列中可重新编程的FLASH程序存储器

31、，可擦写字1000次以上。 全静态逻辑，工作频率范围：024MHZ。 三级程序存储器加密。 128字节片内RAM。 32个可编程IO端子。 提供待机和掉电两种省电工作方式。 两个16位定时计数器。 有5个中断矢量，允许6个中断源。 一个全双工串行口。 具有与工业标准80C51一致的指令集和引脚布置.3.3.2 AT89S51的引脚及其功能 AT89S51的引脚图如图3-5。图 3-5 AT89S51 引脚图引脚功能：I/O口引脚P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，每位驱动8个LSTTL负载。在访问外部存储器或进行I/O口扩展时，它分时作为低8位地址总线和

32、双向数据总线。P1口：8位准双向I/O口，可带4个LSTTL负载。P2口：8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可带4个LSTTL负载。P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口。P1口、P2口、P3口、各I/O口线片内均有固定的上拉电阻，故称为准双向I/O口。P0口线内无固定上拉电阻，有两个MOS管串接，即可开漏输出，又可处于高阻的“浮空”状态，故称为双向三态I/O口。控制引脚：此类引脚提供控制信号，有的还具有复用功能。RST/VPD（9脚）：当振荡器运行时，在此引脚外加上两个机器周期的高电平将使单片机复位（RST）。引脚与Vss引脚之间连接一个约8.2K的下拉电阻，与引脚之间连接一个

33、约10F的电容，以保证可靠的复位。在单片机正常工作时，此脚应为0.5V低电平。掉电期间，此引脚可接上备用电源（VPD），以保持内部RAM的数据，当Vcc下降到低于规定的值，而VPD在其规定的电压范围内（5+0.5V）时，VPD就向内部RAM提供备用电源。ALE/PROG（30脚）：当访问单片机外部存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲的负跳沿用于16位地址的低8位的锁存信号。即使不访问外部锁存器，ALE端仍有正脉冲信号输出，此频率约为时钟振荡器频率的1/6PSEN（29脚）：程序存储器使能.此脚的输出是单片机访问外部程序存储器的读选通信号。其他特殊引脚功能：EA/VPP（31脚）：外部寻址使

34、能/可编程电压。MOSI，MISO，SCK（P1.5，P1.6，P1.7）用于ISP编程RXD（P3.0） 串行输入口TXD(P3.1) 串行输出口WR (P3.6） 外部数据存储器写信号RD (P3.7） 外部数据存储器读信号T0 (P3.4) 定时器0外部输入T1 (P3.5) 定时器1外部输入INT0 (P3.3) 外部中断0INT1 (P3.2) 外部中断1XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端XTAL2 振荡器反相放大器输出端 按键与显示部分方案选择与设计 按键设计按键控制，按下按键，单片机开始工作，系统开始测量，并在第一组四位数码管显示一组转速，再按按键，在另一组四位

35、数码管显示下一组转速。将按键一脚接在AT89S51的1脚（P1.0口），另一脚接地，通过单片机编程可以实现上述功能。 显示部分方案选择与设计显示方案：使用8279芯片 8279芯片是由INTEL于80年代首先推出的优点：通用 缺点：元器件多，面积大，电路复杂，综合成本较高。使用辅助单片机 在仪器的主控制单片机外，另使用一个辅助单片机专门做显示驱动和键盘扫描。优点：灵活 缺点：元器件多，速度慢，易受干扰，综合成本高。使用74LS138与74LS04共同驱动数码管，将74LS138的输入脚连接到单片机，输出端连接两片74LS04的八个非门，通过非门连接到八位数码管优点：电路简单易懂，外围电路简洁，

36、接口速度快，程序效率高，综合成本相对较低。综合以上，选择第3个方案，74LS138与74LS04共同驱动数码管显示。显示部分由单片机连接译码器74LS138输入端，输出端通过8个非门连接到两组四位数码管，通过数码管显示所测得的转速。用与非门组成的3线-8线译码器74LS138图3-6 用与非门组成的3线-8线译码器74LS1383线-8线译码器74LS138的功能表表3-1无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出引脚，任何时刻要么全为高电平1，芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出引脚全为高电平1。如果出现两个输出引脚同时为0的情况，说明该芯片已经损坏。图

37、3-7是74LS138的引脚图，S1、S2和S3是三个输入选通控制端。 图 3-7 74LS138的引脚图只有当使能端S1为高电平，而S2与S3之和为低电平时，才能正常工作。也就是说，输出为高电平（S1），译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表3-1所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。当附加控制门的输出为高电平（S1）时，可由逻辑图写出由上式可以看出，同时又是这三个变量的全部最小项的译码输出，所以也把这种译码器叫做最小项译码器。LED显示器是由发光二极管组成的，用来显示特定的显示器。7段数码管发光二极管使

38、用灵活，简单方便，当有电流通过时，相应的发光二极管就点亮；当电流消灭没有电流时，发光二极管就灭。共阳极LED显示器，就是将所有发光二极管的阳极接到一起，接到电源正极。这样，当某个发光二极管的阴极加有低电平，该发光二极管即被点亮。常用7段数码管LED显示器，共阴极和共阳极结构如下图： 图3-8 7段数码管结构图与接法通过a,b,c,d,e,f,g,dp,各点和公共点的电位，就可以控制每个发光二极管的亮暗，而不同的发光的亮暗组合就可以显示不同的数字（dp点是来表示小数点，在显示数字中不起作用）。如要显示“3”，则只需点亮a,b,c,d,g5个发光二极管，而其他均为暗，对于共阴极LED显示器来说，就

39、是在这些引脚上输入高电平即可。LED显示器字符段码表如附表3。显示部分方案的设计如图3-8所示电路，74LS138输入端接单片机P2口，输出端经过8个非门74LS04连接到两组数码管的各个公共端，a、b、c、d、e、f、g、dp8个点连接到单片机的P0口，通过单片机编程，设置P0口提供低电平，经过单片机运算处理过的信息经由译码器74LS138译码，然后由数码管显示出被测电机的转速。图3-9 8位数码管显示电路硬件整机电路图见附表4。3.5 本章小结本章介绍了本设计硬件部分的组成：传感器、单片机、运放、键盘、四位数码管几部分。并分别介绍了各部分的选择方案及设计，详细的讲述了各部分的组成与功能。硬

40、件部分总体设计方案：采用光电转速传感器得到的电脉冲信号，经过CD4069放大整形后，获得相同频率的方波信号，通过单片机运算处理测量方波的频率或周期，测得转速的大小，并通过74LS138译码后由数码管显示。 第4章 软件设计思路及方案 软件设计概述软件设计是转速测量的核心，经过放大、整形后的方波送入单片机，利用单片机内部的定时/计数器实现频率的测量，定时计数器的工作首先被设置为计数器方式，即用来测量信号频率。 软件设计方案首先定时计数器的计数寄存器清0，运行控制位TR置1，启动对待测信号的计数。计数闸门由软件延时程序实现，从计数闸门的最小值（即测量频率的高量程）开始测量，计数闸门结束时TR清0，

41、停止计数。计数寄存器中的数值经过数制转换程序从十六进制数转换为十进制数。判断该数的最高位，若该位不为0，满足测量数据有效位数的要求，测量值和量程信息一起送到显示模块；若该位为0，将计数闸门的宽度扩大10倍，重新对待测信号的计数，直到满足测量数据有效位数的要求。脉冲信号通过单片机定时计数器计数，定时器Tn定时。定时器Tn完成100次溢出中断的时间t除以测得的脉冲数m，经过单位换算，就可以算得直流电机旋转的速度。 软件程序LED显示程序DISP： SETB P2.0 ；A0=1，A1=0。PB地址 MOV A, 37H ADD A, #00H ；D1数据加上74LS138扫描值 MOVX R0 ,

42、A ；显示D0 CALL DELAY ；扫描延时 MOV A, 36H ADD A, #10H ；D0数据加上74LS138扫描值 MOVX R0 ,A ；显示D1 CALL DELAY ；扫描延时 MOV A, 35H ADD A, #00H ；D1数据加上74LS138扫描值MOVX R0 ,A ；显示D0 CALL DELAY ；扫描延时 MOV A, 34H ADD A, #10H ；D0数据加上74LS138扫描值 MOVX R0 ,A ；显示D1 CALL DELAY ；扫描延时 MOV A, 33H ADD A, #00H ；D1数据加上74LS138扫描值 MOVX R0 ,A

43、 ；显示D0 CALL DELAY ；扫描延时 MOV A, 32H ADD A, #10H ；D0数据加上74LS138扫描值 MOVX R0 ,A ；显示D18位数码管显示转速ORG 0000h LJMP mainORG 000bh;LJMP t_0;计数方式2ORG 001bh LJMP t_1;定时方式1MAIN：MOV r2,#20 ;MOV r3,#30MOV tmod,#16hMOV th1,#3chMOV tl1,#0b0hMOV th0,#0MOV tl0,#0SETB eaSETB et0SETB tr0SETB et1SETB tr1MOV 30h,#0c0hMOV 31

44、h,#0c0hMOV 32h,#0c0hMOV dptr,#tabl8: MOV p0,30hCLR LCALL delaySETBMOV p0,31hCLRLCALL delaySETB MOV p0,32hCLRLCALL delaySETBLJMP l8t_1:DJNZ r2,l1MOV r2,#20 MOV a,tl0MOV b,#100DIV abMOV a,a+dptrMOV 32h,aMOV a,bMOV b,#10DIV abMOVC a,a+dptrMOV 31h,aMOV a,bMOVC a,a+dptrMOV 30h,aMOV th0,#0MOV tl0,#0l1:MOV

45、 th1,#3chMOV tl1,#0b0hRETITAB: DB 11000000B ;0 DB 11111001B ;1 DB 10100100B ;2 DB 10110000B ;3 DB 10011001B ;4 DB 10010010B ;5 DB 10000010B ;6 DB 11111000B ;7 DB 10000000B ;8 DB 10010000B ;9 DELAY:MOV r0,#100D1:MOV r1,#50DJNZ r1,$DJNZ r0,d1RETEND4.4 本章小结 本章主要介绍软件部分的设计以及主要程序，软件部分是整个设计的核心，被测信号经过整形送入单片

46、机进行运算处理，并将结果由数码管显示出来，而单片机的工作就要通过软件编程来实现，可以看出，软件部分至关重要。第5章 系统调试 硬件调试系统要求实现功能：1. 测量电机转速范围09999转/分； 2按下按键开始测量； 3八位数码管显示；在原要求上创新改进： 对电机进行调速创新改进设计 ： 在电机上连接一个100的电位器，通过调节电位器阻值的大小来控制电机转速，这样，就可测得不同大小的转速。使得两组数码管显示两组不同的转速。改进创新：编写程序，使按键按下开始测量，并在第一组数码管显示转速，再按按键，系统测量另一组转速，并在第二组数码管显示。MAIN： MOV r2,#20 ; MOV r3,#30

47、MOV tmod,#16hMOV th1,#3chMOV tl1,#0b0hMOV th0,#0MOV tl0,#0SETB eaSETB et0SETB tr0SETB et1SETB tr1MOV 30h,#0c0hMOV 31h,#0c0hMOV 32h,#0c0hMOV dptr,#tab5.3 本章小结本章是系统设计的最后一部分：系统调试，分为硬件部分调试和软件部分调试，通过调试，才能确保实现系统的功能，并在这基础上更加完善系统。结 论以单片机为核心的转速测量仪设计完成，并将设计的进程及内容编排于论文中。经过对转速测量的理解、设计、硬件安装、软件编程与系统调试，电路达到了所要求的全部

48、技术指标。通过设计电路和撰写论文，对所选题目有了深刻的理解，为了实现对电机转速的控制，对本设计进行了创新完善，在原电机上加一个电位器，通过调节电位器来控制转速，改进之后，两组数码管可以显示两组不同的转速。转速测量仪在工业生产、汽车技术应用、科学实验及生产生活都是必不可少的。随着电子技术的飞快发展，转速仪表结构简单化、品种多样化与系列化，进一步要向人性化发展，不但要具有价格优势，还要有很高的测量精度，这需要设计人员不断汲取新知识，不断运用新器件，不断开拓新思路，才有更多创新的、符合人们需求的转速测量仪表。致 谢感谢指导教师张金君老师的精心指导，导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作

49、风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在论文完成之际，还要感谢在大学四年中对我学习给予的帮助和支持电子系的老师们,是你们传授给我的知识使我能够顺利完成课题的研究和论文的写作。我还要感谢所有任课老师和辅导员对我在四年学习和生活中的关心和教诲，特向你们的精心授业和辛勤的工作，表示深深的敬意和感谢！本文在写作过程中参考了大量的文献资料，

50、主要文献资料已开列出来，本文的有些句子或段落引自这些参考文献。在此向所有的作者表示深深的感谢！最后，非常感谢答辩主席及答辩评委，感谢你们的指教，谢谢！ 参考文献1 沈尚贤电子技术导论手册北京.高等教育出版社.2 赫建国，郑燕，薛延侠单片机在电子电路设计中的就用清华大学出版社3 5V/3.3V or Adjustable,low-Dropout ,Low IQ ,500mA Linear Regulators. Maxim 1996 New Releases Data Book 4 张瑞兰，刘迎九，华晶.便携式设备中电源软开关设计的一种方法. 电子技术 2002年第9期5 梁天德，黄传明.单片机

51、测速仪的设计和研制J.华侨大学报:4014076钱建强、薛敏.红外光电转速测量仪J.工业计量 2003（6）:33357 曹 军 仪器放大器AD620性能及其应用J. 电子器件:62668 李庆祥，徐端颐实用光电技术M第一版北京：中国计量出版社 61679 庞卫子.数字式转速测量仪J.数据采集与处理 28729010 李勋 刘源单片机实用教程北京航空航天大学出版社11吴金成8051单片机实践与应用清华大学出版社12张毅刚彭喜元姜守达乔丽岩新编MCS51单片机应用设计哈尔滨工业大学出版社 附录1 英文资料翻译单片机是ATMEL公司推出的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4K bytes 的

52、可编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术产生，兼容标准8051指令系统及引脚，并且既可采用在线编程（ISP），也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片机芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位的AT89S51单片机提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域，调试非常方便，使用也非常灵活。传感器已大举进军汽车、医疗、工业和航天应用领域。但您也许尚未看到任何变化。在安全、便利、娱乐以及效率因素等方面日益增长的需求，加上世界各地政府的法令将会使传感器的应用得到空前膨胀。除了预计传感器将在无线和消费品领域应用的急剧膨胀之外，您还会明白为何传感器

53、生产商有望在2010年结束前迅速开发庞大的市场和应用领域。这些传感器中的大多数将是微机电系统(MEMS)和微系统技术(MST)类型，以及应用前景十分广阔的微传感器。对于汽车系统，传感器生产商可很容易地发现大量的传感应用，不仅包括测量传感压力，而且包括通过传感系统测量惯性、位置、接近度、温度、流速、力量强度、张力、扭矩、震动和倾斜状况。用于测量这些参数的传感技术各不相同。通用汽车技术中心的技术人员Alex Cade认为，“汽车领域的传感需求正呈跳跃式增长。”他列举了底盘控制、车辆定位/位置、物体探测、视觉强化、汽车环境加温、通风、空调以及引擎和传动控制等传感器的增长领域。增强车辆稳定性只是他列举

54、的众多例子中的一个。美国国家公路运输管理局(NHTSA)最近关于侧面碰撞安全气囊的提议要求在每辆汽车上增加两至六个传感器。尽管该提议没有被强制要求使用，但美国、欧洲和日本的汽车生产商表示，出于安全考虑，他们将在2010年结束前为所有车辆安装侧面碰撞安全气囊。某些汽车供应商，如TRW和Delphi将一组加速计和压力传感器(后者反应速度较前者快)应用于侧面碰撞安全气囊。汽车惯性传感已成为另外一个热点。实际上，Motorola和Analog Devices( analog )提议使用惯性传感元件组来管理大量的将用于车辆动态、导航、安全和电子转向应用的传感功能(插图1)。 “防抱死制动系统、电子制动力

55、分布系统、循迹控制系统和主动偏航控制系统之间的相互作用使得汽车具有动态稳定性，”Analog Devices的高级应用工程师Harvey Weinberg如是说。Motorola的John P. Schuster补充道：“元件组方法可利用一个核心平台支持多种应用。它以航天陀螺仪为基础，且成本低，体积小，可应用于汽车。”光传感技术崭露头角一种由Optrand开发的用于测量引擎压力的新方法采用了一种多功能设备，该设备将一个基于光纤技术的压力传感器装入一个用于柴油引擎的电热塞中。压力感应电热塞由一个感应头、一根光缆和许多信号调节电子元件组成，在压力超过5巴时,其水冷式参考变频器能提供62%的精确度，

56、在压力低于5巴时，误差低于0.2巴。该公司预计将于2007年首次采用该设备。Honeywell计划在低成本的无键输入的无源系统中采用光传感技术，部分采用该技术的产品可嵌入汽车的门把手。该传感器将包含一个装有收发器的钥匙状光学元件。为进入车内，车主在车门把手和车身之间放置了一个钥匙状元件。霍尔效应感应器将在众多汽车功能中找到应用场所，包括感应减速和制动踏板的位置、凸轮轴位置和转速、气压以及歧管绝对压力(MAP)。Infineon Technologies AG的应用工程师Werner Roessler认为，有源霍尔效应传感器可用于传动系控制以及凸轮和曲轴等相关应用。“与无源感应器相比，这提供了更

57、高的精确性、更佳的启动策略并且具有探测曲轴启动点位置的能力，”他说。Melexis Inc.计划将此技术用于感应非接触式位置。一个新的感应范例电场感应利用电极和它们之间的电场来工作。Freescale Semiconductor认为，它可用来替代安全气囊和其它用途的感应器。“该感应方法有助于使安全气囊更为智能化，由于不仅考虑了乘客的头部位置(即头部是否移动？)，而且考虑了乘客的体积和重量，气囊将不会过早打开，”Freescale的应用工程师Don Laybourn说。此类传感器可安装在边沿或其它地方带有电极的方向盘上，这样可确定方向盘是否被松开(如当一名驾驶员睡着时或被致残时)，然后将发出警告

58、信号。此方法同样也可以让车辆慢慢停下来。车辆座位电极可在车辆行驶时确定驾驶员位置没有人的情况下对车辆进行制动。这将防止车辆进入失控状态，例如当汽车停靠在斜坡上时。车窗雨水和积霜感应则是另外一种类型应用。附录2 英文资料At89S51 monolithic integrated circuit is the low power loss which ATMEL Corporation promotes, the high performance CMOS8 position monolithic integrated circuit, internal including the 4K bytes programmable Flash read-only program me