基于單片機數字轉速表設計

摘 要：基于單片機數字轉速表設計是以單片機（AT89S52）為控制芯片，利用S52單片機三個定時器的特點，運用轉速測量M/T法，通過對光電編碼盤輸出的脈沖信號測量獲得電動機轉速。測量精度高，范圍寬。

關鍵詞：數字轉速表；轉速測量；M/T法；脈沖

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 14-0000-01

一、引言

轉速表作為機械行業必備的儀器之一，用來測定電機的轉速、線速度或頻率。在電機、電扇、造紙、塑料、化纖、洗衣機、汽車、飛機、輪船等制造業中，轉速表都得到了廣泛的應用。轉速表、轉速測量在國民經濟的各個領域，都是必不可少的。隨著社會經濟，科學技術不斷發展，各個領域的機械設備對轉速表要求也越來越高。而單片機具有體積小、成本低、功能強、智能化等優點。將單片機嵌入到轉速表內可以很大程度上改善轉速表的穩定性、抗干擾能力、體積、功能、測量精度與范圍等性能。因此研究單片機多功能轉速表的設計是非常有必要的。

二、方案設計及論證

（一）轉速測量理論分析

在一定的時間Tc內測取脈動個數M1，用以計算這段時間內的平均轉速，稱作M法測速。在相鄰脈沖的間隔時間內，用一個計數器對已知頻率為f0的高頻時鐘脈沖進行計數，并由此來計算轉速，稱作T法測速。把M法和T法結合起來，既檢測Tc時間內輸入脈沖的個數M1，有檢測同一時間間隔的高頻時鐘脈沖個數M2，用以計算轉速，稱作M/T法測速。設高頻時鐘脈沖的頻率為f0，則準確的時間測速時間Tt=M2/f0，而電動機的轉速為：

采用M/T法測速時，應保證高頻時鐘脈沖計數器與輸入脈沖計數器同時開啟和關閉，以減少誤差，只有等到輸入脈沖的邊沿到達時，兩個計數器才同時允許開始或停止計數。由于M/T法的計數值M1和M2都隨著轉速的變化而變化。高速時，相當于M法測速，最低速時，M1=1，自動進入T法測速，因此，M/T法測速能適用的轉速范圍明顯大于前兩種，是目前廣泛使用的一種測速方法。

（二）方案設計。采用AT89S52的定時/計數器T0脈沖累加功能采集脈沖輸入信號，顯示使用LCD1602實現。為了提高測量精度，在設計中加入了一級信號同步控制電路，使得T0和T1同步啟動和關閉。結構圖如圖1所示：

（三）方案論證。本系統設計在軟件上采用了M/T法測量轉速，無論是在精度上還是分辨率方面都高于M法和T法，特別是在數據處理方面，進可能的減少量化誤差。

因為M/T法需要三個定時/計數器完成，所以在控制芯片選擇了AT89S52，無需再擴展定時/計數器即可完成設計要求。

三、系統總體設計

硬件設計：本系統硬件電路設計采用AT89S52作為核心處理器，主要分為鍵盤部分，信號同步控制電路，溫度采集電路，LCD1602顯示部分。

P0口做為1602液晶的數據輸入端，P2.5-P2.7做為液晶1602的控制端口。P2.1連接蜂鳴器，做為按鍵聲音輸出端。P2.2連接LED，做為報警警示燈控制端。P2.3連接DS18B20數據接口。P1口做為鍵盤輸入端。P3.0和P3.1分別用于同步停止和開始測量，P3.3用于T1計時門控控制端，P3.4對外部脈沖計數。

四、系統仿真及調試

（一）軟件編譯與調試。軟件編譯使用TKStudio編譯軟件。TKStudio具備了完全的編譯器選項，長文件路徑編譯支持，并可直接利用其他編譯工具生成的omf文件。TKStudio軟件仿真，硬件調試，反匯編，復雜變量觀察，內存察看，仿真器設置，功能相當完善，是真正意義上的集成開發環境。

（1）首先建立工程，選擇編譯語言類別（C語言，匯編語言），選擇目標單片機類型。（2）其次，建立新文件，設置保存路徑。（3）接下來在軟件編輯區域輸入程序，經過反復調試。

（二）硬件調試。在最初硬件調試中，使用Proteus仿真軟件完成。Proteus是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外圍電路（如LCD、RAM、鍵盤、馬達、LED、AD/DA等）。

在認真了解設計要求并寫出具體方案后，開始進行硬件仿真調試：1.首先要建立仿真文件。2.點擊左側P按鈕，選取所需元件。3.連接電路圖后，經檢查無誤后，向單片機導入.hex文件。4.經反復調試，最終調試結果如圖2所示。

在仿真和實際連接電路過程中應注意一下幾點：1.仿真系統已經把單片機的最小系統默認設置，在實際連接中，首先要完整地連接單片機最小系統。2.晶振的選取，因為軟件編譯中，所有定時/計數器的設置是按12MHz晶振頻率計算的，如果選用11.0592MHz的晶振會造成轉速測量不準確。

在仿真成功后，按仿真電路圖連接電路板，經過調試，最終實現功能。

參考文獻：

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