基于单片机数字转速表设计

基于单片机数字转速表设计

作者：黎洪洲

来源：《消费电子·理论版》2013年第07期

摘 要：基于单片机数字转速表设计是以单片机（ATS52）为控制芯片，利用S52单片机三个定时器的特点，运用转速测量M/T法，通过对光电编码盘输出的脉冲信号测量获得电动机转速。测量精度高，范围宽。

关键词：数字转速表；转速测量；M/T法；脉冲

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 14-0000-01 一、引言

转速表作为机械行业必备的仪器之一，用来测定电机的转速、线速度或频率。在电机、电扇、造纸、塑料、化纤、洗衣机、汽车、飞机、轮船等制造业中，转速表都得到了广泛的应用。转速表、转速测量在国民经济的各个领域，都是必不可少的。随着社会经济，科学技术不断发展，各个领域的机械设备对转速表要求也越来越高。而单片机具有体积小、成本低、功能强、智能化等优点。将单片机嵌入到转速表内可以很大程度上改善转速表的稳定性、抗干扰能力、体积、功能、测量精度与范围等性能。因此研究单片机多功能转速表的设计是非常有必要的。

二、方案设计及论证 （一）转速测量理论分析

在一定的时间Tc内测取脉动个数M1，用以计算这段时间内的平均转速，称作M法测速。在相邻脉冲的间隔时间内，用一个计数器对已知频率为f0的高频时钟脉冲进行计数，并由此来计算转速，称作T法测速。把M法和T法结合起来，既检测Tc时间内输入脉冲的个数M1，有检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用以计算转速，称作M/T法测速。设高频时钟脉冲的频率为f0，则准确的时间测速时间Tt=M2/f0，而电动机的转速为：

采用M/T法测速时，应保证高频时钟脉冲计数器与输入脉冲计数器同时开启和关闭，以减少误差，只有等到输入脉冲的边沿到达时，两个计数器才同时允许开始或停止计数。由于M/T法的计数值M1和M2都随着转速的变化而变化。高速时，相当于M法测速，最低速时，M1=1，自动进入T法测速，因此，M/T法测速能适用的转速范围明显大于前两种，是目前广泛使用的一种测速方法。

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（二）方案设计。采用ATS52的定时/计数器T0脉冲累加功能采集脉冲输入信号，显示使用LCD1602实现。为了提高测量精度，在设计中加入了一级信号同步控制电路，使得T0和T1同步启动和关闭。结构图如图1所示：

（三）方案论证。本系统设计在软件上采用了M/T法测量转速，无论是在精度上还是分辨率方面都高于M法和T法，特别是在数据处理方面，进可能的减少量化误差。

因为M/T法需要三个定时/计数器完成，所以在控制芯片选择了ATS52，无需再扩展定时/计数器即可完成设计要求。 三、系统总体设计

硬件设计：本系统硬件电路设计采用ATS52作为核心处理器，主要分为键盘部分，信号同步控制电路，温度采集电路，LCD1602显示部分。

P0口做为1602液晶的数据输入端，P2.5-P2.7做为液晶1602的控制端口。P2.1连接蜂鸣器，做为按键声音输出端。P2.2连接LED，做为报警警示灯控制端。P2.3连接DS18B20数据接口。P1口做为键盘输入端。P3.0和P3.1分别用于同步停止和开始测量，P3.3用于T1计时门控控制端，P3.4对外部脉冲计数。 四、系统仿真及调试

（一）软件编译与调试。软件编译使用TKStudio编译软件。TKStudio具备了完全的编译器选项，长文件路径编译支持，并可直接利用其他编译工具生成的omf文件。TKStudio软件仿真，硬件调试，反汇编，复杂变量观察，内存察看，仿真器设置，功能相当完善，是真正意义上的集成开发环境。

（1）首先建立工程，选择编译语言类别（C语言，汇编语言），选择目标单片机类型。（2）其次，建立新文件，设置保存路径。（3）接下来在软件编辑区域输入程序，经过反复调试。

（二）硬件调试。在最初硬件调试中，使用Proteus仿真软件完成。Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外围电路（如LCD、RAM、键盘、马达、LED、AD/DA等）。

在认真了解设计要求并写出具体方案后，开始进行硬件仿真调试：1.首先要建立仿真文件。2.点击左侧P按钮，选取所需元件。3.连接电路图后，经检查无误后，向单片机导入.hex文件。4.经反复调试，最终调试结果如图2所示。

在仿真和实际连接电路过程中应注意一下几点：1.仿真系统已经把单片机的最小系统默认设置，在实际连接中，首先要完整地连接单片机最小系统。2.晶振的选取，因为软件编译中，

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所有定时/计数器的设置是按12MHz晶振频率计算的，如果选用11.0592MHz的晶振会造成转速测量不准确。

在仿真成功后，按仿真电路图连接电路板，经过调试，最终实现功能。 参考文献：

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统第三版[M].北京：机械工业出版社，2003，（7）. [2]杰.单片机原理及应用第三版[M].北京：机械工业出版社，2005，（7）. [3]侯媛彬.袁益民.霍汉平.凌阳单片机原理及其毕业设计精选[M].北京：科学出版社，2006，（1）.