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1、无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书无锡职业技术学院毕业设计（论文）题 目 反射式红外测速仪 英文并列题目 Reflective infrared tachometer 院 系 物联网技术学院 班 级 学生姓名 学 号 指导老师（1） 职 称 指导老师（2） 职 称 答辩委员会主任 钱晓忠 主答辩人 二 零 一 八 年 四 月反射式红外测速仪摘要：测量速度有很多种方法，但转速测量方面，通常以模拟量采集、模拟处理为主，在时间推移之下，已无法适应大部分系统实用要求。伴同大规模与超大规模集成电路技能不断完善，数字化衡量标准遭到人们广泛关心，加上单片机可有效处置脉冲数字信号，进一步促使全数字量系统生
2、长与进高。为满足不计数器测量需求，便于工程应用。所有的受试者都选择设计一个反射式红外测速仪。关键词：转速；电机；单片机Reflective infrared tachometerAbstract: There are many ways to measure speed, and analog data acquisition and simulation are always the main methods of rotational speed measurement. This measurement method can not meet the needs of most syst
3、ems. With the development of large-scale and ultra large scale integrated circuit technology, digital system measurement is widely used, especially the powerful processing ability of single chip microcomputer to pulse digital signal, which makes the full digital system more and more popular. In orde
4、r to adapt to the wide range of non counter measurement, it is convenient for engineering application. All subjects chose to design a reflective infrared velocimeter.Key words:speed; motor; single chip microcomputer目录第一章 绪论51.1 课题研究的目的和意义51.2 速度测量在国内外的研究及趋势51.3 研究的主要内容6第二章 整体设计方案与选择72.1.1 显示部分电路选择82
5、.1.2 计数电路选择82.2 转速测量的一般方法92.3 系统结构图102.4 硬件设计总体方案112.5软件设计方案11第三章 系统硬件的设计133.1 单片机的最小应用系统133.1.1单片机发展过程133.1.2 AT89C51单片机简介133.1.3 复位电路143.1.4 振荡电路143.1.5 管脚说明153.1.6电源模块163.2红外传感器163.2.1红外传感器概述163.2.2红外传感器的优点173.3 红外发射接收电路183.3.1 红外线特点183.3.2 红外线发射与接收装置183.3.3 发射接收电路组成193.4显示电路213.4.1液晶显示器213.4.2 L
6、CD1602液晶显示器213.4.3 74LS164显示接口芯片253.5转速测量原理263.5.1 测频法“M法”263.5.2 测周期法“T法”263.5.3 测频测周法“M/T法”273.5.4 转速测量系统中应用的方法28第四章 系统软件的设计294.1 程序设计294.2 子程序设计304.2.1 单片机转速计算程序304.2.2 二十进制转换程序304.2.3 显示程序31第五章 致谢34参考文献35附录36第一章 绪论1.1 课题研究的目的和意义随着科技水平不断提高，单片机功能越来越成熟，价格也越来越低，给全数字测速系统大范围推广奠定了基础。联合近况来看，速率衡量有着很多方式，但
7、多数以模拟量采集、模拟处理为主。从测量精度进行分析，这种方法难以解决大部分系统应用需求。伴随集成电路技术日益进步，数字化测量受到人们广泛关注，加之单片机可有效处理脉冲数字信号，如此一来，进一步推动数字系统发展。将数字处理应用于速度测量领域，无论在精度还是范围方面，均有明显提升与改进。本文重点讨论速度测量系统软/硬件设计。通过51单片机与传感器实现全数字测速系统。由测量精度出发，分析误差形成的原因。此外，阐明硬件电路工作原理，按设计要求制定修改及解决方案，全面提高系统应用价值及实用性。基于单片机和传感器的全数字测速系统的设计在工业控制和家用电器方面具有很高的应用价值。不但能应用在工业控制领域，如
8、电机转速检测与控制等，还能利用自身全数字结构优势，与工业控制机稳定相连，真正做到远程管控，加快现代化发展进程。事实上，它能作为一款独立产品执行相关任务，相比之下，整个处理过程更加稳定。综上所述，无线转速测量系统值得研究与重视，随着其不断完善，能够给社会发展带来更多助力。1.2 速度测量在国内外的研究及趋势速度是一个重要的特征参数的性能测试电力设备和电力机械,由于动力机械大部分特性参数和转速间存在函数关系，比如压缩机排气量、轴功率等。除此之外，动机机械振动、部件磨损情况等也受其影响，所以，转速测量意义重大，必须引起重视，促使结果更加准确、有效。测量速度有很多方法，测量仪器的种类也不同。适用范围、
9、测量精度同样会有差异。按照测量方式进行划分，主要包括接触式、非接触式两种转速测量仪表。从字面上进行理解，前者需要和被测对象接触，如离心式、磁性转速表以及测速发电机等；后者无须和被测对象接触，如光电式、电子数字式等转速表,而光电式则是发动机转速测量早期方法之一。用这种方法测量时,既要在发动机转动轴上粘贴光标纸，它还要求测量师在一个非常近的范围内控制转速表和游标纸的距离。这是很不方便测量的。伴随科技水平不断提高，这类测量仪表也随之实现快速发展，取得一系列重大突破，现阶段正朝现代化、电子化方向发展。在此以前，接触式测量仪表使用更加普遍，如微型发电机转速表及钟表（定时转速表），而测量轴是一种非接触式仪
10、表，尽管它仍在使用中。但它也是一个次要的位置。而不是接触电子和数字速度计。它的优点是体积小、重量轻、读数准确、使用方便等。计算机屏幕显示和打印输出很容易实现。它可以连续地反映速度的变化。它不仅可以测量发动机在稳态下的平均速度，而且还可以确定在一定条件下的足够时间间隔的起始点，机器的瞬时速度。目前，在世界各国，电子速度传感器被用来测量车辆在道路行驶当中是否超速了。从现状来看，转速测量系统普遍存在，如工业生产、民用电器等方面都能发现它的身影，通常情况下，可视作相关产品或控制系统基本组成。根据应用情况来看，其参数设置并不一致，需要结合实际来考虑，然而，速度测量系统对国家和人民经济的发展具有重要的意义
11、。1.3 研究的主要内容本文主要设计并实现单片机红外测速仪，由此确定车辆行车速度。以下是主要内容:(1)系统硬件电路的详细设计。完成各单元电路设计，结合实际功能选用对应器件。重点是芯片、元器件类型，芯片间、单品机引脚连接方式等。上述内容会在第二章给出详细说明。（2）系统软件详细设计。通过软件结构细分，完成各功能模块设计，绘制各模块程序框图，最终完成各程序有机整合，由此建立完整系统。第二章 整体设计方案与选择这里我们设计了一款实用的反射式红外测速仪。当测量物体的运动速度时，反射红外测速器首先发射被测量物体的红外脉冲。红外接收器利用物体的表面发射能力接收光脉冲信号(它可以在被测物体表面粘贴白色反射
12、纸)，然后转换光脉冲。信号通过光电转换电路传输到电脉冲信号。将电脉冲信号放大处理后，将其输入到单片机的计数控制门，并与内部标准表脉冲信号进行比较。在运行后，通过显示器显示被测物体的运动转速。红外探头的测量距离根据实际需要设计可以分成两类分别是：短距离和长距离。近距离探头可以由一个小功率发光管和一个发光管驱动。如果是长距离测量，探测器可以使用中、大功率发光二极管或合适的激光二极管。现实生活中的应用如图1所示图1 2.1.1 显示部分电路选择这部分硬件和软件部分设计我想了两种方案：方案一：串行接法结合实际要求，应当准确显示3位数字，通过 74LS164 来驱动，可实现锁存功能，不但能降低I/O 口
13、资源需求，而且便于数据传输控制。如图2所示图2 串行接法方案二:并联连接当我们设计当中使用并行连接时,我们需要独立地为每个数字管输入I/O数据,并且占用的资源比较大。经综合对比，因本次以独立单片机来控制，考虑到资源问题，故而采纳方案一。2.1.2 计数电路选择本次必须对车轮圈数及对应时间进行有效记录，按照圈数求得行车路程，由此确定速度。在本设计中我想了两个方案：方案一：使用红外中断把红外发光二极管、光敏三极管置于车轮两侧，二者通过车轮小孔完成对射。当物体转动时,红外感光晶体管接收红外LED的光。光敏三极管正常导通，形成高电平，利用施密特触发器 74LS14 整形处理，最后传输至单片机外部中断O
14、，实现圈数记录。方案二：使用电感式接近开关金属物体被安装在物体的侧面,附近需要部署1个振荡感应头（可形成电磁场），随着金属物体不断靠近，物体内将形成涡流，能够让闭合开关动作，减弱接近开关振荡，内部电路相关参数改变，从而判断是否出现金属物体，自动调控开关状态（通/断）。经过对比分析，为降低取材难度，本次采纳方案一。本次设计总体方案如下：使用红外中断记录车轮圈数及对应时间，以74LS164 为显示驱动，串行接入 3 个数码管。2.2 转速测量的一般方法通常来讲，转速测量系统由多部分组成，基本框图参见图3。转速信号拾取整形倍频单片机显示接口芯片显示键盘驱动电路图3转速测量框图转速信号采集作为前端通道
15、，其目的是将外部非电参数以某种方式转化为电能。此部分主要利用敏感元件、传感器等进行处理。具体方法如下:敏感元件比较小，能够按照实际需求制成各种探头，只要选择适当的元素参数，测量的物理量就可以转换成电流和电压。若利用R,、L,、C进行相关电路设计，便能实现正常通信。此方法不易设计，信号缺乏稳定性，模拟处理系统中应当避免使用。对于敏感元件以及测量电路、传递机构，开发者按照各种形式可设计出各种传感器，从而满足各个场合应用需求，实际应用过程中，能输出模拟量或数字量。(3)测量信号由测量仪器提取。现阶段，测量仪表类型不断增多，应用也越来越广泛，比如大信号、BCD码输出等，但成本费用较高，专业要求严格，难
16、以真正推广至通用系统。关于这类通用系统，一般选择“码盘”传感装置（圆形），直接固定于转轴上，代码板存在多个小孔。通过光电偶输出电信号，反馈转速信息，也就是采用脉冲形式反馈转轴速度，主要包含如下几种情况：（1）完成模拟量量化，通过A/D转换，采用数字量反馈角度信息，(2)旋转角度由脉冲直接反射，速度由每次旋转产生的脉冲产生。前向通道内，传感器输出信号需要进行合理转换，便于单片机准确识别。为保障信号质量，信号调节电路、传感器应当达到要求，充分关注现场干扰等因素。数字电路出发主要由脉冲信号上升沿、下降沿决定，如果把转速脉冲信号传输给计数器或外部中断输入端，依靠上升沿触发计数，那么信号应当呈现陡峭上升
17、沿或下降沿。该方法可用于形成触发电路。频率倍增电路主要用于解决编码器校准误差引起的精度低、精度低的问题。采用这种方法时，各转都需要考虑脉冲数量（码盘线程数），通常适当补充可改善精度。而转速过快情况下， 由于脉冲个数的增加， 限制了最高转速测量量程，通过单片机控制，可以动态地解决该问题，并考虑了高速和低速的测量精度。单片机作为测量系统核心不可或缺重要组成，负责处理、计算、同步和定时的前端信号的任务。与此同时，还需要完成输入数据计算，把结果返回至显示接口，由数码管呈现出来。本次结合计数区间、定时要求、计数器数量等因素，初步选取89C51单片机。后文会进行全面探讨。因为液晶显示器优点众多，如高亮度、
18、高稳定性等等，所以，成为工业测控系统显示部分首选产品。该系统也用液晶显示器显示。2.3 系统结构图本系统硬件组成较多，根据前文介绍可知，主要包括红外发光二极管、光敏三极管、单片机、数码管等等。下面图4为系统结构图输出显示信号处理单片机信号采集 图4系统结构图2.4 硬件设计总体方案所谓硬件设计，主要以系统总体设计、工作原理为前提，设计系统的原理图。转速作为工程领域常见参数，测量过程中，大都以模拟量模拟处理为主。伴随大规模与超大规模集成电路技术不断完善，数字化测量受到人们广泛关注，加之单片机可有效处理脉冲数字信号，进一步推动数字测量系统发展与进步。将数字化技术应用于速度测量领域，无论精度还是范围
19、，均有明显提升与改进。本系统包含霍尔传感器、单片机、显示器等部分。传感器使用红外传感器将测量的速度转换为脉冲信号。单片机采用AT89C51，显示器选择7段LED数码管（共4个），硬件总体框图参见图5。传感器电路显示驱动电路STC89C51单片机时钟电路键盘电路复位电路图5测速系统硬件的总体框图2.5软件设计方案软件必须考虑两方面问题，首先，定时器 0 准确、高效记数；其次，外部中断 0 合理设置，因转速测量范围比较广，高/低速必须同时兼顾，设计重点则是建立四字节除三字节程序。软件操作过程：霍尔传感器依靠磁电效应形成一周期脉冲，给单片机外部中断0（P3.2）传输相应信号，定时器开始动作，对于除数
20、高、低字节，前者选用计数器、定时器0中断次数，后者选用TH0、TL0初值（默认0）。中断后，将内部内存值读取为除数，调用division程序来计算速度，然后使用二进制数的一系列转换调用在LED上显示的程序。第三章 系统硬件的设计3.1 单片机的最小应用系统3.1.1单片机发展过程单片机来自于英语单片机，它是80年代早期英语翻译的。由物理含义来看，主要利用半导体芯片集成CPU、存储器以及一些外围设备接口，从而得到最简易计算机。然而，国内外的大多数厂商和学者都有很大的变化。它被称为“微机单元”来代替原来的单片机(单片机)。关于此类计算机，不管功能亦或形态，全部源于控制计算机，经过不断发展演化而成。
21、所以，将其命名成“微控制器”，与本质含义更加相符。根据单片机结构特征来看，芯片中集成有中央处理单元 CPU、RAM与ROM（随机、只读存储器）、 A/D 转换等多个部分。由此可见，能够直接将它视作一台计算机。根据1989年5月的统计数据，单片机有70个系列和463个类型，包括单片机。3.1.2 AT89C51单片机简介单片机中，可擦除只读存储器能够实现多次擦除（1000次）。该产品依靠ATMEL高密度、非易失存储器技术实现。可与工业规范下MCS-51指令集、输出管脚正常连接。因为单芯片包含多功能8位CPU以及闪速存储器，所以，AT89C51属于高效微控制器，AT89C051则为精简版本。实物图
22、参见图6。图6 AT89C51单片机实物图3.1.3 复位电路MCS-51 系列单片机主要依靠外部复位电路完成复位。该电路能够连续输出两个机器周期高电平。结合现状来看，常见复位电路包含两种：其一，上电自动式；其二，按键开关式。电源导通后，RC 电路呈现充电状态，因为电容 C 两端电压比较稳定，RESET 引脚、电源电压（+5V）基本一致；持续充电过程中，电流不断变小，RESET 引脚电位会随之降低；如果电容 C 两端电压趋近+5V，RESET 引脚将变为低电平。而电容 C 充电时，仅需保证 RESET 引脚处于高电平（稳定10ms ），便能实现正常复位。详情参见图7。图7 复位电路3.1.4
23、振荡电路AT89C51 单片机内拥有高增益反相放大器（输入、输出端依次是XTAL1、XTAL2），同时配合石英晶体与陶瓷谐振器，能够实现自激振荡器，以此为前提，可以和片内时钟发生器组合在一起，实现时钟电路。对于单片机系统，外接振荡源一般是晶体振动器，又被人们叫做晶振，随其振荡频率不断增大，时钟频率随之增大，这种情况下，单片机能够更快运行。详情参见图8图8 振荡电路3.1.5 管脚说明如图9所示图9 AT89C51引脚图1主电源引脚Vcc 和Vss（1）Vcc(40)。正常操作时接+5V电源。（2）Vss(20)。接地。2外接晶体引脚XTAL1和XTAL23控制或其他引脚： RST/Vpd，AL
24、E/PROG，RSEN 与 EA/Vpp （1）RST/Vpd（9）。4.输入输出引脚P3 口各引脚全部存在第二功能，详情参见表3-1表3-1 P3各口线的第二功能口线第二功能P3.0RXD(串行口输入)P3.1TXD（串行口输出）P3.2TNT0(外部中断0外部输入)P3.3TNT1（外部中断1外部输入）P3.4T0（定时器/计数器0外部输入）P3.5T1（定时器/计数器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7WD（外部数据存储器读选通）3.1.6电源模块相连器件的额定工作电压一般在3.3v，所以要作电源电路设计时需要将5v电压转换成3.3v地电压，来完成电路地正常运转。这次
25、采用的时LM1117来进行电压稳压调节。图9所示为电源模块电路图10图10 电源模块电路图3.2红外传感器3.2.1红外传感器概述在现代的测控技术中，红外传感技术得到了越来越多的应用，尤其在汽车的测速环节，红外传感器发挥着不可替代的作用。在红外传感技术的研发方面，其他光源或者强光照射带来的影响一直是该领域的难题。因此，针对这一问题提出的红外速度传感器设计方案，对于解决车辆以及其他的测速问题具有重要的意义。红外速度传感器可以有效的完成阶段加速度a以及瞬时速度v的多点测量，在工业中有着广泛的研究及应用意义。3.2.2红外传感器的优点红外线作为一种光线具备了普通光线折射、反射、干扰等多种特性，红外线
26、传感器简单的讲就是应用红外线自身的物理性质进行工作的传感器。由于光线作为媒介的传感器不会直接的与测量对象相接触，所以在灵敏度以及测量精度方面具有巨大的优势。图11为红外传感器实物图片图11红外传感器3.3 红外发射接收电路3.3.1 红外线特点红外线的发现源于赫歇尔进行的一次专业实验，在实验中，他意外的发现了一道非比寻常的光。这种光不能被人的肉眼直接看到，但是这种光线与肉眼可见的可见光有着很大相似程度的物理性质，它也蕴含着十分显著的热辐射。红外线名字的由来是因为此光线所处于红光的外部，它的波长涉及幅度很大，可以在0.75-1000微米的区间内，对于红外光线的研究得出，它主要有热效应和穿透云雾的
27、较强的物理性质。经过一定的研究和改进，红外线如今在我的生产和生活中发挥着很大的作用在医疗、军事、检测等方面都屡见不鲜。生活中也很容易看到杀菌、夜视仪、酒店的门房卡、各种设备的遥控器等等这些红外线的应用。3.3.2 红外线发射与接收装置1红外发射元件(1) 红外发光二极管其构成的主要元件是半导体PN结。具有工作电压低，反应速度快，占地空间小，工作稳定且质量高等很多优点因此现在已经使用比较广泛。在半导体PN结的内部，经过扩散作用，P区空穴在一定的条件下可以转移到N区，于此同时，电子就会以与空穴相反的方向进行转移，这样的转移最终形成了势垒，就会阻碍其进一步的转移和扩散。在其加载正电压时候，势垒就随之
28、会降低。电子和空穴就会继续以原来的方向移动。注入P区的电子和P区的孔化合物被注入到N区域的孔中，N区域的电子重新组合，伴随的是光子的能量的发射，因此产生了发光现象。(2) 发光二极管特性a 伏安特性电压超过一定数值，即门限线电压后，如果正向电压继续加大，发光管内的电流也会一直处于增加状态，前期增加速度较慢，随后增加速度较快。此外，为了确保系统在安全的条件下工作，应当尽量使二极管内的反向击穿电压的数值保持在安全范围之内，一般不允许超过5V。b 光谱特性但是这种简单的方式并不能满足恒流的条件，当输入的电压发生改变时，也会导致电流产生一定的波动幅度。当为了尽可能节省成本的时候可以采用此种方式。另外还
29、有用单片机来控制晶体管的开关进而实现对电流的管控，也就是LDO模式，这种方式可以满足恒流的条件，但是如果工作过程中最大与最小电压的差值较大，就会造成工作不稳定，效率不能得到保证。2. 红外接收器件红外光敏三极管双极型三极管两种基本类型NPN和PNP。他们的结构与普通的三极管极为相似，都能够产生电流增益的效果。不同之处在于他的发射极的一端做的非常大，用来增加光照的面积，且基极处不加引线。系统加载正电压，基极开路的装天下，集电极就会处于反向偏置。在有光照的状态下，内电场就会发挥一定的作用，光生电子就会被输送到集电极，基极和发射极之间的电压就会急剧增加，使电子大批量涌入集电极，这样的流动就会产生电流
30、。在数值上看，集电极是光电流的倍。3.3.3 发射接收电路组成本次设计中的红外发射接收电路如图12所示图12红外发射接收电路在通常情况下，经常用到的红外发光二极管，例如SE303的外形和LED有很大的相似度。可以产生红外光。产生的压降的数值约为1.4V。且一般工作电流的数值一般不允许超过20mA。由于工作过程中可能会加载大小不一得电压，所以可以采用有限的流电阻。在本次的设计方案中选用的二极管是SE303，它满足工作所提供的要求，且价格不高，不会给成本增添太多负担。在本次的设计方案中采用的红外光敏三极管的型号为PT3201。如图13所示图13 PT3201红外光敏三极管PT3201具有很高的灵敏
31、度，反应较为迅速，它的构成要素有陶瓷基、外壳和玻璃质透镜。波长最长可以达到880nm。且工作稳定可靠，具有良好的绝缘特性，耐水性且工作过程中不易发生泄露，即使天气或其他的外在条件较为恶劣时也可以维持正常的工作。陶瓷底座选用的颜色是黑色，且外壳的材质为金属。这样的构造可以保证良好的绝缘特性，使工作更加稳定可靠，且引脚可以进行焊接调整。对于红外线的接受以及发射可以采取的方式有直接和反射。直接就将发光和接受装置分别放在发射机和被控对象这两个装置的两端，这之间需要留有一定的空间和距离。反射式就是把发光和接受装置放在一起，而不是放在两端，只有光线被反射时，才可以被接受方所感知并接受。在本次的设计方案中，
32、选用的是直接式。参数计算：因为在本次设计中采用的是PT3201红外发光二极管，所以U1=1.4V,I180 根据常用电阻阻值表得出R1所以选择200电阻。采用的是PT3201红外光敏三极管，U1=0.4V，I=2mA，VCC我们采用的是5V的电源。同样根据公式得出R2=2.3K。3.4显示电路3.4.1液晶显示器随着时间不断推移，液晶显示器得到广泛利用，日常生活随处都能发现它的身影，是人们比较熟悉的产品。从大量电子产品来看，液晶显示模块占据核心主导地位，比如计算器、万用表及其他产品中，均得到普遍应用，且应用效果非常显著，其显示内容有三种，包括数字、图像与指定符号。针对单片机人机交互页面，按照输
33、出方式进行划分，又分为发光管、LED数码管以及液晶显示器，前两者对于我们而言并不陌生，软硬件容易实现，此前已有提及，这里不再过多赘述，本文主要阐述字符型液晶显示器应用情况，促使其发挥更大作用。输出器件选择液晶显示器，体现出如下几方面优势：（1）显示质量高（2）数字式接口（3）体积小、重量轻（4）功耗低在本次设计中将采用LCD1602液晶显示器3.4.2 LCD1602液晶显示器本节选择一种1602字符型液晶显示器进行讨论，阐明使用方法。实物图参见图14图14 1602显示器实物图（1）液晶显示原理工作原理如下：主要根据液晶自身物理特征，利用电压对显示区域进行限制，如此一来，便能够将图形等信息反
34、映出来。液晶显示器厚度一定，能够用来驱动大型集成电路，还能做到全彩色显示。结合实际情况来看，其使用非常普遍，为诸多领域发展带来了强大助力，比如计算机、数码相机等领域。基本原理图参见图15图15液晶显示原理图（2）1602液晶显示器的基本参数和引脚功能：1602LCD包含有、无背光两类。大部分基本控制器采用HD44780。从实际应用情况来看，两者并没有任何差异。尺寸对比参见图16：图16 1602LCD尺寸图相关技术参数介绍如下：显示容量为162个字符芯片工作电压为4.55.5V工作电流为2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压为5.0V字符尺寸为2.954.35(WH)mm引脚功能说明：160
35、2LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3-2所示表3-2：引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极第一脚：VSS为地电源。第二脚:VDD至5V正能量。第三脚: VL是由仪器显示的对比度调整端。对比度在才通电时候是最低的，地面接地的时候是最高的。如果对比度过高，就会造成“鬼影”，在使用过程中可选用10K电位器对对比度进行一定的调整。第四脚:RS代表的是对寄存
36、器的选择，高功率情况下选用数据寄存器，低功率情况下选用指令寄存器。五英尺:R/W代表读与写的信号线，读时功率较高，写作时功率较低。当RS与R/W可用作写作指令或者显示地理位置，RS在低电平R/W数值高获取繁忙的信号，RS可以在高电平R/W数值低时写进数据。第6步:E终端为启用终端，当其由高电平变为低功率时，可以经过显示装置显示并执行任务7 - 14英尺:D0 D7为8个双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。（2）硬件原理图单片机AT89C51直接接口可以和LCD1602接口，电路如图17所示。图 17硬件原理图3.4.3 74LS164显示接口芯片在本次的设计方案选用的显示接
37、口芯片为74LS164。在单片机系统中，当并行口的IO资源数不能满足要求，串行口此时起不到其他的作用的时候，就可以采用74LS164来拓展并行IO口，从一定程度上节省系统内的资源。74LS164在输入方式上采用串行，在输出方式上采用并行。在其中：Q0 - Q7是并行输出。A与B为串行输入。扫气结束，在0点，输出也为0。CP为时钟输入端。图18 74LS164引脚图图18 74LS164引脚图当结算终端数值较低的时候，相应的输出端子的数值也会很低。A、B采用串行方式输入数据可以对数据进行处理和控制。当其处于较低状态时，不允许再输入新的数据，时钟结束脉冲上升的时候，Q0值处于较低状态。相反，如果A
38、、B都处于较高的状态，是可以进行数据输入的，并根据时钟上升状态，进一步确定Q0的数值。3.5转速测量原理3.5.1 测频法“M法”运用测频“M法”时应当注意到，因为脉冲和定时时间做不到严格的同步并且定时时间内是否可以刚好的测量脉冲的整个周期具有不确定性，所以其测量精度可能会有一个脉冲的量化偏差。由此可得，要想使得测量精度达到理想要求，就要提前依据对象设置T。测量精度与量程是一对互相矛盾的物理量，当设置的T较大时，虽然精度也有所提高，但是随着脉冲数的增大，在转速较大的情况下，转速测量的量程受到了约束。而当T设置较小时，测量精度不符合要求。3.5.2 测周期法“T法”两脉冲之间的区间宽TP决定了速
39、度的大小，单个或多个漏洞形式的代码磁盘用于收集信息与数据。区间宽度TP可以表示为脉冲的个数，因此通过测量单孔盘相邻脉冲的间隔时间就可以得到TP。多孔盘的测量时间为代码孔数分之一，将N记为代码孔数，即为1/N。应用于实际中（图19），用计时器测TP并计算频率fc，若TP为m2，则脉冲宽度的测量方法公式为: n= （1）即：（2）fc-为硬件产生的基准时钟脉冲频率：单位（Hz）；n-转速单位：（转/分）；m2-时基脉冲。图19 “T”法脉宽测量测周期法“T法”实际应用中常见的错误主要有，计数器以及启动器的开关导致的两个脉冲的上升沿触发时间不一致。此类问题的解决方法是要求计数以及开关时间严格同步并且
40、采用波形更陡的上升沿，这样使得测量精度变高但是速度变慢。但是如果为了提高速度而牺牲精度，误差范围小于一个时钟，是不符合基本要求的。3.5.3 测频测周法“M/T法”所谓的频率测量和测量方法是将“T”法和“M”法的不同精度分别与高、低速相结合的一种方法，并利用其各自的优点。M/T法是一种集合了两种方法优点的测频测周法，它的精度居于“T”法和“M”法之间，如图20所示。测频测周“M/T法”运用了3个计数/定时器，其中的转角用m1表示，测速时间用m2表示，然后通过对振荡器的高频脉冲、输入脉冲以及T进行计数，分析计算得到转速n。测速时间为M1个脉冲的周期时长且与脉冲发生器同时段运行。A到B点的过程中，
41、计数器需要数到M1、M2。另外，由于发生器整数个周期与Tc不一定刚好相等，所以在二者相差的时间里高频脉冲仍然计数，直至到达C时，计数器收到了光栅脉冲波形上升沿，才开始停止计数。由此可得，m1个周期的总时长就由m2来表示。图20“M/T”法定时/计数测量综上所诉，本文采用测周法测量。3.5.4 转速测量系统中应用的方法由上述的分析可得，对于n较高的转速测量系统，运用M法较为合理，这是因为当M法应用于低转速系统时，产生的误差无法忽略。而相反的，T法适用于转速较低的测量系统，误差随着n的升高而变大。而作为综合了两种方法的测频测周法“M/T法”产生的误差仅仅与晶体振荡脉冲有关，而与转速n无关。n的大小
42、不会对M/T法的测量精度产生影响，实际与测量精度有关的两个物理量分别是定时时间和基脉冲频率，当增大这两个物理量时，系统的误差就能够控制在允许的范围内。在实际的应用过程中，常常采用一种变 M/T 法,它的主要原理是在普通的M/T方法的基础之上，使输入脉冲周期时长之和与Tc维持相等。变 M/T 法还考虑到n变化时的误差大小的变化以及首次测量n时Tc的调整。在本次设计的选取过程中，拟选取M法测量速度，原因在于其线路以及程序较为简单并且可行的方法。第四章 系统软件的设计软件设计是在硬件设计完成后进行的。系统的软件设计主要分两个步骤进行：第一步，对软件所要达到的理想目标进行分析总结；第二步，对软件进行总
43、体的布局与设计，软件设计主要有模块化的设计和总体设计两个方面。程序主要分为主控程序、液晶屏驱动程序和头文件三大部分，这样的设计速度快、结构完善，并且也便于整个程序的装配。4.1 程序设计该系统在89C51中使用T0定时器和T1计数器加速脉冲计数。计数器T1计数计数状态的外部脉冲;二是设置定时器为一固定时间(10ms)，在固定时间为10ms。在这个设计中，编程的想法是计算一个给定10ms的外部脉冲和由单片机带来的计数器T1。主程序的流程如21所示。图21主程序流程图4.2 子程序设计4.2.1 单片机转速计算程序总体的系统功能为霍尔式传感器发出信息后，由单片机外部中断接收并进行处理。内部的计数程
44、序以及转速n计算流程图，如图22所示开 始返 回被除数初始化调用除法程序读取定时值图22计算程序流程图4.2.2 二十进制转换程序此程序的主要功能就是将计算分析所得结果由2进制转化到10进制。具体的过程为将二进制先转化为BCD后进行拆分，目的在于使其可以在LED显示出来。下图中主要的介绍了十六位的二进制转化为十进制证书以及BCD码后发送给R4、R5、R6的过程。程序图如图23所示除 法移位次数计数器上商1，减去除数被除数左移一位上商0计数器减1计数器=0？被除数除数YNNY返 回图23除法程序流程图4.2.3 显示程序计算结果可以由单片机自带的显示模块给出。在软件设计过程中要注意显示缓冲器单元
45、30H34H在存储器内部有4个，并且c51单片机的p1有且仅有一个低电平，其余为高。段数据的数据显示一个字符,和其他人都是黑暗,P1港口是改变转向低高,段数据由p0给出，缓冲器中数据所确定的字符由四位LED显示屏给出。显示部分程序主要由十进制化非压缩BCD程序以及查表程序两部分组成。双字节整数拆分程序流程图如图24所示。开 始返 回高字节R4送30HR5与0F0H相与交换后送31HR6与0F0H相与交换后送33HR5与0FH相与后送32HR6与0FH相与后送34H图 24 双字节整数拆分程序流程图显示程序总体流程图如图25所示：图25 显示程序流程图显示部分程序 要想使得数字管正常显示输出数字，数字管显示模块的驱动电路是不可或缺的。显示程序见附录第五章 致谢在过去的几个月的时间里，在查找和阅读大量的文献，自己不断的摸索，求问和自己坚持不懈的努力下，我终于完成了反射式红外测速仪这篇论文的设计。过程是艰辛的，但是结果是令人欣喜的。正如人们常说的一句话：没有汗水和泪水哪来的幸福生活。在此次毕业设计的研究以及论文的书写过程中，我进一步的加强了自己自主学习以及独立思考的能力。懂得了要在学习当中不断的去思考、摸