1、1(此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！)第一章 绪 论随着科学技术的发展，形形色色的转速测试器不断出现。它们的结构不同，性能各异。至今没有系统的分类方法，在这里只按测量原理和主要元件性质进行分类说明。按照测量原理主要分为测频法、测周期法两种基本的方法，以此提高测量精度。由于电子计数器所特有的1 个数的误差的存在，应根据转速脉冲频率的大小恰当选择测量方法。所谓测频法就是测量转速脉冲频率的方法，它用基准时间信号发生电路的脉冲来控制计数门的开闭，在单位时间内对来自转速传感器的脉冲进行计数；所谓测周期法就是测量转速脉冲周期的方法。它用传感器的脉冲来控制计数门的开闭，在转速脉冲周期内对基
2、准时间信号发生电路的脉冲进行计数，然后按 f=1T 公式换算成转速脉冲的频率。目前按现有产品的主要构成元件分类，可分为晶体管式、集成电路式和单片机式。晶体管式所采用的元件主要是晶体管，有的晶体管式转速测试器设有记忆电路，其数码管不产生闪烁现象，显示效果较好，而且测量速度较高。顾名思义集成电路式转速测试器，所采用的元件是集成电路元件。由于集成电路具有重量轻、体积小、功耗小等优点，而且集成电路元件内设有显示电路，这使得转速测试器实现小型化。单片机的出现使得这种仪表的设计变得更加灵活。2第二章 硬件设计2.1 设计中主要的硬件简介本设计中包括有 7805 组成的稳压电路、555 组成的施密特触发器、
3、LCD 显示电路、以及以单片机部分的按键电路、复位电路、晶振电路等。在接下来的内容中我会具体详述以上所介绍过的各个硬件部分。2.2 7805 组成的稳压电路2.2.1 什么是 7805107805 三端稳压集成电路，电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的 78XX 系列和负电压输出的 79XX 系列。顾名思义，三端 IC 是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子像是普通的三极管，TO-220 的标准封装，也有 9013 样子的 TO-92 封装。用 7879 系列三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管
4、的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压 IC 型号中的 78 或 79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 7806 表示输出电压为正 6V，7909 表示输出电压为负 9V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功3率的条件下不用） 。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一个能输出 1.5A 以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为 N 个 1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证
5、参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。图 2-1 7805 实物 图 2-2 7805 TO-220 封装管脚图2.2.2 本设计中的稳压电路本设计采用 78XX 系列中的 7805 集成稳压器的电路如图 2-3 所示，这是一个输出正 5V 直流电压的稳压电源电路。IC 采用集成稳压器 7805，C4 、C6 和C5、C7 分别对应为输入端与输出端的滤高频和滤低频滤波电容。当输出电流较大时，7805 应配上散热板。图 2-3 本设计中的稳压电路42.3 555 组成的施密特触发器 4在数字电路或系统中，常常需要各种脉冲波形，例如时钟脉冲
6、、控制过程的定时信号等。这些脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种则是通过对已有信号进行变换，使之满足系统的要求。本本设计中由光电传感器采集到的信号便需要 555 定时器构成的施密特触发器来进行整形成方波。2.3.1 为什么使用施密特触发器从传感器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。当传输线上的电容较大时，波形的上升沿将明显变缓；当传输线较长，而且接受端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象；当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号时，信号上将出现附加的噪声。无论出现上述的那一种情况，都可以通过用施密特
7、反相触发器整形而得到比较理想的矩形脉冲波形。只要施密特触发器的 Vt+和 Vt-设置得合适，均能收到满意的整形效果。2.3.2 什么是施密特触发器及其作用2.3.2.1 什么是施密特触发器门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压
8、之差称为回差电压。5施密特触发器是一种阈值开关电路，具有突变输入输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。 3输入的信号只要幅度大于 Vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。当输入电压由低向高增加，到达 V+时，输出电压发生突变，而输入电压 Vi 由高变低，到达 V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的。2.3.2.2 施密特触发器的应用举例1. 用
9、作接口电路将缓慢变化的输入信号，转换成为符合 TTL 系统要求的脉冲波形。2. 用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。1MOSCMOS正 弦 波 1振 荡 器输 入输 出VVT+T-图 24 慢输入波形的 TTL 系统接口 图 25 脉冲整形电路的输入输出波形3. 用于脉冲鉴幅将幅值大于 VT+的脉冲选出。600VVIOVI OVVVT+T-tt1图 26 用施密特触发器鉴别脉冲幅度2.3.3 什么是“555”2.3.3.1 什么是“555”555 定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐的施密特触发器。因而在波形的产生
10、与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。目前生产的定时器有双极型和 CMOS 两种类型，其型号分别有 NE555（或5G555）和 C7555 等多种。通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS 产品型号的最后四位数码都是 7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而 CMOS 定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。555 定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为 516V，最大负载电流可达 200mA；CMOS定时器电源电压变化范围为 318V，最大负载电流在 4m
11、A 以下。2.3.3.2 555 定时器的电路结构与工作原理1555 定时器内部结构：（1）由三个阻值为 5k 的电阻组成的分压器；7（2）两个电压比较器 C1 和 C2：V+V，Vo=1； V+V，Vo=0。 图 2-7 555 定时器的图形符号（3）基本 RS 触发器；（4）放电三极管 T 及缓冲器 G。2工作原理。当 5 脚悬空时，比较器 C1 和 C2 的比较电压分别为 和 。（1）当 VI1 ，VI2 时，比较器 C1 输出低电平， C2 输出高电平，基本RS 触发器被置 0，放电三极管 T 导通，输出端 VO 为低电平。（2）当 VI1 时，比较器 C1 输出高电平， C2 也输出
12、高电平，即基本 RS 触发器 R=1，S=1，触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。CC& & 1RSTG5k5k5k12V RvvvCC DICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8) (4)(3)电 源 复 位12658 437Ov,vI2vI1vvICVCCvO555(a) (b)DR阈 值 输 入控 制 电 压触 发 输 入放 电 端(a)原理图 （b）电路符号图 2-8 555 定时器的电气原理图和电路符号8由于阈值输入端(VI1) 为高电平时，定时器输出低电平，因此也将该端称为高触发端（TH） 。因为触发输入端(VI2)为低电平时，定时器输出高电平，因此也将该端称为低触
13、发端（TL ） 。如果在电压控制端（5 脚）施加一个外加电压（其值在 0VCC 之间） ，比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，并进而影响电路的工作状态。另外，RD 为复位输入端，当 RD 为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出 Vo 为低电平，即 RD 的控制级别最高。正常工作时，一般应将其接高电平。2.3.4 用 555 定时器构成的施密特触发器2.3.4.1 电路组成及工作原理1265VCC RDO555 3Ov7vvI2I1vIC8 412IvCCV VCC2RttvIOv 123 CCVCC1V3(a)电 路 图 (b)波 形 图v图 2-9 555
14、定时器构成的施密特触发器（1） VI =0V 时，Vo1 输出高电平。（2）当 VI 上升到 3Vcc 时，Vo1 输出低电平。当 VI 由 23Vcc 继续上升，Vo1 保持不变。（3）当 VI 下降到 Vcc 时，电路输出跳变为高电平。而且在 VI 继续下降1到 0V 时，电路的这种状态不变。9图 2-9 中，R、Vcc2 构成另一输出端 Vo2，其高电平可以通过改变 Vcc2进行调节。2.3.4.2 电压滞回特性和主要参数电压滞回特性vVVIoOHOLV V V vCCCCCC13 230Iv vo(a) (b)电 路 符 号 电 压 传 输 特 性图 2-10 施密特触发器的电路符号和
15、电压传输特性主要静态参数（1） 上限阈值电压 VT+vI 上升过程中，输出电压 Vo 由高电平 VoH 跳变到低电平 VoL 时，所对应的输入电压值。V T+= 。c32（2）下限阈值电压 VTvI 下降过程中， Vo 由低电平 VoL 跳变到高电平 VoH 时，所对应的输入电压值。V T= 。c1（3）回差电压 V T回差电压又叫滞回电压，定义为 VT= VT+V T = c31若在电压控制端 VIC（5 脚）外加电压 VS，则将有 VT+=Vs、V T= Vs 2、V T= Vs 2，而且当改变 VS 时，它们的值也随之改变。102.3.5 本设计中 555 组成的施密特触发器图 2-11
16、 本设计中 555 组成的施密特触发器2.4 1602LCD 液晶显示2.4.1 什么是 1602LCD1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好） 。1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字） 。11值得提出的是，各种液晶厂家均有提供几乎都是同样
17、规格的 1602 模块或兼容模块，尽管各厂家的对其各自的产品命名不尽相同；但其最初采用的 LCD 控制器采用的是 HD44780，在各厂家生产的 1602 模块当中，基本上也都采用了与之兼容的控制 IC，所以从特性上基本上是一样的；当然，很多厂商提供了不同的字符颜色、背光色之类的显示模块。图 2-10 1602LCD 实物图图 2-11 1602LCD 尺寸图2.4.2 1602 的管脚功能1602 采用标准的 16 脚接口，其中：第 1 脚：VSS 为电源地第 2 脚：VCC 接 5V 电源正极第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高
18、时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度）。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平 (1)时选择数据寄存器、低电平 (0)时选择指令寄存器。12第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平 (0)时进行写操作。第 6 脚：E(或 EN)端为使能 (enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据端。第 1516 脚：空脚或背灯电源。15 脚背光正极，16 脚背光负极。图 2-12 1602LCD 引脚图2.4.3 液晶的显示简介2.4.3.1 液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过
19、电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA 移动通信工具等众多领域。液晶显示器各种图形的显示原理:1. 线段的显示13点阵图形式液晶由 MN 个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列对应 1 字节的 8 位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点组成，屏上 6416 个显示单元与显示 RAM 区 1024 字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 区的00
20、0H00FH 的 16 字节的内容决定，当（000H）=FFH 时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为 8 个点；当（3FFH）=FFH 时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H ）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H 时，则在屏幕的顶部显示一条由 8段亮线和 8 条暗线组成的虚线。这就是 LCD 显示的基本原理。2. 字符的显示用 LCD 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 68 或 88 点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的
21、点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。3. 汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占 32B，分左右两半，各占 16B，左边为 1、3、5右边为 2、4、6根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加 1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三
22、个字节直到 32B 显示完就可以 LCD 上得到一个完整汉字。2.4.3.2 液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据14驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。2.4.3.2 1602LCD 主要技术参数显示容量:162 个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm2.4.3.3 1602LCD 的指令
23、说明及时序1. 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如下表所示：表 2-1 控制命令表序号 指令 RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 ID S4 显示开关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 SC RL * *6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * *7置字符发生存贮器地址0 0 0 1字符发生存贮器地址8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存
24、贮器地址9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址10写数到 CGRAM 或DDRAM）1 0要写的数据内容11从 CGRAM 或DDRAM 读数1 1读出的数据内容151602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1 为高电平、0 为低电平）指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。指令 3：光标和显示模式设置 ID：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低
25、电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B ：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令 5：光标或显示移位 SC：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符。指令 7：字符发生器 RAM 地址设置。指令 8：DDRAM 地址设置。指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令 10：写数据。
26、指令 11：读数据。2. 与 HD44780 相兼容的芯片时序表如下：表 2-2 基本操作时序表读状态 输入 RS=L，RW =H，E=H 输出 D0D7=状态字写指令 输入 RS=L，RW =L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出 无读数据 输入 RS=H，RW =H，E=H 输出 D0D7=数据16写数据 输入 RS=H，RW =L，D0D7=数据，E=高脉冲输出 无3. 读写操作时序如图 2-13 和 2-14 所示：图 2-13 读操作时序图 2-14 写操作时序172.4.4 本设计中的显示电路图 2-15 本设计中的显示电路2.5 单片机部分本次设计是基于单片机这一微处理器的，而我选
27、用的则是 STC89C52RC 这一型号的单片机，如图 2-16。STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节Flash， 512 字节 RAM， 32 位 IO 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810
28、复位电路，3 个 16 位定时器计数器，4 个外部中断，一个7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构） ，全双工串行口。18另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHz，6T12T 可选。STC89C52RC 单片机具有 8K 字节程序存储空间，512 字节数据存储空间；内带 2K 字节 EEPROM 存储空间，可直接使用串
29、口下载。STC89C52RC 单片机的参数 8：1. 增强型 8051 单片机，6 时钟机器周期和 12 时钟机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统 8051。2. 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）3.8V2.0V （3V 单片机） 。3. 工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，实际工作频率可达 48MHz。4. 用户应用程序空间为 8K 字节。5. 片上集成 512 字节 RAM。6. 通用 IO 口（32 个） ，复位后为：P0P1P2P3 是准双向口弱上拉，P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 IO 口用时，需加上拉电
30、阻。7. ISP（在系统可编程）IAP（在应用可编程） ，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxDP3.0,TxDP3 .1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。8. 具有 EEPROM 功能。9. 共 3 个 16 位定时器计数器。即定时器 T0、T1、T2。10. 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。11. 通用异步串行口（UART） ，还可用定时器软件实现多个 UART。12. 工作温度范围：-40+85（工业级）075（商业级） 。1913. PDIP 封装。（ a）STC89C52 单片机实物图 （b）
31、各引脚的标注图 2-16STC89C52 单片机2.5.1 单片机按键电路按键电路如图 2-17 所示：本设计中采用上拉式按键，当按键断开时，单片机端口的输入内阻很大，在 10K 上拉电阻的作用下，单片机输入端口的电平为5V 高电平；当按键闭合时单片机端口与电源地相连，电平从 5V 电源经 10K 上拉电阻流向电源地，此时单片机输入端口电平为 0V。当出现低电平时，单片机判断有按键按下。两个按键从上至下分别对应转速限制增，转速限制减。如图 2-17 本设计中的按键电路202.5.2 单片机复位电路为确保系统中电路稳定可靠地工作，复位电路是必不可少的一部分。复位电路有自动复位和按键手动复位两种方
32、式。STC89C52 的上电自动复位电路，只要在 RST 复位输入引脚上接一电容至Vcc 端，下接一个电阻到地即可。对于 CMOS 型单片机，由于在 RST 端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至 1uF。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给 RST 端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着 Vcc 对电容的充电过程而逐渐回落，即 RST 端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST 端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc 的上升时间约为 10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为 10MHz，起振时间为
33、 1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为 10ms。复位电路中，当 Vcc 掉电时，必然会使 RST 端电压迅速下降到 0V 以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC 将得不到一个合适的初值，因此，CPU 可能会从一个未被定义的位置开始执行程序；手动按钮复位需要人为在复位输入端 RST 上加入高电平。一般采用的办法是在 RST 端和正电源 Vcc 之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则 Vcc 的+5V电平就会直接加到 RST 端。由于人的动作
34、再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。而本次设计正是采用了手动按钮复位，如图 2-18。21图 2-18 单片机复位电路2.5.3 单片机晶振电路2.5.3.1 晶振电路简介单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。单片
35、机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容 C0，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个 PF 到几十 PF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感 L 来等效。一般 L 的值为几十 mH 到几百 mH。晶片的弹性可用电容 C 来等效，C 的值很小，一般只有 0.00020.1pF。
36、晶片振动时因摩擦而造成的损耗用 R 来等效，它的数值约为 100。另外，测量两个引脚电压是否是芯片工作电压的一半，比如工作电压是 51 单片机的+5V 则是否是222.5V 左右。另外如果用镊子碰晶体另外一个脚，这个电压有明显变化，证明是起振了的。图 2-19 晶振的电路符号与等效电路2.5.3.2 本设计中单片机的晶振电路图 2-20 本设计中单片机的晶振电路至此，本设计中有关转速测试器设计的硬件部分的主要介绍就告一段落，当然由于本人知识储备尚且不足，所以在介绍中如果出现表述不明甚至错误的地方，望指正！下一部分我将就本设计中的软件部分进行说明。23第三章 软件设计概述3.1 软件开发工具Ke
37、il C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用 C 来开发，体会更加深刻。Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 6单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为 CPU
38、 可以执行的机器码有两种方法，一种 Keil 软件图标是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于 MCS-51 单片机的汇编软件有早期的 A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil 软件是目前最流行开发 MCS-51 系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil 即可看出。Keil提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。
39、运行 Keil 软件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16MB 或更多 RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT 、WIN2000 、WINXP 等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用 51 系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C 语言编程，那么 Keil 几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件） ，即使不使用 C 语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。24Keil C51 开发系统基本知识:1. 系统概述Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 5
40、1 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用 C 来开发，体会更加深刻。Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍 Keil C51 开发系统各部分功能和使用。2. Keil C51 单片机软件开发系统的整体结构在 C51 工具包的整体结构中 uVi
41、sion 与 Ishell 分别是 C51 for Windows 和for Dos 的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用 IDE 本身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件。然后分别由 C51 及 A51 编译器编译生成目标文件(.OBJ )。目标文件可由 LIB51 创建生成库文件，也可以与库文件一起经 L51 连接定位生成绝对目标文件 (.ABS)。ABS 文件由 OH51 转换成标准的 Hex 文件，以供调试器 dScope51 或 tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如
42、EPROM 中。253.2 主程序流程与编程思想主程序流程图如图 3-1 所示：图 3-1 主程序流程图在主程序中，主要对系统进行定时器配置，开中断，最后调用功能子程序，使整个程序进入一个无限循环，开始稳定运行。是主程序入口定时器初始化开中断是否有按键 按键处理数据处理数据显示是否完成结束否否是26本次设计软件的总体思想是:转速测试器的输入数据是通过光电传感器采集的脉冲信号，单片机的外部中断 0 检测的通过 555 组成的施密特触发器整形过的由传感器检测出来的脉冲信号。单片机编程中断采集信号，为确保准确采集信号，设定被采集的信号的下降沿有效。单片机内部 T0 作为定时器，编写适当的程序使每 5
43、ms 中断一次，当中断 1200 时，即为 1min。这时检测到的脉冲通过单片机的处理，通过 1602LCD 显示出来，此时显示的即是测量的转速。可见，每 1min 刷新一次所测转速。27第四章 结论与展望4.1 结论通过各方面努力，本次毕业设计任务完成，系统各部分功能均已实现，单片机能够测量出电机的转速并能显示在 1602LCD 上，并且转速在预设范围之外时可产生由警示灯所提醒的报警指示，测量范围也是比较宽的 60rmin-36000rmin，精度也在 0.1%，都达到了比较理想的状态。4.2 展望本文介绍的转速测试器是以将旋转物体的转速转换为电量输出的转速传感器为基础。转速传感器属于间接式
44、测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。按信号形式的不同，转速传感器可分为模拟式和数字式两种。前者的输出信号值是转速的线性函数,后者的输出信号频率与转速成正比,或其信号峰值间隔与转速成反比。转速传感器的种类繁多、应用极广，其原因是在自动控制系统和自动化仪表中大量使用各种电机，在不少场合下对低速（如每小时一转以下） 、高速（如每分钟数十万转） 、稳速（如误差仅为万分之几）和瞬时速度的精确测量有严格的要求。常用的转速传感器有光电式、电容式、变磁阻式以及测速发电机等。随着单片机技术和传感器技术的发展，该转速测试器在测速方面仍会发挥巨大的作用，此类测速器在继承了传统测速器的优点之外，还具有
45、适用范围广，产品成本低、体积小、重量轻、便于安装、和操作方便等特点，尤其是光电传感器的应用很大程度上提高了测量的精度，在测速方面发挥了巨大作用，具有广阔的应用前景和巨大的经济价值。28参考文献1 邱关源原著，罗先觉修订.电路，第 5 版，北京：高等教育出版社，2006:115-123。2 华中科技大学电子技术课程组编，康光华主编.电子技术基础 模拟部分，第五版，北京：高等教育出版社，2006: 22-31,119-126，303-309。3 清华大学电子学教研组编，童诗白，华成英主编.模拟电子技术基础，第四版，北京：高等教育出版社，2006：74-123。4 清华大学电子学教研组编，阎石主编.
46、数字电子技术基础，第五版，北京：高等教育出版社，2006:68-72,456-494。5 胡寿松主编.自动控制原理，第五版，北京：科学出版社，2007:243-282。6 杨路明主编.C 语言程序设计教程，第 2 版，北京：北京邮电大学出版社，2005:231-256。7 田淑清主编.全国计算机等级考试二级教程C 语言程序设计，2011 年版，北京：高等教育出版社，2010:214-222。8 李朝青编.单片机原理及接口技术，第 3 版，北京：北京航空航天大学出版社，2005:229-266。9 刘娟编 .单片机 C 语言与 PROTUES 仿真技能实训,第一版，北京: 中国电力出版社，201
47、0:112-134。10 梁廷贵，王裕琛编.现代集成电路实用手册,北京:科学技术文献出版社，1999：67-137。11 于海生编.微型计算机控制技术选编，北京：清华大学出版社，1999：54-77。12 徐爱钧编.智能化测量控制仪表原理与设计，北京：北京航空航天大学出版29社，1995：11-45。13 周兴华编.手把手教你学单片机，北京：北京航空航天大学出版社，1996：13-68。14 神龙工作室编.PROTEL 2004 实用培训教程，北京：人民邮电出版社，1995：126-154。15 王福瑞,等.单片机微机测控系统设计大全M，北京航空航天大学出版社,1998. 16 陈理壁. 步进
48、电机及其应用M,上海科学技术出版社,1989. 17 刘保延,等.步进电机及其驱动控制系统M,哈尔滨工业大学出版社,1997. 18 季维发, 过润秋,严武升等.机电一体化技术M,电子工业出版社,1995. 19 郭敬枢, 庄继东,孔峰.微机控制技术M,重庆大学出版社,1994. 20 刘国荣. 单片微型计算机技术M,机械工业出版社,1996.30致 谢本文是在许卫星老师的热情关心和指导下完成的。许卫星老师多次询问研究的进程，提出了很多宝贵的建议和意见，帮助我开拓研究思路，使得我能够克服种种困难，顺利完成此次论文的撰写，在此表示衷心的感谢。另外，在转速测试器的设计与制造的撰写过程中，还得到了赵卓同学与杜晓康同学的帮助和支持，在此一并感谢！
