数字测速仪设计方案1 绪论1.1 数字测速仪介绍目前国外数字测速的方法有离心式转速表测量法、测速发电机测量法、闪光测量法、光断续器测量法和霍尔元件测量法。

本文采用的是OPTC光断续器测量仪，当车轮转动一周时，OPTC光断续器将会产生一个感应信号，再将产生的感应信号转换为电信号传入单片机，经过数据处理和算法处理后得到转轴的实际速度。

1.2 数字测速仪的应用转速是能源设备与动力机械性能测试中的一个重要的特性参量，因为动力设备的许多性能参数是根据转速来确定的，例如泵的扬程、压缩机的排气量、轴的功率等等，而且动力设备的振动、管道流体的压力、各种零件及阀门的磨损松动等都与转速密切相关。

1.3 本设计所要实现的目标本文针对电机的转速进行测量，以单片机为核心对光电开关产生的数字信号进行运算，从而测得电机的转速，然后用LCD把电机的转速显示出来。

即通过OPTC 光电传感器将电机的转数转换成0，1的数字量，只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数和计算，就可获得转速的信息。

本文采用AT89C52单片机实现了转速的实时测量，本设计简单，测量速度快，精度高，运行可靠，可以满足人们对速度准确性和实时性的要求。

1.4 本文的设计方案速度测速仪设计主要包括微处理器、光电传感器、显示器和驱动器的选择以及硬件电路和软件的设计。

系统硬件方面，控制芯片选取美国Atmel公司的AT89C52单片机，OPTC光电传感器，显示器选择1602LCD，驱动器选择74LS245芯片。

利用AT89C52单片机作为核心控制器件,接受来自光电传感器的电信号，处理后输出显示在LCD上。

在软件方面，首先利用单片机进行数据处理，给出速度测速仪的软件设计流程图，最后采用C语言对控制源程序进行编译，用单片机处理把速度显示在LCD 上。

2 主要器件介绍2.1 AT89C52单片机AT89C52引脚如图2-1所示：图2-1 AT89C52引脚图各引脚功能说明：Vcc : 电源端，为+5V。

GND : 接地端。

P0（P0.0～P0.7）口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

每位都可以能驱动8个LS型TTL负载。

当对P0端口第一次写“1”时，引脚被定义为高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，它也可以作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0口是具有部上拉电阻的。

在Flash编程中，P0口作为原码输入口，在程序校验时，输出原码，此时P0需要外部上拉电阻。

P1（P1.0～P1.7）口：P1口是一个部有上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1口输出的缓冲器可驱动4个TTL输入。

当P1端口输入“1”时，通过部的上拉电阻使端口拉变为高电位，这时可用作输入。

当用作输入使用时，外部被拉低的引脚因为部有电阻的原因，将会输出电流。

当Flash编程和校验时，P1口作为低8位地址接收。

P2（P2.0～P2.7）口：P2 口是一个部有上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2口输出的缓冲器可驱动4个TTL输入。

当P2端口被写“1”时，通过部的上拉电阻可以把端口变为高电位，这时可用作输入。

当用作输入使用时，外部拉低的引脚因为部有电阻的原因，将会输出电流。

当用于外部程序存储器或者用于16位地址读取外部数据存储器时，P2 口将输出高八位地址。

在这种应用中，P2 口使用很强的部上拉发送1。

在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口会输出P2锁存器的容。

P2口在Flash编程或者校验时，也可接收高8位控制信号和地址信号。

P3（P3.0～P3.7）口：P3口也是一个部具有上拉电阻的8 位双向I/O 口，P3口输出缓冲器可驱动4个TTL输入。

当P3口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入时，由于外部下拉为低电平，将输出电流。

在Flash编程和校验时，P3口接收一些控制信号。

P3口也可作为AT89C52的一些特殊功能端口，如下表所示。

RST: 复位输入端。

当振荡器进行复位器件时，需保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：地址锁存允许信号端。

PSEN: 程序存储允许输出信号端。

当由外部程序存储器读地址期间，每个机器周期PSEN两次有效。

但当进行外部数据存储器时，将不出现这两次有效的PSEN 信号。

EA/VPP : 访问外部程序存储器控制信号。

为使能从0000H 到FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA 必须接GND 。

为了执行部程序指令，EA 应该接VCC 。

在Flash 编程期间，EA 也接收12伏VPP 电压。

XTAL1: 振荡电路反相放大器及外部时钟脉冲的输入端。

XTAL2: 振荡电路反相放大器的输出端。

2.1.1 定时器/计数器的结构定时/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。

TMOD 是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON 是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。

定时/计数器结构如图2-2所示：INT1INT0T1(P3.5)T0(P3.4)图2-2 定时/计数器结构2.1.2 定时/计数器的控制AT89C52单片机定时/计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。

TMOD 用于设置其工作方式；TCON 用于控制其启动和中断申请。

（1） 工作模式寄存器TMOD 工作模式寄存器TMOD 用于控制T0和T1的工作模式，其各位的定义格式如下表：表2-2 TOMD 的位定义GATE ：门控位。

GATE ＝0时，用软件使TR0(或TR1)置1来启动定时/计数器运行；GATA＝1时，用软件使TR0(或TR1)置1，同时相对应的外部中断引脚也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。

C/T：定时器/计数器方式选择位。

C/T=1时，设置为计数器方式，计数器对外部输入引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脉冲计数；C/T=0时，设置为定时方式，定时器计数89C51片脉冲，对机器周期计数。

M1M0：工作模式设置位。

定时/计数器有四种工作模式，由M1M0进行设置。

表2-3 M1和M0的工作模式（2）控制寄存器TCONTCON的低4位用于控制外部中断,已在前面介绍。

TCON的高4位用于控制定时/计数器的启动和中断申请。

其格式如下：表2-4 TCON的位定义TF1（TCON.7）：T1溢出标志位。

T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。

CPU 响应中断后TF1由硬件自动清0。

T1工作时，CPU可随时查询TF1的状态。

所以，TF1可用作查询测试的标志。

TF1也可以用软件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一样。

TR1（TCON.6）：T1运行控制位。

可通过软件置1或清0来启动或关闭T1，在程序中用指令“SETB TR1”使TR1位置1，定时器T1开始计数。

TF0（TCON.5）：T0溢出中断请求标志位，其功能与TF1相同。

TR0（TCON.4）：T0运行控制位，其功能与TR1相同。

2.1.3 中断控制CPU对中断源的开放和屏蔽是由中断允许寄存器IE控制的。

表2-5 IE的位定义EX0(IE.0)：外部中断0中断允许位；ET0(IE.1)：定时器/计数器T0的溢出中断允许位；EX1(IE.2)：外部中断1中断允许位；ET1(IE.3)：定时器/计数器T1的溢出中断允许位；ES (IE.4)：串行口中断允许位；EA (IE.7)：中断允许总控制位。

2.2 光电传感器目前，传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。

此外，利用红外线的隐蔽性，还可在银行、仓库、商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。

光电断续器把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电信号以达到探测的目的。

由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。

光电传感器具有线性度好、分辨率高、噪音小和精度高、无触点、无机械碰撞、响应快、控制精度高，而且能识别色标等优点，在此我们选择光电转速传感器来进行转速的检测。

2.2.1 光电断续器的工作原理光电断续器分为遮断型和反射型两种。

遮断型光电断续器又称为槽式光电开关，通常是标准的U字型结构。

其发射器和接收器做在体积很小的同一塑料壳体中，分别位于U型槽的两边形成一光轴，并两者能可靠的对准，安装和使用非常的方便。

当被检测物体经过U型槽切断光线时，光电开关就产生开关量信号。

槽式光电开关非常可靠，较适合高速检测。

光电断续器是使用发光二极管直接用直流电驱动，也可用40kHz尖脉冲电流驱动，红外线LED的正向压降为1.1~1.3V，驱动电流一般控制在20mA以。

光电传感器如图2-3所示。

图2-3 光电传感器原理图2.2.2 光电断续器的特点MGK系列光电断续器是现代微电子技术发展的产物，比HGK系列红外光电断续器的性能优越。

与以往的光电传感器相比具有自己显著的特点：（1）具有自诊断工作区稳定指示的功能，可随时检测工作状态是否可靠；（2）遮断型和反射型光电断续器都具有防止互相干扰性能，非常对称的，安装和使用方便；（3）对ES外同步（外诊断）控制端的设置可以在运行前检测光电断续器是否正常的工作。

并且可以随时接受计算机和可编程控制器的中断或检测指令，自诊断与外诊断的互相配合可使光电断续器变得智能化；（4）反应速度很快，OPTC光电断续器的反应速度可达到0.1ms，每分钟检测操作可达30万次，能检测出高速运动的微小物体；（5）光电断续器采用独特集成电路和精密的SMT表面安装工艺，具有很强的可靠性；（6）体积小（最小仅20×31×12mm）、重量轻，安装调试简单，并具有短路保护功能。

2.3 显示芯片LCD16022.3.1 LCD1602主要特性1602LCD是指显示的容为16*2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

1602LCD也叫做1602字符型液晶，用它来显示字母、符号、数字等的一种点阵型液晶模块。

它由若干个5*7或者5*11等点阵的字符位组成，每个点阵字符位用作显示一个字符，每位之间的间隔为一个点距，每行之间也有一定的间隔，使字符和行之间有一定的间距，因为有间距所以它不能很好地显示图形。

部的复位电路可以提供各种控制命令,如：光标闪动、屏幕清除、移位显示、字符闪动等功能。

2.3.2 LCD1602引脚定义LCD1602通常有16个引脚，也有少部分有14个引脚，当选用14个引脚的LCD 时，该LCD没有背光，很少使用。

1602型LCD的16个引脚接口功能定义如下表所示：3系统硬件构成3.1 设计原理数字测速仪硬件设计部分采用AT89C52单片机作为核心控制器件，结合外部的OPTC光电断续器和LCD显示等硬件辅助电路，组成数字测速仪的硬件系统。