论文总字数：34145字

摘 要

本次设计主要的内容是高精度转速测试系统的设计与实现，该电路的工作原理是由AT89C51单片机和光电编码器、AD7705组成系统的核心部分。码盘上的每一个光栅经过光电对管时，会产生一个脉冲信号，将这些采集的脉冲信号传送到单片机内，单片机根据脉冲个数换算成相应的转速。霍尔传感器通过AD7705的AIN端口输入模拟信号，当单片机需要读取数据时，通过向AD芯片发送转换指令，AD7705开始工作。选用AIN1 通道进行信号输入，然后对输入的模拟信号进行AD转换，CS输出高电平，转换工作结束，通知单片机可以读取转换结果，单片机通过调用中断程序，读取转换后的数据。最后，单片机把采集到的转速和偏移量数据经过软件程序处理后送到LCD进行显示。

关键词：AT89C51；采集的脉冲信号；AD转换；LCD

The design and implementation of high precision speed test system

Abstract

This design main content is the design and implementation of high precision speed test system, the working principle of the circuit is composed of AT89C51 and photoelectric encoder, AD7705 system core part. Through the photoelectric encoder on each grating to tube, will produce a pulse signal, The acquisition of the pulse signal transmitted to MCU, SCM according to the number of pulse converted to the corresponding rotational speed. Hall sensor through the AD7705 AIN port input analog signals, when the SCM needs to read data sent via the AD chip convert instruction, AD7705 began to work. Choose AIN1 channels of input signal, and then to AD transform of the input analog signals, CS, output level transformation work over, notify the MCU can read the conversion result, single-chip microcomputer by calling the interrupt program, read the transformed data.Finally, the single chip microcomputer data collected in the rotational speed and offset after dealing with the software program to the LCD display.

Key words: AT89C51; A pulse signal acquisition; The AD conversion; LCD

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 选题背景与意义 1

1.1.1 课题研究的背景 1

1.1.2 课题研究的意义 1

1.2 课题关键问题及难点 1

第二章 系统功能分析 2

2.1 系统功能概述 2

2.2 系统要求及主要内容 2

2.3 系统技术指标 2

第三章 系统总体设计 3

3.1 硬件电路设计思路 3

3.2 软件设计思路 3

3.2.1 软件工作流程 3

3.2.2 转速部分软件思路 4

3.2.3 偏移量部分软件思路 4

第四章 硬件电路设计 5

4.1 单片机模块 5

4.1.1 执行元件 5

4.1.2 时钟电路 6

4.1.3 复位电路 7

4.1.4 显示电路 8

4.2 传感器简介 10

4.2.1 光电编码器 10

4.2.2 霍尔传感器 11

4.3 A/D转换模块 11

第五章 软件设计 13

5.1 单片机转速和偏移量设计思路及过程 13

5.1.1 单片机程序设计思路 14

5.1.2 显示程序设计思路 14

5.1.3 按键检测程序设计思路 15

5.2 程序设计 15

第六章 系统调试 16

6.1 硬件调试 16

6.2 软件调试 16

6.3 综合调试 17

总 结 18

致 谢 19

参考文献 20

附 录 21

第一章 引 言

1.1 选题背景与意义

1.1.1 课题研究的背景

转速仪在现代自动化生产设备和旋转运动装置中应用十分广阔。就目前而言，我国的转速计量技术与发达国家相比，在精度上还存在一定的差距。国家质量监督局的文件显示，目前我国工业领域应用的高精度转速计量仪器中，90%的转速测量仪的测量精度只能达到0.1%左右，而发达国家达到0.05%。从以上数据可以看出，两者的测量精度不一样，会在产品的质量上产生怎样的结果。但传统的测量方式与现代相比，存在很大的误差。

1.1.2 课题研究的意义

在工业自动化控制领域，转速仪需要测量不同的场合，比如发电机、机床主轴、电动机的测量，需要对转速进行实时、分时、连续的测量。同时转速测量也是工业测控系统的重要监控参数之一。随着科技的进步，转速仪也需要通讯接口，以便与外部设备相连。为了更加精确测量转速，也能显示实时的转速，保证实时的测量，采用微型计算机，如高性能及高性价比的单片机，利用数字法来进行转速的测量。这样一来既代替了传统的机械模拟装置，也大大提高了转速测量的精度。因此测转速是个重要而有意义的课题。

1.2 课题关键问题及难点

本次课题是对转速仪的研制，主要完成的是硬件电路设计部分的研究和制作及单片机软件的编写与调试。本课题是要求设计一个测量转动速度和偏移量的仪器，通过光电传感器采集电机转速，光电传感器将电机的转速转化为脉冲信号传给单片机，然后单片机将信号发送到显示器上显示出转速值。码盘采用100线的规格，将码盘垂直套在电机转动轴上，对射型光电传感器垂直于码盘且光道能够通过码盘的光栅。根据光电码盘的工作原理，对管射线每经过一个光栅，编码器就产生一个脉冲信号，根据单位时间内脉冲个数推算出转速。偏移量方面，根据霍尔传感器在不同强度的磁场中所产生的电压变化，进一步用公式来推算出偏移量。

第二章 系统功能分析

2.1 系统功能概述

本次设计主要实现的功能是：转速方面，AT89C51单片机接受光电编码器传来的脉冲信号，单片机根据外部中断，以及内部的定时器进行计数，从而计算出电机转速并送到液晶屏上显示。偏移量方面，A/D转换器将霍尔传感器传来的模拟电压信号转换为电信号，AT89C51单片机接受这些电信号，通过电压的变化，进一步用公式来推算出偏移量，最后在液晶屏上显示出来。

2.2 系统要求及主要内容

转速方面，单片机的外部中断1口接收光电编码器产生的脉冲信号，单片机采用定时/计数器0，并将其工作方式设为1，单位时间内对脉冲个数进行统计，利用固定公式计算出转速，最后利用显示程序将转速具体数值在液晶屏上显示出来。偏移量方面，霍尔传感器将模拟电压信号输入到AD7705的AIN1 端口，单片机给AD7705的CS端口低电平，A/D转换器工作，待转换工作结束后，单片机读取数据，根据公式计算出偏移量。

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