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基于单片机的运动速度检测和波形记录系统设计
关键词:MSC-51(SCM);速度检测;传感器。
摘要:本文是使用AT89C51单片机控制的智能速度测量仪。马达在运行过程中，需要被监控，速度是一个必要的参数。该系统是在电机转速测量的基础上进行的，可以进行和PC的交流，显示电机的速度，并观察电机运行的基本情况。主要使用AT89C51单片机作为控制核心，通过霍尔传感器、LED数码管、NE555 L298N、运算放大器等。SCM系统详细介绍了测量速度。充分发挥单片机的性能。重点是测量速度和显示。其优点是硬件电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高、控制系统可靠、性价比高的特点。
引言
单片机是计算机技术、大规模集成电路技术和控制技术的产品。单片机与高性能、高速度、体积小、价格低、稳定可靠，广泛使用，通用性强等优势。利用单片机应用系统对电动机转速和记录波形的测量和控制行业，一些生活的速度旋转设备和需要控制仪器、设备控制和测量的速度，将极大地提高生产效率和生产质量，给工业生产和生活带来方便，极大地促进科技和文明的发展。
直流电机作为执行机构广泛应用于各种控制系统，驱动电机的精度和速度是关键可以稳定工作。为此，我们提出了一个直流电机驱动和速度测量系统的设计方法，对直流电机制造、定型和应用提供一定的参考。速度控制系统电路结构和相关理论的发展非常迅速，随着可控开关电力电子器件的出现，其应用和PWM技术的应用越来越广泛。但在具体的系统设计，由于低水平的集成，使电路非常复杂，速度调试应用程序不方便。
为了准确测量转速，保证实时测量，测量瞬时转速。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能单片机的出现，转速一般是用数字方法来测量，以单片机作为智能微机代替了半机械或模拟结构。
设计的内容和要求
单片机控制器，设计了电机转速检测和波形记录系统，通过单片机检测电机转速，并绘制速度图。
（1）单片机做核心芯片，设计电机驱动，实现精确控制；
（2）利用传感器检测电机转速，并实现图形绘制速度的改变；
（3）控制器应具有按键、数字显示配置等；
（4）达到一定精度。
主要硬件系统介绍
AT89C51的基本组成
AT89C51由CPU和八个部分组成，它们由一个总线连接到片上，其基本结构仍然是一个通用的CPU芯片结构模式，而用于控制功能单元与专用功能寄存器的集中控制方法。
CPU的作用和八个组件的功能介绍如下：
中央处理器CPU：它是单片机的核心，完成了操作和控制功能。
内部数据存储：AT89C51芯片对中国共产党有256个RAM单元，可以作为一个记忆的只是前128个单元，其地址为00 h - 7 FH。通常说内部数据存储器是指前128个单元，以下简称内部RAM。
特殊寄存器：它是用来管理芯片元件、控制、监测、控制和状态寄存器，是内存的特殊功能区，位于内部RAM的128个单位，地址是80 H-FFH。
内部程序存储器：AT89C51芯片内部共有4K个单位，用来存储程序，原始数据，或窗体，简称为内部ROM。
并行I/O端口：AT89C51芯片里面有四组，每组八个I/O端口（P0，P1，P2，P3），从而实现并行数据输入和输出。
串口：用于实现单片机与其它设备之间的串行数据传输。
定时器：AT89C51芯片有两个16位定时器，用来实现定时或计数的功能，并用其计时或计数的结果来控制计算机。
中断控制系统：该芯片共有五个中断源，即两个外部中断，定时器/计数器中断2个串行中断和1个。
振荡电路：它是一个外部石英晶体和微调电容可以使89 C51单片机时钟脉冲序列的时钟电路。系统允许最高的晶体频率为12兆赫。
芯片擦除：
整个阵列和三个锁PEROM电擦除可结合正确的控制信号，并保持ALE引脚处于低水平10毫秒完成。在芯片刷操作中，代码数组通过写“1”而不是对所有空字节进行重复擦除。
此外，AT89C51还配备了静态逻辑，可在静态逻辑为零频率低的情况下，软件支持两个可选的掉电模式。在空闲模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM和振荡器的内容，禁止其他芯片使用的功能，直到硬件复位。
时钟电路：
时钟电路是计算机的心脏，它控制计算机的工作节奏。本设计单片机采用8 MHz时钟频率。
在MCS – 51内是一个反相放大器，XTAL1和XTAL2反相放大器的输入和输出，分别为振荡器外部定时反馈元件后，产生零件的内部时钟发送到单片机。属于CMOS 8位微处理器AT89C51，其时钟结构不同于单片机的NMOS电路。
CMOS型单片机（AT89C51）在一个可控的负反馈放大器，外部振动晶体或陶瓷谐振器和电容振荡器，振荡器的PD工作控制，通过软件设置“1”PD（即特殊功能寄存器PCON.1）使PD = 0，振荡器停止工作，单片机停止工作，以达到节能目的。0“PD，产生时钟振荡器工作，单片机和正常运行。
复位电路：
单片机复位方式采用自动复位。对于MOS AT89C51单片机只要满足电容接到VCC,在电路中，电容充电通过电阻，RST端高电平在一定的时间内，只要高电平足够长，就可以使有效复位MCS - 51。RST在电源端应保持高水平的时间，包括VCC启动时间，上升时间和振荡器的VCC上升时间为10毫秒，振荡器内的时间和频率的振动。10兆赫约1毫秒，1兆赫是约10毫秒，所以一般可靠的复位RST的电力应保持高水平的超过20毫秒。RC时间常数，更大的电RST更长的保持高水平。如果复位电路出现故障，开机后CPU从随机状态开始工作，系统无法正常运行。
显示电路：
显示电路采用LED数码管动态显示，LED（发光二极管）是一种应用过电压和过流装置并发出可见光。LED属于电流控制器件，使用时必须加限流电阻。数码管是一个点LED和八个LED，也有共阴和共阳两种类型。
显示模式：
为了节省I/O口线，采用动态显示的方式。动态显示，一一轮流点亮显示（扫描），每次显示，每隔一段时间亮一次。显示器的亮度与电流有关，也与亮的时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，实现高亮度相对稳定显示。如果显示的数字不超过八，则显示控件的有优势，只需八个口（称为扫描）和控制显示，字体显示也需要一个8位口（称为段）数据。
TLC2543工作过程分为两个周期：I/O周期和实际的转换周期。
1。输入输出周期
（1）在I/O时钟在第一八个脉冲，在MSB领先8位输入端的输入数据流的数据输入寄存器的延迟。四大通道来模拟，控制通道模拟多路复用器14从11个模拟输入和三的内部电压测量的采样保持电路，从第四的I / O时钟脉冲的下降沿到选定的信号采样电路，直到最后一个I/O时钟的下降沿脉冲。输入/输出周期数和输出数据时钟脉冲（数字）的长度由D2和D3的输入数据选择的时间是8，12或16。当工作在12或16时，在第一个八时钟脉冲，数据输入无效。
（2）在数据中输出串行输出的8、12位或16位数据。当CS保持低，在EOC的第一个数据上升沿。如果转换是由CS控制，在CS的下降沿第一输出数据。数据串是以前的转换的结果，在第一个输出数据位在每个连续下降沿由随后的I / O时钟输出。
2。转换周期
在I / O周期结束后，I / O时钟后的EOC下降沿变低，采样值保持不变，转换周期开始，逐次逼近转换器的采样值类型A / D转换，其工作与内部时钟控制的I / O时钟同步。EOC完成后高，转换结果锁定输出数据寄存器，与一个I / O周期下输出。
系统软件设计与调试
电路调试是实现整个系统能否工作的关键步骤，我们将整个调试过程分为三个部分：硬件调试、软件调试和综合调试。
硬件调试主要是针对我的速度测量系统的单片机硬件电路的调试，分别在第一阶段是每个调试软件设计电路的调试，分别在不同的硬件和软件集成的软件和硬件调试调试成功。
结论
电机被广泛使用，许多地方都适用于电机，电机的转速也是衡量电机的一个指标。所以这个设计在将来使用也有很大的空间，通过设计电机项目同时了解如何测试的问题，对以后的工作也有很多的帮助。
基于51单片机的系统FSAE赛车设计速度显示
摘要：
一级方程式赛车速度显示系统，是通过速度采集，信号分析和显示输出到实现速度显示。本课题选用霍尔传感器采集车轮边缘速度；89C51单片机四数字阴极管模拟实时分析显示输出速度信号。在主题实现过程中，从霍尔传感器的信号转换为上升沿信号输入89C51；单片机内部定时器计数器计数上升沿数；C语言程序，计算信号的上升沿并将其转换为速度信号。最后用数码管显示车速。经测试，系统运行良好，可靠性高，显示速度明显加快。
关键字：车速显示；霍尔传感器；89C51；C语言
引言
汽车工业走过了100年的发展。汽车仪表板技术不断发展和演变。速度是驾驶过程中的一个重要参数。现在，测量速度的类型、规格和等级有多种。传统机械轴测速仪、变频电子车速里程表等基于单片机的先进智能数字测速仪。
汽车速度显示是汽车性能分析和汽车仪表的重要组成部分显示。对FSAE赛车的速度显示系统，通过提取FSAE赛车的速度，在软件编程实现，通过数码管显示实现。本文选择霍尔传感器获取速度信号，89C51单片机进行信号处理，通过一组四个共阴极LED输出显示速度。
1霍尔传感器的工作原理
霍尔传感器是一种磁传感器。它可以用来测量磁场和它的变化，并且可以用于许多与磁场有关的场合。霍尔传感器分为霍尔元件和霍尔IC。前者是简单霍尔板；霍尔电压放大后需要经常使用。后者集成了霍尔芯片及其单芯片上的信号处理电路。霍尔传感器信号处理电路分为线性电路和开关电路。霍尔开关电路，又称霍尔数字电路，由电压调节器、霍尔板组成差分放大器，Schmitt trigger和输出级。在外加磁场作用下，当磁感应超过导通阈值，霍尔电路输出管处于状态，输出电平低。此后，进一步增加B，仍保持导电状态。如果b值降低到BRP，输出灯管关闭，输出高电平。本文的设计主要是关于霍尔开关电路。
1.1霍耳效应
霍尔效应是霍尔在1879发现，它定义了磁场诱导的关系电压，它是完全不同于传统的感应效应。如图1所示，通电半导体片，采用垂直于片面的磁场B，其侧面为切片会出现电压呃，这种现象就是霍尔效应。霍尔电压。这种现象的起源是因为在受力的半导体薄膜的载流子由洛伦兹力产生的磁场，分别偏转和积累到膜侧。因此形成电场，是已知的作为霍尔场。霍尔电场产生的电场力与洛伦兹力相反载流子积累，直到它等于洛伦兹力。此时，电影双方建立了稳定电压。这是霍尔电压。
图 霍尔效应
虽然很多年前我们知道并理解了这种效果，但在材料技术已经实现之重大进展，基于霍尔效应的传感器不实用。直到出现高强度常数磁低电压信号调理电路。根据设计和配置，霍尔效应传感可作为开关传感器或线性传感器。
1.2霍尔轮速传感器
霍尔轮速度传感器由传感头和环形齿轮组成，永磁霍尔元件和电子电路，如图2所示。其工作原理是在磁场永磁体通过霍尔元件到齿轮，齿轮相当于集磁器。齿轮齿顶靠近传感器头，穿过霍尔元件的磁力线是质磁场比较强，当传感器头附近的肺泡，磁力线穿霍尔元件分散，磁场相对较弱。齿轮旋转，磁力线密通过霍尔元件的变化引起霍尔电压的变化。霍尔元件将输出一个MV正弦电压。该交流信号应通过电子电路转换为标准脉冲电压。霍尔元输出我的正弦电压放大到一个V电压信号放大器，然后输入施密特触发器通过触发器，将正弦信号转换成标准脉冲信号并发送到放大级放输出。霍尔轮速度传感器输入12 V电源电压，输出电压在11.5 V和12 V之间。
图 霍尔轮速度传感器
1.3霍尔轮速传感器的优缺点
霍尔轮速传感器有以下优点：
1、输出电压振幅不受旋转效果的影响；
2、高频率响应，响应频率高达20kHz，等于检测到的信号的频率的速度时，1000krn1h；3、抗电磁干扰能力强；
4、霍尔传感器不怕灰尘、油污、腐蚀、水蒸气和烟雾。
2. 51单片机
51单片机与英特尔8031单片机全部兼容指令集，是最广泛应用于工业测控系统中的8位单片机。现在，许多公司拥有兼容家电51系列；在很长一段时间，51系列将占据一个大市场，现在甚至未来。89C51是51大家族中的一员，其技术发展成熟，功能强大。89C51引脚图如图3所示，它是一种低电压，高性能CMOS的8字节微控制器与4K字节的闪存可编程和可擦除只读存储器。单片机的EEPROM可重复100次，与工业标准MCS-51的指令集和引脚说明。89C51的主要特点：
图3单
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