课程设计数字转速数计的设计.doc

课程设计说明书 设计题目： 学 院：机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 目 录 1. 课程设计要求 1 2. 系统功能分析与方案确定 1 3. 系统主要硬件电路模块设计 4 3.1编码器模块 4 3.2液晶显示模块 9 3.3复位电路模块 14 3.4晶振电路模块 17 3.5 单片机硬件端口分配 18 4. 程序软件设计与分析 19 4.1系统软件分析及详细技术文件设计 19 5. 后续有待完善和提高的工作 25 参考文献 26 附录 26 1. 课程设计要求 数字转速（数）计的设计 一、设计任务 转速计是我们经常会用到的仪器之一，通常与编码器配合用来测量旋转机械设备的转速。用单片机的定时/计数器功能可以实现频率计的数字化、智能化，通过合理的硬件设计和软件编程使测量精度达到实用化要求。 二、 基本要求 测量速度范围1～1000转每分钟。 可对转数计数并实时显示； 可对转速检测并实时显示； 速度检测精度：1%。 被测信号是方波。 显示方式为转数计数：5位十进制数显示；速度计：5位有效数字显示，保留小数点后2位。 2. 系统功能分析与方案确定 2.1 转速测量系统的原理 2.1.1 转速测量方法 转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数,其大小及变化往往意味 着机器设备运转的正常与否,因此,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。按照不同的理论方法,先后产生过模拟测速法(如离心式转速表) 、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪) 以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。本文介绍的采用单片机和光电传感器组成的高精度转速测量系统,其转速测量方法采用的就是电子式定时计数法。 对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的工程测量中,电子式定时计数测量频率的方法一般有三种： ①测频率法:在一定时间间隔t 内,计数被测信号的重复变化次数N ,则被测信号的频率fx 可表示为 f x =Nt(1) ②测周期法:在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0 ,则被测信号频率 fx = fc/ m0 ,其中, fc 为时钟脉冲信号频率。 ③多周期测频法:在被测信号m1 个周期内, 计数时钟脉冲数m2 ,从而得到被测信号频率fx ,则fx 可以表示为fx =m1 fcm2, m1 由测量准确度确定。 电子式定时计数法测量频率时, 其测量准确度主要由两项误差来决定: 一项是时基误差; 另一项是量化±1 误差。当时基误差小于量化±1 误差一个或两个数量级时,这时测量准确度主要由量化±1 误差来确定。对于测频率法,测量相对误差为： Er1 =测量误差值实际测量值×100 % =1N×100 % (2) 由此可见,被测信号频率越高, N 越大, Er1 就越小,所以测频率法适用于高频信号 ( 高转速信号) 的测量。对于测周期法,测量相对误差为： Er2 =测量误差值实际测量值×100 % =1m0×100 % (3) 对于给定的时钟脉冲fc , 当被测信号频率越低时,m0 越大, Er2 就越小,所以测周期法适用于低频信号( 低转速信号) 的测量。对于多周期测频法,测量相对误差为： Er3 =测量误差值实际测量值100%=1m2×100 % (4) 从上式可知,被测脉冲信号周期数m1 越大, m2 就越大,则测量精度就越高。它适 用于高、低频信号(高、低转速信号) 的测量。但随着精度和频率的提高, 采样周期将大大延长,并且判断m1 也要延长采样周期,不适合实时测量。 根据以上的讨论,考虑到实际应用中需要测量的转速范围很宽,上述的转速测量方法难以满足要求,因此,研究高精度的转速测量方法,以同时适用于高、低转速信号的测量,不仅具有重要的理论意义,也是实际生产中的需要。 2.1.2 转速测量原理 利用编码器产生方波信号来模拟速度快慢，即通过编码器,将转速信号变为电脉冲,利用微机在单位时间内对脉冲进行计数,再经过软件计算获得转速数据。即: n=N/ (mT) (1) ◆n ———转速、单位:转/ 分钟; ◆N ———采样时间内所计脉冲个数; ◆T———采样时间、单位:分钟; ◆m ———每旋转一周所产生的脉冲个数。 如果m=60, 那么1 秒钟内脉冲个数N 就是转速n, 即: n=N/ (mT) =N/60 ×1/60=N (2) ◆这里m 为400。（看编码器而定） 在对转速波动较快系统或要求动态特性好而精度高的转速测控系统中,调节周期 一般很短,相应的采样周期需取得很小,使得脉冲当量增高,从而导致整个系统测量精度降低,难以满足测控要求。提高采样速率通常就