非接触测长测速仪的设计(编辑修改稿)

非接触测长测速仪的设计(编辑修改稿)内容摘要：

由被测脉冲序列来同步。 整个测量过程如下。 A 点时计数器对被测脉冲 M1 和高频基准脉冲 M2 同时计数。 到达 B 点时，预设定的测速时间 TC 已到。 系统发出停止计数命令。 而此时，由于预设定的时间 TC 不一定恰好等于整数个被测脉冲的脉冲周期。 所以计数器仍对高频基准脉冲继续进行计数。 在 D 点被测脉冲的上升沿使计数器停止计数。 这样，高频基准脉冲个数 M2 所对应的计时时间就代表了 M1 个被测脉冲周期的时间，那么该高频基准脉冲频率为 F，传感器每转发过 P 个脉冲，则转速可精确求出： N=（ 60M1/P） /（ M2/F）。 由于测量过程中，从整数个被测脉冲开始计时，整数个被测脉冲结束。 记录的是整个脉冲，从而消除了其他计数法中，正负一个被测脉冲引入的误差 ,从而有了较高的精度。 长春理工大学毕业论文 5 图 计数脉冲时序图 M1 为被测脉冲个数 M2 为用于计数计时的高频脉冲个数 Tc 为预设定的定时时间 T 为实测到的 M1 个脉冲时间 长春理工大学毕业论文 6 第三章 非接触自动测长 测速 系统硬件设计 构成应用系统的基本方法 单片机应用系统的范围很广，在不同领域的应用，其要求各不相同，构成的方案也千差万别，没有完全固定的方法可循。 但处理问题的基本方法大体相似。 研究者接到某项任务后，在进行应用系统设计时，大都要经历以下步骤。 确定指标 接到研制任务后，首先要进行系统的需求分析，以确定系统要实现的功 能。 在对系统的工作过程进行深入分析之后，把系统最终要达到的性能指标明确下来。 可行性研究 可行性研究的目的是分析完成这个项目的可能性。 根据可行性研究的结论来决定系统的开发研制工作是否值得进行下去。 在完成这项工作时，查阅了国内外的相关资料，看是否有人成功地做过类似的系统。 如果有，可以借鉴他们的优点，若有可能对其不足之处进行改进。 若查不到成功的实例，则作进一步的研究，此时的重点要放在能否实现这个环节上。 经理论分析和实际调研后，若可行，就制定出开发计划，同时进入总体方案设计阶段。 若不行，或放弃或该用其 他的控制系统。 系统总体方案设计 在明确了任务、确立了指标及可行性研究后，下一步工作就是系统总体方案的设计。 在对应用系统进行总体方案设计时，应根据应用系统要完成的各项功能，把工作重点放在技术难点上。 此时，可参考国内外类似系统的技术资料，取长补短以减少重复性劳动，提出合理可行的技术指标。 最后拟定出性能 /价格比最高的一套方案。 总体方案确定以后，下一步的工作重点应放在硬件选型及软、硬件设计上。 对于单片机测控系统而言，传感器的选择至关重要，对不同传感器的选择原则及方法，以下章节均有介绍。 对系统中软、硬件的 设计要明确分工，原则上要尽可能发挥单片机以软件代替硬件的长处，能够由软件来完成的任务，就尽可能用软件来实现，以便简化电路结构，降低成本，提高系统工作的可靠性。 但也应考虑到以软件代替硬件功能是以降低系统的实时性为代价的因此，软、硬件任务的划分要根据系统的要求及实际情况做合理安排，全盘考虑。 在确定了软件及硬件应完成的任务后，系统的大致规模及软、硬件的基本框架就确定了。 在一个大的测控系统研制过程中，课题组每个成员长春理工大学毕业论文 7 要尽其所长，避其所短，分工协作，这样就能加快研制工作进度，圆满地完成工作任务。 在明确了分工任务后，就各 自进入具体的设计阶段。 应用系统硬件的设计方法 硬件设计是指应用系统的电路设计，一般来讲这部分设计可分为两大部分内容：一是数字电路部分，二是模拟电路部分。 数字电路设计即单片机系统的扩展，它包括与单片机直接接口的数字电路，如存储器和接口的扩展。 存储器的扩展指 EPROM、E178。 PROM 和 RAM 的扩展。 接口扩展是指串、并行接口（如 825 815 827 7219等）及其他功能器件的扩展。 这部分设计一般都能找到相关的参考资料，因此相对来讲较容易一些。 与模拟电路相关的电路设计包括信号放大、整形、变换、 隔离、驱动和传感器的选择。 这部分电路的设计相对较难把握，一旦 设计有误，对整个系统的性能将产生严重影响。 考虑好硬件电路要完成的任务后，脑子里应有一个大体的框架，画出硬件电路的框图，确定硬件电路的整体方案，并进行详细的技术分析。 下一步就要画出所有硬件的电器原理图。 在绘制原理图过程中，所设计到的具体电路可参考他人在这方面的工作。 因为他人用过的电路往往具有一定的合理性，在此基础上，结合自己的设计目的取长补短。 当然，有些电路还需要自己设计，完全照搬拼凑出一个硬件系统图是不可靠的。 单片机应用系统软件的设 计方法 根据系统设计的分工，硬件系统设计完成后，下一步工作就是应用系统的软件编制。 编制软件离不开硬件，对于软件编制人员来讲，在工作进行之前要和硬件设计充分沟通，只有充分了解硬件系统的工作过程，才能确定软件的任务，最终达到完美的统一。 因此软件设计要结合硬件进行，其任务也是应用系统研制过程中最艰巨的，其难度也比较大。 对于某些较复杂的应用系统，不仅要使用汇编语言来编程，有时还要使用高级语言，最常用的高级语言有： PL/M51 和 C51。 应用系统的软件设计主题包括两大部分：用于管理应用系统的管理程序（监控程序）和用 于执行具体任务的执行程序。 管理程序是应用系统的管理软件，它用来协调各执行程序模块和操作者的关系，在系统中充当组织、指挥的角色。 对于单片机应用系统来说，管理程序和执行程序是很难分清楚的，它们都是应用程序所以在软件设计时应考虑以下几个方面： ⑴ 根据应用系统功能要求及分配给软件的任务，采用自上向下逐层分解的方式，把复杂的系统进行合理的分解。 将软件划分为若干个相对独立的部分，在根据各部分的关系设计出软件的整体框架，画出软件需求的框图，要求软件结构清晰、简洁，流程合理。 长春理工大学毕业论文 8 ⑵ 尽可能采用结构化模块设计，根据软件任务导 出软件模块，得到软件模块结构及各模块之间的接口定义，要求各模块功能单一，尽可能把各模块之间的联系减少到最低限度。 模块化设计的优点是每个模块可以单独设计，也可以利用原有的成熟程序，这样既便于软件调试、链接，又便于移植、修改。 对于复杂的应用系统软件，这一点是至关重要的。 ⑶ 在对各功能模块编制前，要仔细分析模块所要完成的功能，建立正确的数学模型，绘制出详细的程序流程图，这是软件设计人员必须养成的习惯。 ⑷ 软件设计时要充分考虑应用系统的硬件环境，合理地分配系统资源，包括片内、片外程序存储器、数据存储器、定时器 /计数器、中断源等。 根据 51 系列单片机寻址方式的特点，片内 RAM 的分配方式尤为重要。 一般来讲，片内 RAM 的 00H~07H8个单元留作 R0 和 R1 用， 20H~2FH 这 16 个单元留作各种标志位、逻辑变量、状态变量等。 堆栈区设置要留有一定余量。 最后对各功能模块和子程序的入 /出口条件、 RAM的分配情况要列出一张分配表，以便编程时查询。 ⑸ 无论用汇编语言还是用高级语言编程，为了使程序增加可读性，也为日后修改程序方便，在程序的相关位置必须加上功能注释。 ⑹软件的抗干扰设计也是应用系统软件编程的重要组成部分。 虽然在硬件设计 中采用了硬件抗干扰措施，但由于单片机测控系统往往都运行在环境恶劣、干扰严重的场合，因此完全依靠硬件来解决抗干扰问题往往达不到预期效果，这时还需要软件抗干扰措施相配合，只有双管齐下，才能使应用系统运行更加可 单片机 8051 及相关电路设计 单片机以其与通用 CPU完全不同的发展模式，为满足工业测控功能、恶劣环境下的可靠运行己任。 在单片机技术发展过程中， Intel 公司 ８ 位单片机的发展最具典型性、完整性和兼容性，现以该系列为代表介绍其发展年代，其它系列可找到相类似情况。 单片机简介 第一代单片机只是 将 CPU及其外围计算机功能单元，如 I/O 口、定时／计数器、程序存储器、数据存储器、中断系统等集成在单片芯片中，其典型系列为 MCS48单片机。 第一代单片机作为单片微控制器的技术探索，在取得到预计的结果后便迅速转向第二代产品研究，以寻求单片机最佳的内、外部结构。 第二代单片机以其 SFS 管理下的模块化结构、标准的外部并行总线（ AB、 DB、CB）结构和为构成多机与网络系的 UART 串行接口为其重要技术特征。 这一代单片机为不断完善，提高 Micro controller 的控制功能提供了一个良好的 Single Chip Microputer,但内部功能模块的设置还没有超出 Microputer。 长春理工大学毕业论文 9 第三代单片机则以大力发展控制功能，提高系统运行的可靠性，逐步将测、控系统要求的外部接口电路纳入片内，以朝着真正实现 Micro controller 所应具备的功能为目标。 其中一些目标首先在 MCS96 中得到了具体的实现，如高速 I/O 口 、 ADC、 PWM、Watchdog 等。 在随后第三代 ８ 位单片机中迅速地普及了这些技术。 特别是一些大电气商介入单片机的发展后，以其在单片机应用领域中的丰富经验，迅速而有效地推动了第三代单片机的形 成和发展。 第三代单片机的主要特点是：大力发展综合控制功能；不断推出指令、总线兼容下不同外围 功能的系列单片机；提高系统运行的可靠性。 目前各大公司都已进入第三代单片机发展阶段，其中最为典型、对我国单片机技术发展和更新影响最大的当推 80C51 系列。 单片机 8051基本组成原理 单片机又称微控制器（ microcontroller）是将中央处理器（ CPU）存储器、定时器/计数器、 IO 接口电路等部件集成在一块芯片上的微型计算机。 目前，单片机技术飞速发展，在各种场合被广泛应用。 单片机做为控制核心，与传感器、执 行机构等结合可以组成自动化的检测控制系统，本文结合单片机的定时 /计数器的端口功能，开发一种实用的检测装置。 MCS51 是由美国 INTEL 公司生产的系列单片机，其中以 8051 最为典型，由内部总线将逻辑运算器 ALU、累加器 A、程序计数器 PC、指令寄存器 IR、指令译码器 ID、控制逻辑 PLA、存储器、输入输出口联结成统一的整体，以实现其功能。 8051 单片机是 8 位机 32 根 I/O 线 即 4 个并口分别记做 ，集成 128K 的片内 RAM 和4K 片 内 ROM，其具有的两个 16 位定时计数可通过编程实现 4 种工作模式。 频率基准源 计 数 器 中 断 控 制 并行 I/O 串行输入 串行输出 长春理工大学毕业论文 10 图 8051 单片机框图 单片机应用系统的设计工作 目前， MCS51 系列及具有 51 内核的单片机以其独特的优点，在智能仪表、家用电器、工业控制、数据采集、网络通信 等领域得到广泛的应用。 各行各业的工程技术人员正在根据自己的任务进行单片机应用系统的开发设计工作，从而改变了传统控制系统的设计思想和设计方法。 以前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能由单片机通过软件方法来实现了，因此使控制系统的性能大大提高，应用领域更加广泛。 本章介绍。