單片機(jī)在測(cè)量系統(tǒng)中的運(yùn)用【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　通信工程</b></p><p>　　單片機(jī)在測(cè)量系統(tǒng)中的運(yùn)用</p><p>　　摘 要：本文介紹了一種利用單片機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)的方法，它可以進(jìn)行溫度、速度、角度等方面的測(cè)量，而且利用單片機(jī)進(jìn)行的測(cè)量具有測(cè)量準(zhǔn)確度高，采樣速度快，測(cè)

2、量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫度測(cè)量系統(tǒng)；轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)；頻率測(cè)量系統(tǒng)</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，它是現(xiàn)代電子技術(shù)的新興領(lǐng)域，它的

3、出現(xiàn)極大地推動(dòng)了電子工業(yè)的發(fā)展，已成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最為普遍的應(yīng)用手段，具有體積小、重量輕、價(jià)格便宜、功耗低、控制功能及運(yùn)算速度快等特點(diǎn)。目前單片機(jī)已滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。它主要運(yùn)用于控制領(lǐng)域，以單片機(jī)為主的嵌入式系統(tǒng)，以控制功能為目的[]。</p><p>　　本文主要介紹了單片機(jī)在儀器儀表中的廣泛運(yùn)用，它結(jié)合不同類型的傳感器，則可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、

4、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。而且采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）等等。</p><p>　　2 單片機(jī)在幾種測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　2.1 單片機(jī)在轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　在工程實(shí)踐中,經(jīng)常會(huì)遇

5、到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合,例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中,常需要分時(shí)或連續(xù)測(cè)量、顯示其轉(zhuǎn)速瞬時(shí)速度。為了能精確地測(cè)量轉(zhuǎn)速，還要保證測(cè)量的實(shí)時(shí)性,要求能測(cè)得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。而傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速測(cè)量一般采用機(jī)械式或模擬量系統(tǒng)，體積大、成本高、且精度不高。隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用， 特別是高性能價(jià)格比的單片機(jī)的涌現(xiàn)， 轉(zhuǎn)速測(cè)量普遍采用了以單片機(jī)為核心的數(shù)字化、智能化微電腦式結(jié)構(gòu)代替了一般的機(jī)械式或模擬量結(jié)構(gòu)[1,10]。<

6、/p><p>　　這種轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)據(jù)具有測(cè)量準(zhǔn)確度高，采樣速度快，測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　a)單片機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)</p><p>　　該系統(tǒng)包括傳感器、處理器、計(jì)數(shù)器和顯示4個(gè)部分。如圖所示：</p><p>　　圖1 單片機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)</p><p>　　b)在

7、測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)我們通常采用電磁感應(yīng)式傳感器。 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 帶動(dòng)傳感器， 這種傳感器可將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成一個(gè)對(duì)應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)輸出， 經(jīng)過信號(hào)處理后輸出到計(jì)數(shù)器。脈沖信號(hào)的頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速是一種線性的正比關(guān)系， 因此對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量， 實(shí)質(zhì)上是對(duì)脈沖信號(hào)的頻率的測(cè)量。所以測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一步就是要將電機(jī)地轉(zhuǎn)速表示為單片機(jī)可以識(shí)別的脈沖信號(hào),從而進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。然后，單片機(jī)對(duì)得到的脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，主要有兩種方法：片內(nèi)計(jì)數(shù)和片外計(jì)數(shù)[2]。

8、</p><p>　　片外計(jì)數(shù)器的方案是指采用8253等片外的專用計(jì)數(shù)芯片進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，單片機(jī)控制8253的計(jì)數(shù)過程，并在計(jì)數(shù)完畢后讀取計(jì)數(shù)值。最后是計(jì)數(shù)值的讀取。該方法對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的電機(jī)信號(hào)而言，在指定的時(shí)間內(nèi)測(cè)量脈沖數(shù)量的方法更加符合實(shí)際需要。使用片外計(jì)數(shù)器的優(yōu)點(diǎn)在于：節(jié)約單片機(jī)內(nèi)部資源、功能模塊性強(qiáng)、單片機(jī)可以同時(shí)處理多個(gè)事件。使用片外計(jì)數(shù)器的方法進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量需要經(jīng)過4個(gè)步驟:首先是控制方式,第二是確定

9、計(jì)數(shù)方式,第三是信號(hào)輸入方式，最后是計(jì)數(shù)值的讀取。</p><p>　　片內(nèi)計(jì)數(shù)方案是指采用單片機(jī)的內(nèi)部計(jì)數(shù)器完成對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)過程。使用片內(nèi)的計(jì)數(shù)器的優(yōu)點(diǎn)在于：節(jié)約外部空間、降低單片機(jī)系統(tǒng)的成本。其基本的原理和片外計(jì)數(shù)器的方法類似，區(qū)別在于使用了內(nèi)部的T1作為外部脈沖的計(jì)數(shù)器，并且，為了避免計(jì)數(shù)器的溢出，將T1的處置設(shè)為0，每到一個(gè)脈沖將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)T1的計(jì)數(shù)，在T0產(chǎn)生的100ms中斷完成后，T1的中斷溢出次數(shù)

10、就是所需要計(jì)數(shù)的脈沖數(shù)。</p><p>　　c) 在以單片機(jī)為核心的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)中，我們還可以引入多個(gè)任務(wù)的嵌入系統(tǒng)合作式調(diào)度器，來解決電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量及多種附加功能的實(shí)現(xiàn)。其不僅可以測(cè)量轉(zhuǎn)速，而且可以統(tǒng)計(jì)機(jī)器運(yùn)行的累計(jì)時(shí)間。當(dāng)電機(jī)超速時(shí)，還可發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并切斷電路，保護(hù)機(jī)器不發(fā)生飛車事故。 </p><p>　　2.2 單片機(jī)的溫度測(cè)量系統(tǒng)</p><p&g

11、t;　　溫度是一個(gè)非常重要的物理量、因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、 發(fā)酵 烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程 。在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。各個(gè)環(huán)節(jié)都與溫度緊密相聯(lián)，溫度的測(cè)量及控制占據(jù)著極其重要地位。溫度已成為大多數(shù)儀器正常工作的前提，而且對(duì)溫度的要求也越來越嚴(yán)格。因此，溫度檢測(cè)與控制方法的研究越來越受到人們的重視。而隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一。因?yàn)閱纹瑱C(jī)體小、價(jià)格便

12、宜、 具有通用性和靈活性,利用單片機(jī)設(shè)計(jì)溫度測(cè)量系統(tǒng),既滿足功能要求,又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。他不但面向控制,可靠性高,抗干擾能力強(qiáng),且具有掉電保護(hù)功能。另外,他的 I/ O 接口功能很強(qiáng),便于系統(tǒng)擴(kuò)展,應(yīng)用研制周期短,開發(fā)效率高[4,5]。</p><p>　　a)單片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)</p><p>　　單片機(jī)測(cè)量系統(tǒng)一般由溫度測(cè)量，數(shù)據(jù)處理顯示，輸出控制三部分組成，</p>

13、<p>　　圖2 單片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)</p><p>　　b)系統(tǒng)的工作原理是: 由溫度傳感器來檢測(cè)生產(chǎn)環(huán)境溫度，然而在工業(yè)控制中,被控對(duì)象的參數(shù)通常是非電物理量(如溫度、 濕度、 壓力等) , 因此需要一個(gè)轉(zhuǎn)換器把送來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送給單片機(jī)。單片機(jī)將得到的數(shù)據(jù)分別放入指定的內(nèi)存單元，再進(jìn)行一定的處理之后，就可以將所得到的溫度進(jìn)行顯示。使用單片機(jī)進(jìn)行處理,可以在不改變系統(tǒng)硬件

14、的情況下，只需要改變內(nèi)存中的數(shù)據(jù),就可以對(duì)傳感器的互換性,穩(wěn)定性引起的誤差進(jìn)行修正,為溫度的快速測(cè)量提供方便[3]。</p><p>　　c)上述的系統(tǒng)設(shè)計(jì)已能良好的完成穩(wěn)定的測(cè)量，但是不足之處是沒有設(shè)計(jì)異常處理電路,即當(dāng)被測(cè)實(shí)體的溫度超過或低于系統(tǒng)所允許的量程時(shí)沒有警告信息,這在一定程度上造成系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果的不可靠性。所以可以在此基礎(chǔ)上再添加一個(gè)異常處理電路，當(dāng)檢測(cè)溫度超過設(shè)定溫度上下限值時(shí)， 啟動(dòng)電機(jī)工作， 使

15、生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)際溫度向著給定溫度變化并最終達(dá)到給定溫度。系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)溫度值， 出現(xiàn)異常時(shí)啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警[3,5]。</p><p>　　2.3 單片機(jī)在頻率測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　目前實(shí)現(xiàn)測(cè)量的數(shù)字化、 自動(dòng)化、 智能化已成為各類儀器儀表設(shè)計(jì)的方向。在設(shè)計(jì)單片機(jī)和數(shù)字電路時(shí)經(jīng)常需要測(cè)量脈沖個(gè)數(shù)、 脈沖寬度、 脈沖周期、 脈沖頻率等參數(shù)，雖然使用邏輯分析儀可以很好地測(cè)量這些參數(shù)

16、， 但其價(jià)格昂貴。相比之下用單片機(jī)控制的、全自動(dòng)的、數(shù)字顯示的測(cè)量方法顯得更為經(jīng)濟(jì)，具有較大的實(shí)用價(jià)值[6]。</p><p>　　a)采用單片機(jī)測(cè)量頻率的關(guān)鍵是巧妙使用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0, T1, 頻率測(cè)量一般是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大限幅, 在整形成脈沖后用計(jì)數(shù)器計(jì)脈沖來測(cè)量, 用1s 的時(shí)基信號(hào)作為計(jì)數(shù)門的控制信號(hào), 在 1 s 內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)脈沖的計(jì)數(shù)值即是頻率值[7]。</p><p

17、>　　b)系統(tǒng)的工作原理：</p><p>　　據(jù)單片機(jī)AT89C2051計(jì)數(shù)器T1方式1結(jié)構(gòu)圖(如圖)可知，T1計(jì)數(shù)脈沖控制電路中,有一個(gè)方式電子開關(guān)，當(dāng)C/T=0時(shí)，方式電子開關(guān)打在上面， 以振蕩器的十二分頻信號(hào)作為T1的計(jì)數(shù)信號(hào)，此時(shí)作為定時(shí)器用；C/T=1時(shí) ，方式電子開關(guān)打在下面， 此時(shí)以T1(P3.5)引腳上的輸入脈沖作為T1的計(jì)數(shù)脈沖， 此時(shí)可對(duì)外界脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 C/T的狀態(tài)可由T1的方式寄

18、存器TMOD進(jìn)行設(shè)置。故對(duì)頻率信號(hào)測(cè)量有兩種方法[6]：</p><p>　?。?）計(jì)數(shù)一定門限時(shí)間內(nèi)的頻率信號(hào)脈沖數(shù)：此法以時(shí)基信號(hào)為基準(zhǔn),去卡被測(cè)頻率信號(hào),時(shí)間值(即時(shí)基脈沖數(shù))沒有誤差,而所計(jì)被測(cè)頻率信號(hào)脈沖個(gè)數(shù)存在±1的誤差。T0 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用來設(shè)置閘門時(shí)間Tg , T1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器采用16位計(jì)數(shù)工作方式(初值為0) ,內(nèi)部控制啟停,若此時(shí)讀取TL1、TH1 的數(shù)據(jù)為N。則待測(cè)信號(hào)的頻率

19、值為：fx =N / Tg[9]。</p><p>　?。?）計(jì)時(shí)一定數(shù)量的被測(cè)頻率信號(hào)脈沖所經(jīng)歷的時(shí)間：此法以被測(cè)頻率信號(hào)為基準(zhǔn),去卡時(shí)間(即時(shí)基脈沖信號(hào)) ,被測(cè)頻率信號(hào)脈沖個(gè)數(shù)沒有誤差,而所計(jì)時(shí)間(即時(shí)基脈沖個(gè)數(shù))數(shù)值存在±1的誤差。T1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器采用16位計(jì)時(shí)工作方式(初值為0) ,內(nèi)部控制啟停。根據(jù)測(cè)量原理, 在兩次中斷期間對(duì)Fosc /12計(jì)數(shù)。設(shè)T1 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為M,則待測(cè)信號(hào)的

20、頻率值為：fx = Fosc / (12M ) [9]。</p><p>　　c)值得注意的是：測(cè)量脈沖頻率的方法是在實(shí)際的產(chǎn)品 / 超聲波硬度儀0的研制過程中開發(fā)的。因此具有很強(qiáng)的針對(duì)性, 在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)視具體情況注意其測(cè)量范圍。此外選定總計(jì)數(shù)脈沖來測(cè)量時(shí)間的方法要比采用選定時(shí)間來測(cè)量脈沖數(shù)所產(chǎn)生的誤差要小[8]。</p><p><b>　　3 結(jié)束語</b>&

21、lt;/p><p>　　我們都知道近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透，單片機(jī)的應(yīng)用也在不斷走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益。單片機(jī)在運(yùn)用方面具有體積小，可靠性高，功能強(qiáng)，使用方便，性能價(jià)格比高，易產(chǎn)品化的優(yōu)點(diǎn)，這使得它的應(yīng)用量大面廣，這次是對(duì)單片機(jī)在測(cè)量系統(tǒng)方面的運(yùn)用給予了講述，在實(shí)時(shí)測(cè)量的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，將所得的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，得到我們想要的結(jié)果。由上述的測(cè)量系統(tǒng)可以

22、看出，在單片機(jī)的基礎(chǔ)上如果再引入一些嵌入系統(tǒng)的話，那我相信單片機(jī)可以將它的功能發(fā)揮的更大。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王會(huì)青,賈 策. 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)[M].重慶：科技論壇出版社.</p><p>　　[2] 龔錦紅,王海霞. 基于單片機(jī)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M]. 科技廣場(chǎng)，2

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