基于PIC16F877單片機的簡(jiǎn)易測速計設計方案

　　0 引言

　　隨著(zhù)微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，單片機在汽車(chē)、通信、辦公自動(dòng)化、工業(yè)控制、高級玩具、家用電器等方面都得到了廣泛的應用。如果將Proteus 作為單片機系統仿真工具，則不用制作電路板，而可以使用Proteus 進(jìn)行系統虛擬實(shí)現，這樣不僅能完成所需功能設計驗證，還能降低硬件成本的耗用，從而縮短整個(gè)設計周期，從根本上提高了電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)效率。

　　測速是工農業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，基于單片機的各種優(yōu)勢，將單片機應用于測速系統，具有很重要的意義。而對于測速技術(shù)，首先要解決的就是采樣問(wèn)題。在使用模擬技術(shù)制作測速設備時(shí)，常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉軸與待測軸相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉速的高低；而使用單片機進(jìn)行測速，則可以使用簡(jiǎn)單的脈沖計數法。

　　只要轉軸每旋轉一周，產(chǎn)生一個(gè)或固定的多個(gè)脈沖，并將脈沖送入單片機中進(jìn)行計數，最終計算出單位時(shí)間內的脈沖個(gè)數，即可獲得轉速的相關(guān)信息。本文將基于PIC16F877 單片機的捕捉功能來(lái)完成脈沖計數，利用軟件編程實(shí)現相關(guān)物理關(guān)系的轉換，最終得出齒輪線(xiàn)速度，并顯示在數碼管上。

　　1 測速計原理

　　1.1 CCP1 捕捉功能

　　PIC16F877 單片機中有兩個(gè)CCP 模塊，其構造基本相同，分別記為CCP1 和CCP2.每個(gè)CCP 模塊可以任意配置為捕捉（Capture）、比較（Compare） 和脈寬調制（PWM）3 個(gè)功能模式之一。

　　CCP1 的捕捉模式具有如下三個(gè)功能：其一是可以捕捉RC2/CPP1引腳出現的跳變并保存當時(shí)TMR1計數寄存器內容；其二是具有預分頻器，可以實(shí)現每1 個(gè)脈沖、每4 個(gè)脈沖或16 個(gè)脈沖捕捉一次；其三是捕捉時(shí)間能產(chǎn)生中斷。

　　1.2 CCP 測速計原理

　　在捕捉模式下，單片機可以捕捉引腳電平變化時(shí)刻的時(shí)間值，即引腳輸入脈沖上升沿或下降沿出現時(shí)刻的精確時(shí)間值。

　　PIC16F877 的CCP1 模塊工作于捕捉模式時(shí)，當特定的跳變沿出現時(shí)，TMR1 定時(shí)器的計數值會(huì )立即復制到CCPR1H 和CCPR1L 中并產(chǎn)生中斷信號，通過(guò)在中斷服務(wù)程序中讀取這個(gè)16 位計數值。當使用CCP1 模塊的捕捉功能實(shí)現相鄰兩次上升沿時(shí)間間隔的測量時(shí)，此時(shí)間間隔就是輸入信號的周期g-Period.由于主頻是4 MHz, 即每個(gè)指令周期為1 μs, 將預分頻比設置為1:1,測得周期結果單位為微秒級。所以最終測得的速度值speed 通過(guò)以下公式得出：

　　speed=（1M*60s*0.01m*pi）/g_Period

　　其中，pi 為圓周率值；0.01m 為被測對象齒輪的直徑，通過(guò)物理方法測得。

　　speed=（1M*60s*0.01m*pi）/g_Period

　　其中，pi 為圓周率值；0.01m 為被測對象齒輪的直徑，通過(guò)物理方法測得。

　　2 功能實(shí)現

　　2.1 系統設計框圖

　　測速計功能的實(shí)現可由基于PIC16F877 的主控制模塊、顯示模塊、齒輪和光電傳感器構成的被測模塊等幾部分構成。

　　通過(guò)單片機的RC2/CCP1 引腳分別連接被測模塊和測量子模塊，在Proteus 軟件仿真時(shí)，分別由信號發(fā)生器SG1 和頻率計作為硬件設備連接。SG1 用來(lái)模擬被測模塊產(chǎn)生信號，F1 采用頻率計方式運行，用來(lái)顯示當前信號頻率，用來(lái)做參考值與顯示模塊數據，即測速計測速結果值進(jìn)行比較，以驗證測速計測速結果的正確與否。各模塊之間的連接關(guān)系如圖1 所示。