基于三位轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)量超低頻率

圖中所示的電路是一個(gè)三位轉(zhuǎn)速計(jì)，用來測(cè)量重復(fù)時(shí)間間隔為0.235至15秒內(nèi)的低頻信號(hào)。轉(zhuǎn)速計(jì)的轉(zhuǎn)速為每分鐘4至255轉(zhuǎn)，它應(yīng)用在那些醫(yī)療設(shè)備，這些醫(yī)療設(shè)備中，用來測(cè)量心跳率、呼吸率、電解磨削、腦電圖、低轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速或機(jī)械裝置轉(zhuǎn)速之類的低頻信號(hào)。

PIC16F872微處理控制處理轉(zhuǎn)速計(jì)的數(shù)據(jù)。PIC感應(yīng)輸入頻率(fin)的周期，計(jì)算出每秒產(chǎn)生的相應(yīng)的脈沖數(shù)，并相應(yīng)的更新LED顯示器。輸入信號(hào)需被預(yù)處理成0到5V的直流電壓，脈沖高電平的寬度至少為4μs。

MCU所用等式為RPM = 60/T。T指感應(yīng)輸入的周期，常數(shù)60代表一分鐘(60秒內(nèi))脈沖的讀數(shù)或每分鐘的旋轉(zhuǎn)數(shù)。該電路的時(shí)間基準(zhǔn)是出一個(gè)32kHz的晶振(愛普生C-001R32.768K-A ±20 ppm)來提供的，這個(gè)時(shí)間基數(shù)反過來觸發(fā)T1(PIC的內(nèi)部定時(shí)器)。T1有一個(gè)可編程的已將其設(shè)為1/8的因子。這一因子產(chǎn)一個(gè)4 kHz的分頻。定時(shí)器T1為16位的定時(shí)器，產(chǎn)生一個(gè)0.00025秒(250 μs)的變化周期。

定時(shí)器T1通過軟件被輸入端RC2的輸入信號(hào)的上升沿使能。當(dāng)下一個(gè)上升沿到來時(shí)，T1被禁止。這樣，T1就有了一個(gè)與輸入信號(hào)周期對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制計(jì)數(shù)。因其變化周期為0.00025秒(250 μs)，我們必須將其右移三位以獲得0.25秒的時(shí)間。這樣，新的rpm等式將為RPM = 60000/T。

表中顯示如何獲得轉(zhuǎn)數(shù)/分(rpm)讀數(shù)，從包含了周期讀數(shù)的計(jì)數(shù)器(T1)開始。例如，若PIC檢測(cè)到一個(gè)周期為1秒的信號(hào)，因?yàn)閮?nèi)部頻率分配器被設(shè)為4，所以計(jì)數(shù)器的讀數(shù)將等于1000(十進(jìn)制)。這個(gè)信號(hào)的最終rpm讀數(shù)將等于60。

它是這樣工作的：PIC監(jiān)測(cè)輸入端RC2，等待一個(gè)下降沿。當(dāng)檢測(cè)下降沿時(shí)，定時(shí)器T1被TMR1ON位使能。然后，PIC等待下一個(gè)定時(shí)器T1。當(dāng)下一個(gè)定時(shí)器T1到來時(shí)，PIC禁止TMR1ON位以停止讀數(shù)。這時(shí)，各自周期的讀數(shù)被存于寄存器TMR1H和TMR1L中。

為避免范圍外的讀數(shù)，需要檢測(cè)溢出位TMR1F。如果該位被設(shè)置了，則表明信號(hào)的周期太長(zhǎng)以致不能被測(cè)量。在這種情況下，程序跳至UNDF標(biāo)位，顯示“OUF”或overflow信息。這表明輸入信號(hào)的周期比16.384秒要高。

若沒有溢出，我們就要校驗(yàn)檢測(cè)周期，使其等于或高于940(相當(dāng)于 255 rpm)。如果讀數(shù)低于940，程序就要跳到OVERF標(biāo)位，顯示信息將為00F，這表明讀數(shù)高于255 rpm。

若這一值大于940，則利用常規(guī)DIVS被4除。DIVS帶有產(chǎn)生兩個(gè)16位數(shù)字的兩對(duì)寄存器(ACCb和 ACCa)。為了獲得這一周期，所用公式為ACCb/ACCa = ACCb，60,000 (EA60H)再一次利用常規(guī)DIVS被ACCb除。這樣我們就得到了二進(jìn)制的rpm值。我們必須將這個(gè)二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為BCD碼。

為了實(shí)現(xiàn)這一操作，我們將讀數(shù)轉(zhuǎn)移至W，然后調(diào)用常規(guī)的BINBCE。BINBCE通過寄存器R0, R1, 和R2(R2是最具意義的信號(hào)數(shù))將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為BCD碼。最后，將每一個(gè)寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成七段碼，使之能在LED顯示屏上顯示。兩個(gè)計(jì)算表SEGM 和 SEGM2完成這個(gè)七段碼操作，其中SEGM2負(fù)責(zé)處理百位數(shù)位。