基于PIC16F877單片機的簡易測速計設(shè)計方案

　　0 引言

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

　　測速是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問題，基于單片機的各種優(yōu)勢，將單片機應(yīng)用于測速系統(tǒng)，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題。在使用模擬技術(shù)制作測速設(shè)備時，常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸與待測軸相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低；而使用單片機進行測速，則可以使用簡單的脈沖計數(shù)法。

　　只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進行計數(shù)，最終計算出單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)，即可獲得轉(zhuǎn)速的相關(guān)信息。本文將基于PIC16F877 單片機的捕捉功能來完成脈沖計數(shù)，利用軟件編程實現(xiàn)相關(guān)物理關(guān)系的轉(zhuǎn)換，最終得出齒輪線速度，并顯示在數(shù)碼管上。

　　1 測速計原理

　　1.1 CCP1 捕捉功能

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

　　CCP1 的捕捉模式具有如下三個功能：其一是可以捕捉RC2/CPP1引腳出現(xiàn)的跳變并保存當時TMR1計數(shù)寄存器內(nèi)容；其二是具有預分頻器，可以實現(xiàn)每1 個脈沖、每4 個脈沖或16 個脈沖捕捉一次；其三是捕捉時間能產(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刻的時間值，即引腳輸入脈沖上升沿或下降沿出現(xiàn)時刻的精確時間值。

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

　　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，通過物理方法測得。

　　2 功能實現(xiàn)

　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計框圖

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

　　通過單片機的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，分別由信號發(fā)生器SG1 和頻率計作為硬件設(shè)備連接。SG1 用來模擬被測模塊產(chǎn)生信號，F(xiàn)1 采用頻率計方式運行，用來顯示當前信號頻率，用來做參考值與顯示模塊數(shù)據(jù)，即測速計測速結(jié)果值進行比較，以驗證測速計測速結(jié)果的正確與否。各模塊之間的連接關(guān)系如圖1 所示。