基于PIC16F877單片機(jī)的簡易測速計(jì)設(shè)計(jì)與仿真

時(shí)間：2021-10-23 21:47:05

關(guān)鍵字： PIC16F877 單片機(jī) CPP1捕捉功能測速計(jì) Proteus軟件仿真

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[導(dǎo)讀]摘要：介紹了一種基于低功耗芯片PIC16F877的簡易測速計(jì)的設(shè)計(jì)過程，并給出了其在Proteus軟件下的仿真結(jié)果。整個(gè)測速計(jì)的設(shè)計(jì)有效地利用了PIC單片機(jī)的CPP1捕捉功能，因而簡單易行、成本低、可靠，性強(qiáng)，而采用Proteus軟件進(jìn)行仿真，則縮短了測速計(jì)的設(shè)計(jì)周期，降低了開發(fā)成本。

引言

隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，單片機(jī)在汽車、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(yīng)用。如果將Proteus作為單片機(jī)系統(tǒng)仿真工具，則不用制作電路板，而可以使用Proteus進(jìn)行系統(tǒng)虛擬實(shí)現(xiàn)，這樣不僅能完成所需功能設(shè)計(jì)驗(yàn)證，還能降低硬件成本的耗用，從而縮短整個(gè)設(shè)計(jì)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(jī)的各種優(yōu)勢，將單片機(jī)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(shí)，常用測速發(fā)電機(jī)的方法，即將測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測軸相連，測速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低;而使用單片機(jī)進(jìn)行測速，則可以使用簡單的脈沖計(jì)數(shù)法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)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(jī)中進(jìn)行計(jì)數(shù)，最終計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù),即可獲得轉(zhuǎn)速的相關(guān)信息。本文將基于PIC16F877單片機(jī)的捕捉功能來完成脈沖計(jì)數(shù)，利用軟件編程實(shí)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(jì)原理

CCP1捕捉功能

PIC16F877單片機(jī)中有兩個(gè)CCP模塊，其構(gòu)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(diào)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(xiàn)的跳變并保存當(dāng)時(shí)TMR1計(jì)數(shù)寄存器內(nèi)容;其二是具有預(yù)分頻器，可以實(shí)現(xiàn)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。

CCP測速計(jì)原理

在捕捉模式下，單片機(jī)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(xiàn)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(dāng)特定的跳變沿出現(xiàn)時(shí)，TMR1定時(shí)器的計(jì)數(shù)值會(huì)立即復(fù)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(gè)16位計(jì)數(shù)值。當(dāng)使用CCP1模塊的捕捉功能實(shí)現(xiàn)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4MHz,即每個(gè)指令周期為1us,將預(yù)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。

2功能實(shí)現(xiàn)2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

測速計(jì)功能的實(shí)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(jī)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(jì)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(jì)方式運(yùn)行，用來顯示當(dāng)前信號頻率，用來做參考值與顯示模塊數(shù)據(jù)，即測速計(jì)測速結(jié)果值進(jìn)行比較，以驗(yàn)證測速計(jì)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。