基于Mega48单片机的单芯片转速表设计

　　1　Mega48单片机简介

　　ATmega48是基于AVR增强型RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器,大多数指令的执行时间为单个时钟周期,工作于16 MHz时性能高达16 MIPS;4K字节的系统内可编程Flash,擦写寿命: 10,000次;256字节的EEPROM,擦写寿命: 100,000次;512字节的片内SRAM;可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密。片上具有6通道(PDIP封装)或8通道(TQFP与MLF封装)10位的A/D转换器,最快只需13.5个时钟周期完成一次转换。其它外设也比较丰富,详细内容请参考其数据手册。

　　2　单芯片转速表的结构及功能特色

　　2.1　单芯片转速表的设计指标

　　测量范围:0~8000r/min;

　　测量精度:0.05%F·S。

　　2.2　功能框图

　　见图1。

　　2.3　传感器输入接口及信号处理

　　传感器输入信号要经过适当的处理,前端处理电路见图2,主要功能:

　　(1)由R3和C1实现初步的滤波,滤掉其中的高频成份,有利于后续的处理,

　　(2)由D1、D2两个二极管组成的限幅电路,切除幅值太大的输入信号或干扰脉冲,以保护后续电路。

　　(3)由R1和R2组成直流分压电路,得到合适的电压,与传感器电压叠加后便于作为后续的差分放大的输入。

　　图3和图4是分别是低速、高速传感器信号处理前后的波形对比。由图可以比较直观的看出,经过初步处理的传感器信号是一种直流与交流叠加信号,其中直流信号由电阻R1,R2分压产生,为VCC/2;交流信号,由传感器产生,并经过两个二极管组成的限幅电路后,电压为±20mV~±700mV(由于传感器本身灵敏度差异及安装的影响,输出信号差异较大),最终我们就得到了包含转速信息的电压。图3,4中,通道1为输入信号波形,通道2为处理后波形。

　　利用Mega48自身的A/D转换器,对传感器的信号进行连续A/D采样,通过软件方式实现整形和滤波功能,实现脉冲计数;优点在于可以根据实际情况在现场调整比较限值,从而取得较好对传感器的适应性。同时通过1ms的定时器中断计数1000次,获得1秒时间值。计算公式为:

　　其中n:转速(r/min)

　　m:记录脉冲数

　　t:计时次数

　　理论误差分析:

　　A/D采样的误差:A/D采样值会受到外界的一些影响,如电压波动,干扰等,使程序对转速传感器信号边沿的判断产生不确定性,影响脉冲记录的准确性。本文中A/D的采样率约为90KSPS(通过降低采样精度的方式提高采样速度),通过多次采样比较计算,实现滤波,去掉干扰影响。

　　定时器的误差:采用1ms定时器中断进行计时。通过选择合适的分频系数,并在程序中精确调整定时器的初值,最终的定时精度主要取决于系统晶振,我们选用的晶振的误差为≤30ppm,因此计时误差可以忽略不计。