AVR單片機在柴油機轉(zhuǎn)速測量中的應(yīng)用
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摘要：利用ATMEL新一代AVR單片機（AT90S2313）實現(xiàn)對柴油機轉(zhuǎn)速的測量，在C語言程序設(shè)計中引入了消息的概念，最后給出了AT90S2313與AT89C2051在轉(zhuǎn)速測量中使用效果的比較。
關(guān)鍵詞：單片機 轉(zhuǎn)速測量 柴油機 消息
柴油機的轉(zhuǎn)速是一個較為重要的運行參數(shù)，也有很多種用于測量轉(zhuǎn)速的儀表，如：機械軟軸式轉(zhuǎn)速表、頻率-電壓轉(zhuǎn)換式轉(zhuǎn)速表、數(shù)字式轉(zhuǎn)速表等，它們中間有的成本很高而且精度較差、有的工藝復(fù)雜而且可靠性不高。本文介紹了一種利用單片機技術(shù)制成的智能轉(zhuǎn)速表，不僅精度高、工藝簡單、線路簡潔，而且可靠性高、功能強。其不僅可以測量轉(zhuǎn)速，而且可以統(tǒng)計機器運行的累計時間，當(dāng)柴油機超速時，還可發(fā)出報警信號，切斷油路，保護(hù)機器不發(fā)生飛車事故。
1 測量原理
在測量柴油機轉(zhuǎn)速時我們采用了電磁感應(yīng)式傳感器，這種傳感器可將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成一個脈沖信號輸出，而脈沖信號的頻率與柴油機的轉(zhuǎn)速是一種線性的正比關(guān)系。因此對柴油機轉(zhuǎn)速的測量，實質(zhì)上是對脈沖信號的頻率的測量，可以采用閘門法進(jìn)行測量。
2 線路設(shè)計
智能轉(zhuǎn)速表的框圖如圖1所示
定時器0以中斷方式工作，其負(fù)責(zé)采集定時器1 的計數(shù)值、對運行時間累計和發(fā)送消息。由于在儀表中對采集到的定時器1 的計數(shù)值，需要進(jìn)行一些處理，如：判斷是否超過額定速度、將16位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成BCD碼、為動態(tài)LED顯示電路進(jìn)行軟件譯碼及掃描控制等等。如果所有工作全部放在中斷程序中完成，就會導(dǎo)致中斷服務(wù)程序執(zhí)行時間過長。由于儀表還要完成運行時間的累計工作，盡管中斷服務(wù)程序執(zhí)行時間過長對轉(zhuǎn)速的測量不會有太大影響，但勢必會給時間累計造成過大的累積誤差，影響累計時間的精度。為了解決這個問題，我們采取了下面的方法：
借鑒windows 編程的原理，在單片機編程中引入消息的概念，將中斷產(chǎn)生的標(biāo)志作為消息，而數(shù)據(jù)處理則放在消息循環(huán)中進(jìn)行。在這個例子中中斷服務(wù)程序中只進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和標(biāo)志位的設(shè)置（發(fā)送消息），而將數(shù)據(jù)的處理放到運行時間要求不很精確的中斷服務(wù)程序之外的主程序循環(huán)中（消息循環(huán)）。這樣一方面減少了中斷服務(wù)程序的長度，縮短了中斷服務(wù)程序執(zhí)行的時間，提高了中斷處理的實時性，另一方面又不影響數(shù)據(jù)的處理。從而很好地解決了數(shù)據(jù)采集的實時性和數(shù)據(jù)處理耗時多而影響時間累計之間的矛盾。
和PC機相比，單片機資源十分有限。因此，單片機系統(tǒng)不可能象windows系統(tǒng)那樣建立龐大的消息循環(huán)機制，將消息分發(fā)給各個程序并行處理。在基于消息的單片機編程中，采取一種簡化的方式，消息可以這樣來定義：當(dāng)某個事件(例如中斷)發(fā)生時，事件處理程序（例如中斷服務(wù)程序）設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志，不同的標(biāo)志即代表不同的消息；而主程序所進(jìn)行的消息循環(huán)就是主程序不斷地判斷這些標(biāo)志，以決定啟動哪一個處理函數(shù)（即將消息發(fā)送給特定的消息處理函數(shù)）。這種方法在多中斷系統(tǒng)中使用，可以明顯地提高中斷的實時性；另外，由于在中斷服務(wù)程序中不需要調(diào)用數(shù)據(jù)處理程序，也有效地防止了代碼重入帶來的問題。
如下面的T0中斷服務(wù)程序，發(fā)送消息：
void timer0()
{
if (--timercount==0)
{
TCCR1B = 0x00;
count=TCNT1; //采集數(shù)據(jù)
second++; //運行時間累計
flag=1; //發(fā)送消息
WDR();
TCNT1H = 0x00;
TCNT1L = 0x00; //清除T1
TCCR1B = 0x06;
timercount=20;
}
TCNT0 = 76; //重裝T0
}
而下面這段程序是主程序消息循環(huán)中一部分，對T0發(fā)送的消息進(jìn)行檢查，如果沒有消息產(chǎn)生則跳過數(shù)據(jù)處理部分：
if (flag==1)//檢查是否有消息產(chǎn)生
{
hextobcd(count);//16位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成BCD碼數(shù)
if (count>1134) //當(dāng)轉(zhuǎn)速超過1134轉(zhuǎn)/分時,輸出報警信號
{
asm("cbi 0x12,4");
}
else
{
asm ("sbi 0x12,4");
}
flag=0; //清除消息
}
4 總結(jié)比較
我們這個系列的轉(zhuǎn)速表是在上一代轉(zhuǎn)速表（采用AT89C2051單片機）的基礎(chǔ)上改造過來的，經(jīng)過比較我們認(rèn)為AVR單片機有以下優(yōu)點：
（1）AVR是一種功能強大、集成度較高的新型單片機。譬如在這個例子中，一片AT90S2313代替了AT89C2051、AT24C01（EEPROM）和外置WatchDog三片集成電路，從而大大地簡化了裝配工藝和流程。由于AT90S2313與AT89C2051單片機的管腳基本兼容，最終我們把前者做成為后者的增強型，在同一個轉(zhuǎn)速表上可以做成兩個版本的產(chǎn)品。
（2）AVR支持在線編程（ISP下載），對芯片的編程可以放在整機裝配完成后進(jìn)行。這樣不僅節(jié)省了購買萬用編程器的費用，而且為現(xiàn)場調(diào)試及以后的軟件升級帶來了極大的便利。
（3）AVR的運行速度快、處理能力強。在這個例子中，中斷服務(wù)程序執(zhí)行時間更短了，中斷的實時性提高了，對時間累計的累積誤差也變小了。
（4）AVR對采用C語言編程提供了較好的支持。當(dāng)我們將原來用KEIL51寫的程序轉(zhuǎn)換成AVR的C程序時，只需要修改有關(guān)硬件操作部分和KEIL51中bit及sbit類型的數(shù)據(jù)操作，其余均不需修改。
另外，在單片機的編程中引入消息的概念，一方面提高了中斷處理的實時性，另一方面也解決了中斷服務(wù)程序中代碼重入的問題。
參考文獻(xiàn)：
1 宋建國.AVR單片機原理及其應(yīng)用.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1998
2 耿德根.AVR高速嵌入式單片機原理與應(yīng)用,2001
3 ATMEL.ATMEL數(shù)據(jù)光盤,1999
4 Mickey Williams . Visual C++5自學(xué)通.北京.機械工業(yè)出版社,1998
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