摘要 主要介紹多功能發動機轉速模擬器的結構原理、硬件電路設計及軟件設計。硬件設計主要以AT89C2051單片機為核心部件，通過頻率信號產生電路、頻率信號調理電路、看門狗復位電路、電流產生電路、電流測量電路、齒數設定電路、MAX7219顯示驅動電路和LED顯示電路來實現。該多功能發動機轉速模擬器不僅能夠提供所需的方波信號，且頻率調節精度高，能實現電流的輸出，還可以檢測外部信號的頻率及發動機的轉速。
關鍵詞 發動機 轉速模擬器 AT89C2051 電流輸出 MAXl44 AD694

信號發生器作為電控測量系統中應用最為普通的電控測量儀器之一，是工業控制、教學、科研常用的基本儀器。雖然市場上逐漸出現了各種信號發生器，但其仍然擺脫不了體積大、操作按鈕多、價格昂貴等缺點，給動力系統工程人員外出調試和檢修電控設備帶來了不便。考慮到諸多因素，很有必要研制一種結構簡單、攜帶和使用方便的多功能發動機轉速模擬器。它能在不啟動發動機的情況下，模擬產生并輸出供現場所需的轉速(頻率)信號、給定電流信號來對電控設備(如電子調速器等)進行調試，可大幅度地節省做試驗的費用(如燃油費用等)，而且調節精度高；在開機的狀態下可以檢測外部信號的頻率(即現場發動機的轉速信號)，進行數值顯示，并且系統采用電池供電，所以該多功能發動機轉速模擬器的成功研制將給動力系統工程技術人員進行現場測試帶來極大的方便，且具有較高的實用價值、經濟價值。

1 系統總體方案設計
多功能發動機轉速模擬器系統原理框圖如圖1所示。它主要由電源、頻率信號產生、頻率信號調理、頻率信號測量、電流信號產生、電流信號測量及單片機測量顯示等模塊構成。可通過頻率調整旋鈕使其輸出頻率可調的標準方波信號，也可通過電流調整旋鈕使其輸出可調電流信號O～20 mA，并由數碼管顯示，此外它還能檢測外部輸入信號的頻率。由于調試對象主要是發動機，所以轉速測量是該轉速模擬器的另一獨特功能。

2 系統硬件電路設計
2．1 信號產生電路
(1)頻率信號產生電路
頻率信號產生電路如圖2所示。

本電路模塊的核心部件選用的是LM331電壓一頻率轉換芯片。它是美國NS公司生產的性能價格比較高的集成芯片，具有頻率可調范圍大、低非線性、轉換精度高、可單電源供電等特點，與周圍電路一起實現V／F功能。其輸出信號的頻率可用公式(1)計算：

fout=(Vin×R2)÷（2.09×R1×R3×C2） （1）

式中：Vin的單位為V，表示U1的轉換電壓；R1、R2、R3電阻的單位為Ω；C1電容的單位為F；fout的單位為Hz，表示U1輸出的頻率值。可見，信號頻率與Vin成正比，有著很好的線性關系，只要選擇合適的電阻和電容，且變阻器W1的性能足夠好，就能夠保證輸出信號的穩定。這里采用的電阻都是金屬膜電阻器。