基于光電傳感器的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)課設(shè)報(bào)告

1、北京信息科技大學(xué)測(cè)控綜合實(shí)踐課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 基于光電傳感器的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院 專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 學(xué)生姓名： 摘要摘 要 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法較多，本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)于光電傳感器測(cè)量直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的原理進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并說(shuō)明它是如何對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到結(jié)果并進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析。本次設(shè)計(jì)應(yīng)用了STC89C52RC單片機(jī)，采用光電傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，其中硬件系統(tǒng)包括脈沖信號(hào)的產(chǎn)生模塊、脈沖信號(hào)的處理模塊和轉(zhuǎn)速的顯示模塊三個(gè)模塊，采用C語(yǔ)言編程，結(jié)果表明該方法具有簡(jiǎn)單、精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；單片機(jī)；PWM調(diào)節(jié)；光

2、電傳感器Abstract目錄目 錄摘要 I第一章 概述 1 1.1 課設(shè)目標(biāo) 1 1.2 內(nèi)容 1第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 2 2.1 STC89C52單片機(jī)介紹 2 2.2 STC89C52定時(shí)計(jì)數(shù)器 4 2.3 STC89C52中斷控制62.4 光電傳感器 62.5 數(shù)碼管介紹 7第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 3.1 測(cè)速信號(hào)采集及其處理 10 3.2 單片機(jī)處理電路設(shè)計(jì) 11 3.3 顯示電路 12 3.4 PWM驅(qū)動(dòng)電路 13第四章  軟件設(shè)計(jì) 144.1 語(yǔ)言選用 144.2 程序設(shè)計(jì)流程圖 144.3 原程序代碼 15第五章  數(shù)據(jù)分析 19總結(jié) 20附件

3、21 參考文獻(xiàn) 23 46第一章 概述在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中，常需要分時(shí)或連續(xù)測(cè)量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。目前國(guó)內(nèi)外測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法有很多，按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生過(guò)模擬測(cè)速法(如離心式轉(zhuǎn)速表、用電機(jī)轉(zhuǎn)矩或者電機(jī)電樞電動(dòng)勢(shì)計(jì)算所得)、同步測(cè)速法(如機(jī)械式或閃光式頻閃測(cè)速儀)以及計(jì)數(shù)測(cè)速法。計(jì)數(shù)測(cè)速法又可分為機(jī)械式定時(shí)計(jì)數(shù)法和電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。其中應(yīng)用最廣的是光電式，光電式測(cè)系統(tǒng)具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點(diǎn)。加之激光光源、光柵、光學(xué)碼盤(pán)、CCD器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用，使

4、得光電傳感器在檢測(cè)和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而采用光電傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度高、采樣速度快、測(cè)量范圍寬和測(cè)量精度與被測(cè)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。這次設(shè)計(jì)的內(nèi)容包含了多個(gè)方面，從脈沖信號(hào)的產(chǎn)生模塊、脈沖信號(hào)的處理模塊和轉(zhuǎn)速的顯示模塊三個(gè)模塊入手，全面鍛煉了我們信號(hào)采集，處理和分析的工作能力。1.1 課設(shè)目標(biāo)通過(guò)51單片機(jī)進(jìn)行PWM驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后使用對(duì)射式紅外光電傳感器通過(guò)檢測(cè)直流電機(jī)上的光電碼盤(pán)進(jìn)行脈沖測(cè)量，單片機(jī)處理脈沖最后數(shù)碼管顯示實(shí)際轉(zhuǎn)速。1.2 內(nèi)容1.2.1 總體方案本文針對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，以單片機(jī)為核心對(duì)光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，從而測(cè)得電機(jī)

5、的轉(zhuǎn)速，然后用數(shù)碼管把電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示出來(lái)。即通過(guò)光電開(kāi)關(guān)將電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成0，1的數(shù)字量，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)和計(jì)算，就可獲得轉(zhuǎn)速的信息。 系統(tǒng)主要由STC89C52單片機(jī)處理系統(tǒng)、電機(jī)、傳感器檢測(cè)單元、信號(hào)處理單元和顯示系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成，如圖1.1: 單片機(jī)STC89C52PWM驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)光電傳感器測(cè)量脈沖數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速圖1.1 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理2.1 STC89C52單片機(jī)介紹2.1.1 STC89C52主要功能及PDIP封裝STC89C52是由深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機(jī)

6、。STC89C52主要功能如表2.1所示，其PDIP封裝如圖2.1所示主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫(xiě)Flash ROM32個(gè)雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24MHz2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能表2.1 STC89C52主要功能2.1.2 STC89C52引腳介紹 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)：接地線外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(

7、Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳（32根）STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8

8、位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7圖2.1 STC89C52 PDIP封裝圖2.1.3 STC89C52最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)是指能進(jìn)行正常工作的最簡(jiǎn)單電路。STC89C52最小應(yīng)用系統(tǒng)電路如圖2.2所示。它包含五個(gè)電路部分：電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、片內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇電路、輸入/輸出接口電路。其中電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路是 保證單片機(jī)系統(tǒng)能夠正常工作的最基本的三部分電路，缺一不可。電源電路 芯片引腳VCC一般接上直流穩(wěn)壓電源

9、+5V，引腳GND接電源+5V的負(fù)極，電源電壓范圍在45.5之間，可保證單片機(jī)系統(tǒng)能正常工作。為提高電路的抗干擾性能，通常在引角Vcc與GND之間接上一個(gè)10uF的電解電容和一個(gè)0.1uF陶片電容，這樣可抑制雜波串?dāng)_，從而有效確保電路穩(wěn)定性。時(shí)鐘電路 單片機(jī)引腳18和引腳19外接晶振及電容， STC89C52芯片的工作頻率可在233MHz范圍之間選，單片機(jī)工作頻率取決于晶振XT的頻率，通常選用11.0592MHz晶振。兩個(gè)小電容通常取值3pF，以保證振蕩器電路的穩(wěn)定性及快速性。復(fù)位電路 一般若在引腳RST上保持24個(gè)工作主頻周期的高電平，單片機(jī)就可以完成復(fù)位，但為了保證系統(tǒng)可靠地復(fù)位，復(fù)位電路

10、應(yīng)使引腳RST保持10ms以上的高電平。如圖復(fù)位電路帶有上電自動(dòng)復(fù)位功能，當(dāng)電路上電時(shí)，由于C1電容兩端電壓值不能突變，電源+5V會(huì)通過(guò)電容向RST提供充電電流，因此在RST引腳上產(chǎn)生一高電平，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。隨著電容C1充電，它兩端電壓上升使得RST電位下降，最終使單片機(jī)退出復(fù)位狀態(tài)。正常運(yùn)行時(shí)，可按復(fù)位按鈕對(duì)單片機(jī)復(fù)位圖2.2 STC89C52最小系統(tǒng)原理圖2.2 STC89C52定時(shí)計(jì)數(shù)器2.2.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理51系列單片機(jī)有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器：T0和T1 ；2個(gè)定時(shí)器都有定時(shí)或事件計(jì)數(shù)的功能，可用于定時(shí)控制、延時(shí)、對(duì)外部事件計(jì)數(shù)和檢測(cè)等場(chǎng)合；定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)際上

11、是16位加1計(jì)數(shù)器。T0由2個(gè)8位持殊功能寄存器TH0和TL0構(gòu)成，T1由2個(gè)8位持殊功能寄存器TH1和TL1構(gòu)成。T0和T1都可由軟件設(shè)置為定時(shí)或計(jì)數(shù)工作方式；T0和T1受2個(gè)特殊功能寄存器TMOD和TCON控制。 圖2.3定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0(或T1)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制信號(hào)S開(kāi)關(guān): S打向上，定時(shí)； S 打向下，計(jì)數(shù)。 計(jì)數(shù)滿，標(biāo)志置位，產(chǎn)生中斷。K開(kāi)關(guān)： GATE=0時(shí)，TR0=1，定時(shí)/計(jì)數(shù)器啟動(dòng)工作；GATE=1時(shí)，INT0和TR0 同時(shí)為1時(shí)，啟動(dòng)工作。2.2.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的寄存器寄存器有2個(gè)：控制寄存器TCON（88H)和工作方式寄存器TMOD(89H)1.工作方式寄存器TMOD&

12、#160;工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下： GATE：門(mén)控位。 GATE0時(shí)，以運(yùn)行控制位TRX(X=0，1)來(lái)啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器運(yùn)行； GATA1時(shí)，要用軟件使TR0或TR1為1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作； C/T計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位 C/T=1時(shí)，選擇計(jì)數(shù)器模式，計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脈沖計(jì)數(shù)； C/T=0時(shí)，選擇定時(shí)器模式。 M1M0：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有四種工作方式，

13、由M1M0進(jìn)行設(shè)置。  2.控制寄存器TCON    TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。其格式如下：TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。T1計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動(dòng)清0。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測(cè)試的標(biāo)志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。 TR1（TCON.6）： T1運(yùn)行控制位。TR1置1時(shí)，T1開(kāi)始工作；TR1置0時(shí)，T1停止

14、工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止。 TF0（TCON.5）： T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，其功能與TF1類同。 TR0（TCON.4）： T0運(yùn)行控制位，其功能與TR1類同。2.2.3 定時(shí)器的四種工作方式1.方式0 M1M0=00T0（或T1）工作于13位定時(shí)、計(jì)數(shù)方式。16位寄存器(THX+TLX)只用13位，TLX的高3位未用。2.方式1 M1M0=01 (與方式0類似）16位定時(shí)計(jì)數(shù)方式，寄存器THx和TLx以16位參與操作。 最大計(jì)數(shù) 21665536(個(gè)外部脈沖) 3.方式2 M1M0=10 8位的可自動(dòng)重

15、裝載的定時(shí)/計(jì)數(shù)方式。 16位的計(jì)數(shù)器被拆成兩個(gè)8位，其中TLx用作8位計(jì)數(shù)器， THx用以保持計(jì)數(shù)初值。 當(dāng)TLx計(jì)數(shù)溢出，置位TFx，THx中的初值自動(dòng)裝入TLx，繼續(xù)計(jì)數(shù)，循環(huán)重復(fù)計(jì)數(shù)。4.方式3 M1M0=11 (僅適用于T0)TL0和TH0被分成為兩個(gè)互相獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器。TL0可作為定時(shí)或計(jì)數(shù)方式。占用定時(shí)器0的各控制位、引腳和中斷源。TH0只能用作定時(shí)功能，占用定時(shí)器1的控制位TR1和中斷標(biāo)志位TF1，其啟動(dòng)和關(guān)閉僅受TRl的控制。這種情況下,T1仍可工作于方式0、1、2，但不能使用中斷方式。只有將T1用做串行口的波特率發(fā)生器時(shí)，T0才工作在方式3，以便增加一個(gè)定時(shí)器。 2.3

16、STC89C52中斷控制CPU對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開(kāi)放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。 EX0(IE.0)，外部中斷0允許位； ET0(IE.1)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷允許位；EX1(IE.2)，外部中斷0允許位； § ET1(IE.3)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷允許位； § ES（IE.4)，串行口中斷允許位； EA (IE.7)，CPU中斷允許（總允許）位。2.4光電傳感器目前，光電開(kāi)關(guān)已被用作物位檢測(cè)、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、速度檢測(cè)、定長(zhǎng)剪切、孔洞識(shí)別、信號(hào)延時(shí)、自動(dòng)門(mén)傳感、色

17、標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī)以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。此外，利用紅外線的隱蔽性，還可在銀行、倉(cāng)庫(kù)、商店、辦公室以及其它需要的場(chǎng)合作為防盜警戒之用。 光電開(kāi)關(guān)把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達(dá)到探測(cè)的目的。由于光電開(kāi)關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用。光電傳感器具有線性度好、分辨率高、噪音小和精度高、無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)機(jī)械碰撞、響應(yīng)快、控制精度高，而且能識(shí)別色標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，在此我們選擇光電轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)速的檢測(cè)。2.4.1光電開(kāi)關(guān)的工作原理 本課題中使用的光電開(kāi)關(guān)是根據(jù)光敏二極管工作原理制造的一種感應(yīng)接收光強(qiáng)度變化的器件，當(dāng)它發(fā)出的光被目

18、標(biāo)反射或阻斷時(shí)，則接收器感應(yīng)出相應(yīng)的電信號(hào)。它包含調(diào)制光源，由光敏元件等組成的光學(xué)系統(tǒng)、放大器、開(kāi)關(guān)或模擬量輸出裝置，其工作原理如圖2.3 所示。光電式傳感器由獨(dú)立且相對(duì)放置的光發(fā)射器和收光器組成。當(dāng)目標(biāo)通過(guò)光發(fā)射器和收光器之間并阻斷光線時(shí)，傳感器輸出信號(hào)。它是效率最高、最可靠的檢測(cè)裝置。槽形（U形）光電開(kāi)關(guān)是對(duì)射式的變形，其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須調(diào)整光軸。圖2.3光電傳感器的原理圖2.4.2 光電開(kāi)關(guān)的分類（1）漫反射式光電開(kāi)關(guān)：它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，物體將光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體

19、的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開(kāi)關(guān)是首選的檢測(cè)模式（2）鏡反射式光電開(kāi)關(guān)：它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)反射鏡反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)且完全阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。 （3）對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)：它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體為不透明時(shí)，對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)是最合適的檢測(cè)裝置（4）槽式光電開(kāi)關(guān)：它通常采用標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)U型槽且

20、阻斷光軸時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)量信號(hào)。槽式光電開(kāi)關(guān)比較適合檢測(cè)高速運(yùn)動(dòng)的物體，并且它能分辨透明與半透明物體,使用安全可靠 （5）光纖式光電開(kāi)關(guān)：它采用塑料或玻璃光纖傳感器來(lái)引導(dǎo)光線，可以對(duì)距離遠(yuǎn)的被檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)。通常光纖傳感器分為對(duì)射式和漫反射式。 2.4.3 光電開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)MGK系列光電開(kāi)關(guān)是現(xiàn)代微電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是HGK系列紅外光電開(kāi)關(guān)的升級(jí)換代產(chǎn)品。與以往的光電開(kāi)關(guān)相比具有自己顯著的特點(diǎn)： （1） 具有自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示功能，可及時(shí)告知工作狀態(tài)是否可靠；（2） 對(duì)射式、反射式、鏡面反射式光電開(kāi)關(guān)都有防止相互干擾功能，安裝方便；（3）對(duì)E

21、S外同步（外診斷）控制端的進(jìn)行設(shè)置可在運(yùn)行前預(yù)檢光電開(kāi)關(guān)是否正常工作。并可隨時(shí)接受計(jì)算機(jī)或可編程控制器的中斷或檢測(cè)指令，外診斷與自診斷的適當(dāng)組合可使光電開(kāi)關(guān)智能化； （4）響應(yīng)速度快，高速光電開(kāi)關(guān)的響應(yīng)速度可達(dá)到0.1ms，每分鐘可進(jìn)行30萬(wàn)次檢測(cè)操作，能檢出高速移動(dòng)的微小物體； （5）采用專用集成電路和先進(jìn)的SMT表面安裝工藝，具有很高的可靠性； （6）體積小（最小僅20×31×12mm）、重量輕，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，并具有短路保護(hù)功能。2.5數(shù)碼管的介紹LED數(shù)碼有共陽(yáng)和共陰兩種，把這些LED發(fā)光二極管的正極接到一塊(一般是拼成一個(gè)8字加一個(gè)小數(shù)

22、點(diǎn))而作為一個(gè)引腳，就叫共陽(yáng)的，相反的，就叫共陰的，那么應(yīng)用時(shí)這個(gè)腳就分別的接VCC和GND。再把多個(gè)這樣的8字裝在一起就成了多位的數(shù)碼管了。實(shí)物如下圖所示：圖2.4 數(shù)碼管共陽(yáng)型(圖2.5)就是八個(gè)發(fā)光管的正極都連在一起，作為一條引線AG段用于顯示數(shù)字，字符的筆畫(huà)，(dp顯示小數(shù)點(diǎn))，每一段控制AGdp的亮與來(lái)。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：圖2.5 共陽(yáng)型LCD共陰型(圖2.6)就是七個(gè)發(fā)光管的負(fù)極都連在一起 ，作為一條引線。AG段用于顯示數(shù)字，字符的筆畫(huà)，(dp顯示小數(shù)點(diǎn))，每一段控制AGdp的亮與來(lái).內(nèi)部結(jié)構(gòu)：圖2.6 共陰型LCD數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要

23、的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×840根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a，b，c

24、，d，e，f，g，dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是

25、一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。LED段碼表如下表所示：顯示字符共陰極段選碼共陽(yáng)極段選碼顯示字符共陰極段選碼共陽(yáng)極段選碼012343FH06H5BH4FH66HC0HF9HA4HB0H99H567896DH7DH07H7BH6FH92H82HF8H80H90H表1 LED段碼表第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（本部分由本組成員吳輝負(fù)責(zé)）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)分為PWM直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，測(cè)速信號(hào)采集與處理模塊，單片機(jī)模塊以及顯示模塊四大部分。3.1.1測(cè)速信號(hào)采集及其處理  本設(shè)計(jì)中采用對(duì)射式光電傳感器如圖3.1（b）測(cè)量

26、電機(jī)轉(zhuǎn)速。使用專用的光電編碼盤(pán)如圖3.1(a)所示，安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上， 圖：3.1（a） 圖：3.1（b）3.1.2 檢測(cè)裝置安裝 此檢測(cè)裝置按照發(fā)動(dòng)機(jī)上傳感器的實(shí)際安裝位置進(jìn)行安裝。如圖3.2，將碼盤(pán)固定在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上，光電轉(zhuǎn)速傳感器正對(duì)著碼盤(pán)。光電轉(zhuǎn)速傳感器接有3根導(dǎo)線，紅線接+5V，黑線連接GND，藍(lán)線為脈沖信號(hào)輸出口。圖：3.23.2 單片機(jī)處理電路設(shè)計(jì)如下圖所示，采用11.0592MHz的晶振，9口為復(fù)位接口，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制。如圖3.3所示：圖3.33.2.1 時(shí)鐘電路  單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不

27、紊地一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 本設(shè)計(jì)中此采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，如圖3.4所示，以石英晶體振蕩器和兩個(gè)片電容組成外部振蕩源。片內(nèi)的高增益反相放大器通過(guò)XTAL1、XTAL2外接，作為反饋元件的片外晶體振蕩器與電容組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。振蕩器的頻率取決于晶振的振蕩頻率，振蕩頻率范圍為1.212MHz。工程應(yīng)用時(shí)通常采用6MHz或12MHz。圖中X1為11.0592MHz，電容C2、C4為33pF，它們一起構(gòu)成此單片機(jī)的自激振蕩器。圖：3.43.2.2 復(fù)位電路

28、0;單片機(jī)的RST引腳為復(fù)位（Reset）端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的低電平，就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位，使單片機(jī)回到初始狀態(tài)。如圖3.5所示，本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)復(fù)位，用一個(gè)電容與一個(gè)10K電阻串聯(lián)組成，電阻接VCC，電容接地，RESET腳接在它們中間，RC選擇10uF，按鍵與200R電阻串聯(lián)，在電容兩端并聯(lián)，就成了按鍵復(fù)位電路，未上電時(shí)，RST端為高電平，只要按下這個(gè)按鍵，RST端轉(zhuǎn)換為低電平，經(jīng)過(guò)兩個(gè)機(jī)器周期后，單片機(jī)就能復(fù)位。圖：3.53.3 顯示部分 LED靜態(tài)顯示的亮度高，占用CPU的時(shí)間短，但它的成本高。為了簡(jiǎn)化硬件電路，降低成本，在單片機(jī)應(yīng)用系

29、統(tǒng)中常采用動(dòng)態(tài)掃描的方法，解決多位LED顯示的問(wèn)題。 動(dòng)態(tài)掃描顯示的硬件接口簡(jiǎn)單，只需一個(gè)公共的七段碼輸出口（字形口），即所有顯示位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制。一個(gè)選擇顯示為的數(shù)位選擇口（字位口），由其它的I/O口控制。顯示時(shí)，從左到右輪流點(diǎn)亮每位顯示器，由于視覺(jué)的暫留，只要保證掃描周期不超過(guò)一定的限度（一般在20ms以下），即每一時(shí)刻位選只選通一個(gè)顯示位，同時(shí)段選控制口輸出顯示字符對(duì)應(yīng)的段選碼，使該位顯示的字符，一定時(shí)間后，再選其他顯示位，如此循環(huán)，使每個(gè)顯示器件顯示該位相應(yīng)的字符。則可達(dá)到“同時(shí)”顯示各位不同的數(shù)字或字符的目的。 如下圖所示為四連數(shù)碼管，

30、其中A、B、C、D、E、F、G、DP分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的8段，連接單片機(jī)的I/O口（P0口）。使用兩個(gè)鎖存器，一個(gè)控制數(shù)碼管的段選，一個(gè)控制 4位數(shù)碼管的位選。通過(guò)單片機(jī)P2.0P2.1口控制鎖存器的鎖存。 圖3.63.4 PWM驅(qū)動(dòng)電路圖3.7第4章  軟件設(shè)計(jì)4.1 語(yǔ)言的選用  本設(shè)計(jì)中采用的處理器是STC89C52單片機(jī)，由此可采用面向MCS-51的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，包括ASM51匯編語(yǔ)言和C51高級(jí)語(yǔ)言，這兩種語(yǔ)言各有特點(diǎn)。匯編語(yǔ)言更接近機(jī)器語(yǔ)言，常用來(lái)編制與系統(tǒng)硬件相關(guān)的程序，如訪問(wèn)I/O端口、中斷處理程序、實(shí)時(shí)控制程序、實(shí)時(shí)通信

31、程序等；而數(shù)學(xué)運(yùn)算程序則適合用C51高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，因?yàn)橛酶呒?jí)語(yǔ)言編寫(xiě)運(yùn)算程序可提高編程效率和應(yīng)用程序的可靠性。C語(yǔ)言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在國(guó)際上十分流行，它即可用來(lái)編寫(xiě)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程序，也可以用來(lái)編寫(xiě)一般的應(yīng)用程序。以前計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件主要是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的，對(duì)于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更是如此。由于匯編語(yǔ)言程序的可讀性和可移植性都較差，采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)單片機(jī)應(yīng)用程序的周期長(zhǎng)，而且調(diào)試和排錯(cuò)也比較困難。C語(yǔ)言具有很好的可移植性和硬件控制能力，表達(dá)和運(yùn)算能力也較強(qiáng)。它具有以下特點(diǎn)： 1語(yǔ)言簡(jiǎn)潔，使用方便靈活。 2可移植性好。 3表達(dá)能力強(qiáng)。 4表達(dá)方式

32、靈活。5可進(jìn)行架構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。6可以直接操作計(jì)算機(jī)硬件。 7生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高。 為了提高編制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和應(yīng)用程序的效率，改善程序的可讀性和可移植性，在此采用高級(jí)語(yǔ)言編程。 4.2 程序設(shè)計(jì)流程圖 本系統(tǒng)用外部中斷程序采集信號(hào)脈沖，用定時(shí)器產(chǎn)生PWM脈沖，每1秒就計(jì)算一次轉(zhuǎn)速并對(duì)數(shù)碼管刷新和緩沖區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，輔以數(shù)碼管進(jìn)行顯示。程序流程如圖4.1。圖4.1當(dāng)開(kāi)始工作時(shí)，單片機(jī)通過(guò)控制P2.4口輸出PWM波，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，直流單機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。光電傳感器通過(guò)檢測(cè)直流電機(jī)的光柵通斷，產(chǎn)生輸出高低電平，輸入單片機(jī)P3.2口。用于測(cè)量轉(zhuǎn)速的脈沖通過(guò)P3

33、.2輸入單片機(jī)，用STC89C52的外部中斷INT0對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)(負(fù)邊沿觸發(fā))，用定時(shí)計(jì)數(shù)器T0進(jìn)行定時(shí)，定時(shí)0.5ms，產(chǎn)生2000個(gè)中斷后（即1s），進(jìn)行一次轉(zhuǎn)速處理，再通過(guò)單片機(jī)對(duì)INT0的脈沖數(shù)進(jìn)行運(yùn)算轉(zhuǎn)換后，最后用四連數(shù)碼管顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速。4.3 原程序代碼#include<reg52.h>typedef unsigned int u16;typedef unsigned char u8;sbit key1=P11;/獨(dú)立按鍵sbit key2=P12;/獨(dú)立按鍵sbit p20=P20;/數(shù)碼管顯示sbit p21=P21;/數(shù)碼管位選sbit p22=

34、P24;/pwm控制直流電機(jī)sbit p32=P32;/接受傳感器數(shù)字信號(hào)u8 code tab1=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90,0x88,0x83, 0xc6,0xa1,0x86,0x8e;/數(shù)字u8 code tab2=0x08,0x04,0x02,0x01, ;/位選u16 counter1=0,tmp=0,counter2,flag=0;void delay(u16 num)u16 x,y;for(x=num;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-) ;/10us左右void display

35、(u8 wei,u8 num)p21 = 1;/D7.0 = Q7.0P0 = tab2wei-1;p21 = 0;p20 = 1;P0 = tab1num;p20 = 0;void timer_init()TMOD = 0x01;/設(shè)置tmod工作在定時(shí)模式TCON |=0x01;/設(shè)置外部中斷0,為負(fù)邊沿觸發(fā) TH0 = (65535-461)/256;/計(jì)算初值TL0 = (65535-461)%256;/計(jì)算初值ET0 = 1;/開(kāi)放定時(shí)器0的溢出中斷EA = 1;/開(kāi)放總中斷EX0 = 1;/開(kāi)放TF0 = 0;/清除溢出TR0 = 1;/打開(kāi)定時(shí)計(jì)數(shù)器T0PT0 = 1;/將定時(shí)器

36、0設(shè)為最高優(yōu)先級(jí)void jishu()if(counter1>=2000)counter2 = tmp/100;tmp = 0;counter1 = 0;void display2(u16 num)u16 wan,qian,bai,shi,ge;wan = num/10000;qian = num%10000/1000;bai = num%1000/100;shi = num%100/10;ge = num%10;display(4,qian);delay(2);display(3,bai);delay(2);display(2,shi);delay(2);display(1,ge);

37、delay(2);void main(void)timer_init();P0 = 0xff;P1 = 0xff;/端口初始化p20 = 0;p21 = 0;/LE禁止鎖存while(1)jishu();display2(counter2);if(key1 = 0) delay(5);/消除抖動(dòng) if(key1 = 0) flag=1; while(!key1);/松鍵檢測(cè)if(key2 = 0) delay(5);/消除抖動(dòng) if(key2 = 0) flag=2; while(!key1);/松鍵檢測(cè)void t0(void) interrupt 1TH0 = (65535-461)/25

38、6;/計(jì)算初值0.5ms周期1ms/真實(shí)是0.542msTL0 = (65535-461)%256;/計(jì)算初值counter1+;if(flag=1)if(p22=1)TH0 = (65535-681)/256;/計(jì)算初值 /低電平時(shí)間TL0 = (65535-681)%256;/計(jì)算初值p22 = 0;elseTH0 = (65535-231)/256;/計(jì)算初值/高電平時(shí)間TL0 = (65535-231)%256;/計(jì)算初值p22 = 1;else if(flag=2)if(p22=1)TH0 = (65535-231)/256;/計(jì)算初值 /低電平時(shí)間TL0 = (65535-231)

39、%256;/計(jì)算初值p22 = 0;elseTH0 = (65535-681)/256;/計(jì)算初值/高電平時(shí)間TL0 = (65535-681)%256;/計(jì)算初值p22 = 1;elseif(p22=1)TH0 = (65535-461)/256;/計(jì)算初值 /低電平時(shí)間TL0 = (65535-461)%256;/計(jì)算初值p22 = 0;elseTH0 = (65535-461)/256;/計(jì)算初值/高電平時(shí)間TL0 = (65535-461)%256;/計(jì)算初值p22 = 1;void into(void) interrupt 0tmp+;第五章 數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄：PWM占空比10%25%40%50%60%75%100%電機(jī)轉(zhuǎn)速r/s53107164206242297395通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明電機(jī)轉(zhuǎn)速與PWM占空比基本呈線性，轉(zhuǎn)速誤差為±4% r/s，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高轉(zhuǎn)速的測(cè)量?？偨Y(jié)：設(shè)計(jì)采用光電開(kāi)關(guān)測(cè)速法，利用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)采集轉(zhuǎn)速信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理電路得到適合的脈沖后，輸入單片