單片機直流電機測速系統(tǒng)實訓報告

./單片機綜合實訓報告單片機綜合實訓報告專業(yè)：詳詳細細姓名：xxxxx學號：小行星聯(lián)系方式：詳詳細細指導教師：粗粗糙糙時間：20XX6月14日—6月28日摘要在電氣時代的今天,電機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ钪卸计鹬种匾淖饔谩Ｖ绷麟姍C作為最常見的一種電機,具有非常優(yōu)秀的線性機械特性、較寬的調(diào)速圍、良好的起動性以及簡單的控制電路等優(yōu)點,因此在社會的各個領(lǐng)域中都得到了十分廣泛的應(yīng)用。隨著單片機技術(shù)的日新月異,使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成,為直流電動機的控制提供了更大的靈活性,并使系統(tǒng)能達到更高的性能。采用單片機構(gòu)成控制系統(tǒng),可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本,從而有效的提高工作效率。在工程實踐中,經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合,例如在發(fā)動機、電動機、卷揚機、機床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗、運轉(zhuǎn)和控制中,常需要分時或連續(xù)測量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時轉(zhuǎn)速。要測速,首先要解決是采樣問題。在使用模技術(shù)制作測速表時,常用測速發(fā)電機的方法,即將測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸與待測軸相連,測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。為了能精確地測量轉(zhuǎn)速外,還要保證測量的實時性,要求能測得瞬時轉(zhuǎn)速方法。因此轉(zhuǎn)速的測試具有重要的意義。本文介紹了一種基于AT89C51單片機平臺,采用光電傳感器實施電機轉(zhuǎn)速測量的方法,硬件系統(tǒng)包括脈沖信號產(chǎn)生、脈沖信號處理和顯示模塊,并采用C語言編程,結(jié)果表明該方法具有簡單、精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點。介紹了該測速法的基本原理、實驗步驟和軟硬件設(shè)計這次設(shè)計容包含知識全面,對傳感器測量發(fā)電機轉(zhuǎn)速的不同的方法及原理設(shè)計有較多介紹,在測量系統(tǒng)中能學到關(guān)于測量轉(zhuǎn)速的傳感器采樣問題,單片機部分的容,顯示部分等各個模塊的通信和聯(lián)調(diào)。全面了解單片機和信號放大的具體容。進一步鍛煉我們在信號采集,處理,顯示發(fā)面的實際工作能力。關(guān)鍵詞單片機AT89C51直流電機轉(zhuǎn)速測量光電傳感器電機脈沖目錄摘要II一、實訓目的,要求及組分工11.1實訓目的11.2技術(shù)要求11.3組分工11.4同組人員1二、實訓題目及總方案22.1實訓題目22.2設(shè)計方案21轉(zhuǎn)速測量方法22單片機選擇及介紹33單元電路64整體電路及原理框圖8三、程序設(shè)計93.1程序框圖93.2系統(tǒng)總程序清單9四、電路仿真過程134.1結(jié)論總結(jié)134.2心得體會13五、參考文獻14.一、實訓目的,要求及組分工1.1實訓目的學習知道單片機的性能與功能,在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。設(shè)計并制作一實現(xiàn)直流電機測速系統(tǒng)。并熟練對單片機編程及Proteus仿真軟件的實際應(yīng)用。1.2技術(shù)要求89c51單片機作為主控制器、利用紅外光傳感器設(shè)計轉(zhuǎn)速測量、檢測直流電機速度,并顯示。1.3組分工〔1負責軟件編寫設(shè)計：主要由家興完成；〔2負責硬件連接：主要由家興完成；〔3負責軟件仿真及調(diào)試：主要由家興完成；〔4撰寫報告：主要由家興完成。1.4同組人員康,家興二、實訓題目及總方案2.1實訓題目《單片機直流電機測速系統(tǒng)設(shè)計》2.2設(shè)計方案1轉(zhuǎn)速測量方法轉(zhuǎn)速是指作圓周運動的物體在單位時間所轉(zhuǎn)過的圈數(shù),其大小及變化往往意味著機器設(shè)備運轉(zhuǎn)的正常與否,因此,轉(zhuǎn)速測量一直是工業(yè)領(lǐng)域的一個重要問題。按照不同的理論方法,先后產(chǎn)生過模擬測速法<如離心式轉(zhuǎn)速表>、同步測速法<如機械式或閃光式頻閃測速儀>以及計數(shù)測速法。計數(shù)測速法又可分為機械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。本文介紹的采用單片機和光電傳感器組成的高精度轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng),其轉(zhuǎn)速測量方法采用的就是電子式定時計數(shù)法。對轉(zhuǎn)速的測量實際上是對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號的頻率進行測量。在頻率的工程測量中,電子式定時計數(shù)測量頻率的方法一般有三種：①測頻率法:在一定時間間隔t,計數(shù)被測信號的重復變化次數(shù)N,則被測信號的頻率fx可表示為：fx=Nt<1>②測周期法:在被測信號的一個周期,計數(shù)時鐘脈沖數(shù)m0,則被測信號頻率fx=fc/m0,其中,fc為時鐘脈沖信號頻率。③多周期測頻法:在被測信號m1個周期,計數(shù)時鐘脈沖數(shù)m2,從而得到被測信號頻率fx,則fx可以表示為fx=m1fcm2,m1由測量準確度確定。電子式定時計數(shù)法測量頻率時,其測量準確度主要由兩項誤差來決定:一項是時基誤差;另一項是量化±1誤差。當時基誤差小于量化±1誤差一個或兩個數(shù)量級時,這時測量準確度主要由量化±1誤差來確定。對于測頻率法,測量相對誤差為：Er1=測量誤差值實際測量值×100%=1N×100%<2>由此可見,被測信號頻率越高,N越大,Er1就越小,所以測頻率法適用于高頻信號<高轉(zhuǎn)速信號>的測量。對于測周期法,測量相對誤差為：Er2=測量誤差值實際測量值×100%=1m0×100%<3>對于給定的時鐘脈沖fc,當被測信號頻率越低時,m0越大,Er2就越小,所以測周期法適用于低頻信號<低轉(zhuǎn)速信號>的測量。對于多周期測頻法,測量相對誤差為：Er3=測量誤差值實際測量值100%=1m2×100%<4>從上式可知,被測脈沖信號周期數(shù)m1越大,m2就越大,則測量精度就越高。它適用于高、低頻信號<高、低轉(zhuǎn)速信號>的測量。但隨著精度和頻率的提高,采樣周期將大大延長,并且判斷m1也要延長采樣周期,不適合實時測量。根據(jù)以上的討論,考慮到實際應(yīng)用中需要測量的轉(zhuǎn)速圍很寬,上述的轉(zhuǎn)速測量方法難以滿足要求,因此,研究高精度的轉(zhuǎn)速測量方法,以同時適用于高、低轉(zhuǎn)速信號的測量,不僅具有重要的理論意義,也是實際生產(chǎn)中的需要。2單片機選擇及介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器〔FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory的低電壓、高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器,AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖所示●VCC：供電電壓,●GND：接地。●P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當P1口管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時,P0口作為原碼輸入口,當FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高?！馪1口：P1口是一個部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收?！馪2口：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當P2口被寫"1"時,其管腳被部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址"1"時,它利用部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號?！馪3口：P3口管腳是8個帶部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入"1"后,它們被部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流〔ILL這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口。P3口管腳備選功能：●P3.0RXD〔串行輸入口●P3.1TXD〔串行輸出口●P3.2/INT0〔外部中斷0●P3.3/INT1〔外部中斷1●P3.4T0〔記時器0外部輸入●P3.5T1〔記時器1外部輸入●P3.6/WR〔外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通●P3.7/RD〔外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通●P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號?！馬ST：復位輸入。當振蕩器復位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間?！馎LE/PROG：當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時,ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效?！馪SEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。●EA/VPP：當/EA保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器〔0000H-FFFFH,不管是否有部程序存儲器。注意加密方式1時,/EA將部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時,此間部程序存儲器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源〔VPP?！馲TAL1：反向振蕩放大器的輸入及部時鐘工作電路的輸入?！馲TAL2：來自反向振蕩器的輸出。3單元電路1復位電路復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號,直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后,撤銷復位信號。為可靠起見,電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號,以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。單片機的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片復位電路是復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連,斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲,它的輸出在每個機器周期的S5P2,由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位〔如圖4.9<a>和按鈕復位<如圖4.9<b>>兩種方式。2晶振電路晶振是晶體振蕩器的簡稱,在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò),電工學上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點,以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振,較高的頻率是并聯(lián)諧振。AT89C51單片機部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路,接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求,但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此,此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz,電容應(yīng)盡可能的選擇瓷電容,電容值約為30μF。在焊接刷電路板時,晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠近,以減少寄生電容,更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。3轉(zhuǎn)速傳感器電路在設(shè)計中采用光電傳感器采集信號,這種傳感器是把旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變?yōu)橄鄳?yīng)頻率的脈沖,然后用測量電路測出頻率,由頻率值就可知道所側(cè)轉(zhuǎn)速值。這種測量方法具有傳感器結(jié)構(gòu)簡單、可靠、測量精度高的特點。是目前常用的一種測量轉(zhuǎn)速的方法。從光源發(fā)出的光通過測速齒盤上的齒槽照射到光電元件上,使光電元件感光。測速齒盤上有30個齒槽,當測速齒槽旋轉(zhuǎn)一周,光敏元件就能感受與開孔數(shù)相等次數(shù)的光次數(shù)。4整體電路及原理框圖單片機直流測速系統(tǒng)原理總圖〔部分圖見附錄單片機直流測速系統(tǒng)原理框圖三、程序設(shè)計3.1程序框圖主程序流程圖顯示子程序流程圖主程序流程圖顯示子程序流程圖3.2系統(tǒng)總程序清單#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuintmm=1234;ucharcodetable[]={0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,};delay<uintm>{uinti,j;for<i=m;i>0;i-->;for<j=60;j>0;j-->;}xian_shi<>{ucharqian,bei,shi,ge;uintjj;jj=mm;jj*=20;//jj+=1;qian=jj/1000;bei=jj%1000/100;shi=jj%100/10;ge=jj%10;P2=0x10;P0=table[qian];delay<1>;//P2=0;P2=0x20;P0=table[bei];delay<1>;//P2=0;P2=0x40;P0=table[shi];delay<1>;//P2=0;P2=0x80;P0=table[ge];delay<1>;//P2=0;}timer_init<>//定時器計數(shù)器初始化函數(shù){EA=1;ET0=1;ET1=1;TMOD=0X51;TH0=<65535-50000>/256;TL0=<65535-50000>%256;TH1=0;TL1=0;TR0=1;TR1=1;}main<>{timer_init<>;P0=0;//開始數(shù)碼管不顯示while<1>{xian_shi<>;delay<2>;//數(shù)碼管刷新時間單位毫秒}}voidtimer0<>interrupt1{TR0=0;TR1=0;TH0=<65535-50000>/256;TL0=<65535-50000>%256;mm=0;mm|=TH1;mm=<mm<<8>|TL1;//mm-=55536;TH1=0;TL1=0;TR0=1;TR1=1;}voidtimer1<>interrupt3//顯示0000說明出錯{TR1=0;TR0=0;mm=0;//TH1=0;//TL1=0;//TR1=1;}四、電路仿真過程4.1結(jié)論總結(jié)由于設(shè)計中使用的是單片機作為核心的控制元件,附以外圍電路使本本設(shè)計具有功能強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點,加上經(jīng)過優(yōu)化的程序,使其有很高的智能化水平。但是在我們設(shè)計和調(diào)試的過程中,也發(fā)現(xiàn)了一些問題,譬如程序設(shè)計水平有限,實際的速度很難確切測得,會超出我們的設(shè)計需求圍。4.2心得體會時光飛逝,一轉(zhuǎn)眼,一個學期又進尾聲了,本學期的單片機綜合課程設(shè)計也在兩周完成了。俗話說"好的開始是成功的一半"。說起課程實訓,我認為最重要的就是做好設(shè)計的預(yù)習,認真的研究老師給的題目,選一個自己有興趣的題目。其次,老師對實驗的講解要一絲不茍的去聽去想,因為只有都明白了,做起設(shè)計就會事半功倍,如果沒弄明白,就迷迷糊糊的去選題目做設(shè)計,到頭來一點收獲也沒有。最后,要重視程序的模塊化,修改的方便,也要注重程序的調(diào)試,掌握其方法。再者做事情一定要細心,更要耐心,遇到問題要慢慢去檢查,然后仔細分析后再解決；除此之外,還要有合作精神,注重團隊合作,和合作者一起做,相互鼓勵,互相彌補不足之處,很多難點的突破都來自于與同學的交流,交流使自己獲得更多信息,開拓了思路,這