電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：課程設(shè)計(jì)題：電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)書12設(shè)計(jì)題目23系統(tǒng)介紹24系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案24.1 方案論證與選擇34.1.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法34.1.2 整體控制方式34.1.3 傳感器模塊34.1.4 顯示模塊44.2 方案描述55系統(tǒng)理論分析與計(jì)算55.1 信號(hào)采集電路的分析55.2 電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算66硬件電路設(shè)計(jì)76.1 單片機(jī)模塊76.1.1 stc89c52單片機(jī)簡(jiǎn)介錯(cuò)誤!未定義書簽。6.1.2 時(shí)鐘電路86.1.3 復(fù)位電路96.2 顯示電路97軟件設(shè)計(jì)107.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)107.2 中斷子程序設(shè)計(jì)117.3 定

2、時(shí)子程序設(shè)計(jì)117.4 顯示子程序設(shè)計(jì)128測(cè)試方案128.1電路調(diào)試128.1軟件調(diào)試129心得體會(huì)1310參考文獻(xiàn)1511附錄16附錄一電路仿真圖16附錄二程序清單16附錄三電路圖22附錄四實(shí)物圖23電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)任務(wù)一、總要求能夠獨(dú)立進(jìn)行系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)及論證，設(shè)計(jì)合理的接口電路、控制電路、主機(jī)電 路等，以及合理選擇有關(guān)元器件及正確使用相關(guān)工具與儀器設(shè)備，設(shè)計(jì)接口程序、控 制算法程序以及主程序等，并且能結(jié)合實(shí)際調(diào)試與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有關(guān)精度分析與討論。二、總?cè)蝿?wù)針對(duì)總要求進(jìn)行原理及方案論證、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、接口電路設(shè)計(jì)、焊接或插接與調(diào)試、 控制與系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)、精度分析以及撰寫報(bào)告等工作。三、

3、設(shè)計(jì)題目電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)四、設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）用光電發(fā)射接受元件設(shè)計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)（2）設(shè)計(jì)發(fā)射電路與接受電路，與微機(jī)接口電路（3）將整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，并進(jìn)行分析與相關(guān)計(jì)算等五、設(shè)計(jì)進(jìn)度或計(jì)劃1、準(zhǔn)備及查閱資料 （一天）2、方案設(shè)計(jì)及論證（總體方案、硬件及軟件方案）（二天）（14周三要查看各人設(shè)計(jì)方案或論文提綱）3、硬件電路設(shè)計(jì)、畫圖（protel）及實(shí)驗(yàn)室調(diào)試（四天）（15周五要查看各人實(shí)物或論文初稿）4、軟件設(shè)計(jì)、編程及調(diào)試（三天）5、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及結(jié)果分析 （二天）6、整體準(zhǔn)備答辯（二天）（16周五全天答辯）六、設(shè)計(jì)說(shuō)明書包括的主要內(nèi)容1、目錄2、設(shè)計(jì)任務(wù)書3、設(shè)計(jì)題目4、序

4、言（可包括系統(tǒng)工作原理的介紹等）5、方案設(shè)計(jì)及論證（可先進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)與論證；再分模塊進(jìn)行方案設(shè)計(jì)與論 證；各模塊設(shè)計(jì)中應(yīng)包括適當(dāng)?shù)木确治黾斑x型等）6、實(shí)驗(yàn)或系統(tǒng)調(diào)試（可包括實(shí)驗(yàn)調(diào)試工具儀器、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及適當(dāng)?shù)姆治龅龋?、心得體會(huì)8、主要參考文獻(xiàn)另：撰寫格式應(yīng)符合一定的要求，請(qǐng)參照華東交通大學(xué)本科生畢業(yè)論文撰寫規(guī)范 進(jìn)行。七、考核方法考核根據(jù)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)態(tài)度（含出勤率）20%、設(shè)計(jì)完成情況（樣機(jī)）50%、圖紙 及說(shuō)明書質(zhì)量（含答辯）30%等確定。八、裝定要求裝入統(tǒng)一的資料袋中，報(bào)告裝定好，順序：封面，目錄，設(shè)計(jì)任務(wù)書，正文，參 考文獻(xiàn)，附錄等。2設(shè)計(jì)題目電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量原理有兩

5、種：對(duì)于較高的轉(zhuǎn)速，記錄單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)速或角 度，即頻率測(cè)量法；對(duì)于較低的轉(zhuǎn)速，記錄每轉(zhuǎn)所用的時(shí)間或沒(méi)特定角度多 用的時(shí)間，即周期測(cè)量法。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)測(cè)量對(duì)象為直流電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速較高， 所以選擇頻率測(cè)量法，即在固定的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，對(duì)傳感器產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì) 數(shù)，從而算出實(shí)際轉(zhuǎn)速。假設(shè)測(cè)量時(shí)間為左（mm）,脈沖個(gè)數(shù)為p,光碼盤 的小孔個(gè)數(shù)為7,則可算出實(shí)際轉(zhuǎn)速n （“mm）為：n=60xn/（pxtc）當(dāng)采樣周期為is,光碼盤開孔數(shù)為4個(gè)時(shí)，其實(shí)際轉(zhuǎn)速n為：n=60xp/4本設(shè)計(jì)中采用光電傳感器采集信號(hào)，方便了信號(hào)的采集，也提高了測(cè)量的精 度，但容易受外界光線和環(huán)境的干擾，編碼盤與電機(jī)轉(zhuǎn)軸的固定連接，都

6、是本設(shè) 計(jì)的難點(diǎn)。用1602lcd的數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描清晰的顯示了實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速，程序的 編寫成了本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。4系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)主要由單片機(jī)模塊、傳感器模塊以及顯示模塊組成，下面分別論述這 兒個(gè)模塊的選擇。4.1 方案論證與選擇4.1.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法方案一：測(cè)周期法（t法）它是測(cè)量光電脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)的時(shí)間來(lái)確定轉(zhuǎn) 速。相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)時(shí)間的測(cè)量是采用對(duì)己知高頻脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)實(shí) 現(xiàn)的。在極端情況下，時(shí)間的測(cè)量會(huì)產(chǎn)生±1個(gè)高頻脈沖周期，因此t法在被測(cè) 轉(zhuǎn)速較低（相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)時(shí)間較大）時(shí)，才有較高的測(cè)量精度，所以t法 適合于低速測(cè)量。方案二：測(cè)頻法

7、（m法）在規(guī)定的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)光電脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)來(lái)確定 轉(zhuǎn)速。雖然檢測(cè)時(shí)間一定，但檢測(cè)的起止時(shí)間具有隨機(jī)性，因此m法測(cè)量轉(zhuǎn)速在 極端情況下會(huì)產(chǎn)生土 1個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖的誤差。當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)速較高或電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈發(fā)出 的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)較大時(shí)，才有較高的測(cè)量精度，因此m法適合于高速測(cè) 量。方案三：頻率/周期法（m/t法）它是同時(shí)測(cè)量檢測(cè)時(shí)間和在此檢測(cè)時(shí)間內(nèi)光電脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速脈 沖信號(hào)的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)速。由于同時(shí)對(duì)兩種脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，因此只要“同時(shí) 性，處理得當(dāng),m/t法在高速和低速時(shí)都具有較高的測(cè)速精度。由于m/t法可在整 個(gè)速度范圍內(nèi)獲得高分辨率，可在不損失精度和分辨率的前提下

8、獲得快速響應(yīng)。 本次設(shè)計(jì)采用測(cè)頻法。4.1.2 整體控制方式方案一：采用集成電路控制方式光電傳感器感受到光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，此時(shí)的電信號(hào)為模擬信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處 理電路濾除干擾，并轉(zhuǎn)換成能被計(jì)數(shù)器接受的方波信號(hào)或脈沖信號(hào)，再經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)、 譯碼、顯示電路，由數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速?？蓪?shí)現(xiàn)功能，但電路較復(fù)雜，系統(tǒng)調(diào)試也 較繁雜。方案二：采用單片機(jī)模塊控制方式單片機(jī)模塊接收脈沖信號(hào)，進(jìn)行計(jì)數(shù)、處理，把數(shù)據(jù)傳送給lcd顯示模塊，達(dá) 到實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋的功能?；趩纹瑱C(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，具有硬件電路簡(jiǎn)單，程 序簡(jiǎn)單和運(yùn)算速度快，測(cè)速范圍廣，抗干擾性能好的特點(diǎn)。綜合以上兩種方案，選擇方案二。4.1.3 傳感器模塊方案一：

9、采用紅外傳感器紅外傳感器是利用紅外線的物理性質(zhì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的傳感器，為反射式。紅外 線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體宜接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，反 應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。但紅外線的發(fā)射、接收不好控制，而且容易受到外界光線和環(huán)境的 干擾。方案二：采用霍爾傳感器霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理 制成的霍爾元件。傳感器的定子上有2 個(gè)互相垂直的繞組a和b,在繞組的中 心線上粘有霍爾片ha和hb,轉(zhuǎn)子為 永久磁鋼，霍爾元件ha和hb的激勵(lì) 電機(jī)分別與繞組a和b相連，它們的 霍爾電極串聯(lián)后作為傳感器的輸出。次爾元件圖1霍爾轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)圖采用霍爾傳感器在信號(hào)采樣的時(shí) 候，會(huì)出現(xiàn)采樣不精確，因?yàn)樗强看判愿袘?yīng)才采

10、集脈沖的，使用時(shí)間久了會(huì)出 現(xiàn)磁性變小，影響脈沖的采樣精度。方案三：采用光電傳感器光電傳感器是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。光電 傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路,它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。此(led)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。 接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元9外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中 還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。三 角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射 裝置。它由很小的

11、三角錐體 反射材料組成，能夠使光束 準(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實(shí)用意義。圖2光電傳感器原理示意圖綜合以上3種方案，選擇方案三。4.1.4 顯示模塊方案一：用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，可以顯示數(shù)字，但顯示的內(nèi)容有限，接線繁多, 且不能連續(xù)顯示字符，有一定局限性。方案二：采用led點(diǎn)陣顯示，能動(dòng)態(tài)掃描，變換顏色，但體積比較大，需要很多點(diǎn)陣組合使用，顯示較為繁瑣，但需要的i/o資源較多，影響總體布局。方案三：米用lcd液晶顯刀顯刁:內(nèi)容最豐富，不僅編程靈活，顯示可靠, 而且電路簡(jiǎn)單，易與單片機(jī)連接，明亮對(duì)比度可調(diào)，顯示非常清晰，是一種非常 好的方案。綜合以上，選擇方案三。4.2 方案描述本設(shè)計(jì)主要用stc89

12、c52單片機(jī)作為控制核心，由光電傳感器、lcd動(dòng)態(tài) 顯示屏構(gòu)成。stc89c52單片機(jī)接收光電傳感器傳來(lái)的脈沖信號(hào)，單片機(jī)根據(jù)外 部中斷，以及內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行記數(shù)計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速送到lcd顯示，使能實(shí)時(shí)讀 出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖3系統(tǒng)總體方框圖5系統(tǒng)理論分析與計(jì)算5.1 信號(hào)采集電路的分析采集光信號(hào)的電路原理圖如圖4所示:u3 .1ckietg /【egopiqcpuplgr npm 'r5 1k圖4采集光信號(hào)的電路原理圖在圖中，u3為槽型光耦，它的左端是發(fā)光二極管，因?yàn)榘l(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流為520ma,所以設(shè)置r2的值為500。，同理設(shè)置，光電接收晶體管的下 拉電阻即r3為10kq。光耦的輸出

13、端用三極管進(jìn)行電壓放大，為使t1輸出的 電平為ttl電平，將r5和r4的阻值設(shè)定為1kq °該部分設(shè)計(jì)采用了紅外光電傳感器，進(jìn)行非接觸式檢測(cè)。當(dāng)有物體擋在紅外 光電發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時(shí)，傳感器將會(huì)輸出一個(gè)低電平， 而當(dāng)沒(méi)有物體擋在中間時(shí)，則輸出高電平，從而形成一個(gè)脈沖。系統(tǒng)在光電傳感 器收發(fā)端之間加上電動(dòng)機(jī)，并在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝一轉(zhuǎn)盤。在這個(gè)轉(zhuǎn)盤的邊沿處 挖若干個(gè)圓形通光孔，把傳感器的檢測(cè)部分放在圓孔的圓心位置。每當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn) 時(shí)，傳感器將輸出若干個(gè)脈沖。把這些脈沖通過(guò)放大整形成單片機(jī)可以識(shí)別的 ttl電平，即可計(jì)算出輪子的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)盤的圓孔的個(gè)數(shù)決定了測(cè)量的精度，個(gè)數(shù)

14、越多，精度越高。這樣就可以再 單位時(shí)間里盡可能多地得到脈沖數(shù)。從而避免了因?yàn)閮蓚€(gè)過(guò)孔之間距離過(guò)大，而 正好在過(guò)孔之前或者是在下一個(gè)過(guò)孔之前就停止了，造成較大的誤差。設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn) 盤的圓孔的實(shí)際個(gè)數(shù)受到技術(shù)限制。為了達(dá)到預(yù)定的效果設(shè)計(jì)，在轉(zhuǎn)盤過(guò)孔的設(shè) 計(jì)上采用4個(gè)過(guò)孔，再通過(guò)軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。光源（發(fā)光二極管）x光敏三極管光碼盤5.2 電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算在編程時(shí)讓單片機(jī)每隔一秒記錄一次接收到的脈沖總數(shù)，然后根據(jù)如下計(jì)算 電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=60xn/(pxt)nt電機(jī)轉(zhuǎn)速t：采樣周期n：采樣周期丁內(nèi)光脈沖個(gè)數(shù)p：光碼盤開孔的總數(shù) 當(dāng)采樣周期為1秒時(shí)，轉(zhuǎn)速/?=60x f/pf： 1秒內(nèi)采集到的光脈沖個(gè)

15、數(shù)6硬件電路設(shè)計(jì)6.1 單片機(jī)模塊單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，它把組成微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件：中央處 理器cpu、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器ram、只讀存儲(chǔ)器rom、可編程存儲(chǔ)器eprom、 并行及串行輸入輸出i/o接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制器等部件集成在 一塊半導(dǎo)體芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。6.1.1 stc89c52單片機(jī)簡(jiǎn)介stc89c52是stc公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具 有8k在系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器。stc89c52使用經(jīng)典的mcs-51內(nèi)核，但做了 很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧 的8位cpu和在系統(tǒng)可編程

16、flash,使得stc89c52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系 統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash, 512字節(jié)ram, 32位i/o 口線，看門 狗定時(shí)器，內(nèi)置4kbeeprom, max810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器, 4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)）, 全雙工串行口。另外stc89c52可降至0hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選 擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、 中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一 切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為

17、止。最高運(yùn)作頻率35mhz, 6t/12t 可選。(t2)p1.oc (t2 ex) p1.1 c r1.2 匚 p1.3 c p1.4 匚 p1.5 匚(sck> p1.7 u rstc<rxo> r3.o (z (txo) p3.1 u(into) r3.2 匚p3.3 (z(to) r3.4 匚(t1) r3.5 (z<ww> r3.o 匚 血p3.7匚xtal2 (z xt au,匚 gndczj vccz) pc.c <ado) po 1 (ad1) zj pc 2 (ad2) z pc 3 <ad3> zzj pc v (ad4) d

18、 pc 5 (ao5) 二pc e <ad«) z pc 7 (ad7) z1 ea.vppz1 ale/qadd zj psenz p2 7 <a16) z3 p2 e (a14) zj p2 5 (a13) 二i p2 4 (a12) zj p2 3 <a11) 2p2 2 <a10)z p2 1 (a9) z) p2 o(as)圖6單片機(jī)管腳圖vcc：供電電壓gnd：接地p0 口： p0 口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向lo 口，每腳可吸收8ttl門電流。 當(dāng)p1 口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址

19、的第八位。p1 口： p1 口是一個(gè)內(nèi)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，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2 口： p2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向lo 口，p2 口緩沖器可接收， 輸出4個(gè)ttl門電流，當(dāng)p2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且 作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由 于內(nèi)部上拉的緣故。p2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn) 行存取時(shí)，p2 口輸出地址的高八位。p3 口： p3 口管腳

20、是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向do 口，可接收輸出4個(gè)ttl 門電流。當(dāng)p3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)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stc89c52的一些特殊功能口。6.1.2 時(shí)鐘電路a圖8單片機(jī)復(fù)位電路時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有 條不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)穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí) 鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。c1xtalout,土 y1 22p 1112mhz t c

21、2 xtalin 22pgnd圖7單片機(jī)晶振電路單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大 器的輸入端為芯片引腳xtal1,輸出端為引腳xtal2這兩個(gè)引腳跨接在石英晶 體振蕩器和微調(diào)電路，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的電容c1和c2典型值通常選擇30pf左右，該電容大小會(huì)影響振蕩 器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩器頻率的范圍通常 在1.212mhz之間，晶體的頻率越高，則系統(tǒng)得時(shí)鐘頻率也就變高，單片機(jī)的 運(yùn)行速度也就越快。但反過(guò)來(lái)運(yùn)行速度快，對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高。對(duì)印刷電 路板的工藝要求也高，即要求淺間的寄生電容要??；晶體和電容應(yīng)盡可能安

22、裝 得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生生活，更好的保證振蕩器穩(wěn)定，可靠地工 作。6.1.3 復(fù)位電路為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位 電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為5v±5%, 即4.755.25v。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此 在電源上電時(shí)，只有當(dāng)vcc超過(guò)4.75v低于5.25v以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí), 復(fù)位信號(hào)才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使cpu及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài), 并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從rst引腳輸入到芯片內(nèi)的施 密特觸發(fā)

23、器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果rst引 腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期q4個(gè)振蕩周期）以上，則cpu就可以響 應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。6.2 顯示電路lcd 1602液晶顯示模塊可以和單片機(jī)stc89c52直接接口，電路如圖所示。lcd1speed«qrnin±±±±圖9顯示電路1602字符型lcd通常有14條引腳線或16條引腳線的lcd,多出來(lái)的2條線是背光電源線。液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前 一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。

24、華東交通大學(xué)課程設(shè)計(jì)3.3v或5v的工作電壓，對(duì)比度可調(diào)。內(nèi)含復(fù)位電路，可提供各種控制命令, 如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器ddram,并建有192個(gè)5x7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器cgrom,有8個(gè)可由用 戶自定義的5x7的字符發(fā)生器cgramo7軟件設(shè)計(jì)7.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)單片機(jī)按編入的程序運(yùn)行，開始后對(duì)顯示液晶的初始化及中斷定時(shí)的初始 化，為后續(xù)程序做好準(zhǔn)備，初始化好后開始檢測(cè)定時(shí)是否到達(dá)1秒，等到達(dá)1 秒后便取出計(jì)數(shù)脈沖值，將脈沖值經(jīng)算法運(yùn)算后得出轉(zhuǎn)速信息送到液晶模塊顯 示，如此循環(huán)每隔1秒刷新一次轉(zhuǎn)速顯示。系統(tǒng)總體流程圖如圖11所示。圖11系

25、統(tǒng)總體流程圖電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.2 中斷子程序設(shè)計(jì)中斷程序?yàn)橄陆笛赜|發(fā)，從it0引腳傳送到單片機(jī)，程序每來(lái)一次中斷，表 明有脈沖觸發(fā)，計(jì)一次脈沖，不斷的中斷循環(huán)，來(lái)一個(gè)脈沖觸發(fā)一次中斷。中斷 子程序設(shè)計(jì)流程圖如圖12o圖12中斷子程序流程圖117.3 定時(shí)子程序設(shè)計(jì)定時(shí)函數(shù)為計(jì)時(shí)50ms的函數(shù)，定時(shí)器初始化完成后便開始計(jì)時(shí)，每一次計(jì) 時(shí)為50ms,在定時(shí)程序中判斷是否計(jì)時(shí)20次到達(dá)1秒，到達(dá)1秒后便計(jì)時(shí)完畢, 由單片機(jī)相應(yīng)其它子程序，由重新開始計(jì)時(shí)。定時(shí)子程序設(shè)計(jì)流程圖如圖13所zjso圖13定時(shí)子程序流程圖電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.4 顯示子程序設(shè)計(jì)顯示程序初始化完畢后，等待由定時(shí)器的1秒

26、計(jì)時(shí)完畢后，將中斷函數(shù)產(chǎn)生 的脈沖值計(jì)算后送到液晶顯示部分顯示，每隔1秒計(jì)時(shí)刷新一次顯示，如此循環(huán)。顯示子程序設(shè)計(jì)流程圖如圖14所示。圖14顯示子程序流程圖8測(cè)試方案8.1電路調(diào)試在本次課程設(shè)計(jì)中我的電路部分出了很多問(wèn)題，期間我也換了很多次電路， 雖然是個(gè)很簡(jiǎn)單的采集電路，但是由于各種原因，總是不能實(shí)現(xiàn)作用。我一部分 一部分的排查電路，最終搭建成功。傳感器模塊是電路的核心，主要部件是槽型 光耦，我在百度上搜索了槽型光耦的引腳圖、內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖以及特性參數(shù)。通過(guò)計(jì) 算光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管的發(fā)光電流，設(shè)置其下拉電阻的大小，使得發(fā)光二極管 的發(fā)光效率較高。光電三極管在接收光之后，其集電極和發(fā)射級(jí)之間導(dǎo)通

27、，在它 的集電極加上一負(fù)載電阻，在集電極做輸出。由于集電極輸出電壓不是ttl電 平，所以加上一個(gè)三極管，對(duì)其進(jìn)行放大，是其變成ttl電平，即可直接接單 片機(jī)的i/o 口，對(duì)其輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。8.1軟件調(diào)試由于本程序較大，而c語(yǔ)言編程具有很強(qiáng)的靈活性，便于編寫與理解，因 此采用c程序語(yǔ)言編寫。采用自下而上的調(diào)試方法，先調(diào)試功能電路，再調(diào)試 整個(gè)系統(tǒng)。我們所使用的調(diào)試軟件是51系列單片機(jī)開發(fā)軟件keil c51,它是一個(gè)基于 32位windows環(huán)境的應(yīng)用程序，支持c語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編程，其6.0以上的版 本將編譯和仿真軟件統(tǒng)一為vision。keil提供包括c編譯器、宏匯編、連接器、 庫(kù)管理和一

28、個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案。keil能以單步執(zhí)行、過(guò)程單步執(zhí)行、全速執(zhí)行等多種運(yùn)行方式進(jìn)行程序調(diào)試。 如果發(fā)現(xiàn)程序有錯(cuò)，可采用在線匯編功能對(duì)程序進(jìn)行在線修改，不必執(zhí)行先退出 調(diào)試環(huán)境、修改源程序、對(duì)工程重新進(jìn)行編譯/匯編和連接、然后再次進(jìn)入調(diào)試 狀態(tài)的步驟。對(duì)于一些必須滿足一定條件（如按鍵被按下等）才能被執(zhí)行的、難 以用單步執(zhí)行方式進(jìn)行調(diào)試的程序行，可采用斷點(diǎn)設(shè)置的方法處理。在模擬調(diào)試 程序后，還須通過(guò)編程器將.hex目標(biāo)文件燒寫入單片機(jī)中才能觀察目標(biāo)樣機(jī)真實(shí) 的運(yùn)行狀況。這次我們還用到了 protel軟件畫電路圖，在之前的課程設(shè)計(jì)中我們沒(méi)有用過(guò) piotel,因此我乂學(xué)習(xí)了

29、piotel軟件的使用，我運(yùn)用的是piotel的升級(jí)版altium designer oaltium designer是原protel軟件開發(fā)商altium公司推出的一體化的電子產(chǎn) 品開發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行在windows操作系統(tǒng)。這套軟件通過(guò)把原理圖設(shè)計(jì)、電 路仿真、pcb繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技 術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案，使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行設(shè) 計(jì)，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率大大提高。altiumdesigner 除了全面繼承包括piotel 99se、protel dxp在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點(diǎn) 外，還增加了許多改

30、進(jìn)和很多高端功能。該平臺(tái)拓寬了板級(jí)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)界面，全 面集成了 fpga設(shè)計(jì)功能和sopc設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計(jì)人員能將系 統(tǒng)設(shè)計(jì)中的fpga與pcb設(shè)計(jì)及嵌入式設(shè)計(jì)集成在一起。主要功能有：原理圖 設(shè)計(jì)、印刷電路板設(shè)計(jì)、fpga的開發(fā)、嵌入式開發(fā)、3d pcb設(shè)計(jì)。9心得體會(huì)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)電路和單片機(jī)設(shè)計(jì)方面的 知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題，但是經(jīng)過(guò)同學(xué)和老師的幫助都一一解 決了，真的非常感謝他們。在這過(guò)程中，我的專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能都有所提升。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我也掌握了某些傳感器的原理以及電路連接方法。由于我對(duì)單片機(jī)和c語(yǔ)言的基礎(chǔ)知識(shí)不是很扎實(shí)

31、，因此真的感覺(jué)自己走了 不少的彎路，甚至課程設(shè)計(jì)過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)乂重新學(xué)習(xí)了 c 語(yǔ)言以及單片機(jī)。仿真時(shí)，主要使用軟件keil、proteus 8 piofessional其中keil 用來(lái)編寫c語(yǔ)言程序，以及編譯連接使之產(chǎn)生后綴名為hex的文件，將其燒錄 在軟件proteus 8 professional中進(jìn)行測(cè)試仿真調(diào)試。還運(yùn)用到了 altium designer 用來(lái)畫電路圖。這次實(shí)習(xí)的重點(diǎn)就是如何編寫程序以及仿真中的行騙各個(gè)管腳的 連接問(wèn)題，主要的元器件有stc89c52、lcdl602液晶顯示等。當(dāng)你用心的去做一件事的時(shí)候，這件事就不會(huì)輕易的用不知對(duì)錯(cuò)的結(jié)果去 應(yīng)付你，

32、就像你不會(huì)去拿這樣的態(tài)度去對(duì)待它，做一件事和想一件事也不會(huì)是一 樣，如果當(dāng)時(shí)我只是停留在第一天的空想，我就不會(huì)在編程和仿真的過(guò)程中發(fā)現(xiàn) 和改正那么多的錯(cuò)誤。實(shí)踐之所以高于理論，或許正是因?yàn)樗鼮槲覀兲峁┝烁?犯錯(cuò)誤和改正錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)吧。本次設(shè)計(jì)把理論應(yīng)用到了實(shí)踐中，同時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)，也加深了自己對(duì)理論知 識(shí)的理解和掌握，在解決困難的過(guò)程中，獲得了許多專業(yè)方面的知識(shí)，拓展了視 野。提高了理論水平和實(shí)際的動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)了解決問(wèn)題的方法，激發(fā)了我的探 索精神。這樣的課程設(shè)計(jì)是很好的鍛煉機(jī)會(huì)，只是這已經(jīng)是我們的最后一個(gè)課程 設(shè)計(jì)了，以后只有畢業(yè)設(shè)計(jì)這個(gè)巨大的挑戰(zhàn)在等待著我。通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)使我深入 了解到課程設(shè)

33、計(jì)在大學(xué)學(xué)習(xí)的重要性，課程設(shè)計(jì)增強(qiáng)了我們的實(shí)踐動(dòng)手能力，也 為畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。10參考文獻(xiàn)1張毅坤.陳善久，裘雪紅.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用m.西安電子科技大學(xué)出版社.2009. 124-162.2秦曾煌.電工學(xué)m.高等教育出版社.2009. 36-86.3何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編m.北京航空航天大學(xué)出版社.2011. 89-112.4劉篤仁.傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)m.西安電子科技大學(xué)出版社.2011. 169-185.5譚浩強(qiáng).c程序設(shè)計(jì)（第二版）m.清華大學(xué)出版社.2001.78-105.6童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.高等教育出版社.2010. 128-169.7馬忠梅.單片機(jī)的

34、c語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)m.北京航空航天大學(xué)出版社.2011.189-221.8周潤(rùn)景.proteus入門實(shí)用教程m.機(jī)械工業(yè)出版社.2011.57-85.9肖婿.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真一一基于piotuesm.北京航空航天大學(xué)出版社.2010.124-140.10李麗榮，張常全,鄭建紅.51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)m.北京理工大學(xué)出版社.2012. 194-211.11藍(lán)和慧，寧武，閆曉金.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽單片機(jī)應(yīng)用技能精解m. 2009. 191-217.電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)11附錄附錄一電路仿真圖lcdispeed：mg to 殖ga 皿3m 用辦e 殖必” nxww ew fux«cn*

35、mj p3.1co紛e”<m2 i74ko，2aam，3kr nunnrjrrat3；ffitrp5.vto rw hcatt.tr4 i0r/minfl5 sosssess附錄二程序清單#include <ieg52.1i>#include <intriiis.h>unsigned char code cdisl=(“speed);unsigned char code cdis2=(ni7iiuiiu)；sbit lcd_rs = p2人3; 寄存器選擇位，將rs位定義為p2.3引腳 sbit lcd_rw = p2人4,讀寫選擇位，將rw位定義為p2.4引腳s

36、bit lcd_en = p2人5;/使能信號(hào)位，將en位定義為p2.5引腳 bit sec = 0;unsigned char msec = 0, hdata = 0, ldata = 0, count = 0;unsigned long temp = 0;unsigned char data display=(0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00;char code reserve3_at_ 0x3b; 保留 0x3b 開始的 3 個(gè)字節(jié)/* * us延時(shí)函數(shù)*void delaynopo(_nop_0；_nop_0；_nop_0；_nop_0；)/* * ms延時(shí)函數(shù)

37、*void delayms(unsigned int ms)(unsigned char n;wlule (ms-)(for (n = 0; n < 114; n+)/* * 檢查lcd忙狀態(tài)lcd_busy為1時(shí)，忙，等待。icd-busy為0時(shí)，閑，可寫指令與數(shù)據(jù)。* */ bit lcd_busy()bit result;lcd_rs = 0;根據(jù)規(guī)定，rs為低電平，rw為高電平時(shí)，可以讀狀態(tài)lcd_rw = 1;lcd_en= 1;/en=1,才允許讀寫delaynop。;/空操作，給硬件反應(yīng)時(shí)間result = (bit)(po &0x80);將忙碌標(biāo)志電平賦給p0.7

38、lcd_en = 0; 將e恢復(fù)低電平 return (result);)/* * 寫指令數(shù)據(jù)到lcdrs=l, rw=l, £=高脈沖，do-d7/i5 令碼。* */ void lcd_wcmd(unsigned char cmd)wlule (lcd_busy()，如果忙就等待lcd_rs = 0;根據(jù)規(guī)定，rs和r/w同時(shí)為低電平時(shí)，可以寫入指令lcd_rw = 0;lcd_en=1;/e置低電平(寫指令時(shí)，e為高脈沖，就是讓e從0到1發(fā)生正 跳變，所以應(yīng)先置“0")p0 = cmd;/將數(shù)據(jù)送入p0 口，即寫入指令或地址delaynop。;/空操作，給硬件反應(yīng)時(shí)間

39、lcd_en = 0;當(dāng)e由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊開始執(zhí)行命令 )*將數(shù)據(jù)(字符的標(biāo)準(zhǔn)ascii碼)寫入液晶模塊rs=h, rw=l, £=高脈沖，d0-d7=數(shù)據(jù)。* */void lcd_wdat(unsigned chai dat)wlule (lcd_busy();lcd_rs = 1;rs為高電平，rw為低電平時(shí)，可以寫入數(shù)據(jù)lcd_rw = 0;lcd_en= 1;p0 = dat; 將數(shù)據(jù)送入p0 口,即將數(shù)據(jù)寫入液晶模塊delaynopo；lcd_en = 0;當(dāng)e由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊開始執(zhí)行命令 )/* * lcd初始化設(shè)定* */delayms

40、(15);延時(shí)15ms,首次寫指令時(shí)應(yīng)給lcd 一段較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間lcd_wcmd(0x38);顯示模式設(shè)置：16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù) delayms(5);延時(shí)5ms ，給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間華東交通大學(xué)課程設(shè)計(jì)lcd_wcmd(0x38);delayms(5);延時(shí)5ms ,給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間 lcd_wcmd(0x38); /連續(xù)三次，確保初始化成功 delayms(5);延時(shí)5ms ，給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間lcd_wcmd(0x0c); 顯示模式設(shè)置：顯示開，無(wú)光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍delayms(5);延時(shí)5ms,給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間lcd_wcmd(0x06);顯示模式設(shè)置：光標(biāo)右移，字符不移delayms(5);延時(shí)5ms ,給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間lcd_wcmd(0x01); 清屏幕指令，將以前的顯示內(nèi)容清除delayms(5);/延時(shí)5ms,給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間)*指定字符顯示的實(shí)際地址* */void lcd_pos(unsigned char pos)lcd_wcmd(pos | 0x80); 數(shù)據(jù)指針=80十地址變量 )*顯示函數(shù)* */ void play()unsigned char n;for (n = 0; n