直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)及電路設(shè)計(jì)

1、在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ钪卸计鹬种匾?的作用。直流電機(jī)作為最常見的一種電機(jī)，具有非常優(yōu)秀的線性機(jī)械特性、較寬 的調(diào)速范圍、良好的起動(dòng)性以及簡(jiǎn)單的控制電路等優(yōu)點(diǎn)，因此在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域 中都得到了十分廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)主要功能是：AT89C51單片機(jī)接受霍爾傳感器傳來的脈沖信號(hào)，單片機(jī) 根據(jù)外部中斷，以及內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行計(jì)數(shù)計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速送到LED并顯示，外部 裝有蜂鳴器電路，在超速或低俗過低都會(huì)停止電動(dòng)機(jī)，蜂鳴器發(fā)音，顯示器不顯 示，從實(shí)用角度看，評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)實(shí)用價(jià)值的重要標(biāo)準(zhǔn)，就是這個(gè)系統(tǒng)對(duì)社會(huì)生 活和科技觀念有多大的貢獻(xiàn)。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定及

2、數(shù)據(jù)顯示控制系統(tǒng)，要求 對(duì)轉(zhuǎn)速范圍在0-3000r/min的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)量并顯示，轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)顯示精 度要達(dá)到轉(zhuǎn)速個(gè)位數(shù)，有轉(zhuǎn)速高、低限報(bào)警提示。本設(shè)計(jì)使用6V直流電機(jī)。將 霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)輸入到單片機(jī)外部中斷0 口，單片機(jī)工作在內(nèi)部定時(shí) 器工作方式0，對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，調(diào)用計(jì)算公式計(jì)算出轉(zhuǎn)速，調(diào)用顯示程序 在LED上，其主要內(nèi)容是單片機(jī)部分主要完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量，LED顯示部分主 要是把轉(zhuǎn)速顯示出來，顯示范圍在0-3000r/min之間。本設(shè)計(jì)主要研究直流電機(jī)的控制和測(cè)量方法，效率高，電路簡(jiǎn)單，使用也比 較廣泛，測(cè)速系統(tǒng)采用集成霍爾傳感器敏感速率信號(hào)，具有頻率響應(yīng)快、抗干擾 能

3、力強(qiáng)等特點(diǎn)。從而對(duì)電機(jī)的控制精度、響應(yīng)速度以及節(jié)約能源等都具有重要意 義。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 霍爾IC傳感器，DAC0832 直流電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速 流程圖A/D和D/A轉(zhuǎn)換器 TOC o 1-5 h z 摘要2第一章：引言5 HYPERLINK l bookmark3 o Current Document 第二章：系統(tǒng)功能分析7 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 2.1系統(tǒng)功能概述7 HYPERLINK l bookmark9 o Current Document 2.2系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容 7 HYPERLINK l bookmark12 o Curre

4、nt Document 2.3系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)7 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 第三章：系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)8 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3.1硬件電路設(shè)計(jì)思路8 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3.2軟件設(shè)計(jì)思路9 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 第四章：硬件電路設(shè)計(jì)8 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 4.1單片機(jī)描述12AT89C51引腳

5、及作用12ULN2003引腳圖及功能 13 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 4.2外圍電路設(shè)計(jì)14時(shí)鐘電路 14復(fù)位電路 14測(cè)速電路15報(bào)警電路 16 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 顯示電路 164.2.6 74HC573引腳圖及功能 18 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 第五章：軟件電路設(shè)計(jì) 20 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 第六章：系統(tǒng)調(diào)試23 HYPERLINK l book

6、mark72 o Current Document 6.1硬件調(diào)試236.2軟件調(diào)試24 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 6.3綜合調(diào)試246.4故障分析與解決方案24故障出現(xiàn)情況 24解決方案25 HYPERLINK l bookmark95 o Current Document 第七章：結(jié)論30 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 參考文獻(xiàn)31 HYPERLINK l bookmark107 o Current Document 致 謝28附 錄29第一章引言電子技術(shù)的高速發(fā)展，促使直流電機(jī)

7、調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別 是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)進(jìn)入到一個(gè)新的階段。直流電動(dòng)機(jī)具 有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正 反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交 流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大 器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜， 功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy，阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展 和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機(jī)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(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并

8、使系統(tǒng)能達(dá) 到更高的性能。采用單片機(jī)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。在傳統(tǒng)生產(chǎn)行業(yè)中，經(jīng)常遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng) 合，例如發(fā)動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)，機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中，常需要分時(shí)或 連續(xù)測(cè)量，顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了實(shí)現(xiàn)各種生 產(chǎn)工藝過程，需要各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械。拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，可以采用氣動(dòng)， 液壓傳動(dòng)和電力拖動(dòng)。由于電力拖動(dòng)具有控制簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)性能好、耗損小、經(jīng) 濟(jì)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械都采用電 力拖動(dòng)。按照電動(dòng)機(jī)的種類不同，電力拖動(dòng)系統(tǒng)分為直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)和交流電 力拖動(dòng)系統(tǒng)兩

9、大類?？v觀電力拖動(dòng)的發(fā)展過程，交、直流兩種拖動(dòng)方式并存于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在 交流電出現(xiàn)以前，直流電力拖動(dòng)是唯一的一種電力拖動(dòng)方式，19世紀(jì)末期，由 于研制出了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的交流電動(dòng)機(jī)，致使交流電力拖動(dòng)在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng) 用，但隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，特別是精密機(jī)械加工與冶金工業(yè)生產(chǎn)過程的進(jìn)步， 對(duì)電力拖動(dòng)在起動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度與范圍等靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)方 面提出了新的，更高的要求。由于交流電力拖動(dòng)比直流電力拖動(dòng)在技術(shù)上難以實(shí) 現(xiàn)這些要求，所以20世紀(jì)以來，在可逆，可調(diào)速與高精度的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中， 相當(dāng)時(shí)期內(nèi)幾乎都是采用直流電力拖動(dòng)，而交流電力拖動(dòng)則主要用于恒轉(zhuǎn)速系 統(tǒng)。直流電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)

10、被廣泛地應(yīng)用于各類控制系統(tǒng)中，其驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)速精度 是電機(jī)能夠穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。為此，我們提出了一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)速測(cè)量系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，為直流電機(jī)制造、定型以及應(yīng)用提供一些借鑒。同時(shí)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 及其速度測(cè)量的研究，也我們系統(tǒng)掌握了電源驅(qū)動(dòng)電路和速度測(cè)量電路的連接， 以及其中用的到的諸如：LM317, 8253, 8051等芯片的功能及其各個(gè)引腳的功能， 同時(shí)通過用面包板搭建臨時(shí)電路，加強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力，提高了我們解決實(shí)際 問題的能力，充分的體現(xiàn)了理論與實(shí)踐結(jié)合。利用電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，可以提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng) 力。在這種時(shí)代背景下，如果應(yīng)用現(xiàn)代化手段對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行科學(xué)改變，精

11、確測(cè) 量，并輔以數(shù)碼顯示，超速報(bào)警等裝置，對(duì)工業(yè)，生活中的一些旋轉(zhuǎn)設(shè)備的速度 以及需要控制其速度的儀器和用品加以控制和測(cè)量，會(huì)給工業(yè)生產(chǎn)和生活帶來看 得到的方便，為了能精確的測(cè)量轉(zhuǎn)速，還要保證測(cè)量的實(shí)時(shí)性，要求能測(cè)得瞬時(shí) 轉(zhuǎn)速。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，特別是高性能/價(jià)格比的單片機(jī)涌現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測(cè)量 普遍采用了以單片機(jī)為核心數(shù)字法，智能化微電腦代替了一半的機(jī)械式或模擬量 結(jié)構(gòu)。經(jīng)歷了 100多年的技術(shù)發(fā)展，電動(dòng)機(jī)自身的理論基本成熟。隨著電工技術(shù) 的發(fā)展，對(duì)電能的轉(zhuǎn)換、控制以及高效使用的要求越來越高。電磁材料的性能不 斷提高，電工電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為電動(dòng)機(jī)的發(fā)展注入了新的活力，未來電動(dòng) 機(jī)將會(huì)沿著體積

12、更小、機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率更高、控制更靈活的方向繼續(xù)發(fā)展。設(shè)計(jì)以單片機(jī)為中心，霍爾傳感器為測(cè)量器件，全數(shù)字化的測(cè)速儀器。這在 工業(yè)控制和民用電器中都有較高的使用價(jià)值。轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個(gè) 參數(shù)，其測(cè)量方法很多，而模擬量的采集和模擬處理一直是轉(zhuǎn)速測(cè)量的主要方法， 目前這種測(cè)量方法已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展要求.隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成 電路的發(fā)展，使得全數(shù)字測(cè)量?jī)x器越來越普及,其轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x器也可以用全數(shù)字 化處理.在測(cè)量范圍和測(cè)量精度方面都有很大提高。本文的研究任務(wù)是研究電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過對(duì)AT89C51相關(guān)芯片的了解，實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)的硬件 與軟件設(shè)計(jì)。要求以單片機(jī)作為核心器件，

13、單片機(jī)通過對(duì)負(fù)脈沖計(jì)數(shù)，可計(jì)算出 電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在超高時(shí)、低速限時(shí)，有報(bào)警提示，其優(yōu)點(diǎn)時(shí)硬件電路簡(jiǎn)單，軟件 功能完善，測(cè)量速度快，精度高，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)。第2章系統(tǒng)功能分析1系統(tǒng)功能概述系統(tǒng)主要功能是：AT89C51單片機(jī)接受霍爾傳感器傳來的脈沖信號(hào)，單片機(jī) 根據(jù)外部中斷，以及內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行計(jì)數(shù)計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速送到LED并顯示，外部 裝有蜂鳴器電路，在超速或低俗過低都會(huì)停止電動(dòng)機(jī)，蜂鳴器發(fā)音，顯示器不顯 示，從實(shí)用角度看，評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)實(shí)用價(jià)值的重要標(biāo)準(zhǔn)，就是這個(gè)系統(tǒng)對(duì)社會(huì)生 活和科技觀念有多大的貢獻(xiàn)，轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)具有大范圍、高精度等優(yōu)點(diǎn)、測(cè)量速 度快，這種系統(tǒng)將會(huì)有良好的應(yīng)用。2.

14、1系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定及數(shù)據(jù)顯示控制系統(tǒng)，要求對(duì)轉(zhuǎn)速 范圍在0-3000r/min的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)或交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)量并顯示， 轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)顯示精度要達(dá)到轉(zhuǎn)速個(gè)位數(shù)，有轉(zhuǎn)速高、低限報(bào)警提示。本設(shè)計(jì)使用 6V直流電機(jī)。將霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)輸入到單片機(jī)外部中斷0 口，單片 機(jī)工作在內(nèi)部定時(shí)器工作方式0，對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，調(diào)用計(jì)算公式計(jì)算出轉(zhuǎn) 速，調(diào)用顯示程序在LED上，其主要內(nèi)容是單片機(jī)部分主要完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量， LED顯示部分主要是把轉(zhuǎn)速顯示出來，顯示范圍在0-3000r/min之間。2.2系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)主要完成的功能是設(shè)計(jì)并制作單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量

15、的硬件系統(tǒng)，用匯編語 言完成轉(zhuǎn)速測(cè)量的軟件系統(tǒng)，要求把轉(zhuǎn)速顯示四位LED數(shù)碼管上，精度為0.1%。 根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能以及要求，要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量主要是各個(gè)模塊的設(shè) 計(jì)，定時(shí)器計(jì)數(shù)功能、以及LED驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)可通過編程控制外圍部件，能實(shí)現(xiàn) 較高的自動(dòng)化程度，以它為系統(tǒng)核心的控制模塊可實(shí)現(xiàn)主從控制，完成預(yù)定任務(wù)。第三章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1硬件電路設(shè)計(jì)思路硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，確定系統(tǒng)中所使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖。89C51單片機(jī)通過INT0輸入傳感器信號(hào)，P2 口接LED動(dòng)態(tài)顯示，轉(zhuǎn)速測(cè)量 部分硬件設(shè)計(jì)電路本主要由兩部分組成：1.霍爾傳感器測(cè)速部分。測(cè)量轉(zhuǎn)速的 霍爾傳感器和

16、被測(cè)物體通州連接，機(jī)軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一定量的脈沖個(gè)數(shù)，由霍 爾器件電路部分輸出。2.測(cè)得的脈沖處理和顯示部分，測(cè)速主要由霍爾傳感器 完成。脈沖處理部分主要經(jīng)放大信號(hào)后對(duì)脈沖進(jìn)行處理，由單片機(jī)P1.1 口輸入， 經(jīng)由AT89C51處理后使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速顯示在數(shù)碼管上。并且使得轉(zhuǎn)速測(cè)量誤差小于 20轉(zhuǎn)/秒。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖3-1所示。D驅(qū)動(dòng)電路 ) 顯示器D 報(bào)鼬路圖3-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖3.1軟件設(shè)計(jì)思路軟件需要解決的是定時(shí)器0的記數(shù)外部中斷0的設(shè)定，由于測(cè)量轉(zhuǎn)速范圍大， 所以低速和高速都要考慮在內(nèi)，關(guān)鍵在于一個(gè)四字節(jié)除三字節(jié)程序的實(shí)現(xiàn)，顯示 部分、需要有一個(gè)二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換程序，以及轉(zhuǎn)換成非壓縮

17、BCD的程序后， 才能進(jìn)行調(diào)用查表程序送到顯示。軟件工作流程：霍爾傳感器利用磁電效應(yīng)產(chǎn)生一周期脈沖向單片機(jī)的外部中 斷0（P3.2）口發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)，定時(shí)器工作在內(nèi)部定時(shí)，THO、THL設(shè)定初值 為0，作為除數(shù)的低兩字節(jié)，利用軟件計(jì)數(shù)器，定時(shí)器0中斷的次數(shù)作為除數(shù)高 字節(jié)，中斷完畢讀取內(nèi)部計(jì)數(shù)值作為除數(shù)，調(diào)用除法程序計(jì)算轉(zhuǎn)速，再對(duì)二進(jìn)制 數(shù)進(jìn)行一系列變換后調(diào)用查表程序，顯示在LED上。轉(zhuǎn)速部分軟件設(shè)計(jì)思路：AT89C51單片機(jī)的P3.2 口接收傳感器信號(hào)，主要 編寫一個(gè)外部中斷服務(wù)程序INT0,讀取計(jì)數(shù)值的三個(gè)字節(jié)，并再次清0記數(shù)初值 以便下次的記數(shù)和計(jì)算，調(diào)用兩字節(jié)二進(jìn)制-三字節(jié)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換

18、子程序BCD，再 調(diào)用十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD程序，最后調(diào)用查表程序送到顯示。第四章 硬件電路設(shè)計(jì)1模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路1模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路。由3000系列的霍爾IC器件及外圍器件組成測(cè)速 電路，將直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號(hào)，送入8051單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器 顯示。2數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換電路。DAC0832是具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位電流輸 出型DAC，它可以和8051直接相接。其主要由三大部分組成：一個(gè)8位輸入寄 存器，一個(gè)8位DAC寄存器和一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器，在8位的D/A轉(zhuǎn)換器中所采 用的是R-2RT型電阻網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)8位數(shù)據(jù)寄存器可以分別進(jìn)行控制，根據(jù)需要 換成多種工作方式，

19、在使用時(shí)具有極大的靈活性。DAC0832芯片與8051芯片進(jìn) 行連接的方法是采用直通、雙緩沖和單緩沖等三種工作方式。其中單緩沖工作方 式是使輸入寄存器和DAC寄存器中的任意一個(gè)始終工作于直通（跟隨）狀態(tài)。另 一個(gè)處于受控的鎖存器狀態(tài)。在MCS-51的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，當(dāng)只有一路模擬量 輸出，或幾路模擬量不需要同時(shí)輸出時(shí)，可采用單緩沖方式。我們把DAC0832 芯片與MCS-51的接口電路設(shè)計(jì)成一種單緩沖方式的典型接口電路，用P2.7接 DAC0832的cS和xfeT，故接口地址為7FFFH。a）功放電路 DAC0832的模擬電壓輸出電路采用單極性輸出方式，其輸出 電壓功率太小無法去控制電動(dòng)機(jī)，通

20、過功放電路把DAC0832輸出的模擬電壓轉(zhuǎn)換 成具有一定輸出功率的電動(dòng)機(jī)控制電壓去控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，我們可采用 LF356運(yùn)算放大器作為輸出。b）電源電路 DAC0832的參考電源采用能隙恒壓源。如5G1403組成的電 路。這種電路結(jié)構(gòu)中，其簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路具有電路簡(jiǎn)單，所提供的參考電壓為固定 值，但負(fù)載電流變化時(shí)對(duì)電壓特性有一定的影響，其輸出電壓低溫度系數(shù)低等優(yōu) 點(diǎn)，故采用能隙恒壓源作為穩(wěn)壓電源。c）系統(tǒng)原理圖其硬件電路主要有8051芯片，霍爾IC電路，DAC0832芯片，能隙恒壓源電 路和功放電路組成。其電路組成如圖（1）所示。系統(tǒng)程序的流程圖如圖此程序的功能是用8051單片機(jī)的定時(shí)器/

21、計(jì)數(shù)器T。、二測(cè)出電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)換，并與設(shè)定值進(jìn)行比較。根據(jù)比較結(jié)果使DAC0832芯片的輸出控制電壓增 大或減小。P2.7和DAC0832的ET端相連，故可得出DAC0832的地址為7FFFH。同時(shí)8051設(shè)定內(nèi)部50H單元存放實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定值是否相等的標(biāo)志。如果為“1” 表示相等，為“0”表示不相等。60H單元存放送入DAC0832芯片的電壓調(diào)整數(shù) 據(jù)。在DAC0832進(jìn)行調(diào)整的過程中，8051根據(jù)電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速之差 電壓調(diào)整量的數(shù)據(jù)，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換并輸出調(diào)整電壓，并考慮到電動(dòng)機(jī)的機(jī)電系統(tǒng) 慣性，必須對(duì)輸出電壓調(diào)整量進(jìn)行一定時(shí)間的保持，以便電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速能穩(wěn)步達(dá)到 設(shè)定值，對(duì)于延時(shí)時(shí)

22、間的確定，則要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)定和調(diào)整。通過對(duì)程序流程圖和實(shí)際電路的分析，我們可用匯編語言或C語言對(duì)此程序 進(jìn)行編程，并用單片機(jī)的仿真軟件EMU進(jìn)行仿真調(diào)試，測(cè)試結(jié)果符合理論的要求。 而且這種控制方法能使電動(dòng)機(jī)在一般狀況下都保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，這樣可以減少 人的操作強(qiáng)度，減少手工控制中存在的許多缺點(diǎn)，減少故障的發(fā)生率，提高精 度。因此，這種自動(dòng)控制電路在許多電動(dòng)機(jī)要求運(yùn)行非常穩(wěn)定的場(chǎng)合都可以廣泛 應(yīng)用。4.1單片機(jī)的描述4.1 AT89C51引腳及作用AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read O

23、nly Memory)的低電壓，高性能 CMOS 8 位 微處理器，俗稱單片機(jī)。其引腳圖如圖4-1所示。圖4-1 AT89C51引腳圖234567812 2u15143119IS9P10POOP11P01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INT1P20INTOP21P22T1P23TOP24P25EA/VPP26P27XIX2RESETRXDTXDRDALE/PWRPSENU280512122232425262728393837363534333210 1T 30AT89C51各端口功能如下：VCC：供電電壓。GND：接地。P0 口： P0 口為一個(gè)8位漏

24、級(jí)開路雙向I/O 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)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入 口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。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。在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向

25、I/O 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。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)， 當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3 : P3 口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 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)

26、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，如下表所示：引腳口備選功能P3.0 RXD （串行輸入口）P3.1 TXD （串行輸出口）P3.2 /INT0 （外部中斷0）P3.3 /INT1 （外部中斷1）P3.4 T0 （記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1 （記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電 平

27、時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不 變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外 部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，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。/PSEN:外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè) 機(jī)器周期兩次/

28、PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信 號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH)， 不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于 施加12V編程電源(VPP)。XTAL1 :反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2 :來自反向振蕩器的輸出。程序存儲(chǔ)器的某些單元是保留給系統(tǒng)使用的：0000H0002H單元是所有執(zhí) 行程序的入口地址，復(fù)位以后，CPU總是叢0000H單元開始執(zhí)行程序。000

29、3H 002AH單元均勻地分為五段，用做五個(gè)中斷服務(wù)程序的入口。用戶程序不應(yīng)進(jìn)入 上述區(qū)域。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM也有64KB尋址區(qū)，在地址上是和ROM重疊的。8051通過不 同的信號(hào)來選通ROM或RAM：當(dāng)從外部ROM取指令時(shí)用選通信號(hào)PSEN，而從外部 RAM讀寫數(shù)據(jù)時(shí)采用讀寫信號(hào)RD或WR來選通。因此不會(huì)因地址重疊而出現(xiàn)混亂。AT89C51的RAM雖然字節(jié)數(shù)不很多，但卻起著十分重要的作用。256個(gè)字節(jié) 被分為兩個(gè)區(qū)域：00H7FH時(shí)真正的RAM區(qū)，可以讀寫各種數(shù)據(jù)。而80HFFH 是專門用于特殊功能寄存器(SFR)的區(qū)域。對(duì)于AT89C51安排了 21個(gè)特殊功能 寄存器，每個(gè)寄存器為8位，所以

30、實(shí)際上128個(gè)字節(jié)并沒有全部利用。內(nèi)部RAM 的各個(gè)單元，都可以通過直接地址來尋找，對(duì)于工作寄存器，則一般都直接用 R0R7，對(duì)特殊功能寄存器，也是直接使用其名字較為方便。AT89C51內(nèi)部特殊 功能寄存器都是可以位尋址的，并可用“寄存器名.位”來表示，如ACC.0，B.7這些寄存器分別用于以下各個(gè)功能單元：CPU： ACC, B, PSW, SP, DPTR （由兩個(gè) 8 位寄存器 DPL 和 DPH 組成）；并行口： P0，P1，P2，P3；中斷系統(tǒng)：IE，IP；定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：TMOD，TCON，T0，T1 （分別由兩個(gè)8位寄存器TL0和THO, TL1和TH1組成）；串行口： SCON

31、，SBUF，PCON。4.2 ULN2003引腳圖及功能ULN2003是高耐壓、大電流、內(nèi)部由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成的驅(qū)動(dòng)芯片 經(jīng)常在以下電路中使用，作為：顯示驅(qū)動(dòng)繼電器驅(qū)動(dòng)照明燈驅(qū)動(dòng)電磁閥驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等電路中。ULN2003的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓 下它 能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器 來 處理的數(shù)據(jù),ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能 夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行,ULN2003的封 裝采用DIP16或SOP16，ULN2003A在各種控制

32、電路中常用它作為驅(qū)動(dòng)繼電 器的芯片，其芯片內(nèi)部做了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管。ULN2003的輸出端允 許通過IC電流200mA，飽和壓降VCE約1V左右，耐壓BVCEO約為36V。輸出 電流大，故可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器（SSR ）等外接控制器件，也可直接驅(qū)動(dòng)低泡，ULN2003可以驅(qū)動(dòng)7個(gè)繼電器,具有高電壓輸出特性，并帶有共陰極 的續(xù)流二極管使器件可用于開關(guān)型感性負(fù)載。每對(duì)達(dá)林頓管的額定集電極電流是 500mA，達(dá)林頓對(duì)管還可并聯(lián)使用以達(dá)到更高的輸出電流能力,ULN2003A中每對(duì) 達(dá)林頓管的基極都串聯(lián)有一個(gè)2.7kQ的電阻，可直接與TTL或5V CMOS器件連 接。ULN2003可

33、以并聯(lián)使用，在相應(yīng)的OC輸出管腳上串聯(lián)幾個(gè)歐姆的均流電阻 后再并聯(lián)使用，防止陣列電流不平衡，在輸入口輸入高電平時(shí)，輸出口為低電平， 但是在輸入端輸入低電平時(shí)，輸出端怎么還是低電平，ULN2003A的輸出結(jié)構(gòu)是 集電極開路的，所以要在輸出端接一個(gè)上拉電阻，在輸入低電平的時(shí)候輸出才是 高電平。在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的時(shí)候，電流是由電源通過負(fù)載灌入U(xiǎn)LN2003A的。4.2外圍電路的設(shè)計(jì)4.2. 1時(shí)鐘電路單片機(jī)新片內(nèi)部設(shè)有一個(gè)由反方向放大器構(gòu)成的振蕩器反向放大器的輸出 端。在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元器件，內(nèi)部振蕩電路就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。 本系統(tǒng)采用的定時(shí)元件為石英晶體（晶振）和電容組成的并聯(lián)諧振回

34、路。晶振頻 率為6MHZ,電容大小為1530PF，電容的大小起到頻率微調(diào)的作用，時(shí)鐘電路如 圖4-2所示。I I3GnFXTALlXTAL2圖4-2時(shí)鐘電路圖復(fù)位電路AT89C51的復(fù)位時(shí)由外部的復(fù)位來實(shí)現(xiàn)的，復(fù)位電路通常采用商店復(fù)位和按 鈕復(fù)位兩種方式，本設(shè)計(jì)采用的是按鈕復(fù)位，其電路如圖4-3所示。本設(shè)計(jì)時(shí)鐘頻率為6MHz，電容22uF，電阻1K。測(cè)速電路測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的第一步就是要將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表示為單片機(jī)可識(shí)別的的脈 沖信號(hào)，從而進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，本模塊主要對(duì)兩種方法進(jìn)行論證及選擇。方案一：通過霍爾傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器和被測(cè)物體通州連接，機(jī)軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一定量的 脈沖個(gè)數(shù)，由霍爾器件電

35、路部分輸出?？刂朴?jì)數(shù)時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值 對(duì)應(yīng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速值。單片機(jī)將該值數(shù)據(jù)處理后，在數(shù)碼管上顯示出來。方案二：通過高精度光電編碼器碼盤從光電對(duì)管中間穿過，碼盤上與很多細(xì)線，細(xì)線將碼盤均勻的分開。本 系統(tǒng)采用的碼盤有48條阻隔線，所以電機(jī)每轉(zhuǎn)過7.5度系統(tǒng)就獲得一個(gè)脈沖。 經(jīng)由單片機(jī)信號(hào)處理后在數(shù)碼管上顯示。以上兩種方案中，方案一中的霍爾傳感器是比較常用的電子原器件。購買方 便使用簡(jiǎn)單。而方案二當(dāng)中的高精度光電編碼器精度要求較高，且不常用，所以 本課題采用方案一來實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的測(cè)速。速度檢測(cè)部分由霍爾傳感器和磁鋼組成。其結(jié)構(gòu)如圖4-4所示。圖4-4霍爾傳感器與磁鋼圖霍爾器件作為一種轉(zhuǎn)速

36、測(cè)量系統(tǒng)的傳感器，具有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、 壽命長、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳感器，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率的脈沖 信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理后計(jì)數(shù)器或其他的脈沖計(jì)數(shù)裝置，進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量。在實(shí)際使 用中，需要一個(gè)圓形塑料板，厚度大約4mm即可，將之固定在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速軸上所謂磁鋼，就是帶有磁性的鋼鐵。在傳感器檢測(cè)電路中將磁鋼嵌入固定到塑 料板上，而霍爾傳感器則放在轉(zhuǎn)軸旁邊?；魻杺鞲衅鬟B接在電路中，當(dāng)磁鋼隨轉(zhuǎn) 軸經(jīng)過霍爾傳感器時(shí)，由霍爾傳感器原理可知，此時(shí)將輸出一個(gè)低電平信號(hào)，而 當(dāng)磁鋼離開霍爾傳感器后，又輸出一個(gè)高電平。這樣通過高低電平的轉(zhuǎn)換，將其 送入單片機(jī)后就可以測(cè)量它的轉(zhuǎn)速。報(bào)警電路蜂鳴器俗稱喇

37、叭，是廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品的一種元器件，它用于提示、 報(bào)警、音樂等許多應(yīng)用場(chǎng)合。蜂鳴器與家用電器上面的喇叭在用法上也有相似的地方，通常工作電流比較 大，電路上的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，需要增加一個(gè)電流放大的電路才 可以，這一點(diǎn)與家用電器中的功放有相似之處。蜂鳴器的正極性的一端聯(lián)接到5V電源上面，另一端聯(lián)接到三極管的集電極， 三極管的基級(jí)由單片機(jī)的P1.5管腳通過一個(gè)與非門來控制，當(dāng)P1.5管腳為低時(shí)， 與非門輸出高電平，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。當(dāng) P1.5管腳為高時(shí)，與非門輸出低電平，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。在這 里與非門是作為非門來用的，這里采用一個(gè)非

38、門的作用是為了防止系統(tǒng)上電時(shí)峰 鳴器發(fā)出聲音，以為系統(tǒng)復(fù)位以后，I/O 口輸出的是高電平，用戶可以通過程序控制P1.5管腳的置低和置高來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。蜂鳴器的聲音大小及音調(diào)可以通過調(diào)整P1.5管腳的置高時(shí)間及輸出的波形 進(jìn)行控制，這一點(diǎn)可以在調(diào)試程序的時(shí)候來試驗(yàn)。顯示電路市場(chǎng)上比較多見的數(shù)碼管是LED數(shù)碼管，它有亮度高，售價(jià)低等特點(diǎn)。非常 適合本電路的制作。數(shù)碼管課分為共陰數(shù)碼管和共陽數(shù)碼管，其區(qū)分方法如下:用一個(gè)萬用表，將萬用表調(diào)至二極管檔（有個(gè)二極管符號(hào)的，也作通路檔使用）， 黑表筆接公共腳紅筆接任意非公共腳，若有某一段變亮則說明是共陽，反之如果 紅表筆接公共腳，黑表筆接任意非公

39、共腳，發(fā)現(xiàn)有某一段變亮則說明是共陰，本DS4設(shè)計(jì)中用到的是共陰數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管內(nèi)部構(gòu)造如圖4-5所示。DPY7-DP4-5陰極數(shù)碼顯示管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖它由8段發(fā)光二極管組成，可以顯示a-g為7個(gè)可發(fā)光段的不同組合，可以 顯示0-9這幾個(gè)數(shù)字。共陰極結(jié)構(gòu)把8個(gè)發(fā)光二極管陰極連在一起。其顯示數(shù)字 與斷碼之間關(guān)系如表4-1所示。顯示字符共陰極斷碼顯示字符共陰極斷碼03FH56DH106H682H25BH7F8H34FH87FH466H96FH表4-1數(shù)碼管斷碼顯示顯示電路如圖4-6所示。圖4-6顯示電路4.2.6 74HC573引腳圖及功能74HC573為八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，同時(shí)也是高性能硅門

40、CMOS器件 當(dāng)鎖存使能端為高時(shí)，這些器件的鎖存對(duì)于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。 當(dāng)鎖存使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存。輸出能直接接到 CMOS，NMOS和TTL接口上，操作電壓范圍：2.0V-6.0V，低輸入電流：1.0uA， CMOS器件的高噪聲抵抗特性，主要用于數(shù)碼管、按鍵等的控制。74HC573包含八路D型透明鎖存器，每個(gè)鎖存器具有獨(dú)立的D型輸入，以 及適用于面向總線的應(yīng)用的三態(tài)輸出。所有鎖存器共用一個(gè)鎖存使能（LE）端和 一個(gè)輸出使能（OE）端，當(dāng)LE為高時(shí)，數(shù)據(jù)從Dn輸入到鎖存器，在此條件下， 鎖存器進(jìn)入透明模式，也就是說，鎖存器的輸出狀態(tài)將會(huì)隨著對(duì)應(yīng)的D的

41、變化而改變。當(dāng)輸入每次LE為低時(shí)，鎖存器將存儲(chǔ)D輸入上的信息一段就緒時(shí)間，直 到LE的下降沿來臨，當(dāng)OE為低時(shí)，8個(gè)鎖存器的內(nèi)容可被正常輸出；當(dāng)OE為 高時(shí)，輸出進(jìn)入高阻態(tài)。OE端的操作不會(huì)影響鎖存器的狀態(tài)。作用如下：1.就是輸出既不是高電平，也不是低電平，而是高阻抗的狀態(tài)；在這種狀態(tài)下，可以多 個(gè)芯片并聯(lián)輸出；但是，這些芯片中只能有一個(gè)處于非高阻態(tài)狀態(tài)，否則會(huì)將芯片燒毀。2.當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)消失時(shí)，在芯片的輸出端,數(shù)據(jù)仍然保持，這個(gè)概念在并1918171615一14一1312行數(shù)據(jù)擴(kuò)展中經(jīng)常使用到。3.在數(shù)據(jù)緩沖方面可以加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，管腳圖如圖4-7所示。一|456789F圖4-7 74HC57

42、3管腳功能圖輸入輸出輸出使能鎖存使能DQLHHHLHLLLLX不變HXXZ表4-2 74HC573功能表X二不用關(guān)心；Z=高阻抗74HC573功能表如表4-2所示。1腳是輸出使能，11腳是鎖存使能，D是輸 入，Q是輸出，H是高電平，L是低/OE是1腳LE是11腳/OE接低電平，使芯 片內(nèi)部數(shù)據(jù)保持器輸出端與芯片8位輸出端之間連通。LE端的作用是通過高低 電平控制8位輸入與內(nèi)部數(shù)據(jù)保持器輸入端的連通與斷開。當(dāng)LE=0時(shí)，P0端 口的8位數(shù)據(jù)線與74HC573內(nèi)部數(shù)據(jù)保持器的輸入端斷開。當(dāng)LE=1時(shí)，P0端 口的8位數(shù)據(jù)線與74HC573內(nèi)部數(shù)據(jù)保持器的輸入端連通。電路原理圖見附錄I。第五章軟件電

43、路設(shè)計(jì)1 .定時(shí)服務(wù)程序本章重點(diǎn)闡述測(cè)量轉(zhuǎn)速的匯編語言，以及軟件設(shè)計(jì)的過程，軟件需要解決的 是單片機(jī)中斷程序的設(shè)計(jì)，計(jì)算程序的設(shè)計(jì)、顯示部分的程序的程序設(shè)計(jì)以及在 我們這里非重點(diǎn)介紹的通信程序設(shè)計(jì)。計(jì)算轉(zhuǎn)速公式(5-1)n=60/NTC(r/min)其中，N是內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，為三字節(jié)，分別由TH0、TLO、VTT構(gòu)成： TC為時(shí)基，由于采用11.0592M晶振，所以TC不再是1um，而是12M/11.0592約 為1.08um，代入上面公式，即可得到轉(zhuǎn)速精確計(jì)算公式N=60*11059200/12N=55296000/N（5-2）再將55296000轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制存入單片機(jī)的內(nèi)存單元，下面介

44、紹除數(shù)是如何 獲得的。單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量完成，定時(shí)器T0作為內(nèi)部定時(shí)器，外部中斷來的時(shí) 候讀取THO和TLO,使定時(shí)器再次循環(huán)計(jì)內(nèi)部脈沖。此外，對(duì)于低速情況下，我 們還要設(shè)計(jì)一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器VTT,當(dāng)外部中斷還沒來而內(nèi)部定時(shí)器已經(jīng)溢出，產(chǎn) 生定時(shí)器0中斷時(shí)，增加VTT，作為三字節(jié)中的高字節(jié)，三字節(jié)組成除數(shù)，上面 的常數(shù)為四字節(jié)，所以計(jì)算程序?qū)嶋H上就是調(diào)用一個(gè)四字節(jié)除三字節(jié)商為兩字節(jié) 的程序。為了數(shù)碼管能夠顯示出來，需將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，再將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成非 壓縮BCD碼后，才能調(diào)用查表程序，最后送給顯示電路10。定時(shí)服務(wù)程序由于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能是將霍爾傳感器的信號(hào)送到單片機(jī)的外 部中斷口

45、，再對(duì)周期方波進(jìn)行內(nèi)部計(jì)數(shù)，調(diào)用計(jì)算程序把轉(zhuǎn)速測(cè)出來，可以說是 核心部分，該程序主要是完成10ms的定時(shí)任務(wù)，并且對(duì)變量buf-min進(jìn)行加一 處理，其中在對(duì)T0進(jìn)行賦初始值時(shí)，選擇為10236而不是10000o主要是c語 言在經(jīng)過反匯編后，一條c語句將會(huì)編譯成幾條語句，這樣就增加了指令執(zhí)行的 時(shí)間，使定時(shí)產(chǎn)生誤差，而在經(jīng)過多次調(diào)試后，選擇10236為T0初始值最接近 10ms。定時(shí)服務(wù)程序流程圖如圖5-1所示。進(jìn)入定時(shí)中斷圖5-1定時(shí)服務(wù)程序流程圖2 .脈沖計(jì)數(shù)程序該程序思路是給定的10ms支內(nèi)，用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器T1對(duì)外部脈沖進(jìn)行 計(jì)數(shù)。該流程圖如圖5-2所示。圖5-2脈沖計(jì)數(shù)流程圖匯編

46、語言源程序見附錄II。第六章系統(tǒng)調(diào)試1.硬件調(diào)試電路調(diào)試是是整個(gè)系統(tǒng)功能能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個(gè)調(diào)試過程分為 三大部分，硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、綜合調(diào)試。硬件調(diào)試主要是針對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的單片機(jī)硬件電路分別進(jìn)行調(diào)試，這一部 分硬件調(diào)試主要分成兩大塊：上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試。上電前調(diào)試：在上電前，必須保證電路中不存在斷路或短路的情況，這一工 作是整個(gè)調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一步，在這部分調(diào)試中主要使用的 是萬用表，用來完成檢測(cè)電路中是否存在短路或斷路情況等，特別是數(shù)碼管連接 部分，有PROTEL制作的PCB確保要和原理圖一致，有些電路板上沒法連接線路， 要用短接線接好，對(duì)照著原理圖部

47、分，一部分一部分用萬用表測(cè)量，注意焊點(diǎn)之 間，確定焊點(diǎn)沒有短接在一起，同時(shí)注意焊點(diǎn)的美觀，確保沒有開路以及斷路的 現(xiàn)象出現(xiàn)。上電后的調(diào)試：在確保硬件電路正常，無異常情況方可上電調(diào)試，上電調(diào)試 目的是檢驗(yàn)電路是否接錯(cuò)，同時(shí)還要檢驗(yàn)原理是否正確，在本次課題設(shè)計(jì)中，上 電調(diào)試主要對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的單片機(jī)控制部分、數(shù)碼管點(diǎn)亮部分、和上位機(jī)通信 的電平轉(zhuǎn)換和出口通信部分的硬件調(diào)試。單片機(jī)控制部分硬件調(diào)試：這一部分調(diào)試主要是檢測(cè)時(shí)鐘電路、復(fù)位電路是 否接對(duì)，單片機(jī)的電源以及地是否接好，以及其它的一些管腳的接法，看單片機(jī) 通電后是否能正常工作等一系列問題。接上電源，使電路通電，檢查各個(gè)芯片上 的工作電壓是否正

48、常供電，以保證芯片正常工作?；魻杺鞲衅?腳電壓為5V、 AT89C51的1腳31腳電壓均為5V、uln2003的9腳電壓5V則一切正常。數(shù)碼管LED電路調(diào)試：由于數(shù)碼管采用的是動(dòng)態(tài)掃描的方式點(diǎn)亮的，數(shù)碼管 的公共端接在74HC573驅(qū)動(dòng)再接到單片機(jī)的P2 口作為位選信號(hào)，字型是接在P0 口，電路上電檢查74HC573是否接上電源和地讓其正常工作，在這一前提下，查 看數(shù)碼管能否點(diǎn)亮，只需要接仿真機(jī)上編寫一個(gè)小程序讓4位LED全亮，或者讓 它們其中某個(gè)亮，也可以顯示不同的數(shù)字，根據(jù)要求給P0 口、P2 口分別賦值。 即可檢查數(shù)碼管硬件電路是否正確，即可判斷顯示驅(qū)動(dòng)電路整個(gè)完整首先排除這 里的故障。

49、6.1軟件調(diào)試單片機(jī)程序調(diào)試思路：主要應(yīng)用LCA51來完成，這一部分工作首先將轉(zhuǎn)速測(cè) 量系統(tǒng)中的各個(gè)模塊調(diào)試，不斷調(diào)試，不斷修改直到正確為止，LCA軟件是一種 非常實(shí)用的多窗口編輯、調(diào)試軟件。調(diào)試過程如下：整個(gè)程序是一個(gè)主程序調(diào)用各個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程， 要使主程序和整個(gè)程序都能平穩(wěn)運(yùn)行，各個(gè)模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運(yùn)行必不 可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個(gè)子程序進(jìn)行分別調(diào)試。首先要對(duì)計(jì)算程序進(jìn)行調(diào)試，其中關(guān)鍵就是那個(gè)四字節(jié)除三字節(jié)的程序顯得 尤為重要，在整個(gè)程序中，四字節(jié)的被除數(shù)是確定的數(shù)，而除數(shù)是測(cè)量計(jì)數(shù)的值， 當(dāng)各個(gè)模塊調(diào)試時(shí)，我們可以先對(duì)除數(shù)賦值，利用查看內(nèi)部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)窗口觀

50、察 并計(jì)算出來的結(jié)果和用計(jì)算器算的結(jié)果是否一致。其次是二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，我們可以用上述舉例方法，多次給出數(shù)據(jù)， 然后運(yùn)行程序，可以設(shè)置觀察變量，觀察出程序轉(zhuǎn)換的結(jié)果。最后觀察30H-40H內(nèi)部的數(shù)據(jù)，緩沖數(shù)據(jù)的觀察檢查完畢后，調(diào)用顯示程序， 觀察數(shù)碼管上顯示的數(shù)據(jù)是否是內(nèi)存緩沖中需要顯示的數(shù)據(jù)。6.2綜合調(diào)試在硬件和軟件單獨(dú)調(diào)試成功后進(jìn)行軟硬件綜合調(diào)試，它可以分成以下幾 個(gè)步驟：使霍爾傳感器有方波信號(hào)輸出；使單片機(jī)獲得中斷信號(hào)，計(jì)算出轉(zhuǎn)速值并儲(chǔ)存；通過LED數(shù)碼管把測(cè)量的數(shù)據(jù)顯示出來；在超速或低速會(huì)停止電動(dòng)機(jī)，蜂鳴器是否發(fā)音。6.4故障分析與解決方案故障出現(xiàn)情況霍爾傳感器不能產(chǎn)生有效的TT

51、L電平，產(chǎn)生波形不穩(wěn)；單片機(jī)的中斷服務(wù)程序不能執(zhí)行，不管是定時(shí)中斷還是外部中斷；中斷執(zhí)行低速情況也就是軟件計(jì)數(shù)功能不對(duì)；測(cè)得的轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)確，而且在波形頻率變化下顯示轉(zhuǎn)速卻不變；單片機(jī)顯示部分無法工作，顯示不穩(wěn)定；信號(hào)發(fā)生器模擬轉(zhuǎn)速測(cè)量正確，按電機(jī)不穩(wěn)定；通信時(shí)單片機(jī)接收數(shù)據(jù)不正常，PC機(jī)接收亂碼。解決方案硬件電路中霍爾傳感器工作在5V電壓，中間引腳接地，數(shù)據(jù)線接單片機(jī) 的外部中斷0,在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上還要貼上一些磁鋼，利用霍爾效應(yīng)產(chǎn)生方波，利 用萬用表檢查時(shí)接5V和地的PCB上的線都?jí)牧耍匦掠镁€接在電路板上，當(dāng)波 形出來后，顯示的波形不穩(wěn)，而且不夠理想，后來在信號(hào)線與地之間接了 472 的瓷片電容

52、濾波，波形得到了大大改善。首先檢查程序的開頭，中斷入口地址，發(fā)現(xiàn)中斷定時(shí)0的地址寫成中斷 定時(shí)1的入口地址，外部中斷沒有執(zhí)行跟沒有中斷信號(hào)加入有關(guān)系，在前面沒有 解決的時(shí)候，我們暫時(shí)用信號(hào)發(fā)生器來代替外部中斷9輸入，由于中斷執(zhí)行我們 無法知道，可以用設(shè)置中斷點(diǎn)的方法或者利用濾波器，在終端服務(wù)程序中重新編 寫一些程序觀察單片機(jī)的某一輸出口的波形變換或者中斷程序中讓數(shù)碼管點(diǎn)亮 等直觀可以看到的方法來檢查中斷的執(zhí)行情況。中斷服務(wù)程序中程序設(shè)計(jì)有問題，要先讀取反應(yīng)轉(zhuǎn)速的TH0、TLO,再去 清0，軟件記數(shù)的高字節(jié)VTT應(yīng)該在定時(shí)中斷0中的服務(wù)程序自增的，同時(shí)清TH0、 TLO,在外部中斷程序中要讀取三

53、字節(jié)的記數(shù)值后同時(shí)清三個(gè)計(jì)數(shù)器，再從中斷返 回。在確定轉(zhuǎn)速計(jì)算程序的正確性的條件下出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)確，就是在調(diào)用 轉(zhuǎn)換程序時(shí)出現(xiàn)了問題，觀察程序時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)用子程序是傳送的參數(shù)不對(duì)，再用寄 存器R時(shí)候出現(xiàn)了重復(fù)現(xiàn)象，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)了混亂，在波形頻率改變而轉(zhuǎn) 速不改變由于在調(diào)用顯示程序時(shí)候再調(diào)用之后再顯示這里死循環(huán)，不能適時(shí)進(jìn)行 計(jì)算了。由于顯示部分的程序是動(dòng)態(tài)顯示，是一位一位的顯示，在為選信號(hào)這里 出現(xiàn)了問題，在左移的時(shí)候出現(xiàn)了問題，以及顯示完一個(gè)字型后調(diào)用的延時(shí)時(shí)間 不合理導(dǎo)致顯示不穩(wěn)定，出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，改變時(shí)間到1毫秒左右就差不多了。后來在接信號(hào)發(fā)生器時(shí)候要是接正弦波時(shí)候一樣發(fā)生不穩(wěn)定跳轉(zhuǎn)現(xiàn)象

54、， 由此可以推斷，在傳感器輸入的信號(hào)不是理想方波，而且電平值不夠大，所以在 霍爾傳感器信號(hào)輸出端接濾波電容以及一個(gè)10K的上拉電阻就可以解決問題了。第七章結(jié)論本設(shè)計(jì)完成了以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定及數(shù)據(jù)顯示控制系 統(tǒng)，對(duì)轉(zhuǎn)速范圍在0-3000r/min的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)或交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè) 量并顯示，轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)顯示精度要達(dá)到轉(zhuǎn)速個(gè)位數(shù)，有轉(zhuǎn)速高、低限報(bào)警提示。精 度也在0.1%，都達(dá)到了比較理想狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能以及要求，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量主要是各個(gè)模 塊的設(shè)計(jì)，定時(shí)器計(jì)數(shù)功能、以及LED驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)可通過編程控制外圍部件， 能實(shí)現(xiàn)較高的自動(dòng)化程度，以它為系統(tǒng)核心的控

55、制模塊可實(shí)現(xiàn)主從控制，完成預(yù) 定任務(wù)。本設(shè)計(jì)主要研究直流電機(jī)的控制和測(cè)量方法，效率高，電路簡(jiǎn)單，使用也比 較廣泛，測(cè)速系統(tǒng)采用集成霍爾傳感器敏感速率信號(hào)，具有頻率響應(yīng)快、抗干擾 能力強(qiáng)等特點(diǎn)。從而對(duì)電機(jī)的控制精度、響應(yīng)速度以及節(jié)約能源等都具有重要意 義。參考文獻(xiàn)唐介.電機(jī)與拖動(dòng)M.北京：高等教育出版社，2003.陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.成輝.傳感器的理論與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及其應(yīng)用.北京：國防工業(yè)出版社，1999.胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M.北京：清華大學(xué)出版社，1996.楊靖.單片機(jī)控制的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 機(jī)床電路2008.樓然苗，李光飛.51單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)

56、例M.北京：航空航天大學(xué)出版社， 2001.致 謝在剛剛拿到論文題目的情況下，我毫無頭緒，后來去圖書館翻閱相關(guān)書籍， 上網(wǎng)查看資料。在指導(dǎo)我們過程中，楊海榮老師不惜辛苦，專注地給我們講解， 在她指導(dǎo)下我終于完成學(xué)校交給我們的任務(wù)，我表示衷心感謝。同時(shí)我還要感謝 在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友，深深的 領(lǐng)悟到一點(diǎn)：大學(xué)三年僅僅是個(gè)開始，在論文實(shí)踐中還有很多不懂的地方，日后 還需更加努力學(xué)習(xí)。cc匚r- FFFP匯編語言源程序；按P3.0鍵開始，P3.1鍵停止，P3.2鍵復(fù)位，脈沖輸入端為P3.5;超速或速度過低都會(huì)停止電動(dòng)機(jī)，蜂鳴器發(fā)音，顯示器不顯示ORG0000

57、HSJMPMAINORG000BH；定時(shí)器0中斷LJMPDVTOORG001BH；定時(shí)器1中斷LJMPDVT1ORG0030HMAIN： MOVSP， #50HCLRP1.0MOV31H，#0；存計(jì)數(shù)值單元MOV30H，#0MOV7AH，#11H；定義緩沖區(qū)MOV7BH，#11HMOV7CH，#11HMOV7DH，#11HMOV01H，#14MOVTMOD，#51H；定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式MOVTH0，#0DBH；定時(shí)器初值MOVTL0， #0F0HMOVTH1,#0;計(jì)數(shù)器初值MOVTL1,#0LOP1：LCALLDISPLAY;調(diào)顯示子程序LCALLKEY;調(diào)鍵盤掃描子程序CJNEA, #00H, LOP2LOP2：JNC LOP1;沒鍵按下轉(zhuǎn)LOP1CJNEA,#00H, LO