直流電動(dòng)機(jī)多參數(shù)測(cè)量電路設(shè)計(jì)

1、 直流電動(dòng)機(jī)多參數(shù)測(cè)量電路設(shè)計(jì) 直流電動(dòng)機(jī)多參數(shù)測(cè)量電路設(shè)計(jì)摘 要當(dāng)今,電機(jī)各參數(shù)測(cè)量在故障保護(hù)系統(tǒng)不可或缺。在實(shí)現(xiàn)靈活控制，可靠性高的基礎(chǔ)上，對(duì)參數(shù)檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)過電流、欠電壓和缺相的保護(hù)，用于故障檢測(cè)和數(shù)字精密控制占有十分重要的地位，為電機(jī)提供一個(gè)空間。本文設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)測(cè)量直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)的電路，能夠?qū)崿F(xiàn)直流電機(jī)的電樞電壓、電樞電流和轉(zhuǎn)速的自動(dòng)檢測(cè)和顯示功能。本系統(tǒng)采用帶有A/D轉(zhuǎn)換的STC12C560S2單片機(jī)作為核心部件，采用LEM電流傳感器采集電機(jī)的電樞電流，LEM電流傳感器的輸出為0-5V模擬電壓，可以直接與單片機(jī)接口；采用數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量電機(jī)軸的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，既可以滿足電機(jī)轉(zhuǎn)軸的高速測(cè)

2、量精度，又可以滿足電機(jī)轉(zhuǎn)軸的低速測(cè)量精度。電路結(jié)構(gòu)簡單,安裝調(diào)試方便,測(cè)量結(jié)果精確，具有很高的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：直流電動(dòng)機(jī)； STC12C560S2； LEM電流傳感器DC motor multi-parameter measurement circuit designABSTRACTR Today, the electrical parameters measured at fault protection system is indispensable. In the flexible control, high reliability, based on the detection pa

3、rameters to achieve the over-current, under-voltage protection and phase for fault detection and precision digital control occupies a very important position, to provide a space for the motor. This paper presents a direct current motor parameters automatically measurement circuit can be achieved arm

4、ature voltage DC motor armature current and speed of automatic detection and display functions. The system uses with A / D conversion STC12C560S2 microcontroller as the core components, use LEM current sensors collect the motor armature current, output LEM current sensor is 0-5V analog voltage or di

5、rectly interface with the microcontroller; digital rotary encoder measuring motor shaft speed in real time, both to meet the motor shaft speed measurement accuracy, but also to meet the low-speed measurement accuracy of the motor shaft. Circuit structure is simple, easy installation, accurate measur

6、ement results with high practical value.Keywords: DC motor; STC12C560S2; LEMcurrent sensors 目 錄一、緒論11.1 研究背景及意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3項(xiàng)目研究內(nèi)容2二、總體方案設(shè)計(jì)32.1 設(shè)計(jì)技術(shù)要求32.2 系統(tǒng)組成32.3 系統(tǒng)工作原理32.4 主要模塊的方案選擇32.4.1電流傳感器的選擇42.4.2旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇42.4.3單片機(jī)的選擇62.4.4顯示模塊7三、硬件電路設(shè)計(jì)83.1單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)83.2電壓和電流測(cè)量電路設(shè)計(jì)93.3旋轉(zhuǎn)編碼器接口電路103.5總圖14四、系統(tǒng)的

7、軟件設(shè)計(jì)154.1程序設(shè)計(jì)154.1.1數(shù)據(jù)處理子程序154.2 報(bào)警子程序194.2.1報(bào)警子程序214.2.2顯示子程序服務(wù)程序22結(jié)論24附錄26致謝27一、緒論1.1 研究背景及意義電機(jī)的使用和我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，不僅被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)部門、運(yùn)輸部門、航空部門、醫(yī)療部門。而且還在商務(wù)與辦公設(shè)備和家用電器中發(fā)揮著重要的作用。電機(jī)不僅可以用于電能的生產(chǎn)，而且也是電能應(yīng)用的主要形式，而電機(jī)的各種參數(shù)更是讓不同的電機(jī)別具一格，電機(jī)的多種參數(shù)的測(cè)量便可讓我們直觀了解。在現(xiàn)代化技術(shù)日益發(fā)展的今天，為了提高生產(chǎn)效率，發(fā)展生產(chǎn)，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)也加速了進(jìn)行現(xiàn)代化改造的步伐。改造離不開一些現(xiàn)代化手段，我們可以

8、利用先進(jìn)的技術(shù)，科學(xué)有效的改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)其進(jìn)行精確測(cè)量，在此基礎(chǔ)上使用數(shù)碼顯示和超速報(bào)警裝置，控制和測(cè)量生產(chǎn)生活中的一些旋轉(zhuǎn)設(shè)備、儀器用品的速度，從而使生產(chǎn)生活更加便捷。電動(dòng)機(jī)多參數(shù)的測(cè)量不僅可以更好的進(jìn)行數(shù)字控制，還可以對(duì)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，測(cè)量電壓、電流和轉(zhuǎn)速可以直觀看出電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于故障檢測(cè)和數(shù)據(jù)測(cè)量了具有很好的控制效果，利用單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字報(bào)警等功能，為實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行做出重要貢獻(xiàn)。電機(jī)工作電壓，電流以及電網(wǎng)電壓的監(jiān)測(cè)是電機(jī)正常運(yùn)行的保證，而多參數(shù)測(cè)量精準(zhǔn)更是影響系統(tǒng)的控制，這關(guān)系實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能的應(yīng)用，科學(xué)有效的對(duì)電機(jī)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)了解。通過研究電機(jī)參數(shù)測(cè)量，我們也更

9、加全面的了解了參數(shù)測(cè)量電路是怎樣進(jìn)行連接的，以及其中用的到的諸如：TMS320X240單片機(jī), 8X190SC單片機(jī)，AT8051單片機(jī)等芯片的功能及其各個(gè)引腳的功能，充分的體現(xiàn)了理論與實(shí)踐結(jié)合，給我們畢業(yè)后走向社會(huì)，做了進(jìn)一步的準(zhǔn)備。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20世紀(jì)80年代后期，隨著人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，直流電機(jī)參數(shù)測(cè)量走進(jìn)自動(dòng)控制時(shí)代，無疑問正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及高安全性等高科技的方向迅速發(fā)展。我國加入WTO后，電機(jī)行業(yè)面臨著巨大競爭壓力和挑戰(zhàn)，高效利用電機(jī)和使用電機(jī)并熟悉電機(jī)的參數(shù)是非常必要的，開發(fā)我國高校電機(jī)是非常必要的，這也是我國趕上國際水平和推進(jìn)行業(yè)技術(shù)

10、的進(jìn)步的需要。隨著科技的發(fā)展故障智能檢測(cè)發(fā)展也成為信息處理的一大關(guān)鍵，我國也在1997年成立中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)技術(shù)故障診斷協(xié)會(huì)。說明對(duì)電機(jī)參數(shù)檢測(cè)越來越精細(xì)和深入。自動(dòng)控制和人工智能發(fā)展無疑不能離開電機(jī)多參數(shù)精確測(cè)量，為此研究電動(dòng)機(jī)多參數(shù)測(cè)量和電路設(shè)計(jì)具有重要的意義。1.3項(xiàng)目研究內(nèi)容 系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、工作電壓、工作電流及三個(gè)參數(shù)，并顯示各個(gè)參數(shù)的檢測(cè)結(jié)果。并具有超限報(bào)警功能。二、總體方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)技術(shù)要求1.轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍： 01000r/min , 報(bào)警限值：750850r/min2.工作電壓測(cè)量范圍：0250V, 報(bào)警限值：200240V3.工作電流測(cè)量范圍：0200A,

11、報(bào)警限值：90110A2.2 系統(tǒng)組成直流電動(dòng)機(jī)多參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)主要由電壓的測(cè)量、電流的測(cè)量、轉(zhuǎn)速的測(cè)量三個(gè)測(cè)量部分，以及STC12C5A60S2單片機(jī)和顯示、報(bào)警六個(gè)模塊組成。系統(tǒng)的組成框圖如圖2.1所示。 圖2.1 系統(tǒng)的組成框圖 2.3 系統(tǒng)工作原理直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓采用電阻分壓電路獲取電壓測(cè)量模擬信號(hào)，電動(dòng)機(jī)電流測(cè)量采用電流傳感器，轉(zhuǎn)速檢測(cè)采用旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器輸送數(shù)字信號(hào)與單片機(jī)直接相連，顯示電路可以實(shí)時(shí)顯示直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓、電樞電流以及轉(zhuǎn)速值，當(dāng)量程高與上限或低于下限時(shí)，單片機(jī)會(huì)輸出報(bào)警信號(hào)，起動(dòng)報(bào)警電路工作。2.4 主要模塊的方案選擇 2.4.1 電流傳感器的選擇直流電動(dòng)

12、機(jī)的電樞電流測(cè)量選擇LEM電流傳感器。當(dāng)今，環(huán)境保護(hù)是世界范圍內(nèi)最重要的問題之一。低成本、高性能、體積小、5V供電是環(huán)境保護(hù)對(duì)電力行業(yè)的基本要求。LEM是電流測(cè)量控制、監(jiān)控、保護(hù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，其在驅(qū)動(dòng)、不間斷電源、開關(guān)電源、功率變化電源等領(lǐng)域有著豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。 LEM電流傳感器，具體型號(hào)有LTS6-NP、LT4000-L和LA200-P電流傳感器等等，本文選擇型號(hào)為LTS6-NP電流傳感器，因?yàn)楣╇婋妷簽?-5V，所以為了滿足量程需要和性能需求選擇LTS6-NP滿足需求?；魻栭]環(huán)電流傳感器 輸出2.50.625V 供電電壓5V 精度0.2% 頻率范圍0-200KHZ 溫度范圍-40-+85

13、響應(yīng)時(shí)間100nS PCB 安裝 圖2.2電流傳感器2.4.2 旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇圖2.3旋轉(zhuǎn)編碼器光電式旋轉(zhuǎn)編碼器是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角的裝置。當(dāng)這種裝置與電動(dòng)機(jī)相互連接時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)碼盤來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，然后發(fā)出轉(zhuǎn)速還有其轉(zhuǎn)角的信號(hào)；旋轉(zhuǎn)編碼器一般分為絕對(duì)式和增量式兩種形式。一一個(gè)光柵數(shù)為N的碼盤，其轉(zhuǎn)速分辨率就是1N，經(jīng)常使用光柵數(shù)為1024、2048、4096等的旋轉(zhuǎn)編碼器。在此基礎(chǔ)上增加光柵的數(shù)量會(huì)加大旋轉(zhuǎn)編碼器的成本和制造難度。而使用倍頻電路則可以避免增加旋轉(zhuǎn)編碼器的光柵數(shù)量，同時(shí)還可以提高分辨率，但如果倍頻電路的倍頻過大實(shí)現(xiàn)起來比較困難，所以我們一般使用四倍頻電路。通常使用旋轉(zhuǎn)編碼

14、器來實(shí)現(xiàn)數(shù)字測(cè)速方法可以分為三種：M法、T法、和MT法M法測(cè)速：在時(shí)間T內(nèi)對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)M進(jìn)行測(cè)量，并由此算出這段時(shí)間內(nèi)地額平均轉(zhuǎn)速，這種計(jì)算方法稱為M法測(cè)速，如圖2.4所示。 圖2.4 M法測(cè)速T法測(cè)速：在編碼器連續(xù)的兩個(gè)輸出脈沖的時(shí)間間隔以內(nèi)，使用計(jì)算器來記錄頻率為f的高頻時(shí)鐘脈沖的數(shù)量，并用這個(gè)方法來計(jì)算轉(zhuǎn)速，這種測(cè)速方法就叫做T法測(cè)速。本文使用的是T法測(cè)速，如圖2.5所示 圖2.5 T法測(cè)速旋轉(zhuǎn)編碼器是被用來測(cè)量轉(zhuǎn)速的。其功能可以簡單劃分成單路輸出、雙路輸出的形式。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個(gè)到幾千個(gè)都有），還有電壓等等。單路形式的輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的是以一組脈沖的形式

15、進(jìn)行響應(yīng)，然而雙路形式的旋轉(zhuǎn)編碼器則可以響應(yīng)兩組相位差90度的脈沖信號(hào)，由于這兩組脈沖即可以用來測(cè)量轉(zhuǎn)速，又可以被用來檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的方向。本為采用的是PALDISS系列旋轉(zhuǎn)編碼器如圖2.6所示 圖2.6 PALD6615-256-C05E旋轉(zhuǎn)編碼器外觀2.4.3單片機(jī)的選擇首先介紹單片機(jī)STC12C5A60S2。1. 增強(qiáng)型8051CPU,1T(1024G),單時(shí)鐘/機(jī)器周期2. 工作電壓5.5-3.5V3. 1280字節(jié)RAM4. 通用I/O口，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不

16、要超過120mA5. 有EEPROM功能6. 看門狗7. 內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路8. 外部掉電檢測(cè)電路9. 時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機(jī)為：1117MHZ3.3V 單片機(jī)為：812MHZ10. 4個(gè)16位定時(shí)器兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，16位定時(shí)器T0和T111. 3個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時(shí)鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時(shí)鐘，獨(dú)立波特率發(fā)生器可以在P1.0口輸出時(shí)鐘12. A/D轉(zhuǎn)換，10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S因?yàn)樵撓盗袉纹瑱C(jī)內(nèi)部具有8路高速10位A/

17、D轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合，轉(zhuǎn)換速度能達(dá)到250K/S的特點(diǎn)，所以本文選擇STC12C5A60S2單片機(jī)。2.4.4 顯示模塊LCD具有顯示質(zhì)量高，沒有電磁輻射，可視面積大，應(yīng)用范圍廣，畫面效果好，并且具有數(shù)字式接口的特點(diǎn)本系統(tǒng)采用的LCD為RT-1602C，其主要引腳的功能如下：RS：是一種命令和數(shù)據(jù)選擇端，當(dāng)用高電平的時(shí)候用來選擇作為數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)用來選擇作為指令寄存器，RW：被稱為讀取輸寫選擇性輸入端，用高電平來讀取操作指令，然而低電平時(shí)可用來進(jìn)行寫操作，當(dāng)RS和RW同時(shí)作為低電平的時(shí)候，用來輸入指令或者用來顯示地址；當(dāng)RS被用作為低電平、RW被作為高電平時(shí)的時(shí)候，進(jìn)行讀忙信

18、號(hào)；使用RS為高電平、RW為低電平的時(shí)候，被用來寫入數(shù)據(jù)，E：使能端，在E端是高電平跳向低電平的時(shí)候，液晶模塊開始執(zhí)行命令。三、硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)STC52C1260引腳圖: 圖3.1單片機(jī)引腳圖單片機(jī)各引腳說明見附錄晶振電路：晶振在使用過程中，可以用一個(gè)電容和電阻材料并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容，構(gòu)成二端網(wǎng)絡(luò)，學(xué)術(shù)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)是由兩個(gè)諧振點(diǎn)構(gòu)成的，把頻率自身的高低來劃分，比較低的頻率被叫做串聯(lián)諧振，比較高的頻率被叫做并聯(lián)諧振；因?yàn)榫w它本身的性質(zhì)導(dǎo)致這兩個(gè)頻率的距離幾乎的接近，在這個(gè)特別窄的頻率范圍之內(nèi)，晶振可以等效為一種把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來的裝置，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的

19、電容它就以組成聯(lián)電路。連接如圖3.2 圖3.2晶振電路晶振電路與單片機(jī)連接如圖3.3 圖3.3晶振電路與單片機(jī)接口連接圖3.2 電壓和電流測(cè)量電路設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓量程0-250V范圍內(nèi)采用電阻分壓電路輸出0-5V模擬電壓送給單片機(jī)P0直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流量程0-200A的范圍內(nèi)經(jīng)過LEM電流傳感器輸出0-5V模擬電壓給單片機(jī)P1口。輸入電壓的測(cè)量在0-250V范圍內(nèi)，輸出電壓為0-5V，考慮到最大電壓的測(cè)量值是250V時(shí)，分壓電路的分流電流為5mA,所以選取總電阻50K左右,分壓電阻如圖所示，分別為R1和R2，R2應(yīng)選取總電阻的1/50，所以選R2為1.1K，R1為51K。電壓測(cè)量輸出

20、在分壓電阻R1、R2中間輸出線送給單片機(jī)接口相連。電流測(cè)量經(jīng)過LEM電流傳感器，輸入電樞電流測(cè)量在0-200A范圍內(nèi)，輸出電壓為0-5V，輸出端與單片機(jī)接口相連，電壓和電流測(cè)量電路如圖3.2所示。 圖3.4電壓、電流測(cè)量電路3.3旋轉(zhuǎn)編碼器接口電路旋轉(zhuǎn)編碼器旋是被用來測(cè)量轉(zhuǎn)速裝置。它可以分成單路和雙路兩種輸出方式。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個(gè)到幾千個(gè)都有），和供電電壓等。單路的輸出可以理解成旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是由一種脈沖組成的，然而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差九十度的脈沖，比較這兩組脈沖不僅可以測(cè)量轉(zhuǎn)速，還可以了解其旋轉(zhuǎn)的方向。本為采用的是PALDISS系列旋轉(zhuǎn)編碼器表3.1 機(jī)械參數(shù)

21、電源電壓DC（V） 輸出形式輸出碼制 放大整形 分割數(shù)50.5電壓自然二進(jìn)制碼有256表3.2 機(jī)械參數(shù)允許最大機(jī)械轉(zhuǎn)數(shù)啟動(dòng)力矩（25）允許軸負(fù)載徑向軸向200r/min1.510-2Nm100N10N表3.3 環(huán)境參數(shù)工作環(huán)境儲(chǔ)存溫度耐振動(dòng)耐沖擊構(gòu)造防護(hù)等級(jí)重量-20+50-30+7030m/ S2（10200Hz）（X、Y、Z三個(gè)方向各2小時(shí)）30m/ S2（X、Y、Z三個(gè)方向各2次）防塵IP540.9KG（電纜除外）旋轉(zhuǎn)編碼器與單片機(jī)連接電路圖如圖3.5圖3.5旋轉(zhuǎn)編碼器與單片機(jī)接口圖表3.4 接線表航空插頭腳位電纜顏色輸出功能備注1淺藍(lán)色八位2進(jìn)制碼的第1位 最低位單圈基礎(chǔ)碼（每轉(zhuǎn)脈沖

22、）2深藍(lán)色八位2進(jìn)制碼的第1位3紫色八位2進(jìn)制碼的第1位4橙色八位2進(jìn)制碼的第1位5灰色八位2進(jìn)制碼的第1位6綠色八位2進(jìn)制碼的第1位7黃色八位2進(jìn)制碼的第1位8淺紫色八位2進(jìn)制碼的第1位17紅色編碼器電源DC5V18黑色編碼器0V（地線）19白色清0（用于0位設(shè)定）外部輸入530V正脈沖其余腳 空腳3.4顯示電路1602液晶顯示器有裝有背部光線顯示和背部無光線顯示兩種方式的功能，主要的控制裝置基本是由 HD44780構(gòu)成的，具有背部光線顯示的相對(duì)不帶背光 的厚，不過他們?cè)趹?yīng)用方面中并無差別。1602液晶顯示器 模塊最佳工作電壓為5V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm 引腳功能說明 16

23、02LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14腳（無背光）或 16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明所示: 第 1 腳：VSS 為地電源；第 2 腳：VDD接 5V正電源；第 3 腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度；第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器； 第 5 腳：R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作；當(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 R

24、/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)； 第 6 腳：E端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令； 第 714腳：D0D7為 8 位雙向數(shù)據(jù)線；第 15腳：背光源正極； 第 16腳：背光源負(fù)極2。LCD與單片機(jī)連接如圖 圖3.6 LCD與單片機(jī)連接圖3.5總圖圖3.7 總電路連接圖四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)部分可以劃分為LCD軟件編寫構(gòu)建顯示電路、外部中斷程序控制、報(bào)警信號(hào)電路傳輸與控制、在整個(gè)體系中使用的變老以全局變量形式，并提供主程序來進(jìn)行調(diào)試和使用，以此來完成程序的顯示。主程序流程圖如下開始初始化LCD顯示數(shù)據(jù)處理LCD顯示各參數(shù)報(bào)警參數(shù)處理NY各參數(shù)是否超過上下限 圖4.1

25、主程序4.1程序設(shè)計(jì)4.1.1 數(shù)據(jù)處理子程序1.中值濾波子程序中值濾波被用來清除障礙信號(hào)。把數(shù)次采樣所獲得的值進(jìn)行依次排列，其平均值作為結(jié)果。通過第一次循環(huán)使最大的數(shù)“沉底”，通過第二次循環(huán)又使次大的數(shù)“沉底”，按照此排列，直到所有數(shù)據(jù)都按從小到大順序排列。小循環(huán)計(jì)數(shù)器為R4，由4次逐漸減少至1次。另外，由于需對(duì)4組數(shù)據(jù)進(jìn)行排列，所以又設(shè)置了第三重循環(huán)，循環(huán)計(jì)數(shù)器為R2(為4次)。當(dāng)每組數(shù)據(jù)排序完后，將7CH的內(nèi)容加5，使之指向下一組數(shù)據(jù)的首址，直至4組數(shù)據(jù)均排序完后，又將7CH單元重置50H。2.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換A子程序(CHAA) 現(xiàn)以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為例，設(shè)濾波結(jié)果為X，其變化范圍為00HFFH(為

26、下面演算方便起見，設(shè)為00H100H，誤差小于千分之四)，而設(shè)其轉(zhuǎn)換結(jié)果為01000r/min，顯然，兩者之間有如下比例關(guān)系： 則有： 也即當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的濾波結(jié)果為X時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)的工程量為X乘以7DH，再除以25。同樣，對(duì)于工作電壓、工作電流、電網(wǎng)電壓，分別有如下計(jì)算公式：由此可知，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換A子程序的程序設(shè)計(jì)思想是：先將濾波結(jié)果乘以一個(gè)系數(shù)，得到一個(gè)雙字節(jié)數(shù)，后將該雙字節(jié)數(shù)右移n次即可。由于乘的系數(shù)和右移次數(shù)各不相同，本來要編制4個(gè)子程序以分別實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。為使程序簡潔，現(xiàn)仍以一個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換。其具體方法是以查表得到每次乘的系數(shù)和右移次數(shù)。程序中雙字節(jié)數(shù)右移一位專門用一個(gè)CHAS子程序

27、完成，右移n次只要n次調(diào)用該子程序即可。4次轉(zhuǎn)換結(jié)果依次存入68H6FH單元(每個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果占兩個(gè)字節(jié))。3.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換B子程序(CHAB) 該子程序的主要作用是將二進(jìn)制數(shù)的工程量(存68H6FH)轉(zhuǎn)換成與其自身所對(duì)比的十進(jìn)制數(shù)的工程量(依然存68H6FH)。由于本課題中各參數(shù)的最大值均不超過1000，故雙字節(jié)數(shù)高位字節(jié)的前六位恒為0。程序設(shè)計(jì)中把雙字節(jié)數(shù)逐位向左移至C標(biāo)志，后判C標(biāo)志的內(nèi)容。若為1，則把該位所對(duì)應(yīng)的權(quán)值加入累計(jì)單元(工作寄存器R5、R6作累計(jì)單元)；若為0，則不加。圖4.2 雙字節(jié)二進(jìn)制數(shù)各位權(quán)值由于各數(shù)據(jù)高位字節(jié)的前6位恒為0，所以在對(duì)數(shù)據(jù)的高位字節(jié)進(jìn)行處理時(shí)，先空移6次，不作

28、判斷。僅對(duì)后兩位作處理，而低位字節(jié)的8位則全部作處理。判別C標(biāo)志的內(nèi)容及進(jìn)行累加由專門的子程序CAK完成。該子程序據(jù)C標(biāo)志的內(nèi)容確定是否要對(duì)權(quán)值進(jìn)行相加，若要加，則通過兩次查表，先后找到權(quán)值的低位和高位分別累加到R6(置累加和的低位)、R5(置累加和的高位)中。需要強(qiáng)調(diào)的是為使累加和為十進(jìn)制數(shù)，所以在兩次執(zhí)行加法指令后均需進(jìn)行二-十進(jìn)制調(diào)整。另外，考慮到在低位字節(jié)相加時(shí)可能對(duì)高位字節(jié)產(chǎn)生進(jìn)位，故在第二次相加時(shí)，需采用ADDC指令。當(dāng)累加完成后，需將累加的結(jié)果送目標(biāo)單元(68H6FH)，并通過4次循環(huán)，完成對(duì)4個(gè)數(shù)據(jù)的處理。程序如下：PROC：JBC P0，PRl 數(shù)據(jù)處理子程序 RET PR1

29、： LCALL RANG 調(diào)排隊(duì)子程序LCALL LOAD 調(diào)中值(濾波結(jié)果)傳送子程序 LCALL CHAA 調(diào)數(shù)據(jù)變換(采樣值十二進(jìn)制數(shù)工程量)子程序 LCALL CHAB 調(diào)數(shù)據(jù)變換(二進(jìn)制數(shù)-十進(jìn)制數(shù)工程量)子程序 RET RANC:MOV R2,#04H 四組數(shù)據(jù)排隊(duì) RAN1:MOV R3, #04H RAN2:MOV A, R3 MOV R4, A MOV R0,7CH RAN3:MOV A, R0 MOV R5,A INC R0 MOV A, R0 CLR CSUBB A,R5 JNC RAN4 MOV A, R5 XCH A, R0 DEC R0 MOV R0, A INC

30、R0 RAN4:DJNZ R4, RAN3 DJNZ R3, RAN2 MOV A,7CH 以下三條，7CH單元內(nèi)容加5，指向下組數(shù)據(jù)首址 ADD A, #05H MOV 7CH, A DJNZ R2, RAN1 MOV 7CH, #50H 四組數(shù)據(jù)排隊(duì)后，7CH單元內(nèi)容恢復(fù)為50H RET LOAD:MOV R0, #52H 各中值傳送至濾波結(jié)果單元 MOV R1, #64H 64H67H置濾波結(jié)果MOV R2, #04H LD1: MOV A, R0 MOV R1, A MOV A,R0 以下三條，R0內(nèi)容加5ADD A, #05H MOV R0, A INC R1 DJNZ R2,LD1

31、 RET CHAA:MOV R0, #64H ;數(shù)據(jù)變換，將4個(gè)采樣值變成二進(jìn)制數(shù)工程量 ;程序設(shè)計(jì)思想：乘X除rMOV R1, #68H MOV DPTR, #TAB2 MOV R2, #04H CH1: CLR A MOVC A, A+DPTR MOV B, A MOV A, R0MUL AB MOV R3,A 乘積低位暫存R3 INC DPTR CLR A MOVC A, A+DPTR MOV R1, A INC R1XCH A, BMOV R1, A INC R1 INC DPTRINC R0 DJNZ R2, CH1 RET TAB2:DB 7DH,05H,7DH,07H 乘的系數(shù)和

32、右移次數(shù)表 DB 19H, 05H, 7DH, 06H CHAS:XCH A,B 雙字節(jié)右移 CLR CRRC A4.2 報(bào)警子程序報(bào)警子程序是本程序中較為復(fù)雜的一個(gè)子程序。其設(shè)計(jì)思想是將4個(gè)參數(shù)的轉(zhuǎn)換結(jié)果分別與各參數(shù)的上下限進(jìn)行比較，也即做8次雙字節(jié)減法(各參數(shù)的上下限通過查表取得)， 并由C標(biāo)志得到8個(gè)報(bào)警信息。各參數(shù)的轉(zhuǎn)換結(jié)果在與下限相減時(shí)，若有借位(C標(biāo)志為1)需報(bào)警；而在與上限相減時(shí)，無借位(C標(biāo)志為0)需報(bào)警。 根據(jù)本課題要求，各參數(shù)不管是超過上限，還是低于下限均用同一個(gè)報(bào)警燈報(bào)警，故在程序設(shè)計(jì)中還需將8個(gè)報(bào)警信息合并成4個(gè)報(bào)警信息(詳見程序注釋)。最后調(diào)用報(bào)警信息輸出子程序ALO

33、T實(shí)現(xiàn)報(bào)警。由系統(tǒng)擴(kuò)展圖可知，報(bào)警燈由低4位控制，故ALOT子程序的關(guān)鍵是將經(jīng)過上述處理后的7DH內(nèi)容自8155 C口輸出。參考程序如下：ALM:MOV DPTR, #TAB4 報(bào)警 MOV R2, #02H ALM1:MOV RO, #68H MOV R3, #04HALM2:CLR A MOVC A, A+DPTRMOV B,AINC R0 MOV A, R0CLR C SUBB A,B 先取低位字節(jié)相減 INC DPTR CLR A MOVC A,A+DPTR MOV B,ADEC R0 MOV A,R0 SUBB A,B 取高位字節(jié)相減 INC R0 INC R0 INC DPTR M

34、OV A,DH 將標(biāo)志內(nèi)容逐位移人報(bào)警模型單元RRC A MOV 7DH,A DJNZ R3,ALM2 DJNZ R2,ALM1 MOV A,7DH 低4位為1報(bào)警，高4位為0報(bào)警 CPL A 下8條指令作調(diào)整 SWAP A ANL A, #0FH MOV B,A 高4位報(bào)警信息存BMOV A,7DH ANL A,#0FH 低4位報(bào)警信息存A ORL A,B 合并高、低4位報(bào)警信息 MOV 7DH,A LCALL ALOT 調(diào)報(bào)警信息輸出子程序 RET TAB4:DB 50H,07H,OOH,02H 各下限值 DB 90H,00H,30H,03H DB 50H,08H,40H,02H 各上限值

35、 DB 10H,01H,30H,04H ALOT:MOV DPTR,#5FFBH 5FFBH為8155C 口地址，報(bào)警信息自C口輸出 MOV A,7DH MOVX DPTR,A RET 4.2.1報(bào)警子程序報(bào)警子程序是本程序中較為復(fù)雜的一個(gè)子程序。其設(shè)計(jì)思想是將4個(gè)參數(shù)的轉(zhuǎn)換結(jié)果分別與各參數(shù)的上下限進(jìn)行比較，也即做8次雙字節(jié)減法(各參數(shù)的上下限通過查表取得)， 并由C標(biāo)志得到8個(gè)報(bào)警信息。各參數(shù)的轉(zhuǎn)換結(jié)果在與下限相減時(shí)，若有借位(C標(biāo)志為1)需報(bào)警；而在與上限相減時(shí)，無借位(C標(biāo)志為0)需報(bào)警。根據(jù)本課題要求，各參數(shù)不管是超過上限，還是低于下限均用同一個(gè)報(bào)警燈報(bào)警，故在程序設(shè)計(jì)中還需將8個(gè)報(bào)警

36、信息合并成4個(gè)報(bào)警信息(詳見程序注釋)。最后調(diào)用報(bào)警信息輸出子程序ALOT實(shí)現(xiàn)報(bào)警。由系統(tǒng)擴(kuò)展圖可知，報(bào)警燈由口的低4位控制，故ALOT子程序的關(guān)鍵是將經(jīng)過上述處理后的7DH內(nèi)容自D0口輸出。4.2.2顯示子程序服務(wù)程序根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)展圖可知，要使LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)， 由于系統(tǒng)中只有一組6個(gè)LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)顯示，所以，顯示內(nèi)容是由單片機(jī)控制的。故該子程序開始，先判鍵號(hào)暫存單元7BH單元的內(nèi)容，然后決定顯示內(nèi)容。若為0#，則調(diào)MCD子程序，將時(shí)鐘緩沖區(qū)的內(nèi)容送顯示緩沖區(qū)，后跳至DIS2實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘顯示。若為0#4#，則應(yīng)顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。根據(jù)課題要求，數(shù)據(jù)顯示格式所示。6位LED數(shù)碼管，其中第1位顯示

37、數(shù)據(jù)代碼(14)，第2位和第3位熄滅，第46位顯示該號(hào)數(shù)據(jù)的3位有效數(shù)字。如1口口996，表示顯示1#數(shù)據(jù)，即電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為996r/min。根據(jù)內(nèi)存分配表可知，四個(gè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換結(jié)果存放的首地址68H，1#數(shù)據(jù)在68H69H單元，2#數(shù)據(jù)在6AH6BH單元，依次類推。每個(gè)數(shù)據(jù)占兩個(gè)字節(jié)。高位字節(jié)為非壓縮BCD碼，存放數(shù)據(jù)的百位；低位字節(jié)為壓縮BCD碼，存放數(shù)據(jù)十百位和個(gè)位。為實(shí)現(xiàn)按上述格式顯示，查手冊(cè)可知，對(duì)于譯碼器74LS48，若需使LED數(shù)碼管熄滅，只要輸入段碼0FFH即可。由此，程序設(shè)計(jì)流程為：首先將鍵號(hào)乘2，再加66H，得各數(shù)據(jù)存放單元的首址，將該首址暫存R1。后將7BH單元的內(nèi)容送A累加

38、器，用SWAP A指令處理后變?yōu)?0H，再與0FH相或，則又變?yōu)?FH，送78H單元(將該代碼自8255A的A口輸出，即可使數(shù)碼管的第1位顯示1，第2位熄滅)。然后，又將F0H和該號(hào)數(shù)據(jù)首址的內(nèi)容(存放數(shù)據(jù)百位)相加，得FXH(X表示數(shù)據(jù)百位)，送79H單元(將該代碼自8255A的B口輸出，即可使數(shù)碼管的第3位熄滅，第4位顯示百位數(shù))。最后，將該號(hào)數(shù)據(jù)的低位字節(jié)內(nèi)容送7AH單元(將該內(nèi)容自8255A的C口輸出，即可使數(shù)碼管的第5位顯示十位數(shù)，第6位顯示個(gè)位數(shù))。后再執(zhí)行DIS2以后的各條指令，即可按預(yù)定要求實(shí)現(xiàn)顯示。顯示子程序增加了第一部分內(nèi)容后，也為數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)刷新創(chuàng)造了條件，當(dāng)每次執(zhí)行顯示子程序時(shí)，均能將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果及時(shí)予以顯示。 圖4.3 數(shù)據(jù)顯示格式結(jié)論本文設(shè)計(jì)的直流電動(dòng)機(jī)多參數(shù)測(cè)量，成本低廉，精度高等優(yōu)點(diǎn)?？梢詽M足一般工業(yè)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的自動(dòng)化，并可以用來自動(dòng)控制的要求，被用來工業(yè)檢測(cè)控制系統(tǒng)反饋元件來進(jìn)行使用。通過對(duì)電機(jī)各種參數(shù)的測(cè)量和控制，利用單片機(jī)測(cè)量電