应用电子技术毕业设计论文基于单片机的直流电机测速系统

无锡工艺职业技术学院毕业设计 无锡工艺职业技术学院毕业设计（论文）题 目：基于单片机的直流电机测速系统 系 部： 电子信息系 专 业： 应用电子技术 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 讲 师 二O一一年 5月 11 日摘 要转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。目前常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法等。在对各种测速方法进行分析后提出了基于光电传感器的转速测量系统。详细分析了系统的组成及工作原理，给出了系统中各硬件模块设计方法及系统软件设计方法，给出了部分程序流程图和程序清单。该测速系统安装维护方便，工作稳定，运行可靠，具有较大的推广应用价值。转速测量通常有以下几种传感器可选：电涡流转速传感器、无源磁电转速传感器、有源磁电转速传感器等。具体需要选择哪类传感器，则要根据转速测量的要求而定。如:低速测量是否需要检测零转速，高速测量的最高转速，转速发生的装置情况。转速发生装置有以下几种：用标准的渐开线齿轮(M1M5)作转速发生信号、在转轴上开一键槽目前科研生产中采用的速度测量方法可分为两类；直接测量法和间接测量法两大类。直接测量法是通过某种测量原理或效应直接获得速度量, 如多普勒测速仪、空间滤波测速等。这种方法的最大优点是反应快、可测量瞬时速度，但设备成本高，且受到大气物理环境的限制。间接测量法是测量目标的移动距离和时间, 通过计算得到速度量, 如光电测速、光栅测速、磁栅测速和图像测速等，用于测量小型弹丸的天幕法和光幕法测速系统、用于车辆测速的激光测速仪，以及用于生产流水线上的光电脉冲测速方法等等关键词 ：单片机；光电转速传感器；转速测量；数据处理；1602液晶显示器AbstractThe rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. At present there are many methods for the tachometric survey measurement. After analyze various rotate speed measurement methods, the photoelectric sensor tachometric survey system is presented. The composition and the principle of the system are presented, and the design method of hardware and the software are also presented. The whole system has the bigger promotion application value.Speeds measurements are usually several ： electric sensors optional lesson, speed sensor Magnetic and electric speed sensor source, there is a source Magnetic and electric speed sensor, etc. Specific needs, then what kind of sensor based on measurements of the speed required. For example, at the measuring whether we need to detect zero speed, high speed of the highest speeds, the device speed. the device speed has the following ： with standard line is getting on the m1 ( m5) for speed has in turn, hinges on one tankThe speed of scientific research in the measurement can be divided into two types of direct and indirect ； the the two categories. A direct measurement method is through a direct measurement of principle or effect, such as to speed the Doppler, space based on zero speed, etc. this method of the greatest advantage is responsive to the transient and equipment costs are high, and the physical environment. remote measurement method is to measure the distance and time through calculation, such as test speed display, light, speed, which the grille zero speed, and images, speed, for measuring small sky law of the law and lightKey words：single-chip computer，photoelectric sensor，rotate speed measurement，data processing，1602 Liquid Crystal Display目 录摘 要I关键词 ：IABSTRACTII目 录III第一章绪 论1第二章系统组成及工作原理22.1 转速测量原理22.2 转速测量系统组成框图2第三章系统硬件电路的设计33.1 脉冲产生电路设计33.2 光电转换及信号调理电路设计33.2.1 光电传感器简介43.2.2 光电转换及信号调理电路设计43.3 测量系统主机部分设计63.3.1 单片机63.3.2 1602液晶显示模块设计8793.3.3 74Ls04反向器113.3.4 串行通信模块设计13第四章系统软件设计144.1程序模块设计144.2 数据处理过程154.3 浮点数学运算程序16第五章制作调试17第六章结果分析19第七章结 论19致 谢:20参考文献20第一章绪 论转速测量是社会生产和日常生活中重要的测量和控制对象。近年来，由于世界范围内对转速测量合理利用的日益重视，促使转速测量技术的迅速发展，各种新型的测量仪表相继问世并越来越多地得到应用。进行转速测量的检测控制，可以使用多种传感器。由于技术保密，厂家不会提供详细电路图和源代码，用户很难自行进行二次开发和改进。针对这种现状，使用光电传感器结合STC公司的STC 89C52型单片机设计的一种转速测量与控制系统。STC 89C52单片机采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，而且其输入/输出引脚和指令系统都与MCS-52兼容，是开发该系统的适合芯片。目前科研生产中采用的速度测量方法可分为两类；直接测量法和间接测量法两大类。直接测量法是通过某种测量原理或效应直接获得速度量, 如多普勒测速仪、空间滤波测速等。这种方法的最大优点是反应快、可测量瞬时速度，但设备成本高，且受到大气物理环境的限制。间接测量法是测量目标的移动距离和时间, 通过计算得到速度量, 如光电测速、光栅测速、磁栅测速和图像测速等，用于测量小型弹丸的天幕法和光幕法测速系统、用于车辆测速的激光测速仪，以及用于生产流水线上的光电脉冲测速方法等等。第二章系统组成及工作原理2.1 转速测量原理在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N（r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值1：N=60m/pTc (r/min)（1） 2.2 转速测量系统组成框图系统由信号预处理电路、单片机STC 89C52、1602液晶显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的1602液晶显示模块，通过相关计算方法计算得到的转速通过I2C总线放到E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图2.1所示。波形整形波形变换信 号放大器1602液晶显示RS232单片机图2.1 系统的原理框图第三章系统硬件电路的设计3.1 脉冲产生电路设计设计采用了红外光电传感器，进行非接触式检测。当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，传感器将会输出一个低电平，而当没有物体挡在中间时则输出为高电平，从而形成一个脉冲。系统在光电传感器收发端间加入电动机，并在电动机的转轴上安装一转盘。在这个转盘的边沿处挖出若干个圆形过孔，把传感器的检测部分放在圆孔的圆心位置。每当转盘随着后轮旋转的时候，传感器将向外输出若干个脉冲。把这些脉冲通过一系列的波形整形成单片机可以识别的TTL电平，即可算出轮子即时的转速。转盘的圆孔的个数决定了测量的精度，个数越多，精度越高。这样就可以在单位时间内尽可能多地得到脉冲数，从而避免了因为两个过孔之间的距离过大，而正好在过孔之间或者是在下个过孔之前停止了，造成较大的误差。设计中转盘的圆孔的实际个数受到技术的限制。为了达到预定的效果设计在转盘过孔的设计上采用12个过孔，从而留下了11个同等的间距。这样在以后的软件设计中能够较为方便的计算出脉冲频率。脉冲发生源的硬件结构图如图3.1所示。图3.1脉冲发生源硬件结构图（左为正视图，右为侧视图）3.2 光电转换及信号调理电路设计由于系统需要将光信号转换为电信号，因而需要使用光电传感器并设计相应的信号调理电路，以得到符合要求的脉冲信号，送给单片机STC89C52进行计数，同时得到计数的时间，由单片机进行相关计算以得到电动机转速。原理:透镜能对红外线聚焦；半透膜既能使发射管射出的红外线射向转轴上的转盘又能使反射回来的红外线射向接收管；贴在被测旋转体上的反光纸的大小一般为10mml0mm，起着定向反射作用。特点： 尺寸很小，反射式，手持式红外测速仪。3.2.1 光电传感器简介光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量间呈单值关系。模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻档)三大类。所谓透射式是指被测物体放在光路中，恒光源发出的光能量穿过被测物，部份被吸收后，透射光投射到光电元件上；所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上；所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份，使投射刭光电元件上的光通量改变，改变的程度与被测物体在光路位置有关。 光源是许多光电传感器的重要组成部分，要使光电传感器很好地工作，除了合理选用光电元件外，还必须配备合适的光源。 发光二极管是一种把电能转变成光能的半导体器件。它具有体积小、功耗低、寿命长、响应快、机械强度高等优点，并能和集成电路相匹配。因此，广泛地用于计算机、仪器仪表和自动控制设备中。钨丝灯泡是一种最常用的光源，它具有丰富的红外线。如果选用的光电元件对红外光敏感，构成传感器时可加滤色片将钨丝灯泡的可见光滤除，而仅用它的红外线做光源，这样，可有效防止其他光线的干扰。激光与普通光线相比具有能量高度集中，方向性好，频率单纯、相干性好等优点，是很理想的光源。综上所述，各种光源各具优点，但从经济与使用便利方面考虑，并考虑到抗干扰性能，我们决定选用红外光二极管做系统测量的光源。 由光源、光学通路和光电器件组成的光电传感器在用于光电检测时，还必须配备适当的信号调理电路。这些信号调理电路负责将光电传感器输出的微弱的光电信号进行放大、整形，转换成所单片机定时计数所需要的脉冲信号。不同的光电元件，所要求的测量电路也不相同，为此设计时必须详加考虑。3.2.2 光电转换及信号调理电路设计传感器将电机的转速信号转变成了电脉冲信号，该信号经过74Ls04反相器整形驱动，送到单片机进行脉冲计数，从而测出电动机转速。光电转换部分与单片机的连接框图如图3.2所示。1602液晶显示器计数脉冲整形驱动74Ls04传感器STC 89C52图3.2 光电转换部分与单片机的连接框图LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器， 除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图3.3所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。 LM324的引脚排列见图3.4 图3.3放大器图 图3.4 引脚图由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。本设计计划采用高性能集成四运放LM324来进行光电信号调理电路设计。电路采用两级放大电路对脉冲信号进行放大，防止信号脉冲太小以至对实验结果不产生影响。此外，还设计了有源带通滤波器。为了达到预定效果，对系统运用MULTISIM 8进行模拟仿真，并利用模拟仿真结果对有关元器件进行参数设定，以使电路满足要求。如图3.5所示是MULTISIM 进行电路模拟仿真示意图及其模拟仿真结果。图3.5 电路模拟仿真示意图及其模拟仿真结果3.3 测量系统主机部分设计3.3.1 单片机单片机是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）的简称，是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定时器/计数器、中断控制器以及串行和并行I/O接口等部件，构成一个完整的微型计算机。目前，新型单片机内还有A/D及D/A转换器、高速输入/输出等部件。由于它的结构和指令功能都是按工业控制要求设计的，特别适用于工业控制及其数据处理场合，因此，确切的称谓应是微控制器（Microcontroller）. 系统使用的单片机是STC 89C52型单片机。STC 89C52单片机是基于MCS-52单片机为内核的，其输入/输出管脚以及指令系统和MCS-52单片机是完全兼容的。其优越的性价比使其成为颇受欢迎的8位单片机。如图3.6是STC 89C52结构框图。STC 89C52单片机的特点： 它内部有一个8位的CPU，具有4KB的EEPROM。 128字节的RAM数据存储器，21个特殊功能寄存器SFR。 4个8位并行I/O口，其中P0、P2为地址/数据线，可寻址64KB ROM和64KB RAM. 一个可编程全双工串行口,具有5个中断源。 两个16位定时器/计数器。 计数脉冲输入 T0 T1定时/计数器 T0、T1特殊功能寄存器SFR128字节RAM4K ROM（EPROM）（8031无） 时钟源 串行接口并行I/O接口中断系统CPUP0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 中断输入图3.6 STC 89C52结构框图图3.7是STC 89C52单片机引脚分布图。由图我们可以看到，单片机的引脚除了电源、复位、时钟接入、用户I/O口外，其余管脚是为实现系统扩展而设置的。这些引脚构成MCS-52单片机片外三总线结构，即： 地址总线（AB）：地址总线宽为16位，因此，其外部存储器直接寻址为64K字节，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址。 数据总线（DB）：数据总线宽度为8位，由P0提供。 控制总线（CB）：由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成。图3.7 STC89C52管脚图3.3.2 1602液晶显示模块设计管脚功能引脚说明1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线 VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，其中： 引脚符号功能说明1VSS一般接地2VDD接电源（+5V）3V0液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。4RSRS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。5R/WR/W为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。6EE(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）8DB1底4位三态、 双向数据总线 1位9DB2底4位三态、 双向数据总线 2位10DB3底4位三态、 双向数据总线 3位11DB4高4位三态、 双向数据总线 4位12DB5高4位三态、 双向数据总线 5位13DB6高4位三态、 双向数据总线 6位14DB7高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flag）15BLA背光电源正极16BLK背光 电源负极寄存器选择控制表 RSR/W操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01读busy flag（DB7），以及读取位址计数器（DB0DB6）值10写入数据寄存器（显示各字型等）11从数据寄存器读取数据注：关于E=H脉冲开始时初始化E为0，然后置E为1，再清0. busy flag（DB7）：在此位为被清除为0时，LCD将无法再处理其他的指令要求。 显示地址 1234567891011121314151600H01H02H03H04H05H06H07H08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH40H41H42H43H44H45H46H47H48H49H4AH4BH4CH4DH4EH4FH3.3.3 74Ls04反向器54/7404六反向器简要说明04 为六组反向器，共有 54/7404、54/74H04、54/74S04、54/74LS04 四种线路结构形 式，其主要电特性的典型值如下：型号tPLHtPHLPD5404/740412ns8ns60mW54H04/74H046ns6.5ns140mW54S04/74S043ns3ns113mW54LS04/74LS049ns10ns12mW引出端符号1A6A输入端1Y6Y输出端双列直插封装极限值 电源电压.7V 输入电压54/7404、54/74H04、54/74S04.5.5V54/74LS047V工作环境温度54XXX. -5512574XXX. 070存储温度-65150功能表推荐工作条件5404/740454H04/74H0454S04/74S0454LS04/74LS04单位最小额定最大最小额定最大最小额定最大最小额定最大电源电压Vcc544.555.54.555.54.555.54.555.5V744.7555.254.7555.254.7555.254.7555.25输入高电平电压ViH2222V输入低电平电ViL540.80.80.80.7V740.80.80.80.8输出高电平电流IOH-400-500-1000-400A输出低电平电流IOL541620204mA741620208静态特性（TA 为工作环境温度范围）参数测试条件【1】04H04S04LS04单位最小最大最小最大最小最大最小最大VIK输入嵌位电压Vcc=最小Iik=-8mA-1.5VIik=-12mA-1.5Iik=-18mA1.2-1.5VOH输出高电平电压Vcc最小VIL最大IOH最大542.42.42.52.5V742.42.42.72.7VOL输出低电平电压Vcc=最小，VIL最大，VIH=2V,IOL=最大540.40.40.50.4V740.40.40.50.5II最大输入电压时输入电流Vcc最大VI=5.5V111mAVI=7V0.1I 输入高电平电流Vcc最大VIH=2.4V4050uAVIH=2.7V5020I 输入低电平电流Vcc最大VIL=0.4V-1.6-2-0.4mAVIL=0.5V-2I 输出短路电流Vcc最大54-20-55-40-100-40-100-20-100mA74-18-55-40-100-40-100-20-100ICCH输出高电平时电源电流Vcc最大1226242.4mAICCL输出低电平时电源电流Vcc最大3358546.6mA1: 测试条件中的“最小”和“最大”用推荐工作条件中的相应值。动态特性(TA=25)参数测试 条 件04H04S04LS04单位最大最大最大最大tPLH输出由低到高传输延迟时间Vcc=5V,CL=50Pf(H04为25Pf)RL=400(H04和S04为280，LS04为2K)22104.515nstPHL输出由高到低传输延迟时间1510515ns3.3.4 串行通信模块设计STC89 C52单片机的串行通讯接口的输入输出为TTL高电平为3.8V-5V，低电平为0-0.3V，这对近距离通讯还可以，但当通讯距离远时，就会因为TTL电平低，抗干扰能力弱而影响可靠性。为了提高串行通讯接口的抗干扰能力和增强可靠性，于是就出现了许多通讯标准和规程。目前，RS-232标准就是其中比较常用的一种，这样，一方面可提高这些设备的通用性，另一方面又增强了数据传送时的可靠性。232电平转换采用MAX232芯片把TTL电平转换成RS232电平格式，可以用于单片机与微机通信，以及单片机与单片机之间的通信，测量系统设计了两个DB9的接口，其中一个用于ISP下载器模块的程序下载接口，称为“ISPInterface”，另一个接口为单片机与其它具有RS232接口的通信端口，称为“Common Port”。具体的电路原理图如图3.11所示。图3.11电路原理图第四章系统软件设计4.1程序模块设计软件部分由数据处理程序、中断服务子程序、1602液晶显示程序等几个部分组成。数据处理完成对各种测量数据的处理，如各种数据的计算、数据格式的转换等。定时器1服务子程序设计，流程图如图4.2所示。定时器1完成定时功能，定时2Oms，并每隔20ms进行一次显示，每隔1秒读一次计数结果。单片机对在1秒内计数的值进行处理，转换成每分钟的速度送显存以便显示。具体算法如下:主程序在对定时器、计数器、堆栈等进行初始化后即判断标志是否为 1，如果为 1，说明要求对数据进行计算处理，首先将标志清零，以保证下次能正常判断，然后进入数据处理程序，由于这里的闸门时间为 1s，而显示要求为转/分，因此，要将测到的数据进行转换，转换的方法是将测得的数据乘以60，但由于转轴上安装有12只孔，每旋转一周可以得到12个脉冲，因此，要将测得的数据除以12，所以综合起来，将测得的数据乘以5即可得到每分钟的转速。计算得到的结果是二进制的整数，要将数据送往显示缓冲区需要将该数转化为BCD码。运算得到的是压缩BCD码，需要将其转换为非压缩BCD码，从标号CBCD开始的一段程序即作了这样的处理。需要说明的是，这里多位二进制乘法和多位二进制到BCD码的转换都是用了现成的成熟子程序，因此，首先将二进制数转换为压结合实际BCD码，然后再转换成非压缩BCD码，看似多写了些程序，实际上这对于保证程序的质量很有好处。定时器T1用作定时发生器，在定时中断程序中进行数码管的动态扫描，同时产生1s的闸门信号。1s闸门信号的产生是通过一个计数器Count，每次中断时间为20ms，每计50 次即为1s，到了1s后，即清除计数器Count，然后关闭作为计数器用的T0，读出TH0、TL0中的数值，分别送入SpCount和SpCoun+1单元，将T0中的值清空，置标志为1，要求主程序进行速度值的计算。 图4.2定时器1服务子程序流程图4.2 数据处理过程在系统开始工作，或者完成一次频率测量，系统软件都进行测量初始化。测量初始化模块设置堆栈指针(SP) 、工作寄存器、中断控制和定时/ 计数器的工作方式。定时/ 计数器的工作首先被设置为计数器方式。在对定时/ 计数器的计数寄存器清0 后，置运行控制位TR 为1 ，启动对待测信号的计数。计数闸门由软件延时程序实现，从计数闸门的最小值开始，也就是从测量频率的高量程开始。计数闸门结束时TR 清0 ，停止计数。计数寄存器中的值通过16进制数到10进制数转换程序转换为10进制数。对10进制数的最高位进行判别，若该位不为0 ，满足测量数据有效位数的要求，测量值和量程信息一起送到显示模块;若该位为0 ，将计数闸门的宽度扩大10倍，重新对待测信号的计数，直到满足测量数据有效位数的要求。当上述测量判断过程直到计数闸门宽度达到1s ，这时对应的频率测量范围为100Hz - 999Hz ，如果测量结果仍不具有3 位有效数字，频率计则使用定时方法测量待测信号的周期。定时/计数器的工作这时被设置为定时器方式，在对定时/ 计数器的计数寄存器清0 后，判断待测信号的上跳沿是否到来。待测信号的上跳沿到来后，置运行控制位TR 为1 ，以单片机工作周期为单位，启动对待测信号的周期测量。然后判断待测信号的下跳沿是否到来，待测信号的下跳沿到来后，运行控制位TR 清0 ，停止计数。16 位定时/ 计数器的最高计数值为65535 ，这样在待测信号的频率较低时，定时/ 计数器将发生溢出。当产生定时/ 计数器将溢出，程序进入定时器中断服务程序，中断服务程序对溢出次数进行计数。待测信号的周期由3个字节组成:定时/ 计数器溢出次数、定时/ 计数器的高8 位和低8 位。信号的频率f 与信号的周期T 之间的关系为:f = 1/ T完成信号的周期测量后，需要做一次倒数运算才能获得信号的频率。为提高运算精度，这里采用浮点数算术运算。浮点数用3个字节组成，第一字节最高位为数符，其余7 位为阶码;第二字节为尾数的高字节;第三字节为尾数的低字节。待测信号周期的3个字节定点数首先通过截取高16 位、设置数符和计算阶码转换为上述格式的浮点数。然后浮点数算术运算对其进行处理，获得用浮点数格式表达的信号频率值。浮点数到BCD 码转换模块把用浮点数格式表达的信号频率值变换成测转速的显示格式，送到显示模块显示待测信号的频率值。4.3 浮点数学运算程序STC89C52 系列单片机属于微控制器，由于其CPU字长和指令功能的限制，它适用于控制领域，在信号处理方面不很擅长。在频率计中需要完成周期到频率的换算，为保证测量结果的准确，这里应用了浮点数数学运算。从周期到频率的换算过程包括: 3字节定点数到浮点数的转换、浮点数数学运算和浮点数到十进制码的转换。第五章制作调试在硬件调试与制作方面，可从下面系列着手考虑。信号盘可用一般钢板制成，这个信号盘就是发动机实验时所用的转盘，盘上共有12个齿，每个大孔直径为6mm，盘中心还有一个中心孔。中心孔主要用于在固定发动机上。将信号盘与电机安装在一起，使其随电机转动；传感器固定在支架上，垂直于转速盘，当转速盘旋转时，光电传感器就输出矩形脉冲信号，每12个脉冲对应发动机1个工作循环，其中的2个宽脉冲信号配合上止点信号可精确确定上止点的位置。此检测装置完全按照发动机上传感器的实际安装位置进行安装。如图5.1，将信号盘固定在电动机转轴上，光电转速传感器正对着信号盘。光电转速传感器接有4根导线，其中黑线、黄线为电源输入线，红线为信号输出线，白线为共地线。测量头由光电转速传感器组成，而且测量头两端的距离与信号盘的距离相等。测量用器件封装后，固定装在贴近信号盘的位置，当信号盘转动时，光电元件即可输出正负交替的周期性脉冲信号。信号盘旋转一周产生的脉冲数，等于其上的孔数。因此，脉冲信号的频率大小就反映了信号盘转速的高低。此转速测量装置可以实现数字显示，成为数字式转速表。图5.1 转速测速示意图LM324整形电路调试。在焊接硬件电路时需细心排除元器件和焊接等方面可能出现的故障，元器件的安装位置出错或引脚差错可能导致电路短路或实现不了电路本身的功能，甚至烧坏元器件。单片机部分最容易出现的问题为元器件引脚的虚焊。被测物理量经过传感器变换后，往往成为电阻、电流、电压、电感等某种电参数的变化值。为了进行信号的分析、处理、显示和记录，须对信号作放大、运算、分析等处理，这就引入了中间变化电路。查阅有关资料结合选用的光电传感器相关参数，我们设计了如图3.6所示的中间变换电路。当调制盘上的圆形孔旋转至与光电开关的透光位置重合时，触发器输出高电平；当通光孔被遮住时，触发器输出低电平。输出的信号经LM324电路整形调试，可以将信号源完好的整形成矩形脉冲信号。在把矩形脉冲信号输入单片机之前，先把矩形脉冲信号接入示波器进行调试。除了要考虑到硬件方面，对软件调试也不能忽视。程序应该模块化，便于修改。使用RAM或IO，必须先定义再使用，避免直接引用。将来需要调整时，只要修改定义部分就好了。写程序要有足够的注释、说明文档、流程图、原理图。每次修改程序，应该同步更新相关的注释、说明文档、流程图、原理图。免得下次再改时对不上号。 实验板与PC机连接时一定要先连接串行通信电缆，然后再将其电源线插入USB借口；拆除时先断开其电源，再断开串行通信电缆。否则极易损坏PC机的串口。在进行软件编程调试时需要用到单片机的集成开发环境MedWin V2.39 软件，编程时容易出现键盘输入和无意的语法错误，还有一些模块达不到预期的功能，都要经过调试才能排除。MedWin V2.39 软件具有很强大的编程调试功能，能够模仿仿真实际单片机的端口和内部功能部件的状态值。该软件中有硬件调试和软件调试功能可以看到单片机内存单元对应的运行值，外围部件中可以显示单片机端口，中断、定时器1、定时器2、定时器3 还有串口对应的运行值。可以单步调试也可以模块调试，最好的是可以对你所怀疑的语句模块设置断点。所以MedWin V2.39 具有强大的编译调试功能。此系统将个功能模块：主程序、数据处理程序、按键程序设计、中断服务子程序、LED显示程序分开分别进行调试，最后整体调试。编译无误后生成目标代码BIN文件。采用STC 单片机下载软件STC-ISP将其下载到实验板的单片机中。 在最后一步点击软件STC-ISP界面中的下载按钮之前，一定要保持实验板的串行通信线及电源线与PC机连接良好，并且实验板的电源开关处于关闭状态，然后点击下载按钮，再打开实验板电源开关，此时软件将自动完成程序下载。下载完毕，实验板上的单片机立即开始运行。第六章结果分析设计已基本完成题目中的各项要求，但是还是有一定的误差，其中电机转速的测量与实际转速相差15 转/分左右，经分析主要是由以下原因造成的：中断处理的进入和中断处理程序都会有一定时间的延时，从而造成时间闸门的误差，这是造成测量误差的一个主要因素。另外，由于电机的转盘是采用塑料盘片磨制而成，高速旋转时容易打飘不稳，导致获得的脉冲信号频率与实际转速有一定的误差。第七章结 论所选的毕业设计的题目是利用STC公司的STC 89C52型单片机设计的一种转速测量与控制系统，结合光电传感器、LM324设计电动机转速测量装置。单片机采用定时器定时中断的方法实现对信号脉冲的测量并计算出发动机的转速，具有较强的使用价值，结合实际再进一步完善设计可以应用于实际操作。致 谢:毕业论文暂告收尾，这也意味着我在无锡工艺职业技术学院的三年的学习生活既将结束。回首既往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这三年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。这除了自身努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的感谢钱仁君老师对我们的毕业设计的悉心指导和热忱帮助，在程序设计过程中钱老师对设计方案和思路给予指点。从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，她都费尽心血。没有钱仁君老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。参考文献1余永权，汪明慧，黄英.单片机在控制系统中的应用M.电子工业出版社，20032王福瑞.单片微机测控系统设计大全M.北京航空航天大学出版社，19993张勇.电机拖动与控制M.机械工业出版社，20014赵继文，何玉彬.传感器与应用电路设计M.科学出版社，20025胡汉才，单片机原理及其接口技术(第2版) M.清华大学出版社，20046纪宗南.单片机外围器件实用手册J.北京航空航天大学出版社，19987赖麒文.8051单片机C语言开发环境实务与设计M.科学出版社，2002