數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分內(nèi)容編

2、入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，單位署名為 。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日目錄摘 要iabstractii主 要 符 號 表iii1 緒論11.1 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀背景資料11.2 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和意義11.3 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容12主控芯片atmel系統(tǒng)及開發(fā)工具簡介22.1 at89c52系統(tǒng)概述22.1.1 at89c52系統(tǒng)22.1.2 at89c52的極限參數(shù)32.1.3 引腳和封裝定

3、義32.2 at89c52單片機(jī)開發(fā)工具簡介32.2.1 開發(fā)工具概述32.2.2 開發(fā)工具主要技術(shù)指標(biāo)82.2.3 ide 軟件運(yùn)行環(huán)境82.2.4開發(fā)工具與 pc 機(jī)硬件連接83 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀系統(tǒng)介紹73.1 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀系統(tǒng)組成、主要內(nèi)容和擬采用的方案73.2硬件部分組成及框圖73.2.1硬件組成部分73.2.2原理框圖74 硬件部分104.1 光電編碼器epc-755a104.1.1.光電編碼器原理104.1.2 編碼器的分類104.1.3 epc-755a編碼器的介紹114.1.4信號采集部分硬件電路圖124.2 顯示部分144.2.1 芯片特點(diǎn)144.2.2、mgls-1203

4、2a的管腳介紹144.2.3、mgls-12032a的讀寫操作時(shí)序154.2.4 mgls-12032a電特性164.3 電源部分164.3.1 電源設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)和max1677的性能164.3.2 max1677常用外圍參數(shù)設(shè)定174.4 pcb板的制作205 軟件設(shè)計(jì)256 總 結(jié)27致 謝28參考文獻(xiàn)28數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀的設(shè)計(jì)摘 要本課題介紹一種基于at89c52 單片機(jī)系統(tǒng)的新型數(shù)字測速儀的測量原理、硬件組成和軟件設(shè)計(jì)。該儀表采用了一種新的自動(dòng)測速方法,在寬量程范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高精度、實(shí)時(shí)快速測量。數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀采用光電編碼器將采集到的數(shù)據(jù)通過處理之后，送到at89c52單片機(jī)中進(jìn)行轉(zhuǎn)化后在

5、液晶顯示器上顯示測得轉(zhuǎn)速及方向。測速所要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)是：測速范圍為02000轉(zhuǎn)/分。重點(diǎn)是適合硬件系統(tǒng)的程序語言選擇，以及編程實(shí)現(xiàn)。難點(diǎn)是程序思路的確定，轉(zhuǎn)速方向的硬件電路及軟件實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)軟件如何通過計(jì)算機(jī)編輯，編譯。 此次設(shè)計(jì)必須將硬件與軟件將結(jié)合，熟練掌握所用芯片的功能、時(shí)序等，以方便對數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀各種功能的實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：at89c52；lcd顯示；編碼器；傳感器 design of speed digital rotation testerabstractthis paper introduces a new digital speed meter using a at89c52 si

6、ngle chip microcomputer on the measurement principle, hardware and software design. the instrument uses a new method of automatic guns: in the wide range of the realization of the high-precision, rapid real-time measurement. speed digital rotation tester uses photoelectric encoder to collect through

7、 the data processing, then convert in the at89c52 mcu ,at last will be transformed in the lcd display of measured speed and direction.measured speed to be achieved by the standard is: measured speed range is from 0 to 2000 r / m. the focus is how to suitable for the hardware system of programming la

8、nguage choice and programming. the difficulty is the determination for the programming of ideas, the hardware circuit of speed direction,realize software, and how to edit and compile software system in the computer. the design must combine with the hardware and software, maste the function of timing

9、 of the chip, so as to facilitate the speed of digital test instrument to achieve the various functions.key words: at89c52; lcd display;encord；sensor主 要 符 號 表 r 轉(zhuǎn)速c 電容r 電阻u 電壓i 電流t 周期f 頻率d 占空比 時(shí)間常數(shù) 第二章 主控芯片atmel系統(tǒng)及開發(fā)工具簡介1 緒論1.1 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀背景資料 目前，在工程實(shí)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(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)，卷揚(yáng)機(jī)，機(jī)床轉(zhuǎn)軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的測試，運(yùn)轉(zhuǎn)和控

10、制中，常需要分時(shí)或連續(xù)測量和顯示其轉(zhuǎn)速或瞬間轉(zhuǎn)速。對于工業(yè)測試，水利，機(jī)械等方面，轉(zhuǎn)速是重要的控制參數(shù)之一。尤其機(jī)在工業(yè)測試系統(tǒng)中，大部分旋轉(zhuǎn)儀器無法測定目前的轉(zhuǎn)速，從而無法安全有效地械設(shè)備進(jìn)行故障預(yù)防，無形中降低了系統(tǒng)的安全性，增加了設(shè)備維護(hù)的成本。因此，如何利用先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)改造傳統(tǒng)的工業(yè)技術(shù)，提高監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，安全性，方便性是當(dāng)前工業(yè)測控系統(tǒng)急需解決的難題。1.2 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和意義為了能精確的測量轉(zhuǎn)速外，還要保障測量的事實(shí)性，要求測的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛使用，特別是高性能/價(jià)格比的單片機(jī)的涌現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量普遍采用了以單片機(jī)為核心的數(shù)字法。智能化微電腦式代替

11、了一般機(jī)械式或模擬量結(jié)構(gòu)。在工業(yè)測控系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速是最為重要的參數(shù)，因而測轉(zhuǎn)速是個(gè)重要而又有意義的課題。1.3 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容。在設(shè)計(jì)中要了解掌握單片機(jī)關(guān)于c語言的編程，數(shù)字電路，模擬電路技術(shù)；熟練掌握atmel系列單片機(jī)工作原理及應(yīng)用技巧；自主設(shè)計(jì)系列軟、硬件. 主要采用光電脈沖編碼傳感器，通過89c52單片機(jī)及其他功能芯片實(shí)現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)速測試，通過算法處理后在液晶顯示器上顯示測得轉(zhuǎn)速及方向。 2主控芯片atmel系統(tǒng)及開發(fā)工具簡介at89 系列單片機(jī)是atmel 公司的8 位flash 單片機(jī)系列，這個(gè)系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)是在片內(nèi)

12、含有flash 存儲器。因此, 在應(yīng)用中有著十分廣泛的前途, 特別是在便攜式省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用.一. 89 系列單片機(jī)特點(diǎn)：at89 系列單片機(jī)和8051 系列單片機(jī)是兼容的。這個(gè)系列對于以8051 為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來說, 是十分容易進(jìn)行取代和組成的，故而，對于熟悉8051 的用戶來說, 用atmel公司的89 系列單片機(jī)進(jìn)行取代8051 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是輕而易舉的事.二、89系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 1.內(nèi)部含flash存儲器 2.和80c51插座兼容 3.靜態(tài)時(shí)鐘方式 4.錯(cuò)誤編程亦無廢品產(chǎn)生 5.可進(jìn)行反復(fù)系統(tǒng)試驗(yàn) 三、89系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) ： 89系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和8

13、0c51相近，它主要含有如下一些部件。 1. 8031cpu 2. 振蕩電路 3. 總線控制部件 4. 中斷控制部件 5. 片內(nèi)flash存儲器 6. 片內(nèi)ram 7. 并行i/o接口 8. 定時(shí)器 9. 串行i/o接口 鑒于atmel公司的產(chǎn)品具有上述優(yōu)點(diǎn)，綜合本次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目難易程度分析，使用此主控芯片的外圍電路結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜實(shí)惠，易于操作，故選用at89c52單片機(jī)作為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主控芯片。2.1 at89c52系統(tǒng)概述2.1.1 at89c52系統(tǒng)at89c52單片機(jī)與inter 80c51單片機(jī)在多方面方面完全兼容。其主要工作特性是：a、內(nèi)含8kb的flash存貯器，擦除次數(shù)1

14、000次2b、內(nèi)含256字節(jié)的ramc、具有32根可編程i/o線d、具有3個(gè)可編程定時(shí)器e、具有8個(gè)中斷源，6個(gè)中斷矢量，2級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)f、具有1個(gè)全雙工的可編程串行接口通信g、據(jù)有1個(gè)數(shù)據(jù)指針dptrh、兩種低功耗工作模式，即空閑模式和掉電模式i、具有可編的3級程序鎖定位j、at89c52的工作電源電壓的典型值為5vk、at89c52的最高工作頻率為24mhz具有片內(nèi)上電復(fù)位、時(shí)鐘振蕩器的at89c52能獨(dú)立完成工作的片上系統(tǒng)。flash 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程的能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲。用戶軟件對所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個(gè)或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。 at89c52有

15、低電壓編程和高電壓編程兩種模式。低電壓編程可用于在線編程，高電壓編程于一般的eprom編程器兼容。 at89c52單片機(jī)的芯片封裝頂端有編程電壓標(biāo)志。2.1.2 at89c52的極限參數(shù)at89c52的極限參數(shù)工作溫度-55 to +125儲藏溫度-65 to +150任意引腳對地電壓-1.0v +7.0v最高工作電壓6.6v直流輸出電流15.0ma2.1.3 引腳和封裝定義每種器件都可在工業(yè)溫度范圍（-45到+85）內(nèi)用 2.7v-3.6v 的電壓工作。端口 i/o 和/rst 引腳都容許 5v 的輸入信號電壓。at89c52 采用 42 腳 pdip,tqfp和plcc 封裝。 引腳功能

16、說明p0口8位漏極開路的雙i/o口低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl負(fù)載p1口8位準(zhǔn)雙i/o口用戶準(zhǔn)備的雙向i/o口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl負(fù)載p2口8位準(zhǔn)雙i/o口外部擴(kuò)展作高8位地址，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl負(fù)載p3口8位準(zhǔn)雙i/o口普通i/o口兼替代功能，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl負(fù)載rst復(fù)位輸入信號高電平有效，振蕩器穩(wěn)定工作兩個(gè)機(jī)器周期器件復(fù)位 ea/vpp外部rom訪問允許信號ea=1rom讀取從內(nèi)部程序存貯器開始；反之外部開始psen外部rom讀選通信號低有效時(shí)，程序存貯器的內(nèi)容被送至p0口ale/progg低字節(jié)地址鎖存信號實(shí)現(xiàn)低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)的分時(shí)復(fù)用vcc電源電壓輸入無特殊說明gnd電源地?zé)o

17、特殊說明xtal1xtal2時(shí)鐘輸入1時(shí)鐘輸入2適用片內(nèi)振蕩器時(shí)連接外部石英晶體和微調(diào)電容適用片內(nèi)振蕩器時(shí)連接外部石英晶體和微調(diào)電容2.2 at89c52單片機(jī)開發(fā)工具簡介2.2.1 開發(fā)工具概述tkstudio集成開發(fā)環(huán)境（ide）從誕生到現(xiàn)在，經(jīng)過一年多的發(fā)展,已逐漸趨于成熟，功能完善，界面美觀高效，接口靈活豐富，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，是目前最好的51開發(fā)環(huán)境。版本tkstudio v2.5，對我公司新版b系列仿真器高級功能64k深度代碼追蹤、代碼覆蓋、數(shù)據(jù)覆蓋，數(shù)據(jù)訪問（讀寫）斷點(diǎn)等，提供完全支持。 模塊化 軟件在發(fā)展過程中，逐步貫徹結(jié)構(gòu)化、模塊化思想，將程序主體框架與擴(kuò)展模塊（組件）分開實(shí)現(xiàn)，

18、降低了程序之間的耦合性，為軟件的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，具備了小組開發(fā)能力。 為了支持公司越來越多的仿真器型號，定義了通用硬件驅(qū)動(dòng)接口，并向下兼容keil的仿真器驅(qū)動(dòng)（功能有所加強(qiáng)），從而有效的利用了公司現(xiàn)有的資源，具備了支持硬件無限升級能力。 定義外圍設(shè)備接口，以便輕松加入各種芯片的軟件、硬件仿真支持，實(shí)現(xiàn)不同芯片設(shè)備（端口、定時(shí)器、串口、i2c、adc等等）的動(dòng)態(tài)切換。 6 定義軟件仿真接口以支持各種芯片的軟件仿真。 編輯器 編輯器自1.0發(fā)布之后不斷改進(jìn)，在突出方便好用的原則下，具備了鮮明的個(gè)性風(fēng)格。智能括號匹配加亮，塊注釋，頭文件和實(shí)現(xiàn)文件交叉參考，鼠標(biāo)右鍵直接打開包含文件等為c語言的開

19、發(fā)帶來極大的方便。 語法編輯器帶關(guān)鍵字突出顯示、智能縮排、括號匹配并可加粗亮顯，減少復(fù)雜程序的輸入錯(cuò)誤，體貼人性化設(shè)計(jì)。完全中文支持，杜絕半個(gè)漢字現(xiàn)象。自動(dòng)感知文件變化，避免災(zāi)難性后果。支持文件查找、替換，可設(shè)置書簽，并具有文件內(nèi)搜索的強(qiáng)大功能。 編譯調(diào)試 tkstudio具備了完全的編譯器選項(xiàng)，長文件路徑編譯支持，并可直接利用其他編譯工具生成的omf文件，這是優(yōu)于國內(nèi)其他廠商的ide的關(guān)鍵之一。tkstudio軟件仿真、硬件調(diào)試、反匯編、復(fù)雜變量觀察、內(nèi)存察看、仿真器設(shè)置，功能相當(dāng)完善，是真正意義上的集成開發(fā)環(huán)境。 1. 可導(dǎo)入keil uv2工程，充分利用已有的資源。 2. 提供在線編輯、

20、修改和編譯錯(cuò)誤、警告定位。軟件修改除錯(cuò)一氣呵成！ 3. 項(xiàng)目管理功能強(qiáng)大靈活，工程文件的添加、修改更方便合理。 a) 分target、group、file三級結(jié)構(gòu)，可隨心所欲設(shè)置file、group、target編譯參數(shù)。 b) 使用keil編譯鏈接工具時(shí)，可靈活設(shè)置目標(biāo)模塊和列表文件的輸出路徑，使工程結(jié)構(gòu)更清晰。 c) 支持多模塊、混合語言調(diào)試。 4. 編譯后自動(dòng)列出工程文件中所有頭文件 5. 強(qiáng)大的程序和數(shù)據(jù)存儲空間定位編輯、觀察和修改（支持?jǐn)?shù)據(jù)填充）功能，圖形化工具。數(shù)據(jù)可按不同數(shù)制，不同類型顯示，紅色指示變化數(shù)據(jù)。 6. 支持鼠標(biāo)獲取顯示變量。 7. 強(qiáng)大的c語言特性支持。變量窗可觀察

21、修改聯(lián)合、結(jié)構(gòu)體、多維數(shù)組及其成員（成員可單獨(dú)查看） ，指示數(shù)據(jù)變化。 支持c指針運(yùn)算符“*”、“&”“-”，可直接觀察變量的地址及指針的內(nèi)容。如“&p2”，查看p2的地址及內(nèi)容。 8. 自動(dòng)跟蹤收集局部變量。 9. 支持顯示模塊和符號信息，支持函數(shù)（子程序）定位。 10. 各調(diào)試窗口支持多種數(shù)據(jù)格式：十進(jìn)制（85）、十六進(jìn)制（0x55、55h）、二進(jìn)制（01010101b）等格式。 11. sfr寄存器和位窗口，根據(jù)仿真芯片的不同動(dòng)態(tài)改變，并提示寄存器的主要功能和用法。 12. 增強(qiáng)的硬件調(diào)試功能 a) c程序調(diào)試時(shí)可選擇是否執(zhí)行到“main()”函數(shù)，零起始時(shí)，單步、步越均一步到位，決無k

22、eil的延遲。 b) 智能識別“for(int i=0;i10000;i+)”等指令，一步完成。 c) 支持不運(yùn)行跳轉(zhuǎn)，方便子程序（函數(shù)）的調(diào)試。2.2.2 開發(fā)工具主要技術(shù)指標(biāo)a、支持的目標(biāo)系統(tǒng)：所有89c51系列單片機(jī)及其兼容產(chǎn)品；b、系統(tǒng)時(shí)鐘：最大可達(dá)24mhz;c、通過rs232（usb）接口與pc機(jī)相連；d、支持匯編語言和 c51 源代碼級調(diào)試；e、第三方工具支持（keil c）。2.2.3 ide 軟件運(yùn)行環(huán)境要求pc機(jī)能夠運(yùn)行開發(fā)工具軟件并能與串行適配器通信。對 pc 機(jī)有如下系統(tǒng)要求:a. pentium pentium-ii 或兼容處理器的pc;b. windows95 wi

23、ndows98 windows nt4.0;c. 至少16mb ram;d. 至少20mb 硬盤空間。2.2.4開發(fā)工具與 pc 機(jī)硬件連接 所有的keil 產(chǎn)品都自帶一個(gè)安裝程序和安裝說明非常易于安裝根據(jù)您得到的軟件途徑不同軟件的存放格式可能不同.3 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀系統(tǒng)介紹3.1 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀系統(tǒng)組成、主要內(nèi)容和擬采用的方案數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件主要完成轉(zhuǎn)速信號的測量以及l(fā)cd顯示等部分。而軟件則完成信號的采集、處理、lcd液晶顯示等功能。本課題擬通過使用光電脈沖編碼器對轉(zhuǎn)速系統(tǒng)進(jìn)行檢測，將傳感器輸出的脈沖信號通過施密特反向器74ls14，一個(gè)74ls121

24、和兩個(gè)與門構(gòu)成的轉(zhuǎn)向區(qū)別電路輸出的頻率信號輸入至單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器t0（t0工作在計(jì)數(shù)方式）和定時(shí)/計(jì)數(shù)器t1，最后通過lcd液晶顯示。而在單片機(jī)中利用軟件編程實(shí)現(xiàn)對信號的處理，轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)速的測量，轉(zhuǎn)向的判定以及顯示功能。3.2硬件部分組成及框圖3.2.1硬件組成部分其硬件部分采用的芯片主要有:16位微處理器at89c52,epc-755a光電脈沖編碼器,lcd液晶顯示芯片mgls-12032a,電壓轉(zhuǎn)換芯片max1677,74ls00,74ls04,六施密特反向器74ls14,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74ls121,兩節(jié)1.5v電池,電阻電容等常用器件若干.3.2.2原理框圖系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。轉(zhuǎn)速設(shè)

25、備及傳感器信號采集信號調(diào)理電 路cpu控制電路at89c52為核心lcd顯示圖3.1 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀系統(tǒng)硬件原理框圖10西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文4 硬件部分4.1 光電編碼器epc-755a4.1.1.光電編碼器原理光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖1所示；通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)

26、就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90。4.1.2 編碼器的分類根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。1增量式編碼器 增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖a、b和c相；a、b兩組脈沖相位差90，c相用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡單，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對位置信息。2絕對式編碼器 絕對編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)

27、相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件；當(dāng)碼盤處于不同位置時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號，形成二進(jìn)制數(shù)。這種編碼器的特點(diǎn)是不要計(jì)數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個(gè)固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個(gè)具有 n位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤必須有n條碼道。目前國內(nèi)已有16位的絕對編碼器產(chǎn)品。3混合式絕對值編碼器 混合式絕對值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。光電編碼器是一種角度（角速度）檢

28、測裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。4.1.3 epc-755a編碼器的介紹 epc755a是美國encoder products公司生產(chǎn)的微型光電編碼器，具有重量輕、體積小、耐碰撞、易安裝等優(yōu)點(diǎn)，其直徑和長度均為1.5英寸，采用能保證多年可靠工作的金屬結(jié)構(gòu)，具有多種靈活的安裝方式，能大大降低安裝成本。該光電編碼器輸出為雙通道正交信號，具有校正基準(zhǔn)信號，可方便地實(shí)現(xiàn)雙向計(jì)數(shù)。epc755a光電編碼器的主要性能參數(shù)如

29、下：輸入電壓：528vdc(最小4.75v，最大28.0v)；輸出電流：最大100ma；輸出信號：2路計(jì)數(shù)脈沖，1路基準(zhǔn)脈沖；基準(zhǔn)信號：每圈輸出1個(gè)脈沖，中心與通道a波形重合；測量范圍：最大可測旋轉(zhuǎn)速率為7500轉(zhuǎn)/分；工作溫度：最高可達(dá)100；頻率響應(yīng)：100khz,最高200khz；分辨率：最低1個(gè)脈沖/圈，最高6000個(gè)脈沖/圈，中間有55種分辨率可 供選擇；安裝方式：柔性方式，伺服方式，法蘭盤方式；使用壽命：平均10萬小時(shí)；重量：柔性100克，伺服90克；9轉(zhuǎn)軸方向：雙向；工作精度：兩圈間誤差0.01。 圖4.2 光電編碼器輸出電路類型（b） 圖4.3 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)輸出的信號波形（a）

30、4.1.4信號采集部分硬件電路圖增量編碼器是以脈沖形式輸出的傳感器，其碼盤比絕對編碼器碼盤要簡單得多且分辨率更高。一般只需要三條碼道，這里的碼道實(shí)際上已不具有絕對編碼器碼道的意義，而是產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖。它的碼盤的外道和中間道有數(shù)目相同均勻分布的透光和不透光的扇形區(qū)（光柵），但是兩道扇區(qū)相互錯(cuò)開半個(gè)區(qū)。當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的輸出信號是相位差為90的a相和b相脈沖信號以及只有一條透光狹縫的第三碼道所產(chǎn)生的脈沖信號（它作為碼盤的基準(zhǔn)位置，給計(jì)數(shù)系統(tǒng)提供一個(gè)初始的零位信號）。從a，b兩個(gè)輸出信號的相位關(guān)系（超前或滯后）可判斷旋轉(zhuǎn)的方向。由圖3（a）可見，當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時(shí)，a道脈沖波形比b道超前/2，而反轉(zhuǎn)時(shí)，a道

31、脈沖比b道滯后/2。圖3（b）是一實(shí)際電路，用a道整形波的下沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的正脈沖與b道整形波相與，當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時(shí)只有正向口脈沖輸出，反之，只有逆向口脈沖輸出。因此，增量編碼器是根據(jù)輸出脈沖源和脈沖計(jì)數(shù)來確定碼盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和相對角位移量。通常，若編碼器有n個(gè)（碼道）輸出信號，其相位差為/ n，可計(jì)數(shù)脈沖為2n倍光柵數(shù)，現(xiàn)在n=2，則相位相差/2。 11圖4.5 信號采集電路圖在圖中，光電編碼器將采集到的a，b兩相信號通過,六施密特反向器74ls14處理成一系列方波,a相再經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器保持與b相的信號相與之后分別接入到單片機(jī)的t0和t1口。4.2 顯示部分mgls-12032a為香港精電公司

32、出品，內(nèi)置sed1520控制驅(qū)動(dòng)器的圖形液晶顯示模塊點(diǎn)陣數(shù)120*32，點(diǎn)大小0.6*0.425mm，模塊尺寸75.0*54.0mm,視頻尺寸60*26.5mm。mgls-12032a液晶模塊是由兩片sed1520來驅(qū)動(dòng)的，兩個(gè)sed1520都只用了其中的60個(gè)列驅(qū)動(dòng)口，分別驅(qū)動(dòng)液晶顯示器的左右半屏，它可直接與8位微處理器相連，集行、列驅(qū)動(dòng)器于一體，因此使用起來十分方便，作為內(nèi)藏式控制器被廣泛應(yīng)用于點(diǎn)陣數(shù)較少的液晶顯示模塊。4.2.1 芯片特點(diǎn)（1）內(nèi)置顯示ram區(qū)ram容量為2560位。ram中的1位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一個(gè)點(diǎn)的亮滅狀態(tài)：“1”表示亮， “0”表示暗。 （2）具有16個(gè)行驅(qū)動(dòng)口和

33、16個(gè)列驅(qū)動(dòng)口 （3）可直接與80系列微處理器相連，亦可直接與68系列微處理器相連。 （4）驅(qū)動(dòng)占空比為116或132。（5）可以與sed1520配合使用，以便擴(kuò)展列驅(qū)動(dòng)口數(shù)目。4.2.2、mgls-12032a的管腳介紹 mgls-12032a管腳功能說明管腳名稱功能 說明1gnd邏輯電源地-2vcc邏輯電源+5v-3v0工作負(fù)電壓提供對比度調(diào)節(jié)負(fù)電壓4a0數(shù)據(jù)/指令通道選擇a0=0選擇數(shù)據(jù)通道；a0=1選擇指令通道5r/w讀/寫選通信號r/w=0寫操作；r/w=1讀操作6e1控制器1的讀寫選通信號e1=0禁用；e1=1允許使用7e2控制器2的讀寫選通信號e1=0禁用；e1=1允許使用8nc

34、空-916db0db7三態(tài)數(shù)據(jù)總線-4.2.3、mgls-12032a的讀寫操作時(shí)序 mgls-12032a有兩種讀寫操作時(shí)序，分別對應(yīng)于68系列mpu和80系列mpu。 圖4.6 （1）80系列mpu操作時(shí)序（res = 0）在wr或rd低電平期間，數(shù)據(jù)被寫進(jìn)或讀出。13圖4.7 （2）80系列mpu操作時(shí)序（res = 0）在e下降沿處，數(shù)據(jù)或指令被鎖存進(jìn)mgls-12032a內(nèi)部的數(shù)據(jù)或指令寄存器。在e高電平期間，數(shù)據(jù)或狀 態(tài)被讀到數(shù)據(jù)總線之上。有些模塊，提供了時(shí)序選擇引腳res，用戶可以自由選擇以上兩種時(shí)序。4.2.4 mgls-12032a電特性 絕對最大范圍 （vss0v，vddv

35、1v2v3v4v5）圖4.8 液晶顯示原理圖圖如圖，v0是液晶驅(qū)動(dòng)電壓，是一個(gè)負(fù)電壓，用于調(diào)節(jié)液晶對比度。因?yàn)橐壕Р牧系奈锢硖匦?，液晶的對比度會隨著溫度的變化而變化，所以所加的負(fù)電壓值應(yīng)該隨溫度做相應(yīng)的調(diào)整，大致是溫度變化10，電壓變化不到1v,為滿足這一要求，可做一個(gè)溫度補(bǔ)償電路或者安排一個(gè)電位器整負(fù)電壓值。在應(yīng)用正負(fù)電壓供電的液晶模塊式時(shí)，電源的接線要特別注意，否則會燒毀芯片，在應(yīng)用中，最好先加邏輯電壓vdd，滯后50ms左右再加v0,再關(guān)斷電源時(shí)，先關(guān)斷v0，再滯后50ms后關(guān)斷vdd。要在液晶模塊上顯示一個(gè)字符，需要三個(gè)最基本的控制操作：分別向兩個(gè)sed1520控制器寫指令代碼,寫顯示

36、數(shù)據(jù)和讀顯示數(shù)據(jù)。完成這三項(xiàng)的前提是相應(yīng)sed1520處于準(zhǔn)備好的狀態(tài)，當(dāng)sed1520處于忙的狀態(tài)時(shí)，除了讀狀態(tài)字指令外，其他指令均不起作用。因此在訪問sed1520前，都要先讀取控制器當(dāng)前狀態(tài)，判斷是否準(zhǔn)備好。圖中采用并行接口，這樣比較適合與利用總線控制，把寫數(shù)據(jù)代碼，讀狀態(tài)字，寫顯示數(shù)據(jù)，讀顯示數(shù)據(jù)都映射到數(shù)據(jù)存儲區(qū)，每個(gè)操作對應(yīng)一個(gè)地址。15由圖所示，可以得到各操作的對應(yīng)地址如下： 寫指令代碼地址（e1）：8000h. 讀狀態(tài)字地址（e1）:8200h. 讀顯示數(shù)據(jù)地址（e1）:8100h. 寫顯示數(shù)據(jù)地址（e1）:8300h. 寫指令代碼地址（e2）：4000h. 讀狀態(tài)字地址（e2

37、）:4200h. 讀顯示數(shù)據(jù)地址（e2）:4100h. 寫顯示數(shù)據(jù)地址（e2）:8300h.在本實(shí)驗(yàn)中用復(fù)位開關(guān)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。另外由于實(shí)驗(yàn)對單片機(jī)的波特率沒有太大的要求，只要滿足一般的標(biāo)準(zhǔn)即可，我們選用單片機(jī)的常用晶振頻率12mhz。而at89c52是lcd顯示的控制器，控制字符的發(fā)送和點(diǎn)陣顯示的時(shí)序。由于lcd內(nèi)部含有控制器，因此它與單片機(jī)之間不需要驅(qū)動(dòng)芯片。lcd在單片機(jī)的控制下，按照要求的格式顯示接收到的數(shù)據(jù)。由于lcd并沒有獨(dú)立的片選信號，所以使用單片機(jī)的讀寫信號進(jìn)行選通，而74ls00,74ls04則是轉(zhuǎn)換讀寫信號的電平，同時(shí)作為片選信號。e1和e2連接經(jīng)過74ls00,74ls

38、04轉(zhuǎn)換后的單片機(jī)讀寫信號，作為單片機(jī)對lcd的片選信號;a8是單片機(jī)對lcd的數(shù)據(jù)/指令通道選擇信號；a9是單片機(jī)對lcd的讀寫選擇信號；d0d7是單片機(jī)和lcd的數(shù)據(jù)總線。4.3 電源部分4.3.1 電源設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)和max1677的性能 由于在單片機(jī)系統(tǒng)中使用液晶顯示模塊，不可避免的要用到兩種或兩種以上的電源需求，這就是電源部分要解決的關(guān)鍵問題。在設(shè)計(jì)具體的電源模塊時(shí)要注意如下幾個(gè)問題：1.為降低系統(tǒng)功耗，減小儀表體積，應(yīng)盡可能選用cmos器件。2.根據(jù)容許的空間和需求的容量合理的選擇電池，最好為普通電池。3.選用的合適的電源穩(wěn)壓變換器件，在滿足電源需求的前提下，使電源模塊的外圍電路簡單，減小占用的空間。 max1677是雙電壓輸出升壓dc-dc變換器，輸入電壓范圍較大（0.75.5v）.主要性能如下：允許的電壓范圍：0.75.5v。主要輸出：2.55.5v可調(diào)電壓，預(yù)設(shè)值3.3v輸出，最大輸出電流可達(dá)350ma。第二輸出：可謂lcd對比調(diào)節(jié)提供-28+28v范圍內(nèi)的電壓。電源效率：95%。其他性能：20ua靜態(tài)工作電流，1ua關(guān)斷維持電流和電池欠電壓監(jiān)測。 表1 max1677 的管腳功能4.3.2 max1677電路結(jié)構(gòu)表1 列出了不同電池供電情況下可獲得的最大輸出電流，輸出電壓已被預(yù)置為3.3v，也可通過外部電阻調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)。范圍在2.5