光電轉(zhuǎn)速計課程設計李明威

1、河南工程學院課程設計光電轉(zhuǎn)速計的設計與制作學生姓名： 李明威 學 院： 電氣信息工程學院 專業(yè)班級： 電子科學與技術1141 專業(yè)課程： 光電子系統(tǒng)課程設計 指導教師： 張秋慧 2015 年 1 月 9 日13 / 16文檔可自由編輯打印課程設計成績評定標準及成績序號評審項目指 標滿分評分1工作態(tài)度遵守紀律，學習認真；作風嚴謹，踏實肯干。 5分2工作量按期圓滿完成規(guī)定的任務，難易程度和工作量符合要求。 20分3出勤情況全勤： 得10分10分有遲到、早退、請假現(xiàn)象： 得8分曠課1天： 得5分曠課2天： 得2分曠課超過2天： 得0分4設計、實驗方案能靈活運用相關專業(yè)知識，有較強的創(chuàng)新意識，有獨特見

2、解，設計有一定應用價值。30分5實驗技能動手能力強，能獨立完成安裝、調(diào)試等實際操作，能解決設計及實驗過程中出現(xiàn)的問題。10分6小組表現(xiàn)注重團隊合作，在小組中表現(xiàn)突出，對設計方案的制定及選取起主要作用，在實驗操作過程中，承擔主要執(zhí)行者。5分7設計報告質(zhì)量報告結(jié)構嚴謹合理；文理通順，技術用語準確，符合規(guī)范；圖表完備、正確，繪圖準確、符合國家標準；。20分合 計評語：等 級： （優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）評閱人： 職稱： 日 期： 年 月 日目 錄1 引言11.1 課程設計的目的與意義11.2 本設計的主要工作12 設計方案22.1方案結(jié)構圖22.2 單片機控制模塊22.3 信號采集模塊52.

3、4 信號輸出顯示模塊62.5 報警模塊63 硬件電路74 軟件設計74.1 Keil軟件編寫程序74.2 Protues進行硬件電路仿真85 調(diào)試85.1 LCD顯示初始化測試85.2 系統(tǒng)測試86 課程設計體會9參考文獻10附 錄111 引言在工業(yè)生產(chǎn)和科學實驗中，轉(zhuǎn)速的測量是一個很重要的問題。有關測量轉(zhuǎn)子速度的方法有很多，但大部分比較復雜。物體運動的速度可分為線速度和加速度。隨著生產(chǎn)過程自動化程度的提高，開發(fā)出了各種各樣的檢測線速度和角速度的方法，如磁電式速度計、光電速度計、測速發(fā)動機等。 由于光電測量方法靈活多樣，可測參數(shù)眾多，一般情況下又具有非接觸、高精度、高分辨率、高可靠性和響應快等

4、優(yōu)點，加之激光光源、光柵、CCD器件、光導纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應用，以及電子技術、數(shù)字化的智能儀表的迅速發(fā)展，使得光電傳感器在檢測和控制領域得到了廣泛的應用。 常用的檢測方法有機械式，光電式，霍爾式，頻閃法，高壓油管應變法等，本課題主要是針對轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)的設計。運用51系列單片機設計一種全數(shù)字化測速系統(tǒng)，從提高測量精度的角度出發(fā)，分析討論其產(chǎn)生誤差的可能原因。同時從實際硬件電路出發(fā)，分析電路的工作原理，根據(jù)設計具體情況提出修改方案和解決辦法。1.1 課程設計的目的與意義本次課程設計的目的是完成以單片機為核心的光電式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。在工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合，

5、例如在發(fā)動機、電動機、卷揚機、機床主軸等旋轉(zhuǎn)設備的試驗、運轉(zhuǎn)和控制中，常需要分時或連續(xù)測量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時轉(zhuǎn)速。要測速，首先要解決是采樣問題。在使用模技術制作測速表時，常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸與待測軸相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。為了能精確地測量轉(zhuǎn)速外，還要保證測量的實時性，要求能測得瞬時轉(zhuǎn)速方法。因此轉(zhuǎn)速的測試具有重要的意義。 1.2 本設計的主要工作首先在學校的電子圖書館搜集相關資料，通過比較，選出最合適的設計方案。依照已選擇的設計方案用proteus畫圖，通過keil軟件編寫程序，導入單片機后調(diào)試程序，開始仿真，直至仿真結(jié)果正確，然后在焊接實驗室進行焊接

6、，將元器件焊接完成后，最后調(diào)試電路，使其達到預期設計效果。2 設計方案2.1方案結(jié)構圖圖1課程設計方案結(jié)構圖2.2 單片機控制模塊單片機的最小系統(tǒng)包括晶振電路，復位電路，和單片機本身。a.時鐘電路時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。MCS-51單片機允許的時鐘頻率是因型號而異的典型值為12MHZ。MCS-51內(nèi)部都有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。AT89C51是屬于CMOS8位微處理器，它的時鐘電路在結(jié)構上有別于NMOS型的單片機。CMOS型單片機內(nèi)部（如AT89C51）有一

7、個可控的負反饋反相放大器，外接晶振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器，圖42為CMOS型單片機時鐘電路框圖。振蕩器工作受/PD端控制，由軟件置“1”PD（即特殊功能寄存器PCON.1）使/PD0，振蕩器停止工作，整個單片機也就停止工作，以達到節(jié)電目的。清“0”PD，使振蕩器工作產(chǎn)生時鐘，單片機便正常運行。圖中SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時鐘頻率主要由SYS參數(shù)確定（晶振上標明的頻率）。電容C1和C2的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率f起微調(diào)作用（C1、C2大，f變?。涞湫椭禐?0pF。電路圖如圖2所示。圖2 時鐘電路b.復位電路計算機在啟動運行時都需要復位，使中

8、央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。AT89C51單片機有一個復位引腳RST，它是史密特觸發(fā)輸入(對于CHMOS單片機，RST引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻)，當振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn)2個機器周期(即24個時鐘周期)以上的高電平，使器件復位，只要RST保持高電平，AT89C51保持復位狀態(tài)。此時ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶螅顺鰪臀?，CPU從初始狀態(tài)開始工作。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在RST端出現(xiàn)一定時間的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使AT89C51有效的復位。RST端在加電時應保持的高電平時

9、間包括VCC的上升時間和振蕩器起振的時間，Vss上升時間若為10ms，振蕩器起振的時間和頻率有關。10MHZ時約為1ms，1MHZ時約為10ms，所以一般為了可靠的復位，RST在上電應保持20ms以上的高電平。RC時間常數(shù)越大，上電RST端保持高電平的時間越長。若復位電路失效，加電后CPU從一個隨機的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運轉(zhuǎn)。復位電路如圖3所示。圖3 復位電路c.51單片機單片機我們采用AT89C51，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存貯器的低電壓，高性能8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

10、由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器， AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案1。AT89C51的引腳圖如圖4。圖4 AT89C51引腳圖2.3 信號采集模塊a 光電傳感器部分本設計使用分離式紅外對管。如圖5。圖5紅外對管紅外光電管有兩種，一種是無色透明的LED，此為發(fā)射管，它通電后能夠產(chǎn)生人眼不可見紅外光，另一部分為黑色的接收部分，它內(nèi)部的電阻會隨著接收到紅外光的多少而變化。無論是一體式還是分離式，其檢測原理都相同，由于黑色吸光，當紅外發(fā)射管照射在黑色物體上時反射回來的光就較少，接收管接收到的紅外光就較少

11、，表現(xiàn)為電阻大，通過外接電路就可以讀出檢測的狀態(tài)；同理，當照射在白色表面時發(fā)射的紅外線就比較多，表現(xiàn)為接收管的電阻較小，此時通過外接電路就可以讀出另外一種狀態(tài)，如用電平的高低來描述上面兩種現(xiàn)象就會出現(xiàn)高低電平之分，也就是會出現(xiàn)所謂的0和1兩種狀態(tài)，此時再將此送到單片機的I/O口，單片機就可以判斷是黑白路面，進而完成相應的功能，如循跡、避障等。b 信號整形部分 本設計采用555定時芯片,使用555定時器構成一個施密特觸發(fā)器，對信號進行整形，得到一個較好的脈沖信號，以便于單片機識別信號。另外，加一個電容進行濾波。2.4 信號輸出顯示模塊顯示模塊是輸出設備，是人機交互的重要環(huán)節(jié)。顯示電路采用LCD液

12、晶顯示,即LCD1602，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。顯示的內(nèi)容為16X2字符,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。液晶如圖6所示。圖6液晶2.5 報警模塊該模塊就是一個和單片機相連的蜂鳴器，當輸出信號超過程序設置的上下限時，就會發(fā)出聲音來報警。蜂鳴器連接如圖7。圖7 蜂鳴器連接示意圖3 硬件電路根據(jù)所選方案，突出系統(tǒng)電路原理圖，如圖8。圖8系統(tǒng)電路原理圖4

13、 軟件設計軟件設計包括在Keil中編寫程序和Protues中進行硬件電路的仿真。4.1 Keil軟件編寫程序a新建工程：在“菜單欄”“Project”“New”“vision Project”輸入要保存的工程名。根據(jù)單片機的型號選擇CPU,然后點擊“確定”。b新建文件并保存：文件名要帶擴展名。用C語言編寫的程序，擴展名為“.c”,點擊“保存”。c添加文件到工程：在工程管理器中，用鼠標右鍵點擊“Source Group 1”,選擇“Add Group Source Groutp 1"。d編寫、編譯程序。e生成hex文件。4.2 Protues進行硬件電路仿真啟動已安裝軟件Protues

14、的ISIS，在彈出窗口的菜單欄中單擊“文件”“新設計”選擇“項目摸板”“確定”，繪制電路圖。繪制電路圖時，單擊元器件窗口上方的“P”按鈕，在、窗口上方的“關鍵字”處鍵入所需器件型號或名稱，窗口中間的“結(jié)果”欄將顯示元器件庫中所有同系列的器件，選擇所需元件。如圖9所示。圖9 Protuse元器件選擇窗口把所需的元器件放到編輯界面中，單片機、晶振、電阻、電容、開關、LCD、蜂鳴器等，調(diào)整元件擺放位置和放置方向，進行電路連接，編輯修改元件參數(shù)，完成電路設計。借助Keil程序設計與匯編平臺，結(jié)合課本實例，完成針對硬件電路的程序設計、編譯注意匯編后產(chǎn)生的“.HEX”文件的存儲路徑。5 調(diào)試5.1 LCD

15、顯示初始化測試搭建完成LCD1602，下載程序，調(diào)試結(jié)果。在LCD上從左到右顯示“ZHUAN SU JI”顯示完畢后清屏，顯示出示的轉(zhuǎn)速。初始化完畢。5.2 系統(tǒng)測試連接電路，下載程序，單片機上電，進行系統(tǒng)測試。初始化完成后，光電對管對檢測盤進行檢測，引入INT1引腳中，進行信號采集及其處理，顯示轉(zhuǎn)速信息。6 課程設計體會整個課程設計過程是對自己大學三年所學知識歸納總結(jié)和應用，也就是把理論知識用到實踐之中去。讓理論和實踐相結(jié)合，以此產(chǎn)生實際的成果。而這正是我們學習理論知識的目的之所在。除此之外，我們要在擁有扎實的專業(yè)知識的前提條件下，在整個設計與調(diào)試過程中要有信心和耐心，對自己有信心，相信自己

16、能夠很好的完成本次設計任務。在調(diào)試中不斷發(fā)現(xiàn)問題進而解決問題，這是一個再學習的過程，其本身就是對自己的一次鍛煉，培養(yǎng)了自己獨立思考，動手解決問題的能力。從而從各個方面得到提高與完善了自己，使自己的各個方面提高到一個新的臺階，同時為以后的工作打下基礎。通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在本次課程設計中，特別要感謝老師以及同學給我們的熱心幫助和鼓勵，才使得我們的課程設計能夠很好的完成。參考文獻1 曾一江.單片微機原理與接口技術M.科學出版社，2006 2 樓然苗.51系列單片機設計實例（第二版）M.北京航空航天大學出版社 2006 3 周雪.模擬電子技術（第二版）M.西安電子

17、科技大學出版社，20054 王秀杰.張疇先.模擬集成電路應用M.西北工業(yè)大學出版社，20035 高岳 王霞等.光電檢測技術與系統(tǒng)(第2版)M.電子工業(yè)出版社,2009 6 沈癸和.光電傳感器及其應用J. 桂林電子工業(yè)學院學報，1995,2:23-247 魯剛強.基于PROTEUS的單片機原理課程的教學應用J. 中國科教創(chuàng)新導刊，2001,6:42-438 馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計（第四版）M.北京航空航天大學出 版社，2006 附 錄程序：#include <reg52.h> #define uint unsigned int#define uchar unsigned

18、char sbit rs = P2 0; sbit rw = P2 1; sbit en = P2 2;sbit jieshou = P2 6;uchar code Lcd1= "zhuan su ji" uchar code Lcd2= "zhuan su:"uint num;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void WriteDat(uchar dat) P0=dat; rs=1; rw=0; en=0; delay(3); en=1;void WriteCom(uchar com) P0=com; rs=0; rw=0; en=0; delay(3); en=1; void lcd_init() P0=0; WriteCom(0x38); delay(3); WriteCom(0x38); WriteCom(0x08); WriteCom(0x01); WriteCom(0x06); WriteCom(0x0c); void display()uint i,j;WriteCom(0x40);for(i=0;i<11;i+)WriteDat(Lcd1i);WriteCom(0x80);for(