基于光電編碼器的位移測(cè)量系統(tǒng)及其仿真設(shè)計(jì)

1、傳感器課程設(shè)計(jì)光電編碼器摘 要在控制領(lǐng)域中,經(jīng)常需要進(jìn)行各種位移量的測(cè)量。在實(shí)際的工業(yè)位置控制領(lǐng)域中，為了提高控制精度，準(zhǔn)確地對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)是十分重要的。傳統(tǒng)的機(jī)械測(cè)量位移裝置已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，而數(shù)字式傳感器光電編碼器,能將角位移量轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的電脈沖輸出, 主要用于機(jī)械位置和旋轉(zhuǎn)速度的檢測(cè)，具有精度高，體積小等特點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)決定采用光電編碼器進(jìn)行位移檢測(cè)。 本設(shè)計(jì)為采用光電編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)位移測(cè)量及其仿真，實(shí)現(xiàn)測(cè)量來(lái)自外部的不同的位移值及顯示。具體應(yīng)用 光電編碼器進(jìn)行位移測(cè)量，同時(shí)以LCD液晶顯示模塊顯示。本設(shè)計(jì)采用的光電編碼器輸出電壓為5V，輸出信號(hào)經(jīng)四倍頻電路處理后送入單

2、片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，最后送入LCD模塊顯示。本文從位移測(cè)量原理入手，詳細(xì)闡述了位移測(cè)量系統(tǒng)的工作過(guò)程，以及硬件電路的設(shè)計(jì)、顯示效果。本文吸收了硬件軟件化的思想，實(shí)現(xiàn)了題目要求的功能。關(guān)鍵詞：位移測(cè)量，光電編碼器，單片機(jī)，LCD顯示模塊AbstractIn the control field, a variety of displacement measurements often need to be carried out. In actual industry position control domain, to increase the control precision, carrie

3、s on the examination to the controlled member is accurately very important.The traditional machinery survey displacement installs has not been able to satisfy the modern production by far the need, but the digital sensor electro-optic encoder, can transform the angular displacement into with it corr

4、espondence electricity pulse output, mainly uses in the mechanical position and the velocity of whirl examination, has the precision to be high, volume small and so on characteristics, therefore this design decided that uses the electro-optical encoder to carry on the displacement to examine.This de

5、sign to use the electro-optical encoder to realize the displacement survey and the simulation, realizes the survey from the exterior different displacement value and the demonstration. Makes concrete using the electro-optical encoder carries on the displacement to survey, simultaneously by LCD liqui

6、d crystal display module demonstration. This design uses the electro-optical encoder output voltage is 5V, the output signal after four doubling circuit processing sends in the monolithic integrated circuit to carry on counting processing, finally sends in the LCD module demonstration. In this paper

7、, detailed working process of displacement measurement system is started with principle of displacement measurement, and hardware circuit design and display. This paper has absorbed the idea of hardware and software to achieve with the subject required functionality. Key words: The displacement surv

8、eys, electro-optical encoder, microcontroller, LCD display module目 錄第一章 緒論·····································

9、3;···········1.1位移測(cè)量及其傳感器簡(jiǎn)介··································1.2國(guó)內(nèi)外位移測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)介

10、··································第二章 原理說(shuō)明及方案選擇··············

11、;·····················2.1 位移測(cè)量理論的簡(jiǎn)要介紹··························&#

12、183;·······2.2 方案選擇及原理········································

13、83;·鑒相原理·············································用軟件實(shí)現(xiàn)脈沖的鑒相和計(jì)數(shù)

14、3;··························用硬件實(shí)現(xiàn)脈沖的鑒相和計(jì)數(shù)·····················

15、83;·····用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)可逆計(jì)數(shù)·······················2.3 位移測(cè)量參數(shù)及電路參數(shù)分析················&

16、#183;·············2.3.1MCS-51的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介····························2.3.2定時(shí)器模式選擇位··

17、83;··································第三章 系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)·············

18、3;··························3.1 硬件電路的設(shè)計(jì)······················

19、;····················· 單片機(jī)的選擇···························

20、3;············· AT89C51的介紹···································

21、;····· 光電編碼器的選擇·····································3.1.4 JXW-12A簡(jiǎn)介····

22、;····································3.2 軟件的設(shè)計(jì)············&#

23、183;··································第四章 顯示部分··············

24、·································4.1 LED顯示器···············&#

25、183;································第五章 仿真實(shí)現(xiàn)················

26、································5.1 PROTEUS仿真軟件簡(jiǎn)介···············&

27、#183;·······················5.2 KEIL與PROYEUS的聯(lián)合使用······················

28、3;···········結(jié)論······································&#

29、183;·······················謝辭··························

30、····································參考文獻(xiàn)·············&#

31、183;············································第一章 緒論1.1位移測(cè)量及其傳感器簡(jiǎn)介位移是線位移和角位移的統(tǒng)

32、稱。位移測(cè)量在機(jī)械工程中應(yīng)用很廣，在機(jī)械工程中不僅經(jīng)常要求精確地測(cè)量零部件的位移和位置，而且力、扭矩、速度、加速度、流量等許多參數(shù)的測(cè)量，也是以位移測(cè)量為基礎(chǔ)的。 位移是向量，除了確定其大小之外，還應(yīng)確定其方向。一般情況下，應(yīng)使測(cè)量方向與位移方向重合，這樣才能真實(shí)地測(cè)量出位移量的大小。如測(cè)量方向和位移方向不重合，則測(cè)量結(jié)果僅是該位移在測(cè)量方向的分量。 位移測(cè)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的測(cè)量對(duì)象，選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量點(diǎn)、測(cè)量方向和測(cè)量系統(tǒng)。位移測(cè)量系統(tǒng)是由位移傳感器、相應(yīng)的測(cè)量放大電路和終端顯示裝置組成。位移傳感器的選擇恰當(dāng)與否，對(duì)測(cè)量精度影響很大，必須特別注意。 針對(duì)位移測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)合，可采用不同用途的位移

33、傳感器。表1.1-1中列出了較常見(jiàn)的位移傳感器的主要特點(diǎn)和使用性能。本設(shè)計(jì)使用了其中可直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的角度編碼器中的光電編碼器。光電編碼器是一種高精度的角位移傳感器。它在角度測(cè)量、位移測(cè)量和速度測(cè)量中有著廣泛的應(yīng)用。因其具有直接輸出數(shù)字量、響應(yīng)快、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、分辨率高、輸出穩(wěn)定等特點(diǎn),其應(yīng)用范圍不僅僅局限于角位移,角速度測(cè)量等場(chǎng)合,在直線位移,尤其是大位移測(cè)量領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本課題即是用單片機(jī)與光電編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)大位移的測(cè)量。1.2 國(guó)內(nèi)外位移測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)介第九屆CIMT2005中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上展示了當(dāng)今世界位移測(cè)量技術(shù)最新的發(fā)展和最新型的位移傳感器，并將數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床

34、推向更高精度、更高速度、更高可靠、更高效率的發(fā)展，也將數(shù)顯技術(shù)和數(shù)顯量具推向一個(gè)新的高度。其中最新發(fā)展主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：（1）絕對(duì)式光柵尺在控制系統(tǒng)中逐步取代現(xiàn)在通用的增量式光柵尺，并廣泛應(yīng)用于反饋控制系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床。（2）單場(chǎng)掃描光柵尺將逐步取代現(xiàn)在通用的四場(chǎng)掃描光柵尺。（3）目前普遍采用的增量式容柵測(cè)量系統(tǒng)是不能防水的，在不改變數(shù)顯卡尺的柵式結(jié)構(gòu)條件下采用變電感的測(cè)量系統(tǒng)，就能防水，容柵的防護(hù)等級(jí)也提高了。另外在增量式碼道旁邊再增加絕對(duì)式碼道，采用絕對(duì)式編碼技術(shù)通電后不需要對(duì)零，在點(diǎn)位測(cè)量時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生超速錯(cuò)誤。今后普及型的量具仍會(huì)采用容柵測(cè)量系統(tǒng)，而防水型的都會(huì)采用電磁感應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)?，F(xiàn)代

35、位移測(cè)量系統(tǒng)普遍采用光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、球柵和容柵等柵式測(cè)量系統(tǒng)，都是應(yīng)用了重復(fù)周期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，位移的測(cè)量都是采用增量測(cè)量方法，也就是在確定初始點(diǎn)后要用讀出從初始點(diǎn)到所在位置的增量數(shù)（步距）來(lái)確定位置。因此設(shè)備在開(kāi)機(jī)后每個(gè)軸需要移動(dòng)一個(gè)位置尋找參考標(biāo)記。近幾年來(lái)為了解決開(kāi)機(jī)后機(jī)床各個(gè)軸在不移動(dòng)的情況下，光柵尺就能夠提供當(dāng)前絕對(duì)位置的數(shù)據(jù)，德國(guó)HEIDENHAIN、日本三豐（MITUYOYO）、西班牙FAGOR等公司都開(kāi)發(fā)了絕對(duì)式光柵尺，并成功用于數(shù)控機(jī)床，配備了絕對(duì)式光柵尺的機(jī)床或生產(chǎn)線在重新開(kāi)機(jī)后立刻重新獲得各個(gè)軸的絕對(duì)位置以及刀具的空間指向，因此可以立刻從中斷處開(kāi)始繼續(xù)原來(lái)的加工程序，

36、這就大大地提高了數(shù)控機(jī)床的有效加工時(shí)間。絕對(duì)式測(cè)量是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，在位移移傳感器上會(huì)得到普遍的應(yīng)用，日本三豐公司已將增量式容柵數(shù)顯卡尺用新一代絕對(duì)式容柵數(shù)顯卡尺替代，新推出的防水?dāng)?shù)顯卡尺也采用絕對(duì)式電磁感應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)。日本KF-G公司正在研發(fā)絕對(duì)式磁柵尺，即將推出新產(chǎn)品。英國(guó)-ALCMM公司也在推出絕對(duì)式球柵傳感器?？傊^對(duì)式直線傳感器有顯著優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前發(fā)展起來(lái)的新一代產(chǎn)品，將使數(shù)控機(jī)床反饋控制系統(tǒng)提高到一個(gè)新的高度。本設(shè)計(jì)使用的是光柵式光電軸角編碼器。光柵式光電編碼器正向著高分辨力的方向發(fā)展。如日本尼康公司生產(chǎn)的2HR32400 軸角編碼器, 每轉(zhuǎn)可輸出1296萬(wàn)個(gè)脈沖(0.1),可

37、謂日本的最高分辨力。我國(guó)在光電軸角編碼器的開(kāi)發(fā)方面上也已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展,1985年航天部一院計(jì)量站研制的精密數(shù)顯轉(zhuǎn)臺(tái),分辨力0.01;1995年中科院長(zhǎng)春光機(jī)所和中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院聯(lián)合研制出的角度基準(zhǔn),分辨力0.001,精度P+V=0.05(誤差修正后);成都光電所研制的JC21精密測(cè)角儀的增量式光電軸角編碼器分辨力達(dá)到了0.02,測(cè)角精度R0.04。目前市場(chǎng)上有銷售的光電編碼器按現(xiàn)有產(chǎn)品的主要構(gòu)成元件分類，可分為晶體管式、集成電路式和單片機(jī)式。晶體管式所采用的元件主要是晶體管，有的晶體管式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)有記憶電路，其數(shù)碼管無(wú)閃爍現(xiàn)象，顯示效果較好，而且測(cè)量速度較高。顧名思義集成電路式轉(zhuǎn)速測(cè)

38、量?jī)x，所采用的元件是集成電路元件。由于集成電路具有重量輕、體積小、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，而且集成電路元件內(nèi)設(shè)有顯示電路，這使得轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x實(shí)現(xiàn)小型化。單片機(jī)的出現(xiàn)使得這種儀表的設(shè)計(jì)變得更加靈活。 第二章 原理說(shuō)明及方案選擇2.1 位移測(cè)量理論的簡(jiǎn)要介紹在位移控制系統(tǒng)中,為了提高控制精度,準(zhǔn)確測(cè)量控制對(duì)象的位移是十分重要的。目前,檢測(cè)位移的方法有兩種：（1）使用位置傳感器,測(cè)量到的位移量由變送器經(jīng)A/ D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,送至系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理。此方法雖然檢測(cè)精度高,但在多路、長(zhǎng)距離位置監(jiān)控系統(tǒng)中,由于其成本昂貴、安裝困難,因此并不適用。（2）使用光電編碼器。光電編碼器是高精度控制系統(tǒng)常用的位移檢測(cè)傳感器。

39、當(dāng)控制對(duì)象發(fā)生位置變化時(shí),光電編碼器便會(huì)發(fā)出A、B 兩路相位差90°的數(shù)字脈沖信號(hào)。正轉(zhuǎn)時(shí)A 超前B 為90°,反轉(zhuǎn)時(shí)B 超前A 為90°。脈沖的個(gè)數(shù)與位移量成比例關(guān)系,因此,通過(guò)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)就能計(jì)算出相應(yīng)的位移。該方法不僅使用方便、測(cè)量準(zhǔn)確,而且成本較低,在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中經(jīng)常采用這種位置測(cè)量方法。2.2 方案選擇及原理使用光電編碼器測(cè)量位移,準(zhǔn)確無(wú)誤的計(jì)數(shù)起著決定性作用。由于在位置控制系統(tǒng)中,電機(jī)既可以正轉(zhuǎn),又可以反轉(zhuǎn),所以要求計(jì)數(shù)器既能實(shí)現(xiàn)加計(jì)數(shù),又能實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)。相應(yīng)的計(jì)數(shù)方法可以用軟件實(shí)現(xiàn),也可以用硬件實(shí)現(xiàn)。使用軟件方式對(duì)光電編碼器的脈沖進(jìn)行方向判別和計(jì)數(shù)降低

40、了系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性,尤其當(dāng)使用光電編碼器的數(shù)量較多時(shí),且其可靠性也不及硬件電路。但其外圍電路比較簡(jiǎn)單,所以在計(jì)數(shù)頻率不高的情況下,使用軟件計(jì)數(shù)仍有一定的優(yōu)勢(shì)。對(duì)編碼器中輸出的兩路脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)主要分兩個(gè)步驟:首先要對(duì)編碼器輸出的兩路脈沖進(jìn)行鑒相,即判別電機(jī)是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn);其次是進(jìn)行加減計(jì)數(shù),正轉(zhuǎn)時(shí)加計(jì)數(shù),反轉(zhuǎn)時(shí)減計(jì)數(shù)。鑒相原理脈沖鑒相的方法比較多,既可以用軟件實(shí)現(xiàn),也可以用一個(gè)D 觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。圖1 是編碼器正反轉(zhuǎn)時(shí)輸出脈沖的相位關(guān)系。圖2.2-1 編碼器輸出波形由圖1 中編碼器輸出波形可以看出,編碼器正轉(zhuǎn)時(shí)A 相超前B 相90°,在A 相脈沖的下降沿處,B 相為高電平;而在編碼器反轉(zhuǎn)時(shí)

41、,A 相滯后B 相90°,在A 相脈沖的下降沿處,B 相輸出為低電平。這樣,編碼器旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)判斷B 相電平的高低就可以判斷編碼器的旋轉(zhuǎn)方向。用軟件實(shí)現(xiàn)脈沖的鑒相和計(jì)數(shù)編碼器輸出的A 向脈沖接到單片機(jī)的外部中斷INT0 ,B 向脈沖接到I/ O 端口P1. 0 ,如圖2 所示。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí),首先要把INT0 設(shè)置成下降沿觸發(fā),并開(kāi)相應(yīng)中斷。當(dāng)有效脈沖觸發(fā)中斷時(shí),執(zhí)行中斷處理程序,判別B 脈沖是高電平還是低電平。若是高電平,則編碼器正轉(zhuǎn),加1 計(jì)數(shù);若是低電平,則編碼器反轉(zhuǎn),減1計(jì)數(shù)。圖2是軟件方法的計(jì)數(shù)與判向電路。圖2.2-2 軟件方法的計(jì)數(shù)與判向電路2.2.3用硬件實(shí)現(xiàn)脈沖的鑒相和計(jì)

42、數(shù)硬件計(jì)數(shù)在執(zhí)行速度上有軟件計(jì)數(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì),通常采用多個(gè)可預(yù)置4 位雙時(shí)鐘加減計(jì)數(shù)器74LS193 級(jí)聯(lián)組成的加減計(jì)數(shù)電路。如圖3 所示,P0、P1、P2、P3 為計(jì)數(shù)器的4 位預(yù)置數(shù)據(jù)端,與數(shù)據(jù)輸入鎖存器相接;QA、QB、QC、QD 為計(jì)數(shù)器的4 位數(shù)據(jù)輸出端,與數(shù)據(jù)輸出緩沖器相接;MR為清零端,與上電清零脈沖相接;PL 為預(yù)置允許端,由譯碼控制電路觸發(fā);CU 為加脈沖輸入端,CD 為減脈沖輸入端;TCU 為進(jìn)位輸出端;TCD 為借位輸出端。圖2.2-3 加減計(jì)數(shù)芯片74LS193當(dāng)CU 和CD 中一個(gè)輸入脈沖時(shí),另一個(gè)必須處于高電平,才能進(jìn)行計(jì)數(shù)工作。而從編碼器直接輸出的A、B 兩路脈

43、沖不符合要求,不能直接接到計(jì)數(shù)器的輸入端,但可以利用這兩路脈沖之間的相位關(guān)系對(duì)其進(jìn)行鑒相后再計(jì)數(shù)。圖4 給出了光電編碼器實(shí)際使用的鑒相與雙向計(jì)數(shù)電路,鑒相電路用1 個(gè)D 觸發(fā)器和2 個(gè)與非門組成,計(jì)數(shù)電路用3 片74LS193 組成。當(dāng)光電編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí), A 相超前B 相90°,D 觸發(fā)器輸出Q(W1) 為高電平,Q(W2) 為低電平,與非門N1 打開(kāi), 計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)(W3) , 送至雙向計(jì)數(shù)器74LS193 的加脈沖輸入端CU ,進(jìn)行加法計(jì)數(shù);此時(shí),與非門N2 關(guān)閉,其輸出為高電平(W4) 。當(dāng)光電編碼器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí), A 相比B 相延遲90°,D 觸發(fā)器輸出Q(W

44、1) 為低電平,Q(W2) 為高電平,與非門N1 關(guān)閉,其輸出為高電平(W3) ;此時(shí),與非門N2 打開(kāi),計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)(W4) ,送至雙向計(jì)數(shù)器74LS193 的減脈沖輸入端CD ,進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。圖4是光電編碼器輸出脈沖的鑒相及其計(jì)數(shù)。 圖2.2-4 光電編碼器輸出脈沖的鑒相及其計(jì)數(shù)用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)可逆計(jì)數(shù) 對(duì)以上兩種計(jì)數(shù)方法進(jìn)行分析可知,用純軟件計(jì)數(shù)雖然電路簡(jiǎn)單,但是計(jì)數(shù)速度慢,難以滿足實(shí)時(shí)性要求,而且容易出錯(cuò),用外接加減計(jì)數(shù)芯片的方法,雖然速度快,但硬件電路復(fù)雜,由圖4 可以看出,要制作一個(gè)12 位計(jì)數(shù)器需要5 個(gè)外圍芯片,成本較高。我們可以用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)加減計(jì)數(shù)。單片機(jī)

45、8051 片內(nèi)有2 個(gè)16 位定時(shí)器(定時(shí)器0 和定時(shí)器1) ,單片機(jī)8052 還有一個(gè)定時(shí)器(定時(shí)器2) ,這3 個(gè)定時(shí)器都可以作為計(jì)數(shù)器使用。但單片機(jī)8051 內(nèi)部的計(jì)數(shù)器是加1 計(jì)數(shù)器,所以不能直接應(yīng)用,必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)能浖幊虂?lái)實(shí)現(xiàn)其“減”計(jì)數(shù)功能。硬件電路如圖5所示。圖2.2-5 單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器加減計(jì)數(shù)的硬件結(jié)構(gòu)我們可以把經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器之后的脈沖,即方向控制脈沖（DIR）接到單片機(jī)的外部中斷INT0端，同時(shí)經(jīng)過(guò)反向器后再接到另一個(gè)外部中斷INT1，并且把計(jì)數(shù)脈沖A接到單片機(jī)的片內(nèi)計(jì)數(shù)器T0端即可，相對(duì)外部計(jì)數(shù)芯片來(lái)說(shuō)，使用這種方法電路相對(duì)要簡(jiǎn)單的多。系統(tǒng)工作時(shí)，先要把兩個(gè)中斷設(shè)置成下降

46、沿觸發(fā)，并打開(kāi)相應(yīng)的中斷。當(dāng)方向判別脈沖（DIR）由低高跳變時(shí)，INT1中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序，進(jìn)行加計(jì)數(shù)；而當(dāng)方向判別脈沖由高低跳變時(shí)，INT0中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序，進(jìn)行“減”計(jì)數(shù)（實(shí)際是重新復(fù)值，進(jìn)行加計(jì)數(shù)）。下面是軟件編程思路（在C語(yǔ)言環(huán)境下來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能）：#includeint data k=1;void service_int0() interrupt 0 using 0 k- ;/*標(biāo)志位減1*/TR0=0 ;/*停止計(jì)數(shù)*/TH0= -TH0 ;TL0= -TL0 ;/*把計(jì)數(shù)器重新復(fù)值，此時(shí)相當(dāng)于減計(jì)數(shù)*/TR0=1 ;/*開(kāi)始計(jì)數(shù)*/void service_int1

47、() interrupt 2 using 1 k+ ;/*標(biāo)志位加1*/TR0=0 ;/*停止計(jì)數(shù)*/TH0= -TH0 ;TL0= -TL0 ;/*把計(jì)數(shù)器重新復(fù)值，此時(shí)相當(dāng)于加計(jì)數(shù)*/TR0=1 ;/*開(kāi)始計(jì)數(shù)*/void timer0(void) interrup 1 using2 if(k=0)/*反向計(jì)數(shù)滿*/else if(k=1)/*計(jì)數(shù)為0*/else/*正向計(jì)數(shù)滿*/void main(void)TCON=0X05 ;/*設(shè)置下降沿中斷*/TMOD=0X05 ;/*T0為16位計(jì)數(shù)方式*/IE=0X87 ;/*開(kāi)中斷*/TH0=0 ;TL0=0 ;/*預(yù)置初值*/此方法采用中

48、斷的形式進(jìn)行計(jì)數(shù),硬件電路比較簡(jiǎn)單,程序也不復(fù)雜,執(zhí)行速度較快。以上分別介紹了利用軟件、外接計(jì)數(shù)芯片及單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼器輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法。利用軟件計(jì)數(shù),硬件電路簡(jiǎn)單,但占用了較多的CPU 資源,執(zhí)行速度較慢。利用外接計(jì)數(shù)芯片的方法計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)速度較快,但要用較多的外圍芯片,硬件電路復(fù)雜。利用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)加減計(jì)數(shù),在編碼器旋轉(zhuǎn)方向不頻繁改變的情況下,計(jì)數(shù)速度很快,而且外圍電路簡(jiǎn)單,編程也不復(fù)雜,只是占用了2 個(gè)外部中斷和1 個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器。綜上所述選用第三種計(jì)數(shù)方法，即利用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)可逆計(jì)數(shù)。2.3 位移測(cè)量參數(shù)及電路參數(shù)分析在本設(shè)計(jì)的仿真中，光電編碼器產(chǎn)生的A,B

49、相方波用PROTUES中的信號(hào)源加不同的起始時(shí)間來(lái)模擬。一個(gè)用原始的，還有一個(gè)用延時(shí)1/4周期。方向時(shí)將兩個(gè)信號(hào)調(diào)換就行了。MCS-51的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介于測(cè)速電路的參數(shù)，本次設(shè)計(jì)采用了如下方案：AT89C51單片機(jī)圖2.3-2 MAX813L看門狗電路圖中，電阻R1和R2分壓產(chǎn)生1.25V電源門限值。當(dāng)此腳的電壓低于1.25V時(shí)，即電源電壓低于額定值時(shí)，PFO將產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，可以用于向CPU發(fā)出中斷申請(qǐng)，使CPU完成應(yīng)急處理。此功能可完成電源電壓的監(jiān)測(cè)。P1.0喂狗信號(hào)，在軟件的編制中通過(guò)對(duì)P1.0的位操作向MAX813L的看門狗輸入端輸入一個(gè)負(fù)脈沖。如果程序出現(xiàn)“跑飛”現(xiàn)象，程序?qū)⒉?/p>

50、能正常運(yùn)行，這個(gè)定時(shí)發(fā)出的脈沖也得不到保障。當(dāng)單片機(jī)超過(guò)1.6秒未向MAX813L的看門狗輸入端發(fā)脈沖信號(hào)，MAX813L內(nèi)部的定時(shí)器將會(huì)強(qiáng)制將WDO拉到低電平，這個(gè)低電平通過(guò)MR產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。單片機(jī)復(fù)位后從初始狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行，從而保證系統(tǒng)的可靠性，起到了看門狗的作用。此電路同時(shí)兼有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位功能。隨著大規(guī)模集成電路（LSI）制造技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)也隨之迅猛發(fā)展，其發(fā)展歷史大致分為三個(gè)階段：第一階段（1976年1978年）：初級(jí)單片微處理器階段。以Intel公司的MCS-48為代表。此系列的單片機(jī)具有8位CPU，并行I/O端口，8位時(shí)序同步計(jì)數(shù)器，尋址范圍不大于4KB，但是沒(méi)有串行口

51、。第二階段（1978年現(xiàn)在）：高性能單片機(jī)微處理器階段，如Intel公司MCS-5，Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等，該類型單片機(jī)具有串行I/O端口，有多種中斷處理系統(tǒng)，16位時(shí)序同步計(jì)數(shù)器，RAM，ROM容量加大，尋址范圍可達(dá)64KB，有的芯片甚至還有A/D轉(zhuǎn)換接口。由于該系列單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，各公司正大力改進(jìn)其結(jié)構(gòu)與性能。第三階段（1982年現(xiàn)在）：8位單片機(jī)，經(jīng)處理器改良型及16位單片機(jī)微處理器階段。在本次設(shè)計(jì)中，有多種型號(hào)的單片機(jī)可供選擇，具體型號(hào)如89C2051，89C51，89C52，80C51，89S52單片機(jī)都可以較好地完成本次設(shè)計(jì)的要求，因此設(shè)計(jì)者

52、選用了近來(lái)應(yīng)用較為廣泛的89C51型單片機(jī)。一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)應(yīng)包含有兩個(gè)部分內(nèi)容:第一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROM、RAM、I/O 口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等容量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。第二是系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)、D/A、A/D轉(zhuǎn)換器等，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口電路。因此，系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置應(yīng)遵循下列原則:1.盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)的常規(guī)用法。2.系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備配置應(yīng)滿足系統(tǒng)功能的要求，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚员氵M(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。3.硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)與應(yīng)用軟件方案統(tǒng)一考慮

53、，軟件能實(shí)現(xiàn)的硬件功能盡可能用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，但需注意的是軟件實(shí)現(xiàn)占用CPU的時(shí)間，而且，響應(yīng)時(shí)間比硬件長(zhǎng)。4.單片機(jī)外接電路較多時(shí)，應(yīng)考慮其驅(qū)動(dòng)能力，減少芯片功耗，降低總線負(fù)載。3.1.2 AT89C51介紹·Vcc：電源電壓·GND：地·P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I0口，也即地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在F1ash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)

54、，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。·P1口：Pl是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO口，Pl的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“l(fā)”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，Pl接收低8位地址。表3.1-1 P1口引腳功能表端口引腳第二功能P1.5MOSI（用于 ISP 編程）P1.6MISO（用于 ISP 編程）P1.7SCK（用于 ISP 編程）·P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)

55、動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVXDPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVXRi指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)7。·P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I0口。P3口輸出緩

56、沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“l(fā)”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。表3.1-2 P3口引腳功能表端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外中斷 0）P3.3 P3.4T0（定時(shí)計(jì)數(shù)器 0 外部輸入）P3.5T1（定時(shí)計(jì)數(shù)器 1 外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）·

57、;RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的DISRT0位（地址8EH）可打開(kāi)或關(guān)閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開(kāi)狀態(tài)。·ALE：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的16輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì) F1ash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。8

58、如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 M0VX 和 M0VC 指令 ALE 才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無(wú)效。·：程序儲(chǔ)存允許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89S51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的信號(hào)。·EAVPP：外部訪問(wèn)允許。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加

59、密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。F1ash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V 的編程電壓 Vpp。·XTALl：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。·XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。光電編碼器是一種集光、機(jī)、電為一體的數(shù)字化檢測(cè)裝置，它具有分辨率高、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、使用可靠、易于維護(hù)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。近10 幾年來(lái)，發(fā)展為一種成熟的多規(guī)格、高性能的系列工業(yè)化產(chǎn)品，在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、雷達(dá)、光電經(jīng)緯儀、地面指揮儀、高精度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域中得

60、到了廣泛的應(yīng)用。光電編碼器可以定義為：一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，將輸至軸上的機(jī)械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，它主要用于速度或位置（角度）的檢測(cè)。典型的光電編碼器由碼盤（Disk）、檢測(cè)光柵（Mask）、光電轉(zhuǎn)換電路（包括光源、光敏器件、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路）、機(jī)械部件等組成。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)光電編碼器產(chǎn)生脈沖的方式不同，可以分為增量式、絕對(duì)式以及復(fù)合式三大類。按編碼器運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方式來(lái)分，可以分為旋轉(zhuǎn)式和直線式兩種。由于直線式運(yùn)動(dòng)可以借助機(jī)械連接轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)式運(yùn)動(dòng)，反之亦然。因此，只有在那些結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動(dòng)方式都有利于使用直線式光電編碼器的場(chǎng)合才予使用。旋轉(zhuǎn)式光電編碼器容易做成全封閉型式，易于實(shí)現(xiàn)小型化，傳感長(zhǎng)度較長(zhǎng)，具有較長(zhǎng)的環(huán)境適用能力，因而在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)選擇了旋轉(zhuǎn)式光電編碼器。長(zhǎng)春第一光學(xué)有限公司的JXW-12A型號(hào)，其光電編碼器的輸出電壓為5V。JXW-12A該光電編碼器主要由光柵、光源、檢讀器、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、機(jī)械傳動(dòng)等部分組成。光柵面上刻有節(jié)距相等的輻射狀透