單片機(jī)直流電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)報(bào)告

./單片機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告單片機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告專業(yè)：詳詳細(xì)細(xì)姓名：xxxxx學(xué)號(hào)：小行星聯(lián)系方式：詳詳細(xì)細(xì)指導(dǎo)教師：粗粗糙糙時(shí)間：20XX6月14日—6月28日摘要在電氣時(shí)代的今天,電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ钪卸计鹬种匾淖饔?。直流電機(jī)作為最常見的一種電機(jī),具有非常優(yōu)秀的線性機(jī)械特性、較寬的調(diào)速圍、良好的起動(dòng)性以及簡單的控制電路等優(yōu)點(diǎn),因此在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中都得到了十分廣泛的應(yīng)用。隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異,使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成,為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性,并使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng),可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本,從而有效的提高工作效率。在工程實(shí)踐中,經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合,例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中,常需要分時(shí)或連續(xù)測(cè)量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。要測(cè)速,首先要解決是采樣問題。在使用模技術(shù)制作測(cè)速表時(shí),常用測(cè)速發(fā)電機(jī)的方法,即將測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測(cè)軸相連,測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。為了能精確地測(cè)量轉(zhuǎn)速外,還要保證測(cè)量的實(shí)時(shí)性,要求能測(cè)得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速方法。因此轉(zhuǎn)速的測(cè)試具有重要的意義。本文介紹了一種基于AT89C51單片機(jī)平臺(tái),采用光電傳感器實(shí)施電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法,硬件系統(tǒng)包括脈沖信號(hào)產(chǎn)生、脈沖信號(hào)處理和顯示模塊,并采用C語言編程,結(jié)果表明該方法具有簡單、精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。介紹了該測(cè)速法的基本原理、實(shí)驗(yàn)步驟和軟硬件設(shè)計(jì)這次設(shè)計(jì)容包含知識(shí)全面,對(duì)傳感器測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同的方法及原理設(shè)計(jì)有較多介紹,在測(cè)量系統(tǒng)中能學(xué)到關(guān)于測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器采樣問題,單片機(jī)部分的容,顯示部分等各個(gè)模塊的通信和聯(lián)調(diào)。全面了解單片機(jī)和信號(hào)放大的具體容。進(jìn)一步鍛煉我們?cè)谛盘?hào)采集,處理,顯示發(fā)面的實(shí)際工作能力。關(guān)鍵詞單片機(jī)AT89C51直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量光電傳感器電機(jī)脈沖目錄摘要II一、實(shí)訓(xùn)目的,要求及組分工11.1實(shí)訓(xùn)目的11.2技術(shù)要求11.3組分工11.4同組人員1二、實(shí)訓(xùn)題目及總方案22.1實(shí)訓(xùn)題目22.2設(shè)計(jì)方案21轉(zhuǎn)速測(cè)量方法22單片機(jī)選擇及介紹33單元電路64整體電路及原理框圖8三、程序設(shè)計(jì)93.1程序框圖93.2系統(tǒng)總程序清單9四、電路仿真過程134.1結(jié)論總結(jié)134.2心得體會(huì)13五、參考文獻(xiàn)14.一、實(shí)訓(xùn)目的,要求及組分工1.1實(shí)訓(xùn)目的學(xué)習(xí)知道單片機(jī)的性能與功能,在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。設(shè)計(jì)并制作一實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)。并熟練對(duì)單片機(jī)編程及Proteus仿真軟件的實(shí)際應(yīng)用。1.2技術(shù)要求89c51單片機(jī)作為主控制器、利用紅外光傳感器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速測(cè)量、檢測(cè)直流電機(jī)速度,并顯示。1.3組分工〔1負(fù)責(zé)軟件編寫設(shè)計(jì)：主要由家興完成；〔2負(fù)責(zé)硬件連接：主要由家興完成；〔3負(fù)責(zé)軟件仿真及調(diào)試：主要由家興完成；〔4撰寫報(bào)告：主要由家興完成。1.4同組人員康,家興二、實(shí)訓(xùn)題目及總方案2.1實(shí)訓(xùn)題目《單片機(jī)直流電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)》2.2設(shè)計(jì)方案1轉(zhuǎn)速測(cè)量方法轉(zhuǎn)速是指作圓周運(yùn)動(dòng)的物體在單位時(shí)間所轉(zhuǎn)過的圈數(shù),其大小及變化往往意味著機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否,因此,轉(zhuǎn)速測(cè)量一直是工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。按照不同的理論方法,先后產(chǎn)生過模擬測(cè)速法<如離心式轉(zhuǎn)速表>、同步測(cè)速法<如機(jī)械式或閃光式頻閃測(cè)速儀>以及計(jì)數(shù)測(cè)速法。計(jì)數(shù)測(cè)速法又可分為機(jī)械式定時(shí)計(jì)數(shù)法和電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。本文介紹的采用單片機(jī)和光電傳感器組成的高精度轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng),其轉(zhuǎn)速測(cè)量方法采用的就是電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量實(shí)際上是對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量。在頻率的工程測(cè)量中,電子式定時(shí)計(jì)數(shù)測(cè)量頻率的方法一般有三種：①測(cè)頻率法:在一定時(shí)間間隔t,計(jì)數(shù)被測(cè)信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)N,則被測(cè)信號(hào)的頻率fx可表示為：fx=Nt<1>②測(cè)周期法:在被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期,計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖數(shù)m0,則被測(cè)信號(hào)頻率fx=fc/m0,其中,fc為時(shí)鐘脈沖信號(hào)頻率。③多周期測(cè)頻法:在被測(cè)信號(hào)m1個(gè)周期,計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖數(shù)m2,從而得到被測(cè)信號(hào)頻率fx,則fx可以表示為fx=m1fcm2,m1由測(cè)量準(zhǔn)確度確定。電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率時(shí),其測(cè)量準(zhǔn)確度主要由兩項(xiàng)誤差來決定:一項(xiàng)是時(shí)基誤差;另一項(xiàng)是量化±1誤差。當(dāng)時(shí)基誤差小于量化±1誤差一個(gè)或兩個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí),這時(shí)測(cè)量準(zhǔn)確度主要由量化±1誤差來確定。對(duì)于測(cè)頻率法,測(cè)量相對(duì)誤差為：Er1=測(cè)量誤差值實(shí)際測(cè)量值×100%=1N×100%<2>由此可見,被測(cè)信號(hào)頻率越高,N越大,Er1就越小,所以測(cè)頻率法適用于高頻信號(hào)<高轉(zhuǎn)速信號(hào)>的測(cè)量。對(duì)于測(cè)周期法,測(cè)量相對(duì)誤差為：Er2=測(cè)量誤差值實(shí)際測(cè)量值×100%=1m0×100%<3>對(duì)于給定的時(shí)鐘脈沖fc,當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率越低時(shí),m0越大,Er2就越小,所以測(cè)周期法適用于低頻信號(hào)<低轉(zhuǎn)速信號(hào)>的測(cè)量。對(duì)于多周期測(cè)頻法,測(cè)量相對(duì)誤差為：Er3=測(cè)量誤差值實(shí)際測(cè)量值100%=1m2×100%<4>從上式可知,被測(cè)脈沖信號(hào)周期數(shù)m1越大,m2就越大,則測(cè)量精度就越高。它適用于高、低頻信號(hào)<高、低轉(zhuǎn)速信號(hào)>的測(cè)量。但隨著精度和頻率的提高,采樣周期將大大延長,并且判斷m1也要延長采樣周期,不適合實(shí)時(shí)測(cè)量。根據(jù)以上的討論,考慮到實(shí)際應(yīng)用中需要測(cè)量的轉(zhuǎn)速圍很寬,上述的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法難以滿足要求,因此,研究高精度的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法,以同時(shí)適用于高、低轉(zhuǎn)速信號(hào)的測(cè)量,不僅具有重要的理論意義,也是實(shí)際生產(chǎn)中的需要。2單片機(jī)選擇及介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器〔FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory的低電壓、高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中,ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器,AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖所示●VCC：供電電壓,●GND：接地。●P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口管腳第一次寫1時(shí),被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí),P0口作為原碼輸入口,當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí),P0輸出原碼,此時(shí)P0外部必須被拉高?！馪1口：P1口是一個(gè)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時(shí),將輸出電流,這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí),P1口作為第八位地址接收?！馪2口：P2口為一個(gè)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個(gè)TTL門電流,當(dāng)P2口被寫"1"時(shí),其管腳被部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時(shí),P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí),P2口輸出地址的高八位。在給出地址"1"時(shí),它利用部上拉優(yōu)勢(shì),當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí),P2口輸出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)?！馪3口：P3口管腳是8個(gè)帶部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入"1"后,它們被部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流〔ILL這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口。P3口管腳備選功能：●P3.0RXD〔串行輸入口●P3.1TXD〔串行輸出口●P3.2/INT0〔外部中斷0●P3.3/INT1〔外部中斷1●P3.4T0〔記時(shí)器0外部輸入●P3.5T1〔記時(shí)器1外部輸入●P3.6/WR〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通●P3.7/RD〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通●P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)?！馬ST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí),要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間?！馎LE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí),ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào),此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí),ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效。●PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間,每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)?！馝A/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí),則在此期間外部程序存儲(chǔ)器〔0000H-FFFFH,不管是否有部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí),/EA將部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí),此間部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源〔VPP?！馲TAL1：反向振蕩放大器的輸入及部時(shí)鐘工作電路的輸入。●XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3單元電路1復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào),直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后,撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見,電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào),以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連,斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲,它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2,由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位〔如圖4.9<a>和按鈕復(fù)位<如圖4.9<b>>兩種方式。2晶振電路晶振是晶體振蕩器的簡稱,在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò),電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn),以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振,較高的頻率是并聯(lián)諧振。AT89C51單片機(jī)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路,接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求,但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此,此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz,電容應(yīng)盡可能的選擇瓷電容,電容值約為30μF。在焊接刷電路板時(shí),晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近,以減少寄生電容,更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。3轉(zhuǎn)速傳感器電路在設(shè)計(jì)中采用光電傳感器采集信號(hào),這種傳感器是把旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變?yōu)橄鄳?yīng)頻率的脈沖,然后用測(cè)量電路測(cè)出頻率,由頻率值就可知道所側(cè)轉(zhuǎn)速值。這種測(cè)量方法具有傳感器結(jié)構(gòu)簡單、可靠、測(cè)量精度高的特點(diǎn)。是目前常用的一種測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法。從光源發(fā)出的光通過測(cè)速齒盤上的齒槽照射到光電元件上,使光電元件感光。測(cè)速齒盤上有30個(gè)齒槽,當(dāng)測(cè)速齒槽旋轉(zhuǎn)一周,光敏元件就能感受與開孔數(shù)相等次數(shù)的光次數(shù)。4整體電路及原理框圖單片機(jī)直流測(cè)速系統(tǒng)原理總圖〔部分圖見附錄單片機(jī)直流測(cè)速系統(tǒng)原理框圖三、程序設(shè)計(jì)3.1程序框圖主程序流程圖顯示子程序流程圖主程序流程圖顯示子程序流程圖3.2系統(tǒng)總程序清單#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuintmm=1234;ucharcodetable[]={0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,};delay<uintm>{uinti,j;for<i=m;i>0;i-->;for<j=60;j>0;j-->;}xian_shi<>{ucharqian,bei,shi,ge;uintjj;jj=mm;jj*=20;//jj+=1;qian=jj/1000;bei=jj%1000/100;shi=jj%100/10;ge=jj%10;P2=0x10;P0=table[qian];delay<1>;//P2=0;P2=0x20;P0=table[bei];delay<1>;//P2=0;P2=0x40;P0=table[shi];delay<1>;//P2=0;P2=0x80;P0=table[ge];delay<1>;//P2=0;}timer_init<>//定時(shí)器計(jì)數(shù)器初始化函數(shù){EA=1;ET0=1;ET1=1;TMOD=0X51;TH0=<65535-50000>/256;TL0=<65535-50000>%256;TH1=0;TL1=0;TR0=1;TR1=1;}main<>{timer_init<>;P0=0;//開始數(shù)碼管不顯示while<1>{xian_shi<>;delay<2>;//數(shù)碼管刷新時(shí)間單位毫秒}}voidtimer0<>interrupt1{TR0=0;TR1=0;TH0=<65535-50000>/256;TL0=<65535-50000>%256;mm=0;mm|=TH1;mm=<mm<<8>|TL1;//mm-=55536;TH1=0;TL1=0;TR0=1;TR1=1;}voidtimer1<>interrupt3//顯示0000說明出錯(cuò){TR1=0;TR0=0;mm=0;//TH1=0;//TL1=0;//TR1=1;}四、電路仿真過程4.1結(jié)論總結(jié)由于設(shè)計(jì)中使用的是單片機(jī)作為核心的控制元件,附以外圍電路使本本設(shè)計(jì)具有功能強(qiáng)、性能可靠、電路簡單、成本低的特點(diǎn),加上經(jīng)過優(yōu)化的程序,使其有很高的智能化水平。但是在我們?cè)O(shè)計(jì)和調(diào)試的過程中,也發(fā)現(xiàn)了一些問題,譬如程序設(shè)計(jì)水平有限,實(shí)際的速度很難確切測(cè)得,會(huì)超出我們的設(shè)計(jì)需求圍。4.2心得體會(huì)時(shí)光飛逝,一轉(zhuǎn)眼,一個(gè)學(xué)期又進(jìn)尾聲了,本學(xué)期的單片機(jī)綜合課程設(shè)計(jì)也在兩周完成了。俗話說"好的開始是成功的一半"。說起課程實(shí)訓(xùn),我認(rèn)為最重要的就是做好設(shè)計(jì)的預(yù)習(xí),認(rèn)真的研究老師給的題目,選一個(gè)自己有興趣的題目。其次,老師對(duì)實(shí)驗(yàn)的講解要一絲不茍的去聽去想,因?yàn)橹挥卸济靼琢?做起設(shè)計(jì)就會(huì)事半功倍,如果沒弄明白,就迷迷糊糊的去選題目做設(shè)計(jì),到頭來一點(diǎn)收獲也沒有。最后,要重視程序的模塊化,修改的方便,也要注重程序的調(diào)試,掌握其方法。再者做事情一定要細(xì)心,更要耐心,遇到問題要慢慢去檢查,然后仔細(xì)分析后再解決；除此之外,還要有合作精神,注重團(tuán)隊(duì)合作,和合作者一起做,相互鼓勵(lì),互相彌補(bǔ)不足之處,很多難點(diǎn)的突破都來自于與同學(xué)的交流,交流使自己獲得更多信息,開拓了思路,這