基于單片機的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計

單片機課程設(shè)計題目基于單片機的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計學院名稱電氣工程學院指導教師***班級電力**班學號*************學生姓名**2023年1月5日摘要在工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合，測量轉(zhuǎn)速的方法分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測速發(fā)電機為檢測元件，得到的信號是模擬量。數(shù)字式通常采用光電編碼器，霍爾元件等為檢測元件，得到的信號是脈沖信號。隨著微型計算機的廣泛應用，特別是高性能價格比的單片機的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量普遍采用以單片機為核心的數(shù)字式測量方法。本設(shè)計主要用STC89C51作為控制核心，由光電傳感器、1620A-1液晶顯示屏，直流電機構(gòu)成。詳細介紹了單片機的測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)及單片機控制轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機的性能。本文重點是測量速度并顯示在液晶屏上。最后系統(tǒng)調(diào)試，通過仿真軟件proteus驗證方案的正確性后，再進行實物的測試，經(jīng)過不斷的調(diào)試最終得出正確的結(jié)果。關(guān)鍵字：STC89C51〔單片機〕；轉(zhuǎn)速；傳感器；控制TOC\o"1-3"\h\u16671引言1320391系統(tǒng)方案提出和論證2120702系統(tǒng)功能概述3114142.1光電傳感器簡介4268582.2系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容523582.3系統(tǒng)技術(shù)指標538213系統(tǒng)總體設(shè)計6221823.1硬件電路設(shè)計思路637933.2軟件設(shè)計思路6108774硬件電路設(shè)計7297984.1單片機模塊7173004.1.1處理執(zhí)行元件810884.1.2時鐘電路11227284.1.3復位電路12296914.1.4顯示電路136895軟件設(shè)計16300965.1單片機轉(zhuǎn)速程序設(shè)計思路及過程16164125.1.1單片機程序設(shè)計思路17139335.1.2單片機轉(zhuǎn)速計算程序18213234.2程序設(shè)計19143804.3C語言程序20261876系統(tǒng)調(diào)試27225546.1硬件調(diào)試2758526.2軟件調(diào)試28173956.3綜合調(diào)試30202356.4故障分析與解決方案30198367結(jié)論與經(jīng)驗3113186參考文獻3223518致謝334273附錄34引言智能化轉(zhuǎn)速測量可以對電機的轉(zhuǎn)速進行測量，電機在運行的過程中，需要對其平穩(wěn)性進行監(jiān)測，適時對轉(zhuǎn)速的測量有效地可以反映電機的狀況。本系統(tǒng)主要由傳感器，單片機STC89C51構(gòu)成?？梢詫D(zhuǎn)速進行測量，測量的轉(zhuǎn)速精度較高，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的測量。單片機的英文名稱是MicroControllerunit,縮寫為MCU，又稱為微控制器，它是一種面向控制的大規(guī)模集成電路芯片。它具有功能強、體積小、可靠性高、應用簡單靈活，因而使用非常廣泛，有力地推動各行業(yè)的技術(shù)開展和更新?lián)Q代。本文首先在第二章緒論介紹了此系統(tǒng)的功能、技術(shù)指標以及主要內(nèi)容等；在第三章論述了總體設(shè)計過程,確定了技術(shù)指標及器件的選擇；第四章著重描述了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、硬件設(shè)計框圖及所使用的各種芯片功能與特性；在第四章中重點剖析了軟件設(shè)計的過程；最后在第六章中具體論述單片機、電平轉(zhuǎn)換電路、通信的處理及調(diào)試。由于本人水平有限，加之時間倉促，論文中難免會有錯誤和缺乏之外，不夠理想、許多方面還需要繼續(xù)完善和改良。在此特別感謝我的指導老師***老師的大力指導。1系統(tǒng)方案提出和論證轉(zhuǎn)速測量的方案選擇一般要考慮傳感器的結(jié)構(gòu)、安裝以及測速范圍與環(huán)境條件等方面的適用性；再就是二次儀表的要求，出了顯示以外還有控制、通訊和遠傳方面的要求。本說明書中給出兩種轉(zhuǎn)速測量方案，經(jīng)過我和隊友查資料、構(gòu)思和自己的設(shè)計，總體電路我們有兩套設(shè)計方案，局部重要模塊也考慮了其它設(shè)計方法，經(jīng)過分析，從實現(xiàn)難度、熟練程度、器件用量等方面綜合考慮，我們才最終選擇了一個方案。下面就看下我們對兩套設(shè)計方案的簡要說明。方案一：霍爾傳感器測量方案霍爾傳感器是利用霍爾效應進行工作，其核心元件是根據(jù)霍爾效應原理制成的霍爾元件。本文介紹一種泵驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速采用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測量?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖如圖3.8。圖3.8霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)圖傳感器的定子上有2個互相垂直的繞組A和B相連，在繞組的中心線上粘有霍爾片HA和HB，轉(zhuǎn)子為永久磁鋼，霍爾元件HA和HB的激磁電機分別與繞組A和B相連，它們的霍爾電極串聯(lián)作為傳感的輸出。缺點：采用霍爾傳感器在信號采樣的時候，會出現(xiàn)采樣不精確，因為它是靠磁性感應才采集脈沖的，使用時間長了會出現(xiàn)磁性變小，影響脈沖的采樣精度。方案二：光電傳感器整個測量系統(tǒng)轉(zhuǎn)子由一直流調(diào)速電機驅(qū)動，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)速范圍的無級調(diào)速。轉(zhuǎn)速信號由光電傳感器拾取，使用時應在轉(zhuǎn)子上做好光電標記，具體方法可以是：將轉(zhuǎn)子外表擦干凈后用黑漆〔或者黑色膠布〕全部涂黑，再將一塊反光材料貼在其上作為光電標記，然后將光電傳感器〔光電頭〕固定在正對光電標記的某一適當距離處。光電投采用低功耗亮度LED，光源為高可靠性可見光，無論黑夜還是白天，或者是背景光強、有大范圍改變都不影響接收效果。光電頭包含有前置電路，輸出0-5V的脈沖信號。接到單片機89C51的相應管腳上，通過89C51內(nèi)部定時器/計數(shù)器T0、T1及相應的程序設(shè)計，組成一個數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。優(yōu)點這種方案使用光電傳感器具有采用精確，采樣速度快、范圍廣的特點。綜上所述，方案二使用的光電傳感器來作為設(shè)計的最正確方案。2系統(tǒng)功能概述功能：系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能是:STC89C51單片機接收光電傳感器傳來的脈沖信號,單片機根據(jù)外部中斷,以及內(nèi)部定時器進行記數(shù)計算出電機轉(zhuǎn)速送到LED顯示,并通過輸出PWM波控制電機的轉(zhuǎn)速。記錄各時段的轉(zhuǎn)速，畫出V-T坐標圖。組成及框圖：傳感器電路、轉(zhuǎn)速測量、液晶顯示、PWM控制電路等將在以下章節(jié)作詳細地設(shè)計。系統(tǒng)硬件電路如圖2.1。輸出PWM單片機AT89C51輸出PWM單片機AT89C51傳感器驅(qū)動電路直流電機驅(qū)動電路直流電機液晶顯示圖2.1系統(tǒng)硬件電路應用：從實用的角度看，評價一個系統(tǒng)實用價值的重要標準，就是這個系統(tǒng)對社會生活和科技觀念有多大的奉獻。轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)具有大范圍、高精度等優(yōu)點、測量速度快，這種系統(tǒng)將會有良好的應用。2.1光電傳感器簡介光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三局部組成。光電檢測方法具有精度高、反響快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號〔紅外、可見及紫外光輻射〕轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、外表粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。近年來，新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進一步應用開創(chuàng)了新的一頁。本設(shè)計仿真中的直流電機為帶光電傳感器的電機。圖2.1光電傳感器工作電路圖2.2系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容將光電傳感器產(chǎn)生的脈沖信號輸出入到單片機的定時器0口，單片機工作在內(nèi)部定時器工作方式0，對周期信號進行內(nèi)部記數(shù)，調(diào)用計算公式算出轉(zhuǎn)速，調(diào)用顯示程序顯示在液晶屏上。主要內(nèi)容：〔1〕單片機局部主要完成電機轉(zhuǎn)速的測量〔2〕LED局部主要是把轉(zhuǎn)速顯示出來，顯示范圍0-6000r/min〔3〕輸出PWM波控制電機轉(zhuǎn)速〔4〕傳感器電路模塊2.3系統(tǒng)技術(shù)指標系統(tǒng)主要完成以下功能：測量系統(tǒng)：〔1〕設(shè)計并制作單片機的轉(zhuǎn)速測量的硬件系統(tǒng)；〔2〕用C語言完成轉(zhuǎn)速測量的軟件系統(tǒng)；〔3〕要求把轉(zhuǎn)速顯示在液晶屏；〔4〕可以自己行控制電機在一個穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速上；根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能以及要求，要實現(xiàn)單片機的轉(zhuǎn)速測量主要是各個模塊的設(shè)計，定時器記數(shù)功能、以及LED驅(qū)動。單片機可通過編程控制外圍部件，能實現(xiàn)較高的自動化程度。以它為系統(tǒng)核心的控制模塊可實現(xiàn)主從控制，完成預定的任務(wù)。3系統(tǒng)總體設(shè)計3.1硬件電路設(shè)計思路硬件設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計要求，在選擇的機型的根底上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。89C51單片機通過T0輸入傳感器的脈沖信號，中斷0口輸出PWM波，P1口、P2口接LED動態(tài)顯示。轉(zhuǎn)速測量局部的硬件設(shè)計思路：本次設(shè)計單片機局部的硬件框圖如圖2.1所示。CPU執(zhí)行單元顯示電路復位電路CPU執(zhí)行單元顯示電路復位電路時鐘電路時鐘電路圖3.1單片機局部硬件框圖具體詳細的表達將在下面的章節(jié)中逐一介紹。3.2軟件設(shè)計思路軟件需要解決的是定時器0的記數(shù)，由于測量的轉(zhuǎn)速范圍大，所以低速和高速都要考慮在內(nèi)，關(guān)鍵在于一個四字節(jié)除三字節(jié)程序的實現(xiàn)。顯示局部、需要有一個二進制到十進制的轉(zhuǎn)化程序，以及轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD的程序后、才能進行調(diào)用查表程序送到顯示。軟件工作流程：光電傳感器利用光電電效應產(chǎn)生一周期脈沖向單片機的T0計數(shù)器〔P3.4〕口發(fā)送脈沖信號，定時器工作在內(nèi)部定時，TH0、TL0設(shè)定初值為0，作為除數(shù)的低兩字節(jié)，利用軟件記數(shù)器、定時器0中斷的次數(shù)作為除數(shù)高字節(jié)。中斷完畢讀取內(nèi)部記數(shù)值作為除數(shù)，調(diào)用除法程序計算轉(zhuǎn)速，再對二進制數(shù)進行一系列變換后調(diào)用查表顯示程序，顯示在液晶屏上。轉(zhuǎn)速局部軟件設(shè)計思路：STC89C51單片機的P3.4口接收傳感器的信號。主要編寫兩個定時中斷效勞程序TO、T1，讀取記數(shù)值的三個字節(jié)，并再次清0記數(shù)初值以便下次的記數(shù)和計算。后調(diào)用查表程序送顯示。4硬件電路設(shè)計硬件的功能由總體設(shè)計所規(guī)定，硬件設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計要求，在選擇的機型的根底上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計出系統(tǒng)的電路原理圖，必要時做一些部件實驗，以確定電路圖的正確性，以及工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計加工、印制板的制作、樣機的組裝等。整個單片機測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)為單片機控制模塊、光電傳感器模塊、發(fā)送模塊，各個模塊都承當著各自的任務(wù)。設(shè)計單片機模塊，考慮到單片機本身的外圍電路較多，所以在單片機模塊方面需要極為小心。在整個電路設(shè)計時要考慮電平轉(zhuǎn)換電路，具體每一局部的設(shè)計將在以下章節(jié)中詳細分析。4.1單片機模塊根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機硬件電路設(shè)計思路〔如圖3.1〕對單片機模塊進行設(shè)計，要使單片機準確的測量電機轉(zhuǎn)速，并且使測出的數(shù)據(jù)能顯示出來，所以整個單片機局部分為傳感器電路、時鐘電路、復位電路、執(zhí)行元件以及顯示電路五個局部。4.1.1處理執(zhí)行元件單片機我們采用STC89C51(其引腳圖如圖4.1)，相較于INTEL公司的8051它本身帶有一定的優(yōu)點。STC89C51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CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的STC89C51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。圖4.1STC89C51引腳圖主要特性：·與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保存時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路管腳說明：(1)VCC：供電電壓；(2)GND：接地；(3)P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。(4)P1口：P1口是一個內(nèi)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，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收?！?〕P2口：P2口為一個內(nèi)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TTL門電流，當P2口被寫“1〞時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1〞時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。〔6〕P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1〞后，它們被內(nèi)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STC89C51的一些特殊功能口，如下表3.1所示：〔7〕RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。〔8〕ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。表3.1P3口的第二功能引腳第二功能信號名稱P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXDTXDINT0INT1T0T1WRRD串行數(shù)據(jù)接收串行數(shù)據(jù)發(fā)送外部中斷0請求外部中斷1請求定時器/計數(shù)器0計數(shù)輸入定時器/計數(shù)器1計數(shù)輸入外部RAM寫選通外部RAM讀選通P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。此時，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。

〔9〕/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。

〔10〕/EA/VPP：當/EA保持低電平時，那么在此期間外部程序存儲器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源〔VPP〕。(11〕XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。

(12)XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石英振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1〞且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，STC89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。4.1.2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12MHZMCS-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，外接定時反響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。STC89C51是屬于CMOS8位微處理器，它的時鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于NMOS型的單片機。CMOS型單片機內(nèi)部〔如STC89C51〕有一個可控的負反響反相放大器，外接晶振〔或陶瓷諧振器〕和電容組成振蕩器，圖3.2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〔即特殊功能存放器PCON.1〕使/PD＝0，振蕩器停止工作，整個單片機也就停止工作，以到達節(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變小〕，其典型值為30pF。圖4.2CMOS型單片機時鐘電路框圖4.1.3復位電路計算機在啟動運行時都需要復位，使中央處理器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。MCS-51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，MCS-51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?，退出復位，CPU從初始狀態(tài)開始工作。單片機采用的復位方式是自動復位方式。對于MOS(STC89C51)單片機只要接一個電容至VCC即可(見圖3.3)。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MCS-51有效的復位。RST端在加電時應保持的高電平時間包括VCC的上升時間和振蕩器起振的時間，Vss上升時間假設(shè)為10ms，振蕩器起振的時間和頻率有關(guān)。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。假設(shè)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)。圖4.3上電復位電路4.1.4顯示電路4.4LCD1602液晶屏〔1〕1602LCD主要技術(shù)參數(shù)顯示容量為16×2個字符；芯片工作電壓為4.5～5.5V；工作電流為2.0mA〔5.0V〕；模塊最正確工作電壓為5.0V；字符尺寸為2.95×4.35〔W×H〕mm。〔2〕接口，信號說明1602LCD采用標準的14引腳〔無背光〕或16引腳〔帶背光〕接口，各引腳接口說明見表1602液晶接口引腳定義編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2DateI/O2VDD電源正極10D3DateI/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4DateI/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端〔V/L〕12D5DateI/O5R/W讀/寫選擇端〔H/L〕13D6DateI/O6E使能信號14D7DateI/O7D0DateI/O15BLA背光源正極8D1DateI/O16BLK背光源負極1、2組電源一組是模塊的電源一組是背光板的電源均為5V供電。2、VL是調(diào)節(jié)比照度的引腳調(diào)節(jié)此腳上的電壓可以改變黑白比照度3、RS是很多液晶上都有的引腳是命令/數(shù)據(jù)選擇引腳該腳電平為高時表示將進行數(shù)據(jù)操作；為低時表示進行命令操作。4、RW也是很多液晶上都有的引腳是讀寫選擇端該腳電平為高是表示要對液晶進行讀操作；為低時表示要進行寫操作。5、E同樣很多液晶模塊有此引腳通常在總線上信號穩(wěn)定后給一正脈沖通知把數(shù)據(jù)讀走，在此腳為高電平的時候總線不允許變化。6、D0—D78位雙向并行總線，用來傳送命令和數(shù)據(jù)。7、BLA是背光源正極，BLK是背光源負極。〔3〕控制器接口說明根本操作時序見表根本操作時序讀狀態(tài)輸入RS=L，R/W=H，E=H輸出D0～D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L，R/W=L，D0～D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=H，E=H輸出D0～D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=L，D0～D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出無對此液晶操作主要有以下幾種方法。1寫命令〔包括但不限于初始化、調(diào)節(jié)顯示位置、去除顯示〕2寫數(shù)據(jù)(把一個字符的ASC碼寫入液晶使其顯示)3讀忙信號〔液晶乃低速設(shè)備，每次操作前應該測試忙信號，確定其不忙時再操作〕〔4〕1602LCD的指令碼〔命令碼〕此液晶上電的時候需要初始化典型的指令碼是38H，也就是上電的時候需要調(diào)用voidwrite_cmd(unsignedcharcommand)這個函數(shù)寫指令碼，用法是write_cmd(0x38);執(zhí)行完這個函數(shù)可以把液晶初始化成16x2顯示5x7的點陣8位總線接口。以下指令碼用法相同。此液晶支持的指令碼有

指令碼功能00111000設(shè)置16×2顯示，5×7點陳，8位數(shù)據(jù)接口解釋：就是0x38的命令

指令碼功能00001DCBD=1開顯示；D=0關(guān)顯示C=1顯示光標；C=0不顯示光標B=1光標閃爍；B=0光標不顯示000001NSN=1當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加一，且光標加一N=0當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減一，且光標減一S=1當寫一個字符，整屏顯示左移〔N=1〕

或右移〔N=0〕，以得到光標不移動而屏幕移動的效果。S=1當寫一個字符，整屏顯示不移動解釋：第一行指令主要能完成的功能是控制液晶顯示否，光標顯示否，光標閃爍否？共有以下8種指令0000100008H關(guān)液晶顯示光標不閃爍不顯示光標位置0000100109H關(guān)液晶顯示光標不閃爍顯示光標位置000010100AH關(guān)液晶顯示光標不閃爍不顯示光標位置000010110BH關(guān)液晶顯示光標不閃爍顯示光標位置000011000CH開液晶顯示光標不閃爍不顯示光標位置000011010DH開液晶顯示光標不閃爍顯示光標位置000011100EH開液晶顯示光標不閃爍不顯示光標位置000011110FH開液晶顯示光標不閃爍顯示光標位置解釋：第二行指令主要能完成的功能是寫完字符光標或屏幕移動方向指令碼功能80H+地址碼〔0-27H，40H-67H〕設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針解釋：用該指令碼可以把光標移動到想要的位置這是虛擬的液晶顯示圖表示2行16列顯示方框中的數(shù)字表示當前位置的指針

80H81H82H83H84H85H86H87H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH

C0HC1HC2HC3HC4HC5HC6HC7HC8HC9HCAHCBHCCHCDHCEHCFH例如：只要調(diào)用write_cmd(0x82);函數(shù)就能把光標挪到第1行第3列的位置

指令碼功能01H顯示清屏：1.數(shù)據(jù)指針清零

2.所有顯示清零02H顯示回車：1數(shù)據(jù)指針清零5軟件設(shè)計本章重點闡述測量轉(zhuǎn)速的匯編語言。以及軟件設(shè)計的過程。軟件需要解決的是單片機中斷效勞程序的設(shè)計、計算程序的設(shè)計、顯示局部的程序設(shè)計以及在我們這里非重點介紹的通信程序設(shè)計。5.1單片機轉(zhuǎn)速程序設(shè)計思路及過程單片機測量轉(zhuǎn)速可以分為假設(shè)干模塊，然后在主程序中調(diào)用各個模塊，流程圖如圖5.1所示。開始開始初始化計算程序數(shù)值轉(zhuǎn)換字符調(diào)用顯示程序返回圖5.1主程序流程圖5.1.1單片機程序設(shè)計思路計算轉(zhuǎn)速公式：n=N/MTc(r/min)n轉(zhuǎn)速、單位：轉(zhuǎn)/分鐘N采樣時間內(nèi)所計脈沖個數(shù)Tc采樣時間、單位：分鐘M每旋轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的脈沖數(shù)〔通常指測速碼盤的齒數(shù)〕如果M=60，那么一秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的脈沖個數(shù)N就是轉(zhuǎn)速n，即：n==N通常M為60其中，N是內(nèi)部定時器的計數(shù)值，為三字節(jié)，分別由TH0，TL0，VTT構(gòu)成；Tc為時基，由于采用11.0592M的晶振，所以Tc不在是1um，而是12M/11.0592M約為1.08um，帶入上面公式，即可得到轉(zhuǎn)速的精確計算公式：N=60*11059200/12N=55296000/N再將55296000化為二進制存入單片機的內(nèi)存單元。下面我們將介紹除數(shù)是如何獲得的：單片機的轉(zhuǎn)速測量完成，定時器T0作為內(nèi)部定時器，外部中斷來的時候讀取TH0，TL0，并同時清零TH0、TL0，使定時器再次循環(huán)計內(nèi)部脈沖。此外，對于低速情況下，我們還要設(shè)定一個軟件計數(shù)器VTT，當外部中斷還沒來而內(nèi)部定時器已經(jīng)溢出，產(chǎn)生定時器0中斷時，增加VTT，作為三字節(jié)中的高字節(jié)。三字節(jié)組成除數(shù)，上面的常數(shù)為四字節(jié)，所以計算程序?qū)嶋H上就是調(diào)用一個四字節(jié)除三字節(jié)商為兩字節(jié)〔最高轉(zhuǎn)速6000r/min足夠〕的程序。為液晶屏顯示出來，需將二進制轉(zhuǎn)換為十進制，在將十進制轉(zhuǎn)換為十六進制，才能調(diào)用查表程序，最后送顯示。5.1.2單片機轉(zhuǎn)速計算程序由于本次設(shè)計的系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能是將光電傳感器的信號送到單片機的外部中斷口，再對周期方波進行內(nèi)部計數(shù)，調(diào)用計算程序把轉(zhuǎn)速測出來?？梢哉f是核心局部，流程圖如圖4.2所示：開始開始被除數(shù)初始化被除數(shù)初始化讀取定時值讀取定時值調(diào)用除法程序調(diào)用除法程序返回返回圖5.2計算程序流程圖計算程序中又再次調(diào)用了除法程序，這里的除法為四字節(jié)除三字節(jié)商為兩字節(jié)，除法的程序的編程思想可以和手工計算的除法相似，比擬減法的思想，流程圖如圖5.3所示具體程序見附錄。5.2程序設(shè)計根據(jù)以上設(shè)計思路和各個模塊的流程圖即可編寫出本次課程設(shè)計的程序，注意其中各個模塊間的參數(shù)傳遞以及堆棧指針等問題，程序設(shè)計的任務(wù)即可完成，寫出初始的程序，再進行上機調(diào)試，這些我們將具體在下章中加以詳細表達。開始開始電機轉(zhuǎn)速是否在設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)給電機的轉(zhuǎn)速賦初值控制PWM計算速度標志是否為1計算速度電機轉(zhuǎn)速是否在設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)給電機的轉(zhuǎn)速賦初值控制PWM計算速度標志是否為1計算速度是否T0繼續(xù)計數(shù)否是是調(diào)用顯示圖5.3顯示程序流程圖5.3C語言程序#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitinput=p3^2;sbitE=p2^7;//1602使能引腳sbitRW=p2^6;//1602讀寫引腳sbitRS=P2^5;//1602數(shù)據(jù)/命令選擇引腳sbitkey1=p3^4;sbitpwm=p1^0;unsignedcharcycle;//定義周期該數(shù)字X基準定時時間如果是10那么周期是10×0.1msunsignedcharpwm_on;//定義高電平時間ucharcount=0;intcount_2=0;intsudu=0;/*名稱：delay〔〕*功能：延時，延時時間為10ms*del*輸入：del*輸出：無/voiddelay〔〕{inti，j；for(i=0;i<=100;i++)for(j=0;j<=20;j++);}/*名稱：enable〔uchardel〕*功能：1602命令函數(shù)*輸入：輸入的命令值*輸出：無/voidenable〔uchardel〕{P0=del;RS=0;RW=0;E=0;delay();E=1;delay();}/*名稱:write(uchardel)*功能：1602寫數(shù)據(jù)函數(shù)*輸入：需要寫入1602的數(shù)據(jù)*輸出：無/voidwrote〔uchardel〕{P0=del;RS=1;RW=0;E=0;delay();E=1;delay();}/*名稱：L1602_init()*功能：1602初始化*輸入：無*輸出：無/voidL1602_init(void){enable(0x01);enable(0x38);enable(0x0c);enable(0x06);enable(0xd0);}/*名稱：L1602_char〔ucharhang,ucharlie,charsign〕*功能：改變液晶中某位的值，如果要讓第一行，第五個字符顯示"b"，調(diào)用該函數(shù)如下L1602_char(1,5,‘b’)*輸入：行，列，需要輸入1602的數(shù)據(jù)*輸出：無/voidL1602_char(ucharhang,ucharlie,charsign){uchara;if(hang==1)a=0x80;if(hang==2)a=oxc0;a=a+lie-1;enable(a);write(sign);}/*名稱：1602_string(ucharhang,ucharlie,uchar*p)*功能：改變液晶屏中某位的值，如果要讓第一行，第五個字符開始顯示"abcdef",調(diào)用該函數(shù)如下L1602-string(1,5,"abcdef;")*輸入：行，列，需要輸入1602的數(shù)據(jù)*輸出：無/voidL1602-string(ucharhang,ucharlie,uchar*p){uchara;if(hang==1)a=0x80;if(hang==2)a=0xc0;a=a+lie-1enable(a);while(1){if(*p=='\0')break;write(*p);p++;}}/*名稱：outside-Init()*功能：外部中斷0的初始化*輸入：無*輸出：無/\voidoutside-Init(void){EX0=1;//開外部中斷0IT0=1;//負邊沿觸發(fā)EA=1;//開總中斷}/*名稱：Outside-Init()*功能：外部中斷0的中斷處理*輸入：無*輸出：無/voidOutside-Init(void)interrupt0{EX0=0;if(input==0)//對按鍵進行抗干擾處理{count++;//TR0=1;}EX0=1;}/*名稱：main〔〕*功能：外部中斷實驗主程序*輸入：無*輸出：無/Voidmain(void){inta,b,c,d;L1602-init();outside-init();TMOD|=0x01;//定時器設(shè)置1msin12McrystalTH0=(65536-1000)/256;TL0=(65536-1000)%256;//定時1msIE=0x83;//翻開中斷TR0=1;CYCLE=10;//時間可以調(diào)整這個是10步調(diào)整周期100ms8位PWM就是256步PWM-ON=6;while(1){if(!KEY1){delay();if(!KEY1){PWM-ON++;if〔PWM-ON==9〕PWM-ON=0;}}a=sude/1000;b=(sudu-a*1000)/100;c=(sudu-a*1000-b*100)/10;d=sudu-a*1000-b*100-c*10;L1602-char(1,5,a+0x30);L1602-char(1,6,b+0x30);L1602-char(1,7,c+0x30);L1602-char(1,8,d+0x30);}}voidtime(void)interrupt1using1{staticunsignedcharcount-1;TH0=(65536-1000)/256;TL0=(65536-1000)%256；//定時1msif(count-1==PWM-ON){PWM=1;//燈滅}count-1++;if(count-1==CYCLE){count-1=0;count-2++;if(PWM-ON!=0)//如果左右時間是0保持原來狀態(tài)PWM=0;//燈亮}if〔count-2==10〕{count-2=0;sudu=Count;count=0;}}6系統(tǒng)調(diào)試電路調(diào)試是整個系統(tǒng)功能否實現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個調(diào)試過程分為三大局部：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。6.1硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是針對我的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的單片機硬件電路分別進行調(diào)試。這一局部硬件調(diào)試主要分成兩大塊：上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試。上電前的調(diào)試：在上電前，我們必須確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這局部調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在虛焊或者短路情況等。特別是數(shù)碼管的連接局部，proteus制作的原理圖與實際的封裝不一樣，需要我們注意連線。有些在電路板上沒法連接的線路，要用短接線把接好，對照著原理圖局部，一局部一局部地用萬用表測量，注意焊點之間，確保焊點沒有短接在一起，同時注意焊點的美觀，確保沒有開路以及短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。上電后的調(diào)試：在確保硬件電路正常，無異常情況(斷路或短路)方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗電路是否接錯，同時還要檢驗原理是否正確，在本次課程設(shè)計中，上電調(diào)試主要是轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的單片機控制局部、數(shù)碼管點亮局部、光電傳感器局部和直流電機轉(zhuǎn)動局部的硬件調(diào)試。(1)單片機控制局部硬件調(diào)試：這一局部調(diào)試主要是檢查時鐘電路、復位電路是否接對，單片機的電源以及地是否接好，以及其他的一些管腳的接法?？磫纹瑱C通電后能否可以正常工作等這一系列問題。(2)數(shù)碼管LED電路調(diào)試：由于數(shù)碼管采用的是動態(tài)掃描的方式點亮的。數(shù)碼管的公共端〔COM〕接在三極管驅(qū)動再接到單片機的P2口作為位選信號，段選是接在P1口。電路上電檢查三極管是否接上電源和地讓其正常工作。在這一前提下，查看數(shù)碼管能否點亮。只需要接仿真機上編寫一個小程序讓5位LED全亮，或者讓它們其中的某位點亮，也可以顯示不同的數(shù)字，根據(jù)要求給P1口，P2口分別賦值。即可檢查數(shù)碼管的硬件電路是否正確，即可判斷顯示驅(qū)動電路整個完整，首先排除這里的故障。(3)光電管局部的電路調(diào)試：用萬用表檢測光電管輸出端口的電壓，分別測光電管被遮蓋和未被遮蓋的情況。檢測這兩種的情況下，輸出的電壓是否存在較大的壓差，以排除光電傳感器的故障。(4)直流電機的測試：將直流電機直接加在電源的正負極，檢測電機是否正常轉(zhuǎn)動，排除電機故障。6.2軟件調(diào)試單片機程序調(diào)試思路：單片機局部調(diào)試工作的完成主要應用keilc軟件來完成，這一局部工作首先將轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)中的各個模塊——計算程序中的除法程序、雙字節(jié)的二-十進制數(shù)制轉(zhuǎn)換程序，壓縮BCD碼十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為非壓縮BCD碼的程序以及顯示局部程序調(diào)試好，不斷調(diào)試，不斷修改直到正確為止。keilc軟件是一種非常實用的多窗口編輯、調(diào)試軟件。keilc軟件全面支持匯編語言，C語言。調(diào)試主要方法和技巧：通常一個調(diào)試程序應該具備至少四種性能：跟蹤、斷點、查看變量、更改數(shù)值。(1)跟蹤調(diào)試調(diào)試應用程序所提供的重要性能也許就是跟蹤應用程序。跟蹤應用程序使用戶能夠在運行應用程序時，看到PC指針在應用源代碼程序中確實切位置，keilc提供以下方法對程序的執(zhí)行進行跟蹤。跟蹤型單步執(zhí)行一條源語句程序。但是，如果調(diào)用一函數(shù)，那么進入函數(shù)中，再執(zhí)行函數(shù)的第一條源語句行前停止。通過型單步僅執(zhí)行下一條源語句程序，然后又停止。如果是調(diào)用一函數(shù)，運行完整個函數(shù)并停止在函數(shù)返回處。(2)斷點調(diào)試如果程序中某塊代碼實際運行正常的情況下，仍用跟蹤調(diào)試方法，將大大浪費時間，而且很枯燥，因此調(diào)試中第二個重要工具是在源代碼中預定處設(shè)置斷點，大多數(shù)調(diào)試程序通過使用斷點中止程序執(zhí)行。注意：如果用戶調(diào)試高級語言，因為系統(tǒng)要占用2個斷點，所以可設(shè)置的斷點數(shù)為最大斷點個數(shù)減2。keilc調(diào)試軟件還提供一次性斷點：執(zhí)行到光標所在行。如果用戶按熱鍵F4，調(diào)試程序繼續(xù)執(zhí)行程序代碼，直到它到達光標行處或調(diào)試程序遇到另一個斷點。(3)查看變量顯然，通過一系列指令查看應用程序，了解導致某一錯誤的執(zhí)行也是一種非常有效的方法。keilc軟件提供了以下幾種方法對變量進行查看。通過添加觀察項菜單可以將用戶希望觀察的變量添加到觀察窗口中，長期進行觀察。用戶程序在單步或斷點停下時，將更新變量的取值。用戶可以直接移動鼠標到相應的變量名上，點擊鼠標左鍵，將出現(xiàn)一個提示窗口，顯示這個變量的當前值。用戶還可以翻開程序空間窗口、內(nèi)部數(shù)據(jù)窗口、外部數(shù)據(jù)窗口進行數(shù)據(jù)塊觀察。(4)更改數(shù)值如果用戶在調(diào)試過程中了解到變量的內(nèi)容〔超值、未定義等〕會對程序性能產(chǎn)生影響或引起異常時，立即更改變量的內(nèi)容是很有效的方法，以確保該值在正確范圍內(nèi)不會產(chǎn)生錯誤。keilc軟件提供一系列更改變量數(shù)值的方法，以便用戶能檢查程序?qū)φ麄€變量值范圍的反響，而無需為設(shè)置每個值而重新加載調(diào)試。在更改對話框中用戶輸入要更改的取值，點擊確定按鈕。用戶可以在輸入框中輸入十六進制或十進制數(shù)據(jù)。程序調(diào)試過程：整個程序是一個主程序調(diào)用各個子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個程序都能平穩(wěn)運行，各個模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個子程序模塊進行分別調(diào)試。首先、要對計算程序進行調(diào)試，其中關(guān)鍵就是那個四字節(jié)除三字節(jié)的程序顯得尤為重要，在整個程序中，四字節(jié)的被除數(shù)是確定的常數(shù)，而除數(shù)是測量記數(shù)的值，當各個模塊調(diào)試時，我們可以先對除數(shù)先賦不同的值，利用查看內(nèi)部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)窗口觀察出計算出來的結(jié)果和用計算器算得的結(jié)果是否一致，可以舉例屢次數(shù)據(jù)，確保程序正確，才能得到想得到的數(shù)據(jù)。其次、二進制到十進制的轉(zhuǎn)換，我們依然可以利用上述列舉的方法，屢次給出數(shù)據(jù)，然后運行程序，可以設(shè)置觀察變量，觀察出程序轉(zhuǎn)換的結(jié)果。最后、轉(zhuǎn)換為十六進制以及最后的顯示程序，可以利用上述提到的各種方法，觀察30-34H內(nèi)部的數(shù)據(jù)，緩沖數(shù)據(jù)的觀察檢查完畢后，調(diào)用顯示程序，觀察數(shù)液晶屏顯示的數(shù)據(jù)是否是內(nèi)存緩沖中需要顯示的數(shù)據(jù)。6.3綜合調(diào)試在硬件和軟件單獨調(diào)試成功后進行軟硬件綜合調(diào)試，它可以分成以下幾個步驟：〔1〕使光電傳感器有方波信號輸出；〔2〕使單片機獲得中斷信號，計算出轉(zhuǎn)速值并存儲；〔3〕通過LED數(shù)碼管把測量的數(shù)據(jù)顯示出來?！?〕單片機輸出信號控制電機轉(zhuǎn)動速度。6.4故障分析與解決方案故障出現(xiàn)情況：〔1〕通電后無任何反響；〔2〕光電傳感器不能產(chǎn)生有效的TTL電平；〔3〕電機不轉(zhuǎn)；〔4〕電機兩端無電壓；〔5〕單片機顯示局部無法工作，顯示不穩(wěn)定。解決方案〔針對上述故障一一對應的解決方案〕：①電路不工作。通過對電路的檢查發(fā)現(xiàn)，復位電路中的正負極接反，導致復位端口一直保持高電平，單片機一直保持復位狀態(tài)；解決方法：將正負極和電容的順序連接正確，故障排除。②光電管被遮擋和未被遮擋情況下輸出電壓幾乎不變。這時我們檢查了電路管腳連接情況。原因是實際接線時封裝的管腳與原理圖上不一致，導致管腳未能正確連接到電路。最后按照封裝的順序?qū)⒐怆姽苷_連接到電路板，故障排除。③電機不轉(zhuǎn)動。檢查電機回路是否有電流、電機兩端是否有電壓差和單片機P3.2腳是否輸出高