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1、南京工业职业技术学院项目技术报告 电子产品的设计与制作综合实训基于STC89C52的电机转速测量系统姓 名： * 学号： * 班 级: * 指导教师 * 课程名称：电子产品设计与制作综合实训提交日期：2016年06月24日摘 要在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。本设计主要用STC89C52作为控制核心，由光电传感器、
2、1620A-1液晶显示屏，直流电机构成。详细介绍了单片机的测量转速系统及单片机控制转速系统。充分发挥了单片机的性能。本文重点是测量速度并显示在液晶屏上。最后系统调试，通过仿真软件proteus验证方案的正确性后，再进行实物的测试，经过不断的调试最终得出正确的结果。关键字：STC89C52（单片机）； 转速； 传感器；控制引言41 系统方案提出和论证52 系统功能概述62.1 霍尔传感器简介82.2 系统要求及主要内容92.3 系统技术指标103 系统总体设计103.1 硬件电路设计思路103.2 软件设计思路114 硬件电路设计124.1 单片机模块134.1.1 处理执行元件144.1.2
3、时钟电路194.1.3 复位电路204.1.4 显示电路224.1.5 声光报警电路235软件设计235.1 单片机转速程序设计思路及过程245.1.1 单片机程序设计思路245.1.2 单片机转速计算程序265.2 程序设计275.3 C语言程序286 系统调试416.1 硬件调试416.2 软件调试436.3 综合调试44致 谢45附 录46引言 智能化转速测量可以对电机的转速进行测量，电机在运行的过程中，需要对其平稳性进行监测，适时对转速的测量有效地可以反映电机的状况。 本系统主要由传感器，单片机STC89C52构成。可以对转速进行测量，测量的转速精度较高，实现对电机转速的测量。 单片机
4、的英文名称是Micro Controller unit,缩写为MCU，又称为微控制器，它是一种面向控制的大规模集成电路芯片。它具有功能强、体积小、可靠性高、应用简单灵活，因而使用非常广泛，有力地推动各行业的技术发展和更新换代。 本文首先在第二章绪论介绍了此系统的功能、技术指标以及主要内容等；在第三章论述了总体设计过程,确定了技术指标及器件的选择；第四章着重描述了系统硬件电路设计、硬件设计框图及所使用的各种芯片功能与特性；在第四章中重点剖析了软件设计的过程；不够理想、许多方面还需要继续完善和改进。在此特别感谢我的指导老师的大力指导。1 系统方案提出和论证 转速测量的方案选择一般要考虑传感器的结构
5、、安装以及测速范围与环境条件等方面的适用性；再就是二次仪表的要求，出了显示以外还有控制、通讯和远传方面的要求。本说明书中给出两种转速测量方案，经过我和队友查资料、构思和自己的设计，总体电路我们有两套设计方案，部分重要模块也考虑了其它设计方法，经过分析，从实现难度、熟练程度、器件用量等方面综合考虑，我们才最终选择了一个方案。下面就看下我们对两套设计方案的简要说明。 方案一：霍尔传感器测量方案霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作，其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件。本文介绍一种泵驱动轴的转速采用霍尔转速传感器测量。霍尔转速传感器的结构原理图如图。传感器的定子上有2个互相垂直的绕组A和B相连，在
6、绕组的中心线上粘有霍尔片HA和HB，转子为永久磁钢，霍尔元件HA和HB的激磁电机分别与绕组A和B相连，它们的霍尔电极串联作为传感的输出。缺点：采用霍尔传感器在信号采样的时候，会出现采样不精确，因为它是靠磁性感应才采集脉冲的，使用时间长了会出现磁性变小，影响脉冲的采样精度。 方案二：光电传感器 整个测量系统转子由一直流调速电机驱动，可实现大转速范围的无级调速。转速信号由光电传感器拾取，使用时应在转子上做好光电标记，具体办法可以是：将转子表面擦干净后用黑漆（或者黑色胶布）全部涂黑，再将一块反光材料贴在其上作为光电标记，然后将光电传感器（光电头）固定在正对光电标记的某一适当距离处。光电投采用低功耗亮
7、度LED，光源为高可靠性可见光，无论黑夜还是白天，或者是背景光强、有大范围改变都不影响接收效果。光电头包含有前置电路，输出0-5V的脉冲信号。接到单片机89C51的相应管脚上，通过89C51内部定时器/计数器T0、T1及相应的程序设计，组成一个数字式转速测量系统。优点这种方案使用光电传感器具有采用精确，采样速度快、成本低的特点。综上所述，方案二使用的霍尔传感器来作为设计的最佳方案。2 系统功能概述 功能： 系统主要实现功能是:STC89C52单片机接收霍尔传感器传来的脉冲信号,单片机根据外部中断,以及内部定时器进行记数计算出电机转速送到SEG显示，以及声光报警系统。 传感器电路、转速测量、液晶
8、显示、报警电路等将在以下章节作详细地设计。系统硬件电路如图2.1。LED、三极管单 片 机 AT89C51传感器 驱动电路蜂鸣器液晶显示图2.1 系统硬件电路 应用：从实用的角度看，评价一个系统实用价值的重要标准，就是这个系统对社会生活和科技观念有多大的贡献。转速测量系统具有大范围、高精度等优点、测量速度快，这种系统将会有良好的应用。2.1 霍尔传感器简介磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔
9、电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁感应强度。下图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。 图2.1 霍尔传感器工作原理图2.2 系统要求及主要内容 将光电传感器产生的脉冲信号输出入
10、到单片机的定时器0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行内部记数，调用计算公式算出转速，调用显示程序显示在液晶屏上。 主要内容： （1）单片机部分主要完成电机转速的测量 （2）SEG部分主要是把转速显示出来，显示范围0-6000r/min （3） 声光报警电路模块 （4） 传感器电路模块2.3 系统技术指标系统主要完成以下功能：测量系统：（1） 设计并制作单片机的转速测量的硬件系统；（2） 用C语言完成转速测量的软件系统；（3） 要求把转速显示在四位共阳数码管；（4）声光报警器稳定工作；根据系统要实现的功能以及要求，要实现单片机的转速测量主要是各个模块的设计，定时器记数功能、以及
11、SEG驱动。单片机可通过编程控制外围部件，能实现较高的自动化程度。以它为系统核心的控制模块可实现主从控制，完成预定的任务。3 系统总体设计3.1 硬件电路设计思路硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的原理框图、电路原理图。89C52单片机通过T1输入传感器的脉冲信号P1口、P2口接SEG动态显示。转速测量部分的硬件设计思路：本次设计单片机部分的硬件框图如 图2.1所示。CPU执行单元显示电路复位电路 时钟电路 图3.1 单片机部分硬件框图 具体详细的叙述将在下面的章节中逐一介绍。3.2 软件设计思路 软件需要解决的是定时器0的记数，
12、由于测量的转速范围大，所以低速和高速都要考虑在内，关键在于一个四字节除三字节程序的实现。显示部分、进行调用SMGDisplay程序送到显示。 软件工作流程：霍尔传感器利用霍尔效应产生一周期脉冲向单片机的T1计数器（P3.4）口发送脉冲信号，定时器工作在内部定时，TH0、TL0设定初值为0，作为除数的低两字节，利用软件记数器、定时器0中断的次数作为除数高字节。中断完毕读取内部记数值作为除数，调用除法程序计算转速，显示程序将转速显示在数码管上。 转速部分软件设计思路： STC89C52单片机的P3.4口接收传感器的信号。主要编写两个定时中断服务程序TO、T1，读取记数值的三个字节，并再次清0记数初
13、值以便下次的记数和计算。4 硬件电路设计 硬件的功能由总体设计所规定，硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的电路原理图，必要时做一些部件实验，以确定电路图的正确性，以及工艺结构的设计加工、印制板的制作、样机的组装等。 整个单片机测量转速系统为单片机控制模块、光电传感器模块、发送模块，各个模块都承担着各自的任务。 设计单片机模块，考虑到单片机本身的外围电路较多，所以在单片机模块方面需要极为小心。在整个电路设计时要考虑电平转换电路，具体每一部分的设计将在以下章节中详细分析。4.1 单片机模块根据系统功能要求以及单片机硬件电路设计思路（如
14、图3.1）对单片机模块进行设计，要使单片机准确的测量电机转速，并且使测出的数据能显示出来，所以整个单片机部分分为传感器电路、时钟电路、复位电路、报警电路以及显示电路五个部分。4.1.1 处理执行元件 STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案图4.1 STC89C52引脚图主要特性：与MCS-51 兼容8K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-80Hz三级程序存储器锁定512字节内部RAM32可编程
