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1、中北大学2013届毕业设计说明书1 序言12系统要求分析22.1系统要求及任务22.2 功能介绍23硬件电路33.1 硬件电路设计33.2单片机模块33.2.1 STC89C52介绍33.2.2时钟电路63.2.3复位电路73.2.4显示电路83.3欧姆龙E6B2-WZ6C介绍104 软件设计134.1单片机转速程序设计及思路134.1.1转速计算原理134.1.2单片机转速的计算程序144.2程序设计155系统调试155.1 硬件调试155.2软件调试165.3 综合调试205.4 结论21附录1 实物图22附录2 程序源代码24参考文献28致谢291 序言在工程实际应用中，经常遇到各种需要
2、测量转速的场合，如机床主轴、发动机、电动机、卷扬机等旋转设备的测试、运转和控制中，测速环境和精度要求不同，相应的测量方法也不同。对某一些问题，转速测量的精确度要求不高；而对另一些问题，除了要求能精确的测得转速外，还要保证测量实时性，要求能测得瞬时转速在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合，在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。而测量转速是必不可少的，例如检测发动机转速是为了实时从ECU（车载电脑）中调出相应程序，因为ECU的程序汽车出厂时多是实验室验证OK的，同型号的车ECU程序不同国家是不一样的。总的来说就是为了
3、决定负载的大小。在科技越来越发达的今天，轿车的车速是越来越快，这就造成了许多事故的发生。所以有些公路就限制车速60km/h，如果没有测速装置，那会是一件极其危险的状况，罚单会更多的开出。这样测速装置就显得越来越重要。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。转速是电动机极为重要的一个状态参数，其测量精度将直接影响电动机其他参数的特性的测试以及故障检测与诊断的准确性。因此，转速的测量具有重要
4、的意义。目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号。其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点。加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、
5、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。2系统要求分析2.1系统要求及任务将编码器产生的脉冲信号输出入到单片机的外部中断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LED上，同时通过串口向上位机发送转速数据。主要内容： （1）单片机部分主要完成电机转速的测量 （2）LED数码管部分主要是把转速显示出2.2 功能介绍功能：系统主要实现功能是:STC89C52单片机接收编码器传来
6、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LED显示。组成框图： 单片机 STC89C52 编码器数码管转速 显示 转速计算 图 2.1系统硬件电路3硬件电路3.1 硬件电路设计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INT0输入传感器的脉冲信号，P0口P2口接LED动态显示。本设计的总体硬件框图： 显示电路 复位电路 单片机 STC89C52 时钟电路 编码器输 送信号 图 3.1 单片机部分硬件电路图3.2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（
7、如图31）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、执行元件以及显示电路五个部分。3.2.1 STC89C52介绍 图 3.2 STC89C52管脚图VCC : 电源GND : 地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要
8、外部上拉电阻3。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号P1 第二功能P1.0 ：T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 ：T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重
9、载触发信号和方向控制）P1.5 ：MOSI（在系统编程用）P1.6 ：MISO（在系统编程用）P1.7 ：SCK（在系统编程用）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P
10、2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为STC89C52特殊功能（第二功能）使用。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号3。引脚号P3第二功能P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INT0(外部中断0)P3.3 INT0(外部中断0)P3
11、.4 T0（定时器0外部输入）P3.5 T1（定时器1外部输入）P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器写选通)3RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可
12、用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 STC89C52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使
13、能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。3.2.2时钟电路单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。本设计中此采用内部时钟方式，如图3.3所示，以石英晶体振荡器和两个片电容组成外部振荡源。片内的高增益反相放大器通过XTAL1、XTAL2外接，作为反馈元件的片外晶体振荡器与
14、电容组成的并联谐振回路构成一个自激振荡器，向内部时钟电路提供振荡时钟。振荡器的频率取决于晶振的振荡频率，振荡频率范围为1.212MHz。工程应用时通常采用6MHz或12MHz。图中X1为12MHz（本设计采用的也是12MHz），电容C2、C4为33pF，它们一起构成此单片机的自激振荡器。 图 3.3 时钟电路3.2.3复位电路单片机的RST引脚为复位（Reset）端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的低电平，就可以实现系统复位，使单片机回到初始状态。如图3.4所示，本设计采用手动复位，用一个电容与一个10K电阻串联组成，电阻接VCC，电容接地，RESET脚接在它们中间，RC选
15、择10uF，按键与200R电阻串联，在电容两端并联，就成了按键复位电路，未上电时，RST端为高电平，只要按下这个按键，RST端转换为低电平，经过两个机器周期后，单片机就能复位。图 3.4复位电路3.2.4显示电路数码管显示原理：我们最常用的是七段式和八段式LED数码管，八段比七段多了一个小数点，其他的基本相同。所谓的八段就是指数码管里有八个小LED发光二极管，通过控制不同的LED的亮灭来显示出不同的字形。数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴极就是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高电平，它便能点亮。而共阳极就是将八个LED的阳极连在一起。其原理图3.5如下10。图 3.5数码管原理图其中引脚图的两
