简易小直流电机测速.docx
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简易小直流电机测速
科信学院
(2012/2013学年第二学期)
简易小直流电机测速
设计成绩:
2013年6月27日
摘要
1、课程设计目的
2、课程设计要求
3、课程设计器材
4、课程设计正文
4.1系统分析与实施
4.2硬件部分
4.2.1STC90C52AD
4.2.2时钟电路设计
4.2.3按键电路设计
4.2.4显示电路设计
4.2.5复位电路设计
4.2.6检测电机转速的电路设计..
4.3系统硬件调试
4.3.1.调试方案
4.3.2.仿真调试结果
4.3.3硬件调试结果
4.4软件设计
4.4.1软件系统分析
4.4.2系统软件设计
4.4.3系统软件实施与调试
5、课程设计总结
6、课程设计经验
7、参考文献
附录一、protel软件绘制的工作原理图附录二、PROTUE软件绘制的仿真图…
功能参数介绍
摘要
10
12
12
12
12
14
14
17
23
23
24
24
.11
13
直流电机转速作为直流电机的一项重要技术指标,在各个应用场合都有重要的研究价值,是其他大部分技术参数的计算来源,因此,准确测量直流电动机的转速具有重要的研究意义和理论价值。
目前,在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合。
对于工业测试,水利,机
一个问题。
转速测量方法较多,而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法,这种测量方技术已不能适应现代科技发展的要求,在测量范围和测量精度上,已不能满足大多数系统的使用。
随着大规模及超大规模集成电路技术的发展,数字系统测量得到普遍应用,特别是单片机对脉冲数字信号的强大处理能力,使得全数字量系统越来越普及,其转速测量系统也可以用全数字化处理。
在测量范围和测量精度方面都有极大的提高。
简易小直流电机测速
一、设计目的
电动机转速测量
1.实现对电动机转速的测量。
2.实时显示直流电动机转速的实际测量值。
测量范围
设计任务:
利用单片机技术设计、制作一个显示电动机转速的速度测定系统。
约为750〜3000r/s,尽可能地提高测量误差,用4位LED数码管显示速度。
二.设计要求
1.用启动按键来启动单片机来检测电机的转速,用停止按键来停止检测。
2.用显示数码管来显示电机每秒中的转数。
器件名称
数量
备注
单片机芯片
1个
AT89C51
直流电机
1个
小功率
数码管
4个
七段共阴极数码管
数码管译码器
1个
CD4511
晶振
1个
12MHZ
三极管
4个
NPN型
按键
2个
电阻
16个
330电阻八个,10k电阻四个,1k电阻四个
电路板
1个
另外:
导线,焊锡丝若干,万用表,电烙铁,电源,串行口数据线
注释;所用到的直流电机本身就自带测量转速的传感器,
所以在设计器材中就不需要传感器
三.设计器材
与驱动放大器ULN2003芯片
四.设计方案及分析总体方案设计思路:
送给单片机,单片机
电机转动,利用电机本身自带的传感器采集信号并产生脉冲信号,
通过计数器计数计算,将采集到的信号用数码管显示出来,流程图如下:
4.1STC90C52AD功能参数介绍
STC»CflAD
图1STC90C52AD
统中应用最为普及的单片机。
性,降低系统的成本。
只要程序长度小于8K,四个I/O口全部提供给用户。
可用5V电
压编程,而且擦写时间仅需10毫秒,仅为8751/87C51的擦除时间的百分之一,与
8751/87C51的12V电压擦写相比,易损坏器件,没有两种电源的要求,改写时不拔下芯
片,适合许多嵌入式控制领域。
工作电压范围(2.7V~6V),全静态工作,工作频率宽在OHz24MHz之间,比8751/87C51等51系列的6MHz〜12MHz更具有灵活性,系统能快能
慢。
STC90C52AD芯片提供三级程序存储器加密,提供了方便灵活而可靠的硬加密手段,
能完全保证程序或系统不被仿制。
P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。
P0口、P2
STC90C52AD单片机为40引脚芯片如图1所示,在本设计中,主要用到口、P1.0口及P3.0、P3.1、P3.2、P3.3口。
P0口:
P0口可作为通用I/O口,但须外接上拉电阻,所以在设计显示数码管我们避免了使用P0口这样大大简化了动态显示电路。
P1口:
8位、双向I/0口,内部含有上拉电阻。
P1口可作普通I/0口。
输出缓冲
在FLASH并行编程和
器可驱动四个TTL负载;用作输入时,先将引脚置1,由片内上拉电阻将其抬到高电平。
P1口的引脚可由外部负载拉到低电平,通过上拉电阻提供电流。
校验时,P1口可输入低字节地址。
在串行编程和效验时,P1.5/M0SI,P1.6/MIS0和P1.7/SCK
分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。
输入高字节地址和某些控制信号。
单片机使用宏晶公司支持串口下载程序(
ISP)的单片机,为STC90C52AD课程设计
配发的小电路板(ISP-MCUBasiccircuit)电路原理图见图二。
该板作为课程设计的核心电路板使用,板上有单片机及附属电路,RS-232通信驱动电路,高低电平测试电路等。
课程设计电路中需要的其他电路在此基础上扩展,通过插孔或导线连接。
4.2硬件设计
4.2.1方案设计
proteus进行硬件仿
系统硬件部分包含输入模块,显示模块,控制模块,测速模块等,通过
真实现。
单片机系统测量转速原理图
422单元电路设计
1.时钟电路
系统采用12M晶振与两个
30pF的电容组成震荡电路,接AT89C51的XTAL与XTAL2的引
脚,为微控制器提供时钟,MCS-5内部都有一个反相放大器,XTAL1、XTAL2分别为反相放大
器输入和输出端,外接定时反馈元件以后就组成振荡器,产生时钟送至单片机内部的各个部
件。
AT89C51是属于CMOS位微处理器,它的时钟电路在结构上有别于NMO型的单片机。
P1.0口,停止键连接单片机
2.按键电路
两个按键来分别控制电机的启动与停止,启动键来启动单片机来检测电机的转速,
而停止键来停止单片机检测电机的转速,启动键连接单片机的
3.显示电路
该系统采用4位共阴极数码管实现转速显示,并且用动态显示方式。
所谓动
态显示,是指无论在任何时刻只有一个数码管处于显示状态,每个数码管轮流显示。
当数码管处于动态显示时,所有位选线分离,而每个数码管的各条段选线相连。
当需要显示数字或字符时,需要将所有数码管轮流点亮,这时对每个数码管的点亮周期有了一个较严格的要求:
由于发光体从通入电流开始点亮到完全发光需要一定的时间,叫做响应时间,这个时间对于不同的发光材质是不同的,通常情况下为几百微秒,所以数码管的刷新周期(所有数码管被轮流点亮一次的时间)不要过短,这也与数码管的数量有关,一般的数码管的刷新周期应控制在5ms~10ms,即刷新率为200Hz~100Hz,
这样既保证了数码管每一次刷新都被完全点亮,同时又不会产生闪烁现象。
动态显示的优点是:
硬件电路简单(数码管越多,这个优势越明显),由于每个时刻只有一个数码管被点亮,所以所有数码管消耗的电流较小;缺点是:
数码管亮度不如静态显示时的亮度高,例如有8个数码管,以1秒为单位,每个数码管点亮的时
间只有1/8秒,所以亮度较低;如果刷新率较低,会出现闪烁现象;如果数码管直接与单片机连接,软件控制上会比较麻烦,所以在连接时用C4511显示译码器来控制共
阴极数码管。
并且CD4511的输出直接与数码管七段来连接,而输入的部分与单片机
的P0口的高四位来显示,而在要连接的过程中,由于是连接在单片机的P0口,所以
在硬件连接时得需要接四个10k的上拉电阻。
此外,还需要用P2口的低四位分别来
控制数码管的位选,而在实际的焊接的电路时,数码管的位选端得需要焊接三极管,否则数码管的显示亮度将会非常暗。
4.复位电路
计算机在启动运行时都需要复位,使中央处理器CPI和系统中的其它部件都处于一个确
定的初始状态,并从这个状态开始工作。
MCS-5惮片机有一个复位引脚RST它是史密特触发输入(对于CHMO单片机,RST引脚的
内部有一个拉低电阻),当振荡器起振后该引脚上出现2个机器周期(即24个时钟周期)以上的
高电平,使器件复位,只要RST保持高电平,MCS-51保持复位状态。
此时ALE、PSENP0、P1、
P2、P3口都输出高电平。
RS■变为低电平后,退出复位,CPU从初始状态开始工作。
该系统采用的是按键手动复位电平方式,是通过RST端经电阻与电源VCC接通而实现的。
5.
检测电机转速的电路
的引脚直接接在单片机的P3.4口,所以在PROTEU中用脉冲发生器来代替实际中的检测电
其中黑线接在单片机
机转速的脉冲信号。
并且在实际的焊接电路中电机是有六个引线接出,
的第二十引脚,白线接在单片机接在单片机的第四十引脚,红线不接,黄线接在单片机的
H3.3/INM
P34/T0
P3空
P3.6/™
P3.7/RD
V1
VPULSE
6.电路原理图
注释:
由于在PROTEL中没有电机,所以我在PROTEL中用八个输出端来代替电机。
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4.3系统硬件调试
4.3.1.调试方案:
调试包含仿真调试和硬件调试两个部分仿真调试指使用PROTEUS对系统进行仿真调试。
主要调试系统电路的设计和验证
程序逻辑的正确性。
硬件调试指系统搭建后对硬件电气性能的测试。
主要测试各功能的完整性可靠性,
一集系统电气性能的稳定性。
测试工具为示波器万用表等。
4.3.2.仿真调试结果:
真调试中,系统运行正常,程序逻辑正确,按键输入正确,数码管显示正确。
P3.4管脚接受脉冲正常。
4.3.3硬件调试结果:
系统硬件搭建完毕后,进行硬件调试。
系统加电后,震荡电路正常起振,AT89C51在时钟源电路的驱动下运行正常。
系统可在复位电路的作用下正常复位。
系统按键输入正常,并能够正确的消除抖动。
LED数
将电机采集到的信号传输给单片机P3.4口,每发送一次脉冲,单片机的计数器就
自动加1,根据脉冲的次数计算出齿轮的转速,然后单片机将转速传输给四连排
码管显示电路,通过数码管将转速显示出来。
完整的电路仿真图:
二
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