机电综合实训复习进程.docx

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机电综合实训复习进程

机电综合实训

机电综合实训报告

基于单片机电子秒表的设计 

本次设计的数字电子秒表系统采用以AT89S52单片机为中心器件，利用其定时器/计数器定时和计数的原理，结合显示电路、LED数码管以及外部中断电路来设计秒表。

将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现四位LED显示，显示时间为00.00～60.00秒，计时精度为0.01秒，能正确地进行计时。

其中软件系统采用C语言编写程序，包括延时程序，定时中断服务，按键扫描，显示程序等，并利用PROTEUS强大的功能来仿真，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。

本设计主要特点是计时精度达到0.01s，解决了传统的由于计时精度不够造成的误差和不公平性，是各种体育竞赛的必备设备之一。

一、 设计要求：

电子秒表设计，具有普通秒表的功能; 单片机是使用按键启动、停止和复位。

二、总体方案的设计：

设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。

其硬件电路主要有主控制器，计时与显示电路和复位、启动和停表电路等。

主控制器采用单片机AT89S52，显示电路采用共阴极LED数码管显示计时时间。

本设计利用AT89S52单片机的定时器/计数器定时和计数的原理，使其能精确计时。

利用中断系统使其能实现开始暂停的功能。

P0口输出段码数据，P2.0-P2.3口作位码扫描输出，P2.4、P2.5口接两个按钮开关，分别实现开始、暂停功能，RST作为复位开关。

 硬件电路图按照图1进行设计。

图1  系统组成框图  

按键电路的处理。

这三个键可以采用中断的方法，也可以采用扫描的方法来识别。

复位键主要功能在于数值复位，对于时间的要求不是很严格。

而开始和停止键则是用于对时间的锁定，需要比较准确的控制。

因此可以对复位按键采取扫描的方式，而对开始和停止键采用外部中断的方式。

显示电路采用7段数码管作为显示介质，数码管显示可以分为静态显示和动态显示两种。

由于本设计需要采用四位数码管显示时间，如果静态显示则占用的口线多，硬件电路复杂，所以采用动态显示。

时钟电路按照图2所示电路进行设计连接就能使系统可靠起振并能稳定运行。

图中，电容器C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值采用大小为22pF的电容和12MHz的晶振。

图2 内部振荡电路 

复位电路在上电后，由于电容充电，使RST持续一段高电平时间。

当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作。

如图3所示，采用的电容值为10μF的电容和电阻为1K的电阻。

通过以上设计，将各部分电路与单片机有机的结合到一起，硬件部分的设计便完成，剩下的部分就是对单片机的编程，使单片机按程序运行，实现数字电子秒表的全部功能。

三、原理电路图及功能分析：

（1）用开关控制计时模式的选择：

单计时模式； 

（2）用开关控制秒表的启动、停止和复位。

图4、电路原理图 

四、主程序设计 

本系统程序主要模块由主程序、定时中断服务程序、外部中断1服务程序组成。

其中主程序是整个程序的主体。

可以对各个中断程序进行调用，协调各个子程序之间的联系。

系统（上电）复位后，进入主程序。

首先对系统进行初始化，包括设置各入口地址、中断的开启、对各个数据缓存区清“0”、赋定时器初值，初始化完毕后，就进入数码管显示程序。

数码管显示程序对显示缓存区内的数值进行调用并在数码管上进行动态显示。

当复位键按下后，程序返回开始，重新对系统进行初始化。

在主程序中还进行了赋寄存区的初始值、设置定时器初值以及开启外部中断等操作，当定时时间到后就转去执行定时中断程序。

当外部中断有请求则去执行外部中断服务程序，并在执行完后返回主程序。

五、参考程序:

#include  

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit start=P2^4;//开始计时  sbit stop=P2^5; //停止计时 sbit dian=P0^7; //停止计时 

unsigned char shi,ge,dian0,dian1;//全局变量 char TT=0; char LL=0; //unit tt t1; 

uchar code tabledu[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //0-9共阴数码管

uchar code tablewe[]={0XFE,0XFD,0XFB,0XF7}; //数码管位选 

/***************************延时程序*******************************/  void delay（uchar ms） //延时程序 { 

 uchar y; 

 for（;ms>0;ms--） 

  for（y=120;y>0;y--）; } 

/******************定时器1中断程序********************************/ void timer0（void） interrupt 1 { 

 TH0=（65536-10000）/256; //10ms  TL0=（65536-10000）%256;  LL++;  

 if（LL==100）  //1秒  { 

  LL=0;   TT++; 

  if（TT==60）   { 

   TT=0;        }  } } 

/************************定时器1初始化**************************/  void init（）//初始化，10ms定时 {  

        TMOD=0X01; 

 TH0=（65536-10000）/256;  TL0=（65536-10000）%256;  ET0=1;  ET1=1;  EA=1;  P0=0;   }  

/************************开始、停止按键扫描**********************/   void Key_Scan（void）  //start_stop键扫描 { 

 if（start==0）  { 

  delay（10）;   if（start==0）   { 

         TR0=1;

        if（stop==0）         { 

                delay（10）;                 if（stop==0）                 { 

                       TR0=0;                 }         } } 

/***********************数码管显示************************/ void display（void） { 

    P0=tabledu[TT/10];     P2=tablewe[0];     delay（10）;     P0=0;     P2=0XFF; 

    P0=tabledu[TT%10];                 dian=1; 

    P2=tablewe[1];     delay（10）;     P0=0;     P2=0XFF; 

                                P0=tabledu[LL/10];     P2=tablewe[2];     delay（10）;     P0=0;     P2=0XFF; 

                                P0=tabledu[LL%10];     P2=tablewe[3];     delay（10）;     P0=0;     P2=0XFF; } 

main（）  {  

  init（）;   while

（1）   { 

   Key_Scan（）;    delay（20）;    display（）

实验名称：

   霍尔式传感器的静态位移特性—直流激励 一、实验目的和要求         

了解霍尔式传感器的原理与特性  

二、实验环境、内容和方法 

所需单元及部件：

霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、V/F表、直流稳压电源，测微头、振动平台。

有关旋钮的初始位置：

差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置2V档，直流稳压电源置2V档，主、副电源关闭。

三、实验过程描述 

（1）了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号，霍尔片安装在实验仪的振动圃盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔式传感器。

（2）开启主、副电源将差动放大器调零后，增益置接近最小，使得霍尔片在磁场中位移时V/F表读数明显变化，关闭主，副电源，根据图1接线，W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。

（3）装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。

（4）开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。

（5）上下旋动测微头，记下电压表读数，建议每隔0.2mm读一个数，将读数填入下表：

X（mm） 12.14 11.94 11.74 11.54 11.34 11.14 10.94 V（v） 0.042 0.036 0.03 0.023 0.017 0.009 0         X（mm） 10.74 10.54 10.34 10.14 9.94 9.74 9.54 V（v） -0.008 -0.016 -0.025 -0.036 -0.047 -0.059 -0.072  

用最小二乘法处理数据：

 令：

Y=A+Bx 

有实验数据可得：

A=-0.47    B=0.21 所以   Y=0.21x-0.47 

由此可以得出灵敏度：

k=dy/dx=0.21 

可见，本实验测出的实际上是磁场情况，它的线性越好，位移测量的线性度也越好，它的变化越陡，位移测量的灵敏度也越大。

 （6）实验完毕，关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。

四、注意事项：

（1）由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。

（2）一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。

（3）激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。

（±4V就有可能损坏霍尔片）

液压与气动技术发展趋势

----社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗，提高效率，适应环保需求，机电一体化，高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。

----由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。

尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。

综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面：

1．减少能耗,充分利用能量

----液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。

如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。

为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题：

①减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。

主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。

②减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。

③采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。

④发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、4通径电磁阀以及低功率电磁阀。

⑤改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。

⑥为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。

2．主动维护

----液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。

----要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。

要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。

----另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。

3．机电一体化

----电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。

实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下：

（1）电液伺服比例技术的应用将不断扩大。

液压系统将由过去的电气液压on-oE系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。

计算机接口也应实现统一和兼容。

（2）发展和计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀（小于3mS）等。

（3）液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。

（4）计算机仿真标准化，特别对高精度、“高级”系统更有此要求。

（5）由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题，液压产品机电一体化现状及发展。

液压行业：

----液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。

----液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展，开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展，开发液力减速器，提高产品可靠性和平均无故障工作时间；液力变矩器要开发大功率的产品，提高零部件的制造工艺技术，提高可靠性，推广计算机辅助技术，开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术；液粘调速离合器应提高产品质量，形成批量，向大功率和高转速方向发展。

气动行业：

----产品向体积小、重量轻、功耗低、组合集成化方向发展，执行元件向种类多、结构紧凑、定位精度高方向发展；气动元件与电子技术相结合，向智能化方向发展；元件性能向高速、高频、高响应、高寿命、耐高温、耐高压方向发展，普遍采用无油润滑，应用新工艺、新技术、新材料。

（1）采用的液压元件高压化，连续工作压力达到40Mpa，瞬间最高压力达到48Mpa；

（2）调节和控制方式多样化；

（3）进一步改善调节性能，提高动力传动系统的效率；

（4）发展与机械、液力、电力传动组合的复合式调节传动装置；

（5）发展具有节能、储能功能的高效系统；

（6）进一步降低噪声；

（7）应用液压螺纹插装阀技术，紧凑结构、减少漏油。

1．电工工具的认识和使用　　

（1）目的要求　　

   a．熟悉实习工具的使用；　　

   b．掌握简单照明线路的基本接线　　

（2）线路图：

（略）　　

   （3）步骤：

   a．按图接好导线，并固定在木板上；　　

   b．检查线路；　　

   c．通入电源，通过开关控制日光灯和灯泡，观察并记录现象；　　

   d．切断电源，拆除导线。

   2.兆欧表的使用方法和注意事项：

   兆欧表在工作时，自身会产生高电压，而被测对象又是电气设备，所以必须正确使用，否则就会造成人身或者设备事故。

因此，使用前要做好以下各种准备：

（1）测量前必须将被测设备电源切断，并对地短路放电，决不允许设备带电进行测量，以保证人身和设备的安全；　　

（2）对可能感应出高电压的设备，必须消除这种可能性后，才能进行测量；　　

   （3）被测物表面要清洁，减少接触电阻，确保测量结果的正确性；　

   （4）测量前要检查兆欧表是否处于正常工作状态，主要检查其“0”和“∞”两点，即摇动手柄，使电机达到额定转速，兆欧表在短路时应指在“0”位置，开路时应在“∞”位置；　　

   （5）兆欧表使用时应放在平稳、牢固的地方，且远离大的外电流导体和外磁场。

   做好上述准备工作后就可以进行测量了，在测量时，还要注意兆欧表的正确接线，否则将引起不必要的误差甚至错误。

   注意事项：

（1）兆欧表用接线应用绝缘良好的单根线，并尽可能短些；　　

（2）摇测过程中不得用手触及被试设备，还要防止外人触及；　　

   （3）禁止在雷电时或有其他感应民产生可能时摇测绝缘；　　

   （4）在测电容器、电缆等大电容设备时，读数后一定要先断开接线后方能停止摇动，否则电容电流将通过表的线圈放电而烧损表计；　　

   （5）摇测，以均匀速度摇动手柄，使转速尽量接近120r/min，由于被测设备有电容等充电现象，因此要摇测1min后再读数。

如果摇动手柄后指针即甩到零值，则表示绝缘已经损坏，不能再继续摇，否则将使表内线圈烧坏。

   由此可见，要想准确的测量出电气设备等的绝缘电阻，必须对兆欧表进行正确的使用，否则，将失去了测量的准确性和可靠性。

   3．电动机的传动和点动控制电路　　

（1）目的要求　　

    a．了解继电器的工作原理，并掌握其接线方法；　　

    b．了解电动机的传动和点动控制。

（2）线路图：

（略）　　　　

    原理：

KM1回路为点动控制电路，按下绿色按钮。

KM1线圈通电，松开绿色按钮，KM1线圈断电；KM2回路为传动控制电路，按下黑色按钮，KM2通电并自锁，KM2线圈通电，松开黑色按钮，KM2线圈不会断电，停止时按红色按钮。

　　（3）步骤：

　　a．按图接好导线；　　b．检查线路，确认无误后通电；　　c．按下后再松开绿色按钮，观察KM1的现象，按下后再松开黑色按钮，观察KM2的现象，最后按下红色按钮，记录实验现象；　　d．切断电源，拆除导线。

　　4．电动机的顺序控制电路　　

（1）目的要求　　a．了解继电器的顺序控制原理，掌握其接线方法；　　b．加深对继电器工作原理的理解。

（2）线路图：

（略）　　原理：

需要KM2线圈通电时，必须先按下绿色按钮，KM1通电并自锁，串联在KM2线圈回路的KM1也通电并自锁，再按下黑色按钮，KM2通电并自锁，KM2线圈带电，保证KM2带电前必须先让KM1带电，停止时按红色按钮。

　　（3）步骤：

　　a．按图接好电路；　　b．检查电路，确认无误后通电；　　c．先按下绿色按钮，再按下黑色按钮，观察现象；按下红色按钮，再直接按黑色按钮，观察并记录现象；　　d．切断电源，拆除导线。

　　5．电动机的正反转控制电路　　

（1）目的要求　　a．了解继电器的正反转控制控制原理，掌握其接线方法；　　b．通过操作加深对继电器工作原理的理解；　　c．能够组织复杂的接线。

（2）接线图：

（略）　　原理：

需要KM1带电时，按下绿色按钮，KM1通电并自锁，KM1线圈带电，串联在KM2线圈回路的KM1常闭触点断开，保证KM1与KM2线圈不同时带电。

需要KM2线圈带电时，先按红色按钮停止，KM1断开，按下黑色按钮，KM2通电并自锁，KM2线圈带电，串联在KM1回路的KM2常闭触点断开，保证KM2与KM1也不同时带电。

　　（3）步骤：

　　a．按图连接好导线；　　b．检查线路，确认无误后通电；　　c．按顺序，先按绿色按钮，再按下黑色按钮，观察现象；然后按红色按钮，反过来，先按黑色按钮，再按绿色按钮，观察并记录实验现象；　　d．切断电源，拆除导线，归还实验仪器。

　　6.ZC-8型接地电阻测量仪的使用方法和要求　　

（1）接地电阻测试要求：

　　a、交流工作接地，接地电阻不应大于4　　b、安全工作接地，接地电阻不应大于4　　c、直流工作接地。

接地电阻应按计算机系统具体要求确定；　　d、防雷保护地的接地电阻不应大于10　　e、对于屏蔽系统如果采用联合接地时，接地电阻不应大于1　　

（2）接地电阻测试仪　　ZC-8型接地电阻测试仪适用于测量各种电力系统、电气设备和避雷针等接地装置的电阻值。

也可以测量低电阻导体的电阻值和土壤电阻率。

　　（3）本仪表工作由手摇发电机、电流互感器、滑线电阻及检流针等组成，全部机构装在塑料壳内，外有皮壳便于携带。

附件有辅助探棒导线等，装于附件袋内。

其工作原理采用基准电压比较式。

　　（4）使用前检查测试仪是否完整，测试仪包括如下部件：

　　a、ZC-8型接地电阻测试仪一台　　b、辅助接地棒二根　　c、导线5m、20m、40m各一根　　（5）使用与操作　　1、测量接地电阻值时接线方式的规定　　仪表上的E端钮接5m导线，P端钮接线20m线，C端钮接线40m线，导线的一端分别接被测物接地极E′,电位探棒P′和电流探棒C′,且E′、P′、C′应保持直线,其间距为20m：

。

　　1.a测量大于等于1接地电阻时接线图（略）　　将仪表上2个E端钮连接在一起.　　1.b测量小于1接地电阻时接线图见图（略）　　将仪表上2个E端钮导线分别连接到被测接地体上,以消除测量时连接导线电阻对测量结果引入的附加误差.　　2、操作步骤　　2.a仪表端所有接线应正确无误.　　2.b仪表连线与接地极E′、电位探棒P′和电流探棒C′应牢固接触.　　2.c仪表放置水平后,调整检流计的机械零位,归零.　　2.d将“倍率开关”置于最大倍率,逐渐加快摇柄转速,达到150r/min.当检流计指针向某一方向偏转时,旋动刻度盘,使检流计指针恢复到“0”点.此时刻度盘上读数乘上倍率档即为被测电阻值.　　2.e、如果刻度盘读书小于1时,检流计指针仍未取得平衡,可将倍率开关置于小一档的倍率,直至调节到完全平衡为止.　　2.f如果发现仪表检流计指针有抖动现象,可变化摇柄转速,以消除抖动现象.　　（6）注意事项　　1、禁止在有雷电或被测物带点时进行测量.　　2、仪表携带、使用时须小心轻放,避免剧烈震动.　　（7）接地电阻测量仪表的要求　　1、接地电阻的测量工作有时在野外进心行,因此,测量仪表应坚固可靠机内自带电源,重量轻、体积小、并对恶劣环境有较强的适应能力.　　2、大于20dB以上的抗干扰能力,能防止土壤中的杂散电流或电磁感应的干扰.　　3、仪表应具有大于500kw的输入阻抗,以便减少辅助极棒探针和土壤间接触电阻引起的测量误差.　　4、仪表内测量信号的频率应在25Hz～1kHz之间,测量信号频率太低和太高易产生极化影响,或测试极棒引线间感应作用的增加,较大的测试电流有利于提高仪表的抗干扰性能.