完整版光电转速计毕业课程设计 李明威.docx
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完整版光电转速计毕业课程设计李明威
河南工程学院
课程设计
光电转速计的设计与制作
学生姓名:
李明威
学院:
电气信息工程学院
专业班级:
电子科学与技术1141
专业课程:
光电子系统课程设计
指导教师:
张秋慧
2015年1月9日
课程设计成绩评定标准及成绩
序号
评审项目
指标
满分
评分
1
工作态度
遵守纪律,学习认真;作风严谨,踏实肯干。
5分
2
工作量
按期圆满完成规定的任务,难易程度和工作量符合要求。
20分
3
出勤情况
全勤:
得10分
10分
有迟到、早退、请假现象:
得8分
旷课1天:
得5分
旷课2天:
得2分
旷课超过2天:
得0分
4
设计、实验方案
能灵活运用相关专业知识,有较强的创新意识,有独特见解,设计有一定应用价值。
30分
5
实验技能
动手能力强,能独立完成安装、调试等实际操作,能解决设计及实验过程中出现的问题。
10分
6
小组表现
注重团队合作,在小组中表现突出,对设计方案的制定及选取起主要作用,在实验操作过程中,承担主要执行者。
5分
7
设计报告质量
报告结构严谨合理;文理通顺,技术用语准确,符合规范;图表完备、正确,绘图准确、符合国家标准;。
20分
合计
评语:
等级:
(优秀、良好、中等、及格、不及格)
评阅人:
职称:
日期:
年月日
1引言1
1.1课程设计的目的与意义1
1.2本设计的主要工作1
2设计方案2
2.1方案结构图2
2.2单片机控制模块2
2.3信号采集模块5
2.4信号输出显示模块6
2.5报警模块6
3硬件电路7
4软件设计7
4.1Keil软件编写程序7
4.2Protues进行硬件电路仿真8
5调试8
5.1LCD显示初始化测试8
5.2系统测试8
6课程设计体会9
参考文献10
附录11
1引言
在工业生产和科学实验中,转速的测量是一个很重要的问题。
有关测量转子速度的方法有很多,但大部分比较复杂。
物体运动的速度可分为线速度和加速度。
随着生产过程自动化程度的提高,开发出了各种各样的检测线速度和角速度的方法,如磁电式速度计、光电速度计、测速发动机等。
由于光电测量方法灵活多样,可测参数众多,一般情况下又具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和响应快等优点,加之激光光源、光栅、CCD器件、光导纤维等的相继出现和成功应用,以及电子技术、数字化的智能仪表的迅速发展,使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。
常用的检测方法有机械式,光电式,霍尔式,频闪法,高压油管应变法等,本课题主要是针对转速测量系统的硬件和软件系统的设计。
运用51系列单片机设计一种全数字化测速系统,从提高测量精度的角度出发,分析讨论其产生误差的可能原因。
同时从实际硬件电路出发,分析电路的工作原理,根据设计具体情况提出修改方案和解决办法。
1.1课程设计的目的与意义
本次课程设计的目的是完成以单片机为核心的光电式转速测量系统。
在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合,例如在发动机、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。
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。
1.2本设计的主要工作
首先在学校的电子图书馆搜集相关资料,通过比较,选出最合适的设计方案。
依照已选择的设计方案用proteus画图,通过keil软件编写程序,导入单片机后调试程序,开始仿真,直至仿真结果正确,然后在焊接实验室进行焊接,将元器件焊接完成后,最后调试电路,使其达到预期设计效果。
2设计方案
2.1方案结构图
图1课程设计方案结构图
2.2单片机控制模块
单片机的最小系统包括晶振电路,复位电路,和单片机本身。
a.时钟电路
时钟电路是计算机的心脏,它控制着计算机的工作节奏。
MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的典型值为12MHZ。
MCS-51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CMOS8位微处理器,它的时钟电路在结构上有别于NMOS型的单片机。
CMOS型单片机内部(如AT89C51)有一个可控的负反馈反相放大器,外接晶振(或陶瓷谐振器)和电容组成振荡器,图4-2为CMOS型单片机时钟电路框图。
振荡器工作受PD端控制,由软件置“1”PD(即特殊功能寄存器PCON.1)使PD=0,振荡器停止工作,整个单片机也就停止工作,以达到节电目的。
清“0”PD,使振荡器工作产生时钟,单片机便正常运行。
图中SYS为晶振或陶瓷谐振器,振荡器产生的时钟频率主要由SYS参数确定(晶振上标明的频率)。
电容C1和C2的作用有两个:
其一是使振荡器起振,其二是对振荡器的频率f起微调作用(C1、C2大,f变小),其典型值为30pF。
电路图如图2所示。
图2时钟电路
b.复位电路
计算机在启动运行时都需要复位,使中央处理器CPU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。
AT89C51单片机有一个复位引脚RST,它是史密特触发输入(对于CHMOS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,AT89C51保持复位状态。
此时ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都输出高电平。
RST变为低电平后,退出复位,CPU从初始状态开始工作。
在加电瞬间,电容通过电阻充电,就在RST端出现一定时间的高电平,只要高电平时间足够长,就可以使AT89C51有效的复位。
RST端在加电时应保持的高电平时间包括VCC的上升时间和振荡器起振的时间,Vss上升时间若为10ms,振荡器起振的时间和频率有关。
10MHZ时约为1ms,1MHZ时约为10ms,所以一般为了可靠的复位,RST在上电应保持20ms以上的高电平。
RC时间常数越大,上电RST端保持高电平的时间越长。
若复位电路失效,加电后CPU从一个随机的状态开始工作,系统就不能正常运转。
复位电路如图3所示。
图3复位电路
c.51单片机
单片机我们采用AT89C51,AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存贮器的低电压,高性能8位微处理器。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[1]。
AT89C51的引脚图如图4。
图4AT89C51引脚图
2.3信号采集模块
a光电传感器部分
本设计使用分离式红外对管。
如图5。
图5红外对管
红外光电管有两种,一种是无色透明的LED,此为发射管,它通电后能够产生人眼不可见红外光,另一部分为黑色的接收部分,它内部的电阻会随着接收到红外光的多少而变化。
无论是一体式还是分离式,其检测原理都相同,由于黑色吸光,当红外发射管照射在黑色物体上时反射回来的光就较少,接收管接收到的红外光就较少,表现为电阻大,通过外接电路就可以读出检测的状态;同理,当照射在白色表面时发射的红外线就比较多,表现为接收管的电阻较小,此时通过外接电路就可以读出另外一种状态,如用电平的高低来描述上面两种现象就会出现高低电平之分,也就是会出现所谓的0和1两种状态,此时再将此送到单片机的IO口,单片机就可以判断是黑白路面,进而完成相应的功能,如循迹、避障等。
b信号整形部分
本设计采用555定时芯片,使用555定时器构成一个施密特触发器,对信号进行整形,得到一个较好的脉冲信号,以便于单片机识别信号。
另外,加一个电容进行滤波。
2.4信号输出显示模块
显示模块是输出设备,是人机交互的重要环节。
显示电路采用LCD液晶显示,即LCD1602,1602液晶也叫1602字符型液晶,它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符,每位之间有一个点距的间隔,每行之间也有间隔,起到了字符间距和行间距的作用。
显示的内容为16X2字符,即可以显示两行,每行16个字符液晶模块(显示字符和数字)。
液晶如图6所示。
图6液晶
2.5报警模块
该模块就是一个和单片机相连的蜂鸣器,当输出信号超过程序设置的上下限时,就会发出声音来报警。
蜂鸣器连接如图7。
图7蜂鸣器连接示意图
3硬件电路
根据所选方案,突出系统电路原理图,如图8。
图8系统电路原理图
4软件设计
软件设计包括在Keil中编写程序和Protues中进行硬件电路的仿真。
4.1Keil软件编写程序
a新建工程:
在“菜单栏”-“Project”-“New”-“μvisionProject”-输入要保存的工程名。
根据单片机的型号选择CPU,然后点击“确定”。
b新建文件并保存:
文件名要带扩展名。
用C语言编写的程序,扩展名为“.c”,点击“保存”。
c添加文件到工程:
在工程管理器中,用鼠标右键点击“SourceGroup1”,选择“AddFiletoGroup‘SourceGroutp1"。
d编写、编译程序。
e生成hex文件。
4.2Protues进行硬件电路仿真
启动已安装软件Protues的ISIS,在弹出窗口的菜单栏中单击“文件”→“新设计”→选择“项目摸板”→“确定”,绘制电路图。
绘制电路图时,单击元器件窗口上方的“P”按钮,在、窗口上方的“关键字”处键入所需器件型号或名称,窗口中间的“结果”栏将显示元器件库中所有同系列的器件,选择所需元件。
如图9所示。
图9Protuse元器件选择窗口
把所需的元器件放到编辑界面中,单片机、晶振、电阻、电容、开关、LCD、蜂鸣器等,调整元件摆放位置和放置方向,进行电路连接,编辑修改元件参数,完成电路设计。
借助Keil程序设计与汇编平台,结合课本实例,完成针对硬件电路的程序设计、编译注意汇编后产生的“.HEX”文件的存储路径。
5调试
5.1LCD显示初始化测试
搭建完成LCD1602,下载程序,调试结果。
在LCD上从左到右显示“ZHUANSUJI”显示完毕后清屏,显示出示的转速。
初始化完毕。
5.2系统测试
连接电路,下载程序,单片机上电,进行系统测试。
初始化完成后,光电对管对检测盘进行检测,引入INT1引脚中,进行信号采集及其处理,显示转速信息。
6课程设计体会
整个课程设计过程是对自己大学三年所学知识归纳总结和应用,也就是把理论知识用到实践之中去。
让理论和实践相结合,以此产生实际的成果。
而这正是我们学习理论知识的目的之所在。
除此之外,我们要在拥有扎实的专业知识的前提条件下,在整个设计与调试过程中要有信心和耐心,对自己有信心,相信自己能够很好的完成本次设计任务。
在调试中不断发现问题进而解决问题,这是一个再学习的过程,其本身就是对自己的一次锻炼,培养了自己独立思考,动手解决问题的能力。
从而从各个方面得到提高与完善了自己,使自己的各个方面提高到一个新的台阶,同时为以后的工作打下基础。
通过这次课程设计,
- 配套讲稿:
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