基于AT89S52電機轉(zhuǎn)子故障檢測的軟件設(shè)計

1、哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于at89s52電機轉(zhuǎn)子故障檢測的軟件設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 xx 指 導(dǎo) 教 師 xxx 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 院 計算機與信息工程 2013年6月6日graduation project (thesis)harbin university of commercesoftware design of motor fault detection based on at89s52student xxx supervisor xxx specialty electronic information engineering school computer and

2、information engineering 2013 - 6 -6 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書姓名：xx學(xué)院：計算機與信息工程學(xué)院班級：09-1專業(yè)：電子信息工程畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 基于at89s52電機轉(zhuǎn)子故障檢測的軟件設(shè)計立題目的和意義：電機有各種故障，不同的故障類型的檢測方法也不同。轉(zhuǎn)子是電動機的旋轉(zhuǎn)部分，如果維護的不正確，轉(zhuǎn)子的故障率往往會高于定子的故障率。交流異步電動機轉(zhuǎn)子故障一般轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂或繞線轉(zhuǎn)子繞組斷線，端環(huán)斷裂，高阻接頭等故障（統(tǒng)稱為：斷條）和偏心轉(zhuǎn)子機械故障。前者是電氣故障，后者是機械故障。嚴(yán)重的轉(zhuǎn)子斷條會使電機振動增加、出力下降，啟動困難；有時籠條甩出，會導(dǎo)致掃膛

3、形成重大事故。轉(zhuǎn)子偏心嚴(yán)重故障直接導(dǎo)致掃膛，造成重大事故。轉(zhuǎn)子故障檢測方法包括振動測試，定子電流的檢測，基于在轉(zhuǎn)子參數(shù)識別上的監(jiān)測。但是，最好的方法是使用電流信號。把定子的相電流信號采集出來后進行頻譜分析。要找出是否有相應(yīng)的故障頻率，以確定是否有故障?？梢钥闯?，預(yù)檢測維護電機的前提就是對電機的數(shù)據(jù)進行不斷的采集。只有保證數(shù)據(jù)采集的實時性、準(zhǔn)確性，以便及時正確地采取措施。技術(shù)要求與工作計劃：要求完成基于at89s52的電機故障檢測的軟硬件設(shè)計，系統(tǒng)以8031單片機為控制中心，接受來自鍵盤的命令，通過相關(guān)電路完成自動采集，數(shù)據(jù)查詢，數(shù)據(jù)存儲等功能，并通過rs-232異步串行口實現(xiàn)通訊。(1) 查閱

4、資料，了解國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展過程和現(xiàn)狀；(2) 學(xué)習(xí)電機故障的檢測方法及原理；(3) 學(xué)習(xí)單片機的相關(guān)內(nèi)容；(4) 學(xué)習(xí)互感器，ad1674，8031外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，rs-232串口,以及按鍵等芯片的工作原理及使用方法；(5) 學(xué)習(xí)掌握匯編語言的編寫；(6) 設(shè)計硬件原理圖；(7) 調(diào)試軟件及硬件電路；(8) 焊接硬件電路板；時間安排：2013年3月1 日-2013年4月1日 畢業(yè)實習(xí)和搜集資料2013年4月2 日-2013年4月15日 確定研究方向與研究深度2013年4月16日-2013年4月20日 系統(tǒng)總體設(shè)計2013年4月21日-2013年5月1日 程序編寫2013年

5、5月2日-2013年5月10日 系統(tǒng)運行與調(diào)試2013年5月11 日-2013年5月25日 撰寫論文2013年5月26日-2013年6月5日 準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師要求：1 熟練應(yīng)用keil和proteus軟件；2 了解電機故障的原理3 了解電機故障檢測的方法；4 掌握單片機的工作原理及使用方法；5 掌握傳感器模塊，放大濾波模塊，采集模塊單片機及外圍電路模塊的設(shè)計；6 了解ad1674、運算放大器、濾波器、eprom、74ls373、sram、max232、8279等硬件的使用；7 掌握硬件原理圖設(shè)計方法；8 編制軟件程序。9 熟練掌握硬件以軟件的調(diào)試。（簽字） 年 月 日教研室主任意見：（簽字）

6、年 月 日院長意見：（簽字） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）審閱評語一、指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師簽字：年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）審閱評語二、評閱人評語：評閱人簽字：年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯評語三、答辯委員會評語：四、畢業(yè)設(shè)計（論文）成績：專業(yè)答辯組負責(zé)人簽字：年 月 日五、答辯委員會主任簽章答辯委員會主任單位： （簽章） 答辯委員會主任職稱： 答辯委員會主任簽字： 年 月 日摘 要摘 要對基于at89s52的電機轉(zhuǎn)子故障檢測系統(tǒng)進行了較深入的研究。從預(yù)測維護技術(shù)出發(fā)，推導(dǎo)出電動機轉(zhuǎn)子故障斷條和偏心故障特征頻率感應(yīng)電流的特征頻率。設(shè)計以at89s52單片機為控制中心，接受來自鍵盤的命令，由相關(guān)電

7、路完成自動采集，數(shù)據(jù)查詢，數(shù)據(jù)存儲，并通過rs-232異步串行端口實現(xiàn)通信。硬件設(shè)計，包括互感電路，數(shù)據(jù)處理電路，ad1674的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，at89s52的外部數(shù)據(jù)存儲器，rs-232串行端口和按鍵設(shè)計。軟件使用mcs-51的匯編語言編寫的，由初始化，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)查詢，數(shù)據(jù)傳輸和按鍵檢測五個程序模塊構(gòu)成。程序模塊通過中斷的方式進入主程序，在中斷子程序里完成多種功能，從而提高了系統(tǒng)的運行效率，而且程序簡單，易于理解。關(guān)鍵詞： 電機電流檢測；轉(zhuǎn)子故障特征頻率；信號放大器；ad1674模數(shù)轉(zhuǎn)換器；可編程鍵盤接口i 哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）abstractfor motor fa

8、ult detection system based on at89s52 conducted in-depth research. predictive maintenance technology, deduced the characteristic frequency of the motor rotor fault broken bars and eccentricity fault characteristic frequency of the induced current.design at89s52 micro-controller as the control center

9、, from receiving the command, keyboard, automatic acquisition of the relevant circuit, data query, data storage, and communication via rs-232 asynchronous serial port completed. hardware design, including mutual inductance circuit, data processing circuit, analog to digital conversion circuit of ad1

10、674 and at89s52 devices of external data memory, the rs - 232 serial port and button design. software written in assembly language using the mcs-51s, by the initialization, the analog-to-digital conversion, data query, data transfer and key detection five program modules. program module by way of in

11、terrupt into the main function in the interrupt subroutine to perform a variety of functions, thereby improving the efficiency of the system, and the procedure is simple, easy to understand.key words: motor current; rotor fault characteristic frequency; signal amplifier; ad conversion by ad1674iii目

12、錄目 錄摘 要iabstractii1 緒 論11.1 課題背景11.2 課題目的及意義11.3 電機故障檢測技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r21.4 信號的診斷方法21.5 本章總結(jié)32 電流檢測裝置的硬件設(shè)計方案42.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖42.2 各模塊的介紹42.2.1 互感器模塊設(shè)計42.2.2 信號放大器的設(shè)計52.2.3 濾波器的設(shè)計52.2.4 a/d模塊的設(shè)計62.2.5 單片機最小系統(tǒng)模塊的設(shè)計62.2.6 at89s52及其外圍電路的設(shè)計62.2.7 串口設(shè)計72.2.8 按鍵接口電路的設(shè)計72.2.9 sram接口設(shè)計72.3 本章總結(jié)83 電流檢測裝置軟件的設(shè)計93.1 引言93.2

13、 中斷的概念93.3 軟件的編制103.4 匯編語言的特點103.5 軟件的功能分析113.6 系統(tǒng)的主程序流程圖113.7 定時中斷子程序133.8 按鍵中斷子程序143.9 中斷查詢子程序163.10 中斷傳送子程序183.11 本章總結(jié)194 電流檢測裝置的調(diào)試214.1 軟件調(diào)試214.2 硬件的調(diào)試234.2.1 互感器模塊的調(diào)試244.2.2 ad1674零點和增益的調(diào)整244.3 軟件的仿真244.4 本章總結(jié)25結(jié) 論27參考文獻28致 謝29附錄 源程序代碼30i1 緒 論1 緒 論異步電機以其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、堅固耐用、使用維護方便的優(yōu)點，在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。因

14、此，對異步電機進行安全可靠的在線監(jiān)測和故障診斷具有重要意義。隨著電機制造工藝的提高，定子繞組等故障的發(fā)生率呈下降趨勢，而鼠籠轉(zhuǎn)子的制造工藝幾十年來卻沒有大的變化，轉(zhuǎn)子故障已成為導(dǎo)致異步電機失效的重要原因之一。因此，有必要對感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子故障進行檢測與診斷，從而避免故障擴大所造成的設(shè)備損壞以及由此產(chǎn)生的間接經(jīng)濟損失。本裝置主要檢測電機運行狀態(tài)，對異常的操作數(shù)據(jù)（如振動，電流）采集，通過各種分析方法，以確定故障原因和故障的嚴(yán)重程度。在軟件方面采用四個中斷程序分別完成上述的四種功能。在主程序里完成系統(tǒng)的初始化，包括定時器，中斷允許，中斷優(yōu)先級，鍵盤方式的初始化，然后進入死循環(huán)，等待中斷申請，當(dāng)轉(zhuǎn)入中斷

15、子程序后，就完成各種功能。1.1 課題背景異步電動機因其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高維修方便，所以在工業(yè)和農(nóng)業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，電機單機容量的增加，驅(qū)動負載越來越復(fù)雜。電機故障不僅會損壞電機本身，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致電機突然停止，該生產(chǎn)線的崩潰，造成巨大的經(jīng)濟損失和災(zāi)難性的后果。為了提高生產(chǎn)和工作的可靠性，初步實現(xiàn)了電機系統(tǒng)的定期保養(yǎng)，但維護這個系統(tǒng)每年不僅是要花費大量的人力，物力和維護成本，并沒有針對性，維護精度低。在過去的十年中，國際社會制定了一個國家的最先進的維修系統(tǒng)預(yù)測性維護技術(shù)，關(guān)鍵是要檢測電機的狀態(tài)，正常工作的數(shù)據(jù)采集（如振動，電流），通過各種分析手段

16、，以確定故障原因和故障的嚴(yán)重程度。故障嚴(yán)重的電機需要停機并盡早更換。這是異步電機需要加以解決的重要課題之一。 1.2 課題目的及意義電機有各種故障，不同的故障類型的檢測方法也不同。轉(zhuǎn)子是電動機的旋轉(zhuǎn)部分，如果維護的不正確，轉(zhuǎn)子的故障率往往會高于定子的故障率。交流異步電動機轉(zhuǎn)子故障一般為轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂或繞線轉(zhuǎn)子繞組斷線，端環(huán)斷裂，高阻接頭等故障（統(tǒng)稱為：斷條）和偏心轉(zhuǎn)子機械故障1。前者是電氣故障，后者是機械故障。嚴(yán)重的轉(zhuǎn)子斷條會使電機振動增加、出力下降，啟動困難；有時籠條甩出，會導(dǎo)致掃膛形成重大事故。轉(zhuǎn)子偏心嚴(yán)重故障直接導(dǎo)致掃膛，造成重大事故。轉(zhuǎn)子故障檢測方法包括振動測試，定子電流的檢測，基于在

17、轉(zhuǎn)子參數(shù)識別上的監(jiān)測。但是，最好的方法是使用電流信號。把定子的相電流信號采集出來后進行頻譜分析2。要找出是否有相應(yīng)的故障頻率，以確定是否有故障?？梢钥闯?，預(yù)檢測維護電機的前提就是對電機的數(shù)據(jù)進行不斷的采集。只有保證數(shù)據(jù)采集的實時性、準(zhǔn)確性，才能及時正確地采取措施。1.3 電機故障檢測技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r電機故障檢測技術(shù)是研究故障機理，在線監(jiān)測和故障特征提取以及診斷推理的新興學(xué)科，電機故障檢測技術(shù)是設(shè)備檢測技術(shù)的一部分，但由于電機的工作原理和結(jié)構(gòu)上的功能，其檢測方法和采用的檢測技術(shù)和其他設(shè)備的使用是不同的。國外電機故障診斷技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代。雖然國家高度重視研究人員，但直到70 80

18、年代，隨著高科技傳感器、計算機、光纖的發(fā)展和應(yīng)用，電機檢測技術(shù)真正被開發(fā)出來。加拿大、日本和前蘇聯(lián)已經(jīng)研制出了變壓器，發(fā)電機局部放電，泄漏電流在線監(jiān)測系統(tǒng)等，有的已經(jīng)發(fā)展成為正式產(chǎn)品。 我們國家對電機故障檢測技術(shù)的重要性也早有了認識，在20世紀(jì)60年代提出很多現(xiàn)場實驗的方法。電機故障在線診斷技術(shù)在20世紀(jì)80年代以來，特別是20世紀(jì)90年代以來的十幾年間，隨著測試技術(shù)的飛速發(fā)展，加上現(xiàn)代信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)取得了突飛猛進的進步。 電機故障檢測技術(shù)在設(shè)備維護體制引發(fā)了一次變革，使設(shè)備的維護從事后的維修走向了基于狀態(tài)的維修和預(yù)測性維修，因此保護電機系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時也提高維護

19、的經(jīng)濟性，是在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著重要的作用。1.4 信號的診斷方法 以往學(xué)者對轉(zhuǎn)子異步電機故障檢測這一課題做了大量的工作，也有許多檢測方法，轉(zhuǎn)子斷條故障是異步電機轉(zhuǎn)子常見的故障，因其可以實現(xiàn)對異步電機的故障進行有效的診斷，有著重要的研究價值。常用的轉(zhuǎn)子斷條故障檢測方法有很多種，本設(shè)備采用了電流分析法檢測轉(zhuǎn)子斷條。當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)斷條時，單相電流將被破壞，導(dǎo)致定子電流產(chǎn)生相反的磁場，它引起的頻率為(1-2s)的特征分量(s為轉(zhuǎn)差率，為基波頻率)，通過頻譜分析，看是否含有的成分來確定轉(zhuǎn)子無故障3。由于這種方法是測量定子電流信號，因此它被稱為電流分析法，它對特征信號采集方便、簡單的特點。但是電流分析法也存

20、在一些缺陷：對定子電流做頻譜分析，由于(1-2s)的相對頻率分量振幅的基頻分量幅值比較小，容易被淹沒，因此，降低了故障檢測的靈敏度，提高分辨率的要求4。針對這些問題，根據(jù)目前的分析方法，人們不斷的在研究，怎樣提高診斷的敏感性，以便提取微弱的特征信號。1.5 本章總結(jié)在這一章對電機故障檢測裝置的研究意義和目的進行了分析。電動機作為工業(yè)系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件，這就使正常的工作對安全生產(chǎn)和提高效益具有重要意義的。對當(dāng)前國際發(fā)展預(yù)測維修技術(shù)，關(guān)鍵是檢測電機運行狀態(tài)，對異常的操作數(shù)據(jù)（如振動，電流）采集，通過各種分析方法，以確定故障原因和故障的嚴(yán)重程度。該裝置在電機運行狀態(tài)下，對定子電流信號的采集，進行頻譜

21、分析的提供連續(xù)可靠的數(shù)據(jù)。只有保證實時數(shù)據(jù)的采集，才能作出合理的判斷，并及時采取措施。2 電流檢測裝置的硬件設(shè)計方案2.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)課題要求，本裝置需要將模擬電流量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再將數(shù)據(jù)傳送給主機。本裝置可分為以下四個模塊：傳感器模塊，放大濾波模塊，采集模塊，單片機及外圍電路模塊。圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本裝置采用mcs-51系列的at89s52，at89s52是在一塊芯片上集成了cpu，ram，rom，定時器/計數(shù)器和多功能i/o等基本功能部件的一臺微型計算機，它是整個故障檢測系統(tǒng)的核心。本裝置可分為以下四個模塊：傳感器模塊，放大濾波模塊，采集模塊，單片機及外圍電路模塊。簡單的結(jié)

22、構(gòu)框圖如下：見圖2-1。2.1 各模塊的介紹2.2.1 互感器模塊設(shè)計互感器的工作原理是利用霍爾效應(yīng)。在導(dǎo)體的兩側(cè)加一個磁場，利用霍爾效用，當(dāng)有電流通過時，一個霍爾電壓動勢便在導(dǎo)體的另兩側(cè)便產(chǎn)生: （2-1）32 電流檢測裝置的硬件設(shè)計方案式中 霍爾系數(shù)； 霍爾電壓； 控制電流； 霍爾元件的靈敏度； 本裝置利用待測的交流電作為電流互感器的一次電流，產(chǎn)生一個磁場，并且磁場的大小與方向是隨著測量的電流的變化而變化的，他們之間有一個線性關(guān)系5。因為控制電流是一定的，所以輸出電流是隨磁場變化而變化的，所以在一次電流和二次電流之間有一個成比例的線性關(guān)系，其比例為 1000/1。我使用的互感器的最大輸入電

23、流為10a，最大輸出電流為10ma，其轉(zhuǎn)換精度0.1，滿足系統(tǒng)的要求。但輸出是電流，而放大濾波電路的輸入信號為電壓，因而串連一個10的電阻在互感器的輸出端。2.2.2 信號放大器的設(shè)計有必要進行信號放大因為從互感器模塊最大的輸出電壓100mv。由于來自傳感器的信號通常都是伴隨著較大的共模電壓，因此一般采用差動輸入運算放大器抑制它，但是需要完整平衡對稱的外接輸入電阻，運算放大器具有理想的特性。否則，該放大器將有共模輸出，其大小既與運算放大器本身的共模抑制比有關(guān)，又與外接電阻的對稱精度有關(guān)。通用運算放大器共模抑制比為80db，而幾個運算放大器共模抑制比可達120db。在一般情況下，該使用具有高共模

24、抑制比的三運算放大器。這就是測量放大器，它可以抑制包括靜電、電磁耦合、工頻的共模干擾。三運算放大器構(gòu)成兩級電路，第一級是兩個同相放大器，具有很高的輸入阻抗。第二級是差動減法電路，將雙端輸入信號轉(zhuǎn)換為單端輸出。我們可以使用信號放大器如ad620等，具有低失調(diào)電壓，高穩(wěn)定性，高輸入阻抗和低輸出阻抗等特點。可調(diào)放大，可以根據(jù)8端和1端之間的電阻，計算出其放大的倍數(shù)： （2-2）如果需要放大100倍，可以算出： （2-3）2.2.3 濾波器的設(shè)計本系統(tǒng)中，電機故障的最大頻率為212hz，因此，采用低通濾波器，設(shè)置其截至頻率為400 hz，通帶內(nèi)的放大系數(shù)，阻尼系數(shù) 6。它的標(biāo)準(zhǔn)的傳遞函數(shù)是： (2-4

25、)2.2.4 a/d模塊的設(shè)計adc的種類很多，其特性各異，最重要的是明確目的從中選擇適當(dāng)?shù)腶dc，這樣才能選擇性價比高的，性能合適adc。adc的主要技術(shù)指標(biāo)是：工作環(huán)境；輸入電壓范圍；數(shù)字輸出特性；供電電源；輸入電阻；轉(zhuǎn)換時間；分辨率7。而要轉(zhuǎn)換的電壓標(biāo)準(zhǔn)是：供電電源為 15v電源，轉(zhuǎn)換電壓10v+10v之間，其分辨率為0.5mv，采樣頻率為2048 赫茲，即488s采樣一次。根據(jù)上述要求，經(jīng)過反復(fù)比較，選擇ad1674片。ad1674的控制線，可以控制為8或12位轉(zhuǎn)換器。當(dāng)其是單片型12位的逐次逼近型a / d轉(zhuǎn)換器時，其轉(zhuǎn)換精度為0.024%，轉(zhuǎn)換時間的典型值為10s（最大15s），采

26、樣頻率為100khz。由于該芯片的量程可變，共有四種選擇，我們可以選擇10v電壓范圍。此芯片還具有三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與8或12的各種典型位芯片連接。無需額外的邏輯接口電路，并且能夠和cmos和ttl兼容。它可以滿足本設(shè)計的要求。由于ad1674片內(nèi)有時針，故無須外加時鐘信號，該電路采用的是雙極性輸入，對10v 的信號進行轉(zhuǎn)換，高8位從d11d4之間輸出，低4位從d3d0之間輸出，并直接和單片機的數(shù)據(jù)總線相連。為了實現(xiàn)啟動a/d和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀出，ad1674的片選cs信號有74ls138提供，而ce信號由cpu的wr和rd經(jīng)一級與非門提3換完成時，下跳沿引起外部中斷int0.由中斷子程序讀

27、取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。2.2.5 單片機最小系統(tǒng)模塊的設(shè)計 單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)包單片機的時鐘電路和復(fù)位電路，同時由于at89s52內(nèi)部沒有程序存儲器rom，故其外圍電路必須擴展eprom，并且使用地址鎖存器74ls373鎖存地址，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)地址復(fù)用。 2.2.6 at89s52及其外圍電路的設(shè)計at89s52是整個系統(tǒng)的核心，它控制ad1674的工作，并負責(zé)數(shù)據(jù)的查詢，查詢的結(jié)果被暫時存儲在數(shù)據(jù)存儲器，并定時發(fā)送數(shù)據(jù)到上位機，可以說at89s52是整個系統(tǒng)的大腦。而at89s52性能優(yōu)異，它能準(zhǔn)確地完成任務(wù)。其主要特點如下：at89s52包括一個8位的cpu，21個特殊功能寄存器（sfr），1個全雙工串

28、行口，4個8位并行i / o端口，2個16位的定時器，256字節(jié)的ram，但數(shù)據(jù)存儲需要sram芯片的擴展。根據(jù)系統(tǒng)的要求，設(shè)計如下。 2.2.7 串口設(shè)計目前流行的絕大多數(shù)的單片機都具有一個或多個uart串口?？偩€格式具體包括rs-485，rs - 422，rs-232，和4 10ma電流環(huán)。rs-232是最廣泛使用的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，其目的是實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信設(shè)備dce和數(shù)據(jù)終端設(shè)備dte之間的數(shù)據(jù)通信，但在傳輸距離和抗干擾上沒有太多的考慮。rs-232的接收和發(fā)送是對地而言的，采用了不平衡傳輸方式，所以最大傳輸距離和最大速度的標(biāo)準(zhǔn)被限定在15m和9200bits之間，從機械的特點來看，它包括標(biāo)準(zhǔn)的

29、25針即簡化的9引腳排列。rs-232規(guī)定的電平和通用微處理器一般是不一樣的，因此，必須進行電平轉(zhuǎn)換，本裝置使用max232和icl單5v的電壓驅(qū)動轉(zhuǎn)換芯片。2.2.8 按鍵接口電路的設(shè)計鍵盤是有4個按鍵組成的矩陣開關(guān)，它是簡單的輸入設(shè)備，通過鍵盤輸入指令或數(shù)據(jù)，實現(xiàn)人機對話?？梢詫崿F(xiàn)自動采集，自動定時和自動傳輸，為了節(jié)省硬件，通常采用非編碼鍵盤，即8279。8279是一個通用的顯示接口芯片和可編程鍵盤，使用8279個可自動實現(xiàn)識別鍵盤上的鍵號，并實現(xiàn)對鍵盤和顯示器的掃描，可以減少對鍵盤cpu的運行時間，從而降低了cpu的負擔(dān)，并且顯示穩(wěn)定，簡單的程序，可以避免誤操作。單片機采用中斷掃描方式對

30、它進行控制。 從而提高cpu的利用率，在鍵盤上按鍵閉合時產(chǎn)生中斷，從而cpu響應(yīng)中斷并執(zhí)行中斷服務(wù)程序，判別鍵盤上的鍵,并作出相應(yīng)的處理8。2.2.9 sram接口設(shè)計at89s52單片機存儲器的擴展，主要包括外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展和程序存儲器的擴展。因為at89s52型單片機內(nèi)部含有8k-byte flash eprom程序存儲器，因此，無需用外部擴展程序存儲器。由于at89s52單片機內(nèi)部有僅有128個字節(jié)的ram，對于一般而又簡單的應(yīng)用場合，已完全足夠了，但是，因無法存放本裝置2秒內(nèi)采集的8k的數(shù)據(jù)，所以必須擴展。本檢測系統(tǒng)采用芯片6116。6116是2kb*8位的靜態(tài)隨機存儲器芯片，采用

31、cmos工藝制造，單一的+5v電源供電，雙列直插式封裝，24腳封裝。2.3 本章總結(jié)本章主要是設(shè)計故障檢測系統(tǒng)的硬件。在設(shè)計時首先就是根據(jù)系統(tǒng)要求進行可行性分析，包括系統(tǒng)的精度，功能，工作條件進行全面的分析。系統(tǒng)主要是功能就是完成對電機電流的數(shù)據(jù)采集，接下來就是器件的選擇。市場上各類器件種類都很多，如何在滿足要求的情況下，盡可能的降低成本，這是一個值得反復(fù)研究的問題，只有通過反復(fù)的市場調(diào)查，掌握盡可能多的信息，才可能做出最好的選擇。原理圖的設(shè)計是這章的重點，在連接器件時，就應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的要求和具體的每個芯片的特征，每個芯片在不同的要求下，其外圍電路是不同的，特別是芯片at89s51和ad16

32、74。7哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）3 電流檢測裝置軟件的設(shè)計3 電流檢測裝置軟件的設(shè)計3.1 引言軟件設(shè)計必須和硬件的設(shè)計結(jié)合進行，在軟件的設(shè)計時，應(yīng)考慮以下幾點：軟件的需求分析需求分析是把系統(tǒng)的要求和硬件資源的信息加以分析和提煉，最后在性能和功能上加以描述，采用“自頂向下逐層分解”的方式。把復(fù)雜的系統(tǒng)進行合理的逐層分解，直至每個子系統(tǒng)被清楚地表達和描述。軟件設(shè)計軟件的設(shè)計就是把軟件的需求變成具體的設(shè)計方案的過程，結(jié)構(gòu)化模塊設(shè)計根據(jù)上述的軟件需求分析，導(dǎo)出軟件模塊，得到軟件模塊結(jié)構(gòu)，包括模塊之間的接口定義。軟件設(shè)計的成功時軟件設(shè)計說明書，他主要包括兩部分內(nèi)容：一是模塊結(jié)構(gòu)（指出系統(tǒng)由那些模

33、塊組成和模塊之間的調(diào)用關(guān)系），二是模塊的功能說明（指出每個模塊的輸入，輸出以及模塊的功能）。軟件編制軟件編制是在軟件設(shè)計和硬件資源合理分配的基礎(chǔ)上，由程序設(shè)計語言把模塊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成計算機能夠接受的形式，即具體的程序編制。軟件測試軟件測試是保證軟件質(zhì)量的關(guān)鍵，它是對需求分析，設(shè)計和編碼的最后復(fù)審。軟件測試，糾錯，和軟件的可靠性三者密.不可分。測試是為了發(fā)現(xiàn)錯誤，糾錯是診斷已發(fā)現(xiàn)的錯誤，并且改正這些錯誤?？煽啃允呛饬繙y試和糾錯結(jié)果的基準(zhǔn)，一系列全面的測試是軟件可靠性的唯一保證。3.2 中斷的概念cpu對外界異步事件的一種響應(yīng)方法。在執(zhí)行程序的過程中，由于某種外界的原因，必須打斷當(dāng)前的程序，而去執(zhí)行相

34、應(yīng)的處理程序，待處理結(jié)束后，再回來繼續(xù)執(zhí)行被終止的程序。這個過程叫中斷。相當(dāng)于有一個獨立于cpu的事件管理機制，只在事件發(fā)生后并且滿足cpu響應(yīng)條件，才由cpu予以處理，從一個側(cè)面看，相當(dāng)于并行工作。從中斷的定義可以看到中斷應(yīng)具備中斷源、中斷響應(yīng)、中斷返回三個要素。中斷源發(fā)出中斷請求，單片機對中斷請求進行響應(yīng)，當(dāng)中斷響應(yīng)完成后應(yīng)進行中斷返回，返回被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。3.3 軟件的編制 軟件將由下面幾個模塊組成： 主程序 定時中斷子程序 按鍵中斷子程序 中斷查詢子程序 中斷傳送子程序由上面的分析可知軟件一共有五大模塊，一個是主程序，其他四個均是中斷子程序9。單片機上電后，首先進

35、行初始化，調(diào)用初始化程序，將各個相關(guān)部分初始化，便于以后程序的真確執(zhí)行。單片機一共有五個中斷源，本系統(tǒng)將采用其中的四個即：外部中斷int0和int1，定時器中斷t0，和串口中斷ti10。系統(tǒng)具體的各種功能將在中斷子程序的控制下，由硬件完成。下面將各模塊具體的設(shè)計內(nèi)容簡述如下。3.4 匯編語言的特點 在匯編語言中，每一條用符號來表示的匯編指令與計算機機器指令一一對應(yīng)；記憶難度大大減少了，不僅易于檢查和修改程序錯誤，而且指令、數(shù)據(jù)的存放位置可以由計算機自動分配。用匯編語言編寫的程序稱為源程序，計算機不能直接識別和處理源程序，必須通過某種方法將它翻譯成為計算機能夠理解并執(zhí)行的機器語言，執(zhí)行這個翻譯工

36、作的程序稱為匯編程序。 為了解決使用機器語言編寫應(yīng)用程序所帶來的一系列問題，人們首先想到了使用助記符號來代替不容易記憶的機器指令。這種助記符號來表示計算機指令的語言稱為符號語言，也稱匯編語言。 使用匯編語言編寫計算機程序，程序員仍然需要十分熟悉計算機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，所以從程序設(shè)計本身上來看仍然是低效率的、煩瑣的。但正是由于匯編語言與計算機硬件系統(tǒng)關(guān)系密切，在某些特定的場合，如對時空效率要求很高的系統(tǒng)核心程序以及實時控制程序等，迄今為止匯編語言仍然是十分有效的程序設(shè)計工具。 匯編語言針對不同的操作系統(tǒng)平臺，不同的微控制器，指令都是完全不同的，但是匯編語言是針對專門的控制器的，所以運行速度可以精確

37、到一個指令周期。匯編語言比機器語言易于讀寫、調(diào)試和修改，同時具有機器語言全部優(yōu)點。匯編語言編寫代碼實時性強，能夠直接控制硬件的工作狀態(tài)，其長處在于編寫高效且需要對機器硬件精確控制的程序。雖然c語言是最普遍的一種高級語言，但不同的mcu廠家其c語言編譯系統(tǒng)是有所差別的，特別是在一些特殊功能模塊的操作上。如果對這些特性1不了解，那調(diào)試起來就有的煩了，到頭來可能還不如用匯編來的快。3.5 軟件的功能分析根據(jù)系統(tǒng)要求，分析可知軟件必須能實現(xiàn)下面5種功能；初始化定時功能 由于采樣頻率已定，所以每488s必須采樣一次。軟件的定時功能保證每488s引起一次中斷，由中斷子程序完成采樣。查詢功能當(dāng)采樣完成，采集

38、的數(shù)據(jù)必須存入數(shù)據(jù)存儲器，以備將來的查詢，這個任務(wù)由查詢功能完成，將數(shù)據(jù)讀入外部數(shù)據(jù)存儲器。傳送功能單數(shù)據(jù)存儲器存滿后，應(yīng)及時地將數(shù)據(jù)送至上位機進行處理，傳送頻率不能太小，否則系統(tǒng)的實時性就會受到影響，不能及時地發(fā)現(xiàn)電動機的故障。按鍵檢測功能當(dāng)由8279擴展的鍵盤中有鍵按下時，cpu能及時地識別按鍵，并做出相應(yīng)的處理11。3.6 系統(tǒng)的主程序流程圖主程序主要的任務(wù)是完成程序的初始化，然后設(shè)立一個死循環(huán)等待中斷到來。其流程如圖3-1所示。初始化模塊：中斷允許和中斷優(yōu)先級的設(shè)置：單片機有五個中斷，兩個中斷優(yōu)先級。按鍵是人機交互的平臺，當(dāng)有按鍵按下時，應(yīng)馬上執(zhí)行相應(yīng)的程序，所以外部中斷0的優(yōu)先級最高

39、。而定時器控制ad1674的工作，一旦啟動系統(tǒng)，系統(tǒng)開始工作，為了保證采集數(shù)據(jù)的連續(xù)性和正確性，就不能隨便停止ad1674的采樣,所以定時器的中斷t0也應(yīng)是高優(yōu)先級。而外部中斷1和串行口中斷ti可設(shè)為低優(yōu)先級。定時器/計數(shù)器的初始化：將定時器/計數(shù)器的工作模式設(shè)為定時器模式，工作方式設(shè)為方式2，即自動恢復(fù)初值的8位定時器。它對機器周期進行計數(shù)，由于采用12m的晶振，機器周期為2s，而采樣頻率為2048hz，即488s采樣一次，所以定時器計244個數(shù)時溢出，定時器的初值應(yīng)設(shè)為12。當(dāng)溢出時，置1溢出標(biāo)志位tf0，并自動將th1中的常數(shù)送至tl0，重新開始計數(shù)。cpu接受中斷請求，執(zhí)行t0中斷子程

40、序。串行口初始化：串行口有四種工作方式，而在本系統(tǒng)中將采用方式2。此時串行口為9位異步通訊接口。發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)由txd端輸出，發(fā)送一幀信息為11位，一位起始位，8位數(shù)據(jù)位，一位停止位。附加的第九位數(shù)據(jù)即scon中的tb8的值，可由軟件置為1或0，可以作為奇偶校檢位。在2發(fā)送中斷子程序中，以tb8為奇偶效檢位，處理方法是在數(shù)據(jù)送至累加器a中時，將奇偶標(biāo)志位寫入tb8中，再把數(shù)據(jù)送至sbuf中，然后一起發(fā)送。此時的波特率計算公式為：方式2波特率 鍵盤初始化：8279是通用的可編程鍵盤和顯示器接口芯片，利用8279可實現(xiàn)對鍵盤和顯示器的自動掃描，并識別鍵盤上的鍵號，不僅可以大大減少cpu對鍵盤的操

41、作時間，從而減輕cpu的負擔(dān)。而且還可以對8279進行初始化，以滿足不同的要求。首先8279需要固定的100khz的內(nèi)部定時信號，但是8279的輸入時鐘不是固定的。在本系統(tǒng)中，at89s52的晶振頻率12m，ale腳的時鐘頻率為1m，所以必須對輸入8279的時鐘信號ale進行10分頻。 開始定時器/計數(shù)器初始化為定時器模式中斷允許，中斷優(yōu)先級設(shè)置鍵盤初始化串口設(shè)為工作方式2檢測中斷圖3-1 主程序流程圖對鍵盤工作方式進行設(shè)定，鍵盤一共有8種工作方式，本系統(tǒng)選用編碼掃描鍵盤，雙鍵鎖定。當(dāng)然由于擴張的鍵數(shù)較少，完全可以采用譯碼掃描方式，并且還可以節(jié)省一個譯碼器。采用雙鍵鎖定可以避免錯誤的操作信息干

42、擾系統(tǒng)。3.7 定時中斷子程序定時中斷子程序是當(dāng)定時器溢出時所引起的中斷程序，其主要功能是給ad1674下達開始轉(zhuǎn)換的命令，ad1674接到轉(zhuǎn)換命令后馬上進行ad轉(zhuǎn)換。其流程圖如圖3-2所示。 t0中斷保護現(xiàn)場啟動ad轉(zhuǎn)換退出現(xiàn)場，中斷返回 圖3-2 t0中斷子程序這個模塊是相對簡單的，只要給ad1674轉(zhuǎn)換啟動命令即可。 ad1674的地址空間是40004001，在這一過程中，只要是數(shù)據(jù)寫在4000或4001的地址中，就是選擇ad1674，ad1674立即開始轉(zhuǎn)換。程序如下：intt0: push psw push acc push dph push dpl mov dptr, #4000h

43、 clr a movx dptr , a pop dpl pop dph pop acc pop psw reti 3.8 按鍵中斷子程序8279自動掃描鍵盤，當(dāng)有鍵按下時，鎖存器鎖存rl0rl7的鍵輸入信號，檢測閉合鍵，去處抖動，將鍵輸入的數(shù)據(jù)寫入到先入先出（fifo）存儲器中。系統(tǒng)根據(jù)按鍵的不同，進行不同的處理。當(dāng)按鍵1鍵按下時，開中斷，允許ad1674開始轉(zhuǎn)換；當(dāng)按鍵2鍵按下，關(guān)閉中斷，ad1674將不工作；當(dāng)3鍵按下，關(guān)閉串口中斷，停止數(shù)據(jù)傳輸?shù)絧c。其程序流程圖如圖3-3所示。 當(dāng)一個鍵按下時，cpu馬上對應(yīng)相應(yīng)中斷請求。首先讀入的數(shù)據(jù)放在8279的fifo中，判斷按鍵的是幾號按鍵。

44、如圖3-3所示，我們可以看到，當(dāng)按鍵1鍵按下時，讀出的數(shù)據(jù)00h，應(yīng)該允許定時器中斷，和置位計數(shù)運行控制位tr0，定時器開始計數(shù)，當(dāng)溢出后，ad1674就開始模數(shù)轉(zhuǎn)換，所以按鍵1的關(guān)鍵是將啟動按鈕；當(dāng)按鍵2鍵被按下時，讀取的數(shù)據(jù)為08h，此時將屏蔽定時器中斷，一切都將停止工作，所以按鍵2鍵相當(dāng)于停止鍵；當(dāng)按鍵3鍵被按下時，讀取的數(shù)據(jù)為10h，此時屏蔽串口中斷，停止上傳數(shù)據(jù)；當(dāng)4鍵壓，讀取的數(shù)據(jù)是18h，這個按鍵是為了未來擴展的需要而設(shè)立的。程序如下：intex0: push psw push acc push dph push dpl mov dptr, #6001h mov a , #40h

45、 movx dptr, a mov dptr , #6000h movx a, dptrk0: cjne a, #08h, k1 clr es ynnyyn關(guān)串口中斷，停止上傳保護現(xiàn)場退出現(xiàn)場，中斷返回關(guān)中斷，停止計數(shù)y開中斷，開始計數(shù)功能鍵1n圖3-3 按鍵中斷子程序int0中斷功能鍵3功能鍵2 ajmp end0k1: cjne a, #18h, k2 mov ie, #97h setb tr0 ajmp end0k2: cjne a, #10h, end0 mov ie, #81hend0: pop dpl pop dph pop acc pop psw reti3.9 中斷查詢子程序查

46、詢子程序是當(dāng)ad1674轉(zhuǎn)換完成后，系統(tǒng)將ad1674的12位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)分兩次讀入到數(shù)據(jù)存儲器中，先讀高8位，再讀低4位。其流程圖如圖3-4所示。那么程序讀出的是高8位的數(shù)據(jù)，當(dāng)a0引腳為高電平（4001）時那么系統(tǒng)讀取第四位的數(shù)據(jù)。然后由外部數(shù)據(jù)存儲器（sram）來存儲這兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)，并檢測數(shù)據(jù)的內(nèi)存是否已滿，如果存滿，立即撤銷屏蔽串口中斷，串口中斷標(biāo)志ti。由于串口斷的中斷級別較低，所以只有當(dāng)中斷返回后，cpu的中斷請求才能相應(yīng)。程序如下：intex1: push psw push acc push dph push dpl mov dptr , #4001h movx a, dptr m

47、ov r3, a mov dptr, #4000h movx a, dptr mov dph , r4 mov dpl, r5 movx dptr, a inc dptr mov a, r3 movx dptr, a inc dptrn串口中斷允許保護現(xiàn)場int1中斷sram已滿退出現(xiàn)場，中斷返回數(shù)據(jù)送至外部數(shù)據(jù)存儲器sram讀高8位yn讀低4位圖3-4 中斷查詢子程序 mov r4, dph mov r5, dpl cjne r4, #20h, end1 cjne r5, #00h, end1 setb es setb ti clr a mov r4, a mov r5, aend1: po

48、p dpl pop dph pop acc pop psw reti3.10 中斷傳送子程序 當(dāng)外部8k的數(shù)據(jù)存儲器存滿時，要將數(shù)據(jù)送至上位機進行處理，根據(jù)故障特征頻率，及時的發(fā)現(xiàn)電動機的故障。其流程圖如圖3-5所示。 當(dāng)數(shù)據(jù)存儲器已滿時，設(shè)置串口中斷標(biāo)志位。cpu的相應(yīng)此中斷請求后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C，每次僅發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，并判斷數(shù)據(jù)是否存儲數(shù)據(jù)傳輸完成，如果數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)結(jié)完成，就清除串口中斷使能位，只有數(shù)據(jù)存儲設(shè)備再次存滿后，再置位串行端口中斷使能位。程序如下：intsi0: clr ti cjne r6, #20h, send cjne r7, #00h, send clr a mo

49、v r6, a mov r7, a clr es retisend: mov dph, r6 mov dpl, r7 movx a, dptr mov c, p mov tb8, c mov sbuf , a inc dptr mov r6, dph mov r7, dpl retiyn串口中斷ti保護現(xiàn)場數(shù)據(jù)從sram送至a奇偶標(biāo)志位送至tb8,數(shù)據(jù)送至sbuf屏蔽串口中斷sram中數(shù)據(jù)已全發(fā)完？退出現(xiàn)場，中斷返回圖3-5 串口中斷子程序3.11 本章總結(jié)本章主要是在硬件的基礎(chǔ)上設(shè)計軟件。首先對軟件的功能進行分析，根據(jù)系統(tǒng)的要求，軟件必須具有下面5種功能：初始化功能，定時功能，查詢功能，傳送功能和按鍵檢測功能。所以可以將軟件分為五大模塊，一個是主程序，其余的四個模塊分別完成上述的四種功能，并且都采用中斷方式。在主程序里完成系統(tǒng)的初始化，包括定時器，中斷允許，中斷優(yōu)先級，鍵盤方式的初始化，然后進入死循環(huán)，等待中斷申請，當(dāng)轉(zhuǎn)入中斷子程序后，就完成各種功能。軟件的流程圖已定，接下來就是用程序設(shè)計語言把模塊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成計算機能夠接受的形式，即具體的程序的編制。 4 電流檢測裝置的調(diào)試4 電流檢測裝置的調(diào)試系統(tǒng)的測試，糾錯，和系統(tǒng)的可靠性三者密不可分。測試是為了發(fā)現(xiàn)錯誤，糾錯是診斷已發(fā)現(xiàn)的錯誤，并且改正這些錯誤。