機械課程設計旋轉編碼器的速度檢測和精確定位

1、課程設計說明書題目: 旋轉編碼器的速度檢測和精確定位 院 系： 機械工程學院 專業(yè)班級： 機設06-11 學 號： 200611836 學生姓名： 指導教師： 2009 年 12 月 10 日 安徽理工大學課程設計（論文）任務書 機械工程學院 院系 測控 教研室學 號200611836學生姓名周晉專業(yè)（班級）機設06-11設計題目旋轉編碼器的速度檢測和精確定位設計技術參數(shù)旋轉編碼器：a,b相每轉300個脈沖顯示器：4位led顯示器單片機晶振6mhz設計要求實現(xiàn)旋轉編碼器的實時速度監(jiān)測實現(xiàn)實時位置的精確測量所需參數(shù)按需要顯示出來工作量 注：可填寫說明書（論文）的字數(shù)要求或要完成的圖紙數(shù)量。工作計

2、劃第一周：熟悉題目，學習單片機；第二周：學習軟件protues及其操作；第三周：寫單片機程序和作protues仿真電路圖，并完成說明書。參考資料蔡美琴等 mcs-51系列單片機系統(tǒng)及其應用 2版北京：高等教育出版社，2008指導教師簽字教研室主任簽字 年 月 日 目錄1，設計原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 2、硬件電路設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-9 3、軟件設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3、 .10-15一、 設計原理1， 系統(tǒng)設計的功能本設計實現(xiàn)的功能有：檢測被測旋轉體的速度；檢測被測旋轉體的實時角度位置；顯示實時速度；顯示實時角度位置；2， 系統(tǒng)的實現(xiàn)方法本設計采用單片機系統(tǒng)完成所需功能。即把旋轉編碼器的輸出信號接到單片機，由單片機實現(xiàn)旋轉編碼器輸出信號的處理并計算出速度和實時位置。采用七段led顯示器顯示計算多得的參數(shù)。二、 硬件電路設計 本系統(tǒng)的硬件組成為：80c51單片機最小系統(tǒng)一個、開關 一個、四位七段顯示器一個、旋轉編碼器一個、電阻和三極管若干。 本系統(tǒng)的功能模塊分為：單片機最小系統(tǒng)模塊、旋轉編碼器信號輸 入模塊、速度顯示中斷模塊、七段led顯示模塊。 1， 單片機

4、最小系統(tǒng)模塊本系統(tǒng)采用的單片機為80c51其引腳圖如下。 2 ，旋轉編碼器信號輸入模塊 旋轉編碼器是用來測量轉速的裝置，可將輸出軸的角位移、角速度等機械量轉換成相應的電脈沖以數(shù)字量輸出（rep）。 工作原理: 由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成a、b、c、d,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將c、d信號反向，疊加在a、b兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉輸出一個z相脈沖以代表零位參考位。 由于a、b兩相相差90度，可通過比較a相在前還是b相在前，以判別編碼器的正轉與反轉，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位

5、。信號輸出: 如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。 a.b兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。 a、b、z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。 本系統(tǒng)采用a、b、z三相連接，測量轉速和位置。實現(xiàn)電路圖如下： 4,速度顯示中斷模塊 本系統(tǒng)的參數(shù)是在需要時顯示出來，我的設計是主程序循環(huán)顯示實時速度，在節(jié)省硬件的情況下（即速度和位置參數(shù)不是同顯示）可在需要時按下中斷按鈕觸發(fā)中斷程序來顯示實時位置。mcs-51單片機中斷系統(tǒng)的結構：5個中斷源的符號、名稱及產(chǎn)生的條件如下。int0：外部中斷0，由p32端口線引入，低電平或下跳沿引起。int1：外部中斷1，由p33端口線引入，低電平或下跳沿

6、引起。t0：定時器計數(shù)器0中斷，由t0計滿回零引起。t1：定時器計數(shù)器l中斷，由t1計滿回零引起。tiri：串行io中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送接收起。因旋轉編碼器的信號輸入占用了兩個外部中斷源，我采用定時器/計數(shù)器0擴展成外部中斷源，即使定時器計數(shù)器工作在計數(shù)器模式，計數(shù)源來自外部，把計數(shù)器的初值設置為tl0=#0ffhth1=#0ffh，這樣外部中斷便會使計數(shù)器溢出中斷。中斷系統(tǒng)圖示如下。5，七段led顯示模塊 顯示原理為：首先顯示一個數(shù), 然后關掉.然后顯示第二個數(shù),又關掉, 那么將看到連續(xù)的數(shù)字顯示,輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮時間是極短暫的，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管

7、的余輝效應，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。 6，硬件系統(tǒng)整體圖 二、軟件設計主程序流程圖 a相中斷流程圖 開始初始化計算位置degree的個十百千位顯示位置degree的個十百千位結束開始判斷b相是否為高電平位置position加1總脈沖counter加1position減1結束否z相中斷流程圖開始絕對位置參數(shù)position置零結束定時刷新參數(shù)中斷開始重新裝載定時器定時0.1s根據(jù)0.1s的脈沖數(shù)計算轉速把絕對脈沖轉換為絕對角度絕對角度是否為負值角度加360結束否顯示速度中斷開始計算轉速的個十百千位顯示轉速的個十百千

8、位i是否為100否結束系統(tǒng)的c語言程序如下：#include regx51.hunsigned char a,b,c,d;unsigned char code disaplay=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;long counter=0; /旋轉編碼器的脈沖long position=0; /旋轉編碼器的當前位置long degree=0; void main()tmod=0x06;th0=0xff;tl0=0xff;th1=(65536-1000)/256;tl1=(65536-1000)%256;ie=0x0f;ea =

9、 1; /開總中斷r=0;while(1) /主程序循環(huán)顯示位置 a=degree%10; /計算參數(shù)的個十百千位b=(degree/10)%10;c=(degree/100)%10;d=(degree/1000)%10;p2_3=0; /顯示position值p0=diaplaya;p2_3=1;p2_2=0;p0=diaplayb;p2_2=1;p2_1=0;p0=diaplayc;p2_1=1;p2_0=0;p0=diaplayd;p2_0=1;void int0() interrupt 0 /a相中斷if(p2_7) position+; /判斷2_7為高則正向，為低則反向else p

10、osition-;counte+; /累計脈沖void int1() interrupt 1 /z相中斷position=0; /使位置參數(shù)置零void t1_() interrupt 2 /定時0.1s刷新一次轉速和角/度參數(shù)th0=(65536-1000)/256；tl0=(65536-1000)%256；r=600*counter/300; /假設編碼器每轉300個脈沖degree=1.2*position; /把脈沖數(shù)轉換為角度數(shù)if(!degree) / 角度為負時加360度轉為正degree+=360void t0_() interrupt 3 /計數(shù)器t0中斷顯示速度unsigned char ii=100;a=r%10;b=(r/10)%10;c=(r/100)%10;d=(r/1000)%10;while(i)/ 中斷產(chǎn)生后循環(huán)100次顯示一段時間p2_3=0;p0=diaplaya;p2_3=1;p2_2=0;p0=diaplay