光電轉(zhuǎn)速計(jì)課程設(shè)計(jì)李明威

1、河南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)光電轉(zhuǎn)速計(jì)的設(shè)計(jì)與制作學(xué)生姓名： 李明威 學(xué) 院： 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電子科學(xué)與技術(shù)1141 專業(yè)課程： 光電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 張秋慧 2015 年 1 月 9 日13 / 16文檔可自由編輯打印課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及成績(jī)序號(hào)評(píng)審項(xiàng)目指 標(biāo)滿分評(píng)分1工作態(tài)度遵守紀(jì)律，學(xué)習(xí)認(rèn)真；作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，踏實(shí)肯干。 5分2工作量按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，難易程度和工作量符合要求。 20分3出勤情況全勤： 得10分10分有遲到、早退、請(qǐng)假現(xiàn)象： 得8分曠課1天： 得5分曠課2天： 得2分曠課超過2天： 得0分4設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案能靈活運(yùn)用相關(guān)專業(yè)知識(shí)，有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)，有獨(dú)特見

2、解，設(shè)計(jì)有一定應(yīng)用價(jià)值。30分5實(shí)驗(yàn)技能動(dòng)手能力強(qiáng)，能獨(dú)立完成安裝、調(diào)試等實(shí)際操作，能解決設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題。10分6小組表現(xiàn)注重團(tuán)隊(duì)合作，在小組中表現(xiàn)突出，對(duì)設(shè)計(jì)方案的制定及選取起主要作用，在實(shí)驗(yàn)操作過程中，承擔(dān)主要執(zhí)行者。5分7設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量報(bào)告結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)合理；文理通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符合規(guī)范；圖表完備、正確，繪圖準(zhǔn)確、符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；。20分合 計(jì)評(píng)語(yǔ)：等 級(jí)： （優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）評(píng)閱人： 職稱： 日 期： 年 月 日目 錄1 引言11.1 課程設(shè)計(jì)的目的與意義11.2 本設(shè)計(jì)的主要工作12 設(shè)計(jì)方案22.1方案結(jié)構(gòu)圖22.2 單片機(jī)控制模塊22.3 信號(hào)采集模塊52.

3、4 信號(hào)輸出顯示模塊62.5 報(bào)警模塊63 硬件電路74 軟件設(shè)計(jì)74.1 Keil軟件編寫程序74.2 Protues進(jìn)行硬件電路仿真85 調(diào)試85.1 LCD顯示初始化測(cè)試85.2 系統(tǒng)測(cè)試86 課程設(shè)計(jì)體會(huì)9參考文獻(xiàn)10附 錄111 引言在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，轉(zhuǎn)速的測(cè)量是一個(gè)很重要的問題。有關(guān)測(cè)量轉(zhuǎn)子速度的方法有很多，但大部分比較復(fù)雜。物體運(yùn)動(dòng)的速度可分為線速度和加速度。隨著生產(chǎn)過程自動(dòng)化程度的提高，開發(fā)出了各種各樣的檢測(cè)線速度和角速度的方法，如磁電式速度計(jì)、光電速度計(jì)、測(cè)速發(fā)動(dòng)機(jī)等。 由于光電測(cè)量方法靈活多樣，可測(cè)參數(shù)眾多，一般情況下又具有非接觸、高精度、高分辨率、高可靠性和響應(yīng)快等

4、優(yōu)點(diǎn)，加之激光光源、光柵、CCD器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用，以及電子技術(shù)、數(shù)字化的智能儀表的迅速發(fā)展，使得光電傳感器在檢測(cè)和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 常用的檢測(cè)方法有機(jī)械式，光電式，霍爾式，頻閃法，高壓油管應(yīng)變法等，本課題主要是針對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。運(yùn)用51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一種全數(shù)字化測(cè)速系統(tǒng)，從提高測(cè)量精度的角度出發(fā)，分析討論其產(chǎn)生誤差的可能原因。同時(shí)從實(shí)際硬件電路出發(fā)，分析電路的工作原理，根據(jù)設(shè)計(jì)具體情況提出修改方案和解決辦法。1.1 課程設(shè)計(jì)的目的與意義本次課程設(shè)計(jì)的目的是完成以單片機(jī)為核心的光電式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)。在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，

5、例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中，常需要分時(shí)或連續(xù)測(cè)量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。要測(cè)速，首先要解決是采樣問題。在使用模技術(shù)制作測(cè)速表時(shí)，常用測(cè)速發(fā)電機(jī)的方法，即將測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測(cè)軸相連，測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。為了能精確地測(cè)量轉(zhuǎn)速外，還要保證測(cè)量的實(shí)時(shí)性，要求能測(cè)得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速方法。因此轉(zhuǎn)速的測(cè)試具有重要的意義。 1.2 本設(shè)計(jì)的主要工作首先在學(xué)校的電子圖書館搜集相關(guān)資料，通過比較，選出最合適的設(shè)計(jì)方案。依照已選擇的設(shè)計(jì)方案用proteus畫圖，通過keil軟件編寫程序，導(dǎo)入單片機(jī)后調(diào)試程序，開始仿真，直至仿真結(jié)果正確，然后在焊接實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行焊接

6、，將元器件焊接完成后，最后調(diào)試電路，使其達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。2 設(shè)計(jì)方案2.1方案結(jié)構(gòu)圖圖1課程設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)圖2.2 單片機(jī)控制模塊單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括晶振電路，復(fù)位電路，和單片機(jī)本身。a.時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的典型值為12MHZ。MCS-51內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。AT89C51是屬于CMOS8位微處理器，它的時(shí)鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于NMOS型的單片機(jī)。CMOS型單片機(jī)內(nèi)部（如AT89C51）有一

7、個(gè)可控的負(fù)反饋反相放大器，外接晶振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器，圖42為CMOS型單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖。振蕩器工作受/PD端控制，由軟件置“1”PD（即特殊功能寄存器PCON.1）使/PD0，振蕩器停止工作，整個(gè)單片機(jī)也就停止工作，以達(dá)到節(jié)電目的。清“0”PD，使振蕩器工作產(chǎn)生時(shí)鐘，單片機(jī)便正常運(yùn)行。圖中SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率主要由SYS參數(shù)確定（晶振上標(biāo)明的頻率）。電容C1和C2的作用有兩個(gè)：其一是使振蕩器起振，其二是對(duì)振蕩器的頻率f起微調(diào)作用（C1、C2大，f變?。涞湫椭禐?0pF。電路圖如圖2所示。圖2 時(shí)鐘電路b.復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中

8、央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。AT89C51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST，它是史密特觸發(fā)輸入(對(duì)于CHMOS單片機(jī)，RST引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻)，當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)時(shí)鐘周期)以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，AT89C51保持復(fù)位狀態(tài)。此時(shí)ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位，CPU從初始狀態(tài)開始工作。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在RST端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以使AT89C51有效的復(fù)位。RST端在加電時(shí)應(yīng)保持的高電平時(shí)

9、間包括VCC的上升時(shí)間和振蕩器起振的時(shí)間，Vss上升時(shí)間若為10ms，振蕩器起振的時(shí)間和頻率有關(guān)。10MHZ時(shí)約為1ms，1MHZ時(shí)約為10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位，RST在上電應(yīng)保持20ms以上的高電平。RC時(shí)間常數(shù)越大，上電RST端保持高電平的時(shí)間越長(zhǎng)。若復(fù)位電路失效，加電后CPU從一個(gè)隨機(jī)的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。復(fù)位電路如圖3所示。圖3 復(fù)位電路c.51單片機(jī)單片機(jī)我們采用AT89C51，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存貯器的低電壓，高性能8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

10、由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器， AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案1。AT89C51的引腳圖如圖4。圖4 AT89C51引腳圖2.3 信號(hào)采集模塊a 光電傳感器部分本設(shè)計(jì)使用分離式紅外對(duì)管。如圖5。圖5紅外對(duì)管紅外光電管有兩種，一種是無色透明的LED，此為發(fā)射管，它通電后能夠產(chǎn)生人眼不可見紅外光，另一部分為黑色的接收部分，它內(nèi)部的電阻會(huì)隨著接收到紅外光的多少而變化。無論是一體式還是分離式，其檢測(cè)原理都相同，由于黑色吸光，當(dāng)紅外發(fā)射管照射在黑色物體上時(shí)反射回來的光就較少，接收管接收到的紅外光就較少

11、，表現(xiàn)為電阻大，通過外接電路就可以讀出檢測(cè)的狀態(tài)；同理，當(dāng)照射在白色表面時(shí)發(fā)射的紅外線就比較多，表現(xiàn)為接收管的電阻較小，此時(shí)通過外接電路就可以讀出另外一種狀態(tài)，如用電平的高低來描述上面兩種現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)高低電平之分，也就是會(huì)出現(xiàn)所謂的0和1兩種狀態(tài)，此時(shí)再將此送到單片機(jī)的I/O口，單片機(jī)就可以判斷是黑白路面，進(jìn)而完成相應(yīng)的功能，如循跡、避障等。b 信號(hào)整形部分 本設(shè)計(jì)采用555定時(shí)芯片,使用555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)施密特觸發(fā)器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形，得到一個(gè)較好的脈沖信號(hào)，以便于單片機(jī)識(shí)別信號(hào)。另外，加一個(gè)電容進(jìn)行濾波。2.4 信號(hào)輸出顯示模塊顯示模塊是輸出設(shè)備，是人機(jī)交互的重要環(huán)節(jié)。顯示電路采用LCD液

12、晶顯示,即LCD1602，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。顯示的內(nèi)容為16X2字符,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。液晶如圖6所示。圖6液晶2.5 報(bào)警模塊該模塊就是一個(gè)和單片機(jī)相連的蜂鳴器，當(dāng)輸出信號(hào)超過程序設(shè)置的上下限時(shí)，就會(huì)發(fā)出聲音來報(bào)警。蜂鳴器連接如圖7。圖7 蜂鳴器連接示意圖3 硬件電路根據(jù)所選方案，突出系統(tǒng)電路原理圖，如圖8。圖8系統(tǒng)電路原理圖4

13、 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)包括在Keil中編寫程序和Protues中進(jìn)行硬件電路的仿真。4.1 Keil軟件編寫程序a新建工程：在“菜單欄”“Project”“New”“vision Project”輸入要保存的工程名。根據(jù)單片機(jī)的型號(hào)選擇CPU,然后點(diǎn)擊“確定”。b新建文件并保存：文件名要帶擴(kuò)展名。用C語(yǔ)言編寫的程序，擴(kuò)展名為“.c”,點(diǎn)擊“保存”。c添加文件到工程：在工程管理器中，用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊“Source Group 1”,選擇“Add Group Source Groutp 1"。d編寫、編譯程序。e生成hex文件。4.2 Protues進(jìn)行硬件電路仿真啟動(dòng)已安裝軟件Protues

14、的ISIS，在彈出窗口的菜單欄中單擊“文件”“新設(shè)計(jì)”選擇“項(xiàng)目摸板”“確定”，繪制電路圖。繪制電路圖時(shí)，單擊元器件窗口上方的“P”按鈕，在、窗口上方的“關(guān)鍵字”處鍵入所需器件型號(hào)或名稱，窗口中間的“結(jié)果”欄將顯示元器件庫(kù)中所有同系列的器件，選擇所需元件。如圖9所示。圖9 Protuse元器件選擇窗口把所需的元器件放到編輯界面中，單片機(jī)、晶振、電阻、電容、開關(guān)、LCD、蜂鳴器等，調(diào)整元件擺放位置和放置方向，進(jìn)行電路連接，編輯修改元件參數(shù)，完成電路設(shè)計(jì)。借助Keil程序設(shè)計(jì)與匯編平臺(tái)，結(jié)合課本實(shí)例，完成針對(duì)硬件電路的程序設(shè)計(jì)、編譯注意匯編后產(chǎn)生的“.HEX”文件的存儲(chǔ)路徑。5 調(diào)試5.1 LCD

15、顯示初始化測(cè)試搭建完成LCD1602，下載程序，調(diào)試結(jié)果。在LCD上從左到右顯示“ZHUAN SU JI”顯示完畢后清屏，顯示出示的轉(zhuǎn)速。初始化完畢。5.2 系統(tǒng)測(cè)試連接電路，下載程序，單片機(jī)上電，進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。初始化完成后，光電對(duì)管對(duì)檢測(cè)盤進(jìn)行檢測(cè)，引入INT1引腳中，進(jìn)行信號(hào)采集及其處理，顯示轉(zhuǎn)速信息。6 課程設(shè)計(jì)體會(huì)整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程是對(duì)自己大學(xué)三年所學(xué)知識(shí)歸納總結(jié)和應(yīng)用，也就是把理論知識(shí)用到實(shí)踐之中去。讓理論和實(shí)踐相結(jié)合，以此產(chǎn)生實(shí)際的成果。而這正是我們學(xué)習(xí)理論知識(shí)的目的之所在。除此之外，我們要在擁有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)的前提條件下，在整個(gè)設(shè)計(jì)與調(diào)試過程中要有信心和耐心，對(duì)自己有信心，相信自己

16、能夠很好的完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。在調(diào)試中不斷發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)而解決問題，這是一個(gè)再學(xué)習(xí)的過程，其本身就是對(duì)自己的一次鍛煉，培養(yǎng)了自己獨(dú)立思考，動(dòng)手解決問題的能力。從而從各個(gè)方面得到提高與完善了自己，使自己的各個(gè)方面提高到一個(gè)新的臺(tái)階，同時(shí)為以后的工作打下基礎(chǔ)。通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。在本次課程設(shè)計(jì)中，特別要感謝老師以及同學(xué)給我們的熱心幫助和鼓勵(lì)，才使得我們的課程設(shè)計(jì)能夠很好的完成。參考文獻(xiàn)1 曾一江.單片微機(jī)原理與接口技術(shù)M.科學(xué)出版社，2006 2 樓然苗.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例（第二版）M.北京航空航天大學(xué)出版社 2006 3 周雪.模擬電子技術(shù)（第二版）M.西安電子

17、科技大學(xué)出版社，20054 王秀杰.張疇先.模擬集成電路應(yīng)用M.西北工業(yè)大學(xué)出版社，20035 高岳 王霞等.光電檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)(第2版)M.電子工業(yè)出版社,2009 6 沈癸和.光電傳感器及其應(yīng)用J. 桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1995,2:23-247 魯剛強(qiáng).基于PROTEUS的單片機(jī)原理課程的教學(xué)應(yīng)用J. 中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2001,6:42-438 馬忠梅.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)（第四版）M.北京航空航天大學(xué)出 版社，2006 附 錄程序：#include <reg52.h> #define uint unsigned int#define uchar unsigned

18、char sbit rs = P2 0; sbit rw = P2 1; sbit en = P2 2;sbit jieshou = P2 6;uchar code Lcd1= "zhuan su ji" uchar code Lcd2= "zhuan su:"uint num;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void WriteDat(uchar dat) P0=dat; rs=1; rw=0; en=0; delay(3); en=1;void WriteCom(uchar com) P0=com; rs=0; rw=0; en=0; delay(3); en=1; void lcd_init() P0=0; WriteCom(0x38); delay(3); WriteCom(0x38); WriteCom(0x08); WriteCom(0x01); WriteCom(0x06); WriteCom(0x0c); void display()uint i,j;WriteCom(0x40);for(i=0;i<11;i+)WriteDat(Lcd1i);WriteCom(0x80);for(