角度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于單片機(jī)的角度測(cè)量?jī)x摘要:本文所設(shè)計(jì)的角度測(cè)量?jī)x是利用AT89S51單片機(jī)，該單片機(jī)是一款低功耗，CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)，角度測(cè)量?jī)x將被測(cè)物體與光電編碼器同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將光柵的光信號(hào)傳輸給光電編碼器內(nèi)部的光敏電阻，經(jīng)過(guò)處理后產(chǎn)生脈沖，通過(guò)編寫(xiě)程序?qū)雴纹瑱C(jī)，當(dāng)來(lái)一個(gè)脈沖下降沿沿時(shí)，定時(shí)器中斷，則脈沖數(shù)加一，進(jìn)而將脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過(guò)轉(zhuǎn)換成角度量，最后通過(guò)液晶顯示屏直接顯示所測(cè)出的角度。本文同時(shí)分析了角度測(cè)量?jī)x的硬件組成，設(shè)計(jì)原理，給出了設(shè)計(jì)程序。關(guān)鍵字：光電編碼器 單片機(jī) 顯示屏 角度測(cè)量 目錄 8附錄19專心

2、-專注-專業(yè)1 前言 角度測(cè)量是計(jì)算科學(xué)的重要組成部分,隨著社會(huì)的發(fā)展，角度測(cè)量越來(lái)越廣泛應(yīng)用于機(jī)械，光學(xué)，航空航天等各個(gè)領(lǐng)域，技術(shù)水平和準(zhǔn)確度也在不斷提高。隨著科技的進(jìn)步，測(cè)角技術(shù)的精度不斷提高，測(cè)量領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大；數(shù)字化的發(fā)展使測(cè)角技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，測(cè)角的方法也越來(lái)越多。 角度是一個(gè)重要的幾何量計(jì)量參數(shù)，它不僅應(yīng)用于軍事領(lǐng)域還運(yùn)用于商業(yè)領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域，而我國(guó)的角度測(cè)量技術(shù)也經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，隨著21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的角度計(jì)量工具框式水平儀和機(jī)械式測(cè)量方法將被數(shù)字角度測(cè)量?jī)x所取代，數(shù)字角度測(cè)量?jī)x具有性能穩(wěn)定，工作可靠，測(cè)量精確度高，使用簡(jiǎn)單，因此一個(gè)電子檢測(cè)數(shù)字顯示的現(xiàn)代化角度測(cè)

3、量時(shí)代即將開(kāi)始。近年來(lái)工業(yè)上常用的測(cè)角方法有機(jī)械式測(cè)角技術(shù)、激光測(cè)角技術(shù)和光學(xué)測(cè)角技術(shù)。機(jī)械式技術(shù)由于研究較早，技術(shù)已經(jīng)非常成熟。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、成本低，但是其設(shè)備體積龐大，測(cè)量延時(shí)大、精度低，多數(shù)情況下不能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量，而且不能實(shí)施非接觸式測(cè)量，所以不合適高精度的角度測(cè)量。光學(xué)測(cè)角技術(shù)是隨著新型光電材料和器件的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的，光電編碼器方法測(cè)角具有體積小，重量輕，品種多，分辨力高，承載能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，可靠使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。 基于單片機(jī)的角度測(cè)量?jī)x的系統(tǒng)簡(jiǎn)介 光電編碼器是集光，機(jī)，電于一體的轉(zhuǎn)速位移傳感器，當(dāng)編碼器轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)光柵圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤(pán)的狹縫切割成斷斷續(xù)續(xù)的光線

4、，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)后繼電路處理后輸出脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)傳輸給AT89S51單片機(jī)，利用AT89S51單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)光電編碼器輸出脈沖的加減可逆計(jì)數(shù)，而輸出的脈沖數(shù)與角度值成正比，通計(jì)算脈沖數(shù)進(jìn)而算出角度值。角度測(cè)量?jī)x利用單片機(jī)算出脈沖數(shù)，用液晶顯示屏讀取光電編碼器測(cè)出的角度值?；趩纹瑱C(jī)的角度測(cè)量?jī)x課題的研究意義 角度測(cè)量?jī)x是某些控制系統(tǒng)中瞄準(zhǔn)裝置的關(guān)鍵部件。在以往的控制系統(tǒng)中，多數(shù)都是僅憑設(shè)備操作人員眼睛瞄準(zhǔn)指定目標(biāo)，然后作出相應(yīng)的控制，這樣就帶來(lái)一系列問(wèn)題，如操作人員的經(jīng)驗(yàn)、瞄準(zhǔn)的精確的都肯能帶來(lái)一些較大的誤差。而機(jī)械式測(cè)角利用分度盤(pán)，而分度盤(pán)用不能無(wú)限增

5、加，從而受到限制，利用角度測(cè)量?jī)x能夠可以很方便的顯示前后的角度差距，對(duì)工人的專業(yè)要求降低，可以提高生產(chǎn)效率，有助于產(chǎn)品質(zhì)量和安全提高。因此研究一種適用的角度測(cè)量方法是必要的。 電子技術(shù)在工程測(cè)量中已經(jīng)普遍應(yīng)用，相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)量方法，光電編碼器在顯示、精度、成本上占很大的優(yōu)勢(shì)。而且隨著傳感器技術(shù)和測(cè)量方法的發(fā)展，對(duì)于一些物理量的測(cè)量變得更方便。在數(shù)據(jù)管理上，也可以將數(shù)據(jù)測(cè)量出，通過(guò)通信的方式傳送到上位機(jī)，有助于產(chǎn)品和加工過(guò)程中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。電子技術(shù)的應(yīng)用能夠和企業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)配合，作為整個(gè)企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的一個(gè)子系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)就是從電子應(yīng)用出發(fā)，希望借助于將電子測(cè)量技術(shù)，將該方法應(yīng)用到工程實(shí)際生產(chǎn)

6、中，提供一種低成本、效率高、精度高的角度測(cè)量方法。2系統(tǒng)的基本構(gòu)成 2.1系統(tǒng)的框圖 該系統(tǒng)主要由光電編碼器，AT89S51單片機(jī)，D觸發(fā)器，1602液晶顯示屏等組成，系統(tǒng)基本框圖如2-1所示 圖2-1系統(tǒng)的基本框圖2.2光電編碼器的原理光電式碼盤(pán)亦稱脈沖式角度數(shù)字編碼器， 光電編碼器的光柵盤(pán)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-2-1所示。 在一個(gè)圓盤(pán)上按碼道開(kāi)有相等角距的縫隙， 在碼道上分為透明區(qū)和不透明區(qū)，分別代表“1”和“0”， 相當(dāng)于接觸式碼盤(pán)的導(dǎo)電區(qū)和不導(dǎo)電區(qū)。光電式碼盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)觸點(diǎn)磨損， 因而允許高轉(zhuǎn)速； 每條縫隙寬度可做得很小， 所以精度和分辨高 。 圖2-2-1 光柵盤(pán)和光電編碼器內(nèi)部結(jié)

7、構(gòu)示意圖 光電編碼器，是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，是目前應(yīng)用最多的傳感器。一般的光電編碼器主要由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置組成。而光柵碼盤(pán)圖案主要由零位標(biāo)記碼道和循環(huán)碼道組成，零位標(biāo)記碼道稱作參考點(diǎn)碼道，用來(lái)檢測(cè)被物體角度的基準(zhǔn)點(diǎn)。有時(shí)需要用光掃描將近360度來(lái)尋找絕對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)。循環(huán)碼道由一系列相互交錯(cuò)的透明和不透明的光柵線條組成。零位標(biāo)記碼道由幾個(gè)位置相互分立的光柵組成。 當(dāng)光柵盤(pán)隨被測(cè)工作軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)縫隙，光電管就會(huì)感受到一次光線的明暗變化，然后將明暗光線發(fā)送給光敏電阻，使光電管的電阻值改變，這樣就把光線的明暗變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的強(qiáng)弱變化，而這

8、個(gè)電信號(hào)的強(qiáng)弱變化近似于正弦波的信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形和放大等處理，變換成脈沖信號(hào)。通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)量脈沖的數(shù)目，即可測(cè)定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角度；其原理如圖2-2-2所示。此外通過(guò)有一定相位差的兩組增量式脈沖信號(hào)可以檢測(cè)出光電編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。光電編碼器測(cè)角體積小，承載能力強(qiáng)，數(shù)字化程度高，性能可靠，使用時(shí)間長(zhǎng)。圖2-2-2 光電編碼器 增量式光電編碼器由主碼盤(pán)、鑒向盤(pán)、光敏元件和光電變換器組成。在光電盤(pán)周邊上刻有距離相等的輻射狀窄縫，形成均勻分布的透明區(qū)和不透明區(qū)。而光柵碼圖案主要由循環(huán)碼道和零位標(biāo)記碼道組成，循環(huán)碼道由一系列均勻交錯(cuò)的透明區(qū)和不透明區(qū)光柵線條組成，零位標(biāo)記碼道由幾個(gè)距離相等的光柵組成零位標(biāo)記碼

9、道。 由于碼道信號(hào)的讀取采用的是光電掃描原理，對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)的掃描是非接觸的，因此沒(méi)有磨損。如果一個(gè)光柵的刻線與另一個(gè)光柵的狹縫對(duì)齊則光線無(wú)法通過(guò)，如果一個(gè)光柵的透明區(qū)剛好與另一光柵的透明區(qū)在同一條直線上時(shí)則光線剛好通過(guò)，利用光電掃描法可檢測(cè)到非常精細(xì)的柵線，掃描產(chǎn)生等同于柵線同期輸出的脈沖信號(hào)。工作時(shí)，主碼盤(pán)與轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，鑒向盤(pán)靜止不動(dòng)，當(dāng)光電碼盤(pán)隨工作軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光線透過(guò)光電碼盤(pán)和光欄板狹縫，形成光信號(hào)。光敏元件接收光信號(hào)信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，然后由單片機(jī)來(lái)計(jì)脈沖數(shù)，最后由液晶顯示屏直接顯示角度量。 光電編碼器的測(cè)角精確度與碼盤(pán)圓周上的透光槽數(shù) n有關(guān)，能分辨的角度 為 360&

10、#176;/n，分辨率為 1/n 。為了判斷碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)是順勢(shì)正還是逆時(shí)針，必須在光欄板上設(shè)置兩個(gè)透明區(qū)，兩者之間相差4/1截距，并設(shè)置了兩組對(duì)應(yīng)的光敏元件，由光敏元件來(lái)得出高低電平，進(jìn)而傳給單片機(jī)。當(dāng)檢測(cè)對(duì)象旋轉(zhuǎn)時(shí)，光碼盤(pán)會(huì)被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而光源一會(huì)穿過(guò)透明區(qū)，一會(huì)被遮擋，就這樣循環(huán)反復(fù)，光電編碼器便會(huì)輸出一組脈沖信號(hào).光電編碼器正反轉(zhuǎn)根據(jù) A、B 信號(hào)的波形及其時(shí)序關(guān)系得出，A的高電平先于B出現(xiàn)，則判斷為正轉(zhuǎn)，B的高電平先于A出現(xiàn)時(shí)則判斷為反轉(zhuǎn)。同時(shí)A 和 B 輸出的脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)角位移變化量成線性關(guān)系，因此，通過(guò)對(duì)脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)就能計(jì)算出相應(yīng)的角位移。 當(dāng)測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，還要確定碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)位置的

11、起始點(diǎn)，因此必須設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，這基準(zhǔn)點(diǎn)就是光柵碼盤(pán)中的“零位標(biāo)志槽”，當(dāng)光柵碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，零位標(biāo)志槽也跟著旋轉(zhuǎn)，當(dāng)零位標(biāo)志槽旋轉(zhuǎn)到與光柵板對(duì)齊的時(shí)候，光線恰好穿過(guò)，傳輸給光敏電阻，產(chǎn)生一個(gè)高電平，到傳過(guò)去之后，光敏電阻一直處于低電平，所以只有旋轉(zhuǎn)一圈才能產(chǎn)生一個(gè)脈沖，且是零位標(biāo)志槽與光柵板對(duì)齊的時(shí)候，所以通過(guò)檢測(cè)這個(gè)脈沖就能確定碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的起始點(diǎn)，再根據(jù) A 和 B 之間的這種關(guān)系正確地解調(diào)出被測(cè)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角位移即就是所謂的脈沖辨向和計(jì)數(shù)。通過(guò)求出脈沖數(shù)得出光電編碼器轉(zhuǎn)了多少角度，最后通過(guò)光電編碼器齒輪與被測(cè)物體齒輪關(guān)系求出被測(cè)物體旋轉(zhuǎn)的角度。光電編碼器的A,B,Z輸出的波形圖如2-2

12、-3所示。圖2-2-3 光電編碼器輸出的信號(hào)波形2.3 AT89S51單片機(jī)的原理AT89S51 為 ATMEL 所生產(chǎn) 8051 相容單芯片，其內(nèi)部程序代碼容量為4KB。（一）、AT89S51主要功能列舉如下：1，8位CPU。2，片內(nèi)帶振蕩器，頻率范圍1.2MHZ12MHZ。3，片內(nèi)帶128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。4，片內(nèi)帶4KB的程序存儲(chǔ)器。5，程序存儲(chǔ)器的尋址空間為64KB。6，128個(gè)用戶為尋址空間。7，21個(gè)字節(jié)特殊功能寄存器。8，4個(gè)8 位并I/O接口:P0，P1,P2,P3。9，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。10，兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別的5個(gè)中斷源。11，1個(gè)全雙工的串行I/O接口，可多機(jī)通信。 12，

13、111條指令，含乘法指令和除法指令。13，片內(nèi)采用總線結(jié)構(gòu)。14，有較強(qiáng)的位處理能力。15，采用+5V電源。（二）、AT89S51各引腳功能介紹： 芯片共有40個(gè)引腳，引腳的排列順序?yàn)閺目啃酒娜笨冢ㄒ?jiàn)右圖）左邊那列引腳逆時(shí)針數(shù)起，依次為1、2、3、4.40，其中芯片的1腳頂上有個(gè)凹點(diǎn)（在單片機(jī)的40個(gè)引腳中，電源引腳2根，外接晶體振蕩器引腳2根，控制引腳4根以及4組8位可編程I/O引腳32根。1、主電源引腳（2根）VCC單片機(jī)的第40引腳，電源輸入，接5V電源。GND單片機(jī)的第20引腳，為接地線。2、外接晶振引腳（2根）XTAL1為單片機(jī)的第19引腳，作用是片內(nèi)振蕩電路的輸入端。XTAL2單

14、片機(jī)的第20引腳，為片內(nèi)振蕩電路的輸出端。3、控制引腳（4根）RST單片機(jī)的第9引腳，作用是復(fù)位，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG單片機(jī)的第30引腳，為地址鎖存允許信號(hào)。PSEN單片機(jī)的第29引腳，為外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。EA/VPP單片機(jī)的第30引腳，程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，如果接的是低電平則外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。 4、可編程輸入/輸出引腳（32根） AT89S51單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8根引腳，共32根。每一根引腳都可以編程，比如用來(lái)控制電機(jī)、交通燈、霓虹燈等。PO口單片機(jī)

15、的第32引腳到第39引腳，為8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7。P1口單片機(jī)的第1到第8引腳，8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 。P2口單片機(jī)的第21到第28引腳，8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 。P3口單片機(jī)的第10到第17引腳，8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7。上面就是AT89S51單片機(jī)引腳的簡(jiǎn)單介紹，其它51系列家族的單片機(jī)8031、8051、89C51等引腳和89S51兼容，只是個(gè)別引腳功能定義不同。端口0是一個(gè)8位寬的雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類(lèi)推。其他三個(gè)I/O端口（P1、P2、P3）則不具有

16、此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，端口3的引腳定義如框圖2-3所示?？诰€信號(hào)功能P3.0RXD串行口數(shù)據(jù)輸入P3.1TXD串行口數(shù)據(jù)輸出P3.2INTO外部中斷0輸入P3.3INT1外部中

17、斷1輸入P3.4T0定時(shí)計(jì)數(shù)器0的外部輸入P3.5T1定時(shí)計(jì)數(shù)器1的外部輸入P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通控制輸出P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通控制輸出 表2-3 端口3的引腳定義2.4液晶顯示屏原理在數(shù)字電路中，所有的數(shù)據(jù)都是以0和1保存的，對(duì)LCD控制器進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)操作，可以得到不同的結(jié)果。對(duì)于顯示英文操作，只需要8位（一字節(jié)）即可。而對(duì)于中文，卻要用到6000以上。因此我們將ASCII表的高128個(gè)很少用到的數(shù)值以兩個(gè)為一組來(lái)表示漢字，而剩下的低128位則留給英文字符使用。那么，得到了漢字的內(nèi)碼后，還僅是一組數(shù)字，如果要顯示出來(lái)這就涉及到文字的字模，字模雖然也是一組數(shù)字，但它的意義

18、卻與數(shù)字的意義有了根本的變化，它是用數(shù)字的各位信息來(lái)記載英文或漢字的形狀，液晶顯示屏如2-4-1所示。 圖2-4-1 1602液晶顯示屏 LCD1602已很普遍了，市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此HD44780寫(xiě)的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來(lái)的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，控制原理與14腳的LCD完全一樣，LCD1602的引腳定義如框圖2-4-4所示。引腳 符號(hào)功能說(shuō)明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3VO液

19、晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，對(duì)比度最弱時(shí)是接正電源，然而接地電源時(shí)它的對(duì)比度卻最高4RSRS為寄存器選擇，選擇數(shù)據(jù)寄存器則應(yīng)選用高電平1，低電平0時(shí)則選擇指令寄存器5R/WR/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位8DB1底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10DB3底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 

20、;4位12DB5底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13DB6底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flag）15BLA背光電源正極16BLK背光電源負(fù)極表2-4 LCD1602的引腳定義3硬件部分的設(shè)計(jì)3.1 .脈沖數(shù)與角度的關(guān)系ZSP52系列增量式光電編碼器的碼盤(pán)是由36000個(gè)狹縫組成，當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)一周，會(huì)經(jīng)過(guò)36000個(gè)狹縫，主碼盤(pán)邊緣的透光槽數(shù)為36000 個(gè)，會(huì)產(chǎn)生36000個(gè)脈沖，旋轉(zhuǎn)一周是360度，則能分辨的最小角度=360°/36000=0.

21、01，所以每個(gè)狹縫所占用的角度是0。01°而光電編碼器的主碼盤(pán)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)狹縫會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，所以當(dāng)光電編碼器產(chǎn)生一個(gè)脈沖時(shí)則表明物體已經(jīng)旋轉(zhuǎn)0.01度，所以根據(jù)單片機(jī)所得的脈沖數(shù)來(lái)計(jì)算光電編碼器旋轉(zhuǎn)的角度。而脈沖數(shù)的計(jì)算是通過(guò)編寫(xiě)程序?qū)階T89S51單片機(jī)，利用單片機(jī)的中斷，來(lái)一個(gè)中斷，脈沖數(shù)加一個(gè)。設(shè)角度為，脈沖數(shù)利用公式 角度=脈沖數(shù)*0.01 ，最后直接通過(guò)1602液晶顯示屏直接顯示出度數(shù)即為被測(cè)物體的旋轉(zhuǎn)角度。編碼器和被測(cè)物體的齒輪如圖3-1所示。圖3-1 光電編碼器與被測(cè)物體齒輪3.2光電編碼器與單片機(jī)的接口技術(shù)在光電編碼器與單片機(jī)連接時(shí)，我們將A,B兩個(gè)接線口與D觸

22、發(fā)器相連接，將絕對(duì)位置基準(zhǔn)點(diǎn)Z與單片機(jī)的中斷INTO鏈接，將A,B相與起來(lái)與中斷INT1連接，當(dāng)光電編碼器的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，A,B兩個(gè)接口會(huì)隨著光電編碼器的旋轉(zhuǎn)輸出脈沖，如果A,B正轉(zhuǎn)，D觸發(fā)器的輸出端Q=1，則脈沖數(shù)加1，如果A,B反轉(zhuǎn)，D觸發(fā)器的輸出端Q=0，則脈沖數(shù)減1，當(dāng)光電編碼器的Z接口產(chǎn)生下降沿觸發(fā)時(shí)，則中斷INTO中斷，如果此時(shí)轉(zhuǎn)軸正轉(zhuǎn)，Q=1，則脈沖數(shù)清0，則從此點(diǎn)開(kāi)始作為基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量角度，如果此時(shí)轉(zhuǎn)軸反轉(zhuǎn)，Q=0，則脈沖數(shù)達(dá)到滿量程，如果一圈36000個(gè)脈沖，則此時(shí)脈沖數(shù)為36000個(gè)。在中斷過(guò)程中INT0的中斷級(jí)別比INT1的中斷級(jí)別高。光電編碼器與單片機(jī)接口如圖3-2所示。 圖

23、3-2，光電編碼器與單片機(jī)的連接3.3系統(tǒng)仿真框圖角度測(cè)量?jī)x啟動(dòng)工作后，單片機(jī)的工作過(guò)程是：系統(tǒng)啟動(dòng)后，初始化液晶顯示屏1602，然后再進(jìn)行定時(shí)器初始化，讀取光電編碼器獲取的角度值，再將當(dāng)前的角度值轉(zhuǎn)換成密位值顯示在數(shù)碼屏，如果測(cè)下一次的角度值，將單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。 圖3-3 系統(tǒng)仿真圖4軟件部分的設(shè)計(jì)4.1軟件部分總程序框圖 圖4-1程序總流程圖主程序：void main()uchar tabPL9;L1602_init();Time0_Init(); Outside_Init();while(1) k=i;tabPL8 = k% 10+'0'tabPL7

24、= (k /10)%10+'0'tabPL5 = (k /100)%10+'0'tabPL4 = (k /1000)%10+'0'tabPL3 = (k /10000)%10+'0'tabPL2 = (k /)%10+'0'tabPL1 = (k /)%10+'0'tabPL0 = (k /)%10+'0'tabPL6 = '.' wcmd(0x01); L1602_string(1,1,tabPL); if (key1=0) Delay(2); if(key1=0)

25、4.2中斷程序流程4.2.1外部0 中斷 當(dāng)光電編碼器的基準(zhǔn)點(diǎn)有光通過(guò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，這個(gè)脈沖信號(hào)接入單片機(jī)的INT0引腳，當(dāng)這個(gè)脈沖來(lái)一個(gè)下降沿觸發(fā)時(shí)，則進(jìn)行外部中斷，如果光電編碼器正轉(zhuǎn)時(shí)則脈沖數(shù)i=0，如果光電編碼器反轉(zhuǎn)則脈沖數(shù)i=36000，中斷結(jié)束后返回主程序。 圖4-2-1 外部中斷0流程圖外部中斷程序：void Outside_Init(void)EX0 = 1; /開(kāi)外部中斷0IT0 = 1; /負(fù)邊沿觸發(fā)EA = 1; /開(kāi)總中斷void Outside_Int1(void) interrupt 0using 1if(Q=1) i=0;Else i=36000;4.2.2定

26、時(shí)器中斷當(dāng)光電編碼器隨著物體旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生脈沖，將產(chǎn)生脈沖作為輸入信號(hào)傳輸給單片機(jī)，當(dāng)來(lái)一個(gè)脈沖時(shí)，定時(shí)器中斷，如果光電編碼器正轉(zhuǎn)，則每來(lái)一個(gè)輸入脈沖，脈沖數(shù)i加1，如果反轉(zhuǎn)，則每來(lái)一個(gè)脈沖，脈沖數(shù)i減1.當(dāng)光電編碼器旋轉(zhuǎn)時(shí)，最大脈沖數(shù)量為36000。 圖4-2-2 定時(shí)器中斷流程圖定時(shí)器中斷程序：void Time0_Init()TMOD = 0x06;TH0 = 0xff;TL0 = 0xff;IE = 0x82;TR0 = 1;void Time0_Int() interrupt 1if(Q=1) i+; Else i-;總結(jié) 經(jīng)過(guò)兩周的時(shí)間，基于單片機(jī)的角度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)終于順利完成了，其

27、中包含著快樂(lè)，也有辛酸。剛拿到設(shè)計(jì)題目時(shí)，硬件電路不知如何下手，因?yàn)槲覀兯鶎W(xué)的大部分是單片機(jī)方面的理論知識(shí)，應(yīng)用到實(shí)踐中去還比較少。于是我們積極地查閱和收集資料。去圖書(shū)館借參考書(shū)，上網(wǎng)去找一些相關(guān)資料，并且請(qǐng)教指導(dǎo)老師。通過(guò)不斷努力，終于把思路和模型定了下來(lái)，并用proteus軟件繪制器硬件電路圖，然后整理和修改程序，從而實(shí)現(xiàn)想要的功能。本次設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)是AT89S51，通過(guò)閱讀它的數(shù)據(jù)手冊(cè)，進(jìn)一步的了解了該單片機(jī)的功能，它功能強(qiáng)大使用方便，是一款很有前途的單片機(jī)。在設(shè)計(jì)中，我繪制了硬件電路仿真圖，用K e i l軟件編寫(xiě)了硬件電路所用到的C語(yǔ)言程序。在仿真和編寫(xiě)的過(guò)程中，我接觸到了一些元

28、器件，深入的了解并學(xué)習(xí)了這些器件的結(jié)構(gòu)和功能，提高了一定的知識(shí)水平。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，不僅提高了我單片機(jī)方面的知識(shí)，而且增強(qiáng)了實(shí)踐動(dòng)手能力。在以后的日子里不斷地學(xué)習(xí)和積累這方面的知識(shí)，并且尋找機(jī)會(huì)盡可能地去動(dòng)手實(shí)踐，提高自身的綜合素質(zhì)。 我覺(jué)得課程設(shè)計(jì)反映的是一個(gè)從理論到實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程，但是更遠(yuǎn)一點(diǎn)可以聯(lián)系到畢業(yè)之后從學(xué)校踏上社會(huì)的一個(gè)過(guò)程，這些都是以后工作中必需的。所以我認(rèn)為這次的課程設(shè)計(jì)意義很深，和同學(xué)的共同學(xué)習(xí)配合努力的過(guò)程也很愉快，另外還要感謝老師的耐心輔導(dǎo)。盡管我們的課程設(shè)計(jì)還有很多的不足之處，但還是很感謝張老師給我們的細(xì)心指導(dǎo)，同時(shí)也很感謝學(xué)校給我們安排了這次課程設(shè)計(jì)，讓我真正感受

29、到設(shè)計(jì)的重要性也加強(qiáng)了我對(duì)單片機(jī)這門(mén)學(xué)科的更好的理解和學(xué)習(xí)。 楊凱在本次角度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中我們用AT89C51單片機(jī)、角度傳感器、控制按鍵、晶振器等構(gòu)成的，設(shè)有計(jì)時(shí)顯示，開(kāi)始、復(fù)位按鍵以此實(shí)現(xiàn)精確度為0.01°。系統(tǒng)線路簡(jiǎn)單、功能先進(jìn)，性能穩(wěn)定，程序精簡(jiǎn)。給出了詳細(xì)的電路設(shè)計(jì)方法。本系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合。因此用C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，復(fù)習(xí)鞏固我們以前所學(xué)習(xí)的數(shù)字、模擬電子技術(shù)、單片機(jī)原理及應(yīng)用等課程知識(shí)，加深對(duì)各門(mén)課程及相互關(guān)系的理解，并成功使用了Proteus電子軟件，使理論知識(shí)系統(tǒng)

30、化、實(shí)用化，系統(tǒng)地掌握微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)了我們的編程能力。同時(shí)在本次實(shí)驗(yàn)中我們也學(xué)到了很多在課堂中很難學(xué)到的東西, 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我拓寬了知識(shí)面，鍛煉了動(dòng)手能力。在本次設(shè)計(jì)中增強(qiáng)了我們對(duì)單片機(jī)理論知識(shí)的理解，學(xué)會(huì)了應(yīng)用單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)、計(jì)算，提高了分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。也為我們以后走上社會(huì)有很大的幫助。通過(guò)這兩周的課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多，在這階段我查了很多資料，查閱到很多關(guān)于單片機(jī)的知識(shí)。以前對(duì)課程設(shè)計(jì)只停留在理論的基礎(chǔ)上，通過(guò)此次課設(shè)感受理論與實(shí)際的差別，看著很簡(jiǎn)單，但在實(shí)際操作的過(guò)程中會(huì)遇到很多的問(wèn)題。以前也接觸過(guò)匯編等仿真軟件，不過(guò)沒(méi)有深刻領(lǐng)會(huì)，但經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我又一次

31、學(xué)習(xí)了這種軟件的使用，并對(duì)它有了逐步了解。這次的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)讓我受益匪淺。時(shí)間雖然不算長(zhǎng)，但過(guò)程是最重要的。首先，我需要考慮如何去設(shè)計(jì)一個(gè)合理的方案，通過(guò)我們查詢資料，請(qǐng)教老師，我學(xué)會(huì)了如何去獨(dú)立思考一個(gè)問(wèn)題。后來(lái)調(diào)試及設(shè)計(jì)的過(guò)程我加深了對(duì)所學(xué)的這部分內(nèi)容的理解，理解了各部分的具體作用，最終調(diào)試出了符合設(shè)計(jì)要求的電路。很多子程序是可以借鑒書(shū)本上的，但怎樣銜接各個(gè)子程序才是關(guān)鍵的問(wèn)題所在，這需要對(duì)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)很熟悉。在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中也看到了我自身的不足，如原理知識(shí)掌握不實(shí)，曾經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)如今卻不會(huì)應(yīng)用，希望日后學(xué)校能夠?yàn)槲覀儎?chuàng)造更多這樣自己動(dòng)手實(shí)踐的課程，提供給我們更多的鍛煉機(jī)會(huì)來(lái)培養(yǎng)實(shí)踐能力，對(duì)

32、我們今后的發(fā)展，將產(chǎn)生很大的影響。 許揚(yáng)揚(yáng) 參考文獻(xiàn)1 葉盛祥. 光電位移精密測(cè)量技術(shù)M. 成都: 四川科學(xué)技術(shù)出版社, 2003.2 謝維成，楊加國(guó)等 單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)。清華大學(xué)出版社20093 閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)。高等教育出版社20044 陸德基,范天泉.中國(guó)角度計(jì)量 50 年的進(jìn)展J.計(jì)測(cè)技術(shù),1999(6):5 6,21 5 陶衛(wèi),浦昭邦,孫運(yùn)斌.角度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展J.激光雜志,2002(2):5 76 羅長(zhǎng)洲, 陳良益, 孫巖, 等. 一種新型光學(xué)編碼器J . 光學(xué) 精密工程, 2003 , 11 (1) :104-108.7 劉長(zhǎng)順, 王顯軍,等. 八矩陣超小型

33、絕對(duì)式光電編碼器J. 光學(xué) 精密工程, 2010, 18(2): 326-333.附錄：源程序#include<reg52.h>#include <intrins.h> #include <stdio.h> #include <string.h> #include <absacc.h> #include <math.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned int unsigned long i = 0; unsigned long k = 0; sbit E=

34、P27;/1602使能引腳sbit RW=P26;/1602讀寫(xiě)引腳sbit RS=P25;/1602數(shù)據(jù)/命令選擇引腳sbit key1=P20;Sbit Q=P1.3;* 名稱 : Outside_Init()* 功能 : 外部中斷0的初始化* 輸入 : 無(wú)* 輸出 : 無(wú)void Outside_Init(void)EX0 = 1; /開(kāi)外部中斷0IT0 = 1; /負(fù)邊沿觸發(fā)EA = 1; /開(kāi)總中斷*名稱 : Outside_Int1()* 功能 : 外部中斷0 的中斷處理* 輸入 : 無(wú)* 輸出 : 無(wú)void Outside_Int1(void) interrupt 0using

35、 1if(Q=1) i=0;Else i=36000;* 名稱 : wcmd(uchar del)* 功能 : 1602命令函數(shù)* 輸入 : 輸入的命令值* 輸出 : 無(wú)void delays()_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();bit Busy(void)bit busy_flag = 0;RS = 0;RW = 1;E = 1;delays();busy_flag = (bit)(P0 & 0x80);E = 0;return busy_flag;void wcmd(uchar del)while(Busy();RS = 0;RW =

36、0;E = 0;delays();P0 = del;delays();E = 1;delays();E = 0;* 名稱 : wdata(uchar del)* 功能 : 1602寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù)* 輸入 : 需要寫(xiě)入1602的數(shù)據(jù)* 輸出 : 無(wú)void wdata(uchar del)while(Busy();RS = 1;RW = 0;E = 0;delays();P0 = del; delays();E = 1;delays();E = 0;* 名稱 : L1602_init()* 功能 : 1602初始化* 輸入 : 無(wú)* 輸出 : 無(wú)void L1602_init(void)wcmd(0x38);wcmd(0x0c);wcmd(0x06);wcmd(0x01);