【正文】 . 皖 西 學(xué) 院課程設(shè)計報告書系 別：機電系專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 生姓 名：許揚揚學(xué) 號：2010010737楊凱2010010739課程設(shè)計題目：基于單片機的角度測量儀的設(shè)計起 迄 日 期:6月 17日 ~ 6月28日課程設(shè)計地點:指 導(dǎo) 教 師:張曉東下達任務(wù)書日期: 2013年 6月 16 日基于單片機的角度測量儀摘要:本文所設(shè)計的角度測量儀是利用AT89S51單片機，該單片機是一款低功耗，cmos8位單片機，片內(nèi)含4kbytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器的單片機，角度測量儀將被測物體與光電編碼器同軸轉(zhuǎn)動，將光柵的光信號傳輸給光電編碼器內(nèi)部的光敏電阻，經(jīng)過處理后產(chǎn)生脈沖，通過編寫程序?qū)雴纹瑱C，當(dāng)來一個脈沖下降沿沿時，定時器中斷，則脈沖數(shù)加一，進而將脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過轉(zhuǎn)換成角度量，最后通過液晶顯示屏直接顯示所測出的角度。本文同時分析了角度測量儀的硬件組成，設(shè)計原理，給出了設(shè)計程序。關(guān)鍵字：角度 光電編碼器 脈沖 單片機 顯示屏目錄 1 緒論 1 基于單片機的角度測量儀的系統(tǒng)簡介 2 22系統(tǒng)的基本構(gòu)成 3 3 3 AT89S51單片機的原理 6 83硬件部分的設(shè)計 10 .脈沖數(shù)與角度的關(guān)系 10 10 114軟件部分的設(shè)計 12 12 13 中斷 13 14總結(jié) 16參考文獻 17.1 緒論 角度測量是計算科學(xué)的重要組成部分隨著發(fā)產(chǎn)和科學(xué)的不斷發(fā)展，角度測量越來越廣泛應(yīng)用于機械，光學(xué)，航空航天，航海等各個領(lǐng)域，技術(shù)水平和準確度也在不斷提高。國內(nèi)外許多科學(xué)研究所已經(jīng)先后研制出多種測角儀器，來滿足當(dāng)前工業(yè)，商業(yè)，軍事等各方面的需求。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，測角技術(shù)的精度不斷提高，測量領(lǐng)域也不斷擴大，隨著數(shù)字化的發(fā)展，使測角技術(shù)實現(xiàn)自動化，測角的方法也越來越多。 角度是一個重要的幾何量計量參數(shù)，它不僅應(yīng)用于軍事領(lǐng)域還運用于商業(yè)領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域，而我國的角度測量技術(shù)也經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，隨著21實際科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的角度計量工具框式水平儀和機械式測量方法將被數(shù)字角度測量儀所取代，數(shù)字角度測量儀具有性能穩(wěn)定，工作可靠，測量精確度高，使用簡單，因此一個電子檢測，數(shù)字顯示的現(xiàn)代化角度測量時代即將開始。 近年來工業(yè)上常用的測角方法有機械式測角技術(shù)、激光測角技術(shù)和光學(xué)測角技術(shù)。機械式技術(shù)由于研究較早，技術(shù)已經(jīng)非常成熟。其優(yōu)點是簡單、成本低，但是其設(shè)備體積龐大，測量延時大、精度低，多數(shù)情況下不能實時動態(tài)測量，而且不能實施非接觸式測量，所以不合適高精度的角度測量。光學(xué)測角技術(shù)是隨著新型光電材料和器件的出現(xiàn)而發(fā)展起來的，光電編碼器方法測角具有體積小，重量輕，品種多，分辨力高，承載能力強，性能穩(wěn)定，可靠使用壽命長等諸多優(yōu)點。 基于單片機的角度測量儀的系統(tǒng)簡介 光電編碼器是集光，機，電于一體的轉(zhuǎn)速位移傳感器，當(dāng)編碼器轉(zhuǎn)軸帶動光柵圓盤旋轉(zhuǎn)時，發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤的狹縫切割成斷斷續(xù)續(xù)的光線，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號，該信號經(jīng)后繼電路處理后輸出脈沖信號，該脈沖信號傳輸給AT89S51單片機，利用AT89S51單片機內(nèi)部的計數(shù)器實現(xiàn)對光電編碼器輸出脈沖的加減可逆計數(shù)，而輸出的脈沖數(shù)與角度值成正比，通計算脈沖數(shù)進而算出角度值。角度測量儀利用單片機算出脈沖數(shù)，用液晶顯示屏讀取光電編碼器測出的角度值。 角度測量儀是某控制系統(tǒng)中瞄準裝置的關(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指定目標(biāo)，然后作出相應(yīng)的控制，這樣就帶來一系列問題，如操作人員的經(jīng)驗、瞄準的精確的都肯能帶來一些較大的誤差。而機械式測角利用分度盤，而分度盤用不能無限增加，從而受到限制，利用角度測量儀能夠可以很方便的顯示前后的角度差距，對工人的專業(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量方法是必要的。 電子技術(shù)在工程測量中已經(jīng)很普遍，相對于傳統(tǒng)的測量方法，光電編碼器在顯示、精度、成本上占很大的優(yōu)勢。而且隨著傳感器技術(shù)和測量方法的發(fā)展，對于一些物理量的測量變得更方便。在數(shù)據(jù)管理上，也可以將數(shù)據(jù)測量出，通過通信的方式傳送到上位機，有助于產(chǎn)品和加工過程中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。電子技術(shù)的應(yīng)用能夠和企業(yè)的自動化系統(tǒng)配合，作為整個企業(yè)自動化生產(chǎn)的一個子系統(tǒng)。本項目設(shè)計就是從電子應(yīng)用出發(fā)，希望借助于將電子測量技術(shù)，將該方法應(yīng)用到工程實際生產(chǎn)中，提供一種低成本、效率高、精度高的角度測量方法。2系統(tǒng)的基本構(gòu)成 該系統(tǒng)主要由光電編碼器，AT89S51單片機，D觸發(fā)器，1602液晶顯示屏等組成，系統(tǒng)基本框圖如21所示 圖21系統(tǒng)的基本框圖 光電式碼盤亦稱脈沖式角度—數(shù)字編碼器， 光電編碼器的光柵盤和內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖221所示。 在一個圓盤上按碼道開有相等角距的縫隙， 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)于接觸式碼盤的導(dǎo)電區(qū)和不導(dǎo)電區(qū)。光電式碼盤的優(yōu)點是無觸點磨損， 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221 光柵盤和光電編碼器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(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和光電檢測裝置組成。而光柵碼盤圖案主要由零位標(biāo)記碼道和循環(huán)碼道組成，零位標(biāo)記碼道稱作參考點碼道，用來檢測被物體角度的基準點。有時需要用光掃描將近360度來尋找絕對基準點。循環(huán)碼道由一系列相互交錯的透明和不透明的光柵線條組成。零位標(biāo)記碼道由