【正文】 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于AT89S52單片機(jī)的光電開關(guān)測速系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文摘 要 IABSTRACT II第1章 緒論 1 課題背景 1 國內(nèi)外發(fā)展情況 1 系統(tǒng)研究的內(nèi)容及其組成 2第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 4 AT89S52單片機(jī)介紹 4 主要性能 4 引腳功能 5 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu) 7 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制 7 9 光電傳感器 9 9 光電開關(guān)的分類 10 光電開關(guān)的特點(diǎn) 10 LED顯示接口技術(shù) 11 LED顯示器的結(jié)構(gòu) 11 12第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 測速信號采集及其處理 14 轉(zhuǎn)速測量原理 14 檢測裝置安裝 15 信號處理電路 15 單片機(jī)處理電路設(shè)計(jì) 16 時(shí)鐘電路 17 復(fù)位電路 17 定時(shí)與計(jì)數(shù)設(shè)計(jì) 18 顯示部分 19第4章 軟件設(shè)計(jì) 21 語言的選用 21 程序設(shè)計(jì)流程圖 21 原程序代碼 24第5章 系統(tǒng)仿真與電路實(shí)現(xiàn) 28 系統(tǒng)仿真 28 程序編譯 28 電路仿真 28 電路實(shí)現(xiàn) 29結(jié) 論 31參考文獻(xiàn) 32致 謝 33III 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 緒論 課題背景 電機(jī)作為一種量大面廣的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)中。而電機(jī)的生產(chǎn)王國正在由日本轉(zhuǎn)移到中國，尤其是浙江溫州和廣東珠三角地區(qū)。廣東省佛山市順德區(qū)就有大大小小的電機(jī)生產(chǎn)廠家上百家，每年生產(chǎn)上億臺電機(jī)，同時(shí)順德有許多家電生產(chǎn)廠家，家電中也要大量用到電機(jī)，不管是電機(jī)生產(chǎn)廠家，還是將電機(jī)作為它們的產(chǎn)品中的零部件的廠家，要將它們的產(chǎn)品打到國際市場上，迫切需要IS09002認(rèn)證，IS09002要求生產(chǎn)產(chǎn)品所用的零部件以及最終的產(chǎn)品都要經(jīng)過本單位的質(zhì)量檢測，也就是說，在順德，每年要檢測幾億個(gè)電機(jī)，對電機(jī)的測試儀的需求非常迫切。電機(jī)測試的參數(shù)主要有：效率、功率因數(shù)、定子輸入電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等，本課題主要研究轉(zhuǎn)速的測量。 國內(nèi)外發(fā)展情況轉(zhuǎn)速是各類電機(jī)運(yùn)行中的一個(gè)重要物理量，如何準(zhǔn)確、快速而又方便地測量電機(jī)轉(zhuǎn)速，極為重要。目前國內(nèi)外常用的轉(zhuǎn)速測量方法有離心式轉(zhuǎn)速表測速法、測速發(fā)電機(jī)測速法、閃光測速法、光電碼盤測速法和霍爾元件測速法[1]。(1)離心式轉(zhuǎn)速表測速法離心式轉(zhuǎn)速表是利用離心原理制成的測速儀表，可以直接讀出轉(zhuǎn)速。測轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速表的端頭要插入電機(jī)轉(zhuǎn)軸的中心孔內(nèi)，插入前，應(yīng)注意清除中心孔中的油污，并使轉(zhuǎn)速表的軸與電機(jī)的軸保持同心，不可上下左右偏斜，否則易將表軸扭壞，并影響準(zhǔn)確讀數(shù)，而且轉(zhuǎn)速表要間歇使用，以減少磨損和發(fā)熱。如果要改變量程，還要將轉(zhuǎn)速表取出停轉(zhuǎn)后再改變量程[2]。(2) 測速發(fā)電機(jī)測速法測速發(fā)電機(jī)測轉(zhuǎn)速時(shí)，測速發(fā)電機(jī)連接到被測電機(jī)的軸端，將被測電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號輸出E=CeFn，在輸出端接一個(gè)刻度以轉(zhuǎn)速為單位的電壓表，即可讀出轉(zhuǎn)速[3]。(3) 閃光測速法閃光測速法是利用可調(diào)脈沖頻率的專用電源施加于閃光燈上，將閃光燈的燈光照到電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分(可在電機(jī)端軸上粘貼一張標(biāo)記紙片)，當(dāng)調(diào)整脈沖頻率使黑色扇形片靜止不動(dòng)時(shí)，此時(shí)脈沖的頻率是與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速是同步的[4]。若脈沖頻率為f，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n=60f(r／min) [5]。(4) 光電碼盤測速法光電碼盤測速法是通過測出轉(zhuǎn)速信號的頻率或周期來測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種無接觸測速法。光電碼盤安裝在轉(zhuǎn)子端軸上，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，光電碼盤也跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，如果有一個(gè)固定光源照射在碼盤上，則可利用光敏元件來接收到的光的次數(shù)就是碼盤的編碼數(shù)[6]。若編碼數(shù)為60，測量時(shí)間為t，測量到的脈沖數(shù)為N，則n=N/t。(5) 霍爾元件測速法霍爾元件測速法是利用霍爾開關(guān)元件測轉(zhuǎn)速的?；魻栭_關(guān)元件內(nèi)含穩(wěn)壓電路、霍爾電勢發(fā)生器、放大器、施密特觸發(fā)器和輸出電路。輸出電平與TTL電平兼容，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上裝一個(gè)圓盤，圓盤上裝若干對小磁鋼，小磁鋼越多，分辨率越高，霍爾開關(guān)固定在小磁鋼附近，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每當(dāng)一個(gè)小磁鋼轉(zhuǎn)過霍爾開關(guān)，霍爾開關(guān)便輸出一個(gè)脈沖，計(jì)算出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，即可確定旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。在這五種測速方法中，離心式轉(zhuǎn)速表測速法和測速發(fā)電機(jī)測速法所用的都是現(xiàn)成的測速儀表，容易得到。但轉(zhuǎn)速表或測速機(jī)都要與電機(jī)同軸連接，一方面增加了電機(jī)機(jī)組安裝難度，另一方面有些微電機(jī)功率很小，轉(zhuǎn)速表或測速機(jī)消耗的功率占了微電機(jī)大部分，更有甚者微電機(jī)甚至拖不動(dòng)這些儀表，所以對微特電機(jī)的測速，這二種方法不適用?；魻栐y速法和光電碼盤測速法的測速方法基本類似，都是在轉(zhuǎn)軸上裝一個(gè)很輕巧的傳感器，將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號通過磁(霍爾元件)或光(光電碼盤)轉(zhuǎn)換為電脈沖，從而通過計(jì)算電脈沖的個(gè)數(shù)來測速。閃光測速法目前實(shí)際應(yīng)用不廣泛，主要是光源的問題。本課題研究的是其中的光電碼盤測速法。 系統(tǒng)研究的內(nèi)容及其組成本文針對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，以單片機(jī)為核心對光電開關(guān)產(chǎn)生的數(shù)字信號進(jìn)行運(yùn)算，從而測得電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后用數(shù)碼管把電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示出來。即通過光電開關(guān)將電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成0，1的數(shù)字量，只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個(gè)或固定的多個(gè)脈沖，并將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)數(shù)和計(jì)算，就可獲得轉(zhuǎn)速的信息。系統(tǒng)主要由AT89S52單片機(jī)處理系統(tǒng)、電機(jī)、傳感器檢測單元、信號處理單元和顯示系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成，:轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)信號采集及其處理顯示電路單片機(jī)處理電路 系統(tǒng)組成框圖27 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 AT89S52單片機(jī)介紹　 AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案[7]。 主要性能(1)與MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容(2)8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器(3)1000次擦寫周期(4)全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz(5)三級加密程序存儲器(6)32個(gè)可編程I/O口線(7)三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(8)八個(gè)中斷源(9)全雙工UART串行通道(10)低功耗空閑和掉電模式(11)掉電后中斷可喚醒(12)看門狗定時(shí)器(13)雙數(shù)據(jù)指針(14)掉電標(biāo)識符 引腳功能 AT89S52引腳圖VCC : 電源GND : 地P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，（）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（），具體如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號 第二功能 ：T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 ：T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） ：MOSI（在系統(tǒng)編程用） ：MISO（在系統(tǒng)編程用） ：SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號。引腳號第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0(外部中斷0) INT0(外部中斷0) T0（定時(shí)器0外部輸入） T1（定時(shí)器1外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個(gè)ALE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng) AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，PSEN將不被激活。EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成。TMOD是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志[8]。定時(shí)/： 定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制AT89S52單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)特殊功能寄存器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式；TCON用于控制其啟動(dòng)和中斷申請[9]。 工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：GATE：門控位。GATE＝0時(shí)，以運(yùn)行控制位TRX(X=0，1)來啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器運(yùn)行；GATA＝1時(shí)，要用軟件使TR0或TR1為1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；C/T計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位C/T=1時(shí)，選擇計(jì)數(shù)器模式，計(jì)數(shù)器對外部輸入引腳T0（）或T1（）的外部脈沖計(jì)數(shù)；C/T=0時(shí)，選擇定時(shí)器模式。M1M0：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進(jìn)行設(shè)置。 TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請。其格式如下：位76543210字節(jié)地址：88HTF1TR1TF0TR0TCONTF1（）：T1溢出中斷請求標(biāo)志位。T1計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動(dòng)清0。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測試的標(biāo)志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。TR1（）：T1運(yùn)行控制位。TR1置1時(shí)，T1開始工作；TR1置0時(shí)，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止。TF0（）：T0溢出中斷請求標(biāo)志位，其功能與TF1類同。TR0（）：T0運(yùn)行控制位，其功能與TR1類同。CPU對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的[10]。位76543210字節(jié)地址：88HEAESET1EX1ET0EX0IE167。 EX0()，外部中斷0允許位；167。 ET0()，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷允許位； 167。 EX1()，外部中斷0允許位；167。 ET1()，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷允許位；167。 ES（)，串行口中斷允許位；167。 EA ()， CPU中斷允許（總允許）位。 光電傳感器目前，光電開關(guān)已被用作物位檢測、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、速度檢測、定長剪切、孔洞識別