【正文】 .......................................................................................... 37 故障分析與解決方案 ........................................................................................... 37 結(jié)論與經(jīng)驗(yàn) ........................................................................................................... 38 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................... 40 致 謝 ............................................................................................................................. 41 附 錄 ............................................................................................................................. 42 青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 第 1 頁 前 言 智能化轉(zhuǎn)速測量可以對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，電機(jī)在運(yùn)行的過程中，需要對其平穩(wěn)性進(jìn)行監(jiān)測，適時對轉(zhuǎn)速的測量有效地可以反映電機(jī)的狀況。 本文重點(diǎn)是測量速度并顯示在 5位 LED 數(shù)碼管上。本系統(tǒng)就是對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，并可以和 PC 機(jī)進(jìn)行通信，顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并觀察電機(jī)運(yùn)行的基本狀況。數(shù)字式通常采用光電編碼器、霍爾元件等為檢測元件，得到的信號是脈沖信號。模擬式采用測速發(fā)電機(jī)為檢測元件，得到的信號是模擬量。電機(jī)在運(yùn)行過程中，需要對其進(jìn)行監(jiān)控，轉(zhuǎn)速是一個 必不可少的一個參數(shù)。 充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。s widespread application, specially high performance price pared to monolithic integrated circuit39。 單片機(jī)的英文名稱是 Micro Controller unit,縮寫為 MCU，又稱為微控制器，它是一種面向控制的大規(guī)模集成電路芯片。計(jì)數(shù)測速法又可分為機(jī)械式定時計(jì)數(shù)法和電子式定時計(jì)數(shù)法。而采 用光電傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度高、采樣速度快、測量范圍寬和測量精度與被測轉(zhuǎn)速無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)測量得到普遍應(yīng)用，特別是單片機(jī)對脈沖數(shù)字信號的強(qiáng)大處理能力，使得全數(shù)字量系統(tǒng)越來越普及，其轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)也可以用全數(shù)字化處理。同時從實(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。為了能精確地測量轉(zhuǎn)速外 ,還要保證測量的實(shí)時性 ,要求能測得瞬時轉(zhuǎn)速方法。進(jìn)一步鍛煉我們在信號采集、處理、顯示等方面的實(shí)際工作能力。并且，幾乎不需做很大改變就能直接作為單獨(dú)的產(chǎn)品使用。根據(jù)轉(zhuǎn)速測量的工作方式可分為兩大類：接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表與非接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展 ,轉(zhuǎn)速測量儀表已步入現(xiàn)代化、電子化的行列。 轉(zhuǎn)速測量的應(yīng)用系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科技教 育、民用電器等各領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，往往成為某一產(chǎn)品或控制系統(tǒng)的核心部分，其各種參數(shù)在不同的應(yīng)用中有其側(cè)重，但轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)作為普遍的應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，有重要的意義。同時分析接口電路，顯示轉(zhuǎn)速。記 錄各時段的轉(zhuǎn)速，畫出 VT 坐標(biāo)圖。轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)具有大范圍、高精度 等優(yōu)點(diǎn)、測量速度快，這種系統(tǒng)將會有良好的應(yīng)用。 根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能以及要求，要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量主要是各個模塊的設(shè) 計(jì)，定時器記數(shù)功能、以及 LED 驅(qū)動、電平轉(zhuǎn)換及 PC機(jī)之間的通信。 圖 轉(zhuǎn)速測量框圖 1．轉(zhuǎn)速信號拾取 轉(zhuǎn)速信號拾取是整個系統(tǒng)的前端通道，目的是將外界的非電參量，通過一定方式轉(zhuǎn)換成電量，這一環(huán)節(jié)可以通過敏感元件、傳感器或測量儀 表等來實(shí)現(xiàn)。 （ 1）通過傳感器拾取信號 由專業(yè)人員將敏感元件和相應(yīng)的測量電路、傳遞機(jī)構(gòu)以適當(dāng)?shù)男问街瞥刹煌愋?、不同用處的傳感器，根?jù)原理輸出電量。②直接由脈沖來反應(yīng)轉(zhuǎn)軸的角度，用每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖經(jīng)單片機(jī)處理得出轉(zhuǎn)速。方法是在每轉(zhuǎn)中增加脈沖的個數(shù) (碼盤的線程數(shù) )來提高精度。具體工作情況在后討論。其有兩種驅(qū)動方式，共陰驅(qū)動和共陽驅(qū)動，共陰驅(qū)動是各段發(fā)光二極管的陰極連在一起，并將公共端接地，在共陽結(jié)構(gòu)中，將各段發(fā)光二極管陽極連在一起，并將公共端接上 +5V 電源，顯示字符對應(yīng)字型代碼發(fā)光。 89C51單片機(jī)通過 INT0輸入傳感器的脈沖信號， P0口 P2口接 LED動態(tài)顯示。 圖 單片機(jī)部分硬件框圖 軟件設(shè)計(jì)思路 軟件需要解決的是 定時器 0的記數(shù)和外部中斷 0 的 設(shè)定 、由于測量的轉(zhuǎn)速范圍大，所以低速和高速都要考慮在內(nèi)，關(guān)鍵在于一個四字節(jié)除三字節(jié)程序的實(shí)現(xiàn)。中斷完畢讀取內(nèi)部記數(shù)值作為除數(shù)，調(diào)用除法程序計(jì)算轉(zhuǎn)速，再對二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行一系列變換后調(diào)用 查表顯示程序，顯示在 LED 上。為了和 PC通信，系統(tǒng)要求單片機(jī)晶振 。 設(shè)計(jì)單片機(jī)模塊，考慮到 單片機(jī)本身 的外圍電路較多，所以在單片機(jī)模塊方面需要極為小心。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍 可編程可擦除只讀存貯器 （ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 32可編程 I/O線 低功耗的閑置和掉電模式 在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時， P0輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 第 13 頁 當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口 輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。另外，該引腳被略微拉高。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 第 14 頁 號將不出現(xiàn)。 ：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。石 英 振蕩和陶 瓷振蕩均可采用。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 CMOS型單片機(jī)內(nèi)部（如 AT89C51）有一個可控的負(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 CMOS型單片機(jī)時鐘電路框圖。電容 C1和 C2的作用有兩個：其一是使振蕩器起振 ，其二是對振蕩器的頻率 f起微調(diào)作用（ C C2大， f變?。涞湫椭禐?30pF。 RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位， CPU從初始狀態(tài)開始工作。 RST端在加電時應(yīng)保持的高電平時間包括 VCC的上升時間和振蕩器起振的時間， Vss上升時間若為 10ms，振蕩器起振的時間和頻率有 關(guān)。 圖 上電復(fù)位電路 顯示電路 顯示電路采用 LED數(shù)碼管動態(tài)顯示， LED（ LightEmitting Diode）是一種外加電壓從而渡過電流并發(fā)出可見光的器件。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器 ,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。 圖 七段發(fā)光顯示器的結(jié)構(gòu) 青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 第 17 頁 圖 七段發(fā)光顯示器管腳的結(jié)構(gòu) ? 驅(qū)動方式： 采用的數(shù)碼管驅(qū)動為 7407，它的全名為 7407 TTL 集電極開路六正相高壓驅(qū)動器，其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，圖 7407的圖以及各個引腳的分布功能介紹。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。 AT89C51 的 P0 口作為段數(shù)據(jù)口，接上拉電阻 到顯示器的各個段； P2 口作為掃描口，經(jīng)同相驅(qū)動器 7407接顯示器公共極。此外，該器件還具有多種控制指令，諸如消隱，閃爍，左移，右移和段尋址等，顯示控制方式靈活，其段尋址能力 可用于獨(dú)立的 LED 顯示或信息指示燈控制。 VDD1VDD2NC3VSS4NC5CS6CLK7DATA8KEY9 SG10SF11SE12SD13SC14SB15SA16DP17DIG018DIG119DIG220DIG321DIG422DIG523DIG624DIG725CLKO26RC27RSET28U4HD7279A 圖 HD7279 引腳配置 表 42 HD7279 引腳功能介紹 引腳 名稱 功能描述 1,2 VDD 正電源 3,5 NC 無連接，必須懸空 4 VSS 接地 6 CS 片選輸入端，此引腳為低電平，可向器件發(fā)送指令及讀取鍵盤數(shù)據(jù) 7 CLK 同步時鐘輸入端，向器件發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效 8 DATA 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端，當(dāng)器件接收指令時，此引 腳為輸入端；當(dāng)讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此引腳在‘讀’ 指令最后一個時鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆? 青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 第 20 頁 9 KEY 按鍵有效輸出端，平時為高電平，當(dāng)檢測到有效 按鍵時，此引腳為低電平 10~16 SG~SA 段 g~ 段 a 驅(qū)動輸出 17 DP 小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動輸出 18~25 DIG0DIG7 數(shù)字 0~ 數(shù)字 7 驅(qū)動輸出 26 CLKO RC 振蕩器連接端 27 RC 復(fù)位端 28 RESET 復(fù)位端 2． HD7279A 的工作原理 HD7279A 最顯著的優(yōu)點(diǎn)是與單片機(jī)的接口簡單，最多只需 5 條連接線，分別是復(fù)位端 RESET，片選輸入端 CS，同步時鐘輸入端 CLK，數(shù)據(jù)輸入輸出端 DATA和按鍵有效輸出端 KEY。我們采用了獨(dú)立式鍵盤電路，按鍵均采用了上拉電阻，這是為了保證在按鍵斷開時，個 I/O 口有確定的高電平，同時，還備用兩個按鍵方便擴(kuò)展，其具體電路如下所示： S1 S2S3+5V 圖 鍵盤電路 青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 第 22 頁 霍爾傳感器簡介 霍爾器件概述 霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，已發(fā)展成一個品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族，并已得到廣泛應(yīng)用。 霍爾期間具有許多優(yōu)點(diǎn)，他們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá) 1MHZ），耐震動，不怕灰塵、水汽及煙霧等污染或腐蝕。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。它取消了傳感器和測量電路之間的界限，實(shí)現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。按照輸出信號的形式，可以分為開關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。若不垂直，則應(yīng)求出其垂直分量來計(jì)算被測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度值。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開關(guān)器件的 可靠工作，在應(yīng)用中要考慮有效工作氣隙的長度。 AH41霍爾開關(guān) AH41 霍爾開關(guān)電路最適于響應(yīng)變化斜率陡峭的磁場并在磁通密度較弱的場合使用，適用于單極或多對磁環(huán)工作，它由反向電壓保護(hù)器、電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、信號放大器、史密特觸發(fā) 器和集電極開路的輸出級組成。本次所采用的是 HIN232CP，我們要對其外圍電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，下面我們將詳細(xì)的敘述。 RS232C 最大傳輸距離為 15m，最高傳輸速率約 20kbps，信號的邏輯 0 電平為 +3V～ +15V。 HIN232CPE能將 RS232C電平轉(zhuǎn)換成 TTL電平，也能將 TTL電平轉(zhuǎn)換成 RS232C電平，只需單 +5V 供電，由內(nèi)部升高電路產(chǎn)生 10V～ +12V。以及軟件設(shè)計(jì)的過程。 下面我們將介紹除數(shù)是如何獲得的： 單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量完成，定時器 T0 作為內(nèi)部定時器，外部中斷來的時候讀取TH0， TL0，并同時清零 TH0、 TL0，使定時器再次循環(huán)計(jì)內(nèi)部脈沖。 單片機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序 由于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能是將霍爾傳感器的信號送到單片機(jī)的外部中斷口，再對周期方波進(jìn)行內(nèi)部計(jì)數(shù)，調(diào)用計(jì)算程序把轉(zhuǎn)速測出來。 青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 第 31 頁 圖 雙字節(jié)整數(shù)二翻十程序流程圖 單片機(jī)顯示部分可以用來顯示計(jì)算出來的數(shù)據(jù)的。顯示程序流程圖如圖 所示。 上電前的調(diào)試 在上電前，我們必須確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟