【文章內(nèi)容簡介】 圖 主程序流程圖 開始 LCD顯示緩存初始化 時鐘寄存器初始化 定時器中斷初始化 LCD顯示初始化 調(diào)用數(shù)據(jù)處理成程序 調(diào)用顯示子程序 調(diào)用按鍵處理程序 廣 東白云學院 基于霍爾傳感器的電機測速裝置的設(shè)計 與 實現(xiàn) 15 電機轉(zhuǎn)速測量程序設(shè)計 設(shè)計中考慮到電機的工作環(huán)境一般比較惡劣，因此除了硬件外，從程序上除了要更高的精確度也需要進行更多的抗干擾設(shè)計，從而實現(xiàn)軟件的大范圍檢錯、糾錯或丟棄錯誤等。在程序的設(shè)計過程中，對嚴重不符合要求的測量數(shù)據(jù)（如大于 80 轉(zhuǎn) /秒 對應(yīng)的數(shù)據(jù)）進行了丟棄處理，而對于正常范 圍內(nèi)的數(shù)據(jù)錯誤 采用了采 0 取 2 求平均的算法。 實驗表明，此方法降低了系統(tǒng)采集轉(zhuǎn)速中出現(xiàn)的錯誤。對于轉(zhuǎn)速的測量方法，是通過速度脈沖信號下降沿觸發(fā)單片機的外中斷，中斷服務(wù)子程序在某一個脈沖的下降沿開啟定時器記時，然后在下一個下降沿關(guān)閉定時器，通過對定時器數(shù)據(jù)進行運算處理可以得到信號周期進而得到速度值。其程序框圖如圖 ?？梢钥闯?，此方法下的采樣周期是隨轉(zhuǎn)速變化的，轉(zhuǎn)速越高采樣越快。通過這種非均勻的速度采樣方式可以使電機在高速情況下，實現(xiàn)高速度高 精度的控制。 按鍵控制程序設(shè)計 鍵盤程序設(shè)計的任務(wù)是賦予各按鍵相應(yīng)的功能， 完成速度設(shè)定值的輸入和向PWM 控制器的發(fā)送。 2 只按鍵一只用來位循環(huán)選擇，告訴單片機要調(diào)整 電機的轉(zhuǎn)速快慢 。 二 只按鍵分別是減 加 1減。在沒有位選擇的情況下對設(shè)定值整體 保持不變 ；在有 按鍵 選擇的情況下僅對相應(yīng)位進行減 加 1，并且當按著不釋放按鍵時 電機還是保持原有的速度 ，同時允 永久保持。所以通過按鍵改變 PWM 值，從而實現(xiàn)設(shè)定控制。程序框 圖如圖 。 廣 東白云學院 基于霍爾傳感器的電機測速裝置的設(shè)計 與 實現(xiàn) 16 圖 0服務(wù)子程序框圖 否 為“ 0” 為 “ 1” 否 否 是 是 否 是 進入中斷 檢測中斷標志 開定時器記時 設(shè)中斷標志為“ 1” 系統(tǒng)時間初始化 中斷返回 關(guān)閉定時器及總中斷 判斷數(shù)據(jù)是否正常 保存數(shù)據(jù) 是否“采 0”處理？ 說明：當電機轉(zhuǎn)速過低時，如果進行采 0取 1處理將會使控制速度太低，同時低速狀態(tài)的錯誤發(fā)生幾率較小，所以不采用采 0取 1求平均處理。 完 成 1組數(shù)據(jù)采集？ “取 2“求平均處理 計算速度值 速度值是否正常？ 發(fā)送速度值到 pwm 控制器 系統(tǒng)時間初始化 定時器初值初始化 中斷返回 廣 東白云學院 基于霍爾傳感器的電機測速裝置的設(shè)計 與 實現(xiàn) 17 鍵盤服務(wù)子程序 位選鍵按下否？ 加 1鍵按下否？ 減 1鍵按下否？ 位選循環(huán)右移 調(diào)用加 1子程序 調(diào)用減 1子程序 否 否 否 否 發(fā)送鍵按下否？ 是 是 是 鍵值處理、保存、顯示 向 pwm控制器發(fā)送 返回 圖 ：鍵盤電路程序框 圖 廣 東白云學院 基于霍爾傳感器的電機測速裝置的設(shè)計 與 實現(xiàn) 18 LCD 顯示程序設(shè)計 LCD 的詳細使用過程可參閱對應(yīng)型號的使用手冊。僅在本小節(jié)強調(diào)以下內(nèi)容： LCD 使用的關(guān)鍵是根據(jù)顯示需要正確地對其進行初始化設(shè)置，而一般情況下不用考慮如何向它讀寫指令或數(shù)據(jù)，因為制造廠商所給的使用資料里就附有驅(qū)動程序，如果沒有也可以從網(wǎng)上搜索下載得到。然而我們必須清楚那些初始化設(shè)置之間的關(guān)系，以及它是如何利用設(shè)置讀取、顯示數(shù)據(jù)字符的，不然就會發(fā)生一些不可預(yù)料的錯誤。因此，熟讀 LCD 驅(qū)動芯片使用手冊也是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 LCD初始化子程序 LCD顯示程序流程圖框 圖 LCD顯示初程序流程圖框和 LCD初始化子程序 通常 LCD 的初始化包括復位設(shè)置、清除顯示、地址歸位、顯示開關(guān)、游標設(shè)置、讀寫地址設(shè)置、反白選擇以及睡眠模式等等。實際中根據(jù)需要，正確、靈活開始 LCD初始化 延時 設(shè)置第一 行顯示位置 顯示第 一行內(nèi)容 設(shè)置第二 行顯示位置 顯示第 二行內(nèi)容 系統(tǒng)延時 設(shè)定使用 基本指令集 清屏，地址 指針歸位 設(shè)定游標的移動方向及指定顯示的移位 返回 廣 東白云學院 基于霍爾傳感器的電機測速裝置的設(shè)計 與 實現(xiàn) 19 地修改這些設(shè)置可以達到較為滿意的顯示效果。 LCD 中所有漢字、數(shù)字和字符都可以通過它的 ASCII 碼來訪問顯示；圖象的顯示是通過將相關(guān)軟件（提取漢字、圖象點陣數(shù)據(jù)程序）產(chǎn)生的數(shù)據(jù)按照 LCD 手冊的要求完成響應(yīng)設(shè)置后寫入即可。由于本設(shè)計中 沒有使用到圖形顯示，所以沒有詳述。對于系統(tǒng)使用的漢字、字符和數(shù)據(jù)的 LCD 顯示初始化程序和寫數(shù)據(jù)程序框圖見圖 PWM 信號的單片機程序?qū)崿F(xiàn) 51 系列單片機提供了非常豐富的資源，它除了擁有 4 個通用并口和 1 個串口外，還有外部中斷和內(nèi)部定時器等。而且，不同的型號還集成有不同的功能，比如 STC89C52的 ROM 都比較大 ，這樣存儲空間可以滿足一般的編程需要，而不必去構(gòu)建程序存儲器，既提高了工作效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又降低了生產(chǎn)成本。 基于 STC89C52單片機的 PWM 軟件實現(xiàn)的重要硬件支撐是該單片 機內(nèi)部的定時器。在 STC89C522內(nèi)實現(xiàn) PWM 的基本過程：首先選定脈沖的頻率 T，然后根據(jù)控制信號的變化范圍，這里假設(shè)是 (0～ 5V)，則可以求出 t時刻通過控制信號 V(t)的對應(yīng)脈沖的正、負脈沖持續(xù)時間。這兩個時間長度在單片機里是通過給定時器賦相應(yīng)的初值而得，即定時器獲得這樣的定時初值后就在機器周期的同步下，從這個初值加 2 計數(shù)，定時器滿時則產(chǎn)生相應(yīng)時間長度的溢出中斷，再利用這個中斷所響應(yīng)的服務(wù)程序去控制單片機某一引腳相應(yīng)的正、負電平極性的持續(xù)時間。如果上述過程連續(xù)進行，就可在這個引腳獲得寬度隨控制信號 V(t)大小變化的PWM 方波信號。 其程序框圖見圖 圖 :產(chǎn)生 PWM控制信號程序框圖 定時器 0中斷 將 PWM輸出端置高電平“ 1” 裝入 50ms初值 設(shè)定時器 1中斷優(yōu)先級最高 中斷返回 定時器 1中斷 設(shè)定時器 0中斷優(yōu)先級最高 將 PWM輸出端清零 裝入 PWM信號初值 INIT 中斷返回 廣 東白云學院 基于霍爾傳感器的電機測速裝置的設(shè)計 與 實現(xiàn) 20 第四章本系統(tǒng)的實現(xiàn)與調(diào)試 制作 PCB 過程與步驟 制作本設(shè)計的 PCB 電路版，考慮到市場經(jīng)濟條件，再加上制作的成本，制作的工藝，所以選擇制作覆銅的單層 PCB 版，這樣簡單，經(jīng)濟實惠。而且制作的效果非常好。 第一步：你得準備好單層的銅板和三氯化鐵 FeCl3(這兩個市場上有買 )，你還得有一噴墨（碳）打印機，以及一 臺 PCB 版制作轉(zhuǎn)印機。 第 二 步 ： 在 EDA 工 具 中 把 EDAPCB/PCBjishu/ target=_blank class=infotextkeyPCB 圖畫好（例如 PROTEL DXP）然后用噴墨打印機打印在油性 的紙上。 第三步：把打印好的圖紙貼在銅板上，然后用 PCB版制作轉(zhuǎn)印機，進行壓縮加熱，大概 5 分鐘左右，這時碳就附在了銅板上了。 第四步：然后把銅板拿到三氯化鐵 FeCl3 溶液里面腐蝕， 三氯化鐵 FeCl3的溶液最好是熱的，最好的用開水熔化三氯化鐵 FeCl3，然后把銅板放進三氯化鐵 FeCl3 溶液里面腐蝕 。大概 20 分鐘后，將銅板拿起來，用水沖干凈，晾干。 第五步 ：將電路板以ＣＮＣ鉆孔機鉆出層間電路的導通孔道及焊接零件的固定孔。鉆孔時用插梢透過先前鉆出的靶孔將電路板固定于鉆孔機床臺上，同時加上平整的下墊板（酚醛樹酯板或木漿板）與上蓋板（鋁板）以減少鉆孔毛頭的發(fā)生。 根據(jù)以上步驟我們單層 PCB的制作就可以完成了如附圖 2。 焊接硬件電路 因為 PCB 版已經(jīng)制作好了，所以只需要將電子器件按照電路圖 PCB 版 的電子器件 （詳見電子器件附錄） 排布焊接，就可以了，所以過程也十分簡單 。 但是焊接的過程中需要注意一些問題：當我們把焊錫融化道烙鐵頭上時，焊錫絲重的焊劑伏在焊料 表面，由于烙鐵頭溫度一般都再 250℃ － 350℃ 以上，當廣 東白云學院 基于霍爾傳感器的電機測速裝置的設(shè)計 與 實現(xiàn) 21 烙鐵放道焊點上之前，松香焊劑將不斷揮發(fā)，而當烙鐵放到焊點上時由于焊件溫度低，加熱還需一段時間，在此期間焊劑很可能揮發(fā)大半甚至完全揮發(fā)，因而在潤濕過程中由于缺少焊劑而潤濕不良。同時由于焊料和焊件溫度差很多，結(jié)合層不容易形成，很難避免虛焊。更由于焊劑的保護作用喪生后焊料容易氧化，質(zhì)量得不到保證就在所難免了。 所以焊接的時候我們要特別注意下細節(jié)，不然的話容易出錯。 硬件部分測試 硬件調(diào)試時先分步調(diào)試硬件中各個功能模塊，調(diào)試成功后再進行統(tǒng)調(diào)。安裝固定電機和 霍爾傳感器時，粘貼磁鋼需注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘貼之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。 霍爾傳感器的測試信號調(diào)試：霍爾傳感器探頭要對準轉(zhuǎn)盤上的磁鋼位置，安裝距離要在 2CM 以內(nèi)才可靈敏的感應(yīng)磁場變化。在磁場增強時霍爾傳感器輸出低電平，指示燈亮；磁場減弱時輸出高電平，指示燈熄滅。當電機轉(zhuǎn)動時，感應(yīng)電壓指示燈高頻閃爍，所以視覺上指示燈不會有多大的閃爍感。當給霍爾元件SS49E 型霍爾傳感器施加 25V 電壓時其輸出端可以輸出 5V 的感應(yīng)電壓。輸出幅值為 5V 的矩形脈沖信號。 鍵盤 控制調(diào)試：鍵盤是實現(xiàn)人機對話的必要設(shè)備，用戶可用鍵盤向計算機輸入數(shù)據(jù)或命令。本系統(tǒng)采用獨立鍵盤接口，獨立式按鍵是指直接用 I/O 口線構(gòu)成單個的按鍵電路。每一個獨立式按鍵單獨占用一根 I/O 口線。其接口電路如圖 所示。獨立式按鍵接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。但每個按鍵要占用一根 I/O 口線，適用于按鍵數(shù)量少的鍵盤。 電路中，按鍵輸入低電平有效。按鍵未按時沒有有上拉電阻保證此時輸入為低電平。 廣 東白云學院 基于霍爾傳感器的電機測速裝置的設(shè)計 與 實現(xiàn) 22 圖 LCD1602 顯示調(diào)試：請先確保 option/debugger 選擇的是 FET Debugger！ 然后檢查 LCD 接口電路，有時候接觸不良也會不亮的。我遇到一些 LCD 不亮的板子，大部分都是焊接不良才導致不亮的。 檢查下程序里 watchdog 的設(shè)置，要及時清除 watchdog 的！ 最后顯示出結(jié)果如 LCD1602正常顯示 L298N 驅(qū)動電路調(diào)試：在焊接硬件電路時需細心排除元器件和焊接等方面可能出現(xiàn)的故障，元器件的安裝位置出錯或引腳插錯都可能導致電路短路或?qū)崿F(xiàn)不了電路應(yīng)有的功能，甚至燒壞元器件。為方便調(diào)試，用信號發(fā)生器產(chǎn)生的 10KHz的正弦信號送給 L298N 驅(qū)動電路，調(diào)試直到 OUT1和 OUT2 可以輸出矩形脈沖信號為止，該驅(qū)動電路調(diào)試即可完成。 通過以上的電路功能調(diào)試，就可以確定電路設(shè)計的問題所 在可以及時進行更改。達到最佳的設(shè)計效果。 軟件部分調(diào)試 在進行軟件編程調(diào)試時需要用到單片機的集成開發(fā)環(huán)境 Keil uVision3 軟件，編程時極易出現(xiàn)誤輸入或其他的一些語法錯誤，最重要的還有一些模塊無語法錯誤卻達不到預(yù)期的功能，都要經(jīng)過調(diào)試才能排除。 Keil uVision3 軟件具有很強大的編程調(diào)試功能，能夠模擬仿真實際單片機的端口和內(nèi)部功能部件的狀態(tài)值。該軟件中有硬件調(diào)試和軟件調(diào)試功能，可以觀察單片機內(nèi)存單元對應(yīng)的運行廣 東白云學院 基于霍爾傳感器的電機測速裝置的設(shè)計 與 實現(xiàn) 23 值，可以顯示單片機端口、中斷、定時器 定時器 2還有串口對應(yīng)的運行值?？梢詥?