【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 第三章本系統(tǒng)各部分功能程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總程序框圖設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)軟件主要為主程序、數(shù)據(jù)處理顯示程序、按鍵程序設(shè)計(jì)、定時(shí)器中斷服務(wù)程序四個(gè)部分。 主程序主要完成初始化功能，包括 LCD顯示的初始化，中斷的初始 化，定時(shí)器的初始化，寄存器、標(biāo)志位的初始化等。主程序流程圖如圖 所示。 開始 LCD顯示緩存初始化 時(shí)鐘寄存器初始化 定時(shí)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(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì) 與 實(shí)現(xiàn) 15 圖 主程序流程圖 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中考慮到電機(jī)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(jìn)行更多的抗干擾設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)軟件的大范圍檢錯(cuò)、糾錯(cuò)或丟棄錯(cuò)誤等。在程序的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)嚴(yán)重不符合要求的測(cè)量數(shù)據(jù)（如大于 80 轉(zhuǎn) /秒 對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)）進(jìn)行了丟棄處理，而對(duì)于正常范 圍內(nèi)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤 采用了采 0 取 2 求平均的算法。 實(shí)驗(yàn)表明，此方法降低了系統(tǒng)采集轉(zhuǎn)速中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。對(duì)于轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法，是通過速度脈沖信號(hào)下降沿觸發(fā)單片機(jī)的外中斷，中斷服務(wù)子程序在某一個(gè)脈沖的下降沿開啟定時(shí)器記時(shí)，然后在下一個(gè)下降沿關(guān)閉定時(shí)器，通過對(duì)定時(shí)器數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理可以得到信號(hào)周期進(jìn)而得到速度值。其程序框圖如圖 ?？梢钥闯觯朔椒ㄏ碌牟蓸又芷谑请S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(jī)在高速情況下，實(shí)現(xiàn)高速度高 精度的控制。 按鍵控制程序設(shè)計(jì) 鍵盤程序設(shè)計(jì)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(jī)要調(diào)整 電機(jī)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(duì)設(shè)定值整體 保持不變 ；在有 按鍵 選擇的情況下僅對(duì)相應(yīng)位進(jìn)行減 加 1，并且當(dāng)按著不釋放按鍵時(shí) 電機(jī)還是保持原有的速度 ，同時(shí)允 永久保持。所以通過按鍵改變 PWM 值，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)定控制。程序框 圖如圖 。 廣 東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì) 與 實(shí)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(jìn)入中斷 檢測(cè)中斷標(biāo)志 開定時(shí)器記時(shí) 設(shè)中斷標(biāo)志為“ 1” 系統(tǒng)時(shí)間初始化 中斷返回 關(guān)閉定時(shí)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(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速過低時(shí)，如果進(jìn)行采 0取 1處理將會(huì)使控制速度太低，同時(shí)低速狀態(tài)的錯(cuò)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(jì)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(shí)間初始化 廣 東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì) 與 實(shí)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 廣 東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì) 與 實(shí)現(xiàn) 18 圖 ：鍵盤電路程序框 圖 LCD 顯示程序設(shè)計(jì) LCD 的詳細(xì)使用過程可參閱對(duì)應(yīng)型號(hào)的使用手冊(cè)。僅在本小節(jié)強(qiáng)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(duì)其進(jìn)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?yàn)橹圃鞆S商所給的使用資料里就附有驅(qū)動(dòng)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(huì)發(fā)生一些不可預(yù)料的錯(cuò)誤。因此，熟讀 LCD 驅(qū)動(dòng)芯片使用手冊(cè)也是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 LCD初始化子程序 開始 LCD初始化 延時(shí) 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(shí) 設(shè)定使用 基本指令集 清屏，地址 指針歸位 設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)方向及 指定顯示的移位 返回 廣 東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì) 與 實(shí)現(xiàn) 19 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(fù)位設(shè)置、清除顯示、地址歸位、顯示開關(guān)、游標(biāo)設(shè)置、讀寫地址設(shè)置、反白選擇以及睡眠模式等等。實(shí)際中根據(jù)需要，正確、靈活地修改這些設(shè)置可以達(dá)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(diǎn)陣數(shù)據(jù)程序）產(chǎn)生的數(shù)據(jù)按照 LCD 手冊(cè)的要求完成響應(yīng)設(shè)置后寫入即可。由于本設(shè)計(jì)中 沒有使用到圖形顯示，所以沒有詳述。對(duì)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(hào)的單片機(jī)程序?qū)崿F(xiàn) 51 系列單片機(jī)提供了非常豐富的資源，它除了擁有 4 個(gè)通用并口和 1 個(gè)串口外，還有外部中斷和內(nèi)部定時(shí)器等。而且，不同的型號(hào)還集成有不同的功能，比如 STC89C52的 ROM 都比較大 ，這樣存儲(chǔ)空間可以滿足一般的編程需要，而不必去構(gòu)建程序存儲(chǔ)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(jī)的 PWM 軟件實(shí)現(xiàn)的重要硬件支撐是該單片 機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器。在 STC89C522內(nèi)實(shí)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(hào)的變化范圍，這里假設(shè)是 (0～ 5V)，則可以求出 t時(shí)刻通過控制信號(hào) V(t)的對(duì)應(yīng)脈沖的正、負(fù)脈沖持續(xù)時(shí)間。這兩個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度在單片機(jī)里是通過給定時(shí)器賦相應(yīng)的初值而得，即定時(shí)器獲得這樣的定時(shí)初值后就在機(jī)器周期的同步下，從這個(gè)初值加 2 計(jì)數(shù)，定時(shí)器滿時(shí)則產(chǎn)生相應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度的溢出中斷，再利用這個(gè)中斷所響應(yīng)的服務(wù)程序去控制單片機(jī)某一引腳相應(yīng)的正、負(fù)電平極性的持續(xù)時(shí)間。如果上述過程連續(xù)進(jìn)行，就可在這個(gè)引腳獲得寬度隨控制信號(hào) V(t)大小變化的PWM 方波信號(hào)。 其程序框圖見圖 定時(shí)器 0中 斷 將 PWM輸出端置高電平“ 1” 裝入 50ms初值 設(shè)定時(shí)器 1中斷優(yōu)先級(jí)最高 中斷返回 定時(shí)器 1中斷 設(shè)定時(shí)器 0中斷優(yōu)先級(jí)最高 將 PWM輸出端清零 裝入 PWM信號(hào)初值 INIT 中斷返回 廣 東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì) 與 實(shí)現(xiàn) 20 圖 :產(chǎn)生 PWM控制信號(hào)程序框圖 第四章本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試 制作 PCB 過程與步驟 制作本設(shè)計(jì)的 PCB 電路版，考慮到市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)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(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。而且制作的效果非常好。 第一步：你得準(zhǔn)備好單層的銅板和三氯化鐵 FeCl3(這兩個(gè)市場(chǎng)上有買 )，你還得有一噴墨（碳）打印機(jī)，以及一 臺(tái) PCB 版制作轉(zhuǎn)印機(jī)。 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(jī)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(jī)，進(jìn)行壓縮加熱，大概 5 分鐘左右，這時(shí)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(jìn)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(jī)鉆出層間電路的導(dǎo)通孔道及焊接零件的固定孔。鉆孔時(shí)用插梢透過先前鉆出的靶孔將電路板固定于鉆孔機(jī)床臺(tái)上，同時(shí)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。 廣 東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì) 與 實(shí)現(xiàn) 21 焊接硬件電路 因?yàn)?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(jiǎn)單 。 但是焊接的過程中需要注意一些問題：當(dāng)我們把焊錫融化道烙鐵頭上時(shí)，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(dāng)烙鐵放道焊點(diǎn)上之前，松香焊劑將不斷揮發(fā)，而當(dāng)烙鐵放到焊點(diǎn)上時(shí)由于焊件溫度低，加熱還需一段時(shí)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(rùn)濕過程中由于缺少焊劑而潤(rùn)濕不良。同時(shí)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(hù)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(shí)候我們要特別注意下細(xì)節(jié)，不然的話容易出錯(cuò)。 硬件部分測(cè)試 硬件調(diào)試時(shí)先分步調(diào)試硬件中各個(gè)功能模塊，調(diào)試成功后再進(jìn)行統(tǒng)調(diào)。安裝固定電機(jī)和霍爾傳感器時(shí)，粘貼磁鋼需注意，霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感，粘貼之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒有信號(hào)輸出，可以換一個(gè)方向再試。 霍爾傳感器的測(cè)試信號(hào)調(diào)試：霍爾傳感器探頭要對(duì)準(zhǔn)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(chǎng)變化。在磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)霍爾傳感器輸出低電平，指示燈亮；磁場(chǎng)減弱時(shí)輸出高電平，指示燈熄滅。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電壓指示燈高頻閃爍，所以視覺上指示燈不會(huì)有多大的閃爍感。當(dāng)給霍爾元件SS49E 型霍爾傳感器施加 25V 電壓時(shí)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(hào)。 鍵盤控制調(diào)試：鍵盤是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的必要設(shè)備，用戶可用鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)或命令。本系統(tǒng)采用獨(dú)立鍵盤接口，獨(dú)立式按鍵是指直接用 I/O 口線構(gòu)成單個(gè)的按鍵電路。每一個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占用一根 I/O 口線。其接口電路如圖 所示。獨(dú)立式按鍵接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但每個(gè)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(shí)沒有有上拉電阻保證此時(shí)輸入為低電平。 廣 東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì) 與 實(shí)現(xiàn) 22 圖 LCD1602 顯示調(diào)試：請(qǐng)先確保 option/debugger 選擇的是 FET Debugger！ 然后檢查 LCD 接口電路，有時(shí)候接觸不良也會(huì)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(dǎo)致不亮的。 檢查下程序里 watchdog 的設(shè)置，要及時(shí)清除 watchdog 的！ 最后顯示出結(jié)果如 LCD1602正常顯示 L298N 驅(qū)動(dòng)電路調(diào)試：在焊接硬件電路時(shí)需細(xì)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(cuò)或引腳插錯(cuò)都可能導(dǎo)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(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的 10KHz的正弦信號(hào)送給 L298N 驅(qū)動(dòng)電路，調(diào)試直到 OUT1和 OUT2 可以輸出矩形脈沖信號(hào)為止， 該驅(qū)動(dòng)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(jì)的問題所在可以及時(shí)進(jìn)行更改。達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。 廣 東白云學(xué)院 基于霍爾