【導(dǎo)讀】學(xué)生姓名Xxx學(xué)號170302041. 院(系)電子與電氣工程。題目基于光電傳感器的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計

　　

【正文】 時 ， 定時 / 計數(shù)器將發(fā)生溢出。當產(chǎn)生定時 / 計數(shù)器將溢出 ， 程序 進入定時器中斷服務(wù)程序 ， 中斷服務(wù)程序?qū)σ绯龃螖?shù)進行計數(shù)。待測信號的周期由 3個字節(jié)組成 :定時 / 計數(shù)器溢出次數(shù)、定時 / 計數(shù)器的高 8 位和低 8 位。信號的頻率 f 與信號的周期 T 之間的關(guān)系為 : f = 1/ T 完成信號的周期測量后 ， 需要做一次倒數(shù)運算才能獲得信號的頻率。為提高運算精度 ，這里采用浮點數(shù)算術(shù)運算。浮點數(shù)用 3個字節(jié)組成 ， 第一字節(jié)最高位為數(shù)符 ， 其余 7 位為階碼 。第二字節(jié)為尾數(shù)的高字節(jié) 。第三字節(jié)為尾數(shù)的低字節(jié)。待測信號周期的 3個字節(jié)定點數(shù)首先通過截取高 16 位、設(shè)置數(shù)符和計算階碼轉(zhuǎn)換為上述格式的浮點 數(shù)。然后浮點數(shù)算術(shù)運算對其進行處理 ， 獲得用浮點數(shù)格式表達的信號頻率值。浮點數(shù)到 BCD 碼轉(zhuǎn)換模塊把用浮點數(shù)格式表達的信號頻率值變換成測轉(zhuǎn)速的顯示格式 ， 送到顯示模塊顯示待測信號的頻率值。 浮點數(shù)學(xué)運算程序 STC89C51 系列單片機屬于微控制器 ， 由于其 CPU字長和指令功能的限制 ， 它適用于控制領(lǐng)域 ， 在信號處理方面不很擅長。在頻率計中需要完成周期到頻率的換算 ， 為保證測量結(jié)果的準確 ， 這里應(yīng)用了浮點數(shù)數(shù)學(xué)運算。從周期到頻率的換算過程包括 : 3字節(jié)定點數(shù)到浮點數(shù)的轉(zhuǎn)換、浮點數(shù)數(shù)學(xué)運算和浮點數(shù)到 十進制 碼的轉(zhuǎn)換。 5 制作調(diào)試 在硬件調(diào)試與制作方面，可從下面系列著手考慮。 信號盤可用一般鋼板制成，這個信號盤就是發(fā)動機實驗時所用的轉(zhuǎn)盤，盤上共有 11個齒，每個大孔直徑為 6mm，盤中心還有一個中心孔。中心孔主要用于在固定發(fā)動機上。將信號盤與電機安裝在一起，使其隨電機轉(zhuǎn)動；傳感器固定在支架上，垂直于轉(zhuǎn)速盤，當轉(zhuǎn)速盤旋轉(zhuǎn)時，光電傳感器就輸出矩形脈沖信號，每 11個脈沖對應(yīng)發(fā)動機 1個工作循環(huán)，其中的 2個寬脈沖信號配合上止點信號可精確確定上止點的位置。 此檢測裝置完全按照發(fā)動機上傳感器的實際安裝位置進行安裝。如圖 ，將信號盤固xxx 畢業(yè)設(shè)計 16 定在電動機轉(zhuǎn)軸上，光電轉(zhuǎn)速傳感器正對著信號盤。光電轉(zhuǎn)速傳感器接有 4根導(dǎo)線，其中黑線、黃線為電源輸入線，紅線為信號輸出線，白線為共地線。測量頭由光電轉(zhuǎn)速傳感器組成，而且測量頭兩端的距離與信號盤的距離相等。測量用器件封裝后，固定裝在貼近信號盤的位置，當信號盤轉(zhuǎn)動時，光電元件即可輸出正負交替的周期性脈沖信號。信號盤旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的脈沖數(shù)，等于其上的孔數(shù)。因此，脈沖信號的頻率大小就反映了信號盤轉(zhuǎn)速的高低。此 轉(zhuǎn)速測量 裝置 可以實現(xiàn) 數(shù)字顯示，成為數(shù)字式轉(zhuǎn)速表。 圖 轉(zhuǎn)速測速示意圖 LM324整形電路調(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差錯可能導(dǎo)致電路短路或?qū)崿F(xiàn)不了電路本身的功能，甚至燒壞元器件。單片機部分最容易出現(xiàn)的問題為元器件引腳的虛焊。 被測物理量經(jīng)過傳感器變換后，往往成為電阻、電流、電壓、電感等某種電參數(shù)的變化值。為了進行信號的分析、處理、顯示和記錄，須對信號作放大、運算、分析等處理，這就引入了中間變化電路。查閱有關(guān)資料結(jié)合選用的光電傳感器相關(guān)參數(shù)，我們設(shè)計了如圖 。當調(diào)制盤上的圓形孔旋轉(zhuǎn)至與光電開關(guān)的透光位置重合時，觸發(fā)器輸出高電 平；當通光孔被遮住時，觸發(fā)器輸出低電平。輸出的信號 經(jīng) LM324電路整形調(diào)試，可以將信號源完好的整形成矩形脈沖信號。 在 把矩形脈沖信號輸入 單片機 之前，先把矩形脈沖信號接入示波器 進行 調(diào)試。 除了要考慮到硬件方面，對軟件調(diào)試也不能忽視。 程序應(yīng)該模塊化，便于 修改 。使用 RAM 或 IO，必須先定義再使用，避免直接引用。將來需要調(diào)整時，只要修改定義部分就好了。寫程序要有足夠的注釋、說明文檔、流程圖、原理圖。每次修改程序，應(yīng)該同步更新相關(guān)的注釋、說明文檔、流程圖、原理圖。免得下次再改時對不上號。 xxx 畢業(yè)設(shè)計 17 實驗板與 PC 機連接時 一定要先連接串行通信電纜，然后再將其電源線插入 USB 借口；拆除時先斷開其電源，再斷開串行通信電纜。否則極易損壞 PC機的串口。 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 MedWin 軟件，編程時容易出現(xiàn)鍵盤輸入和無意的語法錯誤 ， 還有一些模塊達不到預(yù)期的功能，都要經(jīng)過調(diào)試才能排除。 MedWin 軟件具有很強大的編程調(diào)試功能，能夠模仿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)試功能可以看到單片機內(nèi)存單元對應(yīng)的運行值，外圍部件中可以顯示單片機端口，中斷、定 時器 定時器 定時器 3 還有串口對應(yīng)的運行值?？梢詥尾秸{(diào)試也可以模塊調(diào)試，最好的是可以對你所懷疑的語句模塊設(shè)置斷點。所以 MedWin 具有強大的編譯調(diào)試功能。此系統(tǒng)將個功能模塊：主程序、數(shù)據(jù)處理程序、按鍵程序設(shè)計、中斷服務(wù)子程序、 LED 顯示程序分開分別進行調(diào)試，最后整體調(diào)試。編譯無誤后生成目標代碼 BIN 文件。 采用 STC 單片機下載軟件 STCISP 將其下載到實驗板的單片機中。 在最后一步點擊軟件 STCISP 界面中的 [下載 ]按鈕之前，一定要保持實驗板的串行通信線及電源線與 PC機連接良好，并 且實驗板的電源開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，然后點擊 [下載 ]按鈕，再打開實驗板電源開關(guān)，此時軟件將自動完成程序下載。 下載完畢，實驗板上的單片機立即開始運行。 6 結(jié)果分析 設(shè)計已基本完成題目中的各項要求，但是還是有一定的誤差， 其中電機轉(zhuǎn)速的測量與實際轉(zhuǎn)速相差 15 轉(zhuǎn) /分左右， 經(jīng)分析主要是由以下原因造成的：中斷處理的進入和中斷處理程序都會有一定時間的延時， 從而造成時間閘門的誤差，這 是造成測量誤差的一個 主要因素。 另外，由于電機的轉(zhuǎn)盤是采用塑料盤片磨制而成，高速旋轉(zhuǎn)時容易打飄不穩(wěn)，導(dǎo)致獲得的脈沖信號頻率與實際轉(zhuǎn)速有一定的誤差 。 xxx 畢業(yè)設(shè)計 18 結(jié) 論 所選的畢業(yè)設(shè)計的題目是利用單片機 STC 89C51為核心，結(jié)合光電傳感器、 LM324設(shè)計電動機 轉(zhuǎn)速測量裝置。單片機 采用定時器定時中斷的方法實現(xiàn) 對 信號脈沖的測量并 計 算出發(fā)動機的轉(zhuǎn)速 ， 具有較強的使用價值 ，結(jié)合實際再進一步完善設(shè)計可以應(yīng)用于實際操作。 xxx 畢業(yè)設(shè)計 19 參考文獻 [1]余永權(quán)，汪明慧，黃英 .單片機在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [M].電子工業(yè)出版社， 2020 [2]王福瑞 .單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全 [M].北京航空航天大 學(xué)出版社， 1999 [3]張勇 .電機拖動與控制 [M].機械工業(yè)出版社， 2020 [4]趙繼文，何玉彬 .傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計 [M].科學(xué)出版社， 2020 [5]胡漢才 ， 單片機原理及其接口技術(shù) (第 2版 ) [M].清華大學(xué)出版社， 2020 [6]紀宗南 .單片機外圍器件實用手冊 [J].北京航空航天大學(xué)出版社， 1998 [7]賴麒文 .8051單片機 C語言開發(fā)環(huán)境實務(wù)與設(shè)計 [M].科學(xué)出版社， 2020 xxx 畢業(yè)設(shè)計 20 致 謝 : 感謝 xxx老師 對我的畢業(yè)設(shè)計的悉心指導(dǎo)和熱忱幫助， 在設(shè)計過程中 xxx對設(shè)計方案和思路 給予指點。在連接硬件電路和調(diào)試時， xxx同學(xué)給了我很多幫助，排除了不少電路故障。 xxx同學(xué)同時還在設(shè)計思路方面給了一些建議。