【導(dǎo)讀】指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作。了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。

　　

【正文】 中轉(zhuǎn)盤的圓孔的 實際個數(shù)受到技術(shù)的限制。 為了達(dá)到預(yù)定的效果設(shè)計在轉(zhuǎn)盤過孔的設(shè)計上采用 4 個過孔，從而留 下了 4 個同等的間距。這樣在以后的軟件設(shè)計中能夠較為方便的計算出脈沖頻率。 圖 11 采集電路示意圖 整形電路中我們使用低成本精密 CMOS 運算放大器 ua741 構(gòu)成單限比較器，對第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 第 16 頁（共 44 頁） 采集電路的信號進(jìn)行整形得到標(biāo)準(zhǔn)的脈沖波信號。整形電路 圖如圖 12 所示 : 圖 12 比較器整形電路 圖 13 溫度傳感器接口 溫度測量設(shè)計電路 DS18B20 溫度傳感器只有三根外引線：單線數(shù)據(jù)傳輸總線端口 DQ ，外供電源線VDD，共用地線 GND。 DS18B20 有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時 VDD接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的完成溫度轉(zhuǎn)換的時間較長。這種情況下，用單片機(jī)的一個 I/O 口來完成對 DS18B20 總線的上拉。另一種是外部供電方式 (VDD 接 +5V)，相應(yīng)的完成溫度測 量的時間較短。 在本設(shè)計中采用外部供電方式實現(xiàn) DS18B20 傳感器與單片機(jī)的連接，其接口電路如圖 13所示。 顯示電路的設(shè)計 顯示電路中我們采用液晶 LCD1602。 如圖 14 所示 圖 14 顯示電路設(shè)計 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 第 17 頁（共 44 頁） 鍵盤接口設(shè)計 由于按鍵只用 5 個，分別為實現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)加速、電機(jī)減速、電機(jī)反轉(zhuǎn)、電機(jī)停止。因此我們采用共地的獨立式按鍵如圖 15 所示。當(dāng)有按鍵按下時 ,與按鍵相連的 I\O 口會被拉低。這樣通過單片機(jī)就可以通過單片機(jī)來掃描按鍵了。 圖 15 按鍵圖 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 第 18 頁（共 44 頁） 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 硬件電路完成以后，進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計。首先要分析系統(tǒng)對軟件的要求，然后進(jìn)行軟件的總體的設(shè)計，包括程序的總體設(shè)計和對程序的模塊化設(shè)計。按整體功能分為多個不同的模塊，單獨設(shè)計、編程、調(diào)試，然后將各個模塊裝配聯(lián)調(diào)，組成完整的軟件。根據(jù)設(shè)計的要求，單片機(jī)的任務(wù)是：內(nèi)部進(jìn)行計數(shù)，在計算出速度后顯示。在進(jìn)行 C 程序編譯與調(diào)試時我們使用 keil uvision4 軟件來進(jìn)行仿真。 程序總體設(shè)計 主流程圖如圖 16 所示： 有 沒有 有鍵按下？ 沒有 有 處理子程序 鍵處理子程序 系統(tǒng)初始化 顯示初始化 調(diào)用按鍵子程序 外部信號？ 開始 定時中斷 1 設(shè)定定時初值 中斷返回 設(shè)定定時初值 中斷返回 定時器 0 接收測量值子程序 中斷返回 外部中斷 1 計算周期和轉(zhuǎn)速 圖 16 主流程圖 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 第 19 頁（共 44 頁） 鍵盤掃描的初始化 有鍵盤接口電路可知，當(dāng)有按鍵按下時，相應(yīng)的 IO 口就會被拉低，通過對與按鍵相連的 IO 口進(jìn)行掃描可以檢測是否有按鍵按下。當(dāng)有按鍵按下時則將鍵值返回到服務(wù)函數(shù)進(jìn)行處理。 數(shù)據(jù)與算法 在對電機(jī)控制的整過過程中我們使用 PID 算法，可以大大提高控制精度。 比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例放大系數(shù)的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分控制的作用是，只要系統(tǒng)有誤差存在，積分控制器就不斷地 積累，輸出控制量，以消除誤差。因而，只要有足夠的時間，積分控制將能完全消除誤差，使系統(tǒng)誤差為零，從而消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。應(yīng)用 PID 控制，必須適當(dāng)?shù)卣{(diào)整比例放大系數(shù) KP，積分時間 TI 和微分時間TD，使整個控制系統(tǒng)得到良好的性能。 這里我們通過計算機(jī) PID 控制算法程序?qū)崿F(xiàn) PID 控制器的功能。 本系統(tǒng)采用增量式 PID 算法，程序清單如下： void PID_Set() //增量式 PID { e=Set_IGet_I。(誤差 =設(shè)定值 實測值 ) //e(k) Le=LastGet_ISet_I。（上次誤差 =上次實測值 設(shè)定值） //e(k1) Pe=PreGet_ISet_I。（上上次誤差） //e(k2) Perror=eLe。 //比例 Ierror=e。 //積分 Derror=e2*Le+Pe。 //微分 if((abs)(e)=10)Du=0。 //允許一定誤差 else Du=Kp*Perror+Ki*Ierror+Kd*Derror。//增量 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 第 20 頁（共 44 頁） u=Lu+Du。 //下次輸入 if(u1000)u=1000。 //限定范圍 if(u0)u=0。 Lu=u。 LastGet_I=Get_I。 //本次測量值賦給上次測量值 PreGet_I=LastGet_I。 //上次測量值賦給前次測量值 } 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 第 21 頁（共 44 頁） 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)樣機(jī)組裝好以后 ，便可進(jìn)入系統(tǒng)的在線（聯(lián)仿真器）調(diào)試，其主要任務(wù)是排除樣機(jī)硬件故障，并完善其硬件結(jié)構(gòu)，試運行所設(shè)計的程序，排除程序錯誤，優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)達(dá)到期望的功能，進(jìn)而固化軟件，使其產(chǎn)品化。 硬件調(diào)試 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試是交叉進(jìn)行的，但通常是先排除樣機(jī)中明顯的硬件故障，尤其是電源故障，才能安全地和仿真器相連，進(jìn)行綜合調(diào)試。 硬件電路故障及解決方法 1．錯線、開路、短路：由于設(shè)計錯誤和加工過程中的工藝性錯誤所造成的錯線、開路、短路等故障。 解決方法：在畫原理圖時仔細(xì)檢查、校正即可解決。 2．元器件損壞：由于對元器件使用要求的不熟悉及制作調(diào)試過程中操作不當(dāng)致使器件損壞。 解決方法：在設(shè)計過程中要明確各元器件的工作條件，嚴(yán)格按照制作要求進(jìn)行操作，損壞的元器件要及時更換，以免損壞其他元件或影響電路功能的實現(xiàn)。 3．電源故障：設(shè)計中存在電源故障，即上電后將造成元器件損壞、無法正常供電，電路不能正常工作。電源的故障包括：電壓值不符和設(shè)計要求，電源引出線和插座不對應(yīng)，各檔電源之間的短路，變壓器功率不足，內(nèi)阻大，負(fù)載能力差等。 解決方法：電源必須單獨調(diào)試好以后才能加到系統(tǒng)的各個部件中。本設(shè)計中就出現(xiàn)電源故 障經(jīng)過一個穩(wěn)壓電路才使其正常工作。 硬件調(diào)試方法 本設(shè)計調(diào)試過程中所用的調(diào)試方法有：靜態(tài)測試、聯(lián)仿真器在線調(diào)試等。 1．靜態(tài)測試 在樣機(jī)加電之前，首先用萬用表等工具，根據(jù)硬件電器原理圖和裝配圖仔細(xì)檢查樣機(jī)線路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求。應(yīng)特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯誤，并重點檢查擴(kuò)展系統(tǒng)總線（地址總線、第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 第 22 頁（共 44 頁） 數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互間的短路或與其它信號線的短路。第二步是加電后檢查各個插件上引腳的電位，仔細(xì)測量各點電位是否正常，尤其應(yīng)注意單片機(jī)插座上的各 點電位，若有高壓，聯(lián)機(jī) 時將會損壞仿真器。第三步是在不加電情況下，除單片機(jī)以外，插上所有的元器件，最后用仿真適配器將樣機(jī)的單片機(jī)插座和仿真器的仿真接口相連，為聯(lián)機(jī)調(diào)試做準(zhǔn)備。 2．聯(lián)仿真器在線調(diào)試 測試 RAM 存儲器：用仿真器寫命令將一批數(shù)據(jù)寫入樣機(jī)中擴(kuò)展的 RAM，然后用讀命令讀出其內(nèi)容，若對任意單元讀出和寫入內(nèi)容一致，則擴(kuò)展 RAM 和單片機(jī)的連接沒有邏輯錯誤。若讀出寫入內(nèi)存不一致，則可能是地址數(shù)據(jù)線短路，試寫入不同的數(shù)據(jù)觀察讀出結(jié)果，或縮小對 RAM 的讀寫范圍，檢查對 RAM 中其它區(qū)域的影響，這樣可初步對地址 數(shù)據(jù)線短路錯誤定位，再用萬用表、示波器等進(jìn)一步確診。 軟件調(diào)試 軟件電路故障及解決方法 設(shè)計軟件部分出現(xiàn)這種錯誤的現(xiàn)象： 1．當(dāng)以斷點或連續(xù)方式運行時，目標(biāo)系統(tǒng)沒有按規(guī)定的功能進(jìn)行操作或什么結(jié)果也沒有，這是由于程序轉(zhuǎn)移到意外之處或在某處死循環(huán)所造成的。 解決方法：這類錯誤的原因是程序中轉(zhuǎn)移地址計算錯誤、堆棧溢出、工作寄存器沖突等。在采用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)時，錯誤可能在操作系統(tǒng)中，沒有完成正確的任務(wù)調(diào)度操作，也可能在高優(yōu)先級任務(wù)程序中，該任務(wù)不釋放處理器，使 CPU 在該任務(wù)中死循環(huán)。通過對錯誤程 序的修改使其實現(xiàn)預(yù)期的功能。 2．不響應(yīng)中斷 CPU 不響應(yīng)中斷或不響應(yīng)某一個中斷這種錯誤的現(xiàn)象是連續(xù)運行時不執(zhí)行中斷任務(wù)程序的規(guī)定操作，當(dāng)斷點設(shè)在中斷入口或中斷服務(wù)程序中時碰不到斷點。 錯誤的原因有：中斷控制寄存器（ IE， IP）的初值設(shè)置不正確，使 CPU 沒有開放中斷或不許某個中斷源請求；或者對片內(nèi)的定時器、串行口等特殊功能寄存器和擴(kuò)展的 I/O 口編程有錯誤，造成中斷沒有被激活；或者某一中斷服務(wù)程序不是以 RETI 指令作為返回主程序的指令， CPU 雖已返回到主程序但內(nèi)部中斷狀態(tài)寄存器沒有被清除，從而不響應(yīng)中斷；或由 于外部中斷源的硬件故障使外部中斷請求無效。 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 第 23 頁（共 44 頁） 解決方法：修改中斷控制寄存器（ IE， IP）的初值設(shè)置。 3．結(jié)果不正確 目標(biāo)系統(tǒng)基本上已能正常操作，但控制有誤動作或者輸出的結(jié)果不正確。這類錯誤大多是由于計算程序中的錯誤引起的。錯誤原因沒有查明，沒有解決。 軟件調(diào)試方法 軟件調(diào)試所使用的方法有：計算程序的調(diào)試方法、 I/O 處理程序的調(diào)試法、綜合調(diào)試法等。 1． 計算程序的調(diào)試方法 計算程序的錯誤是一種靜態(tài)的固定的錯誤，因此主要用單拍或斷點運行方式來調(diào)試。根據(jù)計算程序的功能，事先準(zhǔn)備好一組測試數(shù)據(jù)。調(diào)試時，用 防真器的寫命令，將數(shù)據(jù)寫入計算程序的參數(shù)緩沖單元，然后從計算程序開始運行到結(jié)束，運行的結(jié)果和正確數(shù)據(jù)比較，如果對有的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，都沒有發(fā)生錯誤，則該計算程序調(diào)試成功；如果發(fā)現(xiàn)結(jié)果不正確，改用單步運行方式，即可檢查出錯誤所在。計算程序的修改視錯誤性質(zhì)而定。若是算法錯誤，那是根本性錯誤，應(yīng)重新設(shè)計該程序；若是局部的指令有錯，修改即可。如果用于測試的數(shù)據(jù)沒有全部覆蓋實際計算的原始數(shù)據(jù)的類型，調(diào)試沒有發(fā)現(xiàn)錯誤可能在系統(tǒng)運行過程中暴露出來。 2． I/O 處理程序的調(diào)試 對于 A/D 轉(zhuǎn)換一類的 I/O 處理程序是實時處理 程序，因此一般用全速斷點運行方式或連續(xù)運行方式進(jìn)行調(diào)試 。 3．綜合調(diào)試 在完成了 各個模塊程序（或各個任務(wù)程序）的調(diào)試工作以后，便可進(jìn)行系統(tǒng)的綜合調(diào)試。綜合調(diào)試一般采用全速斷點運行方式，這個階段的主要工作社排除系統(tǒng)中遺留的錯誤以提高系統(tǒng)的動態(tài)性能和精度。在綜合調(diào)試的最后階段，應(yīng)在目標(biāo)系統(tǒng)的晶振頻率工作，使系統(tǒng)全速運行目標(biāo)程序，實現(xiàn)了預(yù)定功能技術(shù)指標(biāo)后，便可將軟件固化，然后在運行固化的目標(biāo)程序，成功后目標(biāo)系統(tǒng)便可脫機(jī)運行。一般情況下，這樣一個應(yīng)用系統(tǒng)就算研制成功了 。 第 6 章 總結(jié)與展望 第 24 頁（共 44 頁） 第 6 章 總結(jié)與展望 總結(jié) 近三個 月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，這意味著我們的大學(xué)生活也要結(jié)束了，但我們的學(xué)習(xí)沒有結(jié)束，在本次設(shè)計中，我們所學(xué)過的理論知識接受了實踐的檢驗，增強我的綜合運用所學(xué)知識的能力及動手能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)。本文以 AT89C51 系列單片機(jī)為核心，用 AT89C51 單片機(jī)作為控制器件，溫度信號通過熱敏電阻和放大器轉(zhuǎn)換成電信號，再由 DA18B20 轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，測溫電路采用橋式電路，溫度設(shè)定采用按鍵移位式設(shè)定方法，溫度控制采用光耦和可控硅控制加熱器。軟件算法采用設(shè)定值和測量值相比較的算法。在單片機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)上， 實現(xiàn)了一種用帶有 E178。PROM 的 AT89C51 單片機(jī)控制傳感器的自動化溫度監(jiān)控系統(tǒng)。 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(jī)轉(zhuǎn)速的測量與實際轉(zhuǎn)速相差 2 轉(zhuǎn) /秒左右，經(jīng)分析主要是由以下原因造成的：中斷處理的進(jìn)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(jī)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，最后電機(jī)在低速旋轉(zhuǎn)時出現(xiàn)抖動，測得的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。 通過三個月的設(shè)計，我也有很 深的感觸：當(dāng)今社會在飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的速度更是