電機(jī)測(cè)速課程設(shè)計(jì)---電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　測(cè)量小功率直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)和顯示器等器件及軟件程序?yàn)榛A(chǔ)，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的基于單片機(jī)的電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)。本統(tǒng)采用PWM測(cè)量電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，用STC89C

2、52單片機(jī)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制和檢速。本設(shè)計(jì)主要要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性及其設(shè)計(jì)方法有一定的掌握，且最終應(yīng)用理論知識(shí)做出一個(gè)完整的簡(jiǎn)單測(cè)速模型，從而對(duì)測(cè)速系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)及機(jī)械化等方面的知識(shí)有一定的拓展。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1.用按鍵控制電機(jī)起停；</p><p>　　2

3、.電機(jī)有兩種速度，可通過(guò)按鍵改變；</p><p>　　3.用數(shù)碼管顯示電機(jī)每分鐘或每秒轉(zhuǎn)數(shù)。</p><p>　　STC89C52單片機(jī)的介紹</p><p>　　本系統(tǒng)采用單片機(jī)STC8952作為主控制器，使用光電傳感器測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終在LED上顯示測(cè)試結(jié)果。此外，還可以根據(jù)需要調(diào)整制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，硬件組成由圖3.1所示。</p><p&g

4、t;　　單片機(jī)( single Micro Controller Unit)，又稱為微控制器,是指在一塊芯片上集成了中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制器以及串行和并行I/0 接口等部件，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。目前，新型單片機(jī)內(nèi)還有A/D(D/A)轉(zhuǎn)換器、高速輸入輸出部件、DMA 通道、浮點(diǎn)運(yùn)算等特殊功能部件。由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，特別適用于工業(yè)控制及其數(shù)據(jù)處理場(chǎng)

5、合。</p><p>　　STC89C52是擁有256字節(jié)的RAM，8K的片內(nèi)ROM，3個(gè)16位定時(shí)器，6個(gè)中斷源的微處理器,也就是俗稱的單片機(jī)。</p><p>　　89系列單片機(jī)的內(nèi)核是8031，所以其指令與Intel 8051 系列單片機(jī)完全兼容，并且具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）內(nèi)部含有Flash 存儲(chǔ)器（STC89C52 有8k）。因此在系統(tǒng)的

6、開發(fā)過(guò)程中可以十分容易進(jìn)行程序的修改，這就大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。同時(shí)，在系統(tǒng)工作過(guò)程中，能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響到信息的保存。</p><p>　?。?）插座與80C51兼容。89系列單片機(jī)的引腳和80C51是一樣的，當(dāng)用89系列單片機(jī)取代80C51時(shí)，可以直接進(jìn)行代換。</p><p>　?。?）靜態(tài)時(shí)鐘方式。89系列單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，可以節(jié)省電能，這

7、對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。</p><p>　?。?）錯(cuò)誤編程亦無(wú)廢品產(chǎn)生。因?yàn)?9系列單片機(jī)內(nèi)部采用了Flash 存儲(chǔ)器，所以，錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程，直到正確為止，故不存在廢品。</p><p>　?。?）可反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)。用89系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)，每次試驗(yàn)可以編入不同的程序，這樣可以保證用戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)。而且隨著用戶的需要和發(fā)展，還可以進(jìn)行

8、修改，使系統(tǒng)不斷能追隨用戶的最新要求。</p><p>　　STC8952引腳圖如圖3.5所示。</p><p><b>　　四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1、直流電機(jī)調(diào)速原理：</p><p>　　本設(shè)計(jì)的主要思想為利用PWM控制占空比從而達(dá)到改變電機(jī)速度。下面為PWM控制原理：</p>&l

9、t;p>　　圖1為PWM降壓斬波器的原理電路及輸出電壓波形。在圖1a中，假定晶體</p><p>　　管V1先導(dǎo)通T1，秒(忽略V1的管壓降，這期間電源電壓Ud全部加到電樞上)，然后關(guān)斷T2秒(這期間電樞端電壓為零)。如此反復(fù)，則電樞端電壓波形如圖1b中所示。電動(dòng)機(jī)電樞端電壓Ua為其平均值。</p><p>　　圖1 PWM降壓斬波器原理電路及輸出電壓波形</p>&

10、lt;p>　　原理圖 b)輸出電壓波形</p><p><b>　　(3)</b></p><p><b>　　式(3)中</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　為一個(gè)周期T中，晶體管V1導(dǎo)通時(shí)間的比率，稱為負(fù)載率或占空比。使用下面三種方

11、法中的任何一種，都可以改變的值，從而達(dá)到調(diào)壓的目的：</p><p>　　(1)定寬調(diào)頻法：T1保持一定，使T2在0～∞范圍內(nèi)變化；</p><p>　　(2)調(diào)寬調(diào)頻法：T2保持一定，使T1在0～∞范圍內(nèi)變化</p><p>　　(3)定頻調(diào)寬法：T1+T2=T保持一定，使T，在0～T范圍內(nèi)變化。</p><p>　　不管哪種方法，的變化范

12、圍均為0≤≤l，因而電樞電壓平均值Ua的調(diào)節(jié)范圍為0～Ud，均為正值，即電動(dòng)機(jī)只能在某一方向調(diào)速，稱為不可逆調(diào)速。當(dāng)需要電動(dòng)機(jī)在正、反向兩個(gè)方向調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，即可逆調(diào)速時(shí)，就要使用圖1—2a所示的橋式(或稱H型)降壓斬波電路。</p><p>　　在圖2a中，晶體管V1、V4是同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)關(guān)斷的，V2、V3也是同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)關(guān)斷的，但V1與V2、V3與V4都不允許同時(shí)導(dǎo)通，否則電源Ud直通短路。設(shè)V1、V4先同時(shí)導(dǎo)通T

13、1秒后同時(shí)關(guān)斷，間隔一定時(shí)間(為避免電源直通短路。該間隔時(shí)間稱為死區(qū)時(shí)問(wèn))之后，再使V2、V3同時(shí)導(dǎo)通T2秒后同時(shí)關(guān)斷，如此反復(fù)，則電動(dòng)機(jī)電樞端電壓波形如圖2b所示。</p><p>　　圖2 橋式PWM降壓斬波器原理電路及輸出電壓波形</p><p>　　a)原理圖 b)輸出電壓波形</p><p>　　電動(dòng)機(jī)電樞端電壓的平均值為</p>&l

14、t;p><b>　　(4)</b></p><p>　　由于0≤≤1，Ua值的范圍是 -Ud～+Ud，因而電動(dòng)機(jī)可以在正、反兩個(gè)方向調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖3給出了兩種PWM斬波電路的電樞電壓平均值的特性曲線。</p><p>　　圖3兩種斬波器的輸出電壓特性</p><p>　　2、直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速原理

15、</p><p>　　電機(jī)的葉輪置于紅外對(duì)射管之間，葉輪轉(zhuǎn)過(guò)，擋住傳感器，產(chǎn)生中斷，給單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出電機(jī)的速度。</p><p>　　四、設(shè)計(jì)方案及分析（包含設(shè)計(jì)電路圖）</p><p><b>　　總體設(shè)計(jì)思路：</b></p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用光電傳感器采集信號(hào)，送給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)計(jì)算

16、，將傳感器采集到的信號(hào)通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)，流程圖如下：</p><p>　　3、各硬件部分電路的設(shè)計(jì)：</p><p>　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)及調(diào)速電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　采用專用電機(jī)控制集成芯片ULN2003a來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)及調(diào)速，該方案簡(jiǎn)單，可靠。其電路圖如下</p><p>　　其原理是：ULN2003a芯片是16腳7路電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，這塊

17、芯片可以看做是7非門芯片，作用是保證1腳和16腳的輸出為一高一低。當(dāng)某一時(shí)刻占空比大于50%時(shí)，電機(jī)呈現(xiàn)正轉(zhuǎn)加速或者反轉(zhuǎn)減速狀態(tài)；某一時(shí)刻占空比小于50%時(shí)，電機(jī)呈現(xiàn)正轉(zhuǎn)減速或者反轉(zhuǎn)加速狀態(tài)，電機(jī)就是通過(guò)矩形波占空比的不同來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的電機(jī)呈現(xiàn)出來(lái)的轉(zhuǎn)速是平均轉(zhuǎn)速。而我們這次是要測(cè)電機(jī)的兩種轉(zhuǎn)速，不需要電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，所以我們選擇電機(jī)正轉(zhuǎn)加速和正轉(zhuǎn)減速。</p><p><b>　　4、轉(zhuǎn)速測(cè)量原理<

18、/b></p><p>　　轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法很多，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法主要有M法（測(cè)頻法）、T法（測(cè)周期法）和MPT法(頻率周期法)等,該系統(tǒng)我們采用了M法。</p><p>　　M法（測(cè)頻法）：在規(guī)定（定時(shí)）的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)光電傳感器所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)速。雖然檢測(cè)時(shí)間一定但檢測(cè)的起止時(shí)間具有隨機(jī)性，因此M法測(cè)量轉(zhuǎn)速在極端情況下會(huì)產(chǎn)生±1多個(gè)高低電平

19、。當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)速較高或電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈發(fā)出的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)較大時(shí)，才有較高的測(cè)量精度，因此M法適合于較高速測(cè)量。</p><p>　　由于轉(zhuǎn)速是以單位時(shí)間（秒）內(nèi)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)測(cè)量，在變換過(guò)程中多數(shù)是有規(guī)律的重復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)光電效應(yīng)原理，將一片5齒葉輪固定定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)盤隨測(cè)軸旋轉(zhuǎn)，葉輪也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤掃過(guò)光電器件ST151間時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光敏三極管時(shí)所產(chǎn)生三極管的導(dǎo)通與否。光電器（三極管E端）輸出脈沖信號(hào)，其頻率和轉(zhuǎn)

20、速成正比。脈沖信號(hào)的周期與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系：</p><p><b>　　R=N/（5*T）</b></p><p>　　式中：N 為電機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過(guò)圈數(shù)；5為電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)；T定時(shí)時(shí)長(zhǎng)。</p><p>　　根據(jù)上式即可計(jì)算出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速(r/s)。</p><p>　　鑒于M法即測(cè)頻法，能夠很好的測(cè)量較高轉(zhuǎn)速的電

21、機(jī)，且其原理容易被設(shè)計(jì)者和使用者理解、掌握，故本次設(shè)計(jì)采用了M法。</p><p><b>　　5、傳感檢測(cè)電路</b></p><p>　　速度檢測(cè)電路是由光電傳感器和電機(jī)、葉輪組成。</p><p>　　測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一步就是要將電機(jī)地轉(zhuǎn)速表示為單片機(jī)可以識(shí)別的脈沖信號(hào)，從而進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。光電器件作為一種轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的傳感器，具有結(jié)構(gòu)牢固

22、、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳感器，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后輸出到計(jì)數(shù)器或其他的脈沖計(jì)數(shù)裝置，進(jìn)行轉(zhuǎn)速的測(cè)量。</p><p>　　在傳感檢測(cè)電路中，將光電傳感器和電機(jī)進(jìn)行有效相連，然后把光電傳感器連接在單片機(jī)的外部中斷端口。工作時(shí)，當(dāng)葉輪隨轉(zhuǎn)軸經(jīng)過(guò)光電傳感器時(shí)，由光電轉(zhuǎn)換工作原理知，每次有一個(gè)葉輪轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，將輸出一個(gè)低電平信號(hào)；而當(dāng)葉輪離開光電傳感器后，又將輸出一個(gè)高

23、電平。這樣通過(guò)高低電平的轉(zhuǎn)換，將其送入單片機(jī)后就可以測(cè)量它的轉(zhuǎn)速。其電路如圖所示。</p><p>　　6、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖3.4所示，由主控器STC89C52、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路三部分組成。單片機(jī)STC89C52作為核心控制器控制著整個(gè)系統(tǒng)的工作，而時(shí)鐘電路負(fù)責(zé)產(chǎn)生單片機(jī)工作所必需的時(shí)鐘信號(hào)，復(fù)位電路使得單片機(jī)能夠正常、有序、穩(wěn)定地工作。&l

24、t;/p><p>　　圖3.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p><b>　　7、復(fù)位電路</b></p><p>　　單片機(jī)在RESET端加一個(gè)大于20ms正脈沖即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，上電復(fù)位和按鈕組合的復(fù)位電路如圖2。</p><p>　　在系統(tǒng)上電的瞬間，RST與電源電壓同電位，隨著電容的電壓逐漸上升，RST電位下降，于是在RS

25、T形成一個(gè)正脈沖。只要該脈沖足夠?qū)捑涂梢詫?shí)現(xiàn)復(fù)位，即ms。一般取R1，C22uF。</p><p>　　當(dāng)人按下按鈕S1時(shí)，使電容C1通過(guò)R1迅速放電，待S1彈起后，C再次充電，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。R1一般取200。</p><p><b>　　圖2 復(fù)位電路</b></p><p><b>　　8.時(shí)鐘電路</b></

26、p><p>　　當(dāng)使用單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘電路時(shí)，單片機(jī)的XATL1和XATL2用來(lái)接石英晶體和微調(diào)電容，如圖3所示，晶體一般可以選擇3M~24M，電容選擇30pF左右。我們選擇晶振為12MHz,電容33pF。</p><p><b>　　圖3 時(shí)鐘電路</b></p><p><b>　　4）軟件設(shè)計(jì)</b></p>

27、;<p><b>　　(1)主程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用STC89C52中的T0定時(shí)器和T1計(jì)數(shù)器配合使用對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖定時(shí)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器T1工作于計(jì)數(shù)狀態(tài)對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；T0工作為定時(shí)器方式每次定時(shí)1s。本設(shè)計(jì)程序編程的思想就是在給定的1s之內(nèi)，用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器T0對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。主程序的流程圖如圖4.1所示。</p><p>

28、　　圖4.5 主程序流程圖</p><p>　　(2) T0定時(shí)中斷程序設(shè)計(jì)</p><p>　　T0定時(shí)中斷程序主要是完成10ms的定時(shí)任務(wù)，并且對(duì)變量buf_min進(jìn)行加一處理，其中在對(duì)T0進(jìn)行賦初值時(shí)，選擇為10236而不是10000。主要是c語(yǔ)言在經(jīng)過(guò)反匯編后，一條c語(yǔ)句將會(huì)編譯成幾條語(yǔ)句，這樣就增加了指令執(zhí)行的時(shí)間，使定時(shí)產(chǎn)生誤差，而在經(jīng)過(guò)多次調(diào)試后，選擇10236為T0初值是

29、最接近10ms的。</p><p>　　2.傳感器脈沖信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　采用光電式傳感器ST151采集信號(hào)，其電路圖如下</p><p>　　其原理是：ST151光電式傳感器內(nèi)部是由一個(gè)發(fā)光二極管（左端）及一個(gè)光敏三極管（右端）組成，當(dāng)電機(jī)的扇葉擋住發(fā)光二極管的時(shí)候，光敏三極管接收不到信號(hào)，不導(dǎo)通，此時(shí)，輸出端出書低電平送給單片機(jī)進(jìn)行處理，再送

30、給數(shù)碼管顯示一個(gè)數(shù)，當(dāng)電機(jī)扇葉（假設(shè)電機(jī)只有一個(gè)扇葉）連續(xù)擋住發(fā)光二極管的時(shí)候，光敏三極管連續(xù)不導(dǎo)通，連續(xù)送給單片機(jī)低電平，數(shù)碼管就會(huì)顯示一段時(shí)間內(nèi)采集到的信號(hào)數(shù)量，即為電機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　3.單片機(jī)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　STC89C52單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)成的振蕩器，19腳為振蕩器。反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端，18腳為振蕩器反相放大

31、器的輸出端，在18，19引腳上外接定時(shí)元器件，內(nèi)部振蕩電路就會(huì)產(chǎn)生自激震蕩。本系統(tǒng)采用的定時(shí)元器件為石英晶體（晶振）和電容組成的并聯(lián)諧振回路，晶振頻率為12MHz,電容大小為33pF。電路圖如下</p><p>　　該部分電路負(fù)責(zé)產(chǎn)生單片機(jī)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。</p><p>　　4.單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　STC89C52的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)

32、實(shí)現(xiàn)的，復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本設(shè)計(jì)采用的是按鈕復(fù)位方式，時(shí)鐘頻率選用12MHz，電容選用100uF的電解電容，電阻選用10千歐。電路圖如下</p><p>　　該部分電路作用是使單片機(jī)能夠正常，有序，穩(wěn)定地工作。</p><p>　　4.按鍵控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　實(shí)驗(yàn)要求通過(guò)按鍵控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，其電路圖如下</p>

33、<p>　　開關(guān)按鍵是控制電機(jī)的起停，高低速按鍵是控制電機(jī)的兩種轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　5.數(shù)碼管顯示電路</b></p><p>　　點(diǎn)亮LED顯示器由兩種方式：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，這種方式的電路，每一位可單獨(dú)顯示。只要在要顯示的那位段選線上保持段選電平，該位就能保持顯

34、示相應(yīng)的顯示字符。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是：在同一瞬間可以顯示不同的字符；但缺點(diǎn)是占用的端口資源較多。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是將要顯示的多位LED顯示器采用一個(gè)8位的段選端口，然后采用動(dòng)態(tài)掃描方式一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器。本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示，采用四位共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示，電路圖如下：</p><p>　　其中用到一個(gè)排阻作為保護(hù)電阻，保護(hù)數(shù)碼管。還用到四個(gè)三極管，是為了放大信號(hào)，一是為了提高數(shù)碼管的亮度，二是為了避免信號(hào)太弱而

35、無(wú)法顯示。</p><p>　　4、數(shù)碼管及顯示電路</p><p>　　LED又稱為數(shù)碼管，它主要由8段發(fā)光二極管組成的不同組合，可以顯示a～g為數(shù)字和字符顯示段，h段為小數(shù)點(diǎn)顯示，通過(guò)a～g為7個(gè)發(fā)光段的不同組合，可以顯示0～9和A～F共16個(gè)數(shù)字和字母。LED可以分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。共陰極結(jié)構(gòu)即把8個(gè)發(fā)光二極管陰極連在一起。這種裝入數(shù)碼管中顯示字形的數(shù)據(jù)稱字形碼，又稱段選碼。

36、</p><p>　　點(diǎn)亮LED顯示器有兩種方式：一是靜態(tài)顯示：二是動(dòng)態(tài)顯示。</p><p>　　所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。如圖3.4所示</p><p>　　圖3.4　 靜態(tài)顯示電路</p><p><b>　　5、光電傳感器</b></p><

37、p>　　光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無(wú)光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很?。ǎ?#181;A），稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場(chǎng)的作用

38、下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。</p><p>　　光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。光敏三級(jí)管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個(gè)極——發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得

39、很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時(shí)集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無(wú)光照時(shí)管子流過(guò)的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三極管的穿透電流還?。划?dāng)有光照時(shí)，激發(fā)大量的電子-空穴對(duì)，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過(guò)管子的電流稱為光電流，集電極電流Ic=（1+β）Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。</p><p>　　圖 3.6 光電傳感器</p><

40、p>　　本次設(shè)計(jì)采用的光電傳感器如圖3.6所示。</p><p><b>　　軟件部分的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)定，一般有兩種方法：一種是測(cè)頻率，就是在給定時(shí)間內(nèi)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)了幾圈，這種方法適合于高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)；另一種則是測(cè)周期，就是測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，這種方法適合于測(cè)低速的電機(jī)。而我們這次使用的電機(jī)是一個(gè)高速的直流電機(jī)，所以就選用測(cè)頻法來(lái)

41、編程。</p><p>　　本系統(tǒng)采用STC89C52中的T0定時(shí)器和T1計(jì)數(shù)器配合使用對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖定時(shí)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器T1工作于計(jì)數(shù)狀態(tài)對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；T0工作為定時(shí)器方式每次定時(shí)10ms。本設(shè)計(jì)程序編程的思想就是在給定的10ms之內(nèi)，用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器T1對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。主程序的流程圖如下：</p><p>　　五.問(wèn)題分析與解決方法</p><p>　　問(wèn)

42、題1.電路板剛搭建好，接通電源的時(shí)候，數(shù)碼管不亮。</p><p>　　分析：電源有可能沒(méi)接好，或者芯片沒(méi)供電，或者是程序編寫有問(wèn)題。</p><p>　　解決方法：通過(guò)檢查編寫的程序，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。再檢查整個(gè)電路板，發(fā)現(xiàn)確實(shí)是因?yàn)閱纹瑱C(jī)沒(méi)有接電源，最后接上電源，數(shù)碼管點(diǎn)亮了，但是有點(diǎn)暗，也就是出現(xiàn)的第二個(gè)問(wèn)題。</p><p>　　問(wèn)題2.數(shù)碼管亮度很低，顯示不清

43、楚。</p><p>　　分析：電壓不夠，或者是哪個(gè)部分所加的電阻太大。</p><p>　　解決方法：通過(guò)用萬(wàn)用表檢測(cè)電源，顯示電壓源是5V左右，沒(méi)什么問(wèn)題。再檢測(cè)每個(gè)管腳的電壓高低，也沒(méi)有問(wèn)題。最后考慮到信號(hào)的強(qiáng)弱問(wèn)題，在單片機(jī)和數(shù)碼管顯示電路之間加了三極管，最后數(shù)碼管亮度明顯提高，能夠清楚的顯示數(shù)字。</p><p>　　問(wèn)題3.接通電源，接上電機(jī)，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管

44、沒(méi)反應(yīng)，不計(jì)數(shù)。</p><p>　　分析：可能是計(jì)數(shù)部分的程序問(wèn)題，還有數(shù)碼管的連接，傳感器的連接有問(wèn)題。</p><p>　　解決方法：通過(guò)檢查程序，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，再檢查顯示電路的設(shè)計(jì)，也沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，最后考慮到是不是數(shù)碼壞了，或者是接法不對(duì)，通過(guò)更換傳感器，數(shù)碼管依然沒(méi)變化，再通過(guò)網(wǎng)上查閱有關(guān)光電式傳感器的資料，發(fā)現(xiàn)傳感器接法不對(duì)，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)我們用的是光電式傳感器，當(dāng)電機(jī)扇葉每遮住傳

45、感器中的光敏二極管一次，就采集一個(gè)低電平作為脈沖信號(hào)送給單片機(jī)處理，而我們所連接的電路是每當(dāng)電機(jī)扇葉不遮住光敏二極管，就采集一個(gè)高電平。所以最后通過(guò)改變傳感器的接法，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的采集，數(shù)碼管才有了反應(yīng)，整個(gè)電路的所有問(wèn)題到此也就解決了。</p><p><b>　　六.設(shè)計(jì)結(jié)果</b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)總電路圖</b><

46、/p><p>　　開關(guān)按鍵控制電機(jī)的起停，高低速開關(guān)是控制電機(jī)的兩種轉(zhuǎn)速，從而測(cè)得這兩種速度時(shí)的轉(zhuǎn)速，并通過(guò)數(shù)碼管顯示其轉(zhuǎn)數(shù)。</p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)總程序：</b></p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#define uchar unsigned char

47、</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit a0 = P2^0;// 千</p><p>　　sbit a1 = P2^1; //百</p><p>　　sbit a2 = P2^2; //數(shù)碼管位選--十位</p><p>　　sbit a3

48、= P2^3; //數(shù)碼管位選--個(gè)位</p><p>　　sbit test=P3^2; //傳感器測(cè)試</p><p>　　sbit motor=P1^0; //連接電機(jī)</p><p>　　sbit kaiguan=P1^4; //電機(jī)開關(guān)</p><p>　　sbit sudu1=P1^5;//速度改變按鍵</p>

49、;<p>　　sbit sudu2=P1^6;</p><p>　　uchar code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//數(shù)值 </p><p>　　uint dat;//計(jì)數(shù)變量 </p><p>　　uint qian,bai,shi,ge; //

50、計(jì)數(shù)變量</p><p>　　uchar x; //定時(shí)標(biāo)志</p><p>　　ucharz; //開關(guān)標(biāo)志</p><p>　　uinttimer1,aa;</p><p>　　/**************延時(shí)函數(shù)****************/</p><p>　　void delay(uint z

51、)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</b></p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=110;y>0;y--);</p><p><b>　　}<

52、/b></p><p>　　/******************數(shù)碼管顯示函數(shù)***********************/</p><p>　　voiddisplay()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　a3=1; //顯示ge位</p><p>　

53、　P0=table[ge];</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　a3=0;</b></p><p>　　a2=1; //顯示shi位</p><p>　　P0=table[shi];</p><p><b>　

54、　delay(5);</b></p><p><b>　　a2=0;</b></p><p>　　a1=1; //顯示bai位</p><p>　　P0=table[bai];</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><

55、b>　　a1=0;</b></p><p>　　a0=1; //顯示qian位</p><p>　　P0=table[qian];</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　a0=0;</b></p><p>&

56、lt;b>　　}</b></p><p>　　/***************外部中斷0**********************/</p><p>　　void int0(void) interrupt 0</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　dat++;

57、</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***************定時(shí)器0中斷********************************/</p><p>　　void time0_int(void) interrupt 1</p><p><b>　　{

58、</b></p><p>　　TH0=0x3C;//50毫秒</p><p><b>　　TL0=0xB0;</b></p><p><b>　　x--;</b></p><p><b>　　if(x==0)</b></p><p><

59、;b>　　{ </b></p><p><b>　　x=21;</b></p><p><b>　　EX0=0;</b></p><p>　　dat=dat/5;</p><p>　　qian=dat/1000 ;</p><p>　　bai=(dat%10

60、00)/100;</p><p>　　shi=(dat%100)/10;</p><p>　　ge=dat%10;</p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b><

61、/p><p>　　/***************定時(shí)器1中斷函數(shù)**********************/</p><p>　　void time1_int() interrupt 3 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH1 = 0xFC; // 10ms</p>&l

62、t;p>　　TL1 = 0x18;</p><p><b>　　timer1++;</b></p><p>　　if(aa==1) //速度1</p><p>　　if((timer1<600)&&timer1>2) motor=1;</p><p>　　elsemotor=0;&

63、lt;/p><p>　　if(timer1>600)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　timer1=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(aa==2) //速度2

64、</p><p>　　if((timer1<600)&&timer1>550) motor=1;</p><p>　　elsemotor=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***************變速函數(shù)************************

65、*/</p><p>　　voidBianSu()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(sudu1==0) //速度1</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　delay(3);</b>&l

66、t;/p><p>　　while(sudu1==0) ;</p><p>　　ET0=1;//開T0定時(shí)器</p><p>　　EX0=1; //外部中斷0</p><p><b>　　aa=1;</b></p><p><b>　　timer1=0;</b></p&

67、gt;<p><b>　　}</b></p><p>　　if(sudu2==0)//速度2</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　delay(3);</b></p><p>　　while(sudu2==0) ;</p&

68、gt;<p>　　ET0=1;//開T0定時(shí)器</p><p>　　EX0=1; //外部中斷0</p><p><b>　　aa=2;</b></p><p><b>　　timer1=0;</b></p><p><b>　　} </b></p&g

69、t;<p><b>　　}</b></p><p>　　/*************開關(guān)函數(shù)*********************/</p><p>　　voidKaiGguan()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(kaiguan==0)<

70、/p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　delay(3);</b></p><p>　　while(kaiguan==0);</p><p>　　motor=1; //打開電機(jī)</p><p><b>　　z++;</b>&l

71、t;/p><p>　　// ET0=1;//開T0定時(shí)器</p><p>　　ET1=1;//開T1定時(shí)器</p><p>　　// EX0=1; //外部中斷0</p><p><b>　　if(z==2)</b></p><p><b>　　{</b><

72、/p><p><b>　　motor=0;</b></p><p><b>　　z=0;</b></p><p><b>　　ET0=0;</b></p><p><b>　　ET1=0;</b></p><p><b>　　

73、EX0=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*****************初始化函數(shù)*****************/</p>

74、<p>　　voidInti()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　motor=0;</b></p><p>　　kaiguan=1;</p><p>　　x=21; //定時(shí)一秒</p><p>　　P0=0xFF;

75、 //關(guān)閉數(shù)碼管</p><p><b>　　test=1;</b></p><p>　　TMOD= 0x11;//T1定時(shí)輸出PWM波形調(diào)速，T0定時(shí)測(cè)速用</p><p>　　TH1 = 0xFC; //10 毫秒定時(shí)</p><p>　　TL1 = 0x18;</p><p>　　TH0=

76、0x3C;//50毫秒定時(shí)</p><p>　　TL0=0xB0; </p><p>　　IT0=1; //下降沿觸發(fā)</p><p><b>　　EA=1; </b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　TR1=

77、1;</b></p><p><b>　　PX0=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/******************主函數(shù)***************************/</p><p>　　voidmain()</p>

78、<p><b>　　{</b></p><p><b>　　Inti();</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　KaiGguan();</p>

79、<p><b>　　BianSu();</b></p><p>　　display();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會(huì)與收獲</b></p>