基于單片機的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計_學士學位論文-資料下載頁

【導(dǎo)讀】為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測速發(fā)電機為檢測元件，得到的信號是模。隨著微型計算機的廣泛應(yīng)用，特別是高性能價格比的單片機的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量普遍采用以單片機為核心的數(shù)字式測量方法。本文便是運用AT89C51單片機控制的智能化轉(zhuǎn)速測量儀。中，需要對其進行監(jiān)控，轉(zhuǎn)速是一個必不可少的一個參數(shù)。HIN232CPE電平轉(zhuǎn)換、及RS232構(gòu)成。詳細介紹了單片機的測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)及PC. 機與單片機之間的串行通訊。充分發(fā)揮了單片機的性能。并顯示在5位LED數(shù)碼管上。可靠，性價比較高等特點。

　　

【正文】 圖 3－ 3 除法程序流程圖 按照數(shù)制轉(zhuǎn)換方法可以畫出流程圖 開始 0R R R6 16R7 N Y 除 法 移位次數(shù) 計數(shù)器 被除數(shù)左移 1 位 被除數(shù) 除數(shù) 上商 1，減去除數(shù) 上商 0 返回 計數(shù)器減 1 計數(shù)器 =0？ 哈爾濱理工大學學士學位論文 29 圖 3－ 4 雙字節(jié)整數(shù)二翻十程序流程圖 單片機顯示部分可以用來顯示計算出來的數(shù)據(jù)的。在程序設(shè)計中，在AT89C51RAM 存貯器中的四個顯示緩沖器單元 30H－ 34H，分別存放著由計算出來的轉(zhuǎn)速的 BCD 碼進行拆分后的非壓縮 BCD 碼數(shù)據(jù)， AT89C51 的 P1 口掃描輸出總是只有一位為低電平、其它位為高電平， AT89C51 的 P0 口相應(yīng)位的顯示數(shù)據(jù)的段數(shù)據(jù)，使該位顯示出一個字符，其它們?yōu)榘担来蔚馗淖?P1 口輸出為低高的位， P0 口輸出對應(yīng)的段數(shù)據(jù)， 5 位 LED 顯示器就顯示出由緩沖器中顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。 顯示 部分程序分為兩部分：十進制 BCD 轉(zhuǎn)換成非壓縮 BCD 碼；查表程序顯示數(shù)據(jù)。 雙字節(jié)整數(shù)拆分程序流程圖如圖 35： 開 始 哈爾濱理工大學學士學位論文 30 圖 3－ 5 雙字節(jié)整數(shù)拆分程序流程圖 程序設(shè)計 根據(jù)以上設(shè)計思路和各個模塊的流程圖編寫出本次畢業(yè)設(shè)計的程序， 完成程序設(shè)計的任務(wù)，寫出初始的程序 后 ， 在硬件上運行程序， 進行上機調(diào)試， 調(diào)試的具體方法 在下章 進行 詳細 的 敘述。 本文設(shè)計的測速系統(tǒng)，是軟硬結(jié)合的系統(tǒng)，核心部分是主體硬件，而運行在單片機上的軟件程序則是完成控制硬件運行、測速計算以及 顯示控制等工作的主體。 本章的主要內(nèi)容是說明了軟件設(shè)計的思想，給出了系統(tǒng)軟件的主體流程圖，以及各個功能模塊的流程圖，用以說明各個模塊的設(shè)計思想。 高字節(jié) R4 送 30H R5 與 0F0H 相與交換后送 31H R5 與 0FH 相與后送 32H R6 與 0F0H 相與交換后送 33H R6 與 0FH 相與后送 34H 返 回 哈爾濱理工大學學士學位論文 31 圖 3－ 6 顯示程序流程圖 本章小結(jié) 本章主要介紹了程序設(shè)計原理以及 程序的設(shè)計思路。 開始 30HR0，表首地址 DPTR，（ R1） =0FEH （ R0）賦值給 A A+DPTR 賦值給 P0 （ R1） =P1，（ R1） =A， RL A INC R0 ， A=（ R1） （ R1） =0DFH？ 結(jié)束 N 哈爾濱理工大學學士學位論文 32 第 4章 系統(tǒng)調(diào)試 電路調(diào)試是整個系統(tǒng)功能否實現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個調(diào)試過程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試主要是針對我的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的單片機硬件電路分別進行調(diào)試 。這一部分硬件調(diào)試主要分成兩大塊：上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試。 在上電前，我們必須確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。 特別是數(shù)碼管的連接部分，有 PROTEL制作的 PCB確保要和原理圖上的圖一致，有些在電路板上沒法連接的線路，要用短接線把接好，對照著原理圖部分，一部分一部分地用萬用表測量，注意焊點之間，確保焊點沒有短接在一起，同時注意焊點的美觀，確保沒有開 路以及短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。 在確保硬件電路正常，無異常情況 (斷路或短路 )方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗電路是否接錯，同時還要檢驗原理是否正確，在本次課程設(shè)計中，上電調(diào)試主要只轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的單片機控制部分、數(shù)碼管點亮部分、和上位機通信是的電平轉(zhuǎn)換和串口通信部分的硬件調(diào)試。 ：這一部分調(diào)試主要是檢查時鐘電路、復(fù)位電路是否接對，單片機的電源以及地是否接好，以及其他的一些管腳的接法。看單片機通電后能否可以正常工作等這一系列問題。 LED電路調(diào)試：由于數(shù)碼管采用的 是動態(tài)掃描的方式點亮的。數(shù)碼管的公共端（ COM）接在 7407驅(qū)動再接到單片機的 P2口作為位選信號，字型是接在 P0口。電路上電檢查 7407是否接上電源和地讓其正常工作。在這一前提下，查看數(shù)碼管能否點亮。只需要接仿真機上編寫一個小程序讓 5位 LED全亮，或者讓它們其中的某位點亮，也可以顯示不同的數(shù)字，根據(jù)要求給 P0口， P2口分別賦值。即可檢查數(shù)碼管的硬件電路是否正確，即可判斷顯示驅(qū)動電路整個完整，首先排除這里的故障。 ：這一部分電路硬件調(diào)試主要完成任務(wù)是使得通過HIN232CPE電平轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換前后的電平關(guān)系。可以用示波器和萬用表檢查電平轉(zhuǎn)換前后的關(guān)系，這里不在贅述。 軟件調(diào)試 單片機程序調(diào)試思路： 單片機部分調(diào)試工作的完成主要應(yīng)用 LCA51 軟件來完成，這一部分工作首哈爾濱理工大學學士學位論文 33 先將轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)中的各個模塊 —— 計算程序中的除法程序、雙字節(jié)的二 十進制數(shù)制轉(zhuǎn)換程序，壓縮 BCD 碼十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為非壓縮 BCD 碼的程序以及顯示部分程序調(diào)試好，不斷調(diào)試，不斷修改直到正確為止。 LCA51 軟件是一種非常實用的多窗口編輯、調(diào)試軟件。 LCA51 軟件全面支持匯編語言， C51 語言， PL/M51 語言的編譯 /連接、調(diào)試。軟件支持單文件方式和工程化管理兩種模式。用戶可自定義各種語言的關(guān)鍵詞 .軟件完全支持源語句級在線調(diào)試。高級語言還支持源文件調(diào)試和匯編語言指令行對照調(diào)試。用戶可同時打開多個窗體編輯、調(diào)試、變量觀察 .用戶可在線對原文件直接編輯、編譯、連接、加載和調(diào)試，軟件支持編譯錯誤源文件定位。調(diào)試時用戶可動態(tài)觀察、修改設(shè)定變量（包括 CPU 片內(nèi)寄存器、特殊寄存器及外部寄存器、內(nèi)存）的值。 調(diào)試主要方法和技巧： 通常一個調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能：跟蹤、斷點 、查看變量、更改數(shù)值。 調(diào)試應(yīng)用程序所提供的重要性能也許就是跟蹤應(yīng)用程序。跟蹤應(yīng)用程序使用戶能夠在運行應(yīng)用程序時，看到 PC 指針在應(yīng)用源代碼程序中的確切位置，LCA51 提供以下方法對程序的執(zhí)行進行跟蹤。 跟蹤型單步執(zhí)行一條源語句程序。但是，如果調(diào)用一函數(shù)，則進入函數(shù)中，再執(zhí)行函數(shù)的第一條源語句行前停止。 通過型單步僅執(zhí)行下一條源語句程序，然后又停止。如果是調(diào)用一函數(shù)，運行完整個函數(shù)并停止在函數(shù)返回處。 如果已知程序中某塊代碼實際運行正常的情況下，仍用跟蹤調(diào)試方法，將大大浪費時間，而 且很枯燥，因此調(diào)試中第二個重要工具是在源代碼中預(yù)定處設(shè)置斷點，大多數(shù)調(diào)試程序通過使用斷點中止程序執(zhí)行。 注意：如果用戶調(diào)試高級語言，因為系統(tǒng)要占用 2 個斷點，所以可設(shè)置的斷點數(shù)為最大斷點個數(shù)減 2。 LCA51 調(diào)試軟件還提供一次性斷點：執(zhí)行到光標所在行。如果用戶按熱鍵F4，調(diào)試程序繼續(xù)執(zhí)行程序代碼，直到它到達光標行處或調(diào)試程序遇到另一個斷點。 顯然，通過一系列指令查看應(yīng)用程序，了解導(dǎo)致某一錯誤的執(zhí)行也是一種非常有效的方法。 LCA51 軟件提供了以下幾種方法對變量進行查看。 通過添加觀察項菜單可以將用 戶希望觀察的變量添加到觀察窗口中，長期進行觀察。用戶程序在單步或斷點停下時，將更新變量的取值。 用戶可以直接移動鼠標到相應(yīng)的變量名上，點擊鼠標左鍵，將出現(xiàn)一個提示窗口，顯示這個變量的當前值。 哈爾濱理工大學學士學位論文 34 用戶還可以打開程序空間窗口、內(nèi)部數(shù)據(jù)窗口、外部數(shù)據(jù)窗口進行數(shù)據(jù)塊觀察。 如果用戶在調(diào)試過程中了解到變量的內(nèi)容（超值、未定義等）會對程 序性能產(chǎn)生影響或引起異常時，立即更改變量的內(nèi)容是很有效的方法，以確保該值在正確范圍內(nèi)不會產(chǎn)生錯誤。 LCA51 軟件提供一系列更改變量數(shù)值的方法，以便用戶能檢查程序?qū)φ麄€變量值 范圍的反應(yīng)，而無需為設(shè)置每個值而重新加載調(diào)試。在更改對話框中用戶輸入要更改的取值，點擊確定按鈕。用戶可以在輸入框中輸入十六進制或十進制數(shù)據(jù)。 程序調(diào)試過程 ： 整個程序是一個主程序調(diào)用各個子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個程序都能平穩(wěn)運行，各個模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個子程序模塊進行分別調(diào)試。 首先要對計算程序進行調(diào)試，其中關(guān)鍵就是那個四字節(jié)除三字節(jié)的程序顯得尤為重要，在整個程序中，四字節(jié)的被除數(shù)是確定的常數(shù)，而除數(shù)是測量記數(shù)的值，當各個模塊調(diào)試時，我們可以 先對除數(shù)先賦不同的值，利用查看內(nèi)部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)窗口觀察出計算出來的結(jié)果和用計算器算得的結(jié)果是否一致，可以舉例多次數(shù)據(jù)，確保程序正確，才能得到想得到的數(shù)據(jù)。 其次、二進制到十進制的轉(zhuǎn)換，我們依然可以利用上述列舉的方法，多次給出數(shù)據(jù)，然后運行程序，可以設(shè)置觀察變量，觀察出程序轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 最后、拆分壓縮 BCD碼十進制以及最后的顯示程序，可以利用上述提到的各種方法，觀察 3034H內(nèi)部的數(shù)據(jù)，緩沖數(shù)據(jù)的觀察檢查完畢后，調(diào)用顯示程序，觀察數(shù)碼管上顯示的數(shù)據(jù)是否是內(nèi)存緩沖中需要顯示的數(shù)據(jù)。 綜合調(diào)試 在硬件和軟件單獨 調(diào)試成功后進行軟硬件綜合調(diào)試，它可以分成以下幾個步驟： ； ，計算出轉(zhuǎn)速值并存儲； LED數(shù)碼管把測量的數(shù)據(jù)顯示出來。 PC機與單片機之間的通信成功。 故障分析與解決方案 故障出現(xiàn)情況 ： TTL電平，產(chǎn)生波形不穩(wěn) 的中斷服務(wù)程序不能執(zhí)行 ， 不管是定時中斷還是外部中斷 ； ； ， 而且在波形頻率變化下顯示轉(zhuǎn)速卻不變 工作，顯示不穩(wěn)定； 哈爾濱理工大學學士學位論文 35 ，接電機不穩(wěn)定 ， PC機接收亂碼； 解決方案（針對上述故障一一對應(yīng)的解決方案） ： 霍爾傳感器應(yīng)工作在 5V電壓，中間引腳接地，數(shù)據(jù)線接單片機的外部中斷 0。在電機的轉(zhuǎn)軸上還要貼上一粒磁鋼，利用霍爾效應(yīng)產(chǎn)生方波。利用萬用表檢查時發(fā)現(xiàn)接 5V和地的 PCB上的線都壞了，重新用線接在電路板上。當波形出來后，顯示的波形不穩(wěn)，而且不夠理想，后來在信號線與地之間接了472的瓷片電容濾波。波形得到了大大改善 ； 頭，中斷入口地址，發(fā)現(xiàn)中斷定時 0的地址寫成中斷定時 1的入口地址了。外部中斷沒有執(zhí)行跟沒有中斷信號加入有關(guān)系。在前面還沒有解決的時候，我們暫時用信號發(fā)生器來代替外部中斷 9的輸入，由于中斷執(zhí)行與否我們沒法看到，可以用設(shè)置中斷點的方法或者利用示波器，在中斷服務(wù)程序中重新編寫一些程序觀察單片機的某一輸出口的波形變換或者中斷程序中讓數(shù)碼管點亮等直觀可以看到的方法來檢查中斷的執(zhí)行情況； ，要先讀去反映轉(zhuǎn)速的 TH0， TL0，再去清 0，軟件記數(shù)的高字節(jié) VTT應(yīng)該在定時中斷 0中的服務(wù)程序中自增 的同時清TH0， TL0，在外部中斷程序中要讀取三字節(jié)的記數(shù)值后同時清三個記數(shù)器，再從中斷返回 ； 條件下出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速不準確，就是在調(diào)用轉(zhuǎn)換程序時出現(xiàn)了問題，觀察程序時發(fā)現(xiàn)調(diào)用子程序是傳送的參數(shù)不對，在用寄存器 R的時候出現(xiàn)了重復(fù)現(xiàn)象，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)了混亂。在波形頻率改變而轉(zhuǎn)速不改變由于在調(diào)用顯示程序時候在調(diào)用之后在顯示這里死循環(huán)，不能適時進行計算了。 ，是一位一位的顯示，在位選信號這里出現(xiàn)了問題，在左移的時候出現(xiàn)問題，以及顯示完一個字型后調(diào)用的 延時時間不合理導(dǎo)致顯示不穩(wěn)定，出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，改變時間到 1毫秒左右就差不多對了。 象，由此可以推測，在傳感器輸入的信號不是理想的方波，而且電平值不夠大，所以在霍爾傳感器信號輸出端接濾波電容以及一個 10K的上拉電阻就可以解決問題了。 PC機之間的設(shè)置 以及電平轉(zhuǎn)換 不一致 具體參見通信部分的畢業(yè)設(shè)計。 本章小結(jié) 本章主要對該系統(tǒng)進行綜合調(diào)試以及遇到的故障解決方案。 哈爾濱理工大學學士學位論文 36 結(jié)論 通過各方面努力，本次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)完成，系統(tǒng)各部分功能均已實現(xiàn)， 單片機 能夠測量出電機的轉(zhuǎn)速并能顯示在 LED 數(shù)碼管上，并能向上位機 發(fā)送 數(shù)據(jù) ； 測量范圍也是比較寬的 60r/min36000r/min，精度也在 %，都達到了比較理想的狀態(tài)。 本次設(shè)計得出以下經(jīng)驗： 5V 直流電源供電， 霍爾傳感器要選用工作電壓的范圍包含 5V 電壓的可以省去再用一個電源的麻煩，單片機等都是工作在 TTL 電平的，霍爾傳感器輸出的波形應(yīng)為 TTL 電平，以便單片機能夠識別。 ，因為數(shù)碼管的灌電流可以大些達到幾十毫安，但是拉電流比較小，采用共陽數(shù)碼管可能因為電流 過小而數(shù)碼管不能點亮數(shù)碼管，還有就是接在上拉電阻再接 5V 上，最好采用 1K 的排阻。 ，由于經(jīng)驗不足，沒有考慮