電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：智能電機(jī)轉(zhuǎn)速限制顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)學(xué)號(hào)姓名LeiKe指導(dǎo)老師leike摘要當(dāng)今社會(huì)，電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ钪卸计鹬貏e重要的作用。直流電機(jī)作為最常見(jiàn)的一種電機(jī)，具有特別優(yōu)秀的線(xiàn)性機(jī)械特性、較寬的調(diào)速范圍、良好的起動(dòng)性以及簡(jiǎn)潔的限制電路等優(yōu)點(diǎn)，因此在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。我希望通過(guò)對(duì)電子電路設(shè)計(jì)及制作課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，力求達(dá)到以下作用和目的：即進(jìn)一步駕馭模擬數(shù)字電子技術(shù)的理論學(xué)問(wèn)，培育工程設(shè)計(jì)實(shí)力和綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的實(shí)力；基本駕馭常用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，提高對(duì)電子電路的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)實(shí)力；熟識(shí)并學(xué)會(huì)運(yùn)用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下肯定基礎(chǔ)。以下設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定以及數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，要求對(duì)轉(zhuǎn)速范圍在0—166r/min的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)量并顯示，轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)顯示精度要達(dá)到轉(zhuǎn)速個(gè)位數(shù)和加速、減速、定速、電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)限制。本設(shè)計(jì)運(yùn)用12V直流電機(jī)，將直流電機(jī)測(cè)速裝置產(chǎn)生的脈沖信號(hào)輸入到單片機(jī)外部中斷0口，單片機(jī)工作在內(nèi)部定時(shí)器工作方式0，對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，調(diào)用計(jì)算公式計(jì)算出每秒的轉(zhuǎn)速。調(diào)用顯示程序在數(shù)碼管上，其主要內(nèi)容是單片機(jī)部分主要完成轉(zhuǎn)速的測(cè)量，數(shù)碼管顯示部分主要把轉(zhuǎn)速顯示出來(lái)，顯示范圍在0—166r/min之間。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)單片機(jī)轉(zhuǎn)速限制數(shù)據(jù)顯示目 錄摘要 2目 錄 31.引言...................................................42總體設(shè)計(jì).................................................52.1基本原理 52.2系統(tǒng)總體框圖及設(shè)計(jì)思路 63.具體設(shè)計(jì) 63.1硬件設(shè)計(jì) 73.2 軟件設(shè)計(jì). 8程序設(shè)計(jì)思路 83.2.2程序流程圖 93.2.3程序代碼 114.系統(tǒng)調(diào)試及分析 155.心得體會(huì) 16參考文獻(xiàn) 171.引言電子計(jì)技術(shù)的高速發(fā)展，促使直流電動(dòng)機(jī)逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特殊是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)進(jìn)入到一個(gè)新的階段。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在很多須要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。從限制角度來(lái)看，直流調(diào)速還是溝通拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動(dòng)機(jī)的限制以模擬電路為基礎(chǔ)，采納運(yùn)算放大器、非線(xiàn)性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，限制系統(tǒng)的硬件部分特別困難，功能單一，而且系統(tǒng)特別不敏捷、調(diào)試?yán)щy。隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得很多限制功能以及算法可以采納技術(shù)來(lái)完成，為直流電機(jī)的限制供應(yīng)了更大的敏捷性，并使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)行業(yè)中，常常會(huì)遇到須要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合并且顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過(guò)程，須要各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械，拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，可以采納氣動(dòng)，液壓傳動(dòng)和電力拖動(dòng)。由于電力拖動(dòng)具有限制簡(jiǎn)潔、調(diào)整性能好、損耗小、經(jīng)濟(jì)。能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離限制等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此大多數(shù)機(jī)械都采納電力拖動(dòng)。依據(jù)電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)不同，電力拖動(dòng)系統(tǒng)分為直流電力拖動(dòng)和溝通電力拖動(dòng)兩大類(lèi)。早期的生產(chǎn)機(jī)械如通用機(jī)床、風(fēng)機(jī)、泵等不要求調(diào)速或調(diào)速要求不高，以電磁式電器組成的簡(jiǎn)潔交、直流電力拖動(dòng)即可以滿(mǎn)意。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電力拖動(dòng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)限制性能都有了較高的要求，具有反饋限制的直流電力拖動(dòng)以其優(yōu)越的性能曾一度占據(jù)了可調(diào)速與可逆電力拖動(dòng)的絕大部分應(yīng)用場(chǎng)合。自20年頭以來(lái)，可調(diào)速直流電力拖動(dòng)較多采納的是直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),并以電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、磁放大器作為其限制元件。電力電子器件獨(dú)創(chuàng)后，以電子元件限制、由可控整流器供電的直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)漸漸取代了直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),并發(fā)展到采納數(shù)字電路限制的電力拖動(dòng)系統(tǒng)。這種電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有精密調(diào)速和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等性能。這種以弱電限制強(qiáng)電的技術(shù)是現(xiàn)代電力拖動(dòng)的重要特征和趨勢(shì)。溝通電動(dòng)機(jī)沒(méi)有機(jī)械式整流子，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、運(yùn)用牢靠,有良好的節(jié)能效果,在功率和轉(zhuǎn)速極限方面都比直流電動(dòng)機(jī)高；但由于溝通電力拖動(dòng)限制性能沒(méi)有直流電力拖動(dòng)好，所以20世紀(jì)以來(lái)，在可逆，可調(diào)速與高精度的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)時(shí)期內(nèi)幾乎都是采納直流電力拖動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)限制系統(tǒng)中，其驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)速精度是電動(dòng)機(jī)能夠穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。為此，提出了一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。利用電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，可以提高生產(chǎn)效率。假如應(yīng)用現(xiàn)代化手段對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行科學(xué)變更，精確測(cè)量，并輔以數(shù)碼顯示，超速報(bào)警等裝置，對(duì)工業(yè)，生活中的一些旋轉(zhuǎn)設(shè)備的速度以及須要限制其速度的儀器和用品加以限制和測(cè)量，會(huì)給生產(chǎn)和生活帶來(lái)很大的便利。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，特殊是高性?xún)r(jià)比的單片機(jī)的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測(cè)量普遍采納了以單片機(jī)為核心的數(shù)字化，智能化。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為中心，霍爾傳感器為測(cè)量元件，全數(shù)字化的測(cè)速儀器。這在工業(yè)限制和民用電器中都有較高的價(jià)值。轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用特別廣泛的一個(gè)參數(shù)，其測(cè)量方法很多，而模擬量的采集和模擬處理始終是轉(zhuǎn)速測(cè)量的主要方法。本文的探討任務(wù)是探討電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)AT89C51相關(guān)芯片的了解，實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)的硬件與軟件的設(shè)計(jì)。以單片機(jī)為核心器件，單片機(jī)通過(guò)對(duì)負(fù)脈沖計(jì)數(shù)，可計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在超高時(shí)、低速限時(shí)，有報(bào)警顯示，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)潔，軟件功能完善，測(cè)量速度快，精度高，限制系統(tǒng)牢靠，性?xún)r(jià)比較高等優(yōu)點(diǎn)。2.總體設(shè)計(jì)2.1基本原理本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定以及數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，要求對(duì)轉(zhuǎn)速范圍在0—166r/min的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)量并顯示和加速、減速、定速、電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)限制，轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)顯示精度要達(dá)到轉(zhuǎn)速個(gè)位數(shù)。本設(shè)計(jì)運(yùn)用12V直流電機(jī)，將霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)輸入到單片機(jī)外部中斷0口，單片機(jī)工作在內(nèi)部定時(shí)器工作方式0，對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，調(diào)用計(jì)算公式計(jì)算出轉(zhuǎn)速。調(diào)用顯示程序在LED上，其主要內(nèi)容是單片機(jī)部分主要完成轉(zhuǎn)速的測(cè)量，LED顯示部分主要把轉(zhuǎn)速顯示出來(lái)，顯示范圍在0—166r/min之間。2.2系統(tǒng)總體框圖及設(shè)計(jì)思路電機(jī)狀態(tài)限制按鍵電機(jī)狀態(tài)限制按鍵單片機(jī)單片機(jī)顯示數(shù)碼管顯示數(shù)碼管轉(zhuǎn)速顯示直流電機(jī)電路電機(jī)限制數(shù)據(jù)直流電機(jī)電路轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)總體設(shè)計(jì)思路：本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)智活的編程設(shè)計(jì)和豐富的IO端口，及其限制的精確性，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速、定速、正反轉(zhuǎn)、顯示速度限制。用按鍵限制單片機(jī)的P3.6、3.7、RST接口，再通過(guò)單片機(jī)限制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速和定速的功能，然后直流電機(jī)將轉(zhuǎn)速信息回傳給單片機(jī)，最終單片機(jī)把轉(zhuǎn)速信息發(fā)送給數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)，來(lái)限制數(shù)碼管上顯示速度信息。用外圍電路限制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。3.具體設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì)硬件原理如圖1所示。圖1中，直流電機(jī)通過(guò)L298進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，直流電機(jī)的ENA引腳與單片機(jī)的P3.5（T1）相連，T1傳送出PWM脈沖。電機(jī)速度反饋送回單片機(jī)的P3.2，也就是INT0中斷引腳。按鍵分為電機(jī)加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、定速5種，加速按鍵和減速按鍵分別與P3.6、P3.7、RST相連。而正反轉(zhuǎn)方向限制則通過(guò)撥動(dòng)限制，其輸出通過(guò)反相器反相后與電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298的IN1相連。 顯示數(shù)碼管選用的是6位一體的7段共陽(yáng)數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)由單片機(jī)P1口來(lái)傳送，數(shù)碼管各位的片選線(xiàn)是分別由單片機(jī)的P0.0~P0.5通過(guò)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)芯片74LS245來(lái)完成的。圖13.2軟件設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)思路分析依據(jù)前面的設(shè)計(jì)任務(wù)分析，可知本設(shè)計(jì)的軟件程序應(yīng)完成如下功能：首先，由定時(shí)器T1產(chǎn)生定是中斷，從而產(chǎn)生PWM脈沖限制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；其次，計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并產(chǎn)用于數(shù)碼管上顯示的轉(zhuǎn)速顯示數(shù)據(jù)，送至數(shù)碼管顯示，顯示每隔1s更新一次；然后，檢測(cè)加速與減速按鍵的動(dòng)作，并依據(jù)按鍵狀況來(lái)響應(yīng)需求。開(kāi)啟中斷、設(shè)置中斷動(dòng)身裝置和中斷優(yōu)先級(jí)、設(shè)置定時(shí)初值開(kāi)啟中斷、設(shè)置中斷動(dòng)身裝置和中斷優(yōu)先級(jí)、設(shè)置定時(shí)初值轉(zhuǎn)速獲得標(biāo)記等于1？轉(zhuǎn)速獲得標(biāo)記等于1？YN計(jì)算轉(zhuǎn)速計(jì)算轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速獲得標(biāo)記〈——轉(zhuǎn)速獲得標(biāo)記〈——0顯示轉(zhuǎn)速顯示轉(zhuǎn)速加速按鍵動(dòng)作？加速按鍵動(dòng)作？YN延時(shí)消抖延時(shí)消抖速度等級(jí)加1速度等級(jí)加1減速按鍵動(dòng)作？N減速按鍵動(dòng)作？Y延時(shí)消抖延時(shí)消抖速度等級(jí)減1速度等級(jí)減1定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序流程圖PWM1PWM1定時(shí)計(jì)數(shù)初值設(shè)置定時(shí)計(jì)數(shù)初值設(shè)置PWM轉(zhuǎn)速調(diào)速PWM轉(zhuǎn)速調(diào)速計(jì)數(shù)時(shí)間到達(dá)1？計(jì)數(shù)時(shí)間到達(dá)1？開(kāi)中斷開(kāi)中斷返回返回速度子程序流程圖速度值轉(zhuǎn)換成顯示數(shù)據(jù)速度值轉(zhuǎn)換成顯示數(shù)據(jù)傳送數(shù)碼管片選信號(hào)傳送數(shù)碼管片選信號(hào)傳送顯示數(shù)據(jù)傳送顯示數(shù)據(jù)片選顯示位清零片選顯示位清零C51源程序#include<reg51.h>#include<math.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineON0#defineOFF1#definePWM_RANK20#defineTIMER_BASE1000bitFLAG=0;bitFLAG1=0; sbitPWM=P3^5;sbitMP=P3^2;sbitSPEED_UP=P3^6;sbitSPEED_DOWN=P3^7;ucharspeed=8;ucharcodedispbit[6]={0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01};ucharcodeseg[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};uchardisbuf[6]={0,0,0,0,10,10};uinttemp[6];uintdiscount=0;//uinttimecount=0;uintT0count=0;//uintcount_store=0;uinttime=0,time1=0;uintst[2];uintst1[2];uintx;uintmx,minx;uintn,j,b;/****主程序****/voidshow();voidmain(){/*定時(shí)器初始化*/ chartt; TMOD=0x11; EX0=1; IT0=1; IP=0x05; TH1=(65536-TIMER_BASE)/256;//設(shè)置定時(shí)器初始值 TL1=(65536-TIMER_BASE)%256; TH0=(65536-TIMER_BASE)/256; TL0=(65536-TIMER_BASE)%256; TR1=1; ET1=1; TR0=1; ET0=1; EA=1; while(1) //在這里循環(huán) { if(FLAG==1) //假如轉(zhuǎn)速標(biāo)記開(kāi)啟 { mx=st[0]-st[1]; //計(jì)算前一秒的轉(zhuǎn)速 FLAG=0; //關(guān)閉轉(zhuǎn)速獲得 } x=mx; //獲得轉(zhuǎn)速（單位為r/s）在數(shù)碼管前三位顯示 if(FLAG1==1) { minx=st1[0]-st1[1]; FLAG1=0; } /*****配置*****/// b=minx; // 60秒延時(shí)在t0中設(shè)置參數(shù) b=minx*12;//5秒延時(shí) //獲得轉(zhuǎn)速（單位為r/min）在數(shù)碼管前三位顯示，在t0中設(shè)置參數(shù) show(); //顯示 if(~SPEED_UP) //按鍵加速推斷 { for(tt=0;tt<100;tt++) //用于消退抖動(dòng)+顯示 show(); if(~SPEED_UP) //在次推斷按鍵是否按下，用于硬件，軟件仿真不會(huì)產(chǎn)生消抖 { while(~SPEED_UP); //等待按鍵松開(kāi) if(speed<20)speed++; //speed是限制占空比 } } if(~SPEED_DOWN) //按鍵減速推斷（同上） { for(tt=0;tt<100;tt++) show(); if(~SPEED_DOWN) { while(~SPEED_DOWN); if(speed>0)speed--; } } }} voidoutside0()interrupt0 //外部中斷0{T0count++; //電機(jī)轉(zhuǎn)一周T0count加1}/******T0*********/voidt0_serv()interrupt1 // T0定時(shí)器{ TH0=252; TL0=24;// if(time1>54000) //顯示延時(shí)60s if(time1>5000)//顯示延時(shí)5s { FLAG1=1;st1[1]=st1[0]; //把前5秒的Tocount值給st1[1]st1[0]=T0count; //獲得當(dāng)前t0count值 time1=0; } elsetime1++; //沒(méi)到5秒接著++}/*****T1中斷*****/voidt1_serv()interrupt3 //T1 實(shí)現(xiàn)pwm調(diào)速{//TR1=0;PWM=1;TH1=252; //須要重裝初值TL1=24;time++;if((time%20)<speed)PWM=1; // 實(shí)現(xiàn)pwm調(diào)速elsePWM=0; //實(shí)現(xiàn)pwm調(diào)速if((time%890)==1) //假如時(shí)間間隔1秒，獲得t0count{FLAG=1; //開(kāi)啟獲得速度標(biāo)記st[1]=st[0];st[0]=T0count;}//TR1=1;//ET1=1;//EA=1;}/***速度顯示*****/voidshow(){ uinti; for(i=0;i<3;i++) {temp[i]=0;} i=0; while(x/10) //轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)化顯示數(shù)據(jù)（前三位） { temp[i]=x%10; x=x/10; i++; } temp[i]=x; i=3; while(b/10) // 轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)化顯示數(shù)據(jù)（后三位） { temp[i]=b%10; b=b/10; i++; } temp[i]=b; for(i=0;i<6;i++) { disbuf[i]=temp[i]; } P0=dispbit[discount]; //依據(jù)前面定義 P1=seg[disbuf[discount]]; //依據(jù)前面定義 discount++; if(discount==6)discount=0;}4.系統(tǒng)調(diào)試及分析首先打開(kāi)KEILC51主程序，新建工程，新建文本框?qū)懭氤绦颍４妫瑱z查是否有語(yǔ)法錯(cuò)誤，經(jīng)反復(fù)檢查無(wú)誤后匯編，生成51單片機(jī)可執(zhí)行的HEX文件。然后把HEX文件寫(xiě)入proteus中的單片機(jī)芯片中，再用Proteus進(jìn)行仿真。本設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)好用的角度動(dòng)身，采納美國(guó)ATMEL公司的單片機(jī)AT89C52作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元，結(jié)合外圍的鍵盤(pán)輸入，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速、定速、正反轉(zhuǎn)、顯示速度限制功能并用C語(yǔ)言編寫(xiě)主控芯片的限制程序，研制了一種智能電機(jī)轉(zhuǎn)速限制顯示系統(tǒng)。設(shè)計(jì)完全可行可以到達(dá)設(shè)計(jì)目的。運(yùn)用單片機(jī)制作的智能電機(jī)限制顯示系統(tǒng)具有軟硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，易于開(kāi)發(fā)，成本較低，平安牢靠，操作便利等特點(diǎn)，有肯定的好用性。5