1、武漢理工大學華夏學院電子工程課程設計報告書課 程 名 稱 智能電子小產品課程設計課程設計總評成績 學 生 專 業 班級 電子信息工程 1071班 指 導 教 師 姓名 廖傳書 課程設計起止日期 2010.06.21-2010.07.09 一、課程設計項目名稱光電式轉速表二、項目設計目的及技術要求 1. 設計目的:1熟悉單片機最小系統及應用；2結合選題要求，完成系統設計和調試，具有功能擴展和創新；3根據設計的電路，畫系統總體結構框圖，用protel工具畫硬件電路圖，用DXP生成PCB版圖；4用C語言完成系統的軟件編程；5. 熟悉并學會使用keil編譯器，對所編程序進行編譯。 2. 技術要求:1.

2、運用光電傳感器,將光信號轉換成電信號,設計相應的電路,輸出脈沖波。2.用按鍵控制直流電機，并對PWM設置不同的占空比控制直流電機的速度。3.運用51單片機，結合用C語言編出頻率計數的程序，能夠直接計出輸出的脈沖波。4.通過單片機的串行接口通信，由LED數碼管顯示出頻率計數值。三、項目設計方案論證(可行性方案、最佳方案、軟件程序、硬件電路原理圖和PCB圖)1.電機模塊的選擇方案一：采用步進電機步進電機是一種能將電脈沖轉化為角位移的器件，通過控制脈沖個數來控制角位移量，通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，其精確度高，但控制相對較繁瑣。方案一：采用直流電機直流電機速度快，價格便宜，通過調節

3、電流來改變速度，驅動電路簡單，調速范圍廣，調速特性平滑。缺點是其轉距小，帶有大負載時很容易堵轉，但是課程設計電機的負載不會很大 ，所以通過PWM調控，可以達到課設的要求。綜上所述， 決定采用方案二。2. 電機驅動模塊的選擇方案一：采用大功率三極管，二極管，電阻電容等元件搭建一個H橋，通過對各路信號放大來驅動電機，原理簡單。但由于放大電路很難做到完全一致，當電機的功率較大時運行起來會不穩定，而且電路的制作也比較復雜。方案二：采用L298N驅動芯片L298N芯片是較常用的電機驅動芯片。該芯片有兩個TTL/CMOS 兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性能；其輸出電壓最高可達50V，可用單片機的I/O口

4、提供信號，而且一塊L298芯片可驅動兩個減速電機，電路簡單、易用、穩定，具有較高的性價比。綜上所述，決定采用方案二。3.電機速度顯示模塊的選擇方案一 :使用液晶LCD1602.1602是能顯示2行，每行16個字符，字符包括英文字符及阿拉伯數字。但其不能顯示漢字。方案二 ：使用數碼管。利用串行通信方式和串入并出移位寄存器74LS164擴展輸出接口，接四個七段數碼管顯示數據。雖然其硬件電路復雜，且只能顯示單純的數字，但是符合要求，且課設使用單片機擴展板已經給出完整的電路，并且可以直接使用。綜上所述，決定采用方案二。4.光電傳感器模塊的選擇方案一: 采用反射式光電傳感器。反射式光電傳感器是紅外發射管

5、發出紅外光，接收管根據反射回來的紅外光強度的大小來計數。所以被測物的表面必須有黑白相間的部分用于接收和反射紅外光。由于是反射式，必須安裝在沒有強光直接照射處，以免影響紅外光的接收，傳感器與被測物之間距離要在可測范圍之內。方案二: 采用直射式光電傳感器。直射式光電傳感器是紅外發射管發出紅外光，接收管根據接收到紅外光的個數來計數，發射管與接收管之間的距離已經固定。綜上所述，采用方案二。系統設計與實現系統總體設計要實現光電式計數，并且能夠顯示速度大小，控制直流電機的啟停和速度。選用STC89C52RC單片機，配合鍵盤和數碼管作為入機接口，用單片機的P2口設計4*4矩陣鍵盤電路，用串行通信方式和串入并

6、出移位寄存器74LS164擴展輸出接口，接四個七段數碼管顯示數據。為了驅動直流電機，用L298N驅動芯片，設計出驅動電路圖，由驅動芯片的IN1口接入單片機的P1.0口，由P1.0輸出PWM脈沖波控制電機。直射式光電傳感器輸出電信號，用LM393整形出脈沖波輸出接入單片機P3.5口進行脈沖計數。系統總體設計框圖如下： 系統總體框圖硬件設計與實現光電式轉速表硬件可分為以下幾個部分，基本系統電路模塊、光電轉換模塊、直流電機模塊、數碼顯示模塊、按鍵控制模塊，其中數碼顯示模塊和按鍵控制模塊由單片機擴展板提供。1. 基本系統電路模塊基本系統使用STC89C52RC作為處理器，系統板上包括單片機芯片、串行接

7、口電路、電源接口電路、發光二極管電路、用戶程序下載開關、系統復位開關、INT0去抖動開關、T0去抖動開關、晶振電路。電路圖見附錄 。2.數碼顯示和按鍵控制模塊 這兩個模塊由單片機擴展板提供，單片機擴展板包括，數碼管接口電路、鍵盤接口電路、實驗擴展區、數碼管接口端口、鍵盤接口端口。3.光電轉換模塊 采用直射式光電傳感器ST1101，將光信號轉變為電信號，用LM393對輸出的電信號進行整形，設計的電路如下：4.直流電機模塊電機模塊主要功能是將主控芯片發出的信號通過L298N電機驅動芯片轉化為電機運作。 L298N芯片有兩個電源引腳VDD引腳和VCC引腳。VDD引腳接+5V電源用來給電機供電，VCC

8、引腳接+5V電源用來給芯片供電，并作為邏輯高電平標準。 L298N芯片通過一個有四個1N4007二極管組成的保護電路與電機相連，保護電路主要是用來在電機開啟和關閉時泄流之用。 由于我們一直讓轉向電機以最大功率使能從而獲得最大的扭矩，保證直流電機轉向成功，而不需要控制轉向電機的輸出功率，所以ENA引腳（即轉向電機使能引腳）直接接 +5 V，即讓轉向電機一直使能。 對于后置的驅動電機，我們不僅要控制其實現啟動和停止，還要能夠控制其轉速。所以，我們將L298N芯片的IN1引腳與C52單片機的P1.0引腳連接，用來實現PWM調速。 L298N芯片的OUT1和OUT2來接直流電機的兩端。 二.軟件設計與

9、實現 軟件部分包括，串行通信LED數碼管顯示單元、按鍵掃描控制單元、PWM脈沖控制直流電機單元、脈沖個數求取單元。1串行通信LED數碼顯示轉速的顯示我們采用了動態掃描的工作方式，LED數碼顯示管采用4個共陽極顯示器，每個數碼管都經過集電極開路形式的驅動器74LS164驅動。 脈沖個數的求取 千位的求取是這樣的,該數值先減去1000,這時標志位加1,如果差值還大于1000,則返回繼續作差,直到差值小于1000為止,這時往下執行,由于在上述過程中多加了一個1,所以這時標志位還應當再減去一個1.百位及個位的求取按照同樣的道理進行,這樣所記標志位即我們計數器的讀數.初值AB=A-1000 標志位加1B

10、>1000? Y N標志位-1返回鍵盤電路數字轉速表的鍵盤操作應具有3個功能，即：啟動、停止、復位。確定矩陣式鍵盤上那個按鍵被按下通常采用的是行掃描法 ，其過程如圖 所示。四、項目設計結果分析（分析試驗過程中獲得的數據、波形、現象或問題的正確性和必然性，分析產生不正確結果的原因和處理方法）經實際做好電路板檢測設計方案及原理，電機能實現加減速控制調速。單片機產生的PWM信號和正反轉信號控制電機驅動芯片L298N，即控制電機的轉向及速度大小。用光電傳感器ST1101來測電機運轉速度，準確快速地將電機速度信號傳送到了單片機。電機轉速信號經單片機處理，在數碼管上顯示電機的運轉速度屏幕上顯示出來。

11、測試結果驗證了自己的設計方案。在設計中通過光電傳感器輸出的方波來計數電機的轉速，過程中光電傳感器的輸出方波要經過LM393雙電壓比較器來整形，從而得到比較好的方波，再通過單片機來顯示電機的轉速。五、參考文摘（相關文摘不少于5篇，記錄每篇文獻的作者姓名.文獻名稱.文獻發行城市：文獻出版社，出版年；文獻內容摘要, 每篇不少于100字）【1】 李群芳, 張士軍, 黃建 . 單片機微型計算機與接口技術 北京：電子工業出版社2009。用8XX51的并行口P1設計4*4矩陣鍵盤的電路及各鍵盤碼，P1.0P1.3接鍵盤行線，輸出接地信號，P1.4P1.7接列線，輸入回饋信號，以檢測按鍵是否按下。不同的按鍵有

12、不同的編碼，通過編碼識別不同的按鍵，再通過軟件查表，查出按鍵功能，轉向不同的處理程序。因此鍵盤處理程序的任務是：確定有無按鍵按下；判斷哪個按鍵按下；形成按鍵碼；根據的鍵的功能，轉相應的處理程序。【2】江志紅. 51單片機技術與應用系統開發案例精選 北京：清華大學出版社 2008。 串口的發送過程設置發送緩沖器SBUF啟動，即CPU由一條寫發送緩沖器的指令把數據寫入串口的發送緩沖器SBUF中，再由硬件電路自動在字符的始、末加上起始位、停止位及其他控制位，然后在移動脈沖SHIFT的控制下，低位在前，高位在后，從TXD端一位位的向外發送?！?】劉海濤，趙金波，晁陽. 8051單片機C語言程序設計與實

13、例解析 北京：清華大學出版社 2009。 為了實現智能化的計數測頻，實現一個寬頻域、高精度的頻率計，一種有效的方法是將單片機用于頻率計的設計當中。單片機頻率計較以往的頻率計有硬件電路少的優點，過去許多用硬件實現的功能可以通過單片機的軟件的程序來實現，因此軟件可以減低電路設計的成本，往往只需增減幾段代碼就可以實現不同的測量的精度，同時也減低了硬件電路設計的難度，減少出錯率，通過軟件調試的方法還可以提高測量的精度?！?】劉坤，宋戈，趙紅波，張憲棟. 51單片機C語言應用開發技術大全 北京：人民郵電出版社 2008。 從傳感器得到的矩形脈沖經傳輸后往往發生波形畸變。當傳輸線上的電容較大時，波形的上升

14、沿將明顯變壞；當傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時，在波形的上升沿和下降沿將產生振蕩現象；當其他脈沖信號通過導線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號時，信號上將出現附加的噪聲。無論出現上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。【5】趙建領，薛園園. 零基礎學單片機C語言程序設計 北京：機械工業出版社 2009。與傳統的直流調速技術相比較，PWM(脈寬調制技術)直流調速系統具有較大的優越性：主電路線路簡單，需要的功率元件少；開關頻率高，電流容易連續，諧波少，電機損耗和發熱都較小；低速性能好，穩速精度高，因而調速范圍寬；系統頻帶寬，快速響

15、應性能好，動態抗干擾能力強；主電路元件工作在開關狀態，導通損耗小，裝置效率高。 附錄1.程序：#include<reg52.h>sbit PWMOUT=P10;/sbit p30=p30;/sbit p31=p31;char p14=0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09;/ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 char LED4=0;long n,L;unsigned char r,m,t_flag;long PWM;void delay(int ms) int i,j;for(i=0;i<ms;i+) for

16、(j=0;j<1141;j+); bit PWMOption(unsigned char nn) static bit temp; switch(nn) case 0: temp=0; break; case 1: if(r>1) temp=0; else temp=1; break; case 2: if(r>2) temp=0; else temp=1; break; case 3: if(r>3) temp=0; else temp=1; break; case 4: if(r>4) temp=0; else temp=1; break; case 5: i

17、f(r>5) temp=0; else temp=1; break; case 6: if(r>6) temp=0; else temp=1; break; case 7: if(r>7) temp=0; else temp=1; break; case 8: if(r>8) temp=0; else temp=1; break; case 9: if(r>9) temp=0; else temp=1; break; case 10: temp=1; break; return temp;void show(long b)LED3=b/1000;LED2=b%10

18、00/100;LED1=b%100/10;LED0=b%10;void display(long a)int i=0;show(a);SCON=0x00;while(i!=4)SBUF=pLEDi;while(!TI);TI=0;i+;char key_press(void)P2=0x0f;if(P2&0x0f)!=0x0f)delay(1);if(P2&0x0f)!=0x0f) return 1;else return 0;else return 0;long key_scan(void)char line,row,c;if(key_press()line=0x7f;whil

19、e(line&0x08)!=0)P2=line;if(P2&0x0f)!=0x0f)row=P2&0x0f;line=line&0xf0;c=row+line;elseline=(line>>1)|0x80;switch(c) case 0xee:return 0;break;case 0xed:return 1;break;case 0xeb:return 8;break;case 0xe7:return 0;break;case 0xde:return 0;break;case 0xdd:return 0;break;case 0xdb:return 0;break;case 0xd7:return 0;break;case 0xbe:return 0;break; /case 0xbd:return 0;break;case 0xbb:return 0;break; case