光电转速计课程设计.doc

中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 马曙光 学 号： 0805014134 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 题 目： 光电转速计的设计 指导教师： 程耀瑜 职称: 教授 指导教师： 李永红 职称: 讲师 2011 年 12 月 19 日中北大学课程设计任务书 11/12 学年 第 一 学期学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 学 生 姓 名： 马曙光 学 号： 0805014134 课程设计题目： 光电转速计设计 起 迄 日 期： 2011年12月19日2012年1月6日 课程设计地点： 主楼1318室，513教研室 指 导 教 师： 程耀瑜、李永红 系 主 任： 程耀瑜 下达任务书日期: 2011年12月19日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：在学习专业基础课和专业课的基础上，主要在电子仪器、微机综合设计与实践、单片机与A/D和D/A和光、计、电综合应用等几个方面开展实践活动，巩固所学知识、培养动手能力。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：设计要求: 1、了解光开关对射式的工作原理及其特性2、掌握使用光开关测量转速的原理及方法3、完成光电转速计的设计3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：1） 设计说明书符合要求；2） 相应器件的工作原理；3） 系统工作原理图；4） 参考文献原文不少于3篇。课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：楼然苗51 系列单片机设计实例 北京航空航天出版社 2003.3 唐俊翟单片机原理与应用 冶金工业出版社 2003.9马忠梅单片机的C语言应用程序设计 北京航空航天大学出版社 2003.5 刘瑞新 单片机原理及应用教程 机械工业出版社 2003.7 吴国经 单片机应用技术 中国电力出版社 2004.1 5设计成果形式及要求：1.设计完整的转速计智能产品；2.利用光电传感器采集数据；3.利用AT89C52作为MCU，处理数据，并显示转速。6工作计划及进度：2011年 12月19日 2011年12 月 23日：查资料 12 月24 日 12月 31日：在指导教师指导下设计方案2012年1月 1 日 1 月5 日：学生完成实验，指导教师辅导完成课程设计说明书1月 6 日 ： 答辩系主任审查意见： 签字： 年 月 日目录一、关键字1二、项目设计目的及技术要求11）设计目的12）技术要求1三、项目设计方案论证21）方案结构图32）方案论证33）程序流程54）电路图6四、项目设计结果分析 81） 系统调试 92） 实验结果分析 93）元件清单 9五、程序清单10六、参考文献13一、关键字光电转速计 51单片机 光电传感器二、项目设计目的及技术要求1）设计目的：1熟悉掌握AT89C51系列单片微型计算机的工作原理；2. 掌握利用MCU创建工程项目，并可用于实际项目；3理解51系列单片机的信号采集，及其数据处理的过程；4了解光电传感器的工作原理及其使用方法。2）技术要求：1.光电转速计要求：1）.设计完整的转速计智能产品；2）.利用光电传感器采集数据；3）.利用AT89C52作为MCU，处理数据，并显示转速。2.扩展部分要求：1） .使用LCD1602显示信息；2） .扩展计算里程功能，计算产品运行的距离；3） .扩展外部存储器EEPROM，记录总行程。3. 报告要求：1）根据设计的电路，用protel工具，画出完整的硬件电路图及PCB板图；2）熟悉C51语言，用C51完成系统的软件编程，完成交通灯的控制程序；3）.按要求撰写课程设计报告。三、项目设计方案论证信息输出显示模块单片机数据处理（MCU）信号采集模块1）方案结构图：按键控制模块EEPROM存储数据2）方案论证：1电源供电模块为使模块稳定工作，须有可靠电源。我们考虑了两种电源方案方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。综上所述，我们选择第二种方案。2信号采集模块该模块分为两个部分：光电传感器部分和光脉冲信号整形部分。(1) 光电传感器部分：方案一：选用单光束反射式红外光电传感器（ST188),其特点是：采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成；其检测距离为4-13mm。 如右上图为ST188封装实物图AK为发光二极管，EC为光敏三极管。它具有很好的开关特性，使用于耦合电路，控制电路，及信号传递电路。方案二：选用光敏电阻（P1201）作为光电传感器。其特点是：采用硅光材料感光技术，光敏电阻的阻值与其光强具有很好的线性关系；其检测距离为：3mm-20mm如右上图为P1201实物封装；其电阻值随光强的增加而减小。光敏电阻广泛用于光源的检测，光照大小检测。比较上述两种方案，利用光电对管ST188的开关特性，检测转盘转速比较容易实现，因此选择方案一。(2) 光脉冲信号整形部分：方案一：经电压比较器LM311，对光脉冲信号进行整形，得到一个较好的脉冲信号，在经过施密特触发器进行二次整形，以便于单片机识别信号。另外，加一个电容进行滤波。方案二：经电压比较器LM393，对光脉冲信号进行整形，再由两个与非门74LS00构成的RS触发器对信号进行滤波及二次整形。对比两种方案，方案一较为经济，且实现方便，因此 选择方案一。3按键控制模块按键是输入设备，是人为控制的关键因素。方案一：利用矩阵按键，有多按键，输入方便，控制简单。但矩阵按键浪费CPU时间，影响工作效率。方案二：普通单排按键，CPU扫描简便，效率较高，且易于控制。效率较矩阵按键有明显提高。方案三：只用一个按键，利用其复用，可实现一个按键控制多个功能。效率高实现方便。使用一个按键方便用户控制，且节约成本。因此选择方案三。4EEPROM数据存储模块显示里程需要记录数据，89C51系列片内没有EEPROM，因此，需要外接EEPROM。方案一：选用并行EEPROM（2804），4K内存的EEPROM。并行EEPROM写入数据及读出数据速度快，但其可擦写次数少，不宜用于记录里程。方案二：选用串行EEPROM（AT24C02），2K内存的EEPROM。串行EEPROM使用的是总线技术，单片机模拟总线方式，可实现对串行EEPROM的读写操作。AT24C02可擦写次数达10万次左右，可用于更新数据快的产品。综合上述两种方案，选择价格较低的串行EEPROM（AT24C02）,较为合适。5信息输出显示模块显示模块是输出设备，是人机交互的重要环节。方案一：选用开发板上的串行LED显示转速及里程，四位数码管显示的数据制约性比较大，无法实现显示多个信息。方案二：选用LCD1602显示信息，LCD1602可显示2*16个字符。极大地满足了多信息输出的需要。综合上述两种方案，因此选择方案二的LCD1602进行信息输出。3）程序流程：该产品系统程序分为四个部分：LCD驱动，EEPROM驱动，初始化，定时器及中断采样！各个部分详细程序流程图如下所示：LCD初始化显示题目显示姓名显示转速读EEPROM显示里程数据清零改变显示方式按键按下长按定时器初始化4）电路图：原理图仿真图PCB图四、项目设计结果分析1） 系统调试（1）LCD显示初始化测试搭建完成LCD1602，下载程序，调试结果。在LCD上从左到右显示“DAN PIAN JI KE SHE !”“GUANG DIAN ZHUAN SU JI!”显示完毕后清屏。接着从左到右依次显示姓名学号！然后显示出示的转速及里程。初始化完毕！（2）AT24C02读写的测试连接AT24C02到电路上，下载程序，调试结果。先向AT24C02中写入数据123456,掉电后读取AT24C02内存的数据，并在里程中显示，得到结果12.3456。调试完成（3）按键功能测试以上部分调试完成后，测试按键功能，按下按键切换显示的状态。可在转速及速度中循环转换显示。若长按按键，转速及里程数据清空。功能实现则调试完成！（4）.系统测试连接电路，下载程序，单片机上电，进行系统测试！初始化完成后，光电对管对检测盘进行检测，引入INT1引脚中，进行信号采集及其处理，显示转速信息，存储里程信息并显示。用按键控制显示方式，切换显示转速及速度。长按清空所有存储数据。系统测试完成！2） 实验结果分析运行程序，LCD上显示转速和里程或速度和里程。调节调速电位计，电机转速发生变化，并在LCD上显示相对应的转速或速度。长按控制按钮，将里程数据清零，使遮光板转动进行检测。由于遮光板有八条反射板，因此每接收八个光脉冲信号，里程将自动加1.57M，并加以显示。没接收两个光脉冲信号，读取之间的时间值为int_tp ms。因此可以计算出相应的速度值和转速值！3 ）元件清单元件型号数量LCD1602JHD162A1个光电对管ST1881个电压比较器LM3111个施密特触发器CD401061个EEPROM AT24C02 1个 电阻180,10K 10个五、程序清单：/ 1602 2*16字符 第一行0x80 第二行0xc0 / 24C02存储 0x00-0x06: 99 99 99 99 cm / 0x2e,0x6b,0x6d,0x06,0x07,0x20,0x3d 0x30-0x36开始是数字0-9 /-头- /申明 #include REG52.H #include INTRINS.H #define uchar unsigned char #define uint unsigned int/轮周长1.57m及各位值 1ms取 1.57*(1/1)*1000*100/8 #define spee 19625#define roun 12500#define mile_h 1 #define mile_m 5 #define mile_l 7unsigned char code display_kecheng=Dan Pian Ji Ke She! ; /单片机课设unsigned char code display_timu =Guang Dian Zhuan Su!;/光电转速计unsigned char code display_xingming=Ma Shu Guang Gao Yang Ma Rui ;/姓名 unsigned char code display_xuehao =0805014134 0805014113 0805014129 ;/学号unsigned char code display_round =*Round= . r/s;/显示速度unsigned char code display_speed =*Spped= . m/s;/显示速度unsigned char code display_mile =* Mile= . km;/显示里程unsigned char code digit=0123456789; /数字代码 /单片机IO连接 #define LCD1602A_IO P0 sbit LCD1602A_RS = P10; sbit LCD1602A_RW = P11; sbit LCD1602A_EN = P12; sbit AT24C02_SDA = P30;sbit AT24C02_SCL = P31; sbit SIGN = P33; sbit KEY = P34;/液晶驱动函数定义 void LCD_RD_BUSY(void); /读忙信号 void LCD_WR_CMD(uchar); /写操作命令 void LCD_WR_DAT(uchar); /写数据 void LCD_WR(uchar,uchar); /输出一个字符 /存储IC驱动函数定义 void AT24C02_START(void); /开启 void AT24C02_STOP(void); /停止 void AT24C02_CK(void); /时钟 void AT24C02_WR_byte(uchar); /写入单字节 uchar AT24C02_RD_byte(void); /读入单字节 uchar AT24C02_RD(uchar); /从24c02的地址address中读取一个字节数据 void AT24C02_WR(uchar,uchar); /向24c02的address地址中写入一字节数据info void AT24C02_WRAMD(void); /向AT24C02写入数据void AT24C02_RDAMD(void); /向AT24C02读出数据/函数定义 void _init(void); /软硬件初始化void LCD_init(void); /显示题目，姓名，学号初始化 void AT24C02_init(void); /里程初始化void T1_INT1_init(void);/定时器初始化void dis_speed(void);/显示速度void dis_round(void);/显示转速void dis_dis(void); /显示里程void key_cont(void);/按键控制显示void _nus(uchar); /us延时 void _nms(uchar); /ms延时 /变量定义 uchar d_var6=0,0,0,0,0,0; /距离的cm值0x00-0x05双数计算uint timej; /时间周期个数 uint timei; /显示周期 uint int_tp; /周期个数传递 uint sj; /s指示计数 存储 uint ml;/里程 末位 0.01m uint sh;/显示转变/-主体- /主函数 void main() _init();while(1) key_cont(); /-END- 六、参考文献 1楼然苗等 51 系列单片机设计实例 北京航空航天出版社2003.3 本书是为希望掌握单片机设计应用技术的电子爱好者而编著的，除简要地介绍51系列单片机的硬件资源及指令外，本书重点列举了13个实际应用设计实例。文中对实例的硬件电路原理、软件设计的思路及功能模块进行了详细的介绍，并给出了完整的源程序及注释，这对单片机初学者迅速理解单片机的设计应用原理具有很好的效果。读者可以参考书中给出的硬件电路及源程序进行实验设计练习，从而逐步掌握具体应用系统的设计方法。 2 唐俊翟等 单片机原理与应用 冶金工业出版社2003.9 本书详细讲解了NCS-51单片机的原理及应用。全书共11章，内容包括单片机概述，硬件结构，指令系统及程序设计，定时器/计数器，中断系统，串行通信，扩展存储器技术，I/O口扩展设计，与键盘、显示器、打印机的接口，与A/D、D/A转换器的接口等，最后还介绍了应用系统设计，并以实例的形式加以说明。 3 刘瑞新等 单片机原理及应用教程 机械工业出版社 2003.7 本书详尽地介绍了MCS51系列