課程設計報告

課程名稱： 微機原理課程設計

題 目： 基于51單片機的光電編碼器測速

摘要

光電編碼器是高精度位置控制系統常用的一種位移檢測傳感器。在位置控制系統中，由于電機既可能正轉，也可能反轉，所以要對與其相連的編碼器輸出的脈沖進行計數，要求相應的計數器既能實現加計數，又能實現減計數，即進行可逆計數。其計數的方法有多種，包括純粹的軟件計數和硬件計數。文中分別對這兩種常用的計數方法進行了分析，對其優缺點進行了對比，最后提出了一種新的計數方法，利用80C51單片機內部的計數器實現對光電編碼器輸出脈沖的加減可逆計數，既節省了硬件資源，又能得到較高的計數頻率。本設計就是由單片機STC89C52RC芯片，光電編碼器和1602液晶為核心，輔以必要的電路，構成了一個基于51單片機的光電編碼器測速器。該系統有兩個控制按鍵，分別用于控制每秒的轉速和每分鐘的轉速，并將速度用1602液晶顯示出來。該測速器測速精準，具有實時檢測的功能，操作簡單。

關鍵詞：光電編碼器，51單片機，C語言，1602液晶

目錄

一、設計任務與要求4

1.1 設計任務4

1.2 設計要求4

二、方案總體設計5

2.1 方案一5

2.2 方案二5

2.3 系統采用方案5

三、硬件設計7

3.1 單片機最小系統7

3.2 液晶顯示模塊7

3.3 系統電源8

3.4光電編碼器電路8

3.5 整體電路9

四、軟件設計10

4.1 keil軟件介紹10

4.2 系統程序流程10

五、仿真與實現12

5.1 proteus軟件介紹12

5.2 仿真過程12

5.3 實物制作與調試13

5.4 使用說明14

六、總結15

6.1 設計總結15

6.2 經驗總結15

七、參考文獻16

一、設計任務與要求

1.1 設計任務

要求

二、方案總體設計

設計一個基于51單片機的光電編碼器測測速。設計一個電路來實現光電編碼器測量；利用單片機內部精確到微妙的定時計數器來實現一個周期的時間來統計脈沖數；74LS74作為輔助芯片來完善光電編碼器測轉向的功能；P0和P2口控制1602液晶顯示轉速；利用P1^1和P1^2來實現液晶顯示每秒鐘和每分鐘轉速的功能；利用復位按鍵功能來實現復位操作。調節藍白滑動變阻器來調節液晶亮度。

2.1 方案一

51單片機的定時/計數器工作在模式2時是一個可以自動重裝載的8位定時/計數器。工作時高八位和低八位裝入相同的初值，當低八位裝滿時，高八位的值自動裝入到第八位中，從而可以省去用戶軟件中重裝初值常數的語句，可產生相當精確的定時時間。由于只有八位參與計數，所以其計數周期最大為256微妙。采用初值裝入0x38，每個200微妙進入一次中斷，5000次中斷為100毫秒，即實現周期為1秒的脈沖計數。光電編碼器的A相接在單片機的外部中斷，光電編碼器的B相接在單片機的P1^0。A相發出的脈沖每觸發一次中斷就就計數一個脈沖，并且再對P1^0的高低電平進行檢測，如果為高電平則為反轉，如果是低電平則為正轉。反向器中的兩個作為放大作用。再接兩個三極管作為開關作用，組成一個直流電機的驅動電路。P1^1和P1^2分別控制液晶顯示每分鐘的轉速和每秒鐘的轉速。P2口控制1602液晶的數據口，P0的三個引腳控制1602液晶的數據/命令選擇端、讀/寫選擇端、使能端來顯示速度。

2.2 方案二

51單片機的定時/計數器工作在模式0時是一個16位位定時/計數器。工作時高八位和低八位各裝入初值，當低八位裝滿時，高八位加1。由于是16位參與計數，所以其計數周期最大為65536微妙。采用初值高八位裝入0xfc，初值低八位裝入0x18，每個1000微妙進入一次中斷，1000次中斷為1秒，即形成周期為1秒的脈沖計數。本方案在方案1的基礎上外接一個74LS74的芯片。光電編碼器的A相接在單片機的P3^4的引腳，利用單片機的計數器1進行脈沖計數，同時接在74LS74的時鐘信號接口。光電編碼器的B相接在74LS74的D接口。Q端接在P3^2引腳，Q非端接在P3^3引腳。利用兩個外部中斷來判斷正反轉。P1^1和P1^2分別控制液晶顯示每分鐘的轉速和每秒鐘的轉速。P2口控制1602液晶的數據口，P0的三個引腳控制1602液晶的數據/命令選擇端、讀/寫選擇端、使能端來顯示速度。

2.3 系統采用方案

1)總體設計圖1 系統總體框架

2)總體工作原理

三、硬件設計

3.1 單片機最小系統

單片機要正常工作，首先要產生片內時鐘信號。在單片機內部的振蕩器的輸入端XTAL1和輸出端XTAL2之間接一個石英晶振就可以夠成一個自激振蕩器。再在兩端之間串聯接個電容并且在兩個電容之間接地以便于穩定頻率還對振蕩頻率有微調作用

總結

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