光电式转速表.doc

武汉理工大学华夏学院电子工程课程设计报告书课程名称智能电子小产品课程设计课程设计总评成绩学生专业班级电子信息工程 1071 班指导教师姓名廖传书课程设计起止日期 --- 一、课程设计项目名称光电式转速表二、项目设计目的及技术要求 1. 设计目的:1 .熟悉单片机最小系统及应用; 2 .结合选题要求,完成系统设计和调试,具有功能扩展和创新; 3 .根据设计的电路,画系统总体结构框图,用 protel 工具画硬件电路图,用 DXP 生成 PCB 版图; 4 .用 C 语言完成系统的软件编程; 5. 熟悉并学会使用 keil 编译器,对所编程序进行编译。 2. 技术要求: 1. 运用光电传感器, 将光信号转换成电信号, 设计相应的电路, 输出脉冲波。 2. 用按键控制直流电机,并对 PWM 设置不同的占空比控制直流电机的速度。 3. 运用 51 单片机, 结合用 C 语言编出频率计数的程序, 能够直接计出输出的脉冲波。 4. 通过单片机的串行接口通信,由 LED 数码管显示出频率计数值。三、项目设计方案论证( 可行性方案、最佳方案、软件程序、硬件电路原理图和 PCB 图) 1. 电机模块的选择方案一:采用步进电机步进电机是一种能将电脉冲转化为角位移的器件,通过控制脉冲个数来控制角位移量,通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,其精确度高,但控制相对较繁琐。方案一:采用直流电机直流电机速度快,价格便宜,通过调节电流来改变速度,驱动电路简单,调速范围广,调速特性平滑。缺点是其转距小,带有大负载时很容易堵转,但是课程设计电机的负载不会很大,所以通过 PWM 调控,可以达到课设的要求。综上所述, 决定采用方案二。 :采用大功率三极管,二极管,电阻电容等元件搭建一个 H桥,通过对各路信号放大来驱动电机,原理简单。但由于放大电路很难做到完全一致,当电机的功率较大时运行起来会不稳定,而且电路的制作也比较复杂。方案二:采用 L298N 驱动芯片 L298N 芯片是较常用的电机驱动芯片。该芯片有两个 TTL/CMOS 兼容电平的输入, 具有良好的抗干扰性能; 其输出电压最高可达 50V ,可用单片机的 I/O 口提供信号, 而且一块 L298 芯片可驱动两个减速电机,电路简单、易用、稳定,具有较高的性价比。综上所述,决定采用方案二。 : 使用液晶 是能显示 2行, 每行 16 个字符, 字符包括英文字符及阿拉伯数字。但其不能显示汉字。方案二:使用数码管。利用串行通信方式和串入并出移位寄存器 74LS16 4 扩展输出接口, 接四个七段数码管显示数据。虽然其硬件电路复杂, 且只能显示单纯的数字,但是符合要求,且课设使用单片机扩展板已经给出完整的电路,并且可以直接使用。综上所述,决定采用方案二。 4. 光电传感器模块的选择方案一: 采用反射式光电传感器。反射式光电传感器是红外发射管发出红外光, 接收管根据反射回来的红外光强度的大小来计数。所以被测物的表面必须有黑白相间的部分用于接收和反射红外光。由于是反射式, 必须安装在没有强光直接照射处, 以免影响红外光的接收, 传感器与被测物之间距离要在可测范围之内。方案二: 采用直射式光电传感器。直射式光电传感器是红外发射管发出红外光, 接收管根据接收到红外光的个数来计数, 发射管与接收管之间的距离已经固定。综上所述,采用方案二。系统设计与实现系统总体设计要实现光电式计数,并且能够显示速度大小,控制直流电机的启停和速度。选用 STC89C52RC 单片机, 配合键盘和数码管作为入机接口, 用单片机的 P2口设计 4*4 矩阵键盘电路, 用串行通信方式和串入并出移位寄存器 74LS164 扩展输出接口,接四个七段数码管显示数据。为了驱动直流电机,用 L298N 驱动芯片,设计出驱动电路图, 由驱动芯片的 IN1 口接入单片机的 口,由 输出 PWM 脉冲波控制电机。直射式光电传感器输出电信号,用 LM393 整形出脉冲波输出接入单片机 口进行脉冲计数。系统总体设计框图如下: 系统总体框图硬件设计与实现光电式转速表硬件可分为以下几个部分, 基本系统电路模块、光电转换模块、直流电机模块、数码显示模块、按键控制模块, 其中数码显示模块和按键控制模块由单片机扩展板提供。 1. 基本系统电路模块基本系统使用 STC89C52RC 作为处理器,系统板上包括单片机芯片、串行接口电路、电源接口电路、发光二极管电路、用户程序下载开关、系统复位开关、 INT0 去抖动开关、 T0 去抖动开关、晶振电路。电路图见附录。 ,单片