光电转速计课程设计.doc
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1、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:
2、 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
3、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
4、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
5、. 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
6、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
7、: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
8、,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
9、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
10、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
11、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。
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