基于cvi可視界面的直流電機測控系統(tǒng)的設計畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計（論 文）</p><p>　　題 目： 基于CVI可視界面的直流電機 </p><p>　　測控系統(tǒng)的設計 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要III</b></p><

2、;p>　　AbstractIV</p><p>　　第一章 設計的總體思想5</p><p>　　第二章 直流電動機2</p><p>　　2.1 直流電機的概述2</p><p>　　第三章 Labwindows/CVI的簡介5</p><p>　　3.1 虛擬儀器的簡介5</p&g

3、t;<p>　　3.2 虛擬儀器的結構5</p><p>　　3.3 Labwindows/CVI 編程語言7</p><p>　　第四章 硬件設計8</p><p>　　4.1 硬件的簡介8</p><p>　　4.2 設計原理圖各部分的說明11</p><p>　　4.2.1 直流電動機正

4、轉、反轉以及停轉11</p><p>　　4.2.2 直流電動機轉速檢測方法11</p><p>　　4.2.3 直流電動機的控制方法13</p><p>　　4.3 RS-232通信電路14</p><p>　　4.3.1 串行通信與并行通信14</p><p>　　4.3.2 異步串行通信的數(shù)據(jù)傳送格

5、式15</p><p>　　4.3.3 RS-232接口電路圖及其功能說明16</p><p>　　第五章 直流電動機的調速與檢測的軟件的設計19</p><p>　　5.1 直流電動機的PWM程序設計19</p><p>　　5.2 直流電動機的檢測子程序21</p><p>　　5.3 串口通信的程序

6、22</p><p>　　第六章　上位機的軟件設計25</p><p>　　6.1 CVI界面的設計25</p><p>　　6.2 串口參數(shù)選擇25</p><p>　　6.4 電機的控制29</p><p>　　6.5調試好的CVI 界面31</p><p><b>

7、;　　結論32</b></p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p><b>　　致謝35</b></p><p><b>　　附錄36</b></p><p>　　附錄一 直流電動機控制的總體原理圖36</p><

8、;p>　　附錄二 直流電動機控制的程序36</p><p>　　附錄二：CVI上位機的軟件設計40</p><p>　　基于CVI可視界面的直流電機測控系統(tǒng)的設計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　直流電動機由于具有良好的起動、制動性能，適宜在大范圍內平滑調速等特點，在許多需要調速

9、或快速正反向的電力拖動系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。本設計應用單片機（AT89S52）來實現(xiàn)直流電機的雙向控制、轉速的檢測和顯示、波形的整形和利用RS232與計算機進行通信的過程，其中利用Labwindows/CVI編寫上位機用戶界面軟件來實時的獲取直流電機的轉速。設計中用protel99SE完成電路原理圖的繪制，實現(xiàn)了系統(tǒng)硬件模塊的搭建，利用Proteus對原理圖進行仿真，最后利用專業(yè)編程語言和keilc軟件對設計的電路進行編程。</

10、p><p>　　關鍵詞：單片機 Labwindows/CVI RS232串口通信 protel99SE keilc </p><p>　　CVI-based visual interface of the DC Motor Control System</p><p><b>　　Abstract</b></p><p&

11、gt;　　DC motor as a good start, braking performance, suitable for a large range of speed and so smooth in many needed fast forward and reverse speed or power drive system has been widely used. The design application MCU (

12、AT89S52) to achieve bi-directional DC motor control, speed detection and display, waveform shaping and the use RS232 to communicate with the computer process, including use of Labwindows / CVI preparation of PC user inte

13、rface software for real-time DC motor speed. Design using protel9</p><p>　　Keywords：SCM Labwindows/CVI RS232 serial communication protel99SE keilc </p><p>　　第一章 設計的總體思想</p>&l

14、t;p>　　本設計要完成的任務是利用單片機來控制直流電動機, 并設計其硬件電路，包括直流電機雙向控制電路，轉速檢測電路，波形整形電路、轉速顯示電路、RS232通信電路。其中單片機負責底層的對電機的PWM控制，分為正轉和反轉，轉速分為低速、中速、高速。單片機還負責獲取光電傳感器檢測到的轉盤轉速(即電機的轉速)，并用整形電路對波形整形。同時還利用單片機的串口與計算機通信，在LabWindows/CVI中編寫上位機用戶界面軟件，向單片機

15、發(fā)送改變轉速的命令，按照正轉和反轉及轉速(低、中、高)，來實時控制電機，并采集其電機轉速數(shù)據(jù)。采用巴特沃斯濾波器進行濾波，實時顯示電機轉速波形，并將采集到的數(shù)據(jù)保存在.txt文件中。設計結構圖如圖1所示：</p><p><b>　　圖1 設計的結構圖</b></p><p>　　第二章 直流電動機</p><p>　　2.1 直流電機的概

16、述</p><p>　　在現(xiàn)實生活中，直流電動機較為常見，因為大部分的電動玩具中使用的都是直流電動機，這一類直流電動機體積小、功率低、轉速高，在一些比較小的場合十分適用，但它的特性與大型直流電動機十分相似。從控制的角度來看，直流調速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎。由運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復雜，</p><p>

17、;　　功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調試困難，阻礙了直流電動機控制技術的發(fā)展和應用范圍的推廣。隨著單片機技術的日新月異。使許多控制功能及算法可以采用軟件技術來完成，不但為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，而且使系統(tǒng)能達到了更高的性能，從而大大節(jié)約了人力資源，降低了系統(tǒng)成本，有效地提高了工作效率。</p><p>　　1、直流電動機的工作原理</p><p>　　直流電動機由轉子部分和定子

18、部分組成。</p><p>　　轉子部分由電樞和換向器組成。電樞由漆包線纏繞在特殊形狀的鐵氧體上構成，換向器是電樞繞組的線圈引出端，通常情況下，直流電動機 有3個繞組，那么換向器就有3個，由于換向器的存在，使得電樞繞組內的電流在不同的磁極下電流的方向不同，從而保證直流電動機的轉子能夠向一個方向旋轉。</p><p>　　定子部分由勵磁和電刷（碳刷）組成。在直流電機中勵磁部分大都是由永久磁鐵

19、構成，電刷一般由銅片構成，與換向器進行滑動接觸，用于將外部加載的直流電壓傳送到電樞繞組中。</p><p>　　（1）、直流電動機的電磁轉矩</p><p>　　直流電動機的工作原理圖如圖2所示：</p><p>　　圖2 直流電動機的原理圖</p><p>　　F為導體受到的電磁力，該值大小為：F=Bli，式中，B為導體所在處的磁通密度；

20、l為導體在磁場中的長度;i為導體中流過的電流。由于電磁力的存在，使得沿著電樞的外圓切線方向產生電磁轉矩。直流電動機產生的電磁轉矩作為驅動轉矩使直流電動機旋轉。</p><p>　　當直流電動機帶著負載勻速旋轉時，其輸出轉矩必定與負載轉矩相等，但直流電動機的輸出轉矩不是電磁轉矩。因為直流電動機本身的機械摩擦（例如軸承的摩擦、電刷和換向器的摩擦等）和電樞鐵芯中的渦流、磁滯損耗都要引起阻轉矩，此轉矩用T0表示。這樣，直

21、流電動機的輸出轉矩T2便等于電磁轉矩T減去直流電動機本身的阻轉矩T0。所以，當直流電動機克服負載阻轉矩TL勻速旋轉時，則有:</p><p>　　T2=T-T0=TL</p><p>　　表明，當直流電動機穩(wěn)態(tài)運行時，其輸出轉矩的大小由負載阻轉矩決定。</p><p>　　實際上，直流電動機經(jīng)常運行在轉速變化的情況下，例如啟動、停轉或反轉等，以此必須考慮轉速轉速改變

22、時的轉矩平衡關系。</p><p>　　當直流電動機的轉速改變時，由于電動機及負載具有轉動慣量，將產生慣性轉矩Tj，即：</p><p><b>　　Tj=Jdω/dt</b></p><p>　　式中，J為負載和電動機轉動部分的轉動慣量，即折算到電動機軸上的轉動慣量；ω 為電動機的角速度；dω/dt為電動機的角加速度。這時電動機軸上的轉矩平衡

23、方程式為：</p><p>　　T2-TL=Tj=Jdω/dt（1）</p><p>　　或： T2=TL+Tj=TL+Jdω/dt（2）</p><p>　　式2表明當輸出轉矩T2大于負載轉矩TL時，dω/dt>0，說明電動機在加速；當輸出轉矩T2小于負載轉矩TL時，dω/dt<0,說明電動機在減速?？梢姶耸奖硎巨D速變化時電

24、動機軸上的轉矩平衡關系，所以稱為電動機的動態(tài)轉矩平衡方程式。</p><p><b>　　電動機的特性</b></p><p>　　當直流電動機的轉速N=0時，此時電動機上的電流最大，電流值的大小可以根據(jù)式Ist=Ua/Ra進行計算（Ist時直流電動機的啟動電流）。出現(xiàn)N=0的情況有兩種：一種是直流電動機在啟動的瞬間；另一種情況是電動機堵轉，即當電動機運行時，如果外加

25、阻轉矩過大，造成直流電動機停轉的現(xiàn)象。這兩種情況的出現(xiàn)對于直流電動機來說都是比較致命的。</p><p>　　所以在保證直流電動機能夠正常啟動的同時最好能降低啟動電流，在直流電動機運行過程中為了防止電動機出現(xiàn)堵轉現(xiàn)象，如果有條件的話可以在電動機軸上</p><p>　　加裝飛輪裝置，或者在選擇電動機時，考慮好需要帶動負載的大小，一般的，最好讓直流電動機帶動全部負載時的功率的60%-80%，

26、這樣既保護了直流電動機，同時效率也比較高。</p><p>　　第三章 Labwindows/CVI的簡介</p><p>　　3.1 虛擬儀器的簡介</p><p>　　虛擬儀器是計算機技術、儀器技術和通信技術相結合的產物。虛擬儀器的目的是利用計算機強大資源使硬件技術軟件化，分立元件模塊化，降低程序開發(fā)的復雜程度，增強系統(tǒng)的功能和靈活性。</p>

27、<p>　　虛擬儀器基于計算機的軟硬件測試平臺，它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等；可集成自動控制、工業(yè)控制系統(tǒng)；可自由構建專有儀器系統(tǒng)。它由計算機、應用軟件和儀器硬件組成。虛擬儀器系統(tǒng)是將儀器硬件搭載到計算機平臺，并輔以相應軟件而構成的。</p><p>　　虛擬儀器通過軟件將計算機硬件資源與儀器硬件有機地融合為一體，從而把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測

28、量、控制能力結合在一起，大大降低了儀器硬件的成本，并通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理功能。從發(fā)展史看，電子測量儀器經(jīng)歷了由模擬儀器、智能儀器到虛擬儀器三個階段。如果在計算機中插入數(shù)據(jù)采集卡，利用計算機高速計算能力完成儀器信號的分析與處理、結果的輸出，就可以把傳統(tǒng)儀器的所有功能模塊集成在一臺計算機上，軟件稱為儀器系統(tǒng)的關鍵。</p><p>　　虛擬儀器技術的優(yōu)勢在于可由用戶自己定義通用儀器系統(tǒng)，且功能靈

29、活，很容易構建，所以應用面極為廣泛，尤其在科研、開發(fā)、測量、檢測、計量、控制等領域，更是不可多得優(yōu)秀開發(fā)工具。虛擬儀器技術先進，符合國際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢。它功能強大，可實現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀信號發(fā)生器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件，還可以檢測特定系統(tǒng)的參數(shù)；它操作靈活，完全圖形化界面；它集成方便，不但可以和高速數(shù)據(jù)采集設備構成自動測量系統(tǒng)，而且可以和控制設備構成自動控制系統(tǒng)。</p>&

30、lt;p>　　3.2 虛擬儀器的結構</p><p>　　一個典型的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)由傳感器、信號調理電路、數(shù)據(jù)采集卡（板）、計算機、控制執(zhí)行設備五部分組成。一個好的數(shù)據(jù)采集產品不僅應具備良好性能和高可靠性，還應提供高性能的驅動程序和簡單易用的高層語言接口，使用戶能較快速地建立可靠的應用系統(tǒng)。近年來，由于多層電路板、可編程儀器放大器、即插即用、系統(tǒng)定時控制器、多數(shù)據(jù)采集板實時系統(tǒng)集成總線、高速數(shù)據(jù)采集的雙

31、緩沖區(qū)以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳送的中斷、DMA（直接存儲器存?。┑燃夹g的應用，使得最新的數(shù)據(jù)采集卡能保證儀器級的高準確度與可靠性。</p><p>　　軟件是虛擬儀器測控方案的關鍵。虛擬儀器的軟件系統(tǒng)主要分為四層結構：</p><p>　　系統(tǒng)管理層、測控程序層、儀器驅動層和I/O接口層。</p><p>　　I/O接口驅動程序完成特定外部硬件設備的擴展、驅動和通信。驅動

32、軟件有如下的基本功能。</p><p>　?、?以特定的采樣頻率獲取數(shù)據(jù)。</p><p>　?、?在處理器運算的同時提取數(shù)據(jù)。</p><p>　?、?使用編程的I/O、中斷和DMA傳送數(shù)據(jù)。</p><p>　?、?在磁盤上存取數(shù)據(jù)流。</p><p>　?、?同時執(zhí)行幾種功能。</p><p&

33、gt;　?、?集成一個以上的DAQ卡。</p><p>　?、?同信號調理器結合在一起。</p><p>　　虛擬儀器硬件系統(tǒng)包括GPIB(IEE488.2)、VXI、插入式數(shù)據(jù)/圖像采集板、串行通信與網(wǎng)絡等幾類I/O接口。虛擬儀器測試系統(tǒng)構成方案如圖3所示：</p><p>　　圖3 虛擬儀器測試系統(tǒng)構成方案</p><p>　　3.3 L

34、abwindows/CVI 編程語言</p><p>　　Labwindows/CVI是一個完全的ANSI C開發(fā)環(huán)境，用于儀器控制、自動檢測、數(shù)據(jù)處理的應用軟件。它以ANSI C為核心，將功能強大、使用靈活的C 語言平臺與用于數(shù)據(jù)采集、分析和顯示的測控專業(yè)工具有機結合起來。它的交互式開發(fā)平臺、交互式編程方法、豐富的功能面板和函數(shù)庫大大增強了C語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)人員建立自動化檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過

35、程控制系統(tǒng)等提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　Labwindows/CVI的一般特性：</p><p>　　提供了標準函數(shù)庫和交互式函數(shù)面板。</p><p>　　利用便捷的用戶界面編輯器，代碼創(chuàng)建向導及函數(shù)庫，實現(xiàn)可視化用戶界面的建立、顯示和控制。</p><p>　　利用向導和函數(shù)庫開發(fā)IVI驅動程序和控制ActiveX

36、服務器。</p><p>　　提供了部分特定儀器的驅動。</p><p>　　可創(chuàng)建和編輯NI-DAQmx任務。</p><p><b>　　第四章 硬件設計</b></p><p><b>　　4.1 硬件的簡介</b></p><p>　　本設計的控制核心是單片機AT89

37、S52。其內部結構如圖4所示：</p><p>　　圖4 單片機的內部結構</p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能COMS 8位微控制器，具有8KB系統(tǒng)內可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash存儲器允許程序存儲器ISP可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和可ISP編

38、程的Flash存儲器，使得AT89S52為眾多嵌入式應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　AT89S52具有以下標準功能：8KBFlash存儲器，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級終端結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持兩種軟件可選擇節(jié)點模式?？臻e模式下，CPU停止工作

39、，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作；掉電保護模式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。</p><p>　　圖5 單片機的引腳圖</p><p><b>　　管腳說明：</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><

40、;p><b>　　GND: 接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時,P0 口作為原碼輸入口,當FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高。</p><p

41、>　　P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當P2口被寫“1”時,其管腳被

42、內部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時,它利用內部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶

43、內部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后,它們被內部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示：</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）。</p><p>　　P3.1 TXD（串

44、行輸出口）。</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）。</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）。</p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入）。</p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入）。</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）。</p

45、><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）。</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復位輸入。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。</p><p>　　ALE/PROG：地址鎖存允許

46、信號端。當89C51上電正常工作后，ALE引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率位振蕩器頻率fosc的1/6.當CPU訪問片外存儲器時，ALE輸出信號作為鎖存低8位地址的控制信號。平時不訪問片外存儲器時，ALE端也以振蕩頻率的1/6固定輸出正脈沖，因而ALE信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MO

47、VC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。ALE端的負載驅動能力為8個LS型TTL（低功耗甚高速TTL）負載。此引腳的第二功能/PROG在對片內帶有4KBFLASH ROM的89C51編程寫入（固化程序）時，作為編程脈沖輸入端。</p><p>　　/PSEN：程序存儲允許輸出信號端。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)

48、據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當/EA引腳接高電平時，CPU只訪問片內FLASH ROM并執(zhí)行內部程序存儲器中的指令；但當PC（程序計數(shù)器）的值超過0FFFH（4KB）時，將自動轉去執(zhí)行片外程序存儲</p><p>　　器內的程序。當輸入信號/EA引腳接低電平時，CPU只訪問片外FLA

49、SH ROM并執(zhí)行內部程序存儲器中的指令；而不管是否有內部程序存儲器。需要注意的是，如果保密位LB1被編程，則復位時在內部會鎖存/EA端的狀態(tài)。</p><p>　　當/EA端保持高電平時，CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的程序。在FLASH ROM編程期間，此引腳也用于施加12V編程允許電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：接外部晶體和微調電容的一端。在片內，它是振蕩電路反相放大

50、器的輸入端。在采用外部時鐘時，則該引腳輸入外部時鐘脈沖。</p><p>　　XTAL2：接外部晶體和微調電容的另一端。它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路額頻率就是晶體的固有頻率。若需采用外部時鐘電路，則該引腳懸空。</p><p>　　4.2 設計原理圖各部分的說明</p><p>　　4.2.1 直流電動機正轉、反轉以及停轉</p><

51、p>　　本設計采用晶體三極管來控制直流電動機的正、反轉以及停轉，原理圖如圖6所示：</p><p>　　圖6 直流電動機正轉、反轉以及停轉的原理圖</p><p>　　當PWM1為高電平,PWM2為低電平時，三極管Q2、Q3、Q6均導通，使得直流電動機正轉，同理，當PWM1為低電平,PWM2為高電平時，直流電動機反轉。</p><p>　　當PWM1和PWM2

52、同時為低電平時，三極管Q1、Q2均能工作，電路中的其他部分均不工作，直流電動機停轉。當PWM1和PWM2同時為高電平時，三極管Q1、Q2均不能工作，直流電機也停轉。該電路板可以直接通過引線或插針的形式與單片機相連。</p><p>　　4.2.2 直流電動機轉速檢測方法</p><p>　　在應用直流電動機作為執(zhí)行部件時，如果要很好地控制直流電動機，首先要知道直流電動機的轉速。對于轉速的

53、檢測，方法有很多，常用到的傳感器有：霍爾傳感器、光電傳感器、旋轉編碼器等。其中霍爾傳感器是應用磁感應的方式進行檢測，由于其安裝結構的限制，這種傳感器檢測的精度很低，所以常常用在高轉速并且對精度要求不高的場合；旋轉編碼器的檢測精度非常高，通常旋轉一圈可輸出幾百至幾千個脈沖，適用于轉速較低的場合，但是這種傳感器價格較比其他傳感器高很多，一般情況下不予采用；光電傳感器的檢測精度介于前兩種傳感器之間，安裝簡單、價格較低，所以是設計中的首選。&l

54、t;/p><p>　　光電傳感器有時又陳為光電開光，具有體積小、功能多、壽命長、精度高、響應速度快、檢測距離遠，以及抗電磁干擾能力強等優(yōu)點，同時由于光電傳感器屬于非接觸式檢測器件，對檢測對象不會造成損傷，所以被應用到很多領域中。</p><p>　　透射式光電傳感器是將砷化鎵紅外發(fā)光管和硅光敏三極管等，以相對的方向裝在中間帶槽的支架上。當槽內無物體時，砷化鎵發(fā)光管發(fā)出的光直接照在硅光敏三極管的

55、窗口上，從而產生一定大的電流輸出，當有物體經(jīng)過槽內時則擋住光線，光敏管無輸出，以此可識別物體的有無。適用于光電控制、光電計量等電路中，可檢測物體的有無、運動方向、轉速等方面。</p><p>　　利用透射式光電傳感器檢測的電路圖如圖7所示：</p><p>　　圖7 透射式光電傳感器檢測速度的電路圖</p><p>　　可是當直流電動機高速旋轉，并且光電碼盤上的條

56、紋或孔較多時，在示波器上看到的波形對單片機來說，識別起來十分困難。為了能夠讓單片機準確識別光電傳感器輸出的信號，可以在傳感器的輸出端連接一個具有施密特觸發(fā)特性的器件或是連接一個比較器。其原理圖如圖8所示：</p><p>　　圖8 應用74LS14為輸出波形整形的電路圖</p><p>　　4.2.3 直流電動機的控制方法</p><p>　　直流電動機在使用時需

57、要在電動機的兩個接線端上加載電壓，電壓的高低直接影響電動機的轉速，這取決于兩者之間的關系：</p><p>　　n=(U-IR)/CeΦ</p><p>　　上式中,U為加載在電動機兩端的直流電壓，I為直流電動機的工作電流，R為直流電動機線圈的等效內阻，Ce=PN/(60a)，其中，P為電極的極對數(shù)，N為電樞繞組總導體數(shù)，a為支路對數(shù)，通常表示為2a，即電刷間的并聯(lián)支路數(shù)，這個參數(shù)與電動機

58、繞組的具體結構有關，所以Ce是一個常數(shù)由電動機本身的結構參數(shù)有關，φ為每極總磁通。由于我們買到的直流電動機，其機械結構已經(jīng)固定，勵磁部分為永久磁鐵，所以式中的R、Ce和φ已經(jīng)固定，只能改變加載在直流電動機兩端的直流電壓。</p><p>　　所以，常見的直流電動機轉速控制方法是調節(jié)直流電壓。</p><p>　　電壓調節(jié)的兩種方法：D/A轉換器輸出法和PWM輸出法。由于D/A轉換器大多是電

59、流輸出型，需要外接運算放大器才能轉換成電壓，另外由于運算放大器輸出的電流有限，如果直接連接到直流電動機將會造成直流電動機的轉矩過小和運算放大器過熱的現(xiàn)象，所以建議采用PWM輸出方法。</p><p>　　該方法可以利用單片機的一個I/O引腳作為PWM的輸出端，輸出信號控制大功率晶體管的開啟和關閉，以控制電動機的運轉和停止，當PWM的頻率足夠高時，由于電動機的繞組是感性負載，具有儲能的作用，對PWM輸出的高低電平起

60、到了</p><p>　　平波的作用，在電動機的兩端可以近似得到直流電壓值，PWM的占空比越高，電動機獲得的直流電壓越高，反之，PWM的占空比越低，電動機獲得的直流電壓越低。</p><p>　　PWM的周期對于控制直流電動機的轉速和轉動特性有十分重要的作用。當PWM的周期較長，占空比較小時，在一個周期內加載在直流電動機兩端電壓的時間為100ms，而電動機失去電壓的時間為900ms，在這段

61、時間內，電動機線圈繞組內的電流已經(jīng)釋放完畢（當電動機轉速較低時，線圈繞組的性質顯現(xiàn)為阻性，感性較少），電動機在內部繞組的轉動慣量下將繼續(xù)向前轉動，如果負載的轉矩較大，那么此時電動機的轉速跌落很快，甚至出現(xiàn)停轉的現(xiàn)象，只有下一個PWM周期到來時，電動機才能重新轉動起來，如此循環(huán)。當PWM的周期較短、占空比仍然為10%時，在一個周期內直流電動機獲得電壓的時間為0.1ms，而失去電壓的時間為0.9ms，在這段時間內，直流電動機線圈繞組內的電流

62、并不會釋放完畢（主要取決于繞組感性的大?。?，直流電動機繼續(xù)轉動，當下一個PWM周期到來時，直流電動機重新獲得電壓，如此循環(huán)，直流電動機不再有停轉的現(xiàn)象。</p><p>　　4.3 RS-232通信電路</p><p>　　4.3.1 串行通信與并行通信</p><p>　　在微型計算機系統(tǒng)中，MCU與外圍電路通信的基本方式有兩種，如圖9所示：</p>

63、<p>　　并行通信——數(shù)據(jù)的各位同時傳送</p><p>　　串行通信——數(shù)據(jù)一位一位順序傳送</p><p>　　圖9 MCU與外圍電路通信的方式</p><p>　　外部RAM擴展電路、基本“I/O”擴展電路、實時時鐘電路、鍵盤電路、LCD接口電路都是采用并行通信方式，從圖上可以看出，在并行通信中，數(shù)據(jù)有多少位就需要多少條傳送線。而串行通信只需要

64、一對傳送線，故串行通信能節(jié)省傳送線，特別是當數(shù)據(jù)位數(shù)很多和傳送距離較遠時，這一優(yōu)點更加突出。A/D采樣電路就是串行通信的一個應用，當然串行通信還包括許多其他的通信形式，比如RS-232、CAN總線等。串行通信的主要缺點是數(shù)據(jù)的傳送速率比并行</p><p><b>　　通信要慢。</b></p><p>　　4.3.2 異步串行通信的數(shù)據(jù)傳送格式</p>

65、<p>　　串行通信是將構成字符的每個二進制數(shù)據(jù)位依據(jù)一定的順序逐位傳送。按照數(shù)據(jù)傳送格式可以分為異步串行通信和同步串行通信。同步串行通信應用在傳輸速度要求較高的場合，通信開始時需要同步信息，對收發(fā)兩端時間要求嚴格，這些條件局限了同步串行通信的應用。</p><p>　　異步串行通信規(guī)定了字符數(shù)據(jù)的傳送格式，即每個數(shù)據(jù)以相同的幀格式傳送。如下圖所示。每一幀由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位構成，字

66、符數(shù)據(jù)一個接一個的傳送，在發(fā)送間隙，通信線路上總是處于邏輯“1”狀態(tài)。</p><p>　　空閑位和起始位：當通信線上沒有數(shù)據(jù)傳送時就處于空閑狀態(tài)，通信線上保持邏輯電平“1”，即相當于發(fā)送端不斷發(fā)送空閑位“1”，當發(fā)送端要發(fā)送一個字符數(shù)據(jù)時，首先發(fā)出一個邏輯“0”信號，這個低電平就是起始位，接收端檢測到這個邏輯低電平后，就開始準備接收數(shù)據(jù)位信號，所以起始位就表示字符傳送開始，起始位只有1位。</p>

67、<p>　　數(shù)據(jù)位：緊跟在起始位后面的就是數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位長度可以是5、6、7或8位數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳送過程中，數(shù)據(jù)從最小有效位開始傳送。</p><p>　　奇偶校驗位：數(shù)據(jù)位發(fā)送完后，可以選擇是否發(fā)送奇偶校驗位，奇偶校驗用于差錯檢測，有奇校驗和偶校驗兩種方式。奇校驗是指在所有數(shù)據(jù)位和校驗位中，“1”的個數(shù)為奇數(shù)；偶校驗是指在所有數(shù)據(jù)位和校驗位中，“1”的個數(shù)為偶數(shù)。奇偶校驗的方法是：如果采用奇校驗，則對

68、所有數(shù)據(jù)位取異或后求反便是校驗位的數(shù)值；如果采用歐校驗，則對所有數(shù)據(jù)位取異或即是校驗位的數(shù)值。</p><p>　　停止位：在奇偶校驗位或數(shù)據(jù)位之后發(fā)送的是停止位，可以是1位、1位半或2位，表示一個字符的結束。</p><p>　　波特率：通信線路上的字符數(shù)據(jù)是按位傳送的，每一位寬度（位信號持續(xù)</p><p>　　時間）由數(shù)據(jù)傳送速率確定，傳送速率越快，每一位的寬

69、度越短。把數(shù)據(jù)傳送速率稱為波特率，其定義是：單位時間內傳送的信息量，以每秒傳送的位（bit）表示，單位為波特。</p><p>　　1波特=1位/秒=1bit/s=1bps</p><p>　　在異步串行通信中，發(fā)送端和接收端保持相同的傳送波特率，相同的起始位、奇偶位和停止位，這樣收發(fā)兩端才能成功地傳送數(shù)據(jù)。</p><p>　　4.3.3 RS-232接口電路圖及

70、其功能說明</p><p>　　單片機上有UART（通用異步接收/發(fā)送）用于串行通信，發(fā)送時數(shù)據(jù)由TXD端送出，接收時數(shù)據(jù)由RXD端輸入，片內有兩個緩沖器，一個作為發(fā)送緩沖器，另一個作為接收緩沖器。UART是可編程的全雙工串行口，這里的串行口只提供TTL電平，可以使用驅動芯片如“MAX232”把TTL電平變成RS-232標準接口電平，從而和通用微機通信。</p><p>　　串行通信的RS

71、-232接口電路，包括擴展串行通信的異步收發(fā)器以及RS-232電平轉換電路。</p><p>　　(1)、MAX232片介紹</p><p>　　MAX232是一種把電腦的串行口RS232信號電平（-10 ，+10v）轉換為單片機所用到的TTL信號點平（0 ，+5）的芯片, MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標準串口設計的接口電路,使用+5v單電源供電。內部結構基本可分三個

72、部分：</p><p>　　第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成。功能是產生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。</p><p>　　第二部分是數(shù)據(jù)轉換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。</p><p>　　其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（

73、T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道?！　?腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。</p><p>　　TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。</p><p>　　第

74、三部分是供電。15腳DNG、16腳VCC（+5v）。</p><p>　　其內部結構如圖10所示：</p><p>　　圖10 MAX232的內部結構</p><p>　　MAX232的元件封裝圖如圖11所示：</p><p>　　圖11 MAX232芯片的封裝圖</p><p><b>　　主要特點 ：&l

75、t;/b></p><p>　　1、單5V電源工作。</p><p>　　2、 LinBiCMOSTM工藝技術。</p><p>　　3、 兩個驅動器及兩個接收器。</p><p>　　4、 ±30V輸入電平。</p><p>　　5、低電源電流：典型值是8mA。</p><p>

76、;　　6、符合甚至優(yōu)于ANSI標準 EIA/TIA-232-E及ITU推薦標準V.28。</p><p>　　7、ESD保護大于MIL-STD-883（方 法3015）標準的2000V。</p><p>　?。?）、RS-232(DB9)的引腳定義：</p><p>　　DCD :載波檢測。主要用于Modem通知計算機其處于在線狀態(tài)，即Modem檢測到撥號音，處于在

77、線狀態(tài)。</p><p>　　RXD:此引腳用于接收外部設備送來的數(shù)據(jù)；在你使用Modem時，你會發(fā)現(xiàn)RXD指示燈在閃爍，說明RXD引腳上有數(shù)據(jù)進入。</p><p>　　TXD:此引腳將計算機的數(shù)據(jù)發(fā)送給外部設備；在你使用Modem時，你會發(fā)現(xiàn)TXD指示燈在閃爍，說明計算機正在通過TXD引腳發(fā)送數(shù)據(jù)。</p><p>　　DTR:數(shù)據(jù)終端就緒；當此引腳高電平時，通

78、知Modem可以進行數(shù)據(jù)傳輸，計算機已經(jīng)準備好。</p><p>　　GND:信號地；此位不做過多解釋。</p><p>　　DSR:數(shù)據(jù)設備就緒；此引腳高電平時，通知計算機Modem已經(jīng)準備好，可以進行數(shù)據(jù)通訊了。</p><p>　　RTS:請求發(fā)送；此腳由計算機來控制，用以通知Modem馬上傳送數(shù)據(jù)至計算機；否則，Modem將收到的數(shù)據(jù)暫時放入緩沖區(qū)中。<

79、;/p><p>　　CTS: 清除發(fā)送；此腳由Modem控制，用以通知計算機將欲傳的數(shù)據(jù)送至Modem。</p><p>　　RI : Modem通知計算機有呼叫進來，是否接聽呼叫由計算機決定。</p><p>　　RS-232接口原理圖如圖12所示：</p><p>　　圖12 RS-232接口原理圖</p><p>　

80、　第五章 直流電動機的調速與檢測的軟件的設計</p><p>　　本設計采用單片機對直流電動機進行控制，根據(jù)設計的直流電動機的測速系統(tǒng)的硬件電路的要求，通過對系統(tǒng)功能的總結將系統(tǒng)軟件程序劃分為：直流電動機控制的主程序、直流電動機轉速檢測子程序、直流電動機的三種速度的控制的子程序、轉速顯示的子程序和串口通信的子程序。</p><p>　　5.1 直流電動機的PWM程序設計</p>

81、;<p>　　直流電機驅動使用最廣泛的就是H型全橋式電路，這種驅動電路方便地實現(xiàn)直流電機的三象限運行，分別對應正轉、反轉和停轉。</p><p>　　單片機PWM 脈沖信號的產生從程序設計上來講，可以采用軟件延時和計時器延時兩種方法。軟件延時雖然理論上實現(xiàn)起來較容易，但占用系統(tǒng)資源過多，使用并不方便。本設計應用的是軟件延時的方式輸出PWM，該PWM 調速器采用定時器2中斷方式產生PWM脈沖，PWM

82、控制子程序也就是定時器2的中斷服務程序。其程序流程圖如圖13所示。</p><p>　　圖13 PWM控制的框圖</p><p><b>　　其程序片段為：</b></p><p>　　#ifndef __MOTOR_PWM__</p><p>　　#define __MOTOR_PWM__</p><

83、;p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　sbit PWM1 = P1^0;</p><p>　　sbit PWM2 = P1^1;</p><p>　　void Init_Timer2(void)</p>

84、<p><b>　　{</b></p><p>　　RCAP2H = 0xfc;//@12M 1ms 16bit 自動重載</p><p>　　RCAP2L = 0x66;</p><p><b>　　ET2=1;</b></p><p><b>　　EA=1;</b>

85、;</p><p><b>　　TR2=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Init_Timer0(); //timer

86、0用來定時采樣電機的速度 </p><p>　　Initial_Uart();//timer1用做串口通信 波特率設置9600,11.0592MHz</p><p>　　Init_Timer2(); //timer2產生PWM</p><p>　　Init_INT0(); //int0用來計數(shù)電機轉速測量脈沖數(shù),下降沿觸發(fā) </p><p&

87、gt;　　InitLcd(); </p><p><b>　　EX0=1;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　PWM1=0;</b></p>

88、<p><b>　　PWM2=0;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　ShowString(0,Line0); ;</p><p><b>　　}</b>&l

89、t;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Int0_ISR(void) interrupt 0</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PulseCounter++; //因為電機轉速慢,這里不考慮PulseCounter溢出問題 </p&g

90、t;<p><b>　　}</b></p><p>　　void Timer2_ISR(void) interrupt 5 using 1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TF2=0; //T2中斷標志位清0</p><p>　　if(Forward_

91、Rotation_Flag == 1) //正向轉動 </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　PWM2=0;</b></p><p>　　Timer2Count++; //計數(shù) </p><p>　　if( Timer2Count == PW

92、M1_ON) PWM1 = 0; // </p><p>　　if( Timer2Count == PERIOD)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(PWM1_ON != 0) PWM1 = 1; //如果占空比D=0 保持原來狀態(tài) </p><p>　　Timer2Cou

93、nt=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(Reverse_Rotation_Flag == 1) //反向轉動 </p><p><b>　　{</b></p><

94、p><b>　　PWM1=0;</b></p><p>　　Timer2Count++; //計數(shù) </p><p>　　if ( Timer2Count == PWM2_ON) PWM2 = 0; // </p><p>　　if( Timer2Count == PERIOD)</p><p

95、><b>　　{</b></p><p>　　if(PWM2_ON != 0) PWM2 = 1; //如果占空比D=0 保持原來狀態(tài) </p><p>　　Timer2Count=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}<

96、/b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　5.2 直流電動機的檢測子程序</p><p>　　直流電動機轉速的測量有兩種方法：定時法和間隔法。定時法是在一定的時間間隔內檢測脈沖的數(shù)量（即通過對發(fā)射式光電傳感器的光電碼盤上的孔的數(shù)量進行測量），通過計算得出在單位時間內直流電動機轉過的圈數(shù)，即可得到轉速；間隔法是檢測

97、光電碼盤上孔與孔之間的間隔時間，通過這個時間可以計算出直流電動機旋轉一周需要的時間，進而得到轉速。本設計采用的是定時法。</p><p>　　當直流電動機開始轉動時，光電傳感器上有四個槽，每一個槽通過時，就會計數(shù)，每次定時為50ms，在定時的次數(shù)到第五次時，就得到脈沖數(shù)。因為每四個槽為一組，轉速為脈沖數(shù)除以4，通常轉速用轉每秒表示，而前面得到的是轉每250毫秒，只要乘以4就能得到所要的轉速。</p>

98、<p><b>　　其程序片段為：</b></p><p>　　#ifndef __TIMER0__</p><p>　　#define __TIMER0__</p><p>　　void Init_Timer0(void)</p><p><b>　　{</b></p>

99、<p>　　TMOD |= 0x01;//定時器設置 1ms in 12M crystal</p><p>　　TH0=0x4c; </p><p>　　TL0=0x00;//定時50mS </p><p><b>　　EA=0;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b>&

100、lt;/p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　#endif</b></p><p>　　void Timer0_ISR(void) interrupt 1</p><p><b

101、>　　{</b></p><p>　　TH0 = 0x4c;</p><p>　　TL0 = 0x00; //50ms定時,11.0592MHz </p><p>　　Timer0Count++;</p><p>　　if(Timer0Count == 5)//250ms</p><p><

102、;b>　　{</b></p><p>　　speed = PulseCounter; //PulseCounter/4*4</p><p>　　Timer0Count=0;</p><p>　　PulseCounter=0;</p><p><b>　　}</b></p><p&g

103、t;<b>　　}</b></p><p>　　5.3 串口通信的程序</p><p>　　當計算機和TTL電平的設備通信時，如計算機和單片機通信時，需要使用RS-232C/TTL 電平轉換器件，常用的有MAX232。MAX232芯片中的兩路發(fā)送接收中任選一路作為接口，要注意其發(fā)送與接收引腳對應，否則可能對器件或計算機串口造成永久性損壞。如選他T1IN接單片機的發(fā)送端

104、TXD，則PC機、的RS—232的接收端RD一定要對應接T1OUT引腳。同時，R1OUT接單片機的接受端RXD引腳，則PC機的RS—232的發(fā)送端TD一定要對應接R1IN引腳。本設計采用的是R1IN和T1OUT這一組引腳。</p><p><b>　　其程序片段為：</b></p><p>　　void UART_ISR (void) interrupt 4 usin

105、g 3//串行中斷服務程序 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char UartTemp; //定義臨時變量 </p><p>　　if(RI) //一幀接收結束,硬件將RI置1</p><p><b>

106、;　　{</b></p><p>　　RI=0; //軟件將標志位清零 </p><p>　　UartTemp=SBUF; //讀入緩沖區(qū)的值 </p><p>　　switch(UartTemp)</p><p><b>　　{</b><

107、/p><p>　　case 0xAA: TI=1; //收到要發(fā)送速度的指令,TI=1,準備發(fā)送速度.</p><p>　　case 0xBB: //正轉命令 </p><p>　　Forward_Rotation_Flag=1;</p><p>　　Reverse_Rotation_Flag=0;</p>&

108、lt;p>　　break; </p><p>　　case 0xCC: //反轉命令 </p><p>　　Forward_Rotation_Flag=0;</p><p>　　Reverse_Rotation_Flag=1;</p><p>　　break; </p>&

109、lt;p>　　case 0xBD: PWM1_ON=2, PWM2_ON=0;break; //正向低速命令 </p><p>　　case 0xBE: PWM1_ON=5, PWM2_ON=0;break; //正向中速命令 </p><p>　　case 0xBF: PWM1_ON=10,PWM2_ON=0;break; //正向高速命令 </p>

110、<p>　　case 0xCD: PWM1_ON=0, PWM2_ON=2; break; //反向低速命令 </p><p>　　case 0xCE: PWM1_ON=0, PWM2_ON=5; break; //反向中速命令 </p><p>　　case 0xCF: PWM1_ON=0, PWM2_ON=15;break; //反向高速命令 <

111、/p><p>　　case 0xEE: //停止命令 </p><p>　　Forward_Rotation_Flag=0;</p><p>　　Reverse_Rotation_Flag=0;</p><p>　　PWM1_ON=0;</p><p>　　PWM2_ON=0;</p>

112、<p>　　break; </p><p>　　default: ;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(TI) //如果是發(fā)送標志位，清零 </p&g

113、t;<p><b>　　{</b></p><p><b>　　TI=0;</b></p><p>　　if (UartTemp == 0xAA) //接收到指令0xAA,則發(fā)送速度 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　SBUF=

114、speed; //啟動發(fā)送 </p><p>　　UartTemp = 0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　第六章　上位機

115、的軟件設計</p><p>　　6.1 CVI界面的設計</p><p>　　界面的設計如圖13所示：</p><p>　　圖13 CVI界面的設計</p><p>　　6.2 串口參數(shù)選擇</p><p>　　在進行CVI上位機的運行時，首先必須要使計算機上的端口與實驗板上所用的端口一致，所以必須選擇合適的串口；

116、也要根據(jù)不同串口選擇合適的波特率，選擇你所要的奇偶校驗模式、數(shù)據(jù)位數(shù)和停止位數(shù)。</p><p><b>　　程序片段為：</b></p><p>　　//串口參數(shù)選擇子程序</p><p>　　void SelectUartPara(void)</p><p><b>　　{</b></p&

117、gt;<p>　　int ComValue,BaudValue,JoValue,LengthValue,StopValue;</p><p>　　/*********************選擇串行口***********************/</p><p>　　GetCtrlVal(PANEL,PANEL_COMSELECT,&ComValue);</p