智能仪表设计基础课程设计

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智能仪表设计基础课程设计

课题名称直流电机转速测量仪

学生姓名

所在班级

指导教师

扬州大学能源与动力工程学院

二〇一年九月

总目录第一部分：任务书

第二部分：课程设计报告

第一部分

任

务

书

《智能仪表课程设计》课程设计任务书

一、课题名称

温度测量仪设计

二、设计内容及设计要求

利用Pt100热电阻作为测温元件，设计一个温度测量仪，具有下面的功能：

1. 测量范围为0℃～500℃，精度误差小于1℃。

2. LCD液晶显示当前温度值和温度动态曲线

3. 通过继电器通断控制温度范围45℃～85℃

4. 具有RS232通信接口。

三、时间安排

第一周：

星期一～星期二：布置任务，熟悉资料，确定仪表的功能要求、性能指标。熟悉实验板原理图和印刷板图。

星期三～星期五：进行仪表的方案选择，确定主要芯片、工作方式、输入输出信号的接口方式、键盘和显示方式、以及通信方式。进行硬件设计和元器件选择，画出硬件原理图。

第二周：

星期一～星期五：根据硬件原理图，焊接硬件电路；测试硬件电路的功能；软件设计，包括软件需求说明、软件结构框图、主要软件功能模块的流程图；编写程序。

第三周：

星期一～星期三：调试程序，联调软件和硬件。

星期四～星期五：写课程设计报告。

四、应交成果

应交成果包括：

⏹纸质课程设计报告和电子文档；

⏹硬件原理图的Protel99se文件，程序；

⏹可以演示的硬件和软件成果。

五、课程报告内容

课程设计报告应包括下列部分：

⏹课程设计任务书

⏹仪表的功能要求、性能指标要求。

⏹方案选择：提出多种方案，进行方案比较，说明选定方案的理由，描述硬件和

软件的功能分工。

⏹硬件设计：包括硬件结构框图、原理图及其各个主要环节的工作原理说明，元

器件选择的计算方法或者理由，利用提供的实验板焊接元器件。

⏹软件设计：首先提出软件的功能需求，然后进行软件的结构设计，再画出主要

功能模块的软件框图。

⏹程序编写和调试。

⏹设计小结。

报告中硬件原理于用Protel99se画出，软件框图和程序流程图用Microsoft Visio画出。

第二部分

课

程

设

计

报

告

目录

第一章设计内容及要求 0

课题名称 0

仪表的功能要求及性能指标 0

第三章硬件设计 (1)

硬件结构框图 (1)

电路各主要环节工作原理 (1)

直流电机驱动电路 (1)

光电码盘测速电路 (2)

程序下载模块 (4)

单片机控制系统 (5)

电机工作状态转换电路 (5)

LCD1602显示电路 (6)

直流电机转速测量仪硬件总原理图，如图3-13 (7)

第四章软件设计 (7)

软件实现的功能 (7)

各环节程序框图 (8)

主程序框图，如图4-1 (8)

中断服务程序框图，如图4-2 (9)

加速、减速程序框图，如图4-3和4-4 (10)

第五章程序编写 (11)

第六章运行与调试 (12)

串口程序下载及显示电路调试 (12)

借助函数发生器调试基本程序 (12)

电机与光电码盘测速电路调试 (12)

直流电机驱动电路调试 (12)

电机工作状态转换按键调试 (13)

第七章设计小结 (14)

附录一成果实物照片展示 (15)

第一章设计内容及要求课题名称

仪表的功能要求及性能指标

1. 测量范围为0℃～500℃，精度误差小于1℃。

2. LCD液晶显示

3. 通过继电器通断控制

4. 具有RS232通信接口。

第三章硬件设计

硬件结构框图

直流电机转速测量仪原理框图主要由电机、直流电机驱动模块、光电码盘、单片机、LCD1602显示器、状态开关等组成；通过传感器光电码盘将转速转换为相应的频率量后送入单片机计数，然后经过处理后，由单片机输出信号lcd1602显示。硬件原理框图，如图3-1

图3-1 电机转速测量仪硬件框图

电路各主要环节工作原理

直流电机驱动电路

（1）L298N构成的电路原理图，如图3-2

传感器模

块

单

片

机

显示模块

直流电动

机

电动机驱

动模块

两个状态转

换按键

图3-2 直流电机驱动电路原理图

（2）直流电机驱动模块L298N管脚及功能，如图3-3

图3-3 L298N管脚图

L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。

主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作,有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机M1和M2。

工作原理：引脚ENABLEA、ENABLEB可用于输入PWM脉宽调制信号对电机M1与M2进行调速控制。输入信号端INPUT1接高电平，输入端INPUT2接低电平时，电机M1正转；如果信号端INPUT1接低电平，INPUT2接高电平，电机M1反转。控制另一台电机是同样的方式，输入信号端INPUT3接高电平，输入端INPUT4接低电平，电机M2正转，反之则反转。

（3）直流电机驱动电路工作原理

直流电机驱动芯片L298N受单片机的控制，当IN1与IN2分别接收到单片机发出的高电平和低电平信号，直流电机对应接到OUT1与OUT2引脚上，ENA持续接收到高电平“1”时，直流电机全速正转。而当单片机向ENA发出脉宽调制信号PWM给L298N的ENA引脚时，直流电机的转速便实现可调。另外，电路中四只续流二极管起到保护作用。

光电码盘测速电路

（1）光电码盘测速电路原理图，如图3-4