基于51单片机的光电编码器测速报告_图文

基于51单片机的光电编码器测速报告_图文

课程名称：

课程设计报告微机原理课程设计基于51单片机的光电编码器测速

光电编码器是高精度位置控制系统常用的一种位移检测传感器。在位置控制系统中，由于电机既可能正转，也可能反转，所以要对与其相连的编码器输出的脉冲进行计数，要求相应的计数器既能实现加计数，又能实现减计数，即进行可逆计数。其计数的方法有多种，包括纯粹的软件计数和硬件计数。文中分别对这两种常用的计数方法进行了分析，对其优缺点进行了对比，最后提出了一种新的计数方法，利用80C51单片机内部的计数器实现对光电编码器输出脉冲的加减可逆计数，既节省了硬件资源，又能得到较高的计数频率。本设计就是由单片机STC89C52RC芯片，光电编码器和1602液晶为核心，辅以必要的电路，构成了一个基于51单片机的光电编码器测速器。该系统有两个控制按键，分别用于控制每秒的转速和每分钟的转速，并将速度用1602液晶显示出来。该测速器测速精准，具有实时检测的功能，操作简单。

关键词：光电编码器，51单片机，C语言，1602液晶

一、设计任务与要求 (4)

1.1 设计任务 (4)

1.2 设计要求 (4)

二、方案总体设计 (5)

2.1 方案一 (5)

2.2 方案二 (5)

2.3 系统采用方案 (5)

三、硬件设计 (7)

3.1 单片机最小系统 (7)

3.2 液晶显示模块 (7)

3.3 系统电源 (8)

3.4光电编码器电路 (8)

3.5 整体电路 (9)

四、软件设计 (10)

4.1 keil软件介绍 (10)

4.2 系统程序流程 (10)

五、仿真与实现 (12)

5.1 proteus软件介绍 (12)

5.2 仿真过程 (12)

5.3 实物制作与调试 (13)

5.4 使用说明 (14)

六、总结 (15)

6.1 设计总结 (15)

6.2 经验总结 (15)

七、参考文献 (16)

一、设计任务与要求

1.1 设计任务

1).对更多小器件的了解

2).巩固51单片机和C语言的知识，熟悉单片机和C语言的实际操作运用

3).掌握仿真软件的运用和原理图的绘制

4).加深焊接的技巧，提高焊接的能力

5).熟悉调试方法和技巧，提高解决实际问题的能力

6).熟悉设计报告的编写过程

1.2 设计要求

1).两个按键控制显示每分钟和每秒钟的功能

2).74LS74辅助光电编码器测转向

3).光电编码器输出脉冲计数

4).1602液晶显示转速

图1 系统总体框架

2）总体工作原理

由于定时器工作模式2是八位，可装入的值太小，每进行一个周期的脉冲统计需要进入5000次定时器中断，由于进入中断的次数太多，所以很容易出现在低八位装满本应触发

而程序还在中断子程序中运行，而无法触发中断的情况，所以不采用工作模式2。工作模

式0只需要进入定时中断1000次就可以进行一个周期的脉冲统计，所以选择功能模式0。方案一中用，用纯软件计数虽然电路简单，但是计数速度慢，难以满足实时性要求，而且容易出错。我们可以用单片机内部的计数器来实现加减计数。单片机片内有两个16位定

时计数器都可以用来脉冲计数，用两个外部中断来检测正反转，避免了每一个脉冲都要进行高低电平检测的步骤。控制按键，液晶和复位方面的设计在方案一和方案二中一样。

综上考虑，最终方案确定为方案二。

三、硬件设计

3.1 单片机最小系统

单片机要正常工作，首先要产生片内时钟信号。在单片机内部的振荡器的输入端XTAL1

和输出端XTAL2之间接一个石英晶振就可以够成一个自激振荡器。再在两端之间串联接

个电容并且在两个电容之间接地以便于稳定频率还对振荡频率有微调作用。电容通常选

30PF左右，振荡脉冲频率范围为0~24MHZ。该电路中选用12MHZ晶振。时钟电路图如下：

图2 时钟电路图

单片机在启动时与其他微处理器一样，要让CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并

从初始开始工作。这就需要复位操作。复位电路有两种方式：上电自动复位和按键自动复位。上电自动复位只是在开始接通电源瞬间复位，接下来想要再次复位就需要断电重启，不方便。按键自动复位不仅可以在开始接通电源瞬间复位还可以通过按下按键复位随时复位。所以选择按键复位方式。复位电路如下：

图3 复位电路图

3.2 液晶显示模块

该可调直流电机最大速度为每分钟1200转，采用1602液晶显示。控制1602液晶亮度

的是蓝白滑动变阻器。1602液晶有16个管脚。编号为1,2管脚为电源正负极管脚，

15,16为背光源正负极管脚；7~14为dataI/O管脚与单片机的P0口相连，负责液晶与芯片之间的信息传送；4,5,6分别为数据/命令选择端、读/写选择端、使能端，与单片机的,

P2^0、P2^1、P2^2相连，负责控制液晶与芯片之间数据命令的读写操作；3为液晶显示偏压信号端，用于调整液晶显示对比度。1602液晶显示原理图如下：

图4 液晶显示系统图

3.3 系统电源

为了方便控制系统的上电与断电，系统电源中连接了一个蓝白自锁开关。此开关两边各有三个引脚，不同的连接方式，开关的控制方法就不同。电源的正负极各接在此开关的两边。为了方便观察电源是否接上，在电路中的VCC与GND之间接一个发光二极管并且加一个

限流电阻防止发光二极管烧坏，电源通电时发光二极管亮，断电时，则暗。再接四个排针便两边的两个排针用于外部电源给系统上电，中间的两个排针是用于单片机烧录程序。如图所示：

图5 系统电源图

3.4光电编码器电路

这是一张光电编码器部分的电路原理图。图上的74LS74芯片上就是两个D触发器。A相接在P3^4的引脚用于计数器0采集脉冲。A相同时接在CLK端，B相接在D端，Q接

在P3.2引脚，外部中断0检测和Q非接在P3.3外部中断1来检测。另外A相和B相各

需接一个上拉电阻，阻值为1K。这样输出的脉冲就可以直接接在单片机上，进行检测了。另外74LS74芯片的SET引脚,CLR引脚，VCC引脚都接电源，GND引脚接地。整个电路

就连接完成了。

图6 光电编码器电路

3.5 整体电路

这是采用网络标号的画出的以一张整体电路图。它将整张可调直流电机的电路原理图分为七个部分：电源模块，P0口上拉电阻，1602液晶模块，51单片机，复位晶振电路，控

制按键和光电编码器电路。整张原理看起来美观，明了并且根据标号很容易找到与之对应的引脚。

基于51单片机的光电编码器测速设计

图7 整体电路图