电动机转速测定及数据显示系统仿真设计.doc

本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：电动机转速测定及数据显示系统仿真设计学 院：UU 职业技术学院 专 业：UU 机械设计及自动化 班 级：UU 09 学 号：UU 学生姓名：U 苟 鑫 指导教师：UU 刘 萍 2011年 7 月 16 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 目录目录II电动机的转速测定及数据显示系统仿真设计IV摘 要IVAbstractV1 引言12 系统功能分析22.1 系统功能概述22.2 系统要求以及主要内容22.3 系统技术指标33 系统总体设计33.1 硬件电路设计思路33.2 软件设计思路34 硬件电路设计44.1 单片机的描述44.1.1 AT89C51 引脚及作用44.1.2 ULN2003引脚及功能74.2 外围电路的设计84.2.1 时钟电路84.2.2 复位电路94.2.3 测速电路94.2.4 报警电路104.2.5 显示电路114.2.6 74HC573 引脚图及功能125 软件电路设计136 系统调式166.1 硬件调试166.2 软件调试176.3 综合调试186.4 故障分析与解决方案186.4.1 故障出现情况186.4.2 解决方案187 结论19参考文献21致 谢22 电动机转速测定及数据显示系统仿真设计 摘 要 在电气时代的今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、良好的起动性以及简单的控制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了广泛的应用。系统主要功能是：AT89C51单片机接受霍尔传感器传来的脉冲信号，单片机根据外部中断，以及内部定时器进行计数计算出电机转速送到LED并显示。外部装有蜂鸣器电路，在超速或低速都会停止电动机，蜂鸣器发音，显示器不显示。本设计以单片机为核心设计一个电动机转速测定以及数据显示系统，要求对转速范围在03600r/min的直流调速电动机或交流变频调速电动机进行测量并显示，转速数据显示精度要达到转速个位数，有转速高、低限报警提示。本设计使用6V直流电机，将霍尔传感器产生的脉冲信号输入到单片机外部中断0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行计数，调用计算公式计算出转速。调用显示程序在LED上，其主要内容是单片机部分主要完成转速的测量，LED显示部分主要把转速显示出来，显示范围在03600r/min之间。关键词：直流电机 单片机 转速控制 数据显示 AbstractThe two-sided two locations mill drills the aggregate machine-tool to divide into two working procedures to the work piece processing The first working procedure is carries on the two-sided mill operation to the work piece. In the movement process, divides into quickly enters enters with the labor. The second working procedure is carries on two positions to the work piece to drill the operation. Similarly divides into in the movement process quickly enters enters two steps with the labor. The entire process is carries on the programming control with SimensF-60MR, the realization automatic control and the hand control. In the automatic process, the engine bed automatically completes to the work piece mill, drills two working procedures, reduced the manpower, enhances the production efficiency. The hand control mainly uses in to the work piece position carries on the adjustment. The engine bed entire processing process is The start - quickly enters - the two-sided mill processing - quickly to enter - the labor to enter - two positions to drill the processing - to return. And electric control has been systematic by wielding PLC , the machine tool has had much better controlling will do to combination , has decreased by danger at the same time also, feasible machine tool job becomes high efficiency, especially be suitable to development of times.Key words: The two-sided two locations mill drills the engine bed. Programmable control.Electric control1引言电子计技术的高速发展，促使直流电动机逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术进入到一个新的阶段。直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动中得到广泛应用。从控制角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能以及算法可以采用技术来完成，为直流电机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。在传统的生产行业中，经常会遇到需要测量转速的场合并且显示其转速及瞬时转速。在现代化的工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械，拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单、调节性能好、损耗小、经济。能实现远距离控制等一系列优点，因此大多数机械都采用电力拖动。按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动和交流电力拖动两大类。早期的生产机械如通用机床、风机、泵等不要求调速或调速要求不高，以电磁式电器组成的简单交、直流电力拖动即可以满足。随着工业技术的发展，对电力拖动的静态与动态控制性能都有了较高的要求，具有反馈控制的直流电力拖动以其优越的性能曾一度占据了可调速与可逆电力拖动的绝大部分应用场合。自20年代以来，可调速直流电力拖动较多采用的是直流发电机-电动机系统,并以电机扩大机、磁放大器作为其控制元件。电力电子器件发明后，以电子元件控制、由可控整流器供电的直流电力拖动系统逐渐取代了直流发电机-电动机系统,并发展到采用数字电路控制的电力拖动系统。这种电力拖动系统具有精密调速和动态响应快等性能。这种以弱电控制强电的技术是现代电力拖动的重要特征和趋势。 交流电动机没有机械式整流子，结构简单、使用可靠,有良好的节能效果,在功率和转速极限方面都比直流电动机高；但由于交流电力拖动控制性能没有直流电力拖动好，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动。直流电动机作为执行机构被广泛应用于各类控制系统中，其驱动与转速精度是电动机能够稳定工作的关键。为此，提出了一种直流电机驱动与转速测量系统的设计方法。利用电子信息技术改造传统产业，可以提高生产效率。如果应用现代化手段对电机转速进行科学改变，精确测量，并辅以数码显示，超速报警等装置，对工业，生活中的一些旋转设备的速度以及需要控制其速度的仪器和用品加以控制和测量，会给生产和生活带来很大的方便。随着计算机的广泛应用，特别是高性价比的单片机的出现，转速测量普遍采用了以单片机为核心的数字化，智能化。本设计以单片机为中心，霍尔传感器为测量元件，全数字化的测速仪器。这在工业控制和民用电器中都有较高的价值。转速是工程中应用非常广泛的一个参数，其测量方法很多，而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法。本文的研究任务是研究电动机转速测定系统的设计。通过对AT89C51相关芯片的了解，实现对该系统的硬件与软件的设计。以单片机为核心器件，单片机通过对负脉冲计数，可计算出电机的转速，在超高时、低速限时，有报警显示，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，测量速度快，精度高，控制系统可靠，性价比较高等优点。2系统功能分析2.1系统功能概述系统主要功能是：AT89C51单片机接受霍尔传感器传来的脉冲信号，单片机根据外部中断，以及内部定时器进行计数计算出电机转速送到LED并显示。外部装有蜂鸣器电路，在超速或低速都会停止电动机，蜂鸣器发音，显示器不显示。2.2系统要求以及主要内容本设计以单片机为核心设计一个电动机转速测定以及数据显示系统，要求对转速范围在03600r/min的直流调速电动机或交流变频调速电动机进行测量并显示，转速数据显示精度要达到转速个位数，有转速高、低限报警提示。本设计使用6V直流电机，将霍尔传感器产生的脉冲信号输入到单片机外部中断0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行计数，调用计算公式计算出转速。调用显示程序在LED上，其主要内容是单片机部分主要完成转速的测量，LED显示部分主要把转速显示出来，显示范围在03600r/min之间。2.3系统技术指标统主要完成的功能是设计制作单片机的转速测量的硬件系统，用汇编语言完成转速测量的软件系统，要求把转速显示四位LED数码管上，精度为0.1%。根据系统要实现的功能以及要求，要实现单片机转速测量主要是各个模块的设计，定时计数功能以及LED驱动，单片机可通过编程控制外围部件，能实现较高的自动化程度，以他为核心的控制模块可实现主从控制，完成预定任务。3系统总体设计3.1硬件电路设计思路硬件设计的任务是根据总体设计的要求，确定系统中所使用的元器件，设计出系统的电路原理图。 3.2软件设计思路 软件需要解决的是定时器0的计数外部中断0的设定，由于测量转速范围大，所以低速和高速都要考虑在内，关键在于一个四字节除三字节程序的实现，显示部分、需要有一个二进制到十进制的转换程序，以及转换成非压缩BCD的程序后，才能进行调用查表程序送到显示。软件工作流程：霍尔传感器利用磁电效应产生一周期脉冲向单片机的外部中断0（P3.2）口发送一个中断信号，定时器工作在内部定时，TH0、THL设定初值为0，作为除数的低两字节，利用软件计数器，定时器0中断的次数作为除数高字节，中断完毕读取内部计数值作为除数，调用除法程序计算转速，再对二进制数进行一系列变换后调用查表程序，显示在LED上。转速部分软件设计思路：AT89C51单片机的P3.2口接受传感器信号，主要编写一个外部中断服务程序INT0，读取计数值的三个字节，并再次清0计数初值以便下次的计数和计算，调用两字节二进制-三字节十进制转换子程序BCD，再调用十进制转换成非压缩BCD程序，最后调用查表程序送到显示。4硬件电路设计4.1单片机的描述4.1.1 AT89C51 引脚及作用AT89C51 是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。如图所示。AT89C51 各端口功能如下：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/0口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：作为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高8位。在给出地址1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是八个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入1后，他们被内部上拉为高电平并能用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于下拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下图所示：P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当震荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是，每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如果禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取值期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。EA/VPP：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器，注意加密方式1时，EA将将内部锁为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器，在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。程序存储器的某些单元是保留给系统使用的：0000H-0002H单元是所有执行程序的入口地址，复位以后，CPU总是从0000H单元开始执行程序。0003H-002AH单元均匀的分为五段，用做五个中断服务程序的入口。用户程序不应进入上述单元。数据存储器RAM也有64KB寻址区，在地址上是和ROM重叠的。8051通过不同的信号来选通RAM或ROM。当从外部ROM取指令时用选通信号PSEN，而从外部RAM读写数据时采用读写信号RD或WR来选通。因此不会因为地址重叠而出现混乱。AT89C51的RAM虽然字节数不多，但却起着重要的作用。256个字节被分为两个区域：00H-7FH是真正的RAM区，可以读写各种数据。而80H-FFH是专门用于特殊功能寄存器（SFR）的区域。对于AT89C51安排了21个特殊功能寄存器，每个寄存器为8位，所以实际上128个字节并没有全部利用。内部RAM的各个单元，都可以直接通过直接地址来寻找，对于工作寄存器，则一般直接用R0-R7，对特殊功能寄存器，也是直接使用其名字较为方便。AT89C51内部特殊功能寄存器都是可以位寻址的，并可用“寄存器名.位”来表示，如ACC.0，B.7等。这些寄存器分别用于以下各个功能单元：CPU：ACC，B，PSW，SP，DPTR（有两个八位寄存器DPL和DPH组成）；并行口：P0，P1，P2，P3；中断系统：IE，IP；定时器/计数器：TMOD，TCON，T0，T1（分别由两个八位寄存器TL0和TH0，TL1和TH1组成）；串行口：SCON，SBUF，PCON。4.1.2 ULN2003引脚及功能ULN2003是高耐压、大电流、内部由七个硅NPN达林顿管组成的驱动芯片经常在以下驱动中使用，作为：1. 显示驱动2. 继电器驱动3. 照明灯驱动4. 电磁阀驱动5. 伺服电机、步进电机驱动等电路中。ULN2003的每一对达林顿管都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据，ULN2003工作电压高，电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态是承受50V电压，输出还可以在高负载电流并运行，ULN2003的封装采用DIP-16或SOP-16，ULN2003在各种控制电路中常用它作为驱动继电器的芯片，器芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。ULN2003的输出端允许通过IC电流200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐压BVCEO约为36V。输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器等外接控件，也可直接驱动低泡，ULN2003可以驱动7个继电器，具有高电压输出特性，并带有共阴极的续流二极管器件可用于开关型感性负载，每对达林顿管的额定集电极电流时500mA，达林顿管还可并联使用以达到更高的输出电流能力，ULN2003中每对达林顿管的基极都串联有一个2.7K的电阻，可直接与TTL或5VCMOS器件连接。ULN2003可以并联使用，在相应的OC输出管脚上串联几个欧姆的均流电阻后再并联使用，防止阵列电流不平衡，在输入口输入高电平时，输出口为低电平，但是在输入端输入低电平时，输出端还是低电平，ULN2003A的输出结构是集电极开路的，所以要在输出端接上一个上拉电阻，在输入低电平时，输出才是高电平。在驱动负载的时候，电流时由电源通过负载灌入ULN2003A的。4.2外围电路的设计4.2.1时钟电路单片机芯片内部设有一个由反方向放大器构成的振荡器反向放大器的输出端。在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元器件，内部振荡电路就会产生自激振荡。本系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率为6MHZ，电容大小为15-30PF，电容的大小起到频率微调的作用，时钟电路如图所示。4.2.2复位电路AT89C51的复位是由外部的复位来实现的，复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式，本设计采用的是按钮复位，时钟频率为6MHZ，电容22uF电阻1K。电路如图所示。4.2.3测速电路测量电动机转速的第一步就是要将电动机转速表示为单片机可识别的脉冲信号，从而进行脉冲计数，本模块主要对两种方法进行论证及选择。方案一：通过霍尔传感器测量转速的霍尔传感器和被测物体相连接，机轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔传感器部分输出。控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。单片机将该值数据处理后，在数码管上显示出来。方案二：通过高精度光编码器码盘从光电对管中穿过，码盘上有很多细线，细线将码盘均匀的分开。本系统采用的码盘有48条阻隔线，所以电机每转过7.5度系统就或得一个脉冲，经由单片机信号处理后再数码管上显示。以上两种方案中，方案一中的霍尔传感器是比较常用的电子器件。购买方便简单，而方案二当中的高精度光电编码器精度要求较高，且不常用，所以本课题采用方案一来实现对电动机的测速。速度检测部分由霍尔传感器和磁钢组成。其结构如图所示。霍尔传感器作为一种转速测量系统的传感器，及、具有结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便等优点，当电动机转动时，带动传感器，产生对应频率的脉冲信号，经过信号处理后计数器或其他的脉冲计数装置，进行转速测量。在实际使用中，需要一个圆形塑料板，厚度大约4mm即可，将之固定在电动机转速轴上。所谓磁钢，就是带有磁性的钢铁。在传感器检测电路中将磁钢嵌入固定在塑料板上，而霍尔传感器则放在转轴旁边。霍尔传感器连接在电路中，当磁钢随转轴经过霍尔传感器时，由霍尔传感器原理可知，此时将输出一个低电平信号，而当磁钢离开霍尔传感器时，又输出一个高电平。这样通过高低电平的转换，将其送入单片机后就可以测量它的转速。4.2.4报警电路蜂鸣器俗称喇叭，是广泛应用于各种电子产品的一种元件。蜂鸣器通产工作电流比较大，电路上的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，需要增加一个电流放大的电路。蜂鸣器的正极性的一端连接到5V电源上面，另一端连接到三极管的集电极，三极管的基极由单片机的P1.5管脚通过一个与非门来控制，当P1.5管脚为低电平时，与非门输出高电平，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。当P1.5管脚为高时，与非门输出低电平，三极管截止，蜂鸣器不发出声音。在这里与非门是作为非门来使用的，这里采用一个非门的作用是为了防止系统上电时蜂鸣器发出声音，因为系统复位时，I/O口输出时高电平，用户可以通过程序控制P1.5管脚的置低和置高来使蜂鸣器发出声音和关闭。蜂鸣器的声音大小以及音调可以通过调整P1.5管脚的置高时间及输出波形进行控制。4.2.5显示电路市场上比较多见的数码管是LED数码管，他有亮度高，售价低等优点。非常适合本电路的制作。数码管分为共阴极数码管和共阳极数码管，其区分方法如下：用一个万用表，将万用表调至二极管档，黑表笔接公共脚，红笔接任意非公共脚，若有某一段变亮则说明是共阳，反接表笔时 若发现有一段变亮则说明是共阴极。该设计中用到的是共阴极数码管，如图所示。4.2.6 74HC573 引脚图及功能74HC51为八进制3态非反转透明锁存器，同时也是高性能硅门CMOS器件当锁存器使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的，也就是说输出同步。，当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。输出能直接接到CMOS，NMOS和TTL接口上，操作电压范围：2.0V-6.0V，低输入电流：1.0uA，CMOS器件的高噪声抵抗特性，主要用于数码管、按键等的控制。74HC573包含八路D型透明锁存器，每个锁存器具有独立的D型输入，以及适用于面向总线的应用的三态输出。所有锁存器公用一个锁存使能（LE）端和一个输出使能（OE）端，当LE为高时，数据从Dn输入到锁存器，在此条件下，锁存器进入透明模式，也就是说，锁存器的输出状态将会随着对应的D输入每次的变化而变化。当LE为低时，锁存器将存储D输入上的信息一段就绪时间，直到LE的下降沿来临，当OE为低时，八个锁存器的内容可被正常输出。当OE为高时，输出进入高阻态，OE端的操作不会影响到锁存器的状态。作用如下：1 输出既不是高电平，也不是低电平，而是高阻抗的状态，在这种状态下，可以多个芯片并联输出；但是这些芯片中只能有一个处于非高阻态状态，否则会将芯片烧毁。2 当输入的数据消失时，在芯片的输出端，数据仍然保持。3 在数据缓冲方面可以加强驱动能力，管脚如图所示。74HC573功能表如图所示。1脚是输出使能，11脚是锁存使能，D是输入，Q是输出，H是高电平，L是低/OE是1脚LE是11脚/OE接低电平，是芯片内部数据保持器输出端与芯片8位输出端直接连通。LE端的作用是通过高低电平控制8位输入与内部数据保持器输入端的连通与断开。当LE=0时，P0端口的8位数据线与74HC573内部数据保持器的输入断开。当LE=1时，P0端口的8位数据线与74HC573内部数据保持器的输入端连通。5软件电路设计本章重点讲述测量转速的汇编语言以及软件设计的过程，软件需要解决的是单片机中断程序的设计，计算程序的设计、显示部分的程序设计以及通信程序的设计。计算转速公式其中，N是内部定时器的计数值，为三字节，分别由TH0、TL0、VTT构成：TC为时基，由于采用11.0592M晶振，所以TC不再是1um，而是12M/11.0592约为1.08um，代入上面的公式，即可得到转速精确计算公式再将转化为二进制存入单片机的内存单元，下面介绍除数是如何获得的。单片机的转速测量完成，定时器T0作为内部定时器，外部中断来的时候读取TH0和TL0，使定时器再次循环计内部脉冲。此外，对于低速情况下，我们还要设计一个软件技术器VTT，当外部中断还没来而内部定时器已经溢出，产生定时器0中断时，增加VTT，作为三字节中的高字节，三字节组成除数，上面的常数为四字节，所以计算程序实际上就是调用一个四字节除三字节商为两字节的程序。为了数码管能显示出来，需要将二进制转化为十进制，再将十进制转换成非压缩BCD码后，才能调用查表程序，最后送给显示电路。1 定时器服务程序由于本次设计的系统要实现的功能是将霍尔传感器的信号送到单片机的外部中断口，再对周期方波进行内部计数，调用计算程序把转速测出来，可以说是核心部分，该程序主要完成10ms的定时任务，并且对变量buf-min进行加工处理，其中再对T0进行赋初始值时，选择为10236而不是10000。主要是C语言在经过反汇编后，一条C语言将会编译成几条语句，这样就增加了指令执行的时间，使定时产生误差，而经过多次调试后，选择10236为T0初始值最接近10ms。定时器服务流程如图所示。2 脉冲计数程序该程序思路是给定的10ms内，用单片机自带的计数器T1对外部脉冲进行计数。流程图如图所示。6系统调试电路调试是整个系统功能能否实现的关键步骤，我们将整个调试过程分为三大部分，硬件调试、软件调试、综合调试。6.1硬件调试硬件调试主要是针对转速测量系统的单片机硬件电路分别进行调试，这一部分硬件调试主要分成两大块：上电前的调试和上电后的调试。上电前调试调试：在上电前，必须保证电路中不存在断路或短路的情况，这一工作是整个调试工作的第一步，在这部调试中主要使用的是万用表，用来完成检测电路中是否存在断路或短路情况等，特别是数码管连接部分，有PROTEL制作的PCB确保要和原理图一样，有些电路板上没法连接线路，要用短接线接好，对照着原理图，一部分一部分用万用表测量，注意焊点之间，确定焊点之间没有短接在一起。上电后的调试：在确保硬件电路的正常，无异常情况方可上电调试，上电调试的目的是校验电路是否接错，同时还要检验原理是否正确，主要对转速测量系统的单片机控制部分、数码管点亮部分和上位机通信的电平转换和出口通信部分的硬件调试。单片机控制部分硬件调试：这一部分调试主要是检测时钟电路、复位电路是否接对，单片机的电源以及地是否接好，以及其他的一些管脚的接法。接上电源，使电路通电，检查各个芯片上的工作电压是否正常供电，以保证芯片正常工作。霍尔传感器1脚电压为5V、AT89V51的1脚31脚电压均为5V、ULN2003的9脚电压5V则一切正常。数码管LED电路调试：由于数码管采用的是动态扫描的方式点亮的，数码管的公共端接在74HC573驱动再接到单片机的P2口作为位选信号，字型是接在P0口，电路上电检查74HC573是否接上电源和地让其正常工作，在这一前提下，查看数码管能否点亮，只需要接仿真机上编写一个小程序让4位全亮或让某个亮，也可以显示不同数字，根据要求给P0口、P2口分别赋值。即可检查数码管硬件电路是否正确，即可判断显示驱动电路整个完整首先排除这里的故障。6.2软件调试单片机程序调试思路：主要用LCA51来完成，这一部分的工作首先将转速测量系统中的各个模块调试，不断调试，不断修改直到正确为止。调试过程如下：整个程序是一个主程序调用各个子程序实现功能的过程，所以在软件调试的最初阶段就是把各个子程序进行分别调试。首先要对计算机程序进行调试，其中关键就是四字节除三字节的程序，在整个程序中，四字节的被除数是确定的数，而除数是测量计数的值，当各个模块调试时，可以先对除数赋值，利用查看内部数据的数据窗口观察并计算出来的结果和用计算器算出的结果是否一致。其次是二进制到十进制的转换，我们可以多次给出数据，然后运行程序，可以设置观察变量，观察出程序的转换结果。最后观察30H-40H内部的数据，缓冲数据的观察检查完毕后，调用显示程序，观察数码管上显示的数据是否是内存缓冲中需要显示的数据。6.3综合调试在硬件和软件单独调试成功后进行软硬件综合调试：1. 使霍尔传感器有方波信号输出；2. 是单片机获得中断信号，计算出转速值并储存；3. 通过LED数码管把测量的数据显示出来；4. 在超速或低速会停止电动机，蜂鸣器是否发音。6.4故障分析与解决方案6.4.1故障出现情况1. 霍尔传感器不能产生有效的TTL电平，产生波形不稳；2. 单片机的中断服务程序不能执行，不管是定时中断还是外部中断；3. 中断执行低速情况也就是软件计数功能不对；4. 测得的转速不准，而且在波形频率变化下显示转速却不变；5. 单片机显示部分无法工作，显示不稳定；6. 信号发生器模拟测量转速正确，按电机不稳定；7. 通信时单片机接收数据不正常，PC机接收乱码。6.4.2解决方案1. 硬件电路中霍尔传感器工作在5V电压，中间引脚接地，数据线接单片机的外部中断0，在电机的转轴上还要贴上一些磁钢，利用霍尔效应产生方波。利用万用表检查时接5V和地的PCB上的线都坏了，重新用线接在电路板上，当波形出来后，显示的波形不稳，而且不够理想，后来在信号与地之间接了472的瓷片电容滤波，波形得到了大大的改善。2. 首先检查程序的开头，中断入口地址，发现中断定时0的地址写成中断定时1的入口地址，外部中断没有执行跟没有中断信号加入有关，在前面没有解决的时候，暂时用信号发生器来代替外部中断9输入，由于中断执行无法知道，可以设置中断点的方法或者利用滤波器，在中断服务程序中重新编写一些程序观察单片机的某一输出口的波形变换或者中断程序中让数码管点亮等直观可以看到的方法来检查中断的执行情况。3. 中断服务程序中程序设计有问题，要先读取反映转速的TH0、TL0，再去清0，软件计数的高字节VTT应该在定时中断0中的服务程序自增的，同时清TH0、TL0，在外部中断程序中要读取三字节的计数值后同时清三个计数器，再从中断返回。4. 在确定转速计算程序的正确性的条件下出现了转速不准确，就是在调用转换程序时出现了问题，观察程序时发现调用子程序是传送的参数不对，再用寄存器R时出现了重复现象，导致转换过程中出现了混乱，在波形频率改变而转速不改变由于在调用显示程序时再调用之后再显示出现死循环，不能适时进行计算了。5. 由于显示部分的程序时动态显示，是一位一位的显示，在位选信号这里出现了问题，在左移的时候出现了问题以及显示完一个字型后调用的延时时间不合理导致显示不稳定，出现闪烁现象，改变时间到1ms左右就差不多了。6. 后来在接信号发生器时候接正弦波时一样发生不稳定跳转现象，由此推断，在传感器输入的信号不是理想方波，而且电平值不够大，所以在霍尔传感器信号输出端接滤波电容以及一个10K的上拉电阻就可以解决。7结论本设计完成了以单片机为核心设计一个电动机转速测定及数据显示控制系统，对转速范围在0-3600r/min的直流调速电动机或交流变频调速电动机进行测量并显示，转速显示精度达到转速个位数，有转速高、低限报警提示。本设计实现单片机转速测量主要是各个模块的设计，定时器计数功能以及LED驱动，单片机可通过编程控制外围部件，能实现较高的自动化程度，以它为系统核心的控制模块可实现主从控制，完成预定任务。总结本设计主要研究直流电机的控制和测量方法，效率高，电路简单，使用广泛，测速系统采用霍尔传感器敏感速率信号，具有频率响应快、抗干扰能力强等特点。随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 毕计也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。参考文献1 单片机林毓梁编。 2 传感器及应用 王煜东编 机械工业出版社。3 电机与拖动 唐介编。致谢经过几个月的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，通过这次学校组织的毕业设计,端正了自己学习的态度,锻炼了自己独立动手的能力，在此，我要感谢每一个帮助过我的人。首先,我要感谢的是我的导师刘萍老师。刘萍老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，都给予