2022年角度测量装置研究报告与设计方案.docx

《2022年角度测量装置研究报告与设计方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年角度测量装置研究报告与设计方案.docx（41页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用唐山师范学院本科毕业论文题目角度测量装置的讨论与设计学 生 222222 指导老师 尹义斌 高级试验师年 级 2022 级专 业 电子信息科学与技术系 别 物理系唐山师范学院物理系2022 年 5 月名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用正式声明本人的毕业论文 设计）是在指导老师尹义斌老师的指导下独立撰写完成的；如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为,本人情愿承担由此产生的各种后果,直至法律责任,并情

2、愿通过网络接受公众的监督；特此正式声明；毕业论文 设计）作者 签名）：名师归纳总结 年月日第 2 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 目个人资料整理仅限学习使用录标题. 1中文摘要 .11 序言 .1名师归纳总结 2 系统基本方案设计 .10112.1 各模块 方案的挑选 .2.2 系统总体概述 .522.3 系统结构框图 .32.4 系统总电路图 .33 硬件系统设计 .33.1 单片机芯片介绍 .43.2 传感器芯片介绍 .63.3AD转换装置 .93.4四分频电路 .3.5液晶显示电路 .13134 系统程序设计 .系统程序流程图

3、.5结论 .1414参考文献 .15致谢 .16附录 .19外文页 .第 3 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用电子角度测量仪的讨论与制作李洪卫摘 要角度测量装置是某掌握系统中瞄准装置的关键部件 .在以往的掌握系统中 ,多数都是仅凭设备操作人员眼睛瞄准指定目标 ,然后作出相应的掌握 ,这样就带来一系列问题 ,如操作人员的体会、瞄准装置转盘的空回都可能会严峻会影响瞄准目标的精确程度 ,从而严峻影响掌握系统的精度 .为了提高掌握系统的瞄准精度 ,在掌握系统的瞄准装置中增加了角度测量装置 ,操作人员要求目标后所要达到

4、的角度值能够精确定量地显示在操作面板上 ,帮忙操作人员更加精确地实现对角度的精确需求 ,因此,极大地提高了掌握系统的掌握精确度.本系统就是角度测量装置的一个简洁的应用,设计采纳单片机为掌握单元,用倾角传感器检测平稳板倾斜角度,实行步进电机掌握平稳板角度并使其达到预置角度的目的；关键词 角度传感器 单片机 AD 转换 分频 1 序言现如今,角度测量装置在很多机械应用系统中都是关键的部位,而且是需要高精度的重要装 置,但是在以往的一些掌握系统中多数都是单凭依靠设备操作人员的主观判定来锁定目标,然后来 做出相应的判定和掌握,这就带来了很多问题,比如这会由于操作人员的体会,目测误差以及对装置操作问题所

5、引起的操作误差,甚至误差过大而远远不符合实际要求；所以为了提高角度测量的精 度,提高装置的可操作性,所以需要角度测量装置来帮忙实现；本设计开头利用角度传感器SCA60C的角度测量功能对其所在位置的角度输出模拟信号,然后利用模数转换芯片 ADC0809将传感器所输出的将模拟量转变为数字量,然后将数字量输入到单片机89c52 内部掌握并通过数码管输出显示出实际的角度值；2 系统基本方案设计2.1 各方案论证与比较名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用（1）传感器的选用方案一：选用高精度单轴倾角传感

6、器SCA61T,其具有稳固性高,抗冲击才能强,辨论率高,防震性能好,便利工程调试设计,和具有模拟、数字双输出以及稳固的灵敏锐性度等特点,但 是此传感器的成本偏高,虽功能较多灵敏度也较好,但在此处功能的需求上未必都会用到,所以性 价比较低；方案二：选用低价单轴倾角传感器 特点,并且其外围电路非常简洁,测量范畴为格低廉,可以满意设计要求；SCA60C,其具有抗冲击才能强,能耗低的特点,精度高等-90 +90 ,可以满意设计要求,并且此传感器价比较上述两种设计方案,此系统选用价格较低的传感器 SCA60C较为合适；（2）单片机的选用这里选用的是AT89C52 单片机,它是51 系列单片机的一个型号,

7、它是ATMEL公司生产的；AT89C52 是一个低电压,高性能 CMOS 8位单片机,片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序储备器和 256 bytes 的随机存取数据储备器 RAM）,器件采纳 ATMEL公司的高密度、非易失性储备技术生产,兼容标准 MCS-51 指令系统,片内置通用 8 位中心处理器和 Flash 储备单元,功能强大的 AT89C52 单片机可为您供应很多较复杂系统掌握应用场合；这里可以满意要求,且恰好自己备有此单片机,应选用了 AT89C52；（3）模数转换芯片的选用ADC0809 芯片是 8 位逐次靠近型 求,因此选用了此芯片2.2 系统总体概述

8、 A/D 转换器, VCC电压端接 +5v 电压,能满意本设计要基于单片机AT89C52 的平台角度测量系统,系统主要分为倾角传感器的角度检测电路、AD 芯片的模数转换电路、分频芯片的四分频电路,单片机信号处理电路以及液晶显示部分；本设计的主要应用就是平台的调平,利用的主要测量部分电路即为角度传感器,角度传感器输出电压值正比于所测量角度,因此只需利用电压值来读出角度即可；但是由于此处传感器 SCA60C所输出电压信号为模拟电压,因此需要加入模数转换电路,这里采纳的是 28 脚直插式 ADC0809 芯片,可满意要求；又由于 ADC0809的工作性能要求输入时钟信号频率不得高于 640khz ,

9、又依据单片机自身 12mhz晶振 6 分频后输出一个 2mhz 时钟信号,所以这里增加采纳了一个四分频电路,以达到试验要求的时钟信号；模拟信号经 ADC0809转换后输出二进制数字信号,经由单片机处理,直接将处理结果在LCD1602上显示出所测角度值,即达到调平的目的；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用2.3 系统结构框图本系统主要由单片机模块、角度检测模块、A/D 转换模块、四分频模块和液晶显示器模块等部分组成,系统连接图如图 1 所示：图 1 系统结构框图2.4 系统总电路图名师归纳总

10、结 包括 AT89c52 单片机、倾角传感器SCA60C、模数转换芯片ADC0809、四分频芯片74ls74的系统总电路图如图2 所示第 6 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 2 系统总电路图3 硬件系统设计3.1 AT89c52 芯片介绍名师归纳总结 AT89c52 单片机引脚图如图3 所示第 7 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3 AT89c52引脚图个人资料整理仅限学习使用3.2 传感器芯片介绍1. 单轴低价倾角传感器 SCA60C特点及

11、电路连接图： 1） 单轴倾角传感器 3）单极 5V 供电,比例电压输出 4） 模拟 0.5-4.5V 输出 5）工作温度范畴宽图 4 传感器引脚连接图名师归纳总结 2. 电气特性如图5 所示：第 8 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 5 SCA60C电气特性3. 倾角传感器连接电路及引脚定义：图 6 倾角传感器引脚定义4. 传感器输出电压与角度测试结果对比如表 1 和表 2：名师归纳总结 角度 ）电压V）角度 ）电压 V）第 9 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - -

12、 - - - 0 2.53 个人资料整理仅限学习使用50 4.07 10 2.84. 60 4.22 20 2.90 70 4.39 30 3.64 80 4.45 40 3.96 90 4.53 表 1 传感器精确值角度 ）电压V）角度 ）电压 V）0 2.53 50 4.02 10 2.76 60 4.24 20 3.18 70 4.39 30 3.51 80 4.48 40 3.78 90 4.60 表 2 测试误差值3.3 模数转换芯片介绍ADC0809 是 采 样 频 率 为 8 位 的 、 以 逐 次 逼 近 原 理 进 行 模 数 转 换 的 器 件 ；它是逐次靠近式 A/D 转

13、换器,可以和单片机直接接口；其内部有一个 8 通道多路开关,它可以依据地址码锁存译码后的信号,只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换； 1. 芯 片 主 要 特 性1）8 路 8 位 AD 转 换 器,即 分 辨 率 8 位；2）具 有 转 换 起 停 控 制 端；3）转 换 时 间 为 100 s 4）单 个5V 电 源 供 电5 ） 模 拟 输 入 电 压 范 围0 5V , 不 需 零 点 和 满 刻 度 校 准 ；6）工作温度范围为-4085摄氏度7）低功耗,约15mW ；2芯片内部结构图7 AD芯片内部结构名师归纳总结 ADC0809 是 CMOS 单片型逐次靠近式AD

14、 转换器,内部结构如图7 所示,它由8 路模拟开第 10 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用关通道挑选开关）、通道地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 DA 转换器、逐次靠近寄存器,定 时 和 控 制 器、8 位 锁 存 和 三 态 门 几 个 部 分 组 成；多路开关可选通 8个模拟通道,答应 8路模拟量分时输入,共用 A/D 转换器进行转换；三态输出锁器用于锁存 A/D 转换完的数字量,当 3外部特性 引脚功能）OE端为高电平常,才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据；ADC0809 芯片有 28 条引

15、脚,采纳双列直插式封装,如图 8 所示；下面说明各引脚功能：图 8 引脚功能1）IN 0IN 7 8路模拟输入,通过3根地址译码线 ADD A、 ADDB、ADDC来选通一路；2）D 7D0A/D 转换后的数据输出端,为三态可控输出,故可直接和微处理器数据线连接；8位排列次序是 D7为最高位, D 0为最低位；3）ADD A、ADD B、ADD C模拟通道挑选地址信号,ADD A为低位, ADD C为高位；地址信号与选中通道对应关系如表 1所示； 、V R-正、负参考电压输入端,用于供应片内 DAC 电阻网络的基准电压；在单极性输入时,V R+=5V ,V R-=0V ；双极性输入时,V R+

16、 、V R- 分别接正、负极性的参考电压；5）ALE 地址锁存答应信号,高电平有效；当此信号有效时,A、B、 C三位地址信号被锁存,译码选通对应模拟通道；在使用时,该信号常和 START 信号连在一起,以便同时锁存通道地址和启动 A/D 转换；6）START A/D 转换启动信号,正脉冲有效；加于该端的脉冲的上升沿使逐次靠近寄存器清零,下降沿开头 A/D转换；如正在进行转换时又接到新的启动脉冲,就原先的转换进程被中止,重新从头开头转换；7）EOC 转换终止信号,高电平有效；该信号在 A/D 转换过程中为低电平,其余时间为高电平；该信号可作为被 CPU查询的状态信号,也可作为对 CPU的中断恳求

17、信号；在需要对某个模拟量不断采样、转换的情形下, EOC也可作为启动信号反馈接到 START端,但在刚加电时需由外电路第一次启动；显现； START的上升沿将逐次靠近寄存 2 s 加 8 个时钟周期内 不定 ,EOC信号将变低电平,以指示转换操作正在进行中,直到转换完成后EOC再变高电平；微处理器收到变为高电平的EOC信号后,便立刻送出 OE信号,打开三态门,读取转换结果；模拟输入通道的挑选可以相对于转换开头操作独立地进行 当然,不能在转换过程中进行 ,然而通常是把通道挑选和启动转换结合起来完成 由于 ADC0808/0809 的时间特性答应这样做 ；这样可以用一条写指令既挑选模拟通道又启动转

18、换；在与微机接口时,输入通道的挑选可有两种方法,一种是通过地址总线挑选,一种是通过数据总线挑选；如用 EOC信号去产生中断恳求,要特殊留意EOC的变低相对于启动信号有2 s+8 个时钟周期的延迟,要设法使它不致产生虚假的中断恳求；为此,最好利用 电平产生中断恳求；图9 工作时序图3.4 分频电路设计EOC上升沿产生中断恳求,而不是靠高名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用74LS74 是一个双 D 触发器,其功能比较的多,可用作寄存器,移位寄存器,振荡器,单稳态,分频计数器等功能；其内部结构

19、如图 10 所示：图 10 分频器内部结构11 端与 3 端为原时钟输入端5 端与 9 端为变换后的时钟输出端2 端与 6 端联接, 8 端与 12 端联接7 端接电源负极、14 端接电源正极分频：1,2,3,4,5,6 为一组, 8,9, 10,11,12,13 为一组假如要得到二分频,原时钟需接 假如要得到四分频,原时钟需接是原时钟接 11 端 所以此时所需电路即可为：图 11 分频器电路连接图3.5 液晶显示电路的介绍3 端或 11 端, 5 端或 9 端为变换后的时钟输出端 3 端并且 5 端接 11 端, 9 端为四分频输出端；或者名师归纳总结 1. 一般 1602 字符型液晶显示器

20、实物如图12,图 13 所示 ：第 13 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 12 液晶实物图 正面）图 13 液晶实物图 模块正确工作电压 :5.0V 字符尺寸 :2.95 4.35W Hmm 名师归纳总结 1602LCD 采纳标准的14 脚无背光）或16 脚带背光）接口,各引脚接口说明如表4：第 14 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 表 4 液晶引脚说明第 1 脚： VSS 为地电源；个人资料整理仅限学习使用第 2 脚： VDD 接 5V 正电源

21、；第 3 脚： VL 为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对比度过高时会产生“ 鬼影” ,使用时可以通过一个 对比度； 10K 的电位器调整第 4 脚： RS为寄存器挑选,高电平常挑选数据寄存器、低电平常挑选指令寄存 器；第 5 脚： R/W 为读写信号线,高电平常进行读操作,低电平常进行写操作；当 RS 和 R/W 共同为低电平常可以写入指令或者显示地址,当 RS 为低电平 R/W 为高电平常可以读忙信号,当 RS 为高电平 R/W 为低电平常可以写入数据；第 6 脚 ： E 端 为 使 能 端 , 当 E 端 由 高 电 平 跳 变 成 低 电 平 时 , 液

22、 晶 模 块 执 行 命 令 ；第 7 14 脚： D0 D7 为 8 位双向数据线；第 15 脚：背光源正极；第 16 脚：背光源负极；1602 液晶模块内部的掌握器共有 11 条掌握指令,如表 5 所示：1602 液晶模块的读写操作,屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的；90 度 90 度启动 AD 转换输出角度值Jiaodu=90-jiaodu 延时等待 AD 转换Jiaodu=jiaodu-90 从传感器接收角度值名师归纳总结 NAD转换完毕？输出正角度液晶显示输出负角度第 17 页,共 24 页Y5. 结论终止- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - -

23、 - 个人资料整理 仅限学习使用本设计完成了 题目要求的基本功能,达到了设计要求；在本次设计中,设计方案经过了反复修改,最终确定了最易实现的方案,在本次设计中,遇到了一些困难,设计曾陷入困难,最终在老师的帮忙下 得到解决,在反复摸索过程中,提高了分析问题、解决问题的才能；角度测量系统在科技领域中有着极其重要的位置,包括平台调平,加速度测量等方面的讨论作用更 为明显,本设计用简洁的方式实现了一个单轴平台调平的设计方法,目的不仅在于实现简洁制作更留意于为相关设计的构思与开发制造基础；本设计的完成初步实现了SCA60C的功能,能测量出平台的角度值,并利用角度传感器的功能与性能实现了创新,但本设计仍存

24、在一些缺陷,比如精度和稳固性欠佳,仍需要一些改进；参考文献 : 1 张毅刚 单片机原理及应用 M. 北京. 高等训练出版社, 2003 2 阎石 数字电子技术基础 . 高等训练出版社 第五版） .2003 3 童 师 白 , 华 成 英 模 拟 电 子 技 术 基 础 第 四 版 ） . 高 等 教 育 出 版 社 2006.5 4 沈德金,陈粤初 MCS-51 系列单片机接口电路与应用程序实例；北京航空航天高校出版社 ,1990名师归纳总结 5 蔡美琴 MCS-51系列单片机系统及其应用. 北京 : 高等训练出版社, 2002 第 18 页,共 24 页 6 胡汉才单片机原理及接口技术 .

25、北京 : 清华高校出版社, 1996 7陈永真全国高校生电子设计竞赛试卷精选M 电子工业出版社 , 2007 7Stephen G.Kochan 美 著,张小潘译 C 语言编程电子工业出版社 2007 8黄惠媛,李润国单片机原理与接口技术海洋出版社 2006 9陈忠平,曹巧媛单片机原理及接口清华高校出版社 2007 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 致个人资料整理仅限学习使用谢在毕业设计期间不但增加了我的动手才能,仍激发了我对电子学科的喜爱,增加了对自己专业 的明白,这与教研室给我供应的良好的工作和学习环境,指导老师的耐心指导和勉励是分不开的；在本次设

26、计中,特殊要感谢我的指导老师尹义斌老师,当我遇到困难时,老师能够同我站在 一起,帮我解决了一个又一个问题,使我圆满地完成毕业设计任务,完成了毕业论文；我仍要感谢其他老师和全部同学给我的热心的帮忙,这些都增长了我的信心,最终我忠心的感 谢培养我的校内,和训练我成人的老师！附录 : 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用主程序设计#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit rs=P10；sbit rw=P

27、11 ；sbit leden=P12 ；sbit start=P13 ；sbit eoc=P14；sbit oe=P15 ；sbit CLK = P37 ；uchar code table1=Current Angle ；uchar code table2= Degree ；uchar m10 = 0 ；uchar code name = 77 Li Hongwei；uchar code date = Date2022/5/13 ；uchar jiaodu1,jiaodu2 ；void delayuint a uint i,j ；fori=0 ；i forj=0 ；j ； void write

28、_comuchar command / 写指令函数 P2=command；rw=0 ；rs=0；delay10；leden=0；delay20；leden=1；delay50；leden=0；delay20； void write_dateuchar date /写数据函数与写指令函数的区分是rs为1 P2=date；rw=0 ；rs=1；名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用delay10；leden=0；delay20；leden=1；delay50；leden=0；delay20； v

29、oid initial write_com0x38 ；/设置 16*2 显示, 5*7 点阵, 8位数据接口 delay50；write_com0x0c ；/设设置为开显示 显示光标 光标闪耀 delay50；write_com0x06 ；/ 设置为写一个字符后地址指针加一光标加一假如不加以指令为 0x04delay50；write_com0x01 ；/清屏指令 delay50； void convertervoid/ 从P0口取到二进制角度 uchar i；uint j=0 ；fori=0 ；i start=0；start=1；start=0；whileeoc = 0 ；oe=1；delay

30、10；mi=P0 ；oe=0； fori=0 ；i j=j+mi ； jiaodu1=j/10 ； void TimeInitial TMOD=0x10 ； TH1=65536-200/256 ；/定时时间为 2us,亦即 CLK 周期为 0.4us TL1=65536-200%256 ； EA=1 ；名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 ET1=1 ； TR1=1 ； void lcd_init_write0 uint m ；write_com0x80 ；/在第一行缓存位置写数据 0x0

31、8到0x08+16 为非缓存区 form=0 ；m write_datetable1m ；delay20； void lcd_init_write1 uint m ；write_com0xc0 ；/在其次行缓存位置写数据 0xc0到0xc0+16为非缓存区 form=0 ；m write_datetable2m ；delay60； void namedisplay uint m ；write_com0x80 ；/在第一行缓存位置写数据 0x08到0x08+16 为非缓存区 form=0 ；m write_datenamem ；delay20； void datediplay uint m ；w

32、rite_com0x80+0x40 ；/在第一行缓存位置写数据 0x08到0x08+16 为非缓存区 form=0 ；m write_datedatem ；delay20； 为后边整屏左移做预备为后边整屏左移做预备为后边整屏左移做预备为后边整屏左移做预备名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 void main initial ；TimeInitial ；namedisplay ；datediplay ；delay65535 ；write_com0x01 ；while1 lcd_init_write0 ；lcd_init_write1 ；converter ；jiaodu2 = jiaodu1-25*100/114 ； / 电压值转换成角度值 ifjiaodu2 90 jiaodu2 = jiaodu2 - 90 ；write_com0x80 + 0x40 ；write_date0+j