光电式转速表.docx

武汉理工大学华夏学院

电子工程课程设计报告书

课程名称智能电子小产品课程设计
课程设计总评成绩
学生专业班级电子信息工程1071班
指导教师姓名廖传书
课程设计起止日期2010.06.21---2010.07.09

一、课程设计项目名称
光电式转速表
二、项目设计目的及技术要求

1.设计目的:
1．熟悉单片机最小系统及应用；
2．结合选题要求，完成系统设计和调试，具有功能扩展和创新；
3．根据设计的电路，画系统总体结构框图，用protel工具画硬件电路图，用DXP生成PCB版图；
4．用C语言完成系统的软件编程；
5.熟悉并学会使用keil编译器，对所编程序进行编译。
2.技术要求:
1.运用光电传感器,将光信号转换成电信号,设计相应的电路,输出脉冲波。
2.用按键控制直流电机，并对PWM设置不同的占空比控制直流电机的速度。
3.运用51单片机，结合用C语言编出频率计数的程序，能够直接计出输出的脉冲波。
4.通过单片机的串行接口通信，由LED数码管显示出频率计数值。

三、项目设计方案论证(可行性方案、最佳方案、软件程序、硬件电路原理图和PCB图 )
1.电机模块的选择
方案一：采用步进电机
步进电机是一种能将电脉冲转化为角位移的器件，通过控制脉冲个数来控制角位移量，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，其精确度高，但控制相对较繁琐。
方案一：采用直流电机
直流电机速度快，价格便宜，通过调节电流来改变速度，驱动电路简单，调速范围广，调速特性平滑。缺点是其转距小，带有大负载时很容易堵转，但是课程设计电机的负载不会很大，所以通过PWM调控，可以达到课设的要求。
综上所述，决定采用方案二。

2.电机驱动模块的选择
方案一：采用大功率三极管，二极管，电阻电容等元件搭建一个H桥，通过对各路信号放大来驱动电机，原理简单。但由于放大电路很难做到完全一致，当电机的功率较大时运行起来会不稳定，而且电路的制作也比较复杂。
方案二：采用L298N驱动芯片
L298N芯片是较常用的电机驱动芯片。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性能；其输出电压最高可达50V，可用单片机的I/O口提供信号，而且一块L298芯片可驱动两个减速电机，电路简单、易用、稳定，具有较高的性价比。
综上所述，决定采用方案二。
3.电机速度显示模块的选择
方案一:使用液晶LCD1602.1602是能显示2行，每行16个字符，字符包括英文字符及阿拉伯数字。但其不能显示汉字。
方案二：使用数码管。利用串行通信方式和串入并出移位寄存器74LS164扩展输出接口，接四个七段数码管显示数据。虽然其硬件电路复杂，且只能显示单纯的数字，但是符合要求，且课设使用单片机扩展板已经给出完整的电路，并且可以直接使用。
综上所述，决定采用方案二。

4.光电传感器模块的选择
方案一:采用反射式光电传感器。反射式光电传感器是红外发射管发出红外光，接收管根据反射回来的红外光强度的大小来计数。所以被测物的表面必须有黑白相间的部分用于接收和反射红外光。由于是反射式，必须安装在没有强光直接照射处，以免影响红外光的接收，传感器与被测物之间距离要在可测范围之内。
方案二:采用直射式光电传感器。直射式光电传感器是红外发射管发出红外光，接收管根据接收到红外光的个数来计数，发射管与接收管之间的距离已经固定。
综上所述，采用方案二。
系统设计与实现
系统总体设计
要实现光电式计数，并且能够显示速度大小，控制直流电机的启停和速度。选用STC89C52RC单片机，配合键盘和数码管作为入机接口，用单片机的P2口设计4*4矩阵键盘电路，用串行通信方式和串入并出移位寄存器74LS164扩展输出接口，接四个七段数码管显示数据。为了驱动直流电机，用L298N驱动芯片，设计出驱动电路图，由驱动芯片的IN1口接入单片机的P1.0口，由P1.0输出PWM脉冲波控制电机。直射式光电传感器输出电信号，用LM393整形出脉冲波输出接入单片机P3.5口进行脉冲计数。系统总体设计框图如下：

系统总体框图
硬件设计与实现
光电式转速表硬件可分为以下几个部分，基本系统电路模块、光电转换模块、直流电机模块、数码显示模块、按键控制模块，其中数码显示模块和按键控制模块由单片机扩展板提供。
基本系统电路模块
基本系统使用STC89C52RC作为处理器，系统板上包括单片机芯片、串行接口电路、电源接口电路、发光二极管电路、用户程序下载开关、系统复位开关、INT0去抖动开关、T0去抖动开关、晶振电路。电路图见附录。
2.数码显示和按键控制模块
这两个模块由单片机扩展板提供，单片机扩展板包括，数码管接口电路、键盘接口电路、实验扩展区、数码管接口端口、键盘接口端口。

3.光电转换模块

采用直射式光电