智能电机测速仪天津大学智能装置课设.docx

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智能电机测速仪天津大学智能装置课设

智能装置课程设计指导书

一、设计题目智能电机测速仪

二、设计目的

1.深入了解PIC16F877单片机的工作原理，熟练掌握汇编语言程序设计方法，熟练使用MPLAB-ICD仿真器及MPLAB-IDE仿真调试软件。

2.通过该课程设计使学生初步掌握以单片机为核心的智能装置设计的简单原则、步骤和方法。

3.熟悉智能装置设计中有关的硬件设计调试，如人机界面等。

4.熟悉智能装置设计中相关软件的设计、编程和调试。

三、设计内容

1.以16F877单片机为核心，结合给出的其他原器件和智能装置实验系统原有的内容设计智能电机测速显示仪硬件电路。

2.利用试验板提供的光电耦合器采集电机速度

3.将采集的速度值通过液晶显示器显示出来。

4.将转速内容上传至计算机界面。

四、设计要求

1.根据实验指导书的设计内容及所给出的元件，设计智能电机测速显示仪硬件原理图。

2.按照设计好的硬件原理图在实验板上用导线搭建硬件电路。

3.用万用表检查硬件电路连接是否正确，检查无误后上电并编制简单的测试程序分步调试各部分功能。

4.在各部分功能实现后，编制完整的智能电机速度测试系统软件，并进行软硬件联调，直到达到设计要求。

5.按照设计内容要求测试仪表误差并做分析，给出仪表精度，完成后由教师进行验收检查。

五、实验设备

1.MPLAB-ICD模块和仿真头

2.智能装置实验系统

3.安装了MPLAB-IDE开发软件的计算机

4.数字万用表

5.导线若干

六、实验项目

1.设计智能电机测速仪硬件电路

⑴采用16F877单片机，利用实验板上提供的光电耦合器采集电机速度。

⑵将采集的转速值通过液晶显示器显示

⑶利用RS232接口，将转速内容上传至计算机界面。

2.硬件电路连接和检查

⑴将设计好的电路由指导老师检查完毕后，在实验系统上用导线将实际的电路连接出来。

⑵接线完成后对照原理图用万用表逐根连线检查电路连接是否正确，特别是电源VCC和VDD有无短路。

⑶检查无误后连接仿真头后通电。

3.编制软件对硬件电路分步调试

⑴对液晶显示电路进行调试，编制简单程序实现将固定单元的数据在液晶上显示

⑵编制测速程序，在液晶显示器上显示出转速。

⑶编制USART程序，将数据传到计算机中。

⑷每部分编制结束并调试通过后，和前面的程序依次连接成大程序并调试出结果，最终完成整个程序的编制和调试。

3.仪表软硬件联调实现要求的功能

⑴将各部分程序进行组合，逐项实现设计要求的功能。

⑵功能完成后用万用表对电机调速电压上、下量程各取10个点记录实验结果。

⑶编制仪表的使用说明。

⑷将误差分析结果、使用说明及运行中的实验系统经指导教师验收合格后，完成课程设计。

七、课程设计报告要求

1.课程设计的题目、目的、内容和要求。

2.简单介绍使用的仪器设备和元器件的工作原理。

3.提交完整的硬件原理接线图，并介绍硬件设计的思路。

4.调试的步骤及调试过程中出现的问题和解决的方法。

5.软件设计流程图及带注释的全部程序的清单。

6.完成后的智能电机测速显示仪的功能操作说明。

7.测试仪表精度的原始数据及误差分析。

8.课程设计中的心得体会、收获。

八、思考题

1.智能装置的实际测量精度受哪些因素影响？

2.系统软件中中断的设计应该注意哪些方面？

3.简要介绍智能装置硬件、软件设计的思路及要点。

附录一仿真模块的连接和仿真软件的使用

一、连接硬件

如图1所示，将扁平电缆连接到MPLAB-ICD模块和仿真头之间，在将仿真头插入到演示板的40芯IC插座里，将RS232串行口专用电缆连在PC机和模块之间。

图1硬件连接图

1．连接MPLAB-IDE和MPLAB-ICD模块

●双击桌面上的MPLAB图标，进入MPLAB-IDE界面

●选择Option>>DevelopmentMode>>Tools对话框中的MPLAB-ICDDebugger，确认后，模块上的红灯将停止闪烁，说明双方已经连接成功。

图2

2．建立新项目

⑴资源管理器中打开目录D:

\mplab\实验

⑵选择Project>>NewProject，在文件名对话框中输入‘*.pjt’,建立一个新项目

⑶EditProject对话框打开后,选择OK，这样就建立了一个项目文件。

图3

3．编辑汇编文件

⑴选择File>>new建立一个Untitled文件,然后选择File>>Save,保存成‘*.asm’文件,该文件可以和项目文件同名.

⑵将所编程序键入窗口中,并存盘

图4

4．编译文件

⑴选择Project>>EditProject,点击AddNode,在对话框中选择需要编译的汇编文件‘*.asm’,然后单击确定

图5

图6

⑵选择‘*.hex’文件,点击BuildNode,系统自动完成编译。

如果程序没有语法错误，对话框中将出现Buildcompletedsuccessfully字样，否则可根据提示修改程序中的错误，再重新编译。

5．仿真

⑴打开MPLAB-ICD选项对话框（该窗口在集成环境初始状态就出现了）设置各项内容,包括Device选择PIC16F877,Oscillator选择XT,其他均选择关闭。

图7

⑵单击Program按钮，将编译好的程序写入仿真头上的单片机中。

图8

⑶状态栏出现Waitingforusercommand字样后，选择Debug>>Run>>Run即可运行程序.

图9

调试过程中，也可以使用单步执行或断点设置来进行程序的调试。

附录二光电开关

红外线光电开关（光电传感器）属于光电接近开关的简称，它是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。

根据检测方式的不同，红外线光电开关可分为漫反射式光电开关、镜反射式光电开、对射式光电开关、槽式光电开关、光纤式光电开关。

此实验采用槽式光电开关。

槽式光电开关通常是标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，见图4-1。

当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了检测到的开关量信号。

槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变化，分辨透明和半透明物体。

图2-3光电开关

设计时，在压控电机上安装一个叶片，并将叶片置于光电开关的槽中。

当电机旋转时，带动叶片一起旋转，叶片就会遮挡光电开关的光轴。

这样，光电开关的输出端就会产生一定脉宽的方波。

此方波被送入到单片机的计数端口，单片机的计数器就会记录此方波的上升沿个数，即叶片遮挡光轴的次数。

如果让电机在一定的时间内运行，那么就可以通过测得的量来计算电机的转速。

附录三清达液晶HG系列液晶显示模块技术手册

一、液晶显示器LCD接口信号说明：

1、RS，R/W的配合选择决定控制界面的4种模式：

R/W

功能说明

MPU写指令到指令暂存器（IR）

读出忙标志（BF）及地址记数器（AC）的状态

MPU写入数据到数据暂存器（DR）

MPU从数据暂存器（DR）中读出数据

2、E信号

E状态

执行动作

结果

高——>低

I/O缓冲——>DR

配合/W进行写数据或指令

高

DR——>I/O缓冲

配合R进行读数据或指令

低/低——>高

无动作

●忙标志:

BF标志提供内部工作情况.BF=1表示模块在进行内部操作,此时模块不接受外部指令和数据.BF=0时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据.

利用STATUSRD指令,可以将BF读到DB7总线,从而检验模块之工作状态.

●字型产生ROM（CGROM）

字型产生ROM（CGROM）提供8192个此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。

DFF=1为开显示（DISPLAYON）,DDRAM的内容就显示在屏幕上，DFF=0为关显示（DISPLAYOFF）。

DFF的状态是指令DISPLAYON/OFF和RST信号控制的。

●显示数据RAM（DDRAM）

模块内部显示数据RAM提供64×2个位元组的空间，最多可控制4行16字（64个字）的中文字型显示（本模块只用到其中的16*2个），当写入显示数据RAM时，可分别显示CGROM和CGRAM的字型；此模块可显示三种字型，分别是瘦长的英数字型（16*8）、CGRAM字型及CGROM的中文字型，三种字型的选择，由在DDRAM中写入的编码选择，在00~0F的编码中将选择CGRAM的字定义字型，10~7F的编码中将选择

瘦长英数字的字型，至于A0以上的编码将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码形成中文字型的编码（A140~D75F）。

●字型产生RAM（CGRAM）

字型产生RAM提供图象定义（造字）功能,可以提供四组16×16点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定义到CGRAM中，便可和CGROM中的定义一般的通过DDRAM显示在荧屏中。

●地址计数器AC

地址计数器是用来贮存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由设定指令暂存器来改变，之后只要读取或是写入DDRAM/CGRAM的值时，地址计数器的值就会自动加一，当RS为“0”时而R/W为“1”时，地址计数器的值会被读取到DB6~DB0中。

●游标/闪烁控制电路

此模块提供硬体游标及闪烁控制电路，由地址计数器的值来指定DDRAM中的游标或闪烁位置。

2.串口接口管脚信号

管脚号

名称

LEVER

功能

VSS

电源地

VDD

+5V

电源正（3.0V~5.5V）

VEE

对比度调整

CLK

H/L

串行同步时钟：

上升沿时读取SID数据

SID

H/L

串行数据输入端

H/L

模组片选端，高电平有效

BL+

VDD

背光源电压+4.2V－+5V

BL-

VSS

背光源公共端

二、指令说明

模块控制芯片提供两套控制命令，基本指令和扩充指令如下：

指令表1：

（RE=0：

基本指令）

指

指令码

功能

令

R/W

清除

显示

将DDRAM填满"20H",并且设定DDRAM的地址计数器（AC）到"00H"

地址

归位

设定DDRAM的地址计数器（AC）到"00H",并且将游标移到开头原点位置;这个指令不改变DDRAM的内容

显示状态开/关

控制整体显示的开和关，高电平表示开显示，低电平表示关显示

控制光标的开和关，高电平表示有光标，低电平表示无光标

控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁

进入点

设定

I/D

指定在数据的读取和写入时,设定游标的移动方向及指定显示的移位

I/D：

光标移动方向，高电平右移，低电平左移

屏幕上所有文字是否左移或者右移，高电平表示有效，低电平则无效

游标或显示移位控制

S/C

R/L

设定游标的移动和显示的移位控制位;这个指令不改变DDRAM的内容

S/C:

高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标

功能

设定

DL:

高电平时为4位总线，低电平时为8位总线

RE=1:

扩充指令操作

RE=0:

基本指令操作

设定CGRAM

地址

AC5

AC4

AC3

AC2

AC1

AC0

设定CGRAM地址

设定DDRAM

地址

AC5

AC4

AC3

AC2

AC1

AC0

设定DDRAM地址（显示位址）

第一行：

80H－87H

第二行：

90H－97H

读取忙标志和地址

AC6

AC5

AC4

AC3

AC2

AC1

AC0

读取忙标志（BF）可以确认内部动作是否完成,高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。

同时可以读出地址计数器（AC）的值

写数据到RAM

数据

将数据D7~D0写入到内部的RAM（DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM）

读出RAM的值

数据

从内部RAM读取数据D7~D0

（DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM）

指令表2：

（RE=1：

扩充指令）

指

指令码

功能

令

R/W

待命

模式

进入待命模式,执行其他指令都棵终止

待命模式

卷动地址开关开启

SR=1：

允许输入垂直卷动地址

SR=0：

允许输入IRAM和CGRAM地址

反白

选择

选择2行中的任一行作反白显示，并可决定反白和否。

初始值R1R0＝00，第一次设定为反白显示，再次设定变回正常

睡眠

模式

SL=0：

进入睡眠模式

SL=1：

脱离睡眠模式

扩充

功能

设定

CL=0/1：

4/8位数据

RE=1:

扩充指令操作

RE=0:

基本指令操作

G=1/0：

绘图开关

设定绘图RAM

地址

AC6

AC5

AC4

AC3

AC2

AC1

AC0

设定绘图RAM

先设定垂直（列）地址AC6AC5…AC0

再设定水平（行）地址AC3AC2AC1AC0

将以上16位地址连续写入即可

备注;当IC1在接受指令前,微处理器必须先确认其内部处于非忙碌状态,即读取BF标志时,BF需为零,方可接受新的指令;如果在送出一个指令前并不检查BF标志,那么在前一个指令和这个指令中间必须延长一段较长的时间,即是等待前一个指令确实执行完成。

三、软件初始化:

四、时序图

串口读写时序：

五、附录部分

附录⑴：

ASCII码表

ASCII

附录⑵：

汉字码址表

需要者请向老师索取

附录五智能装置实验系统原理图

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