基于单片机的角度测量仪的设计详解.doc

皖 西 学 院 课程设计报告书 系 别： 机电学院 专 业： 电子信息科学与技术 姓 名（学号）： 杨凯 （2010010739） 许扬扬 （2010010737） 课程设计题目： 基于单片机的角度测量仪的设计 起 迄 日 期: 6月 17日 ~ 6月28日 课程设计地点: 指 导 教 师: 张晓东 基于单片机的角度测量仪 摘要:本文所设计的角度测量仪是利用AT89S51单片机，该单片机是一款低功耗，CMOS8位单片机，片内含4KB的可系统编程的Flash只读程序存储器的单片机，角度测量仪将被测物体与光电编码器同轴转动，将光栅的光信号传输给光电编码器内部的光敏电阻，经过处理后产生脉冲，通过编写程序导入单片机，当来一个脉冲下降沿沿时，定时器中断，则脉冲数加一，进而将脉冲数转换成数字量，通过转换成角度量，最后通过液晶显示屏直接显示所测出的角度。本文同时分析了角度测量仪的硬件组成，设计原理，给出了设计程序。 关键字：光电编码器 单片机 显示屏 角度 脉冲 目录 1 前言 1 1.1 基于单片机的角度测量仪的系统简介 2 1.2基于单片机的角度测量仪课题的研究意义 2 2系统的基本构成 3 2.1系统的框图 3 2.2光电编码器的原理 3 2.3 AT89S51单片机的原理 6 2.4液晶显示屏原理 8 3硬件部分的设计 10 3.1 .脉冲数与角度的关系 10 3.2光电编码器与单片机的接口技术 10 3.3系统仿真框图 11 4软件部分的设计 12 4.1软件部分总程序框图 12 4.2中断程序流程 13 4.2.1外部0 中断 13 4.2.2定时器中断 14 总结 16 参考文献 17 附录................................................................................................................18 1 前言 角度测量是计算科学的重要组成部分,随着社会的发展，角度测量越来越广泛应用于机械，光学，航空航天等各个领域，技术水平和准确度也在不断提高。随着科技的进步，测角技术的精度不断提高，测量领域也不断扩大；数字化的发展使测角技术实现自动化，测角的方法也越来越多。 角度是一个重要的几何量计量参数，它不仅应用于军事领域还运用于商业领域和工业领域，而我国的角度测量技术也经过了几十年的发展，随着21世纪科学技术的不断发展，传统的角度计量工具框式水平仪和机械式测量方法将被数字角度测量仪所取代，数字角度测量仪具有性能稳定，工作可靠，测量精确度高，使用简单，因此一个电子检测数字显示的现代化角度测量时代即将开始。 近年来工业上常用的测角方法有机械式测角技术、激光测角技术和光学测角技术。机械式技术由于研究较早，技术已经非常成熟。其优点是简单、成本低，但是其设备体积庞大，测量延时大、精度低，多数情况下不能实时动态测量，而且不能实施非接触式测量，所以不合适高精度的角度测量。光学测角技术是随着新型光电材料和器件的出现而发展起来的，光电编码器方法测角具有体积小，重量轻，品种多，分辨力高，承载能力强，性能稳定，可靠使用寿命长等诸多优点。 1.1 基于单片机的角度测量仪的系统简介 光电编码器是集光，机，电于一体的转速位移传感器，当编码器转轴带动光栅圆盘旋转时，发光元件发出的光被光栅盘的狭缝切割成断断续续的光线，并被接收元件接收产生初始信号，该信号经后继电路处理后输出脉冲信号，该脉冲信号传输给AT89S51单片机，利用AT89S51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，而输出的脉冲数与角度值成正比，通计算脉冲数进而算出角度测量仪利用单片机读取光电编码器测出的角度值 1.2基于单片机的角度测量仪课题的研究意义 角度测量仪是某控制系统中瞄准装置的关键部件。在以往的控制系统中，多数都是仅凭设备操作人员眼睛瞄准指定目标，然后作出相应的控制，这样就带来一系列问题，如操作人员的经验、。 图2-1系统的基本框图 2.2光电编码器的原理 光电式码盘亦称脉冲式角度—数字编码器， 光电编码器的光栅盘和内部结构示意图如图2-2-1所示。 在一个圆盘上按码道开有相等角距的缝隙， 在码道上分为透明区和不透明区，分别代表“1”和“0”， 相当于接触式码盘的导电区和不导电区。光电式码盘的优点是无触点磨损， 因而允许高转速； 每条缝隙宽度可做得很小， 所以精度和分辨高 。 图2-2-1 光栅盘和光电编码器内部结构示意图 光电编码器，是一种通