電機測速與控制論文

1、畢業(yè)設計（論文）題目: 電機測速與控制專業(yè):應用電子技術班級: 09221 學號: 36 姓名: 賀宗建 指導老師: 曾一江 成都電子機械高等專科學校二一二年五月摘 要在工業(yè)生產(chǎn)中,常會遇到各種需要測量轉速的場合，轉速是指作圓周運動的物體在單位時間內所轉過的圈數(shù),其大小及變化往往意味著機器設備運轉的正常與否,因此,轉速測量一直是工業(yè)領域的一個重要問題。例如在發(fā)動機、電動機、機床主軸等旋轉設備的運轉和控制中，常需要實時監(jiān)控其轉速以便隨時調整生產(chǎn)方案。在使用模擬技術制作測速表時，常用測速發(fā)電機的方法，即利用傳感器測得電機轉動脈沖，利用脈沖計算每分鐘點擊轉速。 這次設計內容包含知識全面，在測量系統(tǒng)中

2、能學到關于測量轉速的傳感器采樣問題，單片機部分的內容，顯示部分等各個模塊的通信和聯(lián)調。全面了解單片機和信號放大的具體內容。進一步鍛煉我們在信號采集，處理，顯示方面的實際工作能力。關鍵詞：電動機 單片機 傳感器 設計要求： 1、采用單片機作為控制器實現(xiàn)電機的測速、加速、減速控制；2、測速結果在液晶屏或者LED上顯示；3、液晶屏上同時能顯示實時時鐘；目 錄概述3單片機AT89C51簡介 4復位電路 7晶振電路 10按鍵控制模塊 11顯示部分設計13管腳接線13指令功能13時鐘實時顯示功能14電機驅動 15四相步進電機工作原理16傳感器選擇 17霍爾傳感器 17光電傳感器 18轉速測量方法19轉速測

3、量原理19系統(tǒng)軟件設計20主程序初始化20程序框圖22調試步驟 26全電路仿真29總結30致謝30參考文獻31附錄程序代碼 32概 述 目前測量電機轉速的方法很多，按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生過模擬測速法(如離心式轉速表、用電機轉矩或者電機電樞電動勢計算所得)、同步測速法(如機械式或閃光式頻閃測速儀)以及計數(shù)測速法。計數(shù)測速法又可分為機械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。傳統(tǒng)的電機轉速檢測多采用測速發(fā)電機或光電數(shù)字脈沖編碼器，也有采用電磁式(利用電磁感應原理或可變磁阻的霍爾元件等)、電容式(對高頻振蕩進行幅值調制或頻率調制)等，還有一些特殊的測速器是利用置于旋轉體內的放射性材料來發(fā)生脈沖信號其中

4、應用最廣的是光電式，光電式測系統(tǒng)具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點加之激光光源、光柵、光學碼盤、CCD 器件、光導纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應用，使得光電傳感器在檢測和控制領域得到了廣泛的應用。而采用光電傳感器的電機轉速測量系統(tǒng)測量準確度高、采樣速度快、測量范圍寬和測量精度與被測轉速無關等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。 單 片 機 晶振電路復位電路按鍵控制加速減速顯示轉換LCD顯示電機驅動轉速采集實時時鐘實現(xiàn)模塊設計整體思路框圖各部分模塊的功能： 單片機：整個設計的核心部分，對各個模塊進行控制，對數(shù)據(jù)進行處理。晶振電路：提供基準頻率。復位電路：對單片機進行初始化處理?？刂颇K：對需要實現(xiàn)的功能

5、進行控制與轉換切換。顯示模塊：通過液晶顯示器LCD對轉速、時鐘進行顯示。電機驅動：用放大電路對電機進行驅動，使電動機運轉。轉速采集：通過傳感器采集電機轉速信號送入單片機處理。時鐘模塊：實現(xiàn)時鐘顯示的核心，具有計時功能。單片機AT89C52介紹AT89C51是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在

6、單個芯片中，ATMEL的AT89C52是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。這是常用的一種單片機，型號為AT89C52，它將計算機的功能都集成到這個芯片內部去了，就這么一個小小的芯片就能構成一臺小型的電腦，因此叫做單片機。AT89C51芯片 它有40個管腳，分成兩排，每一排各有20個腳，其中左下角標有箭頭的為第1腳，然后按逆時針方向依次為第2腳、第3腳第40腳。在40個管腳中，其中有32個腳可用于各種控制，比如控制小燈的亮與滅、控制電機的正轉與反轉、控制電梯的升與降等，這32個腳叫做單片機的“端口”，在單片機技術中，每個端口都有一個特定的名字，比如第一腳的那個

7、端口叫做“P1.0”。AT89C51管腳分布VCC：供電電壓，GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，

8、P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電

9、流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口。P3口管腳備選功能：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高

10、電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有

11、效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。

12、有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。復位

13、電路 MCS-51單片機復位電路是指單片機的初始化操作。單片機啟運運行時，都需要先復位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。因而，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路才能實現(xiàn)。復位電路復位功能： 復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。單片機的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內復位電路是復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制

14、噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位（如圖(a)）和按鈕復位(如圖 (b)兩種方式。RC復位電路單片機復位后的狀態(tài): 單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器PC0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機冷啟動后，片內RAM為隨機值，運行中的復位操作不改變片內RAM區(qū)中的內容，21個特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)為確定值。 寄存器復位后狀態(tài)表特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)ABPSW00H00H00HTMODTCONTH000H00H00HSPDPLDPHP0P3IPIE07H00H00HFFH*0

15、0000B0*00000BTL0TH1TL1SBUFSCONPCON00H00H00H不定00H0*BPSW00H，表明選寄存器0組為工作寄存器組； SP07H，表明堆棧指針指向片內RAM 07H字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個被壓入的內容寫入到08H單元中；Po-P3FFH，表明已向各端口線寫入1，此時，各端口既可用于輸入又可用于輸出 。IP00000B，表明各個中斷源處于低優(yōu)先級； IE000000B，表明各個中斷均被關斷； 系統(tǒng)復位是任何微機系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認的硬件狀態(tài)下。51單片機的復位是由RESET引腳來控制的，平則執(zhí)行芯片內部的程序代碼，若為低電平

16、便會執(zhí)行外部程序。51單片機在系統(tǒng)復位時，將其內部的一些重要寄存器設置為特定的值，至于內部RAM內部的數(shù)據(jù)則不變。此引腳與高電平相接超過24個振蕩周期后，51單片機即進入芯片內部復位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電晶振電路 晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡，電工學上這個網(wǎng)絡有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。AT89C51單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。

17、這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為30F。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。 晶振電路按鍵控制控制模塊采用74LS

18、148優(yōu)先編碼器，其 為 8 線3 線優(yōu)先編碼器，共有 54/74148 和 54/74LS148 兩種線路結構型式， 將 8 條數(shù)據(jù)線（07）進行 3 線(4-2-1)二進制（八進制）優(yōu)先編碼，即對最高位數(shù)據(jù)線進行譯碼。 利用選通端（EI）和輸出選通端（EO）可進行八進制擴展。通過按鍵實現(xiàn)LCD顯示電機轉速和實時時鐘切換，同時通過按鍵實現(xiàn)加速、減速控制。優(yōu)先編碼器實物圖07 編碼輸入端(低電平有效) ，EI 選通輸入端(低電平有效) ，A0、A1、A2 編碼輸出端(低電平有效) ，GS 寬展端(低電平有效) ，EO 選通輸出端。優(yōu)先編碼器管腳輸入輸出EI01234567A2A1A0GSEOH

19、XXXXXXXXHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLXXXXXXXLLLLLHLXXXXXXLHLLHLHLXXXXXLHHLHLLHLXXXXLHHHLHHLHLXXXLHHHHHLLLHLXXLHHHHHHLHLHLXLHHHHHHHHLLHLLHHHHHHHHHHLHH高電平 L低電平 X任意優(yōu)先編碼器功能表此設計中占用第4、5、6、7線輸入，當任意端口按鍵按下有低電平輸入，都將通過P1口輸給單片機處理。譯碼結果：減速按鍵-4口：011加速按鍵-5口：010時鐘按鍵-6口：001轉速按鍵-7口：000顯示部分設計（1）液晶顯示簡介：本設計顯示部分采用lcd1602顯示芯片，1602芯

20、片字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD。管腳接線功能：第1腳：VSS為地電源 第2腳：VDD接5V正電源 第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度 。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳：E端為使能端，當E端

21、由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第1516腳：空腳 1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，如表1所示，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼指令功能：指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置 指令2：光標復位，光標返回到地址00H 指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效 指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平

22、表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標 指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符 （有些模塊是 DL：高電平時為8位總線，低電平時為4位總線） 指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置 指令8：DDRAM地址設置 指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)

23、，如果為低電平表示不忙。 指令10：寫數(shù)據(jù) 指令11：讀數(shù)據(jù) （2）動態(tài)顯示仿真時鐘實時功能實現(xiàn) 本設計時鐘顯示通過DS1302芯片完成。它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302與CPU的連接需要三條線，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。實際上，在調試程序時可以不加電容器，只加一個32.768kHz 的晶振即可。DS1302 與微處理器進行數(shù)據(jù)交換時，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位MSB(D

24、7)必須為邏輯1，如果D7=0，則禁止寫DS1302，即寫保護；D6=0，指定時鐘數(shù)據(jù)，D6=1，指定RAM數(shù)據(jù)；D5D1指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位LSB(D0)為邏輯0，指定寫操作(輸入)， D0=1，指定讀操作(輸出)。 在DS1302的時鐘日歷或RAM進行數(shù)據(jù)傳送時，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結束之后，在下2個SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。 DS1302與RAM相關的寄存器分為兩類:一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶

25、數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所有的RAM的31個字節(jié)。DS1302抓圖電機驅動：在設計中采用光電傳感器采集信號，這種傳感器是把旋轉軸的轉速變?yōu)橄鄳l率的脈沖，然后用測量電路測出頻率，由頻率值就可知道所側轉速值。這種測量方法具有傳感器結構簡單、可靠、測量精度高的特點。是目前常用的一種測量轉速的方法。 本設計采用單片機輸送4路信號，通過反向處理送入ULN2003A芯片，ULN2003A芯片主要功能是放大，由于產(chǎn)生的電壓信號很小，所以要進行放大處理，一般要放大至少1000倍（60dB），然后再進行信號處理工作。 通過P2口4個端口提供4相電，經(jīng)過反向輸入UL

26、N2003A芯片處理放大以驅動電機轉動。電機驅動抓圖四相步進電機工作原理：四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉動。下圖是該四相反應式步進電機工作原理示意圖。步進電機工作原理示意圖開始時，開關 SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉子0、3號齒對齊，同時，轉子的1、4號齒就和C、D相 繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當開關SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉子轉動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒

27、就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉子會沿著A、B、C、D方向轉動。四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉動力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖a、b、c所示：步進電機工作時序波形圖傳感器選擇：轉速測量的方案選擇,一般要考慮傳感器的結構、安裝以及測速范圍與環(huán)境條件等方面的適用性;再就是二次儀表的要求,除了顯示以外還有控制、通訊和遠傳方面的要求。經(jīng)過我

28、和同組同學查資料、構思和自己的設計，總體電路我們有兩套設計方案，部分重要模塊也考慮了其它設計方法，經(jīng)過分析，從實現(xiàn)難度、熟悉程度、器件用量等方面綜合考慮，我們才最終選擇了光電傳感器?；魻杺鞲衅骰魻杺鞲衅魇抢没魻栃M行工作的。其核心元件是根據(jù)霍爾效應原理制成的霍爾元件。本文介紹一種泵驅動軸的轉速采用霍爾轉速傳感器測量。傳感器的定子上有2 個互相垂直的繞組A 和B, 在繞組的中心線上粘有霍爾片HA 和HB ,轉子為永久磁鋼,霍爾元件HA 和HB 的激勵電機分別與繞組A 和B 相連,它們的霍爾電極串聯(lián)后作為傳感器的輸出。 霍爾轉速傳感器的結構原理圖 霍爾轉速傳感器的接線圖缺點：采用霍爾傳感器在信

29、號采樣的時候，會出現(xiàn)采樣不精確，因為它是靠磁性感應才采集脈沖的，使用時間長了會出現(xiàn)磁性變小，影響脈沖的采樣精度。光電傳感器 整個測量系統(tǒng)的組成框圖如圖所示。從圖中可見,轉子由一直流調速電機驅動,可實現(xiàn)大轉速范圍內的無級調速。轉速信號由光電傳感器拾取,使用時應先在轉子上做好光電標記,具體辦法可以是:將轉子表面擦干凈后用黑漆(或黑色膠布) 全部涂黑,再將一塊反光材料貼在其上作為光電標記,然后將光電傳感器(光電頭) 固定在正對光電標記的某一適當距離處。光電頭采用低功耗高亮度LED ,光源為高可靠性可見紅光,無論黑夜還是白天,或是背景光強有大范圍改變都不影響接收效果。光電頭包含有前置電路，輸出05V的

30、脈沖信號。接到單片機89C51的相應管腳上，通過89C51內部定時/計時器T0、T1及相應的程序設計，組成一個數(shù)字式轉速測量系統(tǒng)。 測量系統(tǒng)的組成框圖優(yōu)點：這種方案使用光電轉速傳感器具有采樣精確，采樣速度快，范圍廣的特點。轉速測量方法被 測 物 體傳 感 器單 片 機LCD 顯 示測速原理圖計數(shù)測速法又可分為機械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。本設計采用單片機和光電傳感器組成的高精度轉速測量系統(tǒng),其轉速測量方法采用的是電子式定時計數(shù)法。對轉速的測量實際上是對轉子旋轉引起的周期脈沖信號的頻率進行測量。在頻率的工程測量中,電子式定時計數(shù)測量頻率的方法：在一定時間間隔t 內,計數(shù)被測信號的脈沖重復變

31、化次數(shù)N ,則被測信號的頻率f 可表示為：f =N/t轉速測量原理轉速測量系統(tǒng),多采用光電傳感器,從轉軸上預先粘貼的一個標志上獲得一轉一個轉速脈沖,隨后利用電子倍頻器和測頻方法實現(xiàn)轉速測量?？梢栽谖⑻幚砥鞯膮⑴c下,通過測量轉軸的轉動一圈截獲一次光電脈沖信號，換算出轉軸的頻率或轉速。即通過速度傳感器,將轉速信號變?yōu)殡娒}沖,利用微機在單位時間內對脈沖進行計數(shù),再經(jīng)過軟件計算獲得轉速數(shù)據(jù)。即:V=N/ (mT)V 轉速、單位:轉/ 分鐘;N 采樣時間內所計脈沖個數(shù);T采樣時間、單位:分鐘;m 每旋轉一周所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)。如果m=60, 那么1 秒鐘內脈沖個數(shù)N就是轉速n, 即:V=N/ (mT) =

32、N/60 1/60=N 系統(tǒng)軟件設計 硬件電路完成以后，進行系統(tǒng)軟件設計。首先要分析系統(tǒng)對軟件的要求，然后進行軟件的總體的設計，包括程序的總體設計和對程序的模塊化設計。按整體功能分為多個不同的模塊，單獨設計、編程、調試，然后將各個模塊裝配聯(lián)調，組成完整的軟件。 根據(jù)設計的要求，單片機的任務是：內部進行計數(shù)，在計算出速度后顯示。軟件編程用C語言完成的，需要能掌握C語言，還要熟練AT89C51單片機。從程序流程圖、編寫程序、編譯，到最后的調試，是很復雜的。主程序初始化（1）.定時器的初始化 AT89C51有兩個定時器/計數(shù)器T0和T1，每個定時器/計數(shù)器均可設置成為16位，也可以設置成為13位進行

33、定時或計數(shù)。計數(shù)器的功能是對T0或T1外來脈沖的進行計數(shù)，外部輸入脈沖負跳變時，計數(shù)器進行加1。 定時功能是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，每個機器周期產(chǎn)生1個計數(shù)脈沖，即每個機器周期計數(shù)器加1，因此定時時間等于計數(shù)個數(shù)乘以機器周期。定時器工作時，每接收到1個計數(shù)脈沖（或機器周期）則在設定的初值基礎上自動加1，當所有位都為1時，再加1就會產(chǎn)生溢出，將向CPU提出定時器溢出中斷申請。當定時器采用不同的工作方式和設置不同的初值時，產(chǎn)生溢出中斷的定時值和計數(shù)值將不同，從而可以適應不同的定時或計數(shù)控制。 定時器有4種工作方式：方式0、方式1、方式2和方式3。工作方式寄存器TMOD的設定：GATEC/TM1-

34、M0GATEC/TM1M0TMOD各位的含義如下：GATE：門控位，用于控制定時/計數(shù)器的啟動是否受外部中斷請求信號的影響。C/T：定時或計數(shù)方式選擇位，當C/T=1時工作于計數(shù)方式；當C/T=0時工作于定時方式。M1、M0為工作方式選擇位 ，用于對T0的四種工作方式，T1的三種工作方式進行選擇，選擇情況如下表：M1M0=00為方式0;M1M0=01為方式1； 表5-1 M1、M0為工作方式選擇位MOM1工作方式方式說明00110101012313位定時/計數(shù)器16位定時/計數(shù)器8位自動重置定時/計數(shù)器兩個8位定時/計數(shù)器（只有T0有）（2）中斷允許控制MCS-51單片機中沒有專門的開中斷和關

35、中斷指令，對各個中斷源的允許和屏蔽是由內部的中斷允許寄存器IE的各位來控制的。中斷允許寄存器IE的字節(jié)地址為A8H，可以進行位尋址. EA：中斷允許總控位。EA=0，屏蔽所有的中斷請求；EA=1，開放中斷。 ET2：定時器/計數(shù)器T2的溢出中斷允許位 ES：串行口中斷允許位。 ET1：定時器/計數(shù)器T1的溢出中斷允許位。 EX1：外部中斷 INT1的中斷允許位。ET0：定時器/計數(shù)器T0的溢出中斷允許位。 EX0：外部中斷 INT0的中斷允許位顯示子程序讀取時鐘時間設置初始時間液晶初始化中斷初始化 開始主程序框圖：外中斷0子程序：(按鍵按下信號)外中斷0 保存狀態(tài) 返回外中斷1子程序：返回清零

36、定時器T0的初值，為計算下1圈的轉速準備。讀定時器T0的初值計算電機1圈的轉速，變量value保存 外中斷1（電機轉動一圈產(chǎn)生一個下降沿信號）把value拆成3位數(shù)，送給液晶顯示數(shù)組定時器T1重賦初值定時器T1中斷子程序：定時器T1（電機換相信號）控制電機變相時間的變量change自加Change=設置 的轉速 N Y清零change，電機 改變狀態(tài)。返回顯示子程序顯示子程序：按鍵信號 0 1 2 3顯示時間加速減速顯示速度減速處理加速處理返回用KEIL實現(xiàn)聯(lián)機調試的步驟 keil除了可以編寫、編譯和仿真執(zhí)行來調試用戶程序外，還可以通過串口實現(xiàn)聯(lián)機調試，即通過單步、斷點看代碼在硬件上的執(zhí)行效果

37、。步驟如下：使用的是AT89C51CC03單片機，keil版本是Keil C51 V9.00。1、用KEIL建立工程項目文件，編程、編譯調試用戶程序，保證軟件執(zhí)行進行沒什么問題。2、修改KEIL安裝點keil/c51/FlashMon目錄下與單片機型號一致的配置文件config.inc，主要是根據(jù)實際情況修改cpu_clock和code_start兩個參數(shù)值，我改為12M和0E000H。3、重新編譯該目錄下的程序，生成新的調試程序Monitor.HEX，如果沒有重新生成，把選項create HEX file勾上。4、運行FLIP程序，將Monitor.HEX燒進單片機中，起始地址為0E000H

38、，即 SBV=E0、BLJB選上、BSB=0、EB=FF5、點擊Start Application按鈕執(zhí)行Monitor.HEX程序6、運行keil，打開工程項目文件，修改調試參數(shù)，即菜單project-option for target，選debug頁，點擊右邊的use keil monitor 51 driver，點擊seting按鈕，選擇串口和波特率，注意，要和燒片子時用的波特率一致，一般用9600。需要注意的是，如果串口為自動方式（即除了三根通信線外，還接了RTS和DTR），需要將RTS和DTR設置為inactive7、編譯好程序，點擊debug菜單下的調試命令，可以單步執(zhí)行，可以設置

39、斷點，可以全速運行，這時候實際使用單片機硬件運行程序，可以看到執(zhí)行效果，如顯示、按鍵響應等。這種情況下可以調試程序實際執(zhí)行的效果。8、如果不設置斷點，全速運行用戶程序，則用戶程序和實際運行一致，keil會失去對用戶程序的控制，無法中斷用戶程序的執(zhí)行（只有按reset才能中斷用戶程序運行了）9、發(fā)現(xiàn)問題可退出調試狀態(tài)，修改程序，重新編譯，然后再次進入調試狀態(tài)，單步或設置斷點進行調試。注意，全速運行時不能中斷，否則退不出（強行退出的后果是monitor的狀態(tài)不對，無法再次進入聯(lián)機調試狀態(tài)）。10、退出調試后，無論是按reset還是通過flip程序的start application按鈕，都無法再次

40、執(zhí)行monitor程序，此時執(zhí)行的是用戶程序，要想繼續(xù)調試，只能擦除flash，重新將monitor燒進單片機。全部編譯沒有錯誤和警告，那么軟件的編寫就完成了，并且生成了十六進制HEX單片機可用文件。程序編譯成功： 程序編譯當硬件放置完，畫好電路圖后，雙擊單片機，彈出一個對話框，找到開始在Keil里面生成的HEX文件，單擊OK顯示切換抓圖全電路仿真總 結采用單片機技術來實現(xiàn)轉速的測量，可以提高轉速測量的精確度，并且加快了采樣的速率，具有較好的實時性。 基于單片機的轉速測量系統(tǒng)，具有硬件電路簡單，程序簡單和運算速度快，測速范圍廣，抗干擾性能好的特點。在設計的信號處理電路中經(jīng)過濾波，能夠進一步減少

41、誤差，使測速精度得到提高。通過這次畢業(yè)設計，我深深懂得了要不斷把所學知識學以致用，也發(fā)現(xiàn)了自己的知識薄弱，還需通過自身不斷努力，不斷提高自己的分析問題、解決問題的能力，同時也提高了我的專業(yè)技能，拓展了我的專業(yè)知識面，使我更加體會到要想完成一件事必須認真、踏實、勤于思考、和謹慎穩(wěn)重。致 謝經(jīng)過長時間的忙碌，畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，通過這次學校組織的畢業(yè)設計,端正了自己學習的態(tài)度,鍛煉了自己獨立動手的能力，在此，我要感謝每一個幫助過我的人。首先,我要感謝的是我的指導教師曾一江老師。曾老師平日里工作繁多，三年里都是曾老師親自執(zhí)教，為這次的畢業(yè)設計奠定了知識基礎，在畢業(yè)設計的制作中都給予我悉心的指導和幫

42、助。另外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。再次，我要感謝的是我的同學沈小平同學和同組同學鄧先均同學，在我畢業(yè)設計期間，他們給了我不少的關心和幫助，特別是沈小平同學，如果沒有他的悉心指導與幫助，我想這次的畢業(yè)設計不會完成的如此順利。理論與實踐的結合，是對知識較好牢固掌握的一種方法,這次的畢設就有這種理念。學校真是高瞻遠矚，因為就在前幾天，我剛剛到即將工作的公司報到了，接觸了自己將來的工作崗位，把知識與實踐相結合是多么的重要??！所以作為畢業(yè)生的我表示深切感謝.這次畢業(yè)設計機會真的是難得與重要。.最后我要感謝的是我親愛的成都電子機械高等?？茖W校，感謝

43、您三年來的培養(yǎng)。主要參考文獻1.單片機原理及接口技術曾一江 科學出版社2.單片機C語言應用100 例王東鋒 董冠強 電子工業(yè)出版社3.單片機C語言應用程序設計戴佳 戴衛(wèi)恒 劉博文 電子工業(yè)出版社4.單片機C語言與PROTUES仿真技能實訓 劉娟 中國電力出版社5.傳感器及應用 王煜東編 機械工業(yè)出版社6.電力拖動自動控制系統(tǒng)-運動控制系統(tǒng)陳伯時 .機械工業(yè)出版社7.一種高精度實時電機轉速測量新方法馬全權，強盛 齊齊哈爾大學學報8.傳感器原理及應用.北京航空航天大學出版社王雪文.張志勇9.模擬集成電路應用.西北工業(yè)大學出版社王秀杰，張疇先附錄：程序代碼 Main#include #include

44、 lcd1602.h#include ds1302.huchar phase;/電機4相的變換uchar second ; /時間的計數(shù)uchar change ;/設置電機轉速的中斷標志uchar state ; /中斷源的選擇狀態(tài)uchar speed=40 ; /電機初始的速度uchar speed_up,slow_down; /電機的加速與減速uchar mot_spee1= The Speed is ;uchar mot_spee2= 000 r/min ;/uchar four_single=0x01,0x02,0x04,0x08; /單4拍模式uchar four_double=

45、0x0c,0x06,0x03,0x09; /雙4拍模式void init_break() /中斷初始化函數(shù)TMOD=0x11;TH0=0x00;TL0=0x00;TH1=(65536-5000)/256; /定時5msTL1=(65536-5000)%256;ET0=1;ET1=1;IT0=1;EX0=1;IT1=1;EX1=1;EA=1;TR0=1;TR1=1;void main()init_break();lcd_init();set_time();while(1)read_time();display();void int0()interrupt 0state=P1;void int1()interrupt 2uchar value ;/電機的轉速value=/(second*65536+TH0*256+TL0)+1;second=0;TH0=0x00;