電機(jī)測速與控制論文

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）題目: 電機(jī)測速與控制專業(yè):應(yīng)用電子技術(shù)班級: 09221 學(xué)號: 36 姓名: 賀宗建 指導(dǎo)老師: 曾一江 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)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(zhuǎn)速的場合，轉(zhuǎn)速是指作圓周運(yùn)動的物體在單位時間內(nèi)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù),其大小及變化往往意味著機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否,因此,轉(zhuǎn)速測量一直是工業(yè)領(lǐng)域的一個重要問題。例如在發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中，常需要實時監(jiān)控其轉(zhuǎn)速以便隨時調(diào)整生產(chǎn)方案。在使用模擬技術(shù)制作測速表時，常用測速發(fā)電機(jī)的方法，即利用傳感器測得電機(jī)轉(zhuǎn)動脈沖，利用脈沖計算每分鐘點(diǎn)擊轉(zhuǎn)速。 這次設(shè)計內(nèi)容包含知識全面，在測量系統(tǒng)中

2、能學(xué)到關(guān)于測量轉(zhuǎn)速的傳感器采樣問題，單片機(jī)部分的內(nèi)容，顯示部分等各個模塊的通信和聯(lián)調(diào)。全面了解單片機(jī)和信號放大的具體內(nèi)容。進(jìn)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(guān)鍵詞：電動機(jī) 單片機(jī) 傳感器 設(shè)計要求： 1、采用單片機(jī)作為控制器實現(xiàn)電機(jī)的測速、加速、減速控制；2、測速結(jié)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(jī)at89c51簡介 4復(fù)位電路 7晶振電路 10按鍵控制模塊 11顯示部分設(shè)計13管腳接線13指令功能13時鐘實時顯示功能14電機(jī)驅(qū)動 15四相步進(jìn)電機(jī)工作原理16傳感器選擇 17霍爾傳感器 17光電傳感器 18轉(zhuǎn)速測量方法19轉(zhuǎn)速測

3、量原理19系統(tǒng)軟件設(shè)計20主程序初始化20程序框圖22調(diào)試步驟 26全電路仿真29總結(jié)30致謝30參考文獻(xiàn)31附錄程序代碼 32概 述 目前測量電機(jī)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速表、用電機(jī)轉(zhuǎn)矩或者電機(jī)電樞電動勢計算所得)、同步測速法(如機(jī)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(jī)械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。傳統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測多采用測速發(fā)電機(jī)或光電數(shù)字脈沖編碼器，也有采用電磁式(利用電磁感應(yīng)原理或可變磁阻的霍爾元件等)、電容式(對高頻振蕩進(jìn)行幅值調(diào)制或頻率調(diào)制)等，還有一些特殊的測速器是利用置于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的放射性材料來發(fā)生脈沖信號其中

4、應(yīng)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(diǎn)加之激光光源、光柵、光學(xué)碼盤、ccd 器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用，使得光電傳感器在檢測和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而采用光電傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度高、采樣速度快、測量范圍寬和測量精度與被測轉(zhuǎn)速無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。 單 片 機(jī) 晶振電路復(fù)位電路按鍵控制加速減速顯示轉(zhuǎn)換lcd顯示電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)速采集實時時鐘實現(xiàn)模塊設(shè)計整體思路框圖各部分模塊的功能： 單片機(jī)：整個設(shè)計的核心部分，對各個模塊進(jìn)行控制，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。晶振電路：提供基準(zhǔn)頻率。復(fù)位電路：對單片機(jī)進(jìn)行初始化處理?？刂颇K：對需要實現(xiàn)的功能

5、進(jìn)行控制與轉(zhuǎn)換切換。顯示模塊：通過液晶顯示器lcd對轉(zhuǎn)速、時鐘進(jìn)行顯示。電機(jī)驅(qū)動：用放大電路對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，使電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速采集：通過傳感器采集電機(jī)轉(zhuǎn)速信號送入單片機(jī)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(jī)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(jī)。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)，型號為at89c52，它將計算機(jī)的功能都集成到這個芯片內(nèi)部去了，就這么一個小小的芯片就能構(gòu)成一臺小型的電腦，因此叫做單片機(jī)。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(biāo)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(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制電梯的升與降等，這32個腳叫做單片機(jī)的“端口”，在單片機(jī)技術(shù)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(dāng)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(dāng)fiash進(jìn)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(dāng)p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)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(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)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(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電

9、流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)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(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機(jī)器周期的高

10、電平時間。ale/prog：當(dāng)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(dāng)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(jī)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(dāng)/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(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時，此間內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(qū)動器件，xtal2應(yīng)不接。

12、有余輸入至內(nèi)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(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，at89c51設(shè)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(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。復(fù)位

13、電路 mcs-51單片機(jī)復(fù)位電路是指單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時，都需要先復(fù)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(fù)位是一個很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實現(xiàn)。復(fù)位電路復(fù)位功能： 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)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(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳rst通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)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(jī)器周期的s5p2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位（如圖(a)）和按鈕復(fù)位(如圖 (b)兩種方式。rc復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài): 單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)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(jī)冷啟動后，片內(nèi)ram為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)ram區(qū)中的內(nèi)容，21個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值。 寄存器復(fù)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(nèi)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(nèi)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(guān)斷； 系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。51單片機(jī)的復(fù)位是由reset引腳來控制的，平則執(zhí)行芯片內(nèi)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(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部ram內(nèi)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(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到reset引腳轉(zhuǎn)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(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點(diǎn)，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(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)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(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容c1和c2構(gòu)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(yán)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(yīng)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(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)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(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)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(jié)構(gòu)型式， 將 8 條數(shù)據(jù)線（07）進(jìn)行 3 線(4-2-1)二進(jìn)制（八進(jìn)制）優(yōu)先編碼，即對最高位數(shù)據(jù)線進(jìn)行譯碼。 利用選通端（ei）和輸出選通端（eo）可進(jìn)行八進(jìn)制擴(kuò)展。通過按鍵實現(xiàn)lcd顯示電機(jī)轉(zhuǎn)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(shè)計中占用第4、5、6、7線輸入，當(dāng)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(jī)處理。譯碼結(jié)果：減速按鍵-4口：011加速按鍵-5口：010時鐘按鍵-6口：001轉(zhuǎn)速按鍵-7口：000顯示部分設(shè)計（1）液晶顯示簡介：本設(shè)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(diǎn)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(diào)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(diào)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(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平rw為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)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(dāng)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(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（cgrom)已經(jīng)存儲了160個不同的點(diǎn)陣字符圖形，如表1所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?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(biāo)復(fù)位到地址00h位置 指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00h 指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 i/d：光標(biāo)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(guān)控制。 d：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平

22、表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 c：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 指令5：光標(biāo)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(biāo) 指令6：功能設(shè)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(diǎn)陣字符，高電平時顯示5x10的點(diǎn)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(shè)置 指令8：ddram地址設(shè)置 指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址 bf：為忙標(biāo)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(shè)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(jìn)行計時，具有閏年補(bǔ)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(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運(yùn)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(diào)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(jìn)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(hù)；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(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時，ds1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進(jìn)行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結(jié)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(guān)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(jī)驅(qū)動：在設(shè)計中采用光電傳感器采集信號，這種傳感器是把旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變?yōu)橄鄳?yīng)頻率的脈沖，然后用測量電路測出頻率，由頻率值就可知道所側(cè)轉(zhuǎn)速值。這種測量方法具有傳感器結(jié)構(gòu)簡單、可靠、測量精度高的特點(diǎn)。是目前常用的一種測量轉(zhuǎn)速的方法。 本設(shè)計采用單片機(jī)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(jìn)行放大處理，一般要放大至少1000倍（60db），然后再進(jìn)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(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動。電機(jī)驅(qū)動抓圖四相步進(jìn)電機(jī)工作原理：四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。下圖是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖開始時，開關(guān) sb接通電源，sa、sc、sd斷開，b相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)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(dāng)開關(guān)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子會沿著a、b、c、d方向轉(zhuǎn)動。四相步進(jìn)電機(jī)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)電機(jī)工作時序波形圖傳感器選擇：轉(zhuǎn)速測量的方案選擇,一般要考慮傳感器的結(jié)構(gòu)、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(yuǎn)傳方面的要求。經(jīng)過我

28、和同組同學(xué)查資料、構(gòu)思和自己的設(shè)計，總體電路我們有兩套設(shè)計方案，部分重要模塊也考慮了其它設(shè)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。霍爾傳感器霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)進(jìn)行工作的。其核心元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的霍爾元件。本文介紹一種泵驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速采用霍爾轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子為永久磁鋼,霍爾元件ha 和hb 的激勵電機(jī)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(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的接線圖缺點(diǎn)：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(yīng)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(zhuǎn)子由一直流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動,可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無級調(diào)速。轉(zhuǎn)速信號由光電傳感器拾取,使用時應(yīng)先在轉(zhuǎn)子上做好光電標(biāo)記,具體辦法可以是:將轉(zhuǎn)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(biāo)記,然后將光電傳感器(光電頭) 固定在正對光電標(biāo)記的某一適當(dāng)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(qiáng)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(jī)89c51的相應(yīng)管腳上，通過89c51內(nèi)部定時/計時器t0、t1及相應(yīng)的程序設(shè)計，組成一個數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。 測量系統(tǒng)的組成框圖優(yōu)點(diǎn)：這種方案使用光電轉(zhuǎn)速傳感器具有采樣精確，采樣速度快，范圍廣的特點(diǎn)。轉(zhuǎn)速測量方法被 測 物 體傳 感 器單 片 機(jī)lcd 顯 示測速原理圖計數(shù)測速法又可分為機(jī)械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。本設(shè)計采用單片機(jī)和光電傳感器組成的高精度轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng),其轉(zhuǎn)速測量方法采用的是電子式定時計數(shù)法。對轉(zhuǎn)速的測量實際上是對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號的頻率進(jìn)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(nèi),計數(shù)被測信號的脈沖重復(fù)變

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

32、n/60 1/60=n 系統(tǒng)軟件設(shè)計 硬件電路完成以后，進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計。首先要分析系統(tǒng)對軟件的要求，然后進(jìn)行軟件的總體的設(shè)計，包括程序的總體設(shè)計和對程序的模塊化設(shè)計。按整體功能分為多個不同的模塊，單獨(dú)設(shè)計、編程、調(diào)試，然后將各個模塊裝配聯(lián)調(diào)，組成完整的軟件。 根據(jù)設(shè)計的要求，單片機(jī)的任務(wù)是：內(nèi)部進(jìn)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(jī)。從程序流程圖、編寫程序、編譯，到最后的調(diào)試，是很復(fù)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(shè)置成為16位，也可以設(shè)置成為13位進(jìn)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(jìn)行計數(shù)，外部輸入脈沖負(fù)跳變時，計數(shù)器進(jìn)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(jī)器周期產(chǎn)生1個計數(shù)脈沖，即每個機(jī)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(jī)器周期。定時器工作時，每接收到1個計數(shù)脈沖（或機(jī)器周期）則在設(shè)定的初值基礎(chǔ)上自動加1，當(dāng)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(dāng)定時器采用不同的工作方式和設(shè)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(yīng)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(shè)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(dāng)c/t=1時工作于計數(shù)方式；當(dāng)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(jìn)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(jī)中沒有專門的開中斷和關(guān)

35、中斷指令，對各個中斷源的允許和屏蔽是由內(nèi)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(jìn)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(shè)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(zhuǎn)速準(zhǔn)備。讀定時器t0的初值計算電機(jī)1圈的轉(zhuǎn)速，變量value保存 外中斷1（電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)換相信號）控制電機(jī)變相時間的變量change自加change=設(shè)置 的轉(zhuǎn)速 n y清零change，電機(jī) 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(jī)調(diào)試的步驟 keil除了可以編寫、編譯和仿真執(zhí)行來調(diào)試用戶程序外，還可以通過串口實現(xiàn)聯(lián)機(jī)調(diào)試，即通過單步、斷點(diǎn)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(jī)，keil版本是keil c51 v9.00。1、用keil建立工程項目文件，編程、編譯調(diào)試用戶程序，保證軟件執(zhí)行進(jìn)行沒什么問題。2、修改keil安裝點(diǎn)keil/c51/flashmon目錄下與單片機(jī)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(diào)試程序monitor.hex，如果沒有重新生成，把選項create hex file勾上。4、運(yùn)行flip程序，將monitor.hex燒進(jìn)單片機(jī)中，起始地址為0e000h

38、，即 sbv=e0、bljb選上、bsb=0、eb=ff5、點(diǎn)擊start application按鈕執(zhí)行monitor.hex程序6、運(yùn)行keil，打開工程項目文件，修改調(diào)試參數(shù)，即菜單project-option for target，選debug頁，點(diǎn)擊右邊的use keil monitor 51 driver，點(diǎn)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(shè)置為inactive7、編譯好程序，點(diǎn)擊debug菜單下的調(diào)試命令，可以單步執(zhí)行，可以設(shè)置

39、斷點(diǎn)，可以全速運(yùn)行，這時候?qū)嶋H使用單片機(jī)硬件運(yùn)行程序，可以看到執(zhí)行效果，如顯示、按鍵響應(yīng)等。這種情況下可以調(diào)試程序?qū)嶋H執(zhí)行的效果。8、如果不設(shè)置斷點(diǎn)，全速運(yùn)行用戶程序，則用戶程序和實際運(yùn)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(yùn)行了）9、發(fā)現(xiàn)問題可退出調(diào)試狀態(tài)，修改程序，重新編譯，然后再次進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，單步或設(shè)置斷點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試。注意，全速運(yùn)行時不能中斷，否則退不出（強(qiáng)行退出的后果是monitor的狀態(tài)不對，無法再次進(jìn)入聯(lián)機(jī)調(diào)試狀態(tài)）。10、退出調(diào)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(diào)試，只能擦除flash，重新將monitor燒進(jìn)單片機(jī)。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(jìn)制hex單片機(jī)可用文件。程序編譯成功： 程序編譯當(dāng)硬件放置完，畫好電路圖后，雙擊單片機(jī)，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(jié)采用單片機(jī)技術(shù)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測量，可以提高轉(zhuǎn)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(jī)的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，具有硬件電路簡單，程序簡單和運(yùn)算速度快，測速范圍廣，抗干擾性能好的特點(diǎn)。在設(shè)計的信號處理電路中經(jīng)過濾波，能夠進(jìn)一步減少

41、誤差，使測速精度得到提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我深深懂得了要不斷把所學(xué)知識學(xué)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(rèn)真、踏實、勤于思考、和謹(jǐn)慎穩(wěn)重。致 謝經(jīng)過長時間的忙碌，畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，通過這次學(xué)校組織的畢業(yè)設(shè)計,端正了自己學(xué)習(xí)的態(tài)度,鍛煉了自己獨(dú)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(dǎo)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(shè)計奠定了知識基礎(chǔ)，在畢業(yè)設(shè)計的制作中都給予我悉心的指導(dǎo)和幫

42、助。另外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。再次，我要感謝的是我的同學(xué)沈小平同學(xué)和同組同學(xué)鄧先均同學(xué)，在我畢業(yè)設(shè)計期間，他們給了我不少的關(guān)心和幫助，特別是沈小平同學(xué)，如果沒有他的悉心指導(dǎo)與幫助，我想這次的畢業(yè)設(shè)計不會完成的如此順利。理論與實踐的結(jié)合，是對知識較好牢固掌握的一種方法,這次的畢設(shè)就有這種理念。學(xué)校真是高瞻遠(yuǎn)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(jié)合是多么的重要?。∷宰鳛楫厴I(yè)生的我表示深切感謝.這次畢業(yè)設(shè)計機(jī)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(jī)械高等專科學(xué)校，感謝

43、您三年來的培養(yǎng)。主要參考文獻(xiàn)1.單片機(jī)原理及接口技術(shù)曾一江 科學(xué)出版社2.單片機(jī)c語言應(yīng)用100 例王東鋒 董冠強(qiáng) 電子工業(yè)出版社3.單片機(jī)c語言應(yīng)用程序設(shè)計戴佳 戴衛(wèi)恒 劉博文 電子工業(yè)出版社4.單片機(jī)c語言與protues仿真技能實訓(xùn) 劉娟 中國電力出版社5.傳感器及應(yīng)用 王煜東編 機(jī)械工業(yè)出版社6.電力拖動自動控制系統(tǒng)-運(yùn)動控制系統(tǒng)陳伯時 .機(jī)械工業(yè)出版社7.一種高精度實時電機(jī)轉(zhuǎn)速測量新方法馬全權(quán)，強(qiáng)盛 齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報8.傳感器原理及應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社王雪文.張志勇9.模擬集成電路應(yīng)用.西北工業(yè)大學(xué)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(jī)4相的變換uchar second ; /時間的計數(shù)uchar change ;/設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速的中斷標(biāo)志uchar state ; /中斷源的選擇狀態(tài)uchar speed=40 ; /電機(jī)初始的速度uchar speed_up,slow_down; /電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速value=60000000/(second*65536+th0*256+tl0)+1;second=0;th