一、概述
该课程设计是关于直流电动机转速的测量。转速是电动机极为重要的一个状态参数，一般是指电机转子的每分钟转数，通常用r/min 表示。本次课程设计选用光电测速法，测量电路由光电转换电路，整形电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路构成，电机转速的测量范围为600r/min~30000r/min ，测量的相对误差 1%，并用5位LED 数码管显示出相应的电机转速。
本次课设需满足以下设计要求：
1根据技术指标，设计各部分电路并确定元器件参数； 2.用5位LED 数码管显示出相应的电机转速；
3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图要规范化）。
二、方案论证
本课程设计是设计电机转速测量系统，采用光电测速方案，将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量，方案中包括光电转换电路，整形电路，闸门电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。原理方框图如图1所示：
在电动机转轴上安装一个圆盘，在圆盘上打6个均匀小孔。当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上，就产生了一序列的脉冲信号，光敏三极管产生的脉冲信号频率与电机转速成正比。脉冲信号经过整形电路转变成方波，再用二倍频电路使整形后的信号频率变为原来的二倍。再由晶体振荡电路输出的信号经过215分频电路，
光电转换电路 整 形 电 路 闸 门 电 路 计数、译码、驱动、显示 电路
输入 信号
晶体振荡器 电路 分 频 电 路 控 制 电 路
图1 电机转速测量系统原理框图
产生1Hz的基准信号，再经过10分频，便可产生一个0.1Hz的基准信号，该基准信号用来控制闸门电路，把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来
三、电路设计
1.光电转换电路
在该部分可以用发光元件作为光的发射部分，可以选择发光二极管作发光元件，接收部分则要选择光敏三级管作为接受部件。其原理是用光敏三极管接收发光二极管通过小孔发射过来的光信号。在电机的转轴上安装上已打好6个均匀小孔的圆盘，让发光二极管与光敏三极管通过小孔相对，这样电机每转动一周，光线就会相应通过小孔6次，因为光电转换器受光一次就会产生一个脉冲，所以说电机在每转一周后就会相应的产生了6个脉冲。光电转换电路原理如图2所示：
图2 光电转换电路原理图
图中R1和R2为两个为350Ω限流电阻，LED持续发出的光被带孔圆盘间歇性阻断，变成间断的光信号，而光敏三极管将接收到的光信号转化成电信号，作用于之后的系统。
2.整形电路
整形电路用555定时器构成施密特触发器，利用施密特触发器，将输入的信号进行整形，输出为方波。2和6管脚连在一起接输入信号，从3管脚输出，输入信号与
输出信号反相，在5管脚接入10nF的滤波电容，当输入电压v
i ﹤1/3Vcc时，v
o
输出
为高电平，当输入电压v
i ﹥2/3Vcc时，v
o
输出为低电平。整形电路接法及输出波形如
图3和图4所示：
图3 用555 定时器接成的施密特触发器
图4 整形后输出波形图
3.倍频电路
由施密特触发器输出的信号，首先输入到异或门U2A的1号端口。U2A的另一端口接地。当输入端输入一个高电平的信号时，U2A的3端口为高电平，电容C2开始充电。此时，U3A输入为低电平，输出高电平，U4A两端输入均为高电平，则U4A输出低电平。当C2两端电压达到U3A导通电压时，U3A导通，输出低电平，这时U4A输入为
一高一低电平，输出高电平。这样便将输入的高电平变为一低一高电平。紧接着当输入信号为低电平时，C2开始放电，此时U3A输入为高电平，输出为低电平， U4A的两端口均为低电平，则U4A的3端口输出低电平。当电容C2电压低于U3A导通电压时，U3A实现翻转，输出高电平，这时U4A的两端输入为一低一高电平，U4A输出高电平，如此，便又将输入的低电平变为一低一高电平。从而通过电容C2的充放电，实现了将信号二倍频的目的。图5所示为二倍频电路图，图6为电容C2两端和U3A的输出波形，此倍频电路输入输出波形关系如图7所示。
图5 二倍频电路原理
图6 电容C2两端及U3A的输出波形
图7 二倍频电路输入输出波形关系
4.晶体振荡电路
利用晶体振荡器产生的脉冲能够很好的控制闸门电压的时间，用晶体振荡器产生振荡脉冲后，然后再用分频器进行分频。根据分频倍数以及需要的闸门时间可以确定晶体振荡器采用的晶振为32.768KHz。此晶振产生标准的矩形脉冲，其波形如图8示，晶振电路接法如图9。
图8 晶体振荡电路输出波形
图9 晶体振荡电路图
晶体阻抗特性如图10，在晶体振子板极上施加交变电压，使晶片产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率fo时，就会发生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大，输出频率为fo的振荡信号。
图10 晶体阻抗特性曲线
5.分频电路
分频电路如图6所示：
图11 分频电路图
分频电路主要用于把晶振产生的频率分成适合作闸门时间的频率。因为采用的是在转盘上打6个小孔和二倍频电路，所以理论闸门时间必须为5s，即周期T=10s,则频率为0.1Hz。晶振产生的频率为32.768KHz，所以要进行327680倍的分频。32768为2的15次方，所以采用了四个16倍分频的74ls93，其中最后一个73ls93需要进行8分频，此外还需一个十分频的74ls90一起进行分频，这样便得到理想的方波信号来控制时序电路。
6. 时序控制电路
当测量电机转速时,需要让计数器计的值保持一段时间不变，即锁存其数值，然后再清零。所以应设计一个锁存和清零的时序控制电路，理论上基本时序如图12所示。
图12 理论时序控制图
把闸门信号低电平的那部分分成锁存和清零两部分，利用闸门信号二倍频率的信号经过反相器与闸门信号进行或运算，便会得到图12中的锁存信号，而把二倍频率信号和闸门信号直接进行或运算就可以得到图12中的清零信号。时序控制电路接法如图13所示。
图13 时序控制电路图
7. 计数、译码、驱动、显示电路
该部分主要有三部分，即计数部分、译码驱动部分和显示部分。计数部分利用74ls160进行十进制计数，进位脉冲接到下一个计数器的输入。在闸门时间内进行计数，当计数结束，74ls160锁存信号变为低电平进行锁存，经过2.5s的锁存，清零信号变为低电平进行清零。每一个74ls160计数输出端再由74LS48进行显示译码，驱动共阴极数码管显示。在74LS48接数码管时，由于74LS48的输出电压为5V左右，而数码管的工作电压在1V左右，并且数码管的工作电流在10毫安，所以应串联上400欧姆的电阻。电路如图14所示。
图14 计数、译码、驱动、显示电路图
四、性能的测试
1. 整形电路
由于Multisim里无法实现光电转换，所以在测试时用信号发生器产生的正弦波代
替光电转换电路输出的脉冲信号。测试用的信号源及示波器的接法如图15所示：
图15 整形电路测试电路图
由信号源产生的正弦波通过由555定时器接成的整形电路，变为了同频率的方波，符合电路的要求。其输入及输出的波形关系如图16所示：
图16 输入与输出波形
2.倍频电路
用信号源代替由施密特触发器输出的信号，系统输入为方波。经过倍频电路以后，用示波器观测输出波形并与输入进行比较。测试电路的接法如图17所示：
图17 倍频电路测试电路图
倍频电路的测试结果如图18所示，电路将输入信号频率扩展到了2倍，结果符合系统的要求。
图18 倍频电路测试输入输出波形图
3. 晶体振荡电路
由于晶体振荡电路部分的带载能力差，用555定时器将晶体振荡电路与后面的负载电路隔离开，其电路接法与测试方法如图19所示：
图19 晶体振荡电路测试电路图
测试结果如图20所示：
图20 晶体振荡电路输出波形图
4.分频电路
如果我们测试分频电路的327680倍分频，现象会非常的不明显，我们可以对其中的一个芯片74ls93进行测试，即测试16倍分频。电路接法如图21所示：
测试结果如图22所示，一片74LS93能对信号进行16分频，结果符合要求。
图22 分频电路测试输入输出波形
5.时序控制电路
时序控制电路在整个电路中十分关键，我们观察该电路的两路输入信号和输出的锁存与清零信号，测试电路接法如图23所示：
图23 时序控制电路测试电路图
所测结果如图24所示：
图24 时序控制电路测试波形图
其中下面两条曲线分别代表着锁存信号和清零信号，达到了预期要求的目标，能够准确的控制脉冲的计数和对数值的显示。
6. 计数、译码、驱动、显示电路
将计数信号接成10Hz方波，闸门信号接成0.1Hz的方波信号。这样，在闸门信号的高电平期间，能有50个计数信号被计数和显示。实现计数到50并锁存清零的功能。测试结果符合显示与锁存清零的要求。
五、结论
本次直流电机转速测量系统的设计基本上满足了设计要求，但也存在些许问题，如晶体振荡频率难以控制导致分频精度下降，倍频电路需要改进。其他各部分都已经达到设计的要求，能够准确的进行整形、分频、时序控制、译码输出等。其测量相对误差 1%，达到预期要求。
六、性价比
本实验电路采用的是最基本的电子元器件并且都可以在市场上买到，而且都不算贵。本实验设计的电路原理简单，易于理解，操作方便，虽然电路的实验结果与理论计算值存在一定的偏差，应用本实验设计的电机转速测量系统还是很实用的。
七、课设体会及合理化建议
通过本次综合课程设计的训练，使我对所学专业课的理论知识有了进一步的理解，
本次课设中大部分属于数字电子电路知识，例如整形电路、倍频电路、分频电路、时序控制电路、计数电路以及译码显示电路。这些都帮我把数字电子电路知识又复习了一遍，使我加深了对知识的掌握。以前我对Multisim软件的应用不是很熟练，通过这次课设，我对Multisim有了更多的了解，为我以后的工作打下了坚实的基础。
本次综合课设锻炼了我的自学能力并培养了坚持的信念，而这些恰恰是我日后工作所需要的。希望学校可以尽可能多的给我们提供这样的实践练习机会，让我们锻炼自己的设计与思考的能力，提高我们的专业素养。
参考文献
[1]荆西京主编.模拟电子电路实验技术.[M]西安：第四军医大学出版社，2004年
[2]赵淑范.王宪伟主编.电子技术实验与课程设计.[M]北京:清华大学出版社，2006年
[3]路勇主编.电子电路实验及仿真.[M]北京：清华大学出版社、北方交通大学出版社，2006年1月
[4]陆坤等编.电子设计技术.[M]成都：电子科技大学出本社，1997年7月
[5]王建校等编.电子系统设计与实践.[M]北京：高等教育出版社，2008年5月
[6]张义中.电子设计基础．[M]北京：高等教育出版社，2001年
[7]蒋浩，孙飘红.电机转速检测方法与误差分析.[M]北京：北京航空航天大学出版社,2003年
[8]阎石主编.数字电子技术.[M]北京：高等教育出版社，2006年
[9] 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.[M]北京：电子工业出版社，2005年
[10]高书莉主编. 数字系统设计---数字电路课程设计指南[M]:北京邮电出版社，2010年7月
附录I Protel总电路图
附录ⅡMultisim总电路图
附录Ⅲ元器件清单
序号编号名称型号数量
1 X1 发光二极管LED 1
2 U1, U2 异或门74LS86N 2
3 U3, U4, U25, U26,
U27, U28, U31
非门74LS04N 7
4 X3 晶振R26-32.768kHz 1
5 U5, U6, U7, U8 4位二进制计数
器（16分频）
74LS93N 4
6 U9 十进制计数器（10
分频）
74LS90N 1
7 U10, U11, U12,
U13, U14
十进制计数器74LS160N 5
8 U15, U16, U17,
U18, U19
译码器74LS48N 5
9 X2 光敏三极管PHOTOTRANSIST
OR
1
10 U29 或门74LS32N 1
11 R1, R2, R5 电阻RESISTOR, 1kΩ 3
12 VCC 电源VCC 13
13 0 地GROUND 11
14 A1 555定时器555_VIRTUAL 1
15 C1 电容CAPACITOR, 10nF 1
16 C2 电容CAPACITOR, 47nF 1
17 R3 电阻RESISTOR, 15kΩ 1
18 R4 电阻RESIST OR, 12kΩ 1
19 C3 电容CAPACITOR,
100nF
1
20 C4 电容CAPACITOR, 10pF 1
21 U20, U21, U22,
U23, U24
共阴数码管
SEVEN_SEG_CO
M_K
5
22 R6, R7, R8, R9,
R10, R11, R12,
R13, R14, R15,
R16, R17, R18,
R19, R20, R21,
R22, R23, R24,
R25, R26, R27,
R28, R29, R30,
R31, R32, R33,
R34, R35, R36,
R37, R38, R39,
R40
电阻RESISTOR, 400Ω35
兰州交通大学 毕业设计文献综述 题目：基于单片机的电机转速测量系统Title:Motor speed measuring system based on single chip microcomputer 姓名：韦宝芸
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摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C51为控制核心的转速测量系统。系统利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形,将得到的标准方波信号送给单片机进行处理。实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。 关键词：转速测量，霍尔传感器，信号处理，数据处理
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直流电机转速控制公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
直流电机转速控制 课程设计 姓名： 学号： 班级：
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电动机转速该如何测量 1．可以用真尚有科技的转速测量系统 要测量圆柱体微小转角，首先要知道被测物的半径，然后测出物体在单位时间内走的距离。知道了两个参数后就可以求得转动角度。 解决： Px可以测得物体微小变化 调试的方式： λ通过软件检查系统安装是否满足测量条件，调节传感器安装位置，调节到最佳测量状态，然后可以开始在线测量。 λ通过软件能进行简单的测量, 并最终求出角度值。 通过增量输出： 用户自己将测量结果值进行转换 λ通过接收传感器发出脉冲个数，然后换算成距离最终求得转动角度。最简单的计算增量脉冲的方法是用计数器进行读取，计数器 说明：可设置计数与转动周长的对应关系，每个脉冲代表一定长度，例如1个脉冲= 0.01mm，则图1-3所示距离= 92896 * 0.01mm = 928.96mm 定制软件： 通过软件方式将得到数据进行处理，并最终将结果显示给用户看，能让用户直观的观测到当前测量值。其他功能可以定制。 2. 前不久在一个网站上找的： 可自制一个简单实用的振动式转速计，它是根据物理学上共振原理制成的，测速时并且不会消耗发动机的功率。 振动式转速计由十几根不同长度的钢丝做成。每根钢丝的自振频率都不同，钢丝越长，自振频率越低；长度越短，自振频率越高。小发动机工作时，每转一转，活塞上下一次，产生一次振动。当发动机产生的振动频率和某根钢丝的自振频率相同或成整数的倍数时，这根钢丝就会因共振而开始振动。使用时，将振动式转速计固定在发动机附近，或直接用底座靠在发动机的气缸头等部位上；只要观察那一根钢丝的振动幅度最大，就可根据该钢丝的刻度测得发动机的转速。其准确度依钢丝质量、直径大小及钢丝和底座的夹紧程度不同而略有出入，一般为±200转/分。最好先用标准转速表校准刻度。 钢丝的自振频率和它的直径、自由长度及钢材的弹性有关。一般钢丝的自振频率f可按下式计算： 其中：d 钢丝直径（单位厘米） L 钢丝自由长度（单位厘米） 或其中：n 发动机转速（单位转/分）
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目录 摘要 (2) 目录 (3) 1.引言 (4) 2总体设计 (5) 2.1基本原理 (5) 2.2系统总体框图及设计思路 (6) 3.详细设计 (6) 3.1 硬件设计 (7) 3.2 软件设计. (8) 3.2.1程序设计思路 (8) 3.2.2 程序流程图 (9) 3.2.3 程序代码 (11)
课程设计(论文)说明书 题目：电机转速测量电路 院（系）：信息与通信学院 专业：电子科学与技术 学生姓名 学号： 指导教师：何宁 职称：教授 2012年12月20日
摘要 本文设计了一种基于AT89S52单片机的红外线转速测量系统。该系统的红外发射与接收采用直射式，红外发光管射出的红外线通过圆盘的小孔照射到红外探头上，接收电路再经过简单的信号处理得到脉冲式的转速信号。使用AT89S52单片机采样脉冲信号并计算每分钟内脉冲信号的数目，即电机对应的转速值，最终系统通过四位七段数码管显示电机每分钟的转速值。本文详细分析了系统的组成及工作原理，给出了系统中各硬件模块设计方法及系统软件设计方法，给出了部分程序流程图和程序清单。该测速系统安装维护方便，工作稳定，运行可靠，具有较大的推广应用价值。 关键词：转速测量；红外发射与接收；单片机 Abstract A infrared speed measuring system which based on the MCU of AT89S52 was designed in this paper. The infrared transmitter and receiver of the system used the direct type. The infrared light emitted from the IR LED passed through the hole in the disc to the infrared sensor, and the receiver circuit output a pulsed infrared signal by a simple signal processing. The AT89S52 was used to sample the pulse signal and calculate the amount of the pulse signal per minute which was the value of the motor speed. Finally the value of the motor would be displayed real-time by four-bit seven-segment digital tube. The composition and the principle of the system are presented, and the design method of hardware and the software are also presented. The measurement system will have a broad prospects because the convenient installation and maintenance, stable working, reliable operation. Key words: Speed measurement; Infrared transmitter and receiver; MCU
一、概述 该课程设计是关于直流电动机转速的测量。转速是电动机极为重要的一个状态参数，一般是指电机转子的每分钟转数，通常用r/min 表示。本次课程设计选用光电测速法，测量电路由光电转换电路，整形电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路构成，电机转速的测量范围为600r/min~30000r/min ，测量的相对误差 1%，并用5位LED 数码管显示出相应的电机转速。 本次课设需满足以下设计要求： 1根据技术指标，设计各部分电路并确定元器件参数； 2.用5位LED 数码管显示出相应的电机转速； 3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图要规范化）。 二、方案论证 本课程设计是设计电机转速测量系统，采用光电测速方案，将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量，方案中包括光电转换电路，整形电路，闸门电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。原理方框图如图1所示： 在电动机转轴上安装一个圆盘，在圆盘上打6个均匀小孔。当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上，就产生了一序列的脉冲信号，光敏三极管产生的脉冲信号频率与电机转速成正比。脉冲信号经过整形电路转变成方波，再用二倍频电路使整形后的信号频率变为原来的二倍。再由晶体振荡电路输出的信号经过215分频电路， 光电转换电路 整 形 电 路 闸 门 电 路 计数、译码、驱动、显示 电路 输入 信号 晶体振荡器 电路 分 频 电 路 控 制 电 路 图1 电机转速测量系统原理框图
产生1Hz的基准信号，再经过10分频，便可产生一个0.1Hz的基准信号，该基准信号用来控制闸门电路，把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来 三、电路设计 1.光电转换电路 在该部分可以用发光元件作为光的发射部分，可以选择发光二极管作发光元件，接收部分则要选择光敏三级管作为接受部件。其原理是用光敏三极管接收发光二极管通过小孔发射过来的光信号。在电机的转轴上安装上已打好6个均匀小孔的圆盘，让发光二极管与光敏三极管通过小孔相对，这样电机每转动一周，光线就会相应通过小孔6次，因为光电转换器受光一次就会产生一个脉冲，所以说电机在每转一周后就会相应的产生了6个脉冲。光电转换电路原理如图2所示： 图2 光电转换电路原理图 图中R1和R2为两个为350Ω限流电阻，LED持续发出的光被带孔圆盘间歇性阻断，变成间断的光信号，而光敏三极管将接收到的光信号转化成电信号，作用于之后的系统。 2.整形电路 整形电路用555定时器构成施密特触发器，利用施密特触发器，将输入的信号进行整形，输出为方波。2和6管脚连在一起接输入信号，从3管脚输出，输入信号与 输出信号反相，在5管脚接入10nF的滤波电容，当输入电压v i ﹤1/3Vcc时，v o 输出 为高电平，当输入电压v i ﹥2/3Vcc时，v o 输出为低电平。整形电路接法及输出波形如 图3和图4所示：
1直流电机……………………………………………………………..6. 1.1直流电机的结构 (7) 1.2直流电机的原理 (7) 1.3直流电机的主要技术参数 (8) 1.4直流电机调速技术指标 (9) 2 .单片机的相关知识 (9) 2.1单片机的简介 (9) 2.2单片机的发展史 (9) 2.3单片机的特点 (10) 2.4 AT89C51单片机的介绍 (11) 3. 硬件电路的设计 (13) 3.1 控制电路的设计………………………………………………………….13. 3.2 隔离电路的设计 (14) 3.3驱动电路的设计 (14) 3.4续流电路的设计 (17) 3.5 整个电路原理图 (18) 4. 软件设计 4.1 主程序设计 (18) 4.2 数码显数设计…………………………………………………………….20. 4.3功能程序设计 (20) 5.结束语 (24) 参考文献 (24)
摘要 本课题是对直流电机PWM调速器设计的研究，主要实现对电动机的控制。因此在设计中，对直流调速的原理，直流调速控制方式以及调速特性，PWM基本原理及实现方式进行了全面的阐述。 为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89S52单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示，驱动模块，实现对电动机的转速的显示和测量；由命令输入模块，光电隔离模块及H型驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序的控制下，不断给光电隔离电路发送PWM波形，H型驱动电路完成电机的正反转控制。在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大的简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。
摘要 在电气时代的今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、良好的起动性以及简单的控制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了十分广泛的应用。 系统主要功能是：AT89C51单片机接受霍尔传感器传来的脉冲信号，单片机根据外部中断，以及内部定时器进行计数计算出电机转速送到LED并显示，外部装有蜂鸣器电路，在超速或低俗过低都会停止电动机，蜂鸣器发音，显示器不显示，从实用角度看，评价一个系统实用价值的重要标准，就是这个系统对社会生活和科技观念有多大的贡献。 本设计以单片机为核心设计一个电动机转速测定及数据显示控制系统，要求对转速范围在0-3000r/min的直流调速电动机进行测量并显示，转速数据显示精度要达到转速个位数，有转速高、低限报警提示。本设计使用6V直流电机。将霍尔传感器产生的脉冲信号输入到单片机外部中断0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行计数，调用计算公式计算出转速，调用显示程序在LED上，其主要内容是单片机部分主要完成电机转速的测量，LED显示部分主要是把转速显示出来，显示范围在0-3000r/min之间。 本设计主要研究直流电机的控制和测量方法，效率高，电路简单，使用也比较广泛，测速系统采用集成霍尔传感器敏感速率信号，具有频率响应快、抗干扰能力强等特点。从而对电机的控制精度、响应速度以及节约能源等都具有重要意义。 关键词：单片机霍尔IC传感器 , DAC0832 直流电动机转速流程图 A/D 和D/A转换器
目录 摘要 (2) 第一章：引言 (5) 第二章：系统功能分析 (7) 2.1 系统功能概述 (7) 2.2 系统要求及主要内容 (7) 2.3 系统技术指标 (7) 第三章：系统总体设计 (8) 3.1 硬件电路设计思路 (8) 3.2 软件设计思路 (9) 第四章：硬件电路设计 (8) 4.1 单片机描述 (12) 4.1.1 AT89C51引脚及作用 (12) 4.1.2 ULN2003引脚图及功能 (13) 4.2 外围电路设计 (14) 4.2.1时钟电路 (14) 4.2.2复位电路 (14) 4.2.3测速电路 (15) 4.2.4报警电路 (16) 4.2.5显示电路 (16) 4.2.6 74HC573引脚图及功能 (18) 第五章：软件电路设计 (20)
目录 绪论 (2) 第1章参数计算与设备选型 (3) 1.1控制芯片 (3) 1.2测速发电机 (4) 1.3模数转化器件——ADC0809 (6) 第2章系统设计 (9) 2.1 系统方框图 (9) 2.2 硬件设计 (10) 2.2.1 直流测速发电机 (10) 2.2.2 ADC0809与单片机连接 (10) 2.2.3 数码管 (11) 2.2.4 综合接线图 (11) 2.3 软件设计 (12) 2.3.1 程序设计思路说明 (12) 2.3.2 总程序控制流程图 (13) 2.3.3 ADC0809工作流程图及程序 (14) 2.3.4显示部分工作流程图及程序 (15) 第3章结论 (18) 参考文献 (19)
绪论 在现代工业自动化高度发展的时期，几乎所有的工业设备都离不开电机，形形色色的电机在不同领域发挥着很重要的作用。与之而来的问题是，如何更好地控制电机，对于不同的场合，对电机的控制要求是不同的，但大部分都会涉及到直流电机的转速测量，从而利用转速来实施对直流电机的控制。 直流电机转速作为直流电机的一项重要技术指标，在各个应用场合都有重要的研究价值，例如在发动机，电动机，机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或连续测量，显示其转速及瞬时速度等，转速是其他大部分技术参数的计算来源，因此，准确测量直流电动机的转速具有重要的研究意义和理论价值。 目前，对直流电动机的速度检测方法很多，从整体上可分为模拟检测和数字检测方法。 模拟检测：即利用测速电机作为发电机，通过检测反电势E的大小和极性可得到转速N和电机转向，采用这种方法直接可以得到转速N和输出电压的特性曲线，直观，但也有很多不足，比如在高速和低速情况下实际输出偏离理想特性。 数字检测技术：即通过分析数字信号产生的一系列脉冲间接获取电机转速。如光电旋转编码器是将检测圆盘划分为等距的三个同心圆，最外环和次外环分别用等距的黑白条纹分开，且最外环和次外环的缝隙位置相位差为90度，用于判断电机的转速，最内环只有一个黑条纹，用作定位脉冲或者是复位脉冲，利用光电编码器输出的脉冲可以计算转速，具体的又可分为M法，T法和M\T法。 此外，市场上已经有了技术成熟的电机测速装置，如利用霍尔元件设计制作的直流电机测速仪等，凭借其精度高，稳定性好等优势占有重要的一席之地。 而本次微机控制原理课程设计的任务是直流电机速度的测量与显示。主要要求是通过测速直流发电机作为传感器，检测直流电机的转速，并输出与转速相关的电压，通过ADC0809芯片将测速发电机输出电压转换成电压的数字信号。控制芯片采用AT89C51将采集转换后的数字信号进行处理，得到转速，并通过四位数码管予以显示。整体上能够完成从转速检测到数据处理到显示的一整套功能。
专业课程设计 题目 光电传感器的转速测量设计 院系：自动化学院 专业班级： 小组成员： 指导教师： 日期：2012年10月8---2012年10月19
一．课程设计描述 采用单片机、uln2003为主要器件，设计步进电机调速系统，实现电机速度开环可调。 二．课程设计具体要求 1、通过按键选择速度； 2、转速测量显示范围为0~9999转/秒。 3、检测并显示各档速度。 三．主要元器件 实验板（中号） 1个步进电机 1个 STC89C52 1个电容（30pF、10uF）各1个 数码管（共阳、四位一体）1个晶振（12MHz） 1个 小按键 4个 ULN2003 1个 电阻若干发光二极管 1个 三极管（NPN） 4个排阻 1个 四．原理阐述 4.1系统简述 按照题给要求，我们最终设计了如下的解决方案： 用户通过键盘键入控制指令（开关），微控制器在收到指令后改变输出的PWM 波，最终在ULN2003的驱动下电机转速发生改变。通过ST151传感器测量电机扇叶的旋转情况，将转速显示在数码管上。 在程序主循环中实现按键扫描与转速显示，将定时器0作为计数器，计数ST151产生的下降沿，可算出转速，并送至数码管显示。 设计思路： （1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一个圆盘，在圆盘上挖1小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈即光电管导通1次，利用此信号做为脉冲计数所需。 （2）对光电开关信号整流放大。 （3）脉冲经过单片机内部的计数器和定时器进行计数和定时。 （4）显示电路采用单片机动态显示。
4.2转速测量原理 在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N （r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 4.3转速测量系统组成框图 系统由信号预处理电路、单片机STC 89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的LED模块，通过相关计算方法计算得到的转速通过I2C总线放到E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图2.1所示。 图2.1 系统的原理框图 五．系统硬件电路的设计 系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。在硬件搭建前，先通过Proteus Pro 7.5进行硬件仿真实现。 5.1脉冲产生电路设计
苏州大学 城市轨道交通学院
课题名称：直流电机转速控制与测量学院：城市轨道交通学院 班级：10级通信工程 学号：45 姓名：袁圆 其他成员：李吟乔王佳毓苏朗
直流电机转速测量与控制 一、设计要求 1) 电机转速比例测量，并数码管显示； 2) 电机转速由按键设定，步长为1rad/min。 二、直流电机转速测量与PWM控制的基本原理: 直流电机的工作原理为：直流电机的磁极N,S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面固定着线圈abcd。当线圈流过电流的时候，线圈受到电磁力的作用，产生旋转。 根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受力方向也将改变，因此通过改变线圈电流的方向实现改变电机的方向。 由于方波的有效电压跟电压幅值和占空比有关，因此我们通过单片机的控制电路改变占空比，从而改变有效电压，以此控制电机的转速。即采用PWM（脉宽调制）方法实现调速。 三、设计方案 程序应用模块化进行设计，主要有初始化模块、显示模块、读键模块、数制转换模块、双字节除法模块、中断模块和控制调节模块。 初始化模块：8155工作方式、T0和T1工作方式、标志位状态、所用单元初值、中断设置以及初始显示等。 显示模块：设定值和实测值的数值与字符动态显示。 读键模块：从I/O口依据某位数码管亮时读入小按键是否有效，然后根据四个小键盘的不同功能进行相应的处理，只要设定值一改变立刻显示。加1键和减1键要有连加连减功能。 数制转换模块：将二进制转换为十进制。 外部中断模块：将转1圈的时间通过双字节除法程序求出即时转速。 定时中断模块：PWM输出波形形成。 控制调节模块：通过设定值和实测值的比较来改变脉冲波的占空比，该数据的调节分为简单比例调节PP和比例积分调节PI。调节公式分别为： YK=YK1+KP*EK
课程设计报告 题目：光电传感器的转速测量系统设计姓名： 学号： 专业班级： 指导老师：
目录 1引言 (1) 2系统组成及工作原理 (1) 2.1转速测量原理 (1) 2.2转速测量的一般方法 (3) 2.3转速测量系统组成框图 (3) 3系统硬件电路的设计 (3) 3.1脉冲产生电路设计 (3) 3.2光电转换及信号调理电路设计 (4) 3.2.1光电传感器简介 (4) 3.2.2光电转换及信号调理电路设计 (5) 3.3测量系统主机部分设计 (7) 3.3.1单片机 (7) 3.3.2键盘显示模块设计 (9) 3.3.3串行通信模块设计 (11) 3.3.4电源模块设计 (12) 4系统软件设计 (13) 4.1程序模块设计 (13) 4.2数据处理过程 (15) 4.3浮点数学运算程序 (16) 5制作调试 (16) 6结果分析 (18) 7参考文献 (18)
1、引言 随着社会经济的快速发展，转速测量成为了社会生产和日常生活中重要的测量和控制对象。测速是工农业生产中经常遇到的问题，人们经常需要精确测量每秒钟转轴的转速，学会对电机转速的测量和显示具有重要的意义。近年来，由于世界范围内对转速测量合理利用的日益重视，促使转速测量技术的迅速发展，各种新型的测量仪表相继问世并越来越多地得到应用。由于技术保密，厂家不会提供详细电路图和源代码，用户很难自行进行二次开发和改进。针对这种现状，使用光电传感器结合STC公司的STC 89C51型单片机设计的一种转速测量与控制系统。STC 89C51单片机采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，而且其输入/输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，是开发该系统的适合芯片。 2 、系统组成及工作原理 2.1 转速测量原理 在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N（r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 2.2 转速测量的一般方法 一般转速测量系统有以下几个部分构成，转速测量框图如图2-1所示。 图2-1 转速测量框图 1．转速信号拾取 转速信号拾取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换
北京信息科技大学 测控综合实践 课程设计报告 题目：基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计学院：仪器科学与光电工程学院 专业：测控技术与仪器 学生姓名：
摘要 摘要 基于单片机的转速测量方法较多，本次设计主要针对于光电传感器测量直流电机转速的原理进行简单介绍，并说明它是如何对电机转速进行测量的。通过实验得到结果并进行了数据分析。 本次设计应用了STC89C52RC单片机，采用光电传感器测量电机转速的方法，其中硬件系统包括脉冲信号的产生模块、脉冲信号的处理模块和转速的显示模块三个模块，采用C语言编程，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。 关键词：直流电机；单片机；PWM调节；光电传感器
Abstract
目录 摘要................................................................................................I 第一章概述 (1) 1.1 课设目标 (1) 1.2 内容 (1) 第二章系统设计原理 (2) 2.1 STC89C52单片机介绍 (2) 2.2 STC89C52定时计数器 (4) 2.3 STC89C52中断控制 (6) 2.4 光电传感器 (6) 2.5 数码管介绍 (7) 第三章硬件系统设计 (10) 3.1测速信号采集及其处理 (10) 3.2 单片机处理电路设计 (11) 3.3 显示电路 (12) 3.4 PWM驱动电路 (13) 第四章软件设计 (14) 4.1语言选用 (14) 4.2程序设计流程图 (14) 4.3原程序代码 (15) 第五章数据分析 (19) 总结 (20) 附件 (21) 参考文献 (23)
收稿日期:2005209202 作者简介:于炳亮(1964-),男,研究员,从事海洋仪器表研究。 文章编号:100224026(2005)0520041202电机转速测量方法研究 于炳亮 (山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001) 摘要:介绍了几种基本的电机转速的数字测量方法,并以一种利用Intel 的8089单片机和旋转式光电编码器构 成的数字实时转速检测系统为例,详细阐述了如何选择和综合应用几种转速测量方法,来实验最佳的转速测 量。 关键词:电机;转速;测量 中图分类号:TH86 文献标识码:A 1 概述 转速是电动机极为重要的一个状态参数,在很多运动系统的测控中,都需要对电机的转速进行测量,速度测量的精度直接影响系统的控制情况,它是关系测控效果的一个重要因素。不论是直流调速系统还是交流调速系统,只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。 在电机的转速测量中,影响测量精度的主要因素有两个:一是采样点的多少,采样点越多,速度测量结果越精确,尤其是对于低转速的测量。二是采样频率,采样频率越高,采样的数据就越准确。 2 常用的数字测量方法 电机转动速度的数字检测基本方法是利用与电动机同轴连接的光电脉冲发生器的输出脉冲频率与转速成正比的原理[1],根据脉冲发生器发出的脉冲速度和序列,测量转速和判别其转动方向。根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有:M 法(测频法)、T 法(测周期法)和M ΠT 法(频率Π周期法)。 2.1 M 法(测频法) 在规定的检测时间内,检测光电脉冲发生器所产生的脉冲信号的个数来确定转速。虽然检测时间一定,但检测的起止时间具有随机性,因此M 法测量转速在极端情况下会产生士1个转速脉冲的误差。当被测转速较高或电机转动一圈发出的转速脉冲信号的个数较大时,才有较高的测量精度,因此M 法适合于高速测量。 2.2 T 法(测周期法) 它是测量光电脉冲发生器所产生的相邻两个转速脉冲信号的时间来确定转速。相邻两个转速脉冲信号时间的测量是采用对已知高频脉冲信号进行计数来实现的。在极端情况下,时间的测量会产生士1个高频脉冲周期,因此T 法在被测转速较低(相邻两个转速脉冲信号时间较大)时,才有较高的测量精度,所以T 法适合于低速测量。 第18卷 第5期 2005年12月 山东科学SH ANDONG SCIE NCE V ol 118 N o 15Dec 12005
摘要 在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。 本文便是运用AT89C51单片机控制的智能化转速测量仪。电机在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的一个参数。本系统就是对电机转速进行测量，并可以和PC机进行通信，显示电机的转速，并观察电机运行的基本状况。 本设计主要用AT89C51作为控制核心，由霍尔传感器、LED数码显像管、HIN232CPE电平转换、及RS232构成。详细介绍了单片机的测量转速系统及PC机与单片机之间的串行通讯。充分发挥了单片机的性能。本文重点是测量速度并显示在5位LED数码管上。 其优点硬件是电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。 关键字：MSC-51（单片机）；转速；传感器
目录 摘要 (1) Abstract ................................... 错误！未定义书签。 1 序言 (1) 2 系统功能分析 (2) 2.1 系统功能概述 (2) 2.2 系统要求及主要内容 (3) 3 系统总体设计 (4) 3.1 硬件电路设计思路 (4) 3.2 软件设计思路 (4) 4 硬件电路设计 (6) 4.1 单片机模块 (6) 4.1.1 处理执行元件 (6) 4.1.2 时钟电路 (10) 4.1.3 复位电路 (11) 4.1.4 显示电路 (12) 4.2 霍尔传感器简介 (15) 4.2.1 霍尔器件概述 (15) 4.2.2 霍尔传感器的应用 (16) 4.2.3 AH41霍尔开关 (17) 4.3 发送模块 (18) 5 软件设计 (22) 5.1 单片机转速程序设计思路及过程 (22) 5.1.1 单片机程序设计思路 (22) 5.1.2 单片机转速计算程序 (23) 5.1.3 二-十进制转换程序 (24) 5.2 程序设计 (27) 6 系统调试 (29) 6.1 硬件调试 (29) 6.2 软件调试 (30) 6.3 综合调试 (32)
直流电机效率测试和计算方法 效率测试是所有电传动部件及系统重要检验项目，GB 755 旋转电机定额及性能标准中对各类电机设备效率检测方法进行了详细的介绍。旋转电机效率测试主要有直接测试法及损耗分析法，效率的直接测试方法是通过对直流电机输入输出功率的直接测试而求得效率的方式，下面本文对直流电机效率的直接测试相关试验方法及计算进行详细介绍。 一、直流电机输入功率和输出功率的测量 直接测定效率时，电动机的输入功率用电工仪表测量，输出功率的机械功率用测功机、转矩测量仪测量；发电机的输出功率用电工仪表测量，输入功率用测功机、转矩测量仪测量。 输入功率用电压乘电流来计算，试验电源为整流电源时要求采用真实读书瓦特表或指示电压、电流瞬时值乘积平均值的其他测量装置直接测取电枢回路输入功率，也可分别测量直流功率分量和交流功率分量然后求和。 测功机的功率，在与被试电机同样的转速下应不超过被试电机额定功率的三倍；转矩测量仪的标称转矩，应不超过被试电机额定转矩的三倍。测功机与被试电机之间应用弹性联轴器连接，连接应保证良好、同心。
二、直流电机效率直接测试方法 直流电机效率直接测试试验时，被试电机应在额定功率或额定转矩、额定电压及额定转速下运行至热稳定，读取输入或输出的电压、电流、功率、转速及转矩，并保存周围冷却空气温度，然后立即测定串励、并(他)励及电枢绕组的电阻，并将冷却空气温度换算至25℃。 三、直流电机效率直接测试相关计算 被试电动机的输出机械功率P2按照下式1计算： (1) 式中： TM——被试电动机输出转矩，N.m； nM——被试电动机转速，r/min。 被试电动机的效率ηM按照下式2计算： (2) 式中： P1——被试电动机输入功率，W。 被试发电机的输入机械功率P1(W)按下式3计算： (3) 式中： TG——被试发电机输入转矩，N.m；
《传感器原理与应用》课程设计 1、题目：电机转速测量系统设计（光电转速传感器） 院校： 专业： 姓名： 学号： 班级： 指导老师： 二0一六年六月
目录 第一章《传感器原理与应用》课程设计任务书 (4) 1.1总要求 (4) 1.2总任务 (4) 1.3设计题目 (4) 1.4设计内容 (4) 1.5设计进度或计划 (4) 1.6设计说明书包括的主要内容 (4) 第二章系统介绍 (5) 第三章系统设计方案 (5) 3.1方案的设计与选择 (5) 3.1.1 转速测量的方法 (5) 3.1.2 整体控制方式 (6) 3.1.3 传感器模块 (6) 3.2 方案描述 (7) 第四章系统理论分析与计算 (8) 4.1 信号采集电路的分析 (8) 4.2 电机转速的计算 (9) 第五章硬件电路设计 (9) 5.1 单片机模块 (9) 5.1.1 STC89C52单片机简介 (9) 5.1.2 时钟电路 (11) 5.1.3 复位电路 (11) 5.2 显示电路 (12) 第六章软件设计 (12) 6.1 系统总体设计 (12) 6.2 中断子程序设计 (13) 6.3 定时子程序设计 (13) 6.4 显示子程序设计 (14) 第七章测试方案 (15)
7.1 电路调试 (15) 7.2 软件调试 (15) 第八章心得体会 (17) 参考文献 (17) 附录 (19) 附录一电路仿真图 (19) 附录二程序清单 (19) 附录三实物图 (25)
第一章《传感器原理与应用》课程设计任务书 第一章《传感器原理与应用》课程设计任务书 1.1总要求 课设题目尽量侧重于传感器检测模块设计，主要是绘制系统原理图、制作传感部分前端电路、实验调试及分析、撰写实验报告等。 电路图：传感检测/接口电路/控制电路、单片机检测系统电路（若题目要求，则应加上）。 程序：主程序、部分子程序（若题目要求，则应加上）。 说明书：按规范撰写。 1.2总任务 针对总要求进行原理及方案论证、模块设计、接口电路设计、焊接或插接与调试、精度分析以及撰写报告等工作。 1.3设计题目 电机转速测量系统设计 1.4设计内容 实现全部要求的实物功能，性能稳定，外形美观。 1.5设计进度或计划 1、准备及查阅资料一天 2、方案设计及论证（总体方案）二天 3、硬件设计三天 4、程序设计三天 5、实验室调试及结果分析二天 6、整理报告及准备答辩三天 1.6设计说明书包括的主要内容 1、封面 2、目录 3、设计任务书 4、正文（可按下列内容撰写、仅供参考） （1）摘要：可包括系统工作原理的介绍等。 （2）方案设计及论证：可按模块进行方案设计与论证，各模块设计中应包括适当的精度分析及选型等。 （3）实验或系统调试：可包括实验调试工具仪器、实验结果及适当的分析等。 （4）心得体会。 （5）主要参考文献。