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。
第一章参数计算与设备选型
1.1控制芯片
本课题中控制芯片的作用主要是与ADC0809相连接，采集模数转换后得到的8位二进制码，经过公式计算后得到电压值，同时连接四位数码管进行显示。综合考虑，选用AT89C51即满足要求。
一．简介
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
二．AT89C51引脚图如下：
图1-1 AT89C51引脚图
三．主要特性
·与MCS-51 兼容
·4K字节可编程FLASH存储器
·寿命：1000写/擦循环
·数据保留时间：10年
·全静态工作：0Hz-24MHz
·三级程序存储器锁定
·128×8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
1.2测速直流发电机
一．简介
直流测速发电机是一种测速元件，它把转速信号转换成直流电压信号输出。直流测速发电机广泛地应用于自动控制、测量技术和计算机技术等装置中。对直流测速发电机的主要要求是：（1）输出电压要严格地与转速成正比，并且不受温度等外界条件变化的影响；（2）在一定的转速下，输出电压要尽可能的大；（3)不灵敏区要小。
二．分类
直流测速发电机可分为励磁式和永磁式两种。励磁式由励磁绕组接成他励，永磁式采用矫顽力高的磁钢制成磁极。由于永磁式不需另加励磁电源，也不因励磁绕组温度变化而影响输出电压，故应用较广。
三．输出特性
根据已经学过的直流发电机的工作原理知，电刷两端的感应电势：
E a=C eΦn=K e n （2-1）
由上可知：1.电刷两端的感应电势与电机的转速成正比；2.直流发电机能够把转速信号换成电势信号，从而用来测速。
他励测速发电机接线图如下：
图1-2 他励测速发电机接线图
在上图正方向得：
U a=E a-I a R a（2-2）
I a=U a/R L（2-3）
负载时测速发电机的输出电压为：
（2-4）
根据负载时测速发电机的输出电压公式知，直流测速发电机的输出电压与转速成正比，即U a=Cn。采用55CY61时，最大转速2000r/min时最大输出电压为40v,因此C=50.
由于ADC0809要求输入模拟电压信号在0~5v之间，因此需要有滑动变阻器进行电压范围调整，调整后输入到ADC0809的电压值缩小倍数为K=8。例如，当检测到电压值为U=1V时，对应的转速为：
n =U*K*C=1*8*50=400r/min
再将运算后的n值用数码管显示出来即可。
1.3 模数转化器件——ADC0809
一．简介
ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。
二．引脚图
图1-3 ADC0809引脚图
ADC0809各脚功能如下：
D7-D0：8位数字量输出引脚。
IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。
VCC：+5V工作电压。
GND：地。
VREF（+）：参考电压正端。
VREF（-）：参考电压负端。
START：A/D转换启动信号输入端。
ALE：地址锁存允许信号输入端。
（以上两种信号用于启动A/D转换）.
EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束
时为高电平。
OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。
CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。
A、B、C：地址输入线。
三．主要特性
1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。
2）具有转换起停控制端。
3）转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时）4）单个+5V电源供电
5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。
6）工作温度范围为-40～+85摄氏度
7）低功耗，约15mW。
四．分辨率
ADC的分辨率是指使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。常用二进制的位数表示。A/D转换器的位数决定着信号采集的精度和分辨率。8为A/D转换器的精度为：
1/28=0.39%
因此，输入为0~5v时，分辨率为：
5/（28-1）=0.0196V
五．工作时序
图4所示是ADC0809的工作时序图。从该时序图可以看出，地址锁存信号ALE在上升沿将三位通道地址锁存，相应通道的模拟量经过多路模拟开关送到A／D转换器。启动信号START上升沿复位内部电路，START 的下降沿启动转换，此时转换结束信号EOC呈低电平状态，由于逐位逼近需要一定过程，所以，在此期间，模拟输入量应维持不变，比较器要一次次比较，直到转换结束，此时变为高电平。若CPU发出输出允许信号OE(输出允许为高电平)，则可读出数据。另外，ADC0809具有较高的转换速度和精度，同时受温度影响也较小。
图1-4 ADC0809的工作时序图
六．A/D转换器的其他技术指标
1.量化误差
ADC把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过程称为量化。量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。实际上，要准确表示模拟量，ADC的位数需很大甚至无穷大。
一个分辨率有限的ADC的阶梯状转换特性曲线与具有无限分辨率的ADC转换特性曲线（直线）之间的最大偏差即是量化误差。
2.偏移误差
偏移误差是指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有时又称为零值误差。假定ADC没有非线性误差，则其转换特性曲线各阶梯中点的连线必定是直线，这条直线与横轴相交点所对应的输入电压值就是偏移误差。
3.满刻度误差
满刻度误差又称为增益误差。ADC的满刻度误差是指满刻度输出数码所对应的实际输入电压与理想输入电压之差。
4.线性度
线性度有时又称为非线性度，它是指转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差。
5.绝对精度
在一个转换器中，任何数码所对应的实际模拟量输入与理论模拟输入之差的最大值，称为绝对精度。对于ADC而言，可以在每一个阶梯的水平中点进行测量，它包括了所有的误差。
6.转换速率
ADC的转换速率是能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。而完成一次A/D转换所需的时间（包括稳定时间），则是转换速率的倒数。
第2章系统设计
2.1 系统方框图
图2-1 系统方框图
2.2 硬件设计
2.2.1 直流测速发电机
本课题选用55CY61系列他励测速发电机，由于ADC0809对输入模拟量信号要求电压在0~5V范围内，而测速直流发电机的输出电压普遍在几十伏，因此需要利用滑动变阻器使满额时电压值为5V。接线如图：
图2-2 发电机接线图
图中，RV1起到了电压范围调整的作用，R1与C1构成了RC滤波电路，可有效滤除测速直流发电机输出中的杂波。R2主要是限流电阻。
2.2.2 ADC0809与单片机连接
ADC0809与51单片机之间的连接主要有两部分，一是地址部分，0809的A,B,C三个引脚决定IN0~IN7的选通，即地址问题，因系统中只用了IN0通道，因此将A,B,C接地，即000选定IN0；二是D0~D7的数据端口，接51单片机的P0口的八位；其次，由于ADC0809在进行A/D转换时需要有CLK信号，而此时的ADC0809的CLK是接在AT89C51单片机的P3.7端口上，也就是要求从P3.7输出CLK信号供ADC0809使用。因此产生CLK信号的方法就得用软件来产生了。其他控制引脚，EOC接P2.0口，OE接P2.1口，START接P2.2口。
综上所述，接线方式如下图所示：
图2-3 ADC0809与单片机接线图
2.2.3 数码管
选用四位共阳数码管对转速值进行显示。数码管的位选端接P3口的低四位，段选端接P1口。此外，段选端应连接330Ω的上拉电阻，本处使用排阻，位选端应用PNP型三极管作为数码管的驱动。
2.2.4 电源模块
图2-4 电源模块电路图
2.2.4 综合接线图
将上述模块综合，衔接后，得到如下系统接线图：
图2-5 系统接线图
2.3 软件设计
2.3.1 程序设计思路说明
针对与转速对应的电压值的测量，严格按照ADC0809要求的时序图设定相关控制端口的状态，读入转换后的数据，数学运算处理成转速后用数码管显示，数码管采用动态扫描法显示，在中断中完成动态扫描。
2.3.2 总程序控制流程图
图2-6 总程序控制流程图
2.3.3 ADC0809工作流程图及程序
启动ADC0809对模拟量输入信号进行转换，通过判断EOC（P2.0引脚）来确定转换是否完成，若EOC为0，则继续等待；若EOC为1，则把OE置位，读入数据。
流程图如下：
图2-7 ADC0809工作流程图该部分程序如下：
sbit EOC=P2^0;
sbit OE=P2^1;
sbit ST=p2^2;
sbit CLK=P3^7;
uchar dat；
void main()
{
ST=0;
ST=1;
ST=0;
while(EOC==0);
OE=1;
dat=P0;
OE=0;
TMOD=0X11;
TH1=(65536-2)/256;
TL1=(65536-2)%256;
TR1=1;
ET1=1;
EA=1;
}
void timer1(void) interrupt 3
{
CLK~=CLK;
}
2.3.4 显示部分工作流程图及程序
四位数码管的显示采用中断法控制，动态扫描，定义变量jishu轮流扫描四位，在disp_busf数组中存放转速的四位，在定时/计数器T0中，每次进入中断时显示以为，当时间足够小时能达到人眼的停留效应，完成动态显示。
工作流程图如下：
图2-8 显示部分工作流程图该部分程序如下：
uchar code wei[4]={0x01,0x02,0x04,0x08};
uchar code disp_code[10]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,
0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09}; uchar speed;
uchar disp_busf[4];
void main()
{
TMOD=0X11;
TH0=(65536-10)/256;
TL0=(65536-10)%256;
TR0=1;
ET0=1;
EA=1;
while(1)
{
disp_busf[0]=speed%10;
disp_busf[1]=speed%100/10;
disp_busf[2]=speed%1000/100;
disp_busf[3]=speed/1000;
}
}
void timer0(void) interrupt 1
{
TH0=(65536-10)/256;
TL0=(65536-10)%256;
P0=wei[jishu];
P2=disp_code[disp_busf[jishu]];
jishu++;
if(jishu>=4)
jishu=0;
}
第3章参考文献
1 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，1990
2 王晓明.电动机的单片机控制.北京：北京航空航天大学出版社，2002
3 张淑清.单片机原理及应用技术.北京：国防工业出版社，2010
4 温淑焕.微机原理及其应用.北京：中国农业科学技术出版社，2010
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
学号：3 班级：机设1202班 摘要 本文首先叙述了单片机测量转速的系统构成及转速测量的几种常用方法，分析了相应方法在测量上的特点、误差和计算。其次，针对特定的应用环境，设计出一种基于 80C51单片机的全数字式测速系统，详细阐述了系统的工作原理，指出产生误差的可能原因，并给出了具体解决的方法；根据系统要求编制了源程序，分析其工作流程。最后，对构建的系统利用仿真机进行调试，对测量指标进行了分析、比较并提出改进方案。 关键词：单片机、转速、测量精度 Abstract
This paper first discussed some ways for rotary speed measure. It analyzed characters and errors of these ways. Second, it designed full digital measure system based on a Single-Chip Microprocessor(80C51) responding to special application, stated the working theory of the system and the methods to solve the errors, writed the working programmes by A51 assemble language. Finally, this system implementation was confirmed by using of Keil-51 simulator. The characters on the error margin and accuracy was summarized. Keywords : Single-Chip Microprocessor、rotary speed 、measureprecision Keil-51
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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1．直流电机转速控制方案设计 设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制，完成直流电机转向和转速的控制，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。 1、用按键1控制旋转方向，实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。 设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示：
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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
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基于单片机的风扇转速测量系统设计报告 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。模拟式采用测试发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电传感器为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能性价比的单片机的出现，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51单片机控制的转速测量仪。风扇在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的一个参数。本系统就是对风扇转速进行测量，显示风扇的转动的圈数，从而计算出转速。并介绍了光电传感器测速的原理，设计了基于51单片机的电扇测量系统。完成了风扇转速测量系统的硬件电路设计、光电传感器测量电路的设计、显示电路的设计。测量转速的光电传感器和风扇同轴连接，风扇每转动一周，产生一定量的脉冲个数，由光电传感器电路部分输出幅度为12v的脉冲。经光电隔离器后成为输出幅度为5v的转数计数器的计数脉冲。控制定时器计数时间，即可实现对电扇转速的测量。在显示电路设计中，通过1602实现在LCD上直观地显示电机的转速值。并对电机转速测量系统的硬件电路、显示电路进行调试。仿真实验表明所设计的硬件电路及软件程序是正确的，满足设计要求。 关键字：风扇转速测量；光电传感器；单片机；LCD
Abstract:In engineering practice, often meet various needs of occasions measuring the rotation speed, speed measurement method for analog and digital two. Analog tachometer generator for the detection element, the signal is analog quantity. Digital usually adopts the photoelectric encoder, photo electricity and other components for detecting element, the signal is a pulse signal. With the wide application of computer, especially the high performance price compared to the appearance of single chip microcomputer, measuring speed is generally used to MCU as the core of digital measuring method. This paper is to use AT89C51 SCM intelligent rotational speed measuring instrument. The motor in the operation process, needs to carry on the control, speed is an essential one parameter. This system is the simulation of motor for fan speed measurement, display fan speed. And introduced the photo electricity sensor measuring principle, design based on single chip computer AT89C51fan speed measurement system. Completion of the fan speed measurement system hardware circuit design, the photo electricity sensor measuring circuit design, circuit design. Measurement of rotational speed sensor and coaxingly connected photo electricity fan, fan one week per revolution, resulting in a certain amount of pulse number, by photo electricity device circuit portion of the output amplitude of 12V pulse. The photoelectric insulator after becoming an output amplitude of5V revolution counter for counting pulses. Control timer counting time, can realize the fan rotation speed measurement. In the design of display circuit, by1602the realization of the LCD to visually display the motor speed value. And the motor speed measurement system hardware circuit, the display circuit debugging. Simulation experiments show that the designed hardware circuit and software program are correct, and meet the design requirements. Key words: fan speed measurement; photo electricity sensor; SCM;LCD
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)
实验四直流电机PLC控制实验一、实验目的 1．掌握PLC的基本工作原理 2．掌握PID控制原理 3．掌握PLC控制直流电机方法 4．掌握直流电机的调速方法 二、实验器材 1．计算机控制技术实验装置一台 2．CP1H编程电缆一条 3．PC机一台 三、实验内容 根据输入，实现PLC对直流电机的调速PID控制。1、输入功能 （1）功能操作，按钮1 1．1、按钮1按下一次，显示SV(设定点值)。 1．2、按钮1按下两次，显示速度设定值。 1．3、按钮1按下三次，设定P值，显示。 1．4、按钮1按下四次，显示P值。 1．5、按钮1按下五次，设定I值，显示。 1．6、按钮1按下六次，显示I值。 1．7、按钮1按下七次，设定D值，显示。 1．8、按钮1按下八次，显示D值。
1．9、按钮1按下九次，显示At（PID 自调整增益） 1．10、按钮1按下十次，自整定显示 1．11、按钮1按下十一次，复位 （2）增加按钮2，数值增加 （3）减小按钮3，数值减小 （4）确定按钮4，操作确定 2、PWM脉冲输出，接输出101.00。 3、直流电机测速，光耦，接高速脉冲输入。 4、LED显示，根据按钮输入，显示设定值/测量值/加减量。 四、实验原理 1．直流无刷电机PWM调速原理 PWM的意思是脉宽调节,也就是调节方波高电平和低电平的时间比,一个20%占空比波形,会有20%的高电平时间和80%的低电平时间，而一个60%占空比的波形则具有60%的高电平时间和40%的低电平时间,占空比越大,高电平时间越长,则输出的脉冲幅度越高,即电压越高.如果占空比为0%,那么高电平时间为0,则没有电压输出.如果占空比为100%,那么输出全部电压。 PWM的占空比决定输出到直流电机的平均电压，所以通过调节占空比,可以实现调节输出电压的目的,而且输出电压可以无级连续调节。在使用PWM控制的直流无刷电动机中，PWM控制有两种方式：(1)使用PWM信号，控制三极管的导通时间，导通的时间越长，那么
目录 1、概述 1.1 相关背景和应用简介 1.2 总体设计方案........................................................................................... .. (2) 1、各模块的功能介绍 (2) 2、总体设计框图 (3) 2、硬件电路的设计 2.1 传感器的选型及电路接口设计 (4) 2.2 单片机最小系统设计 (6) 一、复位电路 (6) 二、晶振电路 (8) 2.3 显示电路设计 (9) 2.4 脉冲电路设计 (11) 3、软件部分的设计 3.1 总体流程图及子程序流程图 (12) 3.2 主要程序 (13) 4、仿真及结果 4.1 数据分析表 (16) 4.2 仿真界面图 (16) 5、小结 课程设计小结 (17) 6、参考文献
参考文献 (18) 1、概述 1.1相关背景和应用简介 目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。 1.2 总体设计方案 1、各模块的功能介绍 图1.1 系统原理图
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：
专业技能实训报告 题目基于单片机的汽车速度测量系统设计 学院信息科学与工程学院 专业通信工程 班级通信0902 学生彭元 学号 20091221 指导教师 二〇一二年一月三日
目录 1前言 (2) 2 总体设计 (3) 2.1 设计方案 (3) 2.2 主要容 (3) 3 单片机速度测量系统 (4) 3.1 单片机速度测量原理 (4) 3.2 单片机速度测量系统结构框图 (4) 4 系统硬件设计 (5) 4.1 传感器的选用 (5) 4.1.1 霍尔传感器的基本工作原理 (5) 4.1.2 CS3020霍尔传感器 (6) 4.1.3 霍尔传感器的硬件连接 (7) 4.2 MCU 控制系统设计 (8) 4.2.1 CPU的选用 (8) 4.2.2 AT89S51 主要特性和引脚说明 (8) 4.2.3 MCU 最小系统设计 (10) 4.3 LED 数码管显示器 (11) 4.4 单片机测速系统总原理图 (11) 5 系统软件设计 (12) 5.1 程序流程图 (12) 5.2 程序功能 (14) 结语 (15) 参考文献 (16) 附录 (16)
1 前言 随着信息技术的不断发展，单片机在测量系统中得到了广泛的应用。速度是一个系统经常需要测量、控制和保持的量。速度的测量方法有许多种，但在不同的应用环境下，相应的测量方法有它自己的特点和误差。因此对单片机速度测量系统的研究有着重要的目的和意义。本设计采用 AT89S51 单片机作为主要控制核心，应用霍尔传感感器采集信号，经过单片机定时计数并运用一个算法测量出汽车行驶速度，最终用4位位的在以上建的系统的基础上LED数码管显示其测量结果,具有较高的实用价值。
直流电机转速测量与控制程序 #include "reg51.h" #include "absacc.h" #define LEDLen 6 #define Tick 10 // 10 x 100us = 1ms unsigned int C100us; // 100us记数单元 xdata unsigned char CS0832 _at_ 0xb000; xdata unsigned char OUTBIT _at_ 0x8002; // 位控制口xdata unsigned char OUTSEG _at_ 0x8004; // 段控制口xdata unsigned char IN _at_ 0x8001; // 键盘读入口 unsigned char LEDBuf[LEDLen]; // 显示缓冲 code unsigned char LEDMAP[] = { // 八段管显示码 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71 }; code unsigned char KeyTable[] = { // 键码定义 0x16, 0x15, 0x14, 0xff, 0x13, 0x12, 0x11, 0x10, 0x0d, 0x0c, 0x0b, 0x0a, 0x0e, 0x03, 0x06, 0x09, 0x0f, 0x02, 0x05, 0x08, 0x00, 0x01, 0x04, 0x07 }; long int n; unsigned char flag; unsigned char DA; unsigned char Key_temp; unsigned char k_TEMP[2]; void time1_int(void); void delay(unsigned char CNT) { unsigned char i;
2012/2013学年第一学期《精密测控与系统》期末大型作业 日期：2012 年11 月 题目与要求： 直流电机转速控制问题，直流电动机物理模型如下图所示。
电动机产生的转矩与电枢电流成正比，即：t t T K i =，电枢绕组的反电动势与转速成正比，即：e d e K dt θ=，牛顿第二定律：2 2d T J dt θ=，其中J 为电机轴上的转动惯 量。 已知：转动惯量：2 2 0.01kg.m /s J =，机械系统摩擦系数：0.1N.m.s b =，电动机力矩 系数：0.01N.m/A e t K K ==，电阻：1R =Ω ，电感：0.5H L =。假设电机转动系统刚 性，输入量为直流电压V ，输出量为电机转速θ 。 问题1：建立该系统的时域数学模型。 问题2：给出该系统的传递函数，用Matlab 计算该系统的阶跃响应曲线，给出阶 跃响应的特征参数。 问题3：建立该系统的状态空间表达式，用Matlab 计算该系统的阶跃响应曲线。 问题4：加入速度反馈及PID 控制器环节，使系统性能达到: （a ） 建立时间<2s; （b ） 超调量<5%; （c ） 稳态误差<1%. 问题5：采用下图所示的模糊控制系统 系统中的模糊控制器是一个双输入单输出型的控制器，输入变量为转速的误差e 和转速误差的变化率Δe ，输出为直流电压的增量ΔV 。请选用合适的隶属度函数，建立该系统的模糊控制规则库，对电机的转速进行控制使期望转速为1000r/min ，建立时间<2s;超调量<5%;稳态误差e<±1.0%。 问题6：通过这个大型作业，谈谈你对本课程的学习心得和体会，以及对本课程授课方式的建议和改进。 一、建立该系统的时域数学模型
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)
摘要 本论文介绍了一种基于AT89C51单片机平台,采用光电传感器进行电机转速测量的方法,介绍了该测速法的基本原理、实现步骤和软硬件设计。为了设计简单可靠的直流电机测速装置，提出了基于单片机为核心的电机转速测量系统。整个系统的构架包括转速信号的采集，光电转换及信号处理电路设计，整形驱动电路设计，复位电路设计，晶振电路设计，LED显示电路设计。整形放大电路主要是将传感器输出的不稳定的电信号转化成脉冲信号; 转速的计算利用单片机AT89C51 的定时器和计数器。根据系统编写源程序，并通过运行试验证明。该系统结构简单，测量结果稳定可靠，满足电机的测速要求。 关键词：转速测量；单片机；光电传感器；电机
Abstract This paper introduces a platform based on AT89C51, adopt the method of photoelectric sensor to implement motor speed measurement, introduces the basic principle of the speed measuring method, implementation steps and the hardware and software design. In order to design a simple and reliable device for dc motor speed estimation, motor speed measurement system based on single chip microcomputer as the core is put forward. The architecture of the whole system including the speed signal acquisition, rotation speed signal processing, speed calculation and display. Plastic amplifying circuit is mainly the sensor output with outside noise of the unstable signal into pulse signal; Rotational speed of the calculation of AT89C51 single-chip timer and counter. Write the source program according to the system, and by running the experiment proved that the system has simple structure, stable and reliable measurement results, satisfy the requirement of the motor speed. Keywords：Speed measurement; Single chip microcomputer; Photoelectric sensor; The motor
实验三 直流电机控制实验（v61版） 一．实验设备 计算机，ICETEK-VC5509A-S60(6.1)实验箱（或ICETEK 仿真器+ICETEK –VC5509-A 系统板+相关连线及电源）。 二．实验原理 1．TMS320VC5509DSP 的McBSP 引脚： 通过设置McBSP 的工作方式和状态，可以实现将它们当成通用I/O 引脚使用。 2．直流电机控制： 直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速的电动机。近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(Puls Width Modulation ，简称PWM)控制方式已成为绝对主流。 PWM 调压调速原理 直流电动机转速n 的表达式为： Φ-=K IR U n 其中，U 为电枢端电压；I 为电枢电流；R 为电枢电路总电阻；Φ为每极磁通量；K 为电 动机结构参数。 所以直流电动机的转速控制方法可分为两类：对励磁磁通进行控制的励磁控制法和对电枢电压进行控制的电枢控制法。其中励磁控制法在低速时受磁极饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制，并且励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以这种控制方法用得很少。现在，大多数应用场合都使用电枢控制法。绝大多数直流电机采用开关驱动方式。开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉宽调制PWM 来控制电动机电枢电压，实现调速。
上图是利用开关管对直流电动机进行PWM 调速控制的原理图和输入输出电压波形。图中，当开关管MOSFET 的栅极输入高电平时，开关管导通，直流电动机电枢绕组两端有电压Us 。t1秒后，栅极输入变为低电平，开关管截止，电动机电枢两端电压为0。t2秒后，栅极输入重新变为高电平，开关管的动作重复前面的过程。这样，对应着输入的电平高低，直流电动机电枢绕组两端的电压波形如图中所示。电动机的电枢绕组两端的电压平均值Uo 为： S S S O U U T t t t U t U α==++=12110 式中α为占空比，α=t1/T 占空比α表示了在一个周期T 里，开关管导通的时间与周期的比值。α的变化范围为0≤α≤1。由此式可知，当电源电压Us 不变的情况下，电枢的端电压的平均值Uo 取决于占空比α的大小，改变α值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM 调速原理。 PWM 调速方法 在PWM 调速时，占空比α是一个重要参数。以下3种方法都可以改变占空比的值： ⑴定宽调频法：这种方法是保持t1不变，只改变t2，这样使周期T(或频率)也随之改变。 ⑵调宽调频法：这种方法是保持t2不变，只改变t1，这样使周期T(或频率)也随之改变。 ⑶定频调宽法：这种方法是使周期T(或频率)保持不变，而改变t1和t2。 前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率)，当控制脉冲的频率与系统的固 有频率接近时，将会引起震荡，因此这两种方法用得很少。目前，在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。 3．ICETEK-CTR 直流电机模块： 原理图 ICETEK-CTR 即显示/控制模块上直流电机部分的原理图见下图。
自动控制原理实验 实验报告 直流电机转速控制设计 一、实验目的 1、了解直流电机转速测量与控制的基本原理。 2、掌握LabVIEW图形化编程方法，编写直流电机转速控制系统程序。 3、熟悉PID参数对系统性能的影响，通过PID参数调整掌握PID控制原理。 二、实验设备与器件 计算机、NI ELVIS II多功能虚拟仪器综合实验平台、LabVIEW软件、万用表、12V直流电
机、光电管，电阻、导线。 三、实验原理 直流电机转速测量与控制系统的基本原理是：通过调节直流电机的输入电压大小调节电机转速；利用光电管将电机转速转换为一定周期的光电脉冲、采样脉冲信号，获取脉冲周期。将脉冲的周期变换为脉冲频率，再将脉冲频率换算为电机转速；比较电机的测量转速与设定转速，将转速偏差信号送入PID控制器，由PID控制器输出控制电压，通可变电源输出作为直流电机的输入电压，实现电机转速的控制。 四、实验过程 （1）在实验板上搭建出电机转速光电检测电路 将光电管、直流电机安装在实验板上的合适位置，使得直流电机的圆片恰好在光电管之中，用导线将光电管与相应阻值的电阻相连，并将电路与相应的接口相连，连接好的电路图如下。 （2）编写程序，实现PID控制 SP为期望转速输出，是用户通过转盘输入期望的转速；PV为实际测量得到的电机转速，通过光电开关测量马达转速可以得到；MV为PID输出控制电压，将其接到“模拟DBL”模块，实现控制电源产生所需的直流电机控制电压。通过不断地检测马达转速与期望值对比产生偏差，通过PID控制器产生控制信号，实现对直流电机转速的控制。 编写的程序如下图所示
五、调试过程及结果 PID参数调整如下时，系统出现了振荡现象，导致了系统的不稳定。 于是将参数kc调小，调整后的参数如下：
设计报告正文 第一章直流电动机转速自动控制系统的组成原理1.1 广义对象的组成原理 1.1.1 被控对象直流电动机工作原理和被控制量 1、被控对象：电动机 被控量：电动机的转速 2、直流电动机的原理：基于电磁感应定律，即：运动导体切割磁力线，在导体中产生切割电势；或者说匝线链线圈的磁通发生变化，在线全中产生感应电势。
N极下到导体中的电流流出纸面，用Θ表示。 S极下到导体中的电流流出纸面，用?表示载流导体在磁场中受到电磁力的作用。如果导体在磁场中的长度为L，其中流过的电流为i,导体所在的磁通密度为B，那么导体受到的磁力的值为 F=BLI 式中，F的单位为牛顿（N）；B的单位为韦伯/米2（Wb/m2）;L的单位为米（m）；I的单位为安（A）；力F的方向用左手定则来确定。 1.1.2 功率放大器的组成原理 功放的作用是通过对控制信号的功率放大以产生足够的功率来驱动执行机构。功率放大器的工作原理就是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率将电源转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数。应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流（或电压）是原来的β倍的大信号，这种现象成了功率放大。而场效应管则是栅极变化一毫伏，原极电流变化一安，就成称跨导为1，功率放大器就是利用这些作用来实现小信号来控制大信号，从而使多级放大器实现了大功率输出，并非真的将功率放大了。
1.1.3 测速元件工作原理 因此电刷两端的感应电势与电机的转速成正比，即电势值能表征转速的大小，因此直流测速发电机可以把转速信号转换成电视信号，从而用来测速。 测速装置由电机，光栅盘，等组成。 1.2广义对象数学模型的建立 1.2.1广义对象时间响应特性的测试 1.2.1.1测试实验原理图 G(s)=)()(s s N 输出量 G （s ）=Φ(s) - 1Φ(s) Φ(s)=） 输入量（s )(s N （可以消除干扰） 1.2.1.2测试过程与方法 时域法：通过测量对应特定输入信号的系统输出响应，来确定系统的 传递函数。