摘要：本次综合课程设计主要是设计一个电机转速测量系统，它是由光电转换、整形、倍频、石英晶体振荡、分频、计数、显示译码、驱动显示、控制电路这几部分构成。对于电机转速的测量，首先要把其转换成电信号，采用在电机上安装一个打孔圆盘利用光电的转换的原理把光信号转换成电信号。再对此信号进行整形，通过对脉冲的计数测得电机的转速，把所得的频率数通过数码管的控制显示出来。本文详细叙述了各部分工作原理，并进行了实验调整，结果表明该设计符合任务要求。 关键词：倍频；分频；计数；时序控制；
一、概述
本次综合课设电机转速测量系统的设计，是通过光电转换方式将电机的转速测量出来。在设计过程中，首先，在电机的转轴上安装一圆盘，在圆盘上打6个小孔，孔上下分别对应着光发射和光接受器件，即利用此信号做计数所需要的脉冲，通过整形、放大使得脉冲更为规则，因为打了6个小孔，这样电机每转一周就会出来6个脉冲，我们再利用倍频电路，本次选择使用二倍频电路，每一转就可以等于2*6=12个脉冲，我们把闸门设为5秒，这样就可以得到每分钟的转数，利用计数记录闸门间的脉冲数并把其用数码管显示出来。由于测量对象转速的测量范围为6000-30000r/min ，要测量其转速，必须得用5位数码管显示相应的转速。电动机转速测量系统原理框图如图1所示：
课设要求满足以下指标：
1.电机转速的测量范围为6000r ／min ~30000r ／min ；
2.测量的相对误差≤1% ；
3.根据技术指标，设计各部分电路并确定元器件参数 ；
4.用5位LED 数码管显示出相应的电机转速。
在本次课程设计中所涉及到的知识范围有模拟电子电路、数字电路等课程知识，其中大部分属于数字电路知识，其中用到了芯片74LS93和74ls90进行分频，芯片74LS160进行计数以及用555芯片施密特触发器做整形模块。本设计总体可以分为转速信息提取电路的设计、时间基准的设计、计数译码显示电路的设计和控制电路的设计这四部分组成，其中转速信息提取电路的设计由传感器、整形电路、倍频电路组成；时间基准电路由晶体振荡电路和分频电路组成；计数译码显示电路由计数器电路、译码显示驱动电路组成；控制电路由数字逻辑器件构成，实现控制，最终实现任务要求。
二、工作原理说明
1、光电转换及整形部分原理：
该部分原理就是在电机的转轴上端安装一个小圆盘，并且在圆盘上打6
个孔，孔两边
图1 电机转速测量系统原理框图
分别对应着发光二极管和光敏三极管用来产生脉冲信号。当电机转动时，发光二极管发出的光就会通过小孔打到光敏三极管上，光敏三极管将光信号转换成电信号。这样产生的信号必定不是规则矩形脉冲信号，所以利用555施密特触发器电路进行整形，整形后输出规则的方波信号。
2、倍频部分原理：
该部分原理主要利用电容充电后，会由低电平变为高电平的原理，分别对两个电容中其中一个充电，另一个不变，这样便会有一个是由低电平变为高电平而另一个不变。把两个电容输出端相与，就会产生为原来频率二倍的频率。
3、晶体振荡器部分原理：
按照课设题目的要求，必须要产生严格的时间闸门，为了达到要求必须采用晶体振荡器来输出严格的时间脉冲。选择一个合适的晶体振荡器，经过分频电路产生合适的频率。
4、分频部分原理：
首先确定分频倍数，然后选择适当的分频器，在本次设计中我选择了四个74ls93和一个74ls90进行分频。
5、时序控制部分原理：
时序控制部分非常的关键。首先，在闸门时间段必须进行计数，而且在此之后必须得要进行锁存和清零两部分。这样必须得利用时序来控制，利用闸门脉冲和二倍闸门脉冲一起对计数器进行控制。这样就可以把非闸门的时间分成了两个部分，然后分别进行锁存和清零，清零后再进行下一次循环。
6、计数和显示部分原理：
在该部分设计采用了常用的74LS160十进制计数器，然后利用CD4511进行译码驱动，利用五位LED数码管来显示数值，与此同时让产生的进位信号作为下一位计数器的输入脉冲，从而达到带进位计数的目的。在数码管与显示译码器间加上电阻，防止对数码管的损坏。这个系统的各个部分原理已经非常的清晰明了，下面就是要对每一部分做以详细设计。
三、电路设计
1、光电转换电路的设计：
采用光电转换电路测电动机转速，在该部分可以利用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。其基本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。我们首先在电机的转轴上安装一圆盘，在圆盘上打6个小孔，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。设每秒内电机转动X周，则有6*X个脉冲，二陪频后相当于每分钟转了12X/60=1/5X转，在闸门时间控制时，选择闸门时间为5s的话就可以转换成电机转速X转/分钟，而显示的就是电动机每分钟的转数。其中透射法电路图如图2所示：
图2 透射法电路图
其中LED作为发光装置，R1为限流电阻，单粒普通白光LED导通电压大约为3V，电流限制在15-25mA,12-3=9，9/0.015=600欧姆，9/0.025=360欧姆，所以电阻应该在360-600欧姆之间。而三极管集电极电阻通常选择1k-5k欧姆，所以选择R1为600欧姆，R2为1k 欧姆。
2、整形电路的设计：
整形电路主要采用555施密特触发器进行整形，具体电路图如图3所示。
图3 整形电路图
整形电路的作用是对光电转换电路产生的不规则脉冲信号进行整形，由于光电转换产生的脉冲非常的不规则，所以必须要用整形电路对信号进行整形。施密特整形电路首先设置两个比较电压V1、V2，当电压上升到V1时或者下降到V2时输出信号都要进行一次翻转，对于输入的脉冲信号通常选择V1= 2VCC /3，V2= VCC /3。即如果输入的信号峰值为9V,当信号电压上升到6V时，则进行翻转，在信号电压下降时，当下降到3V时，输出信号也会进行翻转。这样就可以获得比较理想的矩形脉冲波形。为提高555内部比较器的参考电压的稳定性，要在5端口接一个0.01uF的电容，由脚3输出标准的矩形波。
3、二倍频电路的设计：
二倍频电路如图4所示，当A点输入为低电平时，经过反相器则B点为高电平，此时，D 点为高电平，C点输出为低电平，经过与非门再经过非门，F点输出低电平；随着C点电压的逐渐升高，当其电压大于2.5V时，F点便输出为高电平，这样把输入信号的低电平变为一低一高电平。当A点输入为高电平时，经过反相器输出B点为低电平，此时，D点为低电平，C点输出为高电平，经过与非门再经过非门，F点输出低电平；随着D点电压的逐渐升高，当其电压大于2.5V时，F点便输出为高电平，这样把输入信号的高电平又变为一低一高电平。这样，就把原来一个周期的信号变为两个周期，实现二倍频。
图4 二倍频电路图
4、晶体振荡电路的设计：
利用晶体振荡器产生的脉冲非常的准确，有利于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，电路如图5所示。
图5 晶体振荡电路图
5、分频电路的设计：
分频电路如图6所示
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、时序控制电路的设计：
在这部分设计中有应该分成三部分，第一部分为计数部分，第二部分为锁存部分，第三部分为清零部分，这三部分必须按照计数-锁存-清零这个顺序。理论上基本时序如图7所示。
首先想到的就是要把闸门信号的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6
中的锁存信号，而把
图6 分频电路图
图7 理论时序控制图
二倍频率信号和闸门信号直接进行或运算就可以得到图6中的清零信号。在软件中没有找到或运算器件便利用或非器件与非器件联合在一起使用，其设计图如图8所示。
图8 时序控制电路图
7、计数译码显示部分电路的设计：
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CD5411进行显示译码，驱动共阴极数码管显示。电路如图9所示。
图9 计数、译码显示电路图
四、性能的测试
1、转速信息提取电路性能测试
该部分电路主要由光电转换、整形电路和倍频电路三部分组成。其中光电转换部分不能够用multisim软件进行仿真，我们利用信号源产生的正弦波代替由光电转换过来的脉冲，我们对整形电路测试，可得测试结果如图10所示。
图10 整形测试结果图
经过整形后，我们对二倍频电路的性能进行测试，达到了目标要求。其测试结果如图11所示。
图11 二倍频测试结果图
2、时间基准脉冲部分的设计：
在时间基准脉冲这部分主要有对晶体振荡器输出频率的测试、分频器的作用测试和时序电路控制的测试。其中晶体振荡器输出测试结果如图12所示。
从图12中我们可以看出一个脉冲信号的周期约为30.524us ，我们求其倒数可得到其信号频率约为32.768KHz 。对分频电路测试如果我们测试其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16倍分频。得16分频结果如图13所示。
图12 晶振输出测试结果图
图13 分频测试结果图
接下来便是对时序控制进行测试，显示的成功与否完全靠该时序控制电路，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，其结果如图14所示。
图14 时序控制结果图
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。
五、结论
本次电机转速测量系统的设计基本上完成了设计的要求，其中光电转换以及在晶体振荡频率的控制需要改进。其他各个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，是一个很成功的电路设计。
在本次课程设计中有几项是很关键的：倍频电路的设计，这一项可以对电机转速测量时间进行控制，倍频倍数大的话可以用很短的时间测出电机转速；分频电路的设计，这项主要用来控制闸门时间，有效的控制单位时间内通过的脉冲数从而进行准确的计数；时序控制电路，这项非常重要，在对脉冲计数时需要在闸门时间内正常计数、闸门时间后进行一段时间的锁存、锁存后需要一段时间进行清零、再进行计数。很好的时序电路就可以准确的控制计数器进行计数、译码、显示。
六、性价比
我所设计的这个电路，在器件的选择上都刻意的选择一些常用的器件，简单而且便宜,但是其功能并不逊色。其电路的原理很容易理解和掌握，便于使用者运用。而且运用的器件也比较少，这就使得该电路的成本非常的低廉。性能上该电路能够达到很高的要求，对转速的测量非常的精确，所以说该电路性能非常优越。性能优越价格低廉，因此具有很高的性价比。
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，如何用时序电路控制整个电路的运行，如何使用各种芯片这都使我加深了对知识的掌握。课设使我们体会到在做设计时需要考虑到很多方面，通过很多方案选出最佳方案才会设计出一个非常优秀的电路。在电路的仿真过程中也出现了一些问题，我想出现问题都实属正常，我坚持耐心的把每一小部分的设计有条理的整理，耐心的调试，最终达到最佳效果。在老师的精心指导使我对该设计有了很大的兴趣，最后终于达到了设计要求，实现结果。
通过本次三周的综合课程设计使自己在设计电路的过程中提高了自身运用知识的能力，能够对电路设计的思路有一定的掌握，学到了很多知识。希望可以多给我们提供一些像这次综合课设这样的机会让我们锻炼自己的设计与思考的能力，并且要求设计题目加大难度，与此同时设计的时间需要增加几周。此外，我觉得类似于这种综合性的课设最好提前到大三结束前。这样，就可以全面的复习了专业知识，这一定会对找工作具有非常大的帮助。
参考文献
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[5] 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
附录I 总电路图
附录II 仿真图
附录Ⅲ元器件清单
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燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：里仁学院基层教学单位：自动化系 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 2015年6月12日
摘要 单片机又称单片微控制器（MCU），它把一个计算机系统集成到一个芯片上。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。随着电子技术的迅猛发展，单片机技术也有了长足的发展，目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹，导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。 各种电机在工业得到广泛应用，为了能方便的对电机进行控制、监视、调速，有必要机的转速进行测量，从而提高自动化程度。转速和电流是工程上常用参数。转速测量的方法很多，采用光电编码器测量转速是较为常用的测量方法，而电流则采用交流互感器。 通过光电传感器实时采集电机转速并进行处理与显示，设计出一个电动机转速测量系统,并研究其测量精度、测量范围及响应速度.程序设计部分分为初始化模块、脉冲计数模块、计时模块、参数调整模块和显示模块.最后通过试验测试,得到了相应的技术参数,并对转速和电流测量系统的误差进行了分析要求设计的系统稳定可靠、抗干扰能力强、成本低，使用方便。
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 1．设计任务和要求 (1) 2．设计应用背景 (1) 3．难点分析 (2) 4．实施方案 (2) 4.1三套方案的详细原理分析与实施方法 (2) 4.1.1方案一：霍尔传感器测转速 (2) 4.1.2方案二：光电传感器测转速 (3) 4.1.3方案三：电容式传感器测转速 (4) 4.2三套方案的选择与比较 (5) 4.3设计最终拟采用的方案 (5) 4.3.1传感器选择 (5) 4.3.2优缺点分析以及成本 (6) 5．收获与体会 (6) 参考文献 (7) 附： (8)
电机转速自动检测 1．设计任务和要求 电机转速控制在电机控制中非常重要，适当合理地控制电机转速，可以达到节约能源，减少损失的目的。 请设计一种电机转速监控装置，能够提供电机转速的电量信息。 2．设计应用背景 电动机作为风机、水泵、机床等设备的动力，广泛应用于工业、农业、商业、公用设施、制造业等各个领域，在我国，电动机的用电量已经占到社会总用电量的60％以上。我国能源相对缺乏，优质能源严重短缺，同时巨大的能源消耗引起的环境污染已在某种程度上制约了经济的发展，从节约能源，保护环境出发，我国开展了很多节能研究工作电动机作为量大面广的机电产品，降低电动机的损耗、提高电动机的效率已成为节能降耗、降低生产成本、追求经济效益最大化的重要手段，是利国利民的大事。对老式耗能大的电动机必须进行节能改造，因此研究其节能问题具有非常重要的意义。 电动机在将电能转换为机械能的同时，本身也损耗一部分能量，这些损耗一般可分为以下五个方面： (1)基本铁耗：基本铁耗是主磁场在铁心内发生变化时产生的，当频率为一定时，主要与铁心中的磁通密度、材料的厚度及性能有关。 (2)空载时铁心中的附加损耗：它是由气隙中的谐波磁场引起的，主要是指定子、转子开槽而引起的气隙磁导谐波磁场在对方铁心表面产生的表面损耗和因开槽而使对方齿中磁通因电机旋转而变化所产生的脉振损耗。 (3)电气损耗：指由工作电流在绕组铜(或铝)中产生的损耗，也包括电刷在换向器或集电环上的接触损耗 (4)负载时的附加(或杂散)损耗：这是由于定子或转子的工作电流所产生的漏磁场(包括谐波磁场)在定、转子绕组里和铁心及结构件里引起的各种损耗。 (5)机械损耗：包括通风损耗、轴承磨擦损耗和电刷磨擦损耗。 图1.1 商用电源驱动时电机损耗的比例 目前降低损耗的一些措施有以下几种方法： (1)采用高效率绕组技术 (2)△→Y变换运行：当实际负载率低于40％时，若采用△→Y变换运行，电动机的空载电流降低，功率因数提高，因而线路损耗降低，一般节能可达25％左右。 (3)减少线圈端部长度 (4)增大导线截面，提高槽满率
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：
目录： 1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3 2、系统结构----------------------------------------------------------------------------------------------3 3、获取脉冲信号的方法----------------------------------------------------------------------------4 3、1霍尔传感器-------------------------------------------------------------4 3、2 光电传感器-------------------------------------------------------------5 3．3光电编码器-------------------------------------------------------------6 4、硬件连接图及原理------------------------------------------------------------------------------6 5、实验程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------8 6．仿真-----------------------------------------------------------------15 7、PROTEL DXP原理图-------------------------------------------------------------------16 8、PCB图-------------------------------------------------------------------------------------------------16 9、硬件调试结果与分析-------------------------------------------------------------------------17 10、谢词---------------------------------------------------------------------------------------------------17 11、参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------18
电子技术综合训练 设计报告 题目：电机转速的T法测量 姓名： 学号： 班级： 同组成员： 指导教师： 日期：2013年
摘要 本设计为电机转速的T法测量，在设计中，用555构成的多谐振荡器产生时基脉冲，用74LS160构成十进制模100计数器对光电码盘送入的脉冲进行加计数，利用D触发器和与门作为计数电路的控制，用两个单稳态触发器控制锁存和清零，利用HEF4511BP驱动数码显示器，动态显示时基脉冲数，最后根据脉冲数计算电机转速。 关键词：555，计数，显示 Abstract The design for the motor speed measurement method of T, in the design, multivibrator composed by 555 generation time-base pulse, pulse decimal mode 100 counter on the photoelectric encoder to count 74LS160, use D flip-flop and gate control as the counting circuit, two monostable trigger control latch and clear using the HEF4511BP driver, digital display, a time-base pulse number of dynamic
display, according to the calculation of the motor speed pulse. Keywords: 555, counting, display 目录 1 设计任务和要求…………………………………………………………? 1.1设计任务……………………………………………………………? 1.2设计要求…………………………………………………………….? 2 系统设计…………………………………………………………………? 2.1系统要求…………………………………………………………….?
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
收稿日期:2009-02-03 作者简介:高苇,助理工程师,哈尔滨商业大学,电子信息工程。 电机转速测量系统 高 苇 (黑龙江省冶金研究所,哈尔滨 150040) 摘 要:本文介绍了由单片机89C52构成的电机转速测量系统的工作原理、设计思想、软硬件配置及应用方法。该系统具有硬件体积小、成本低、检测精度高、操作方便、智能化较高等特点,应用前景十分广阔。关键词:单片机;喂线机;转速 System of Motor Speed Measurement Gao Wei (Heilongjiang Istitute of Metallurgy,Harbin 150040 China) Abstract:This paper introduces the theory and design of motor rotational speed measurement system based on the single chip processor 89c52and the detail implement.The system has the advantage of small cuba ge,low cost,high accuracy,easy to use and so on and can be applied widely.KeyWords:Single chip processor;Wire feeder;Rotational speed 在工业控制领域当中,经常需要测量电机实时转速,在冶金领域炉外精炼用的喂线机要求将精确量的芯线在一定时间内均匀地喂入钢包中,这就要求测量电机(喂线轮)的转速并计算出芯线的长度。随着微型计算机的广泛应用,特别是高性能单片机的不断推陈出新,转速测量普遍采用了以单片机为核心的数字化、智能化的系统。本文提出一种基于89C52单片机的测量控制电机转速的方法:利用霍尔传感器采集脉冲信号,通过单片机进行运算处理和分析,将电机的转速实时显示出来,同时实现对芯线长度的计算。 1 测量系统的工作原理 本系统实现对喂线机中电机转速的测量,并根据机械比、喂线轮直径换算成芯线长度。脉冲测速的方法主要有T 法(测周法)、M 法(测频法)。 (1)测周法:T 法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期,从而得到频率。测出产生N 个脉冲内所需要的时间t,则信号的周期为f=N/t,测量 频率误差 f N t/t 2 ,相对误差 f/f= t/t,误差主要来自采样的时间误差,低频脉冲情况下误差较小,测量精度高。 (2)测频法:M 法是测量单位时间内的脉数换算成频率。在设定t 时间内,测量产生N 个脉冲,则信号的周期为f=N/t,测量频率误差 f N/t,相对误差 f/f= N/N,误差主要来自脉冲个数!1计数误差,高频脉冲情况下误差较小,测量精度高。 本系统采用M 法进行测速,其测量原理如下:测量转速的霍尔传感器固定在距齿轮外缘3mm 的支架上,在霍尔元件正对面的喂线轮上贴一小块磁钢,当测速的喂线轮经过霍尔传感器正前方时,改变了磁通密度,霍尔传感器则产生一系列脉冲 信号并经过光电耦合器后转化为计数脉冲送入单片机中,单片机将该数据进行处理后就可以得出喂线轮的转速,并将该数据通过串行通讯接口RS232将数据传输到上位机,显示速度变化。单片机测量电机转速的系统原理如图1所示。 单片机测量电机转速主要包括三个过程:信 33 第29卷第2期 2009年6月 黑龙江冶金 Heilongjiang Metallurgy Vol.29 No.2June 2009
1.摘要 测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。 要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。 2.系统结构 本文主要针对电机的转速进行测量，然后用数码管把电机的转速显示出来！ 本装置主要有两部分构成。1光电测速部分。2测得的脉冲处理处理和显示部分！ 光电测速部分主要由光电传感器构成！脉冲处理部分主要经施密特触发器对接收到的脉冲进行波形校正，由单片机的T1口输入，经80C51处理后显示输出电机的转速 下面我们来了解一下光电测速部分！ 。
3、脉冲信号的获得 可以有多种方式来获得脉冲信号，这些方法有各自的应用场合。下面逐一进行分析。 3．1霍尔传感器 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。如图1所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。 此主题相关图片如下：1.jpg 图1 CS3020外形图 使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在
转速测量显示系统 一、题目要求 1 . 基于 2. 3 4 5 设计任务： 二、方案选定 1 、选择实现转速测量的方法 （1）根据测量方法分类 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。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。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/T法（频率/周期法）。 （2）根据工作原理分类 1、计数式方法是用某种方式读出一定时间内的总转数。 2、模拟式方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量的变化。 3、同步式是用利用已知的频率与旋转体的旋转同步来测量转速。 （3）几种具体的测量方法 ①基于霍尔传感器的直流电机转速测量 ②基于光电传感器的电机转速测量 以上两种是常用的转速测量装置。此外还有傅立叶变换用于电机转速的测量、基于单片机无线电机转速测量系统、基于光电码盘的的高精度电机转速测量等方法。 综合以上所述，本次课程设计选用计数式，光电传感器，M法测量电动机转速，适用于中、低速测量。 2 、测量系统的构成 图1 转速测量框图
（1）转速信号拾取 前面通过对各种测速方法的比较，最终选用计数式，光电传感器，M法测量电动机转速。 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，通过一定方式转换成电量，通用的转速测量系统大都采用一种俗称“码盘”的传感装置，将圆形的码盘固定在转轴上，码盘上有若干规则排列的小孔，用光电偶来输出电信号，以反映转速对应关系，即是将转轴的速度以脉冲形式反映出来，通常有两种形式： ①模拟量量化后经A/D转换，由数字量反映角度，供单片机计算处理，得出转速。 ②直接由脉冲来反应转轴的角度，用每转产生的脉冲经单片机处理得出转速。 （2）整形和倍频 脉冲信号的上升沿和下降沿对数字电路的触发尤为重要，若要将转速脉冲信号直接加到计数器或外部中断的输入端，并利用其上升沿来触发进行计数，则必须要求输入的信号有陡峭的上升沿或下降沿。处理方法上可以用触发器电路来整形。 （3）单片机 单片机是整个测量系统的主要部分，担负对前端脉冲信号的处理、计算、以及信号的同步，计时等任务，其次，将测量的数据经计算后，将得到的转速值传送到显示接口中，用数码管显示数值。在本系统中考虑到计数的范围、使用的定时，计数器的个数及I，O口线，预选用89C52单片机。 （4）驱动和显示 由于LED数码管具有亮度高、可靠性好等特点，工业测控系统中常用LED数码管作为显示输出。本系统也采用数码管作显示。LED显示器是用发光二极管显示字段的，通常使用七段构成“日”字型和一只发光二极管作为小数点，称八段数码显示器。其有两种驱动方式，共阴驱动和共阳驱动，共阴驱动是各段发光二极管的阴极连在一起，并将公共端接地，在共阳结构中，将各段发光二极管阳极连在一起，并将公共端接上+5V电源，显示字符对应字型代码发光。 三、初步设计 1 .原理分析 图2 单片机系统测量转速原理图 本系统单片机采用Atmel公司生产的89C52作为主控制器，用4位LED数码管作为显示。（1）显示部分 89C52单片机的I/0口输出特性是有较大的灌入电流能力，其中P0口的灌电流能力可达20mA，但只有很弱的“吐”电流的能力。本系统中选用共阴型数码管，将并联上拉电阻后的P0口作为数码管的段驱动，P2.2、P2.3、P2.4分别接74LS138（3-8译码器）的A、B、C
电机课程设计 题目：电机转速测量系统 院（系）：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 2019年7 月4 日
目录： 1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3 2、系统结构----------------------------------------------------------------------------------------------3 3、获取脉冲信号的方法----------------------------------------------------------------------------4 3、1霍尔传感器-------------------------------------------------------------4 3、2 光电传感器-------------------------------------------------------------5 3．3光电编码器-------------------------------------------------------------6 4、硬件连接图及原理------------------------------------------------------------------------------6 5、实验程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------8 6．仿真-----------------------------------------------------------------15 7、PROTEL DXP原理图-------------------------------------------------------------------16 8、PCB图-------------------------------------------------------------------------------------------------16 9、硬件调试结果与分析-------------------------------------------------------------------------17 10、谢词---------------------------------------------------------------------------------------------------17 11、参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------18