单片机课程设计
基于单片机的转速测量系统设计 【摘要】介绍了一种基于AT89C51单片机平台,采用光电传感器实施电机转速测量的方法,硬件系统包括脉冲信号产生、脉冲信号处理和显示模块,并采用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。介绍了该测速法的基本原理、实现步骤和软硬件设计 【关键词】转速测量; 单片机; 霍尔传感器；电机；脉冲。
1.概述 1.1 数字式转速测量系统的发展背景 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 本设计课题的目的和意义 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、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和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，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。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。
基于单片机的测速仪设计
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华北理工大学轻工学院 Ｑｉng Goｎg ColleｇｅＮoｒthＣｈｉnａUniversitｙｏf Science and Ｔechnology 课程设计报告 课程名称:EＤＡ辅助设计 项目名称:基于单片机的测速仪设计 专业班级: 学号： 姓名： 成绩:
一、项目说明 转速是工程中应用非常广泛的一个参数, 其测量方法较多，而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法,目前这种测量方法已不能适应现代科技发展的要求。随着大规模及超大规模集成电路的发展，使得全数字测量仪器越来越普及，其转速测量仪器也可以用全数字化处理。在测量范围和测量精度方面都有很大提高。因此，本次设计的目的是：对各种测量转速的方法加以分析,针对不同的应用环境，利用ＡＴ89S52系列单片机设计一种全数字化测速仪器。本设计在通电后就会开始运行进行测速,由数码管进行显示当前转速,按下S1将会重置。 二、项目原理图 １、原理图
图1 项目原理图 2、各部分说明 （1）电源部分 DC０02插座是带有插入断开开关，中心脚为1脚,下面为２脚，侧面为3脚，插入时3脚断开。的一款给单片机提供5v电压的电源。 图2电源 (2）ＳTC8９C52芯片 ＳTC８9C52是一个低功耗，高性能CＭOS8位单片机，片内含具有如下特点:40个引脚，４ｋＢｙtｅsFｌasｈ片内程序存储器，128byｔes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出（I/O)口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗(WDTC）电路,片内时钟振荡器。此外，STC89C52设计和配置了振荡频率可为0HＺ并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,ＣPＵ暂停工作,而RAＭ定时计数器,串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RＡM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PＤＩP、TQＦP和ＰLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。
万方数据
万方数据
基于PLC电机测速系统的设计 作者：刘高君， LIU Gao-jun 作者单位：四川理工学院,机械工程学院,四川,自贡,643000 刊名： 装备制造技术 英文刊名：EQUIPMENT MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)：2010，(8) 被引用次数：0次 参考文献(3条) 1.周秀君.邓榆林基于PLC的高可靠性电机测速系统设计 2008(6) 2.王福安东风4型机车测速电机改用霍尔传感器的探讨 1998(6) 3.卢庆林数字动态扫描显示电路的实现 2006(10) 相似文献(10条) 1.期刊论文张运波.Zhang.yunbo基于PLC的电机转速实时监测系统-微计算机信息2005,21(25) 本文介绍了一种电机转速计算机实时监测的方法.它利用了PLC及其配套的A/D转换模块进行数据采集和转换,在VB环境下实现计算机与PLC的串行通讯.经过实验,实现了电机转速的数字和曲线显示,给出了应用程序和实验结果. 2.期刊论文王建.WANG Jian PLC在自由端口通讯下的电机转速PID控制-兵工自动化2005,24(4) 上位PC机与SIMENSE S7-200 PLC间的通讯通过VB通讯控件MSComm在自由口通信方式下实现.通过接收中断、发送中断、字符中断、发送指令(XMT)和接收指令(RCV)来控制通信过程.且PC为主机,PLC为从机.对电机转速PID控制,以S7-200提供的PID控制功能指令,与模拟量输入/输出模块结合实现. 3.会议论文项明.顾战松.范懋基PLC在多电机转速测控系统中的应用1998 利用FX2可编程序控制器，成功地对上海某钢铁企业生产线的18台直流电动机进行了转速测量、控制和显示。同时对电机运行过程中常见的6类故障，也迅速了检测、处理报警和数字化显示。这是一个功能比较完善的综合性能智能控制系统。文中重点介绍了对18台电机转速进行测控的设计思想和技巧。这对干冶金、玻璃等工业企业中常见的此类系统的设计与改造具有一定的参考价值。 4.学位论文章程基于PLC模糊控制的桥式起重机变频调速系统的研究2008 桥式起重机作为物料搬运机械在整个国民经济中有着十分重要的地位，因此提高桥式起重机的运行效率，确保运行的安全可靠性是十分重要的。传统的桥式起重机电控系统采用转子回路串接电阻进行有级调速，致使系统存在可靠性差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点。因此对桥式起重机控制系统进行研究具有现实意义，也是国内外相关行业专家学者的一个研究课题。 随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，交流变频调速技术作为高新技术、节能技术已经广泛应用于各个领域。特别是将变频技术运用到起重机上可以使得起重机的整体特性得到很大的提高，可以解决传统桥式起重机控制系统存在的诸多问题。 本文结合变频调速系统，提出了一种基于PLC的模糊控制策略实现方法。首先对基于PLC模糊控制的变频调速系统进行总体设计，然后重点进行工控机与PLC以及PLC与变频器之间的通信程序设计。接着论述了模糊控制器的原理和结构，并研究和设计了一种电机转速模糊控制器。对基于SIEMENSSIMATIC S2-200 PLC模糊控制策略进行了工程实现研究，并给出了关键部分的程序。 本文所研究的桥式起重机变频调速控制系统，可以实现起重机电机速度的调节，满足节约能源和适应生产的需要。本系统采用PLC模糊控制既保留了PLC的可靠、灵活、适应能力强等特点，又提高了控制系统的智能化程度和系统的静动态特性。仿真结果表明，该系统能对电机转速实现精确控制，实用性强，具有一定的推广价值。 5.会议论文杨岳斌.李辉消防泵自动控制系统改造2005 本文论述了采用可编程PLC控制器和变频器调节电机转速,实现对消防供水系统压力进行自动控制调节.当火情发生时消防泵自动启动,使水压在短时间内达到要求,从而保持相对稳定的压力,满足实际消防用水的要求,大大提高了消防系统正常运行的可靠性,可避免重大事故的发生。 6.期刊论文吕以全.郭勇.孙伯星PLC应用旋转编码器在触摸屏上监控电机转速-内蒙古科技与经济2007(19) 本文介绍了PLC应用旋转编码器在触摸屏上监控电机转数,高速计数器的模式选择,PLC的数据存储区DM6642的初始化的设置,旋转编码器的接线,触摸屏与PLC、旋转编码器的接线,PLC的编程软件设计. 7.学位论文朱元玉大型动态雕塑驱动系统和变频调速控制技术研究2009 随着人民生活水平的提高，旅游事业飞速发展，旅游区大型动态雕塑在提升城市形象和增加旅游项目方面起了重要的作用，也带来了显著的社会效益和经济效益。针对山东威海华夏集团规划的大型动态雕塑重量大、驱动环节多和同步要求高等特点引起的驱动系统设计复杂的问题，研究了大型动态雕塑机械驱动系统的总体方案和电气控制方案，较好地实现了设计目标。 研究了大型动态雕塑机械驱动系统的总体方案。为了解决内部可用安装空间小的问题，在机械结构上采用了多台电机驱动并配合行星齿轮减速器的方式，能较好地满足传动机构的驱动要求。 采用变频调速技术实现电机转速调节，同时采用变频器的矢量控制模式，实现了电机转速的闭环控制。这种方法不仅解决了电机启动时的机械、电气冲击问题、运行时的稳定性以及制动的安全有效性等问题，还可以有效地节约电能10％以上。 研究了以变频器为核心的交流调速系统，设计了硬件控制系统，包括设备和模块的选择等。基本操作面板可供系统调试时的参数设置和修改等 ，Profibus接口模块可方便地实现与上位机PLC通信。在升降电机和回转电机的同步控制上，采用变频器对电机的转矩进行调节，达到了协调多台电机在转矩输出上保持平衡。 研究了以PLC为主体的控制系统，给出了控制系统方案，包括控制电路、控制原理和PLC控制程序流程等内容。 分析了三相交流电动机的动态方程和变频器矢量控制的原理，运用Matlab/Simulink等模块建立了电机矢量变频调速系统的仿真模型，分析了启动阶段的转矩特性和转速调节特性，仿真结果表明系统具有良好的稳态特性。 分析了组态软件MCGS的功能特点，设计出系统人机界面--“大型动态雕塑监控界面”。人机界面具有操作安全简单的特点，可完全实现自动化控制。可方便地监视系统运行状态，为及时发现和排除故障提供了有效途径。 8.期刊论文刘江歌.齐明侠.岳吉祥.LIU Jiang-ge.QI Ming-xia.YUE Ji-xiang基于PLC的直流电机转速监测及超速控制-机械工程师2006(2)
南京XX大学 指导老师：张X 课程设计基于51单片机的步进电机控制 机械电子工程学院 测控技术与仪器 XXXXX Xxx 2012年1年4日
步进电机控制系统 ［摘要］本课程设计的内容是利用51单片机，达到控制步进电机的启 动、停止、正转、反转、两档速度和状态显示的目的，使步进电机控制更加灵活。步进电机驱动芯片采用ULN2803，ULN2803具有大电流、高电压，外电路简单等优点。利用四位数码管增设电机状态显示功能，各项数据更直观。实测结果表明，该控制系统达到了设计的要求。 关键字：步进电机、数码管、51单片机、ULN2803 一步进电机与驱动电路 1.1 什么是步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 1.2 步进电机的种类 步进电机分永磁式（PM）、反应式（VR）、和混合式（HB）三种。永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 1.3 步进电机的特点 1．精度高一般的步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。可在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，这是步进电动机最突出的优点 2．过载性好其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，所以步进电机使用在对速度和位置都有严格要求的场合； 3．控制方便步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显，这样就给计算
单片机原理及应用 课程设计报告书 题目：用单片机控制直流电动机并测量转速姓名：徐银浩 学号：1110702225 专业：电子信息工程 指导老师：沈兆军 设计时间：2014年 11月 信息工程学院
目录 1. 引言 (1) 1.1 设计意义 (1) 1.2 系统功能要求 (1) 2. 方案设计 (1) 3. 硬件设计 (3) 3.1 AT89C51最小系统 (3) 3.2 按键电路 (4) 3.3 A/D转换模块 (4) 3.4. D/A转换模块 (6) 3.5 电机转速测量电路 (7) 3.6 显示电路 (8) 3.7 总电路图 (10) 4. 软件设计 (111) 4.1 系统主程序设计 (12) 4.2 按键扫描程序设计 (12) 4.3 显示子程序 (12) 4.4 定时中断处理程序 (12) 4.5 A/D转换程序 (13) 5. 系统调试 (14) 6. 设计总结 (16) 7. 参考文献 (17)
8. 附录A；源程序 (18) 9. 附录B；电路原理总图、作品实物图片 (23)
用单片机控制直流电动机并测量转速 1 引言 1.1. 设计意义 电动机作为最主要的动力源，在生产和生活中占有重要地位。电动机的调速控制过去多用模拟法，随着计算机的产生和发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现，电动机的控制也发生了深刻的变化，本系统利用直流电机的速度与施加电压成正比的原理，通过滑动变阻器向ADC0809输入控制电压信号，经AD后，输入到AT89C51中，AT89C51将此信号转发给DAC0832，通过功放电路放大后，驱动直流电机。 1.2.系统功能要求 单片机扩展有A/D转换芯片ADC0809和D/A转换芯片DAC0832。 通过改变A/D输入端可变电阻来改变A/D的输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电动机的转速。 手动扩展。在键盘上设置两个按键——直流电动机加速键和直流电动机减速减。在手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。 用显示器LED或LCD显示数码移动的速度，及时形象地跟踪直流电动机转速的变化情况。 2 方案设计 为了使用单片机对电动机进行控制，对单片机的基本要求应有足够快点速度；有捕捉功能。总体设计方案如图所示
基于51单片机的步进电机控制系统设计 中文摘要 步进电机是一种受脉冲信号控制，并且能将脉冲信号转化为相应的角位移或者线位移的数字电动机。由于步进电机具有步距误差不积累、运行可靠、结构简单、惯性小、成本低等优点，因此，被广泛使用于计算机外围电路、自动化控制装置以及其他的数字控制装置中，如打印机、钟表、数模转换设备等装置中。随着科学技术的快速发展，相应的控制系统也产生了很多种类，步进电机的身影在众多领域中可以看到。其中采用单片机作为控制核心的控制系统，由于其电路简单、成本低、可靠性强等优点，满足众多领域的需求，得到了大量的运用。因此，研究基于单片机的步进电机控制系统，具有重要的现实意义。本设计研究的是基于51单片机对步进电机的控制系统。通过单片机的I/O端口输出时序方波作为控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动芯片驱动步进电机进行不同的指令进行工作。根据不同的需要，通过按键电路来控制步进电机的启停、正反转和加减速等功能，并在数码管上实时显示步进电机的工作状态。本文给出了电路各个模块的电路图，并用Proteus的ISIS软件对控制系统的各个功能进行了仿真，并给出了相应的仿真结果图像。 关键词：单片机；步进电机；电机驱动；控制系统
Abstract Stepper motor controlled by a pulse signal, and a pulse signal can be converted to the corresponding angular displacement or linear displacement of the digital motor. As the stepper motor has a step error does not accumulate, reliable, simple structure, small inertia, low cost, and therefore, are widely used in computer peripheral circuits, automatic control devices and other digital control devices, such as printers, watches and clocks , digital to analog conversion equipment, and other devices. With the rapid development of science and technology, the corresponding control system also produced many types of stepper motor figure can be seen in many areas. Which uses microcontroller as the control of the control system, because of its simple circuit, low cost, high reliability, etc., to meet the needs of many fields, we get a lot of use. Therefore, based on single-chip stepper motor control system has important practical design study is 51 single-chip stepper motor control system. As a control signal, the signal through the chip ULN2003 stepper motor drive to work through the microcontroller I / O port output timing square wave. Depending on the need, through the key circuit to control the start and stop, reversing and ramp functions such as stepper motors, stepper motors in real-time display and digital working condition. In this paper, the circuit diagram of each module, and with the ISIS Proteus software for each function control system simulation, and the simulation results are given corresponding image. Key words: microcontroller; stepper motor; motor drive; control system
可实现功能： 1 可控制左右旋转 2 可控制停止转动 3 有测速功能，即时显示在液晶上 4 有速度档位选择，分五个档次，但不能精确控速 5 档位显示在液晶上 用到的知识： 1 用外部中断检测电机送来的下降沿，在一定时间里统计 脉冲个数，进行算出转速。 2 通过改变占空比可改变电机速度，占空比的改变可以通过改变定时器的重装初值来实现。 3 要想精确控制速度，还需要用自动控制理论里的PID算法，但参数难以选定，故在此设计中没有涉及！ #include<> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit PW1=P1^0 ; sbit PW2=P1^1 ; ; write_data('0'+shi); write_data('0'+ge); }
/******延时函数********/ void delay(uint z) { uint x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--) ; } /************写指令************/ void write_com(uchar com) { lcdrs=0; Da=com; delay(1); lcden=1; delay(1); lcden=0; } /************写数据**********/ void write_data(uchar date) { lcdrs=1; Da=date; delay(1); lcden=1; delay(1); lcden=0; } /************液晶初始化**********/ void lcd_init() { lcden=0; write_com(0x38) ; //初始化 write_com(0x0c) ; //打开光标 0x0c不显示光标 0x0e光标不闪，0x0f光标闪 write_com(0x01) ; //清显示 write_com(0x80+0x40); write_data('0');
设计名称：直流电机调速及速度系统设计院系：工学院电气与信息工程系专业班级：自动化 小组组号： 小组成员： 日期：
一、方案比较、设计与分析 1、稳压电源 直流稳压电源通过MC34063芯片所构成降压电路，把输入的24V的直流电压降为12V的直流稳压电源，为所有的电路模块和系统提供所需要的电源电压该电路的仿真图如图3所示。 图1 直流稳压电源 2、电机调速模块 脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短即通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而达到控制电动机转速的目的。 图2 占空比仿真波形
图 3 电机调速电路图 3、测速模块 方案一：霍尔传感器测量方案 霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的，其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件霍尔转速传感器其引脚封装如图3所示。在直流电机扇叶两端放置固定的互相垂直的感应接收装置A和B，在电机的扇叶上贴上磁片HA和HB，当电 机转动的时候就会产生速度感应信号。 图4 霍尔元件封装图 优点：采用霍尔传感器是通过对磁场的感应，从而产生电信号脉冲的元件，霍尔 元件的感应灵敏，能够比较准确的反映直流电机的转速，而且改元件的体积较小， 方便使用。 方案二：光电传感器采集速度数据 转速信号由光电传感器拾取,使用时应先在直流电机的扇叶上做好光电标记,具体 办法可以是:将一片白色的纸板作为光电标记,然后将光电传感器(光电头) 固定 在正对光电标记的某一适当距离处。当直流电机转动时，光电头每照到一次白色 的纸板，光电传感器就会产生一个脉冲信号，从而达到计数的目的。
NANHUA University 单片机课程设计 题目基于单片机的测速仪 学院名称电气工程学院 指导教师 职称副教授 班级 学号 学生姓名 2010年 12 月 31日
《单片机课题设计》任务书
3．主要参考文献： [1] 胡汗才. 单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，2004 [2] 钱晓捷. 汇编语言程序设计[M].北京：高等学校教材，2005 [3] 张洪润. 张压凡.传感器与应用教程[M].北京：清华大学出版社，2005 [4] 张洪建.蒙建波.自动检测技术与装置[M].北京：化学工业出版社，2004 [5] 吕宁. 水箱水位PLC 自动控制系统的设计[J].电子技术，2005 [6] 刘东红.利用单片机89C52的一个并行I∕O口实现多个LED显示的一种简单方法,国外电子元器件.2002年（8） [7]童诗白．模拟电子技术基础．高等教育出版社，1999 [8]何立民．单片机高级教程——应用与设计．北京航空航天大学出版社，2000 [9]李嗣福．计算机控制基础．中国科技大学出版社，2001 [10]黄丹辉. 党向荣．微机测控系统中的接地系统设计， 2002．4.20 [11]蒋亚东. 敏感材料与传感器. 电子科技大学出版社，2008.12 [12]陈艾. 敏感材料与传感器. 化学工业出版社，2004.10.1 [13]戴佳、戴卫恒刘博文 .51单片机C语言应用程序设计电子工业出版社，2008.12 [14] 谢淑如，郑光钦，杨渝生 .Protel PCB 99 SE电路板设计.清华大学出版社，2001 [16] 江晓安、董秀峰. 模拟电子技术. 西安电子科技大学出版社, 2007.1 4．课程设计工作进度计划： 序号起迄日期工作内容 1 2010.12.15 布置任务，教师讲解设计方法及要求 2 2010.12.16--2011.12.20 学生查找阅读资料，初定方案,小组会议讨论并确定方案 3 2010.12.21-2010.12.27 硬件电路设计及程序编写 4 2010.12.28-2010.12.30 仿真、实验并写说明书，小组讨论 5 2010.12.31 答辩 主指导教师肖金凤日期： 2010 年 12月 14日
基于PWM驱动的直流电机的测速与控制 【摘要】本文提出了一种测量PWM驱动的直流电机转速的方法，它是由软硬件两大部分构成的，硬件部分由直流电源模块，电机PWM驱动模块，速度检测模块，还有速度显示模块构成。而软件部分则由C语言编写而成，最后结果AT89C51单片机来实现功能。本设计中使用PWM驱动直流电机，然后通过光敏器件H21A3计算单位时间内由直流电机产生的脉冲数，将脉冲数送至单片机进行转速的计算，最后将结果送数码管显示出来。其中可以通过调节电机PWM驱动模块中的变阻器，对直流电机的转速进行调节，从而实现不同转速下PWM直流电机的测速。 【关键词】PWM 直流电机单片机 H21A3 脉冲计算 1.前言 直流电机由于具有体积小巧，使用方便，调速简单等优点，被广泛的应用在各类控制系统中。其中转速是直流电机的一个重要物理指标，定义为电机转轴单位时间内转过的圈数。转速测量的准确度直接影响着对直流电机的准确控制以及系统的风险性。目前市面上的转速测量仪器的种类很多，按其工作原理还有采样方式大体上可以分为机械式，光电式，电磁式还有频闪式等等[1]，其中由于科学技术的发展，机械式测量电机转速已经逐渐的被市场淘汰，光电式测量转速因其实现简单，测量准确度高，已经成为了主流的测速技术之一。为此，本文提出了一种PWM驱动直流电机与转速测量系统的设计方法，为直流电机控制、测速以及应用提供一些借鉴。 2.整体方案 本系统以AT89C51单片机及H21A3光敏器件为核心，设计出基于PWM驱动的直流电机测速与控制电路。如图2-1所示，直流电源先通过①给各模块供电，然后转速检测模块通过②H21A3计算单位时间内产生的脉冲数，③送至单片机的P0.4口并计算，最后得出的结果在④四位数码管显示出来。其中转速显示与控制模块的三个按键可以实现对直流电机不同转速下的实时转速检测。 图2-1 系统原理框图 根据设计要求我们将采用如下几个模块来完成本设计的硬件部分 3.电路实现
单片机原理及系统课程设计 1 引言 步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机，它是基于最基本的电磁感应作用，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机，大型望远镜，卫星天线定位系统等等。 随着经济的发展，技术的进步和电子技术的发展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。 步进电机的原始模型起源于1830年至1860年，1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被认为最早的步进电机。 1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。到20世纪60年代后期，在步进电机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电机应运而生。步进电机往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。 在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。
2 设计方案与原理 4.1 设计方案 设计一个51单片机四相步进电机控制系统要求系统具有如下功能： （1）由I/O口产生的时序方波作为电机控制信号； （2）信号经过驱动芯片驱动电机的运转； （3）电机的状态通过键盘控制，包括正转，反转，加速，减速，停止和单步运行。 4.2 设计原理 步进电机实际上是一个数字\角度转换器，也是一个串行的数\模转换器。步进电机的基本控制包括启停控制、转向控制、速度控制、换向控制4个方面。从结构上看,步进电机分为三相、四相、五相等类型,本次设计的是四相电机。四相步进电机的工作方式有单四拍、双四拍和单双八拍三种。 在本次设计中，我们使用的是四相单八拍的工作方式。通过P1口给A,B,C,D四相依次输出高电平即可实现步进电机的旋转，通过控制两次输出的间隔，即可实现对步进电机的速度控制。 图 2.1 步进电机内部结构截图 根据步进电机的相关相序表我们可以正常的控制电机的步进运行。
华北理工大学轻工学院 Qing Gong College North China University of Science and Technology 课程设计报告 课程名称：EDA辅助设计 项目名称：基于单片机的测速仪设计 专业班级： 学号： 姓名： 成绩：
一、项目说明 转速是工程中应用非常广泛的一个参数，其测量方法较多，而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法，目前这种测量方法已不能适应现代科技发展的要求。随着大规模及超大规模集成电路的发展，使得全数字测量仪器越来越普及，其转速测量仪器也可以用全数字化处理。在测量范围和测量精度方面都有很大提高。因此，本次设计的目的是：对各种测量转速的方法加以分析，针对不同的应用环境，利用AT89S52系列单片机设计一种全数字化测速仪器。本设计在通电后就会开始运行进行测速，由数码管进行显示当前转速，按下S1将会重置。 二、项目原理图 1、原理图
图1 项目原理图 2、各部分说明 （1）电源部分 DC002插座是带有插入断开开关，中心脚为1脚，下面为2脚，侧面为3脚，插入时3脚断开。的一款给单片机提供5v电压的电源。 图2 电源 （2）STC89C52芯片 STC89C52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含具有如下特点：40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDTC）电路，片内时钟振荡器。此外，STC89C52设计和配置了振荡频率可为0HZ并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
河南科技大学电子课程设计报告 题目：电动机测速器 专业班级： 姓名： 时间： 指导教师：
目录 摘要 (3) 1 引言 (3) 1.1 电动机转速测量现状及前景 (3) 1.2 研发意义 (3) 2 总体设计方案 (4) 2.1 设计思路 (4) 2.2 总体设计框图 (5) 3 设计原理分析 (5) 3.1 电源的选择 (5) 3.2转速测量原理 (5) 3.3开关型霍尔传感器介绍 (5) 3.4定时电路 (6) 3.5 控制电路 (7) 3.6计数器电路 (9) 3.7驱动显示电路 (11) 3.8总体电路 (11) 4 总结与体会 (12) 参考文献 (12)
电机测速器 摘要：本论文要设计一个用霍尔传感器来测量电动机的转速系统，并做出相应的仿真分析，画出原理图。为了知道电机的实际转速，需要实时监测电机轴的转速，该系统利用霍尔传感器采集脉冲信号，涉及到信号的采集，控制计数、译码、显示。论文所设计的系统用到的器件都是本专业电路中常见的器件，价格便宜，且其结构简单，原理易于掌握，但却能较精确测得电机的转速 关键词：霍尔传感器555触发器CD4511 4518 数码管 1引言 1.1电动机测速发展现状及前景 目前国内外对电动机的测速方法有很多，按照不同的理论方法，先后产生拟测速法(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，光电式测速系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点。 由于电磁测量方法灵活多样，可测参数众多，一般情况下又具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和反应快等优点，使得光电传感器在检测和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 研发意义
重庆科技大学 本科毕业论文 基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统 设计 考生姓名： XXXXX X 准考证号： XXXXXXXXXXXX 专业层次：本科院（系）：XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师： XXXXXX 职称：讲师 重庆科技大学 二O一二年月日
基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统 设计 考生姓名： XXXXXX 准考证号： XXXXXXXXXXXX 专业层次：本科 指导教师： XXXXXXX 院（系）：机械与动力工程学院 重庆科技大学 二O一二年九月二十日
摘要 随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。 本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过I/O口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机。 实践证明，基于单片机控制的步进电机比传统的步进控制器具有更好的性能，更加简单、方便、可靠。本设计的主要研究对象就是开环伺服系统中最常用的执行器件——步进电机。 关键词：步进电机，单片机，正反转控制，键盘控制，LCD液晶显示
直流电机调速与测速系统设计 【摘要】直流电机具有宽广的调速范围，平滑的无级调速特性。利用PWM 脉冲信号的占空比决定输出到直流电机的平均电压的大小。通过调节占空比，可以实现调节输出电压的目的，而且输出电压可以实现无级连续调节。以AT89S51单片机为核心的直流电机调速与测速系统的设计方法，给出了系统的主电路结构，以及驱动电路设计和系统软件设计。充分利用了单片机的优点，具有频率高、响应快的特点。 【关键词】直流电机；单片机；调速测速；PWM；占空比 直流电机是工业生产中常用的驱动设备，具有良好的起动、制动性能。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成。控制系统的硬件部分复杂、功能单一，调试困难。采用单片机控制系统，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。 1.基于单片机的PWM直流调速原理 PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种技术，广泛应用在测量、功率控制与变换等许多领域中。脉宽调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极的偏置，改变晶体管导通时间。是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。 PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。在PWM 驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。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无级连续调节。 2.调速和测速系统的主体电路设计 整个系统由输入电路、PWM调制、测速电路、驱动电路、控制部分及显示等部分组成，PWM调制选用AT89S51单片机通过软件实现频率和占空比的调节。 2.1 直流电机调速的设计方案 驱动电路用光耦隔离保护电路，控制部分由单片机和外围电路组成，实现各种控制要求，外围电路主要完成对输入信号的采集、操作、对速度进行控制，显示部分采用四位共阳数码管。系统方框图如图1所示。
本科实验报告 课程名称：微机原理及接口技术 课题项目：直流电机测速实验 专业班级：电科1201 学号：2012001610 学生姓名：王天宇 指导教师：任光龙 2015年 5 月24 日
直流电机测速实验 一、实验目的 1.掌握8254的工作原理和编程方法 2.了解光电开关，掌握光电传感器测速电机转速的方法。 二、实验内容 光电测速的基本电路有光电传感器、计数器/定时器组成。被测电机主轴上固定一个圆盘，圆盘的边缘上有小孔。传感器的红外线发射端和接收端装在圆盘的两侧，电机带动圆盘转到有孔的位置时，红外线光通过，接收管导通，输出低电平。红外线被挡住时，接收截止，输出高电平。用计数器/定时器记录在一定时间内传感器发出的脉冲个数，就可以计算车电机的转速， 三、线路连接 线路连接：8254计数器/定时器0和2作为定时器，确定测速时间，定时器0的CLK0连1MHZ脉冲频率，OUT0作为定时器2的输入，与CLK2相连，输出OUT2与8255的PA0端相连。GATE0和GATE2均接+5V，8354计数器/定时器1作为计数器，，输入CLK1与直流电机计数端连接，GATE1与8254的PC0相连。电机DJ端与+5V~0V模拟开关SW1相连。如下图所示。
四、编程提示 8254计数器/定时器1作为计数器记录脉冲个数，计数器/定时器0和2作为定时器，组成10~60秒定时器，测量脉冲个数，算出点击每分钟的转速并显示在屏幕上， 8255的PA0根据OUT2的开始和结束时间，通过PC0向8254计数器/定时器1发出开始和停止计数信号。 五、流程图
六、实验程序： DATA SEGMENT IOPORT EQU 0D880H-0280H IO8255K EQU IOPORT+283H IO8255A EQU IOPORT+280H IO8255C EQU IOPORT+282H IO8254K EQU IOPORT+28BH IO82542 EQU IOPORT+28AH IO82541 EQU IOPORT+289H IO82540 EQU IOPORT+288H MESS DB 'STRIKE ANY KEY,RETURN TO DOS!', 0AH, 0DH,'$' COU DB 0 COU1 DB 0 COUNT1 DB 0 COUNT2 DB 0 COUNT3 DB 0 COUNT4 DB 0 DATA ENDS CODE SEGMENT
TECHNOLOGY WIND 直流电机测速及调速系统是一种由单片机89C52构成的电机运行监测系统，使电机加速或减速，同时可以即时显示电动机的转速（如图1），具有较好的应用性。此系统结构简单，运行可靠，显示准确。整个调速装置采用PID 算法，测速装置有传感器器霍尔元件实现 。 图１硬件组成框图 直流电机的运用很广泛，直流电机测速及调速系统可以配接多种不同传感器，主要运用霍尔开关件UGN3000系列，转速最大测量范围是9999r/min ，测量范围宽。适用于大中小容量各种电机，测量速度快，显示准确适用范围广。比如，在纺织业纱线生产中，测量要求直流电机将劳动纱线供在纱线夹上，控制直流电机正、反转加速或减速，可以实现加工的目的。 1硬件电路设计1.1硬件电路设计要求 单片机输出PWM 使电机运转，用PID 算法来调节电机转速。通过UGN3020测量电机转速并在两位数码显示管显示，完成直流电动机速度测试，调速等整机的安装与调试。 1.2硬件设备介绍 1）单片机89C52：次设计采用单片机产生PWM 波，使电机运转，再通过软件PI 算法的调节，实现对直流电机的调速。 2）传感器霍尔开关件：GN3000系列（本系统采用UGN3020型）用来测量电动机的转速，并将信号送到单片机，最终显示在数码管上。 3）显示电路：可以直观的反映电动机当前的转速，动态显示出电机转速的变化。 4）正反转装置：通过两个继电器改变通过电机的PWM 的方向实现电机的正反转。 5）拨码开关装置：设定电机的目标转速。 6）正反转开关装置：让单片机接收电机的目标状态，通过软件实现。 2数字PID 控制算法 在计算机控制系统中，数字PID 控制算法通常又分为位置式PID 控制算法和增量式PID 控制算法。本次设计项目中采用的是PID 控制的增量式PID 算法。 2.1增量式PID 控制算法 当执行机构需要的是控制量的增量时，可以导出提供增量的PID 规律算式。根据递推原理可得 u （k-1）=Kpe （k-1）+K1∑e （j ）+KD[e （k-1）-e （k-2）]（式2-1） 最终可以得到△u （k ）=Kp △e （k ）+K1e （k ）+Kd[△e （k ）-△e （k-1）]，这式称为增量式PID 控制算法。图2为增量式PID 控制系统示意图 。 图２增量式ＰＩＤ控制系统框图 采用增量式算法时，计算机输出的控制增量△u （k ）对应的是本次执行机构位置（例如阀门）的增量。对应阀门实际位置的控制量，即控制量增量的积累u （k ）=∑△u （j ）需要采用一定的方法来解决，而且目前最多利用算式是u （ k ）=u （k-1）+△u （k ）通过执行软件来实现。2.2数字PID 程序的设计要点 在电机调速、定位等微机控制中，由于实时性和动态性能的要求很高，在数字PID 控制程序设计时，应作以下考虑： 1）采用汇编语言编程。 2）编程时尽量采用定点数运算，以减少程序量。 3）算法中各数字量存放单元的字节数选择，应根据各个量的变化范围和控制精度要求，在编程前作出准确的估计。 2.3增量式算法的优缺点 增量式算法虽然只是在算法上做了一点改进，却带来不少优点：1）由于计算机输出增量，所以误动作时影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉。 2）手动/自动切换时冲击小，便于实现无扰动切换。此外当计算机发生故障时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故依旧保持原值。 3）算式中不需要累加。控制量△u （k ）的确定仅与最近K 次的采样值有关，所以较容易通过加权处理而获得比较好的控制效果。增量式控制也有其不足之处。 4）积分断截效应大，有静态误差。5）溢出的影响大。 因此在选择时不可一概而论，一般认为在以晶闸管作为执行器或在控制精度要求高的系统中可采用位置式控制算法，而在以步进电机或电动阀门作为执行器的系统中则可采用增量式控制算法。 3测速系统的设计与实现 由于直流电机的转速快,利用89C52内部的T2定时器来产生定时中断为转速及PID 的采样周期。T1工作在16位计数方式，T2工作在16为定时方式，计数脉冲为传感器的输出脉冲，TR1控制计数器T1的启动与关断。设T2定时时间为100ms ，即在T2的定时时间内T1收到的脉冲数为N ，则电机的转速为：η=10N （r/s ）。T1每次开始计数先清零，当计完一个周期，则停止计数,然后将采集的数据送给CPU 处理，算出直流电机的转速。由于T1采集的数据为16进制数，所以得先将其转化为BCD 码，送给显示LED 数码管。所以设计转速的步骤如下：1 ）T0采集周期Tp ：流程图如图3所示；2）计算转速：η=10N （r/s ）；3）把所测的转速换成压缩BCD 码；4）把压缩的BCD 码转换成非压缩BCD 码，然后送显示。 基于单片机控制的直流电机调速测速系统 尹冬梅 （苏州大学电子信息学院，江苏苏州 215008） [摘要]本文阐述了基于单片机控制的直流电机对象是调速系统的PID 控制。系统包括：测速装置、调速装置、显示装置三部分，其中最重 要的是调速装置。在设计中运用的主要算法是增量式PID 算法。转速的测量由霍尔元件作电机测速的传感器实现，显示部分由动态数码显示转速。力求使本次设计项目直观性和完善性并存。[关键词]MCS-52单片机；PID 算法；测速 科技前沿 29