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嵌入式技术 电 子 测 量 技 术 EL ECTRON IC M EASU REM EN T TECHNOLO GY第33卷第1期2010年1月 应用89C51单片机测量矿井风机转速方俊生1 施式亮1 吴媛媛1 丁晓娜2(1.湖南科技大学能源与安全工程学院 湘潭 411201;2.西安工业大学电子信息工程学院 西安 710032)摘 要:为测量风机的转速,用光电码盘及光电接收器为信号发生器,设计了一种基于89C51单片机的转速测量系统。
分析了系统工作原理,给出了信号采集硬件设计电路以及数据存储、显示结构电路,给出了软件设计流程。
对M 算法精确度进行了计算。
理论和实验结果显示,测量系统能够保证测量的实时性,测量精度高,可适用于中高转速的测量。
关键词:风机;转速;测量;单片机中图分类号:TP368.2 文献标识码:AStudy on measuring system of blow er fan rotational speedbased on89C51single chip microcomputerFang J unsheng1 Shi Shiliang1 Wu Yuanyuan1 Ding Xiaona2(1.Hunan university of Science and Technology,Xiangtan411201;2.Xian Technological Uinversity,Xiπan710032)Abstract:In this paper,the measurement system of blower fan rotation speed by using photoelectric coder and photoelectric receiver as signal generator was designed based on89C512MCU.The system principle was analyzed,the interface circuit of data acquisition,data storage and data display was designed in hardware,and the software flow was presented.The accuracy of M2algorithm was accounted.J ust as the theory and experimental results,the real2time and high2accuracy of measurement was implemented by the measurement system theory analyze and experiment,which can be used to measure the middling and height speed system.K eyw ords:blower fan;rotational speed;measurement;single chip microcomputer0 引 言风机是矿井通风系统的核心,其工作性能的好坏,直接关系到整个矿井的安全生产状况。
单片机系统课程设计成绩评定表设计课题：基于89C51的电机转速计设计学院名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计地点：设计时间：2013-12-16～2013-12-27单片机系统课程设计课程设计名称：基于89C51的电机转速计设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计地点：课程设计时间：2013-12-16～2013-12-27单片机系统课程设计任务书目录1 概述 (4)1.1 研究背景 (4)1.2 设计思想及基本功能 (5)2 总体方案设计 (5)2.1 方案选取 (5)2.2 系统框图 (8)2.3 总体方案设计 (9)3 硬件电路设计 (9)3.1 硬件电路设计概述 (9)3.2 电源电路 (10)3.3 晶振电路 (10)3.4 复位电路 (11)3.5 光电编码器电路 (12)3.6 脉冲整形电路 (13)3.6 显示电路 (14)4 系统程序设计 (15)4.1 主程序设计 (15)4.2 定时程序设计 (17)4.3 数值转换程序设计 (18)4.4 显示程序设计 (19)5总结 (19)参考文献 (21)附录1 系统原理图 (22)附录2 源程序 (23)附录3 机器码 (25)1 概述1.1 研究背景转速是工程中应用非常广泛的一个参数。
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，常需要测量和显示其转速。
电机转速是判断电机运行状况的重要标志之一，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，但是这种测量方法已不能适应现代科技发展的要求。
目前国内外常用的测量转速的方法有离心式转速表测速法、微电机测速法、光电码盘测速法以及霍尔元件测速法。
离心式转速表和微电机测速都有现成的测速仪表，容易得到。
但转速表或测速机都要与电机同轴连接，增加了电机机组安装难度，另一方面有些电机功率很小，转速表或测速机消耗的功率占了电机大部分，这些方法都对有些电机的正常运行产生了不小的影响，所以对有些电机的测速，这二种方法并不适用。
收稿日期:2009-02-13作者简介:王朕(1979 ),男,山东聊城人,硕士研究生,讲师,主要从事电力电子技术、电路及单片机研究.基于AT89C51的电机转速测量仪的设计与实现王 朕1,刘学锋2,刘陵顺1(1.海军航空工程学院控制工程系,山东烟台 264001; 2.鲁东大学物理与电子工程学院,山东烟台 264001)摘要:采用AT89C51单片机和光电编码器设计开发了用于某型装备电机转速测量的转速测量仪,并给出了测量仪的电路图和部分程序,实验结果表明该测量仪测量具有精度高、抗干扰能力强、体积小、性价比高等优点.关键词:单片机;光电编码器;转速测量中图分类号:TP368.1文献标识码:A 文章编号:1006-0707(2009)05-0019-03在某些工业自动控制领域、某些装备应用上,经常会遇到各种需要测量电机转速的场合.传统的电机转速测量方法是采用直流测速机,其原理是由被测电机拖动测速发电机,再对测速发电机产生的电压进行测量,在将电压换算成转速.采用测速发电机测速主要缺点如下:首先,测速发电机作为被测电机的负载,必然对转速产生影响,在一定情况下影响测量精度;其次,测速发电机电压作为模拟量,无法直接与数字控制系统连接,必须经过A/D 转换,增加系统控制的复杂程度;最后,由于制造工艺的限制,测速发电机的性能很难有大的提高,在某些场合测速发电机甚至影响整个系统的性能[1-2].本文中针对这种情况,设计并实现了以AT 89C51单片机为核心的电机转速测量仪,该测量仪已应用于某型装备,实验结果表明该测量仪不仅满足了装备的测速要求,而且相对于直流测速机更具有测量精度高、体积小、性价比高等优点.常用的转速测量方法有T 法、M 法和M/T 法,综合考虑三种方法的优缺点及测量要求,本文采用M 测速法,即:在一定的采样时间内测出光电编码器的脉冲数,脉冲数除以编码盘的孔数再除以定时时间就是电机的转速,即根据公式(2)换算成转速[3].1 硬件电路设计[4-6]由于该测量仪不需要键盘输入,故硬件电路仅由主电路、转速测量电路、显示电路组成,其电路原理图如图1所示.图1 电路原理第30卷 第5期四川兵工学报2009年5月1.1 主电路主电路采用ATMEL 公司生产的AT 89C51单片机.其中,T0和T1都工作在模式1,T0用作定时器,T1用作计数器,当T 1引脚上出现一个1到0的跳变时,计数器加1,直到T0定时时间到,进入中断程序;然后对T1中的数据进行处理,对T0、T1进行重新装载、设置中断后,中断返回.1.2 转速测量电路转速测量电路由光电编码器及脉冲整形电路组成,如图2所示,其中编码盘加在电机转轴上,随电机同步转动.光电编码器由脉冲编码盘、发光二极管和光敏三极管组成.其中,光电编码器有直射式和反射式两种,图2所示即为直射式.发光二极管发出的光通过编码盘的孔射到光敏三极管上后,三极管导通输出一个低电平;当二极管发出的光被编码盘遮住时,三极管截止输出一个高电平.因此,当编码盘转动时,三极管集电极输出一系列脉冲,脉冲经74HC14整形后输入T1脚,故计数器T 1中的数据除以编码盘的孔数再除以定时时间,即得到了电机的转速.光电编码器的特点是输出精度高、抗干扰能力强、受温度变化影响小,因此使得该测量仪测量精度很高.图2 光电编码器原理1.3 显示电路显示电路使用了4个LED 显示器,由4个CD4511BP 芯片驱动,故满足显示转速的范围0~9999r/min 的要求.七段数码管的驱动由CD4511BP 完成,该芯片是一种集成了显示译码、显示码锁存电路的数码管专用驱动芯片.在其输入脚写入B CD 码,在输出脚上就得到与数码管相对应的十进制数据.显示电路原理图如图3所示,根据CD45111及数码管的电气参数,其电阻阻值选为470 .(图中只给出一个CD4511BP 和一个LED 数码管的连接,其余三个与此相同).图3 LED 显示电路原理2 软件设计[4-5]2.1 程序流程图系统上电复位后,首先对单片机自身进行初始化,包括设置堆栈指针、设置定时器和计数器的工作方式及初始值、中断的开启等,然后进入循环显示、脉冲计数、转速计算、数制转换等子程序.软件流程图如图4(虚线框内为中断处理程序流程).其中,脉冲计数由硬件电路通过计数器T1(P3.5)对输入的脉冲进行计数,经计算在定时器T0定时时间内可以满足测速范围0~9999r/min 的要求;其他各模块的具体程序见2.2部分.图4 程序流程2.2 模块程序程序采用汇编语言编写,采用KEIL51软件和TKS 仿真器进行程序调试.各部分功能的程序如下.2.2.1 脉冲计数程序由硬件电路知,AT89C51的T1引脚外接脉冲输入,因此脉冲计数可使用T1作为计数器来实现计数;采样时间可由T0定义.本文中定义T1为16位计数器,T0为16位定时器,定时0.05s.部分程序及注释如下.MOV TMOD,#41H ;定义定时/计数器工作模式和工作方式;T1--16位外部中断计数器,T0--16位定时器MOV TL0,#0AFH ;设置T0的初始值:定时为0.05s,;公式:X=65535-50000=15535D=3CAFHMOV TH0,#3C H20四川兵工学报MOV TL1,#00H;设置T1的计数初始值0MOV TH1,#00HSE TB TR0;开启T0SE TB TR1;开启T1SE TB ET0;允许T0中断SE TB EA;允许单片机响应中断2.2.2 转速计算程序转速计算的公式为n=60mP(r/min)(1)其中,m存在T1的计数寄存器中, =0.05s,P=32,即转速公式为n=75m2(r/min)(2)根据上述计算公式,先取脉冲数,分别置于寄存器R6、R7中,然后清计数器,再重新装载定时初始值以开始下一轮计数.对已经取得的脉冲数按公式(2)进行计算,先进行乘法后进行除法运算,将得到的转速置于寄存器R3、R4中,部分代码如下.MOV R7,TH1;取脉冲数,R7中存高8位,R6中存低8位MOV R6,TL1MOV TH1,#00H;清计数器计数值,使其开始下一轮的计数MOV TL1,#00HMOV TL0,#0AFH;重新开始定时MOV TH0,#03CHMOV A,R6;m*75D=m*4BHMOV B,#04B HMUL ABMOV R3,A..MOV A,R4RRC A;除法到此做完,转速存在R3、R4组成的16位存储单元中,此时为2进制数.2.2.3 数制转换程序上节中已求出十六进制的转速,需将其转换为十进制数进行编码后再输出显示.该部分程序如下.HB2:CLR AMOV R3,AMOV R4,AMOV R5,AMOV R1,#10H;转换16位,即两字节,需要循环16次,;循环次数存在R1中HB3:MOV A,R7RLC AMOV R3,ADJNZ R1,HB3END2.2.4 显示功能程序由硬件电路,显示驱动芯片连接在P1、P2口上,因此向P1、P2口写数据即可实现数据显示功能.代码如下: DISPLAY:;下面是进行静态显示的代码,寄存器R4中存十进制转速数的千位和百位,R5中存十进制转速数的十位和个位.MOV P1,R4MOV P2,R5SJMP DISPLAY3 结束语本文中采用光电编码器及AT89C51制作的电机转速测量仪已成功用于某型装备,实验结果表明该测速仪不仅测速准确、精度高,而且体积小、性价比高、使用方便,因而具有较高的实用价值和市场前景.参考文献:[1] 刘和平,周小军.一种由单片89C52构成的高精度转速测量仪[C]//重庆市电机工程学会2000年学术会议论文.重庆:重庆市电机工程学会,2000.[2] 赵霞.利用89C52三个定时器实现精密测速[C]//2003年全国单片机及嵌入式系统学术年会论文集(下册).北京:北京航空航天大学出版社,2003. [3] 肖慧.单片机在线测速软件的设计.仪器仪表学报(增刊)[J].2005,26(8):423-424.[4] 张毅刚,彭喜源,谭晓昀.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1997.[5] 徐建军.MC S-51系列单片机应用及接口技术[M].北京:人民邮电出版社,2003.[6] 姚彩虹.基于AT89C52的机车光电转速传感器测控仪设计[J].自动化仪表,2006,27(10):26-27.21王 朕,等:基于AT89C51的电机转速测量仪的设计与实现。
目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1 引言 (2)1.1 课题的研究意义 (2)31.2 设计任务 (3)2 系统设计及模块分析 (3)2.1系统平台简介 (3)2.2 PWM模块 (5)2.4 LCD模块 (5)3 系统的软件设计与实现 (8)3.1 系统软件简介 (9)3.2 编程语言简介 (9)3.3 设计流程及分析 (10)4 调试与实验结果 (13)4.1 系统测试结果 (14)4.2 设计心得 (14)结论 (14)谢辞 (14)参考文献 (14)附录 1 系统硬件原理图 (14)基于STC89C51直流电机控制系统的设计与实现摘要：转速是直流电机运行中的一个重要物理量，如何准确、快速而又方便地测量电机转速，极为重要。
本文阐述了基于单片机的直流电动机转速控制系统的特点和优势，介绍了在STC89C51单片机实验开发平台上，对直流电动机进行测速和控制的相关算法及软、硬件实现。
设计中软件设计采用C语言编程，硬件设计采用PWM方式驱动电动机，利用霍尔元器件测量电动机的转速，在液晶显示屏(LCD)上实时显示电机的转速值。
另外还可以通过3×3矩阵键盘输入电动机转速的设定值，在电动机转速的可控范围内控制电动机转速，使电动机的实际转速值等于设定值，并在液晶显示屏(LCD)上同时显示设定值与实际转速值，便于比较。
最后对实验数据进行了分析。
关键词：直流电动机，PWM，液晶显示屏(LCD)，转速测量Abstract: Speed is an important physical quantity in the operation of the DC-motor. How to measure the speed of DC-motor exactly, rapidly and conveniently is highly significant. The design expatiates on the advantages of SCM in the DC-motor speed modification system. The algorithm about the measurement and the control of the DC-motor, as well as the software and hardware methods to realize the requirement based on the STC89C51 experiment development platform is introduced. In this design, the PWM manner , while the Hall device is utilized to measure the speed of the motor. The numerical value will have a real-time display on the LCD screen. In addition, the setting value of the speed can be inputted through the 3×3 matrix keyboard. It can control the speed of the DC-motor in its controllable bounds, which makes the actual speed value equal to the setting value. The LCD screen will display the setting value and the actual speed value simultaneously that is convenient for the comparison between the two values. In conclusion, the data got from the experiment have been analyzed.Keywords: DC-motor, PWM, LCD, speed measurement1 引言1.1 课题的研究意义直流电机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统中得到了广泛的应用。
AT89C51单片机频率计的设计摘要基于在电子领域内,频率是一种最基本的参数,并与其他许多电参量的测量方案和测量结果都有着十分密切的关系。
由于频率信号抗干扰能力强、易于传输，可以获得较高的测量精度。
因此,频率的测量就显得尤为重要，测频方法的研究越来越受到重视。
频率计作为测量仪器的一种，常称为电子计数器，它的基本功能是测量信号的频率和周期频率计的应用范围很广,它不仅应用于一般的简单仪器测量,而且还广泛应用于教学、科研、高精度仪器测量、工业控制等其它领域。
随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片机的出现和发展，使传统的电子侧量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，形成一种完全突破传统概念的新一代侧量仪器。
频率计广泛采用了高速集成电路和大规模集成电路，使仪器在小型化、耗电、可靠性等方面都发生了重大的变化。
目前,市场上有各种多功能、高精度、高频率的数字频率计,但价格不菲。
为适应实际工作的需要,本次设计给出了一种较小规模和单片机(AT89C51)相结合的频率计的设计方案,不但切实可行,而且体积小、设计简单、成本低、精度高、可测频带宽，大大降低了设计成本和实现复杂度。
频率计的硬件电路是用Ptotues绘图软件绘制而成，软件部分的单片机控制程序，是以KeilC做为开发工具用汇编语言编写而成，而频率计的实现则是选用Ptotues仿真软件来进行模拟和测试。
关键词：单片机；AT89C51；频率计；汇编语言选题的目的意义数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。
其基本原理就是用闸门计数的方式测量脉冲个数。
频率是单位时间（ 1s ）内信号发生周期变化的次数。
如果我们能在给定的 1s 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。
数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。
用89C51单片机实现的一种新型低速转速测量方法
吴霞;许华;李青
【期刊名称】《中国计量学院学报》
【年(卷),期】2000(011)001
【摘要】介绍了用89C51单片机实施低速转速(n≤100 r/s)的测量方法,如何利用测速齿轮和磁性探头组成的转速变送器的工作原理、特点及测速齿轮的齿数不是标准Z=60齿数的编程算法.论述了测量系统的硬件构成与软件设计的框图.
【总页数】5页(P27-31)
【作者】吴霞;许华;李青
【作者单位】中国计量学院自动化系浙江杭州 310034;中国计量学院信息工程系浙江杭州 310034;中国计量学院自动化系浙江杭州 310034
【正文语种】中文
【中图分类】TP311
【相关文献】
1.一种由AT89C51单片机实现的多功能记时显示器 [J], 杨杰;刘继国;孙树杰
2.一种基于单片机AT89C51电子密码锁的设计与实现 [J], 胡绍忠
3.利用89C51单片机实现的一种低转速测量方法 [J], 吴霞
4.基于AT89C51单片机实现同步机角度数字化的一种方法 [J], 于恩祥;郭继宁
5.一种新型电机转速测量方法的研究 [J], 蒋云云;王击
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基于单片机的转速测试系统介绍了一种利用89C51型单片机技术实现高精度转速测量系统的方法。
这种测量系统具有数据准确、精度高、体积小、使用方便等优点，具有广阔的应用前景。
标签：转速测量系统;单片机;光电传感器1 转速测试的原理伴随着现代化的生产规模不断地扩大，基于单片机转速测量系统在工业和民用领域中都有很高的使用价值。
国内外的各类转速测量系统都朝着高智能化、高精度化、小型化的方面发展。
在智能化的转速测量系统中可以对转速进行自动高精度测量，大大的提高了实用价值。
转速测试系统的原理是测量旋转中的转子所产生的周期脉冲信號频率。
主要有测周期法、测频率法和测频测周期法三种：①测周期法（T法）测周期法转速通过两脉冲信号产生的间隔宽度决定（脉冲宽度用TP来表示），假设用来采集数据的叶片有N片，那么测量的时间是每转的1/N。
TP通过定时器测得，时钟脉冲计数通过定时器计数获得，在TP内计数值若为M1，那么计算公式为：P是转轴旋转一周脉冲发生器产生的脉冲fc是硬件产生的时钟脉冲频率，单位用HZ来表示N为转速，单位：r/minM1为时钟脉冲影响T法测量额精度误差有两个因素：两脉冲的上升沿触发时间不一样，计数和定时不一致。
这种方法在测量低转速时精度很高，随着速度的不断增加，T法的测量准度也随着降低。
②测频法（M法）测量脉冲发生器所产生的脉冲数m1来测量转速在时间T内完成。
测量精度由于定时时间T和脉冲不能保证同步，以及在T内不能测量外部脉冲的完整周期，捕捉脉冲信号的能力变差。
T要足够的长，才能确保测量结果的准确性。
③测频测周期法测频测周期法即综合了T法和M法，分别对高、低转速测量。
通过测量检测时间和在此检测时间内光电脉冲发生器所产生的脉冲信号来确定转速。
为确保在不同转速的测量准确性，要保证对两种不同脉冲信号进行同步测量。
2 单片机转速测量系统的主要原理单片机转速测量系统在实际应用中，大多数情况下都会被视线安装在相应的设备上，通过对不同类型的传感器产生脉冲信号，这样才能实现对电机的转速的测量。
1 引言：在电气时代的今天，电动机一直在现代的生产和生活中扮演着十分重要的作用。
据资料统计，如今有90%的动力源来自于电动机，我国生产的电能大约有60%用于电动机。
电动机与人们的生活密切相关。
步进电机作为机电一体化的关键产品之一，是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的控制电机，广泛应用于工业控制系统中。
其转速和机械角位移分别与输入电机绕组中的脉冲平率和脉冲个数成正比。
通过改变电脉冲频率，可大范围内进行调速【1】。
同时，该电机还能快速起动、制动、反转和自锁。
此外，步进电机易于实现计算机或其它数字元件接口，适用于数字控制系统。
由于具有上述特点，步进电机日益广泛应用于数字控制系统中，如数控机床、绘图机、自动记录仪表和数一模转换等装置。
但步进电机的驱动信号经常还是用一些专用的模拟芯片控制器或者是信号发生器来产生，缺乏灵活性和可靠性。
在一些智能化要求较高的场合，用模拟芯片以及信号发生器来控制步进电机有一定的局限性，可以采用AT89C51 单片机控制步进电机以改善其性能【2】。
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，在国民经济各个领域都有应用。
2 步进电机的工作原理步进电机本身可以直接接受数字信号，不需要进行数字与模拟量的转换，具有高精度快速启停能力。
如果选用三相六拍，步距1.5°，即进一步，电机转动1.5°，转动一周需要200步【3】。
步进电机直接由数字信号控制，其控制程序可以分为脉冲序列的生成、方向的控制、步进电机变速控制程序3部分。
2.1 步进电机控制的基本原理步进电机的基本控制包括转向控制和速度控制2个方面。
如图2.1.1，从结构上看，步进电机分为三相、四相、五相等类型，常用的则以三相为主。
三相步进电机的工作方式有三相单三拍、三相双三拍和三相六拍3种，下面具体加以阐述。
（1）换相顺序的控制步进电机通电换相这个过程称为脉冲分配。
例如，三相步进电机在单三拍的工作方式下，其各相的通电顺序为A-B-C-A，通电控制脉冲必须按照这一顺序分别控制A、B、C相得通断。
