《测控系统原理与设计》
课程设计
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学号：
课程设计题：电机转速测量系统设计指导老师：
华东交通大学课程设计
目录
1 设计任务书 (1)
2 设计题目 (2)
3 系统介绍 (2)
4 系统设计方案 (2)
4.1方案论证与选择 (3)
4.1.1 转速测量的方法 (3)
4.1.2 整体控制方式 (3)
4.1.3 传感器模块 (3)
4.1.4 显示模块 (4)
4.2 方案描述 (5)
5 系统理论分析与计算 (5)
5.1 信号采集电路的分析 (5)
5.2 电机转速的计算 (6)
6 硬件电路设计 (7)
6.1 单片机模块 (7)
6.1.1 STC89C52单片机简介............... 错误！未定义书签。
6.1.2 时钟电路 (8)
6.1.3 复位电路 (9)
6.2 显示电路 (9)
7 软件设计 (10)
7.1 系统总体设计 (10)
7.2 中断子程序设计 (11)
7.3 定时子程序设计 (11)
7.4 显示子程序设计 (12)
8 测试方案 (12)
8.1 电路调试 (12)
电机转速测量系统设计
8.1 软件调试 (12)
9 心得体会 (13)
10 参考文献 (15)
11 附录 (16)
附录一电路仿真图 (16)
附录二程序清单 (16)
附录三电路图 (22)
附录四实物图 (23)
电机转速测量系统设计
1 设计任务
一、总要求
能够独立进行系统方案的设计及论证，设计合理的接口电路、控制电路、主机电路等，以及合理选择有关元器件及正确使用相关工具与仪器设备，设计接口程序、控制算法程序以及主程序等，并且能结合实际调试与实验进行有关精度分析与讨论。
二、总任务
针对总要求进行原理及方案论证、系统设计、接口电路设计、焊接或插接与调试、控制与系统程序设计、精度分析以及撰写报告等工作。
三、设计题目
电机转速测量系统设计
四、设计内容
(1)用光电发射接受元件设计电机转速测量系统
(2)设计发射电路与接受电路，与微机接口电路
(3)将整个检测系统进行相关实验室调试，并进行分析与相关计算等
五、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、硬件及软件方案）（二天）
（14周三要查看各人设计方案或论文提纲）
3、硬件电路设计、画图（PROTEL）及实验室调试（四天）
（15周五要查看各人实物或论文初稿）
4、软件设计、编程及调试（三天）
5、系统联调及结果分析（二天）
6、整体准备答辩（二天）
（16周五全天答辩）
六、设计说明书包括的主要内容
1、目录
2、设计任务书
3、设计题目
4、序言（可包括系统工作原理的介绍等）
5、方案设计及论证（可先进行总体方案设计与论证；再分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）
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6、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）
7、心得体会
8、主要参考文献
另：撰写格式应符合一定的要求，请参照华东交通大学本科生毕业论文撰写规范进行。
七、考核方法
考核根据学生平时学习态度（含出勤率）20%、设计完成情况（样机）50%、图纸及说明书质量（含答辩）30%等确定。
八、装定要求
装入统一的资料袋中，报告装定好，顺序：封面，目录，设计任务书，正文，参考文献，附录等。
2 设计题目
电机转速测量系统设计
3 系统介绍
转速的测量原理有两种：对于较高的转速，记录单位时间内的转速或角
度，即频率测量法；对于较低的转速，记录每转所用的时间或没特定角度多
用的时间，即周期测量法。因为本系统测量对象为直流电动机，转速较高，
所以选择频率测量法，即在固定的测量时间内，对传感器产生的脉冲进行计
数，从而算出实际转速。假设测量时间为Tc（min），脉冲个数为P，光码盘
的小孔个数为m，则可算出实际转速N（r/min）为：
60
?
N=?
Tc)
n/(P
当采样周期为1s，光码盘开孔数为4个时，其实际转速N为：
N=?
4
60P/
本设计中采用光电传感器采集信号，方便了信号的采集，也提高了测量的精
度，但容易受外界光线和环境的干扰，编码盘与电机转轴的固定连接，都是本设
计的难点。用1602LCD的数码管以动态扫描清晰的显示了实时的转速，程序的
编写成了本设计的重点。
4 系统设计方案
本系统主要由单片机模块、传感器模块以及显示模块组成，下面分别论述这
几个模块的选择。
电机转速测量系统设计
4.1方案论证与选择
4.1.1 转速测量的方法
方案一：测周期法(T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±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。
方案二：测频法(M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±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。
方案三：频率/周期法(M/T法)
它是同时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转速脉冲信号的个数来确定转速。由于同时对两种脉冲信号进行计数，因此只要“同时性”处理得当,M/T法在高速和低速时都具有较高的测速精度。由于M/T法可在整个速度范围内获得高分辨率，可在不损失精度和分辨率的前提下获得快速响应。本次设计采用测频法。
4.1.2 整体控制方式
方案一：采用集成电路控制方式
光电传感器感受到光信号并转换成电信号，此时的电信号为模拟信号，经信号处理电路滤除干扰，并转换成能被计数器接受的方波信号或脉冲信号，再经过计数、译码、显示电路，由数码管显示转速。可实现功能，但电路较复杂，系统调试也较繁杂。
方案二：采用单片机模块控制方式
单片机模块接收脉冲信号，进行计数、处理，把数据传送给LCD显示模块，达到实时检测和反馈的功能。基于单片机的转速测量系统，具有硬件电路简单，程序简单和运算速度快，测速范围广，抗干扰性能好的特点。
综合以上两种方案，选择方案二。
4.1.3 传感器模块
方案一：采用红外传感器
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红外传感器是利用红外线的物理性质来进行测量的传感器，为反射式。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，反应快等优点。但红外线的发射、接收不好控制，而且容易受到外界光线和环境的干扰。
方案二：采用霍尔传感器
霍尔传感器是根据霍尔效应原理
制成的霍尔元件。传感器的定子上有2
个互相垂直的绕组A和B，在绕组的中
心线上粘有霍尔片HA和HB，转子为
永久磁钢，霍尔元件HA和HB的激励
电机分别与绕组A和B相连，它们的
霍尔电极串联后作为传感器的输出。
采用霍尔传感器在信号采样的时图1 霍尔转速传感器结构图
候，会出现采样不精确，因为它是靠磁性感应才采集脉冲的，使用时间久了会出现磁性变小，影响脉冲的采样精度。
方案三：采用光电传感器
光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此
外，光电开关的结构元件中
还有发射板和光导纤维。三
角反射板是结构牢固的发射
装置。它由很小的三角锥体
反射材料组成，能够使光束
准确地从反射板中返回，具
有实用意义。图2 光电传感器原理示意图综合以上3种方案，选择方案三。
4.1.4 显示模块
方案一：用数码管动态显示，可以显示数字，但显示的内容有限，接线繁多，且不能连续显示字符，有一定局限性。
方案二：采用LED点阵显示，能动态扫描，变换颜色，但体积比较大，需
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要很多点阵组合使用，显示较为繁琐，但需要的I/O 资源较多，影响总体布局。
方案三：采用LCD 液晶显示，显示内容最丰富，不仅编程灵活，显示可靠，
而且电路简单，易与单片机连接，明亮对比度可调，显示非常清晰，是一种非常
好的方案。
综合以上，选择方案三。
4.2 方案描述
本设计主要用STC89C52单片机作为控制核心，由光电传感器、LCD 动态
显示屏构成。STC89C52单片机接收光电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记数计算出电机转速送到LCD 显示，使能实时读
出电机的转速。
图3 系统总体方框图
5 系统理论分析与计算
5.1 信号采集电路的分析
采集光信号的电路原理图如图4所示：
图4 采集光信号的电路原理图
在图中，U3为槽型光耦，它的左端是发光二极管，因为发光二极管的驱动
光电传感器 信号调理 显示电路
STC89C52 单片机
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电流为5~20mA，所以设置R2的值为500Ω，同理设置，光电接收晶体管的下拉电阻即R3为10KΩ。光耦的输出端用三极管进行电压放大，为使T1输出的电平为TTL电平，将R5和R4的阻值设定为1KΩ。
该部分设计采用了红外光电传感器，进行非接触式检测。当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，传感器将会输出一个低电平，而当没有物体挡在中间时，则输出高电平，从而形成一个脉冲。系统在光电传感器收发端之间加上电动机，并在电动机转轴上安装一转盘。在这个转盘的边沿处挖若干个圆形通光孔，把传感器的检测部分放在圆孔的圆心位置。每当转盘旋转时，传感器将输出若干个脉冲。把这些脉冲通过放大整形成单片机可以识别的TTL电平，即可计算出轮子的转速。
转盘的圆孔的个数决定了测量的精度，个数越多，精度越高。这样就可以再单位时间里尽可能多地得到脉冲数。从而避免了因为两个过孔之间距离过大，而正好在过孔之前或者是在下一个过孔之前就停止了，造成较大的误差。设计中转盘的圆孔的实际个数受到技术限制。为了达到预定的效果设计，在转盘过孔的设计上采用4个过孔，再通过软件对采集的数据进行计算。
图5 光码盘
5.2 电机转速的计算
在编程时让单片机每隔一秒记录一次接收到的脉冲总数，然后根据如下计算
电机的转速
60(1)
?
T)
N/(P
n=?
n：电机转速
T：采样周期
N：采样周期T内光脉冲个数
P：光码盘开孔的总数
当采样周期为1秒时，转速
60（2）
n=?
f/P
f：1秒内采集到的光脉冲个数
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6 硬件电路设计
6.1 单片机模块
单片微型计算机简称单片机，它把组成微型计算机的各个功能部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、可编程存储器EPROM、并行及串行输入输出I/O接口电路、定时器/计数器、中断控制器等部件集成在一块半导体芯片上，构成一个完整的微型计算机。
6.1.1 STC89C52单片机简介
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T 可选。
图6 单片机管脚图
VCC：供电电压
GND：接地
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P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为STC89C52的一些特殊功能口。
6.1.2 时钟电路
时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统稳定性。常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。
图7 单片机晶振电路图8 单片机复位电路单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2这两个引脚跨接在石英晶体振荡器和微调电路，就构成一个稳定的自激振荡器。
电路中的电容C1和C2典型值通常选择30pF左右，该电容大小会影响振荡器频率的高低，振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的振荡器频率的范围通常
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在1.2～12MHz之间，晶体的频率越高，则系统得时钟频率也就变高，单片机的运行速度也就越快。但反过来运行速度快，对存储器的速度要求就高。对印刷电路板的工艺要求也高，即要求浅间的寄生电容要小；晶体和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生生活，更好的保证振荡器稳定，可靠地工作。
6.1.3 复位电路
为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。
单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。
6.2 显示电路
LCD1602液晶显示模块可以和单片机STC89C52直接接口，电路如图所示。
图9 显示电路
1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线。液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。
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图10 LCD1602管脚图 3.3V 或5V 的工作电压，对比度可调。内含复位电路，可提供各种控制命令，
如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。有80字节显示数据存储
器DDRAM ，并建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM ，有8个可由用
户自定义的5X7的字符发生器CGRAM 。
7 软件设计
7.1 系统总体设计
单片机按编入的程序运行，开始后对显示液晶的初始化及中断定时的初始
化，为后续程序做好准备，初始化好后开始检测定时是否到达1秒，等到达1
秒后便取出计数脉冲值，将脉冲值经算法运算后得出转速信息送到液晶模块显
示，如此循环每隔1秒刷新一次转速显示。系统总体流程图如图11所示。
N Y Y
图11 系统总体流程图
LCD 初始化
定时是否1S
取数计算
数码管显示 开始 中断定时初始化
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7.2 中断子程序设计
中断程序为下降沿触发，从IT0引脚传送到单片机，程序每来一次中断，表
明有脉冲触发，计一次脉冲，不断的中断循环，来一个脉冲触发一次中断。中断子程序设计流程图如图12。
否
是
图12 中断子程序流程图 7.3 定时子程序设计
定时函数为计时50ms 的函数，定时器初始化完成后便开始计时，每一次计
时为50ms ,在定时程序中判断是否计时20次到达1秒，到达1秒后便计时完毕，
由单片机相应其它子程序，由重新开始计时。定时子程序设计流程图如图13所
示。
图13 定时子程序流程图
是否定时1S 是否有中断 开始
是否有脉冲 计数脉冲加1 开始 定时器初始化（50ms ） 定时计数器加1 计时1秒完毕
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7.4 显示子程序设计
显示程序初始化完毕后，等待由定时器的1秒计时完毕后，将中断函数产生
的脉冲值计算后送到液晶显示部分显示，每隔1秒计时刷新一次显示，如此循环。显示子程序设计流程图如图14所示。
否
是
图14 显示子程序流程图 8 测试方案
8.1 电路调试
在本次课程设计中我的电路部分出了很多问题，期间我也换了很多次电路，
虽然是个很简单的采集电路，但是由于各种原因，总是不能实现作用。我一部分
一部分的排查电路，最终搭建成功。传感器模块是电路的核心，主要部件是槽型
光耦，我在百度上搜索了槽型光耦的引脚图、内部结构图以及特性参数。通过计
算光耦内部的发光二极管的发光电流，设置其下拉电阻的大小，使得发光二极管
的发光效率较高。光电三极管在接收光之后，其集电极和发射级之间导通，在它
的集电极加上一负载电阻，在集电极做输出。由于集电极输出电压不是TTL 电
平，所以加上一个三极管，对其进行放大，是其变成TTL 电平，即可直接接单
片机的I/O 口，对其输出脉冲进行计数。
8.1 软件调试
由于本程序较大，而C 语言编程具有很强的灵活性，便于编写与理解，因
此采用C 程序语言编写。采用自下而上的调试方法，先调试功能电路，再调试
整个系统。
我们所使用的调试软件是51系列单片机开发软件Keil C51，它是一个基于
32位Windows 环境的应用程序，支持C 语言和汇编语言编程，其6.0以上的版
开始 显示函数初始化 刷新转速显示 是否定时1S
电机转速测量系统设计
本将编译和仿真软件统一为μVision。Keil提供包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案。
Keil能以单步执行、过程单步执行、全速执行等多种运行方式进行程序调试。如果发现程序有错，可采用在线汇编功能对程序进行在线修改，不必执行先退出调试环境、修改源程序、对工程重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态的步骤。对于一些必须满足一定条件（如按键被按下等）才能被执行的、难以用单步执行方式进行调试的程序行，可采用断点设置的方法处理。在模拟调试程序后，还须通过编程器将.hex目标文件烧写入单片机中才能观察目标样机真实的运行状况。
这次我们还用到了Protel软件画电路图，在之前的课程设计中我们没有用过Protel，因此我又学习了Protel软件的使用，我运用的是Protel的升级版Altium Designer。
Altium Designer是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在Windows操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。Altium Designer 除了全面继承包括Protel 99SE、Protel DXP在内的先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。该平台拓宽了板级设计的传统界面，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程设计人员能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。主要功能有：原理图设计、印刷电路板设计、FPGA的开发、嵌入式开发、3D PCB设计。
9 心得体会
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关电路和单片机设计方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但是经过同学和老师的帮助都一一解决了，真的非常感谢他们。在这过程中，我的专业知识以及专业技能都有所提升。通过这次课程设计，我也掌握了某些传感器的原理以及电路连接方法。
由于我对单片机和C语言的基础知识不是很扎实，因此真的感觉自己走了不少的弯路，甚至课程设计过了很长时间。通过这次课程设计又重新学习了C 语言以及单片机。仿真时，主要使用软件keil、Proteus 8 Professional。其中keil 用来编写C语言程序，以及编译连接使之产生后缀名为hex的文件，将其烧录在软件Proteus 8 Professional中进行测试仿真调试。还运用到了Altium Designer 用来画电路图。这次实习的重点就是如何编写程序以及仿真中的行骗各个管脚的连接问题，主要的元器件有STC89C52、lcd1602液晶显示等。
华东交通大学课程设计
当你用心的去做一件事的时候，这件事就不会轻易的用不知对错的结果去应付你，就像你不会去拿这样的态度去对待它，做一件事和想一件事也不会是一样，如果当时我只是停留在第一天的空想，我就不会在编程和仿真的过程中发现和改正那么多的错误。实践之所以高于理论，或许正是因为它为我们提供了更多犯错误和改正错误的机会吧。
本次设计把理论应用到了实践中，同时通过设计，也加深了自己对理论知识的理解和掌握，在解决困难的过程中，获得了许多专业方面的知识,拓展了视野。提高了理论水平和实际的动手能力，学会了解决问题的方法，激发了我的探索精神。这样的课程设计是很好的锻炼机会,只是这已经是我们的最后一个课程设计了，以后只有毕业设计这个巨大的挑战在等待着我。通过实验设计使我深入了解到课程设计在大学学习的重要性，课程设计增强了我们的实践动手能力，也为毕业设计提供了宝贵的经验。
电机转速测量系统设计
10 参考文献
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[6] 童诗白. 模拟电子技术基础[M]. 高等教育出版社. 2010. 128-169.
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[11] 蓝和慧,宁武,闫晓金. 全国大学生电子设计竞赛单片机应用技能精解[M]. 2009. 191-217.
华东交通大学课程设计
11 附录
附录一电路仿真图
附录二程序清单
#include
#include
unsigned char code cdis1[] =
{
"SPEED:"
};
unsigned char code cdis2[] =
{
"r/min"
};
sbit LCD_RS = P2 ^ 3; //寄存器选择位，将RS位定义为P2.3引脚sbit LCD_RW = P2 ^ 4;//读写选择位，将RW位定义为P2.4引脚sbit LCD_EN = P2 ^ 5;//使能信号位，将EN位定义为P2.5引脚bit sec = 0;
unsigned char msec = 0, Hdata = 0, Ldata = 0, Count = 0; unsigned long temp = 0;
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
. 传感器原理及应用期末课程设计题目基于霍尔传感器的转速测量电路设计 姓名小波学号8888888888 院（系）电子电气工程学院 班级清华大学——电子信息 指导教师牛人职称博士后 二O一一年七月十二日
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
Abstract: The rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. The rotate speed measurement system for the common engine is designed with the single chip STC89C51. The signal of the rotate speed is sampled by the Hall sensor, and it is transformed into square wave which will be sent to single chip computer. The result of the experiment shows that the measurement system is able to satisfy the requirement of the engine rotate speed measurement. Key words:rotate speed measurement, Hall sensor, signal processing, data processing
姓名：张廷刚学号：1420310064 研究方向：电力电子1、电流的检测方法 电机控制系统的中的电流检测主要是对电机定子电流进行检测，电流检测的常用方法主要有：采样电阻法、电流互感器法、霍尔电流传感器法等。 1.1 采样电阻法 采样电阻测电流的原理：将采样电阻串接在要监测的电路回路里，电流流过时，在采样电阻两端产生压降，这样就把电流信号转化为电压信号。然后，对该电压信号进行处理变换，输入到微处理器的A/D单元，完成检测的目的。 1.1.1 采样电阻的使用条件 使用采样电阻检测方法实现简单，成本低，但是很难做到电阻值稳定不变，采样精度不高，不能提供准确的电流值。而且反馈控制电路与主电路没有隔离，在电机驱动控制系统中，万一功率电路的高电压通过反馈电路进入控制电路，将危及到控制系统的安全。因此，采样电阻一般应用在精度要求不高、成本敏感，温度低的应用场合。 1.2霍尔电流传感器法 在电机控制系统中，主要使用霍尔电流传感器对电机三相定子电流进行检测。一般将霍尔电流传感器紧紧的套在三相定子电流导线上，并通过信号调理电路进行处理，经如图1所示电路，从而对电流进行检测。 图1定子电流检测及信号调理电路 1.2.1 霍尔电流传感器的使用条件 霍尔电流传感器的工作原理主要基于霍尔器件和磁补偿原理进行检测，因此
使用使用时应避免电磁干扰对传感器的影响。此外霍尔电流传感器的供电电压必须在传感器所规定的范围内，超过此范围，传感器不能正常工作或者可靠性降低。霍尔电流传感器的电源、输入、输出的各连线导线必须正确连接，不可错位或反接，否则可能导致产品损坏。安装环境应无导电尘埃及腐蚀性。应避免剧烈震动或者高温。 1.3 电流互感器法 电流互感器法是将电流互感器串连在电机三相定子电流导线中，利用变压器原、副边电流成比例的关系进行电流大小的转换检测。其工作原理、等电路也与一般变压器相同，只是其原边绕组串联在被测电路中，且匝数很少；副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载，近似短路。原边电流（即被测电流）和副边电流取决于被测线路的负载，而与电流互感器的副边负载无关。 1.3.1 电流互感器的使用条件 电流互感器运行时，副边不允许开路。因为一旦开路，原边电流均成为励磁电流，使磁通和副边电压大大超过正常值而危及人身和设备安全。线路上的电压都比较高，如直接测量是非常危险的。在大型电机控制中电流互感器一般体积较大，造价昂贵，所以由于体积和成本的原因，一般应用于中小型电机控制系统中。另外使用的场所周围环境不应有与工作无关的外界强磁场存在，环境温度在为佳，相对湿度不超过。对于精度为级及以上或额定电流为及以上的电流互感器，电流互感器在额定电流下持续运行时间为小时；对于额定一次电流为及以上的电流互感器，在额定电流下持续运行的时间为分钟，对特殊要求的弱电流互感器允许在额定电流下能够长期工作。 2、电压的检测方法 电压检测有直接测量法、电阻分压法、电压互感器法和霍尔效应电压传感器法等。在电机调速系统中，直流母线上的电压检测可以通过检测与滤波电容相并联的电阻中的电流而测得，这种方法同电机三相母线电流的检测方法相同，检测电路如图1所示。霍尔电压传感器使用条件：霍尔电压传感器使用时工作条件同霍尔电流传感器相似。电压互感器的使用条件同电流互感器相似。 3、转速的检测方法 3.1 基于增量式光电编码器的速度检测 借助于增量式光电编码器进行测速的方法有M法，T法，M/T法。其中M 法只适合电机转速较高的时候，电机转速低时误差较大。T法情况正好相反，而M/T法既具有M法测速的高速优点，又具有T法测速的低速的优点。从而被广
《电力拖动技术课程设计》报告书 直流电动机调速设计 专业：电气自动化 学生姓名： 班级： 09电气自动化大专 指导老师： 提交日期： 2012 年 3 月
前言 在电机的发展史上，直流电动机有着光辉的历史和经历，皮克西、西门子、格拉姆、爱迪生、戈登等世界上著名的科学家都为直流电机的发展和生存作出了极其巨大的贡献，这些直流电机的鼻祖中尤其是以发明擅长的发明大王爱迪生却只对直流电机感兴趣，现而今直流电机仍然成为人类生存和发展极其重要的一部分，因而有必要说明对直流电机的研究很有必要。 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非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，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。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。 直流电动机具有良好的起动、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领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。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非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，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。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工效率。
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）
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：
燕山大学 课程设计说明书题目：直流电机转速电流测量与显示 学院（系）：里仁自动化系 年级专业：12级过控1班 学号： 121203021064 学生姓名：刘华 指导教师：梁振虎、王振臣、闫敬 教师职称：副教授
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。
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
专业课程设计 题目三 直流电动机测速系统设计 院系： 专业班级： 小组成员： 指导教师： 日期：
前言 1.题目要求 设计题目：直流电动机测速系统设计 描述：利用单片机设计直流电机测速系统 具体要求：8051单片机作为主控制器、利用红外光传感器设计转速测量、检测直流电机速度，并显示。 元件：STC89C52、晶振（12MHz ）、小按键、ST151、数码管以及电阻电容等 2.组内分工 （1）负责软件及仿真调试：主要由完成 （2）负责电路焊接： 主要由完成 （3）撰写报告：主要由完成 3.总体设计方案 总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示: 单片机 PWM 电机驱动 数码管显示 按键控制
一、转速测量方法 转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数,其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否,因此,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。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) 、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。本文介绍的采用单片机和光电传感器组成的高精度转速测量系统,其转速测量方法采用的就是电子式定时计数法。 对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的工程测量中,电子式定时计数测量频率的方法一般有三种： ①测频率法:在一定时间间隔t 内,计数被测信号的重复变化次数N ,则被测信号的频率fx 可表示为 f x =Nt(1) ②测周期法:在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0 ,则被测信号频率fx = fc/ m0 ,其中, fc 为时钟脉冲信号频率。 ③多周期测频法:在被测信号m1 个周期内, 计数时钟脉冲数m2 ,从而得到被测信号频率fx ,则fx 可以表示为fx =m1 fcm2, m1 由测量准确度确定。 电子式定时计数法测量频率时, 其测量准确度主要由两项误差来决定: 一项是时基误差; 另一项是量化±1 误差。当时基误差小于量化±1 误差一个或两个数量级时,这时测量准确度主要由量化±1 误差来确定。对于测频率法,测量相对误差为： Er1 =测量误差值实际测量值×100 % =1N×100 % (2) 由此可见,被测信号频率越高, N 越大, Er1 就越小,所以测频率法适用于高频信号( 高转速信号) 的测量。对于测周期法,测量相对误差为： Er2 =测量误差值实际测量值×100 % =1m0×100 % (3) 对于给定的时钟脉冲fc , 当被测信号频率越低时,m0 越大, Er2 就越小,所以测周期法适用于低频信号( 低转速信号) 的测量。对于多周期测频法,测量相对误差为： Er3 =测量误差值实际测量值100%=1m2×100 % (4) 从上式可知,被测脉冲信号周期数m1 越大, m2 就越大,则测量精度就越高。
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
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。
课程设计转盘转速测量的设计方案
转盘转速测量的设计方案 一、设计目的 设计电路实现转盘的转速测量。 二、组内分工初定 A.陈永昌：负责设计方案的制定，程序的设计，电路的焊接。 B.詹小樑：负责元件的采购，方案的讨论，电路的调试。 C.李忠谕：负责元件的采购，方案的讨论，电路的调试。 三、使用电子元件及个数 光电门1个 七段数码管1个 AT89S52单片机1片 串口转USB线1条 MAX232 1个 串行口1个 导线、电阻、电容若干 电动机1个 四、设计方案 光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件，当它发出的光被目标阻断时，则接收器感应出相应的电信号。光电式传感器由独立且相对放置的光发射器和收光器组成。当目标经过光发射器和收光器之间并阻断光线时，传感器输出信号。它是效率最高、最可靠的检测装置。槽形（U形）光电开关是对射式的变形，其优点是无须调整光
轴。 4.1电动机、信号盘、传感器 图1：电动机、信号盘、传感器的安装 图中电机为直流电机，转速随输入的电压变化。信号盘为带有4个透光孔的圆盘。传感器为光电门，透光时输出电 流，遮光时无电流。 4.2信号放大电路 图2：信号放大电路 信号放大电路是经过三极管对光电门输出的信号进行放大，然后经过CD4093进行整形，输入到单片机的脉冲计数
T0口，进行计数。 4.3单片机电路 图3：单片机电路 在此采用频率测量法，其测量原理为，在1S时间内，计取转速传感器发生的脉冲个数（即频率），从而算出实际转速。设1S的脉冲数为 n，转速 rate = n * 60 / 4; 4.4串口输出电路
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
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
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)