基于單片機的電機轉速測量系統設計_學士學位論文(完整版)

　　

【正文】 小，可以進行多點檢測，由計算機進行數據處理，可以得到場的分布狀態，并可對狹縫，小孔中的磁場進行檢測用磁場作為被傳感物體的運動和位置信息載體時，一般 采用永久磁鋼來產生工作磁場。它取消了傳感器和測量電路之間的界限，實現了材料、元件、電路三位一體。 霍爾期間具有許多優點，他們的結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達 1MHZ），耐震動，不怕灰塵、水汽及煙霧等污染或腐蝕。本次設計要求的轉速測量范圍 60r/min36000r/min，所以只需要 5 位數碼管即可。 此外，要畫出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進行正確的字型段碼編碼。 RC 時間常數越大，上電 RST 端保持高電平的時間越長。 MCS51 單片機有一個復位引腳 RST，它是史密特觸發輸入 (對于 CHMOS哈爾濱理工大學學士學位論文 17 單片機， RST 引腳的內部有一個拉低電阻 )，當振蕩器起振后該引腳上出現 2 個機器周期 (即 24 個時鐘周期 )以上的高電平，使器件復位，只要 RST 保持高電平， MCS51 保持復位狀態。 MCS51 內部都有一個反相放大器， XTAL XTAL2 分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產生時鐘送至單片機內部的各個部件。 芯片擦除： 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合 ，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。注意加密方式 1 時， /EA 將內部鎖定為RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內部程序存儲器。 ：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。這是由于內部上拉的緣故。 哈爾濱理工大學學士學位論文 13 圖 23 AT89C51 引腳圖 主要特性： ?與 MCS51 兼容 ? 4K 字節可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環 ? 數據保留時間： 10 年 ? 全靜態工作： 0Hz24Hz ? 三級程序存儲器鎖定 ? 128*8 位內部 RAM ? 32 可編程 I/O 線 ? 兩個 16 位定時器 /計數器 ? 5 個中斷源 哈爾濱理工大學學士學位論文 14 ? 可編程串行通道 ? 低功耗的閑置和掉電模式 ? 片內振蕩器和時鐘電路 管腳說明： ：供電電壓； ：接地； 口 ： P0 口為一個 8 位漏極開 路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 89C51 單片機通過 INT0 輸入傳感器的脈沖信號， P0 口 P2 口接 LED 動態顯示。 單片機可通過編程控制外圍部件，能實現較高的自動化程度。在實際測量中，還須設定定時時間，兼顧高、低轉速時的精度影響，適時調節采樣時間 。 幾種常見的 轉速測量方法 轉速測量的方法有很多，根據工作原理可分為計數式、模擬式、同步式。隨著電力電子技術和控制技術的發展，交流調速系統日趨完善，其性能可與直流調速系統相媲美，其變頻調速的應用范圍日益擴大，但它的控制技術相對復雜，整個控制系統造價較高，在某些領域短時間內還難以取直流調速系統，調 速系統便應運而生了。 圖 11 單片機典型應用系統 模擬量檢測 單 片 機 光電隔離 開關量檢測 開關量控制 伺服驅動控制 A/D 光電隔離 光電隔離 D/A EPROM 顯示器 I/O RAM 鍵盤 通用外設 數字量檢測 哈爾濱理工大學學士學位論文 7 通過 A/D 變換后送入總線口， I/O 口或擴展 I/O 口，并配以相應的 A/D 轉換控制信號及地址線。在這個領域中，有不少是采用通用 CPU 單板機或通用計算機系統。例如， Infineon 公司的 C 505C， C515C， C167CR， C167CS32FM， 81C90；Motorola 公司的 68HC08AZ 系列等。并且，幾乎不需做很大改變直接就能作為 單獨的使用產品。隨著大規模及超大規模集成電路技術的發展，數字系統測量得到普遍應用，特別是單片機對脈沖數字信號的強大處理能力，使得全數字測量系統越來越普及，其轉速測量系統也可以用全數字化處理。 本設計主要用 AT89C51 作為控制核心，由霍爾傳感器、 LED 數碼顯像管、HIN232CPE 電平轉換、及 RS232 構成。哈爾濱理工大學學士學位論文 I 學士學位論文 基于單片機的電機轉速測速系統的設計 摘要 在工程實踐中，經常會遇到各種需要測量轉速的場合，測量轉速的方法分為模擬式和數字式兩種。詳細介紹了單片機的測量轉速系統及 PC機與單片機之間的串行通訊。在測量范圍和測量精度方面都有極大的提高?？傊?，轉速測量系統的研究是一件非常有 意義的課題。特別是在單片機 C167CS32FM 中，內部還含有 2個 CAN。隨著單片機技術的發展，大部分都可以用單片機系統或單片機加通用機系統來代替。對于開關量的采集則一般通過 I/O 口或擴展 I/O 口線。調速系統主電路線路簡單，所用的功率元件少；開關頻率高，可達到 1000～ 4000Ｈｚ，電流易連續，諧波少，脈動小，電機損耗和發熱都較??；低速性能好，穩態精度高，因而調速范圍寬；調速系統頻帶寬，快速響應性能好，動態抗擾能力強；主電路元件工作在開關狀太。計數式方法是用某種方式讀出一定時間內的總轉數；模擬式方法是測出由瞬時轉速引起的某種物理量的變化；同步式是用利用已知的頻率與旋轉體的旋轉同步來測量轉速，根據不同的轉換方式，測試方法參看表 11 所示。 主要內容 本設計主要用 AT89C51 作為控制核心，由霍爾傳感器、 LED 數碼顯像管、HIN232CPE 電平轉換、及 RS232 構成。以它為系統核心的控制模塊可實現主從控制，完成預定的任務。另由于 PC 系列微機串行口為 RS232C 標準接口，與輸入、輸出均為 TTL 電平的 89C51 單片機在接口規范上不一致，因此 TTL 電平到 RS－ 232 接口電平的轉換采用 HIN232CP 接口芯片，該芯片可以用單電壓（ +5V）實 現 RS232 接口邏輯“ 1”（ 3V～ 15V）和邏輯“ 0”（ +3V～ +15V）的電平轉換。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數據存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在 FLASH 編程期間，此引腳 也用于施加 12V 編程電源（ VPP） ； ：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入 。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫哈爾濱理工大學學士學位論文 16 “ 1”且在任何非空存儲字節被重復編程以前，該操作必須被執行。 AT89C51 是屬于 CMOS8 位微處理器，它的時鐘電路在結構上有別于 NMOS 型的單片機。此時 ALE、 PSEN、 P0、 P P P3 口都 輸出高電平。 若復位電路失效，加電后 CPU 從一個隨機 的狀態開始工作，系統就不能正常運轉。才能顯示出正確的數字來，如圖 2哈爾濱理工大學學士學位論文 18 7 所示，為七段數碼管的管腳圖。 5 位共陰極顯示器和 AT89C51 的接口邏輯如圖 28 所示。 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回調、位置重復精度高 （可達 um 級）。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點，因此顯著地提高了可靠性。例如，用一個 5 4 （ mm3）的釹鐵硼Ⅱ號磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約2300 高斯的磁感應強度。 電參數： 參數 符號 測試條件 量值 單位 最小 典型 最大 電源電壓 VCC 輸出低電平電壓 Vout Iout=20mA BBOP200400mV 輸出高電平電流 IOFF Vout=24V B 電源電流 ICCVCC=24V 輸出端開路 10 mA 輸出上升時間 trVcc=12V RL= CL= S 哈爾濱理工大學學士學位論文 22 輸出下降時間 tfVcc=12V RL= CL= S 產品特點 : 、可靠性高 MOS 邏輯電路接口 應用 : . 霍爾開關元件的電 路圖： 霍 爾 開 關5 V1 0 K 圖 210 霍爾傳感器的電路圖 發送模塊 根據系統功能要求，要使單片機測量的轉速能夠向上位機發送數據，硬件電路中必須要考慮到單片機的發送部分，由于單片機通過串口發送出來的是TTL 邏輯電平（ 0V 和 5V），而計算機 RS232 總線上輸入、輸出數據和控制信號為 +12V 左右的電壓，單片機要和 PC 的上位機通信就必須是電平一致，所以發送部分關鍵的部分是電平轉換和串口發送，電平轉換可以用模擬器件進行轉換，但是為了方便起見，本次設計采用的是集成芯片，一個芯片 加上它的外圍電路即可完成電平的轉換的工作。 電氣特性： EIARS232C 對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規定； 在 TxD 和 RxD 上：邏輯 1(MARK) =3V～ 15V 邏輯 0(SPACE)=+3～＋ 15V 在 RTS、 CTS、 DSR、 DTR 和 DCD 等控制線上： 信號有效（接通， ON 狀態，正電壓）＝ +3V～ +15V 信號無效（斷開， OFF 狀態，負電壓）＝ 3V～ 15V 連接器 DB9 DB9 是 RS232 信號線的連接器，其連接器的機械特性見圖 (211)，表 21所示 RS232 信號線名稱、符號以及對應在 DB9 上的針腳號。 其中， N 是內部定時器的計數值，為三字節，分別由 TH0， TL0， VTT 構成； Tc 為時基，由于采用 的晶振，所以 Tc 不在是 1um，而是 12M/ 約為 ，帶入上面公式，即可得到轉速的精確計算公式： N=60*11059200/12N=55296000/N。 二 十進制轉換程序 計算程序計算出來的數據為二進制，存到 50H、 51H 單元中以便發送程序中調用傳送數據到計算機，計算機可識別二進制，然而，我們需要在 LED 上顯示，查表程序需要拆分的 BCD 碼，所以二進制必須先轉換成 BCD 后才能拆分。 高字節 R4 送 30H R5 與 0F0H 相與交換后送 31H R5 與 0FH 相與后送 32H R6 與 0F0H 相與交換后送 33H R6 與 0FH 相與后送 34H 返 回 哈爾濱理工大學學士學位論文 31 圖 3－ 6 顯示程序流程圖 本章小結 本章主要介紹了程序設計原理以及 程序的設計思路。 ：這一部分調試主要是檢查時鐘電路、復位電路是否接對，單片機的電源以及地是否接好，以及其他的一些管腳的接法。 ：這一部分電路硬件調試主要完成任務是使得通過HIN232CPE電平轉換器 轉換前后的電平關系。用戶可同時打開多個窗體編輯、調試、變量觀察 .用戶可在線對原文件直接編輯、編譯、連接、加載和調試，軟件支持編譯錯誤源文件定位。如果是調用一函數，運行完整個函數并停止在函數返回處。用戶程序在單步或斷點停下時，將更新變量的取值。 首先要對計算程序進行調試，其中關鍵就是那個四字節除三字節的程序顯得尤為重要，在整個程序中，四字節的被除數是確定的常數，而除數是測量記數的值，當各個模塊調試時，我們可以 先對除數先賦不同的值，利用查看內部數據的數據窗口觀察出計算出來的結果和用計算器算得的結果是否一致，可以舉例多次數據，確保程序正確，才能得到想得到的數據。當波形出來后，顯示的波形不穩，而且不夠理想，后來在信號線與地之間接了472的瓷片電容濾波。 本章小結 本章主要對該系統進行綜合調試以及遇到的故障解決方案。 本次設計得出以下經驗： 5V 直流電源供電， 霍爾傳感器要選用工作電壓的范圍包含 5V 電壓的可以省去再用一個電源的麻煩，單片機等都是工作在 TTL 電平的，霍爾傳感器輸出的波形應為 TTL 電平，以便單片機能夠識別。外部中斷沒有執行跟沒有中斷信號加入有關系。 最后、拆分壓縮 BCD碼十進制以及最后的顯示程序，可以利用上述提到的各種方法，觀察 3034H內部的數據，緩沖數據的觀察檢查完畢后，調用顯示程序，觀察數碼管上顯示的數據是否是內存緩沖中需要顯示的數據。 哈爾濱理工大學學士學位論文 34 用戶還可以打開程序空間窗口、內部數據窗口、外部數據窗口進行數據塊觀察。 注意：如果用戶調試高級語言，因為系統要占用 2 個斷點，所以可設置的斷點數為最大斷點個數減 2。 調試主要方法和技巧： 通常一個調試程序應該具備至少四種性能：跟蹤、斷點 、查看變量、更改