基于单片机的转速测量的研究与方案设计书16882.docVIP

摘 要 在工程实践中，经常碰到需要测量转速的场合，而单片机作为一款性价比很高的微控制器在测速系统有着广泛的应用。首先，本文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。其次，介绍了一种基于89C51单片机的电动机测速系统，该系统利用霍尔传感器产生脉冲信号，通过定时算法程序，将转速结果实时显示出来。最后，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；霍尔传感器 目 录 摘 要 I 目 录 II 第一章 绪论 1 1.1关于单片机测控系统 1 1.2 数字式转速测量系统的发展背景 2 1.3 课题主要内容和存在的问题及研究目的和意义 3 1.3.1课题研究目的和意义 3 1.3.2研究的主要内容 3 1.3.3需解决的问题 3 第二章 基于单片机的转速测量原理 4 2.1 转速的测量原理 4 2.2 转速的测量方法 5 2.2.1 测频法“M法” 5 2.2.2 测周期法“T法” 6 2.2.3 测频测周法M/T法 7 2.3 误差和精度分析 7 2.3.1 “M法”测量误差分析 7 2.3.2 “T法”测量误差分析 8 2.3.3 “M/T法”测量误差分析 9 第三章 电机转速测量电路设计 10 3.1 硬件电路设计 10 3.2 电路工作原理分析 11 第四章 系统程序设计 15 4.1 程序设计 15 4.1.1 工作方式及控制字设置 16 4.2 结果分析和有待解决的问题 19 结论 21 致谢 22 参考文献 23 附录1原理图 24 第一章 绪论 1.1关于单片机测控系统 目前，随着芯片技术及单片机功能的不断发展和成熟，单片机技术已经在工业控制系统中得到广泛的应用。如气轮机电液调节系统、调速系统等。典型的应用系统是单片机要完成工业测控功能所必须具备的硬件结构系统，它包括系统扩展和系统配置两部分内容。单片机测控系统组成框图如1-1所示，整个系统由基本部分（键盘、显示器配置）和测控增强部分（传感器接口与伺服驱动控制接口）构成。 图1-1单片机测控系统组成框图 对于数字量（频率、周期、相位、计数）的采集后可通过I/O口输入，数字脉冲可直接作为计数输入、测试输入、I/O口输入或中断源输入进行事件计数、定时计数、实现脉冲的频率、相位及计数测量。对于模拟量的采集，则应通过A/D变换后送入总线口，I/O口或扩展I/O口，并配以相应的A/D转换控制信号及地址线。对于开关量的采集则一般通过I/O口或扩展I/O口线。应用系统可根据任何一种输入条件或内部运行结果进行输出控制。开关量输出控制有时序开关、逻辑开关、信号开关阵列等，通常，这些开关量也是通过I/O口或扩展I/O口输出。模拟量的输出常为伺服驱动控制，控制输出通过D/A变换后送入伺服驱动电路。与上位机进行通讯的RS232，RS485串行口、微型打印机等常规外设为纯数字信号大都可直接与单片机的数据线或通讯口相连，其标准性和通用性很强，应用十分方便。 1.2 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有很多，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动势计算所得），通风部测速法（如机械式或闪光式频闪式测速仪）以及计数测速法。计数测速法有可分为机械式定时计数法或电子式定时计数法。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、低噪音、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、采用速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无光等优点，具有广阔的应用前景。 1.3 课题主要内容和存在的问题及研究目的和意义 1.3.1课题研究目的和意义 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实验、运转和控制中，常常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决的采样问题。在使用测速表时，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，即要求能测得瞬时转速。因此转速的测试具有重要的意义。 1.3.2研究的主要内容 1.详细分析转速的测量理论，对转速的周期测量法“T”法、频率测量法“M”法以及周期频率“M/T”测量法，三种具