基于AT89C51单片机采用光电编码器实施转速测量的方法Word下载.docx
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目 录
第一章 绪 论 1
1.1转速测量方法 1
1.2转速测量原理 2
第二章 系统硬件设计 4
2.1单片机模块设计 4
2.2光电编码器 4
2.3单片机AT89C51介绍 8
2.3.1主要特征及管脚说明 8
2.3.2时钟电路 11
2.3.3复位电路 11
2.4显示器 12
2.4.1引脚说明 12
2.4.2寄存器选择控制表 14
2.4.3显示地址 14
2.4.4指令集 14
第三章 软件设计....................................... 16
3.1计算机程序设计思路 16
3.2程序流程图 18
第四章 系统调试....................................... 20
4.1硬件调试 20
4.2软件调试 20
谢 辞 23
参考文献 24
附 录 25
附录Ⅰ系统电路图 25
附 录Ⅱ系统部分代码 26
大连交通大学2012届本科生毕业设计
第一章 绪 论
随着超大规模集成电路技术的提高,尤其单片机应用技术以其功能强大,价格低廉的显著特点,是全数字化测量转速系统得以广泛应用。
由于单片机在测量转速方面具有体积小,性能强,成本低的特点。
越来越受企业用户的青睐。
转速是工程中应用非常广泛的参数,其测量方法较多,而模拟量的采集和模拟量的处理一直是转速主要的测量方法,这种测量技术已经不能适应现代科技发展的需要。
在测量范围和精度上,已不满足大多数系统的使用。
随着大规模及超大规模集成电路技术的发展。
数字系统测量得到广泛的使用,特别是单片机对脉冲数字信号的强大处理能力,是的全数字测量系统越爱越普及,其转速测量系统也可以用数字化处理。
在测量范围和精度方面都有较大的提高。
设计全数字化测量转速系统,在工业控制和民用电器中都有较高的使用价值。
一方
面它可以应用与工业控制中的一部分,如数字机床的电机转速检测和控制,水泵流速控制以及需要利用转速测量来进行控制的许多场合,如车辆的里程表,车速表等。
另一方面由于该转速测量系统采用全数字结构,因而可以很方便的与工业控制机进行连接,实现远程管理和控制,进一步提高现代化水平。
1.1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增量式光电编码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
fx=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=m1fcm2,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³
100%=1N³
100%
(2)
18
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³
100%=1m0³
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%=1m2³
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。
它适用于高、低频信号(高、低转速信号)的测量。
但随着精度和频率的提高,采样周期将大大延长,并且判断m1也要延长采样周期,不适合实时测量。
根据以上的讨论,考虑到实际应用中需要测量的转速范围很宽,上述的转速测量方法难以满足要求,因此,研究高精度的转速测量方法,以同时适用于高、低转速信号的测量,不仅具有重要的理论意义,也是实际生产中的需要。
1.2转速测量原理
一般的转速长期测量系统是预先在轴上安装一个有60齿的测速齿盘,用变磁阻式或电涡流式传感器获得一转60倍转速脉冲,再用测频的办法实现转速测量。
而临时性转速测量系统,多采用光电传感器,从转轴上预先粘贴的一个标志上获得一转一个转速脉冲,随后利用电子倍频器和测频方法实现转速测量。
不论长期或临时转速测量,都可以在微处理器的参与下,通过测量转轴上预留的一转一齿的鉴相信号或光电信号的周期,换算出转轴的频率或转速。
即通过速度传感器,将转速信号变为电脉冲,利用微机在单位时间内对脉冲进行计数,再经过软件计算获得转速数据。
即:
n=N/(mT)
(1)
◆n———转速、单位:
转/分钟;
◆N———采样时间内所计脉冲个数;
◆T———采样时间、单位:
分钟;
◆m———每旋转一周所产生的脉冲个数(通常指测速码盘的齿数)。
如果m=60,那么1秒钟内脉冲个数N就是转速n,即:
n=N/(mT)=N/60³
1/60=N
(2)
◆通常m为60。
在对转速波动较快系统或要求动态特性好而精度高的转速测控系统中,调节周期一般很短,相应的采样周期需取得很小,使得脉冲当量增高,从而导致整个系统测量精度降低,难以满足测控要求。
提高采样速率通常就要减小采样时间T,而T的减小会使采到的脉冲数值N下降,导致脉冲当量(每个脉冲所代表的转速)增高,从而使得测量精度变得粗糙。
通过增加测速码盘的齿数可以提高精度,但是码盘齿数的增加会受到加工工艺的限制,同时会使转速测量脉冲的频率增高,频率的提升又会受到传感器中光电器或磁敏器或磁电器件最高工作频率的限制。
凡此种种因素限制了常规智能转速测量方法的使
用范围。
而采用本文所提出的定时分时双频率采样法,可在保证采样精度的同时,提高采样速率,充分发挥微机智能测速方法的优越性及灵活性。
本次课题以单片机AT89C51芯片为核心,通过光电编码器来检测电机的运转情况,进而实现对电机的转速测量,最后用LCD能直观的将转速显示给用户。
主要研究内容有:
1.光电编码器
2.单片机与外围设备的接口设计
3.LCD1602显示器
第二章 系统硬件设计
随着超大规模集成电路技术提高,尤其是单片机应用技术以及其功能强大,价格低廉的显著特点,使全数字化测量转速系统得以广泛应用。
出于单片机在测量转速方面具有体积小、性能强、成本低的特点,越来越受企业用户的青睐。
对测量转速系统的硬件和编程进行研究,设计出一种以单片机为主的转速测量系统,保证了精度。
AT89C51单片机
LCD1602显示器
信号采集采用光电编码器,在本设计方案中转轴每转一转,编码器将发出2000个脉冲,将脉冲信号输入单片机,利用单片机的计数、定时功能对脉冲信号进行分析,得到当前的转速。
在LCD1602上显示当前的实时转速。
信号传输显示图如图3-1所示
图2-1 信号传输显示图
2.1单片机模块设计
传感器信号输入
AT89C51
单片机
复位信号输入
LCD转速显示
时钟信号输入
从功能的需求考虑,整个单片机系统包括以下模块:
传感器信号输入、复位输入、时钟输入、和转速显示。
如图2-2所示
图2
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