【正文】 就可以測(cè)量它的轉(zhuǎn)速 [4]。運(yùn)用的原理和光電耦合器是相同的 [3]。 其方框圖如圖 所示。其中華中數(shù)控系 統(tǒng)解決了“五軸聯(lián)動(dòng)”，為“神州”系列飛船順列升空立下了汗馬功勞。 正是由于步進(jìn)電機(jī)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，所以成了機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。就是說(shuō)給一個(gè)電脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度或者前進(jìn)一步，其輸出轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的個(gè)數(shù)、頻率有著嚴(yán)格的比例關(guān)系。 根據(jù)脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖速度和序列 ， 測(cè)量轉(zhuǎn)速和判別其轉(zhuǎn)動(dòng)方向。不論是直流調(diào)速系統(tǒng)還是交流調(diào)速系統(tǒng) ， 只有轉(zhuǎn)速的高精度檢測(cè)才能得到高精度的控制系統(tǒng)。對(duì)于高等院校電子類和計(jì)算機(jī)類的學(xué)生，學(xué)習(xí)單片機(jī)是很重要的，而進(jìn)行應(yīng)用單片機(jī)的課程設(shè)計(jì)更是重中之重，將所學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際，使更加全面的了解和掌握單片機(jī)的應(yīng)用 [2]。 隨著科技的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)日益滲透到社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，而單片機(jī)的應(yīng)用則起到了舉足輕重的 作用。 經(jīng)過(guò)實(shí)物論證，此設(shè)計(jì)方案滿足課題要求?；魻栭_(kāi)關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)μ m 級(jí)）。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)－ 55℃～ 150℃。 [關(guān)鍵字 ]霍爾傳感器；單片機(jī)；數(shù)碼管；光報(bào)警 目 錄 1 序言 ............................................................ 1 課題研究的背景及意義 ....................................... 1 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀綜述 ....................................... 1 2 速度測(cè)量方案論證 ................................................ 2 方案一 ..................................................... 2 方案二 ..................................................... 3 速度測(cè)量方案的確定 ......................................... 3 3 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器介紹 ............................................ 4 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器工作原理 ................................... 4 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的應(yīng)用 ..................................... 4 4 單元模塊電路方案設(shè)計(jì) ............................................ 5 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì) ....................................... 5 速度檢測(cè)部分 ............................................... 5 單片機(jī)最小系統(tǒng) ............................................. 6 主控器 STC89C52 ...................................... 7 時(shí)鐘電路 ............................................. 9 復(fù)位電路 ............................................ 10 數(shù)碼顯示部分 .............................................. 10 LED 結(jié)構(gòu)與原理 ....................................... 11 LED 顯示器顯示方式 .................................. 12 光報(bào)警裝置 ................................................ 13 下載部分 .................................................. 14 RS232 接口與單片機(jī)串行通信基本原理 .................. 14 RS232 串行通信接口電路 ............................. 14 5 軟件設(shè)計(jì) ....................................................... 15 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn) ....................................... 15 程序總體設(shè)計(jì)流程圖 ......................................... 16 6. 速度測(cè)量軟、硬件調(diào)試 .......................................... 18 調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案 ................................. 19 結(jié)束語(yǔ) ............................................................ 20 參考文獻(xiàn) .......................................................... 21 附錄一：系統(tǒng)電路原理 .............................................. 22 附錄二：系統(tǒng)仿真圖 ................................................ 23 附錄三：源程序 .................................................... 23 致謝 .............................................................. 31 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)速度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 序言 課題研究的背景及意義 在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中，常需要分時(shí)或連續(xù)測(cè)量、顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)速度。 單片機(jī)又稱單片微控制器，就是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。 在本次設(shè)計(jì)中也用到了一些常用的數(shù)字電子單元元件，如霍爾傳感器， 霍 爾器件作為一種轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的傳感器，具有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。在電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量中 ， 影響測(cè)量精度的主要因素有兩個(gè) ： 一是采 樣點(diǎn)的多少 ， 采樣點(diǎn)越多 ， 速度測(cè)量結(jié)果越精確 ， 尤其是對(duì)于低轉(zhuǎn)速的測(cè)量。根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法主要有 :M 法 （ 測(cè)頻法 ） 、 T 法 （ 測(cè)周期法 ） 和 M/T 法 （ 頻率 /基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)速度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 周期法 ） 。這些關(guān)系在負(fù)載能力范圍內(nèi)不隨電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件等的變化而變化。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。雖然與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我們我國(guó)的數(shù)控技術(shù)方面整體發(fā)展水平還比較低，但已經(jīng)在我國(guó)占有非常重要的地位，并起了很大的作用。 在該方案中傳感器是由紅外發(fā)光二極管，和紅外光敏三極管構(gòu)成。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)速度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 方案一方框圖 方案二 此方案也由 傳感器、處理器和顯示 3 個(gè)部分 幾部分組成，但所選擇的傳感器類型不同 ,其方框圖如圖 所示。 圖 方案二方框圖 速度測(cè)量方案的確定 兩個(gè)方案的主體電路相同，只是傳感器的的選擇不同。 ，以增加測(cè)量的精度。 此處主要介紹開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器。這樣 2次高低電位變換，使霍爾傳感器完成了 1次開(kāi)關(guān)動(dòng)作 [5]。 規(guī)定用磁鐵的 S極接近開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器正面時(shí)形成的 B為正值，從圖 ：當(dāng) B =0時(shí)， V0為高； B=Bop時(shí)， V0立即變低，這點(diǎn)稱為“工作點(diǎn)”。 如圖 ， Brp 一 Bop稱為磁滯。 測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一步就是要將電機(jī)地轉(zhuǎn)速表示為單片機(jī)可以識(shí)別的脈沖信號(hào)，從而進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。 在傳感檢測(cè)電路中將磁鋼安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，而霍爾傳感器則放在轉(zhuǎn)軸的旁邊，霍爾傳感器連接在電路中，當(dāng)磁鋼隨轉(zhuǎn)軸經(jīng)過(guò)霍爾傳感器時(shí)，由開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的工作原理知，此時(shí)將輸出一個(gè)低電平信號(hào)；而當(dāng)磁鋼離開(kāi)霍爾傳感器后，又將輸出一個(gè)高電平。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)速度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 主控器 STC89C52 本系統(tǒng)采用單片機(jī) STC8952 作為主控制器，使用霍爾傳感器測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終在 LED上顯示測(cè)試結(jié)果。由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，特別適用于工業(yè)控制及其數(shù)據(jù)處理場(chǎng)合。同時(shí)，在系統(tǒng)工作過(guò)程中，能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響到信息的保存。 89系列單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，可以節(jié)省電能，這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。用 89系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)，每次試驗(yàn)可以編入不同的程序，這樣可以保證用戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)。 19 腳 (XTAL1)為振蕩器。晶振頻率為12MHz，電容大小為 15~30pF，電容的大小可以起到頻率微調(diào)的作用，時(shí)鐘電路如 圖 所示。 圖 復(fù)位電路 數(shù)碼顯示部分 顯示器是最常用的輸出設(shè)備，其種類繁多，但在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的是發(fā)光二極管顯示器（ LED）和液晶顯示器（ LCD）兩種，由于這兩種顯示器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，接口電路容易實(shí)現(xiàn)，因而得到廣泛應(yīng)用。 LED 可以分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)，如圖 (a)和圖 (b) 所示。里 07即為數(shù)字 7 的段選碼。如圖 (a)所示為 4位靜態(tài) LED 顯示電路。從下圖可以看出，每位 LED 顯示器需要單獨(dú)占用 8根端口線， 因而，在數(shù)據(jù)較多時(shí)不采用此中設(shè)計(jì)，而是采用動(dòng)態(tài)顯示方式。 圖 (b)4位動(dòng)態(tài) LED顯示器電路 光報(bào)警裝置 為了保證步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在安全范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)采用二極管作為超速的報(bào)警裝置，當(dāng)其轉(zhuǎn)速超過(guò)設(shè)定上限時(shí)，二極管發(fā)光提醒步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速已超過(guò)設(shè)定上限。當(dāng)數(shù)據(jù)從 CPU 經(jīng)過(guò)串行端口發(fā)送出去時(shí)，字 節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位。 RS232 串行通信 接口電路 本次課程設(shè)計(jì)串行通信接口電路如圖 所示 : 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)速度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 串行通信接口電路 5 軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 采用單片機(jī) C語(yǔ)言編程具有很多的優(yōu)越性?？绍浖目煽啃詥?wèn)題常常容易被人們忽視。使數(shù)據(jù)采集不可靠控制失靈或程序運(yùn)行失常，當(dāng)發(fā)生這些錯(cuò)誤或故障時(shí)，測(cè)控軟件要能夠不受影響，從錯(cuò)誤或故障中恢復(fù)，保證系統(tǒng)的正常工作。 足夠的時(shí)序裕度 :時(shí)序是程序設(shè)計(jì)中必須考慮的問(wèn)題。 本系統(tǒng)采用 STC89C52 中的 T0定時(shí)器和 T1 計(jì)數(shù)器配合使用對(duì) 轉(zhuǎn)速脈沖 定時(shí) 計(jì)數(shù)。 6. 速度測(cè)量軟、硬件調(diào)試 在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，大部分的時(shí)間都用在了調(diào)試上，調(diào)試又包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。調(diào)試時(shí)就是寫(xiě)一個(gè)空的 main 函數(shù)，然后在寫(xiě)一個(gè)定時(shí)函數(shù)，通過(guò)設(shè)置斷點(diǎn)，全速運(yùn)行一次程序?qū)⑼Ｔ跀帱c(diǎn)處，此時(shí)可查看寄存器窗口 sec 中的值，在全速運(yùn)行一次，再看 sec 中的值，就出兩次 sec 中的差值即為中斷定時(shí)器的時(shí)間。接下來(lái)就就是焊接傳感器電路部分，由于霍爾傳感器是要和電機(jī)接近，所以霍爾傳感器就焊接在另外一塊電路上，通過(guò)外部連線將其與單片機(jī)相連 [10]。不僅讓我對(duì)學(xué)過(guò)的單片機(jī)知識(shí)有了很多的鞏固，同時(shí)也對(duì)單片機(jī)這一門課程產(chǎn)生了更大的興趣。同時(shí)，在圖書(shū)館里、網(wǎng)上查閱資料，攻克了課程設(shè)計(jì)中的道道難題。總的感受有以下幾方面： 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我不但對(duì)單片機(jī)有了更為深入的了解，對(duì)一個(gè)課題如何畫(huà)流程圖，編程序等有了一定的認(rèn)識(shí)。同時(shí) 這次做課程設(shè)計(jì)的經(jīng)歷也使我受益匪淺，讓我知道做任何事情都應(yīng)腳踏實(shí)地，刻苦努力地去做，只有這樣，才能做好。仿真 [M].北京：高等教育出版社，2021. 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)速度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 附錄一：系統(tǒng)電路原理 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)速度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 附錄二：系統(tǒng)仿真圖 附錄三：源程序 include define uchar unsigned char define uint unsigned int uchar code fan[]={0xfc,0xf9,0xf3,0xf6}。 // 共陽(yáng)極碼 uchar led[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00}。 sbit P3_1=P3^1。 sbit xsqh=P1^3。 sbit jiansu100=P1^7。 //百位 sbit P3_7=P3^7。 uchar T1count,beforecount,aftercount。 //測(cè)速為 1，設(shè)定速度為 0 bit beforechange。c0。a0。c0。a0。b0。 } void