【正文】 就可以測量它的轉速 [4]。運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”，為“神州”系列飛船順列升空立下了汗馬功勞。 正是由于步進電機具有突出的優(yōu)點，所以成了機電一體化的關鍵產品之一，廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。就是說給一個電脈沖信號，電動機就轉過一個角度或者前進一步，其輸出轉角、轉速與輸入脈沖的個數(shù)、頻率有著嚴格的比例關系。 根據(jù)脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖速度和序列 ， 測量轉速和判別其轉動方向。不論是直流調速系統(tǒng)還是交流調速系統(tǒng) ， 只有轉速的高精度檢測才能得到高精度的控制系統(tǒng)。對于高等院校電子類和計算機類的學生，學習單片機是很重要的，而進行應用單片機的課程設計更是重中之重，將所學理論知識應用到實際，使更加全面的了解和掌握單片機的應用 [2]。 隨著科技的飛速發(fā)展，計算機應用技術日益滲透到社會生產生活的各個領域，而單片機的應用則起到了舉足輕重的 作用。 經過實物論證，此設計方案滿足課題要求。霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高（可達μ m 級）。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達－ 55℃～ 150℃。 [關鍵字 ]霍爾傳感器；單片機；數(shù)碼管；光報警 目 錄 1 序言 ............................................................ 1 課題研究的背景及意義 ....................................... 1 國內外的研究現(xiàn)狀綜述 ....................................... 1 2 速度測量方案論證 ................................................ 2 方案一 ..................................................... 2 方案二 ..................................................... 3 速度測量方案的確定 ......................................... 3 3 開關型霍爾傳感器介紹 ............................................ 4 開關型霍爾傳感器工作原理 ................................... 4 開關型霍爾傳感器的應用 ..................................... 4 4 單元模塊電路方案設計 ............................................ 5 系統(tǒng)硬件電路總體設計 ....................................... 5 速度檢測部分 ............................................... 5 單片機最小系統(tǒng) ............................................. 6 主控器 STC89C52 ...................................... 7 時鐘電路 ............................................. 9 復位電路 ............................................ 10 數(shù)碼顯示部分 .............................................. 10 LED 結構與原理 ....................................... 11 LED 顯示器顯示方式 .................................. 12 光報警裝置 ................................................ 13 下載部分 .................................................. 14 RS232 接口與單片機串行通信基本原理 .................. 14 RS232 串行通信接口電路 ............................. 14 5 軟件設計 ....................................................... 15 單片機程序設計的特點 ....................................... 15 程序總體設計流程圖 ......................................... 16 6. 速度測量軟、硬件調試 .......................................... 18 調試中出現(xiàn)的問題及解決方案 ................................. 19 結束語 ............................................................ 20 參考文獻 .......................................................... 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 基于單片機的步進電機速度測量系統(tǒng)設計 1 序言 課題研究的背景及意義 在工程實踐中，經常會遇到各種需要測量轉速的場合，例如在發(fā)動機、電動機、機床主軸等旋轉設備的試驗運轉和控制中，常需要分時或連續(xù)測量、顯示其轉速及瞬時速度。 單片機又稱單片微控制器，就是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。 在本次設計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 爾器件作為一種轉速測量系統(tǒng)的傳感器，具有結構牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便等優(yōu)點。在電機的轉速測量中 ， 影響測量精度的主要因素有兩個 ： 一是采 樣點的多少 ， 采樣點越多 ， 速度測量結果越精確 ， 尤其是對于低轉速的測量。根據(jù)脈沖計數(shù)來實現(xiàn)轉速測量的方法主要有 :M 法 （ 測頻法 ） 、 T 法 （ 測周期法 ） 和 M/T 法 （ 頻率 /基于單片機的步進電機速度測量系統(tǒng)設計 周期法 ） 。這些關系在負載能力范圍內不隨電源電壓、負載大小、環(huán)境條件等的變化而變化。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經濟領域都有應用。雖然與發(fā)達國家相比，我們我國的數(shù)控技術方面整體發(fā)展水平還比較低，但已經在我國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成。 基于單片機的步進電機速度測量系統(tǒng)設計 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 速度測量方案的確定 兩個方案的主體電路相同，只是傳感器的的選擇不同。 ，以增加測量的精度。 此處主要介紹開關型霍爾傳感器。這樣 2次高低電位變換，使霍爾傳感器完成了 1次開關動作 [5]。 規(guī)定用磁鐵的 S極接近開關型霍爾傳感器正面時形成的 B為正值，從圖 ：當 B =0時， V0為高； B=Bop時， V0立即變低，這點稱為“工作點”。 如圖 ， Brp 一 Bop稱為磁滯。 測量電機轉速的第一步就是要將電機地轉速表示為單片機可以識別的脈沖信號，從而進行脈沖計數(shù)。 在傳感檢測電路中將磁鋼安裝在電機的轉軸上，而霍爾傳感器則放在轉軸的旁邊，霍爾傳感器連接在電路中，當磁鋼隨轉軸經過霍爾傳感器時，由開關型霍爾傳感器的工作原理知，此時將輸出一個低電平信號；而當磁鋼離開霍爾傳感器后，又將輸出一個高電平。 基于單片機的步進電機速度測量系統(tǒng)設計 圖 單片機最小系統(tǒng) 主控器 STC89C52 本系統(tǒng)采用單片機 STC8952 作為主控制器，使用霍爾傳感器測量電機的轉速，最終在 LED上顯示測試結果。由于它的結構和指令功能都是按工業(yè)控制要求設計的，特別適用于工業(yè)控制及其數(shù)據(jù)處理場合。同時，在系統(tǒng)工作過程中，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系列單片機采用靜態(tài)時鐘方式，可以節(jié)省電能，這對于降低便攜式產品的功耗十分有用。用 89系列單片機設計的系統(tǒng)，可以反復進行系統(tǒng)試驗，每次試驗可以編入不同的程序，這樣可以保證用戶的系統(tǒng)設計達到最優(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的作用，時鐘電路如 圖 所示。 圖 復位電路 數(shù)碼顯示部分 顯示器是最常用的輸出設備，其種類繁多，但在單片機系統(tǒng)設計中常用的是發(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構簡單，價格便宜，接口電路容易實現(xiàn)，因而得到廣泛應用。 LED 可以分為共陰極和共陽極兩種結構，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 顯示器需要單獨占用 8根端口線， 因而，在數(shù)據(jù)較多時不采用此中設計，而是采用動態(tài)顯示方式。 圖 (b)4位動態(tài) LED顯示器電路 光報警裝置 為了保證步進電機的轉速在安全范圍內，本設計采用二極管作為超速的報警裝置，當其轉速超過設定上限時，二極管發(fā)光提醒步進電機的轉速已超過設定上限。當數(shù)據(jù)從 CPU 經過串行端口發(fā)送出去時，字 節(jié)數(shù)據(jù)轉換為串行的位。 RS232 串行通信 接口電路 本次課程設計串行通信接口電路如圖 所示 : 基于單片機的步進電機速度測量系統(tǒng)設計 圖 串行通信接口電路 5 軟件設計 單片機程序設計的特點 采用單片機 C語言編程具有很多的優(yōu)越性。可軟件的可靠性問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行失常，當發(fā)生這些錯誤或故障時，測控軟件要能夠不受影響，從錯誤或故障中恢復，保證系統(tǒng)的正常工作。 足夠的時序裕度 :時序是程序設計中必須考慮的問題。 本系統(tǒng)采用 STC89C52 中的 T0定時器和 T1 計數(shù)器配合使用對 轉速脈沖 定時 計數(shù)。 6. 速度測量軟、硬件調試 在這次設計過程中，大部分的時間都用在了調試上，調試又包括硬件調試和軟件調試。調試時就是寫一個空的 main 函數(shù)，然后在寫一個定時函數(shù)，通過設置斷點，全速運行一次程序將停在斷點處，此時可查看寄存器窗口 sec 中的值，在全速運行一次，再看 sec 中的值，就出兩次 sec 中的差值即為中斷定時器的時間。接下來就就是焊接傳感器電路部分，由于霍爾傳感器是要和電機接近，所以霍爾傳感器就焊接在另外一塊電路上，通過外部連線將其與單片機相連 [10]。不僅讓我對學過的單片機知識有了很多的鞏固，同時也對單片機這一門課程產生了更大的興趣。同時，在圖書館里、網上查閱資料，攻克了課程設計中的道道難題?？偟母惺苡幸韵聨追矫妫? 通過本次設計，我不但對單片機有了更為深入的了解，對一個課題如何畫流程圖，編程序等有了一定的認識。同時 這次做課程設計的經歷也使我受益匪淺，讓我知道做任何事情都應腳踏實地，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. 基于單片機的步進電機速度測量系統(tǒng)設計 附錄一：系統(tǒng)電路原理 基于單片機的步進電機速度測量系統(tǒng)設計 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。 //測速為 1，設定速度為 0 bit beforechange。c0。a0。c0。a0。b0。 } void