【正文】 本次畢設(shè)的大量研究工作都是在席劍輝老師的精心指導(dǎo)下完成的，在我整個研究學(xué)習(xí)過程中， 都受到席老師的大量幫助。在日常生活中，洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)等都離不開電動機(jī)。直流電機(jī)在上述方面都具有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，使它得到廣泛的應(yīng)用。由于凌陽單片機(jī)與普通系列單片機(jī)有許多不同之處，它的編程語言與軟件開發(fā)環(huán)境均是自己獨(dú)立開發(fā)的，所以在進(jìn)行軟件編寫以前，必須對這些基礎(chǔ)知識認(rèn)真學(xué)習(xí)。而 SPCE061A 上電復(fù)位時 I/O 狀態(tài)為 “下拉輸入 ”，表現(xiàn)在端口上的電平狀態(tài)是0，因此會使直流電機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)動。 圖 選擇 Use ICE 按鈕 故障調(diào)試及解決方式 一、接口的 “VDD”已經(jīng)與 61 板的 “+”連接了，模組上電源顯示燈也已經(jīng)亮了，程序、按鍵均沒有問題，但是直流電機(jī)沒有轉(zhuǎn)動。 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析 本畢業(yè)設(shè)計的系統(tǒng)調(diào)試是在凌陽科技大學(xué)推出的 unSP 工具中實現(xiàn)的。按Key3 鍵返回 主程序。電機(jī)測速流程如下圖 所示： 主控程序 按鍵掃描 數(shù)碼管顯示 直流電機(jī)控 制制 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 電機(jī)測速流程 數(shù)碼管顯示 LED 數(shù)碼管采用逐位動態(tài)顯示方式，利用 4KHz 時基中斷進(jìn)行逐位掃描，使每個數(shù)碼管的顯示亮度均勻且感覺不到閃爍。 表 硬件部分所包括的模塊及實現(xiàn)功能 硬件模塊 實現(xiàn)功能 電機(jī)控制模組 控 制電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向 紅外測速模塊 紅外對管實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量 數(shù)碼管顯示模塊 顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 本章小結(jié) 本章主要介紹了凌陽 SPCE061A 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的電路及顯示測量轉(zhuǎn)速的顯示電路。其電路原理如圖 所示。 SPGT62C19B 芯片控制直流電機(jī) SPGT62C19B 是直流電機(jī)的驅(qū)動芯片，凌陽 SPCE061A 單片機(jī)通過 I/O 端口對SPGT62C19B 引腳進(jìn)行控制，即由輸入的邏輯電平來決定輸出脈沖的寬度及頻率，所以由這款芯片組 成的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)將脈沖發(fā)生器、脈沖分配器、脈沖放大器合為一體，省去了很多外圍器件?？梢詫⒛＝M提供的直流電機(jī)接在其中一組接口上。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 外接電源指示燈： SPGT62C19B 電機(jī)驅(qū)動芯片的邏 輯控制電源與電機(jī)驅(qū)動電源是各自獨(dú)立供電的，可以外接 5V12V 的電機(jī)驅(qū)動電源。 SPCE061A 精簡開發(fā)板（簡稱 61 板），是以凌陽 16 位單片機(jī) SPCE061A 為核心的精簡開發(fā)－仿真－實驗板， 61 板除了具備單片機(jī)最小系統(tǒng)電路外，還包括電源電路、音頻電路（含 MIC 輸入部分和 DAC 音頻輸出部分）、復(fù)位電路等，在掌握軟件設(shè)計的同時，熟悉單片機(jī)硬件的設(shè)計制作，鍛煉動手能力。直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)原理框圖如下圖 所示。編寫 switch case 語句通過按鍵來改變設(shè)定值。 M 法測速的工作是利用 4KHz 時基中斷，當(dāng)光柵轉(zhuǎn)盤的挖空部分經(jīng)過紅外對管時，與之連接的單片機(jī) I/O 口將輸入低電平；而光柵轉(zhuǎn)盤阻隔紅外對管時，該 I/O 口將入高電平。它涉及光電轉(zhuǎn)換、放大、整形、倍頻、計數(shù)、譯碼、顯示及計數(shù)、顯示之間時序關(guān)系的控制。該方法在高速時精度很高，只要能增加低速時的盤脈沖 ， 就能解決在低速時測量精度低的問題。在寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，測速誤差逐漸遞增，不均勻。而低速時分辨率變低；同步 M/T 法結(jié)合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較高的分辨率。的大小取決于測速元件的制造精度和測速方法。 (1) M 法測速的分辨率 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 在 M 法測速中，當(dāng)計數(shù)值由 1M 變?yōu)?1M ＋ 1 時，按式（ ）。由于 M/T 法的計數(shù)值 1M 和 2M都隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，高 速時，相當(dāng)于 M 法測速 ； 低速時， 1M ?1，自動進(jìn)入T 法測速。電動機(jī)每轉(zhuǎn) 一圈共產(chǎn)生 Z 個脈沖（ Z＝倍頻系數(shù) *光電脈沖發(fā)生器碼盤孔數(shù)或光柵數(shù)），把 f1 除以 Z 就得到電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，在習(xí)慣上，時間 Tc 以秒為單位，而轉(zhuǎn)速是以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù) r/min 為單位，則電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為： C1ZTM60?n （ ） 在上式中， Z 和 Tc 均為常數(shù)，因此轉(zhuǎn)速 n 正比于脈沖個數(shù) 1M 。 基本要求： （ 1）學(xué)習(xí)直流電機(jī)基本理論和知識，閱讀主要參考文獻(xiàn)，收集有關(guān)資料，復(fù)習(xí)自動化、計算機(jī)控制等相關(guān)知識，了解常規(guī)電機(jī)調(diào)速方法； （ 2）根據(jù)畢設(shè)任務(wù)要求學(xué)習(xí)數(shù)字測速方法并根據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行改進(jìn)，掌握基本的方案設(shè)計思路、軟件流程和相應(yīng)的實現(xiàn)方式； （ 3）掌握一種編程語言，編寫程序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)功能，細(xì)致調(diào) 試以達(dá)到預(yù)期效果，并會分析程序結(jié)果； （ 4）進(jìn)行模擬實驗； （ 5）撰寫論文 15000 字左右，翻譯 3000～ 5000 字外文資料。計數(shù)測速法又可分為機(jī)械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。 測速方法的發(fā)展 目前國內(nèi)外測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法很多，按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生 過模擬測速法 ( 如離心式轉(zhuǎn)速表、用電機(jī)轉(zhuǎn)矩或者電機(jī)電樞電動勢計算 所得 ) 、同步測速法 ( 如機(jī)械式或閃光式頻閃測速儀 ) 以及計數(shù)測速法。 V—M 系統(tǒng)中 V 是晶閘管可控硅整流器。 由于直流電動機(jī)具有優(yōu)良的起、制動性能，宜與在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速。其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡單，軟件功能完善，測量速度快、精度高、控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等。沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） I 摘 要 在工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合。 關(guān)鍵字： SPCE061A 單片機(jī)；轉(zhuǎn)速；傳感器 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） II Abstract In the project practice, measuring rotational speed is often necessary in many situations. Along with the wide application of microputer, especially with the emergence of high costeffective single chip microputer, the rotational speed is often measured by digital methods centered on single chip microputer. The design mainly use SPCE061A as the control core, and is made up of the Hall sensor, LED digital kinescope, HIN232CPE level conversion, and a SPGT62C19B motor control module. Introduce the serial munication of the data from rotational speed measuring system, which gives full scope to performance of SPCE061A. The key point of this paper is measuring the rotational speed and displaying it at 4bit LED. It has advantages such as simple hardware circuit, good software capabilities, fast measuring speed, high precision, reliable control system, high costeffective and so on. Keyword： SPCE061A singlechip puter； rotational speed。在軋鋼機(jī)、礦井卷機(jī)、挖掘機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控硅電力拖動的領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。它可以是單相、三相、或更多相數(shù)、半波、全波、半控、全控等類型，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)器裝置 GT 的開 展電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位、即可改變整流電壓的 Ud，從而實現(xiàn)平 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 滑調(diào)速。計數(shù)測速法又可分為機(jī)械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。 傳統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測多采用測速發(fā)電機(jī)或光電數(shù)字脈沖編碼器，也有采用電磁式 (利用電磁感應(yīng)原理或可變磁阻的霍爾元件等 )、電容式 (對高頻振蕩進(jìn)行幅值調(diào)制或頻率調(diào)制 )等，還有一些特殊的測速器是利用置于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的放射性材料來發(fā)生脈沖信號。 本文內(nèi)容及章節(jié)安排 本文對直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，共分六章。高速是 1M 大，量化誤差較小，隨著轉(zhuǎn)速的降低誤差增大，轉(zhuǎn)速過低時 1M 將小于 1，測速裝置便不能正常工作。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 M/T 測速 通過上面的分析可知： M 法測量轉(zhuǎn)速在極端情況下會產(chǎn)生 177。相應(yīng)的轉(zhuǎn)速由60M1/ZTc 變?yōu)?60（ M1＋ 1/） ZTc，則 M 法測速分辨率為 ： ? ? ZTZTMT 6060Z 1M60Q 11 ??? － （ ） 可見， M 法測速的分辨率與實際轉(zhuǎn)速的大小無關(guān)。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 （ 1） M 法測速誤差率 在 M 法測速中，測速誤差決定于 脈沖發(fā)生器的制造精度，以及脈沖發(fā)生器輸出脈沖前沿和測速時間采樣脈沖前沿不齊所造成的誤差等等，最多可能產(chǎn)生 1 個脈沖的誤差。從測量精度上看， T 法測速的 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 測 量精度隨著轉(zhuǎn)速的增加而減??； M 法的測速精度在高速時較高。這不利于在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)速控制。 本章小結(jié) 本章充分介紹了關(guān)于直流電機(jī)的測速系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，具體直流電機(jī)測速的分類、方法。電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)框圖如圖 所示。以 4KHz 作為采樣頻率，檢測該 I/O 端口的電平狀態(tài)并計數(shù)，即可通過一段時間內(nèi)的計數(shù)值計算出電機(jī)轉(zhuǎn)速。啟動電機(jī)，測速計數(shù)器加 1，定時計數(shù)器加 1。 圖 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的原理框圖 本章小結(jié) 本章主要講述了直流電流轉(zhuǎn)速測量及顯示方案的設(shè)定，直流電機(jī)控制轉(zhuǎn)速的方案的設(shè)定。而且它的體積小，采用電池供電，方便隨身攜帶。當(dāng)接通了電機(jī)驅(qū)動電源時，外接電源指示燈會點(diǎn)亮。 直流電機(jī)：電機(jī)型號為 310CA，工作電壓 3V12V，在 5V 電壓下空載轉(zhuǎn)速約4000 轉(zhuǎn) /分。 SPGT62C19B 的內(nèi)部由兩組完全相同的控制電路組成了兩路輸出通道。 圖 轉(zhuǎn)速測量電路 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 當(dāng)紅外發(fā)射管與紅外接收管之間被直流電機(jī)光柵轉(zhuǎn)盤的不透明部分遮擋時，紅外接收管處于截止?fàn)顟B(tài)，此時圖中的 SPEED 輸出高電平。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 5 測速系統(tǒng)軟件設(shè)計 總體軟件結(jié)構(gòu)框架 本方案的軟件系統(tǒng)主要包含下列模塊： （ 1）按鍵掃描：掃描 13鍵盤，獲取鍵值。 LED 數(shù)碼管的顯示流程如圖 所示： 測速計數(shù)值加 1 開始 返回 定時計數(shù)值加 1 檢測到低電平 保存電機(jī)轉(zhuǎn)速 測速計數(shù)值清 0 定時計數(shù)值清 0 到達(dá)定時時間 N N Y Y 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 LED 數(shù)碼管顯示流程 主程序流程 主程序在系統(tǒng)初始化（初始化時鐘、中 斷、變量等）之后，顯示默認(rèn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值，并等待按鍵輸入。方向設(shè)定子程序流程如下圖 所示： 閃爍顯示當(dāng)前速度設(shè)定值 開始 返回 等待按鍵 Key1 按下？ Key2 按下？ Key3 按下？ 轉(zhuǎn)速設(shè)定 值加 2 轉(zhuǎn)速設(shè)定 值減 2 Y N N Y Y N 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 方向設(shè)定子程序 電機(jī)啟動子程序控制電機(jī)按照設(shè)定的方式轉(zhuǎn)動。unSP 是凌陽科技提供的一個集成開發(fā)環(huán)境，它集程序的編輯、編譯、鏈接、調(diào)試和仿真等功能為一體。 原因分析與解決方法： 61 板的 “+”負(fù)責(zé)給 SPGT62C19B 芯片提供邏輯電源，而驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動的供電電源是與邏輯電源相分離的。 四、模組有兩組直流電機(jī)接口（ J11 和 J12） ，直流電機(jī)應(yīng)插在哪組接口上？ 解決方法：直流電機(jī)可以插在任意一組接口上，但應(yīng)