【正文】 路 ,在二次儀表上可直觀地獲得鋼管的在線速度 ,為實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制提供可靠依據(jù) [4]?；诩铀俣扔?jì)的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法 ,給出了硬件電路的設(shè)計(jì)和測試原理。 在異步 電機(jī)矢量控 制等電機(jī)控制的研制過程中，為了得到電機(jī)的運(yùn)行工況，更好地研究 異步 電機(jī)矢量控制方案和記錄、分析實(shí)際運(yùn)行效果，需要對(duì)異步電機(jī)的各種信號(hào)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、分析、顯示。 的 定時(shí) 器 /計(jì)數(shù)器進(jìn)行設(shè)置，設(shè)計(jì) 、 說明定時(shí) 器 /計(jì)數(shù)器在 ―M‖法測量中的作用和使用方法， 并且 討論測量 轉(zhuǎn)速 的精度問題。磁電傳感器的測頭通過對(duì) 12 個(gè)磁鋼的旋轉(zhuǎn)的測量，產(chǎn)生變化的電壓正弦信號(hào)。調(diào)用兩字節(jié)二進(jìn)制 三字節(jié)十進(jìn)制（ BCD）轉(zhuǎn)換子程序 BCD，再調(diào)用十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成非壓縮 BCD程序 CBCD、最后調(diào)用查表程序送顯示。因此，為了提高測量精度， T 要有足夠長的時(shí)間。 TP由 定時(shí)器 測量得到 。測速時(shí)間 Td 由脈沖發(fā)生器脈沖來同步，即 Td 等于 m1 個(gè)脈沖周期。速度通過計(jì)數(shù)脈沖編碼器在一個(gè)固定的時(shí)間間隔來測定；計(jì)數(shù)器的值和速度是成正比的。在低轉(zhuǎn)速范圍，它比 T 方法具有較長的時(shí)間。 磁電傳感器的結(jié)構(gòu) 常見的磁電傳感器有變磁通式和恒磁通式兩種， 如圖 圖 9 所示： 圖 8 變磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)圖 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 36 頁 圖 9 恒磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)圖 磁電傳感器的應(yīng)用 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的工作方式?jīng)Q定了它有很強(qiáng)的抗干擾性，能夠在煙霧、油氣、水汽等環(huán)境中工作。如下圖 10 所示，磁電傳感器采集的信號(hào)首先傳入放大電路，經(jīng)過 9013 的 NPN 型三極管，將磁電傳感器采集的正弦信號(hào)進(jìn)行放大。精度要求不高時(shí)，可選擇使用 內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測試為準(zhǔn) （ 13） 共 4 個(gè) 16 位定時(shí)器，兩個(gè)與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ,16 位定時(shí)器 T0 和T1，沒有定時(shí)器 2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器；做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上 2 路PCA 模塊可再實(shí)現(xiàn) 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 （ 14） 2 個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由 T0 的溢出在 ，可由 T1 的溢出在 輸出時(shí)鐘 （ 15） 外部中斷 I/O 口 7 路 ,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 ,并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊， Power Down 模式可由外部中斷喚醒， INT0/, INT1/, T0/,T1/,RxD/,CCP0/(也可通過寄存器設(shè)置到 ), CCP1/ (也可通過寄存器設(shè)置到 ) （ 16） PWM(2 路） /PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列 ,2 路） 也可用來當(dāng) 2 路 D/A 使用 也可用來再實(shí)現(xiàn) 2 個(gè)定時(shí)器 也可用來再實(shí)現(xiàn) 2 個(gè)外部中斷 (上升沿中斷 /下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持 ) （ 17） A/D 轉(zhuǎn)換 ,10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 250K/S(每秒鐘 25 萬次 ) （ 18） 通用全雙工異步串行口 (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定時(shí)器或 PCA 軟件實(shí)現(xiàn)多串口 （ 19） STC12C5A60S2 系列有雙串口，后綴有 S2 標(biāo)志的才有雙串口， RxD2/(可通過寄存器設(shè)置到 )， TxD2/(可通過寄存器設(shè)置到 ) （ 20） 工作溫度范圍： 40 +85℃ (工業(yè)級(jí) ) / 0 75℃ (商業(yè)級(jí) ) 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 36 頁 圖 15 STC12C5A60S2 單片機(jī)管腳圖 管腳說明： 1） VCC：供電電壓； 2） GND：接地； 3） P0： P0 口既可作為輸入 /輸出口，也可作為地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 的外部輸入，定時(shí)器 0 下降沿中斷。 10） XTAL2：內(nèi)部時(shí)鐘電路反相放大器輸出端，接外部晶振的另一端。 STC12C5A60S2 單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的典型值為 12MHZ 。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 36 頁 圖 17 STC12C5A60S2 單片機(jī)晶振圖 顯示電路 因?yàn)槲⒐摹Ⅲw積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等特點(diǎn)，所以我們選用了 LCD1602液晶顯示屏。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板設(shè)置的初始值為 50 轉(zhuǎn) /秒， K1 和 K2 兩個(gè)按鍵用來對(duì)初始值進(jìn)行加減，按一下 K1 時(shí)，初始值減 1；按一下 K2 時(shí)，初始值加 1。 圖 23 蜂鳴器電路原理圖 蜂鳴器的電路原理圖如圖 23 所示，當(dāng)單片機(jī)流過的電壓足夠讓基極擊穿時(shí)，電流流過基極 —集電極，蜂鳴器才能實(shí)行報(bào)警。 上電后的調(diào)試： 在確保硬件電路正常，無異常情況時(shí)方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗(yàn)電路是否接錯(cuò)。 圖 24 計(jì)算程序流程圖 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路 計(jì)算轉(zhuǎn)速公式： n=60/NTc (r/min) 其中， N 是內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，為三字節(jié)，分別由 TH0， TL0， VTT 構(gòu)成； Tc為時(shí)基，由于采用 的晶振，所以 Tc 不在是 1um，而是 12M/ 約為，帶入上面公式，即可得到轉(zhuǎn)速的精確計(jì)算公式： n=60*11059200/12N=55296000/N 再將 55296000 化為二進(jìn)制存入單片機(jī)的內(nèi)存單元。 開 始 返 回 被除數(shù)初始化 調(diào)用除法程序 讀取定時(shí)值 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 36 頁 圖 26 除法程序 流程圖 顯示程序 單片機(jī)顯示部分可以用來顯示計(jì)算出來的數(shù)據(jù)的。如果這樣的轉(zhuǎn)速仍不能滿足要求，那么還可以采用軟件計(jì)數(shù)器的方法，進(jìn)一步擴(kuò)大其上限，這樣，其上限僅取決于定時(shí) /計(jì)數(shù)器的最大允許輸入頻率，而采用 的晶振，定時(shí) /計(jì)數(shù)器的最大允許頻率約可達(dá)到500KHZ，考慮到測量的對(duì)象的特性，因此，可以認(rèn)為，采用 M 法進(jìn)行測量，其上限足夠使用。作用是把磁電傳感器采集的電壓信號(hào)經(jīng)過放大整形電路輸入單片機(jī) 4） 磁電傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過放大整形電路送入單片機(jī)， STC12C5A60S2 單片機(jī)對(duì)整形的方波進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，然后通過計(jì)算公式， LCD 液晶顯示屏顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速 根據(jù)實(shí) 驗(yàn)室固有的磁電傳感器，以及設(shè)計(jì)的電機(jī)測速系統(tǒng)方案，我們可以測量輸入的電壓和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，如表 1 所示： 表 1 電壓和轉(zhuǎn)速之間關(guān)系的對(duì)應(yīng)表 電壓 V 6 8 10 12 14 16 18 20 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn) /秒 10 15 21 26 31 36 40 43 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁 共 36 頁 輸入的電壓和電機(jī)的轉(zhuǎn)速入圖 30 所示，基本成正比關(guān)系。轉(zhuǎn)眼間，畢業(yè)設(shè)計(jì)已將近尾聲，在此我要感謝我的指導(dǎo)老師李云峰。 還要感謝同學(xué)四年來對(duì)我的關(guān)心與支持，感謝各位老師在學(xué)習(xí)期間對(duì)我的嚴(yán)格要求。 //2：定時(shí)器 0 的溢出。 // =10pure input, 11open drain sfr P0M1 = 0x93。 define PCA_ECF 0 //1: 允許 PCA 計(jì)數(shù)器溢出中斷， 0: 禁止 sfr P1M1 = 0x91。 //0：系統(tǒng)時(shí)鐘 Fosc/12。此外，很感謝王子寒同學(xué)對(duì)我電路板焊接的指導(dǎo)，以及協(xié)助我檢查電路板的焊接情況，找出了 LCD 顯示屏和排阻的焊接錯(cuò)誤。 （ 5）后來在接信號(hào)發(fā)生器時(shí)候要是接正弦波時(shí)候一樣發(fā)生不穩(wěn)定跳轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，由此可以推測，在傳感器輸入的信號(hào)不是理想的方波，而且電平值不夠大，所以在磁電傳感器信號(hào)輸出端接濾波電容以及一個(gè) 10K的上拉電阻就可以解決問題了。當(dāng)然，如果要制作全量程專用測速計(jì)， 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁 共 36 頁 這樣的電路還是無法完全滿足需要，此時(shí)，就要用到其他的一些方法。 測速范圍 軟件設(shè)計(jì)中，采用的閘門時(shí)間是 1s， T0 的最大計(jì)數(shù)值是 65536，因此，最大的計(jì)數(shù)量應(yīng)該是在 ls 內(nèi)不超過 65535，這樣，即可算出最高計(jì)數(shù)頻率 L?？梢哉f是核心部分 ，流程圖如圖 25 所示： 圖 25 計(jì)算程序流程圖 二 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序 計(jì)算程序計(jì)算出來的數(shù)據(jù)為二進(jìn)制，存到 50H、 51H 單元中以便發(fā)送程序中調(diào)用傳送數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可識(shí)別二進(jìn)制，然而，我們需要在 LED 上顯示，查表程序需要拆分的 BCD 碼，所以二進(jìn)制必須先轉(zhuǎn)換成 BCD 后才能拆分。檢查 8個(gè)對(duì)接的焊接部分是否短路，上電后 LCD數(shù)碼管能否正常顯示。 根據(jù) PROTEL軟件自動(dòng)生成 PCB電路板，對(duì)照 PROTEL制作的 PCB確保要和原理圖上的圖 一致，對(duì)于 LCD數(shù)碼管的連接部分，特別是 LCD引腳和排阻之間的焊接，更要仔細(xì)，確保不發(fā)生短路現(xiàn)象。有源蜂鳴器和無源蜂鳴器如圖 22 所示： 圖 22 有源蜂鳴器和無源蜂鳴器 由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的 I/O 口是無法直接驅(qū)動(dòng)的（但AVR 可以驅(qū)動(dòng)小功 率蜂鳴器），所以要利用放大電路來驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來放大電流就可以了。 單片機(jī)和 LCD1602 的接線圖如圖 20 所示， 圖 20 單片機(jī)和 LCD 接線圖 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 36 頁 按鍵電路 本設(shè)計(jì)裝有報(bào)警裝置。 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 逆向思考， 運(yùn)行速度快 那么 存儲(chǔ)器的速度 也 就要求高，對(duì)印制電路板工藝 的 要求也高，即要求線 間 寄生的電容要小；電容和晶振應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定，可靠地工作。將 RST 復(fù)位管腳拉高并維持至少 24 個(gè)時(shí)鐘加 10us 后，單片機(jī)會(huì)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，將 RST 復(fù)位管腳拉回低電平后，單片機(jī)結(jié)束復(fù)位狀態(tài)并從用戶程序區(qū)的 0000H 處開始正常工作。 9） XTAL1：內(nèi)部時(shí)鐘電路反相放大器輸入端，接外部晶振的一個(gè)引腳。當(dāng) P2 口作為輸入 /輸出口時(shí)， P2 是一個(gè) 8 位準(zhǔn) 雙向口。 圖 14 STC12C5A60S2 單片機(jī)示意圖 STC12C5A60S2 單片機(jī) 簡介 [12] 主要特點(diǎn)： （ 1） 增強(qiáng)型 8051 CPU， 1T，單時(shí)鐘 /機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 （ 2） 工作電壓： STC12C5A60S2 系列工作電壓： （ 5V 單片機(jī)） （ 3） 工作頻率范圍： 035MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 420MHz （ 4） 用戶應(yīng)用程序空間 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字節(jié) ...... 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 36 頁 （ 5） 片上集成 1280 字節(jié) RAM （ 6） 通用 I/O 口（ 36/40/44 個(gè) ），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，推挽 /強(qiáng)上拉，僅為輸入 /高阻，開漏，每個(gè) I/O口 的 驅(qū)動(dòng)能力 都 可達(dá) 20mA，但 是 整個(gè)芯片不要 大于 55mA （ 7） ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需編程器，無需仿真器。 實(shí)驗(yàn)室所用的磁電傳感器輸出的信號(hào)偏小，不足以讓單片機(jī)準(zhǔn)確的讀取。因此它是一種機(jī) —電能量變換型傳感器，不需要 外加 電源，電路簡單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗 很 小， 而且 具有一定的頻率響應(yīng)范圍（一般為 10Hz~200Hz），適用于轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、扭矩等測量 [10] 。在比較與 T 和 M 方法，檢測時(shí)間與法 M/T 中具有不同的特點(diǎn)。解決這個(gè)高分 辨率要在較低的速度范圍，但代價(jià)是檢測時(shí)間長；然而，隨著速度的增加，分辨率會(huì)降低。 ―M/T‖法采用三個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，同時(shí)對(duì)輸入脈沖、高頻脈沖（由振蕩器產(chǎn)生） 和 預(yù)