【正文】 本章小結(jié) ............................................................................................................... 22 5 測速系統(tǒng)軟件設(shè)計 .......................................................................................................... 23 總體軟件結(jié)構(gòu)框架 ................................................................................................ 23 各模塊單元軟件框架 ............................................................................................ 23 直流電機(jī)測速 .............................................................................................. 23 數(shù)碼管顯示 .................................................................................................. 24 主程序流程 .................................................................................................. 25 本章小結(jié) ................................................................................................................ 30 6 系統(tǒng)總體調(diào)試和結(jié)果分析 .............................................................................................. 31 系統(tǒng)調(diào)試與 結(jié)果分析 ............................................................................................ 31 故障調(diào)試及解決方式 ............................................................................................ 32 聯(lián)調(diào)結(jié)果 ................................................................................................................ 33 結(jié) 論 ................................................................................................................................. 36 社會經(jīng)濟(jì)效益分析 ............................................................................................................. 37 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 38 致 謝 ............................................................................................................................... 39 附錄 ? SPCE061A 系統(tǒng)原理圖 ............................................................................................ 40 附錄 ??單片機(jī)程序 ............................................................................................................... 41 附錄Ⅲ 元器件清單 ........................................................................................................... 51 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒 論 轉(zhuǎn)速測量 在 電機(jī)運(yùn)行的過程中，對其平穩(wěn)性進(jìn)行監(jiān)測，有效地反映電機(jī)的狀況。近年來交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動控制系統(tǒng)畢竟在理論上和在時間上都比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大的提高，而且在技術(shù)性能上也顯示較大的優(yōu)越性，晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在 104 以上，其門極電流可以直接用晶體三極管來開展，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大裝置。 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) 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 生脈沖信號。其中應(yīng)用最廣的是光電式，光電式測速系統(tǒng)具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點(diǎn)。第 1 章簡要介紹了課題相關(guān)的的研究背景 及 整個任務(wù)的要求安排及 ；第 2 章是針對此次課題的任務(wù)進(jìn)行總體方案介紹；第 3 章具體介紹了直流電機(jī)測速系統(tǒng)的總體方案設(shè)定，包括直流電機(jī)的測速方案、顯示方案，直流電機(jī)的控制方案的設(shè)計；第 4 章闡述了直流電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括 SPCE061A 最小系統(tǒng)， SPGT62C19B 電機(jī) 驅(qū)動芯片，轉(zhuǎn)速測量電路，數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計；第 5 章闡述了直流電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，包括轉(zhuǎn)速測量子程序 ，數(shù)碼管顯示子程序的設(shè)計；第 6 章是針對硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和整機(jī)連調(diào)的結(jié)果進(jìn)行了具體的分析和說明。所以 M 法測速只適用于高速段。1 個轉(zhuǎn)速脈沖的誤差，而 T 法在極端情況下，時間的測量會產(chǎn)生 177。從式（ ）還可看出，要提高分辨率（即減小 Q），必須增大 Tc 或 Z。因此， M 法測速誤差率的最大值為 ? ?1 0 0 %M11 0 0 %ZT6 0 MZT1M60ZT6 0 M1C1C1c1m a x ????－—? （ ） 由上式可知， δmax 與 M1 成反比，即轉(zhuǎn)速愈低， M1 愈小，誤差率愈大。而在低速時變低；同步 M/T 法的測速精度介于二者之間。 3) 同步 M/T 法和 T 法一樣，計數(shù)時鐘都利用單片機(jī)內(nèi)部定時器的時鐘很難做到與轉(zhuǎn)速脈沖同步， 即使做到與轉(zhuǎn)速脈沖同步，測量的計數(shù)誤差也會給測量精度帶來影響。在本章中 經(jīng) 過比較決定運(yùn)用數(shù)字測速中的 M 法 進(jìn)行試驗。 圖 電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)框圖 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 直流電機(jī)測速系統(tǒng)硬件方案論證 本系統(tǒng)由一塊 SPCE061A 精簡開發(fā)板（ 61 板）和一塊電機(jī)控制模組構(gòu)成，以 SPCE061A 為核心，包括電機(jī)驅(qū)動、按鍵、 LED 數(shù)碼管等模塊。同時將轉(zhuǎn)速反饋到單片機(jī)中，顯示轉(zhuǎn)速的結(jié)果實現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速 。達(dá)到給定時間，計算電機(jī)轉(zhuǎn)速并保存電機(jī)轉(zhuǎn)速，測速計數(shù)器清零，定時計數(shù)器清零。 P 控制器 電機(jī) 測速 D/A A/D 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 4 測速系統(tǒng)硬件設(shè)計 本系統(tǒng)采用 SPCE061A 單片機(jī)作為主控制器，采用 61 板配備的 3 個按鍵作為輸入部分，直流電機(jī)及其驅(qū)動電路采用凌陽大學(xué)提供的 “電機(jī)控制模組 ”。 61 板上有調(diào)試器接口（ Probe 接口）以及下載線（ EZ_Probe）接口， 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 分別可接凌陽科技的在線調(diào)試器、簡易下載線，配合 unSPIDE，可方便地在板上實現(xiàn)程序的下載、在線仿真調(diào)試。 外接電源插座：為 SPGT62C19B 提供電機(jī)驅(qū)動電源的插座。 光柵轉(zhuǎn)盤和紅外對管：在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安置了光柵轉(zhuǎn)盤，可用來測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，也可便于觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)動情況。其中一路通道的控制電路原理如圖 所示。反之，當(dāng)光柵轉(zhuǎn)盤的通光槽轉(zhuǎn)至紅外對管之間時，紅外接收管處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時 SPEED 輸出低電平。 （ 2）數(shù)碼管顯示： LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動程序。當(dāng)有鍵按下后，調(diào)用對應(yīng)的子程序，完成特定的功能。在轉(zhuǎn)動過程中可按 Key1 和Key2 鍵對轉(zhuǎn)速設(shè)定值進(jìn)行增減， Key3 鍵使電機(jī)停止，并返回主程序。具有較好的交互界面、菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表等，使程序設(shè)計工作更加 方便、高效。這樣可以保證 61 板和電機(jī)各自供電充足，也降低了電機(jī)對邏輯電路部分的干擾。 聯(lián)調(diào)結(jié)果 經(jīng)過以上調(diào)試檢查，硬件電路板如下圖 所示，圖 和圖 是 LED 顯示直流電機(jī)轉(zhuǎn)速。首先編寫每個模塊的程序，然后在 unSP 集成開發(fā)環(huán)境中模擬仿真，進(jìn)行調(diào)試，在確認(rèn)每個模塊都沒有錯誤以后，編寫主程序，進(jìn)行整體調(diào)試。硬件部分由凌陽科技公司提供，價格實惠且應(yīng)用靈活方便，非常適合畢業(yè)設(shè)計。隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，工業(yè)自動化水平不斷提高，各種自動控制系統(tǒng)中也日益廣泛地應(yīng)用各種控制電機(jī)。至此論文完成之際，謹(jǐn)向席老師致以最崇高的謝意！再一次向她表示衷心的感謝，感謝她為我營造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)上的無私幫助！最后也感謝給與我?guī)椭^的老師們。由于畢業(yè)設(shè)計的要求有些有很大的難處，所以使我在近半學(xué)期的時間里翻閱了更多關(guān)于單片機(jī)的資料，讓我充實了學(xué)習(xí)方面的不足之處。在工業(yè)生產(chǎn)方面，廣泛地運(yùn)用各種電動機(jī)拖動各種生產(chǎn)機(jī)械；在交通運(yùn)輸中 ，鐵道機(jī)車和城市電車是由牽引電機(jī)拖動的；在航運(yùn)和航空中，使用船舶電機(jī)和航空電機(jī)。這就要求人們采用一定的方法來檢測點(diǎn)擊的轉(zhuǎn)速從而來改變機(jī)組的轉(zhuǎn)速，稱為調(diào)速。只有充分了解各部分之間的關(guān)系才能從整體上理解并掌握相關(guān)知識，以便更好地達(dá)到控制要求。最好用 5V 穩(wěn)壓電源為 61 板供電。 圖 硬件連接示意圖 在 IDE 的工具欄中選中綠色的 “Use ICE”按鈕（如圖 所示），然后按 F8 鍵對程序進(jìn)行 Build 和下載。由于硬件和軟件的研制是相對獨(dú)立進(jìn)行的，因此軟件調(diào)試是在硬件完成之前，而硬件也是在無完整軟件情況下進(jìn)行調(diào)試的。轉(zhuǎn)速設(shè)定子程序流程如下圖 所示： 系統(tǒng)初始化 開始 顯示當(dāng)前設(shè)定的轉(zhuǎn)速 等待按鍵 Key1 按下？ Key2 按下？ Key3 按下？ 調(diào)用轉(zhuǎn)速設(shè)定子程序 調(diào)用方向設(shè)定子程序 調(diào)用電機(jī)啟動子程序 Y N 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） 27 圖 轉(zhuǎn)速設(shè)定子程序 方向設(shè)定子程序與轉(zhuǎn)速設(shè)定類似，數(shù)碼管顯示滾動的 “”，滾動方向代表當(dāng)前設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)動方向。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 口將輸入高電平。 圖 數(shù)碼管顯示電路 取單片機(jī)的 8 位 I/O 作為數(shù)碼管的 “段控制 ”口，連接到數(shù)碼管的 A～ H 這 8 個段控制腳；再用 4 位 I/O 作為數(shù)碼管的 “位控制 ”口，連接到驅(qū)動芯片 ULN20xxA 的DIG1～ DIG4，即可實現(xiàn)數(shù)碼管顯示控制。而電機(jī)調(diào)速可以通過不斷改變 I01 和 I11 的高低電平狀態(tài)，使輸出通道產(chǎn)生 PWM 波形信號，從而利用 PWM 的占空比 來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。 4 位數(shù)碼管： 4 位 7 段共 陰 極 LED 數(shù)碼管，可用作電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示，也可用于顯 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 示其他內(nèi)容。模組提供了步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)各一臺，可通過對輸出選擇跳線的設(shè)定來切換當(dāng)前工作的電機(jī)類型。 數(shù)碼管控制接口：模組與單片機(jī)的接口，為兩組 10PIN 排針，可以直接與 “61板 ”連接，實現(xiàn)對 4 位 LED 數(shù)碼管的控制。它具有以下特點(diǎn)： (1) 體積小、集成度高、可靠性好且易于擴(kuò)展； (2) 具有較強(qiáng)的中斷處理能力； (3) 高性能價格比； (4) 功能強(qiáng)、