【正文】 效率高的指令系統(tǒng)； (5) 低功耗、低電壓。SPCE061A 單片機(jī)作為主控芯片，通過 I/O 端口來控制 SPGT62C19B 電機(jī)驅(qū)動芯片，從而實現(xiàn)對直流電機(jī)的控制。顯示部分 模組提供了 4位共陰極 LED數(shù)碼管 ，將單片機(jī)與 LED數(shù)碼管相連利用 C語言編程即可實現(xiàn)數(shù)碼管顯示控制。 61 板的三個按鍵用來對直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速等進(jìn)行設(shè)定。為了知道電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速，需要實時監(jiān)測電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速，方法是電機(jī)的軸上連接一個碼盤，通過光電開關(guān)將轉(zhuǎn)速換為電脈沖信號，通過計數(shù)等電路，測量出電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速。為提高測速精度。因為需要同步，所以實際定時時間滯后于設(shè)定時間，具有遲滯性。因此， M/T 法測速可在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，具有較高的測速精度 。 3 ） M/T 法測速的分辨率 ? ?1M60fQ 22 10 －MZM? （ ） M/T 法測速在高速段與 M 法相近，在低速段與 T 法相近，所以兼有 M 法和 T法的特點，在高速和低速都有較強的分辨能力。 各種測速方法的精度指標(biāo) 分辨率 分辨率是用來衡量一種測速方法對被轉(zhuǎn)速變化的分辨能力的，在數(shù)字測速方法中，用改變一個計數(shù)字所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化量來表示分辨率，用Ｑ表示。光電脈沖發(fā)生器輸出脈 沖、測速時間、高頻時鐘脈沖如圖 所示： 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 T 法測速 M/T 法測速 把 M 法和 T 法結(jié)合起來，即檢測 Tc 時間內(nèi)光電脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖信號個數(shù) 1M ，又檢測同一時間間隔內(nèi)的高頻時鐘脈沖個數(shù) 2M ，用來計算轉(zhuǎn)速，稱作 M/T 法測速。 M 法測速 地 在一定的時間 Tc 內(nèi)測取光電脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖信號的個數(shù) 1M ，用以計算這段時間內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速，稱作 M 法測速（如圖 所示）。 主要內(nèi)容有： （ 1） 測速電路設(shè)計，包括測速脈沖產(chǎn)生、整形、計數(shù)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） 4 （ 2） 電機(jī)轉(zhuǎn)速計算，編程實現(xiàn)測速方法功能； （ 3） 轉(zhuǎn)速顯示功能實現(xiàn)，分析實驗結(jié)果，根據(jù)實際情況進(jìn)行方法改進(jìn)。所以，本文選著數(shù)字測速的方法進(jìn)行試驗。 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)，直流調(diào)速拖動系統(tǒng)的性能指標(biāo)優(yōu)于交流調(diào)速系統(tǒng)。電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展歷史 為： 1957 年，晶閘管問世，到了六十年代，已產(chǎn)生出成套的晶閘管整流裝置，使變流技術(shù)產(chǎn)生了根本性的變革，開始進(jìn)入晶閘管年代。 長期以來，直流電機(jī)被廣泛應(yīng)用于調(diào)速系統(tǒng)中，而且一直在調(diào)速領(lǐng)域占居主導(dǎo)地位，這主要是因為直流電機(jī) 不僅調(diào)速方便，而且在磁場一定的條件下，轉(zhuǎn)速和電樞電壓成正比，轉(zhuǎn)矩容易被控制；同時具有良好的起動性能，能較平滑和經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)速度。詳細(xì)介紹了單片機(jī)的測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)數(shù)據(jù)的串行通訊，充分發(fā)揮了單 片機(jī)的性能。 本文基于 SPCE061A 單片機(jī)實現(xiàn)數(shù)字測速功能。單片機(jī)的英文名稱是 Micro controller unit， 縮寫為 MCU，又稱為微控制器 。長期以來，由于直流調(diào)速拖動系統(tǒng)的 性能指標(biāo)優(yōu)于交流調(diào)速系統(tǒng)，因此，直流調(diào)速系統(tǒng)一直在調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)占重要位置。在開展作用的快速性方面，變流機(jī)組是秒級，而晶閘管整流器是毫秒級，這將會大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。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。 由于數(shù)字測量方法靈活多樣， 可測參數(shù)眾多，一般情況下又具有非接觸、高精度、高分辨率、高可靠性和反應(yīng)快等優(yōu)點，加之激光光源、光柵 、光學(xué)碼盤、 CCD 器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用，使得光電傳感器在檢測和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 2 直流電機(jī) 數(shù)字 測速方法 數(shù)字測速方法 數(shù)字測速具有測速精度高、分辨能力強、受器件影響小等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于調(diào)速要求高、調(diào)速范圍大的調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)。測速時間、光電脈沖發(fā)生器輸出脈沖如 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 圖 所示： 圖 M 法測速 T 法測速 在光電脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的相鄰兩個轉(zhuǎn)速脈沖信號的間隔時間內(nèi)，用一個計數(shù)器對已知頻率為 f0 的高頻時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)，并由此來計算轉(zhuǎn)速，稱作 T 法測速（如圖 所示）。1 個高頻脈沖周期。但在實際中，兩者都受到限制，增大Z 受到脈沖發(fā)生器制造工藝的限制，增大 Tc 勢必使采樣周 期變長。 （ 2 ） T 法測速誤差率 采用 T 法測速時，產(chǎn)生誤差的原因與 M 法中相仿， M2 最多可能產(chǎn)生 1 個脈沖的誤差。綜合以上兩方面，同步 M/T 法是一種比較好的方法。在同步 M/T 法中，測量精度本質(zhì)上并沒有顯著提高。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 3 直流電機(jī)測速系統(tǒng)的總體方案設(shè)定 直流電機(jī)測速系統(tǒng)的整個設(shè)計中最重要的部分是直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量，本設(shè)計使用凌陽 16 位 SPCE061A 單片機(jī)為直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的主控制芯片，其較高的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的指令系統(tǒng)，從硬件和軟件兩部分來改善系統(tǒng)性能，使研制成的直流電機(jī)控制系統(tǒng)具有很好的快速性和準(zhǔn)確性，符合設(shè)計要求。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 轉(zhuǎn)速測量與顯示方案設(shè)計 硬件部分：測 速部分由光柵轉(zhuǎn)盤和紅外對管組成，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)。返回主程序重新開始測速。下面 分別對凌陽單片機(jī)以及相關(guān)模塊的特性進(jìn)行具體介紹。 61 板硬件框圖如圖 所示： 圖 61 板硬件框圖 61 板硬件框圖各部分說明如表 所示 ： 表 框圖說明 POWER 5V 或 3V 供電電路 PLL 鎖向環(huán)外部電路 Power電源指示燈 Sleep睡眠指示燈 RESET 復(fù)位電路 K4 復(fù)位按鍵 PROBE 在線調(diào)試器串行 5 針接口 S5 EZPROBE 和 PROBE 切換的開關(guān) J1 J3 耳機(jī)插孔和兩針喇叭插針 DAC 音頻輸出電路 MIC 麥克風(fēng)輸入電路 OSC 32768 晶振電路 VREF A/D 轉(zhuǎn)換外部轉(zhuǎn)換 電壓輸入接口 R/C 芯片其他外圍電 阻、電容電路 K1～ K3 擴(kuò)展的按鍵：接 IOA0～ IOA2 SPCE061A 61 板核心： 16 位 微處理器 PORTA/B 32 個 I/O 口 轉(zhuǎn)速測量單元 模組采用凌陽 SPGT62C19B 電機(jī)驅(qū)動芯片，配置直流電機(jī)一臺，并提供 4 位 LED 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 數(shù)碼管用來顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速等信息。共有兩組電源插座，分別為 2PIN 針座（可接 61 板電池盒或其他直流電源）和 DC 穩(wěn)壓電源插座（可接直流穩(wěn)壓電源）。光柵轉(zhuǎn)盤遮擋在紅外發(fā)射管和紅外接收管之間。輸入控制信號經(jīng)前級緩沖后送入片內(nèi)控制器，然后由控制部分進(jìn)行處理并驅(qū)動晶體管，最后由 OUT 端口輸出驅(qū)動信號以控制電機(jī)的運行。將 SPEED 連接到單片機(jī)的 I/O 口，即可通過定時計數(shù)的方法計算出電機(jī)轉(zhuǎn)動速度。 （ 3）直流電機(jī)控制：該模塊通過控制 SPGT62C19B芯片，實現(xiàn)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動控制以及轉(zhuǎn)速檢 測。 即：當(dāng) Key1 鍵按下，調(diào)用轉(zhuǎn)速設(shè)定子程序； Key2 鍵按下，調(diào)用方向設(shè)定子程序；Key3 鍵按下，調(diào)用電機(jī)啟動子程序。其程序流程如下圖 所示： 顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)動方向 開始 返回 等待按鍵 Key1 按下？ Key2 按下？ Key3 按下？ 設(shè)定為正 向轉(zhuǎn)動 設(shè)定為反 向轉(zhuǎn)動 N Y N Y N 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） 29 圖 電機(jī)啟動子程序 綜上所述，軟件部分主要實現(xiàn)的功能如下表 所示： 顯示測得的電機(jī)轉(zhuǎn)速 開始 返回 完成一次測速？ 調(diào)用 PID 子程序，更新電機(jī)速度等級設(shè)定 獲取按鍵值 Key3 按下？ Key2 按下？ Key1 按下？ 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)速設(shè)定值加 2 轉(zhuǎn)速設(shè)定值減 2 N N N Y Y 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） 30 表 功能與操作方法 狀態(tài) Key1 Key2 Key3 數(shù)碼管顯示 電機(jī)停止?fàn)顟B(tài) 轉(zhuǎn)速設(shè)置 方向設(shè)置 啟動電機(jī) 當(dāng)前設(shè)定轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速設(shè)置狀態(tài) 轉(zhuǎn)速增加 2 轉(zhuǎn) /秒 轉(zhuǎn)速減小 2 轉(zhuǎn) /秒 確定 當(dāng)前設(shè)定轉(zhuǎn)速 方向設(shè)置狀態(tài) 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 確定 “”正向 或反向滾動 轉(zhuǎn)動狀態(tài) 轉(zhuǎn)速增加 2 轉(zhuǎn) /秒 轉(zhuǎn)速減小 2 轉(zhuǎn) /秒 電機(jī)停止 當(dāng)前實際轉(zhuǎn)速 本章小結(jié) 本章主要介紹了對于直流電機(jī)測速的軟件。此外，它的軟件仿真功能可以不連接仿真板，模擬硬件的部分功能來調(diào)試程序。 二、硬件連接與程序都沒有什 么問題，但是電機(jī)還是沒有工作。根據(jù)設(shè)計的實際情況，直流電機(jī)最大轉(zhuǎn)速設(shè)置為 60 轉(zhuǎn) /秒，最小轉(zhuǎn)速設(shè)置為 30 轉(zhuǎn) /秒，步進(jìn)值為 2 轉(zhuǎn) /秒。 通過實際調(diào)試，整個設(shè)計能夠滿足設(shè)計要求，達(dá)到設(shè)計的指標(biāo)。軟件方面，采用了模塊化設(shè)計思想，運用到匯編語言與 C 語言編寫程序，可讀性強，便于系統(tǒng)的改進(jìn)和升級，靈活性和適應(yīng)性強。所以，研究直流電機(jī)的測量方法，對提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 40 附錄 ? SPCE061A 系統(tǒng)原理圖 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 41 附錄 ??單片機(jī)程序 //======================================================== // 文件名稱： //======================================================== include include include include define SPEED_MAX 60 // 最高設(shè)定速度 define SPEED_MIN 30 // 最低設(shè)定速度 define SPEED_STEP 2 // 速度設(shè)定步進(jìn)值 define CP 8 // 比例常數(shù) Proportio。由于現(xiàn)在的社會是計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的階段，可以說單片機(jī)與計算機(jī)在當(dāng)今社會生活中是必不少的軟件，所以這些使我更明確的知道了現(xiàn)代社會的發(fā)展趨勢。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)機(jī)械一般都用電動機(jī)拖動。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 社會經(jīng)濟(jì)效益分析 為了提高生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，大量的生產(chǎn)機(jī)械要求以不同的速度工作。 圖 本課題硬件電路 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 圖 顯示電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 圖 顯示電機(jī)最小轉(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） 35 圖 顯示電機(jī)初始設(shè)置轉(zhuǎn)速 圖 顯示電機(jī)轉(zhuǎn)動方向 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 結(jié) 論 本文設(shè)計的直流電機(jī)控制系統(tǒng)是在各種儀器連接使用的基礎(chǔ)上設(shè)計而成的，硬件部分主要包括 61 板與 SPGT62C19B 電機(jī)控制模組兩部分。如果使用電池盒，要保證電池電壓充足。將模組的輸出選擇跳線跳至 “DC MOTOR”位置，并用排線將模組的 J3 連接到 61 板的 IOB 低 8 位（即 61 板的 J6），如圖 所示，然后接好模組的電機(jī)供電電源。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 6 系統(tǒng)總體調(diào)試和結(jié)果分析 調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和整體聯(lián) 調(diào)。每按一下 Key1 鍵，轉(zhuǎn)速設(shè)定值增加 2 轉(zhuǎn) /秒，當(dāng)轉(zhuǎn)速設(shè)定值達(dá)到 60 轉(zhuǎn) /秒 的時候，再按 Key1 鍵，轉(zhuǎn)速設(shè)定值將恢復(fù)到 30 轉(zhuǎn) /秒；同理，每按一下 Key2 鍵轉(zhuǎn)速設(shè)定值減小 2 轉(zhuǎn) /秒，當(dāng)轉(zhuǎn)速設(shè)定值下降到 30 轉(zhuǎn) /秒的時候，再按Key2 鍵，轉(zhuǎn)速設(shè)定值將達(dá)到 60 轉(zhuǎn) /秒；當(dāng)按下 Key3 后返回主程序。上述功能模塊組成了兩層單向調(diào)用結(jié)構(gòu)，各模塊之間的調(diào)用關(guān)系如下圖 ：