【文章內(nèi)容簡介】 活性。 圖 系統(tǒng)原理圖 各部分模塊的功能： ①傳感器：用來對信號的采樣。 ②放大、整形電路：對傳感器送過來的信號進(jìn)行放大和整形，在送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理轉(zhuǎn)換。 ③單片機(jī)：對處理過的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速的實(shí)際值，送入 LED ④ LED顯示：用來對所測量到的轉(zhuǎn)速進(jìn)行顯示。 轉(zhuǎn)速測量的方法 轉(zhuǎn)速測量的方法可以使用霍爾傳感器或光電編碼器。 （一）、霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁 傳感器，已發(fā)展成一個品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族，并已得到廣泛應(yīng)用。霍爾元件是一種磁傳感器。要他們可以檢測磁場及其變化，可以在各種與磁場有關(guān)的場合中?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。 霍爾期間具有許多優(yōu)點(diǎn)，他們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小， 15 頻率高（可達(dá) 1MHZ），耐震動，不怕灰塵、水汽及煙霧等污染或腐蝕。 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回調(diào)、位置重復(fù)精度高（可達(dá) um級）。采用了各種補(bǔ)償措施的霍爾器件的工作溫度范圍廣，可達(dá) 55150度。 按照霍爾器件的功能可將他們分為：霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。 按被檢測的對象的性質(zhì)可將它們分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測出被測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測被檢測對象上人為設(shè)置的磁場，用這個磁場作為被檢測信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)數(shù)以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)換成電量來進(jìn)行檢測和控制。 集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測量線 路集成在一起的一種傳感器。它取消了傳感器和測量電路之間的界限，實(shí)現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點(diǎn)，因此顯著地提高了可靠性。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，正越來越愛到眾的重視。 集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過處理的霍爾輸出信號。按照輸出信號的形式，可以分為開關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。 開關(guān)型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過處理后輸出一個高電平或低電平的數(shù)字信號。霍爾開關(guān)電路又稱霍爾數(shù)字電路，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，斯密特觸 發(fā)器和輸出級組成。 圖 霍爾傳感器的電路圖 16 （二）、光電編碼器在電機(jī)控制中可以用來測量電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場位置和機(jī)械位置以及轉(zhuǎn)子的磁場和機(jī)械位置的變化速度與變化方向。下面就我就光電編碼器在這幾方面的應(yīng)用方法做一下介紹。 可以利用定時器 /計(jì)數(shù)器配合光電編碼器的輸出脈沖信號來測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。具體的測速方法有 M法、 T法和 M/T法 3種。 M 法又稱之為測頻法，其測速原理是在規(guī)定的檢測時間 Tc 內(nèi)，對光電編碼器輸出的脈沖信號計(jì)數(shù)的測速方法。在實(shí)際的測量中，時間 Tc內(nèi)的脈沖個數(shù)不一定正好是整數(shù) ，而且存在最大半個脈沖的誤差。如果要求測量的誤差小于規(guī)定的范圍，比如說是小于百分之一，那么 M1就應(yīng)該大于 50。在一定的轉(zhuǎn)速下要增大檢測脈沖數(shù) M1以減小誤差，可以增大檢測時間 Tc 單考慮到實(shí)際的應(yīng)用檢測時間很短，例如伺服系統(tǒng)中的測量速度用于反饋控制，一般應(yīng)在 。由此可見，減小測量誤差的方法是采用高線數(shù)的光電編碼器。 M法測速適用于測量高轉(zhuǎn)速，因?yàn)閷τ诮o定的光電編碼器線數(shù) N機(jī)測量時間 Tc條件下，轉(zhuǎn)速越高，計(jì)數(shù)脈沖 M1越大，誤差也就越小。 如圖 “ M”法測量轉(zhuǎn)速脈沖所示，設(shè)在時間 T 內(nèi)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度 數(shù)為 Xτ，則轉(zhuǎn)速 n可由下式表示： n= TX??260 (31) 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù) Xτ可用下式所示 m1 Xpm12??? (32) 圖 “ M”法測量轉(zhuǎn)速脈沖 將（ 32）式代入（ 31）式得 轉(zhuǎn)速 n的表達(dá)式為： 17 n= TPm160 （ 33） P為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)； n轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn) /分）； T定時時間單位：（秒）。 在該方法中，測量精度是由于定時時間 T和脈沖不能保證嚴(yán)格同步，以及在 T內(nèi)能否正好測量外部脈沖的完整的周期，可能產(chǎn)生的 1 個脈沖的量化誤差。因此，為了提高測量精度， T 要有足夠長的時間。定時時間可根據(jù)測量對象情況預(yù)先設(shè)置。設(shè)置的時間過長，可以提高精度，但在轉(zhuǎn)速較快的情況下，所計(jì)的 脈沖數(shù)增大（碼盤孔數(shù)已定情況下），限制了轉(zhuǎn)速測量的量程。而設(shè)置的時間過短，測量精度會受到一定的影響。 測周期法“ T法” 轉(zhuǎn)速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度 TP來決定。用以采集數(shù)據(jù)的碼盤，可以是單孔或多孔，對于單孔碼盤測量兩次脈沖間的時間，就可測出轉(zhuǎn)述數(shù)據(jù)， TP也可以用時鐘脈沖數(shù)來表示。對于多孔碼盤，其測量的時間只是每轉(zhuǎn)的 1/N， N 為碼盤孔數(shù)。如圖 “ T”法脈寬測量所示。 TP 通過定時器測得。定時器對時基脈沖 (頻率為 fc)進(jìn)行計(jì)數(shù)定時，在 TP 內(nèi)計(jì)數(shù)值若為 m2，則計(jì)算公式為： n=PPT60 （ 34） 即： 260Pmfn c? （ 35） fc為硬件產(chǎn)生的基準(zhǔn)時鐘脈沖頻率：單位（ Hz）； n轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn) /分）； m2時基脈沖。 18 圖 “ T”法脈寬 測量 由 “ T”法脈寬測量可知“ T”法測量精度的誤差主要有兩個方面，一是兩脈沖的上升沿觸發(fā)時間不一致而產(chǎn)生的；二是計(jì)數(shù)和定時起始和關(guān)閉不一致而產(chǎn)生的。因此要求脈沖的上升沿（或下降沿）陡峭和計(jì)數(shù)和定時嚴(yán)格同步。測周法在低轉(zhuǎn)速時精度較高，但隨著轉(zhuǎn)速的增加，精度變差，有小于一個脈沖的誤差存在。 M/T法測速是將 M法和 T法兩種方法結(jié)合在一起使用，在一定的時間范圍內(nèi)，同時對光電編碼器輸出的脈沖個數(shù) M1和 M2 進(jìn)行計(jì)數(shù)，則電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速為 實(shí)際工作時，在固定的 Tc 時間內(nèi)對光電編碼器的脈沖計(jì)數(shù)，在第一個光電編碼器上升沿定時器開始定時，同時開始記錄光電編碼器和時鐘脈沖數(shù)，定時器定時 Tc時間到，對光電編碼器的脈沖停止計(jì)數(shù)，而在下一個光電編碼器的上升沿到來時刻，時鐘脈沖才停止記錄。采用 M/T法既具有 M法測速的高速優(yōu)點(diǎn)，又具有 T法測速的低速的優(yōu)點(diǎn)，能夠覆蓋較廣的轉(zhuǎn)速范圍，測量的精度也較高，在電機(jī)的控制中有著十分 廣泛的應(yīng)用。 測頻測周法“ M/T法” 所謂測頻測周法，即是綜合了“ T”法和“ M”法分別對高、低轉(zhuǎn)速具有的不同精度，利用各自的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的方法，精度位于兩者之間，如圖 “ M/T”法定時 /計(jì)數(shù)測量所示。 “ M/T”法采用三個定時 /計(jì)數(shù)器，同時對輸入脈沖、高頻脈沖（由振蕩器產(chǎn)生）、及預(yù)設(shè)的定時時間進(jìn)行定時和計(jì)數(shù)， m1 反映轉(zhuǎn)角， m2 反映測速的準(zhǔn)確時間，通過計(jì)算可得轉(zhuǎn)速值 n。該法在高速及低速時都具有相對較高的精度。測速時間 Td由脈沖發(fā)生器脈沖來同步，即 Td等于 m1個脈沖周期。由 圖可見，從 a點(diǎn)開始，計(jì)數(shù)器對 m1和 m2計(jì)數(shù)，到達(dá) b點(diǎn)，預(yù)定的測速時間時，單片機(jī)發(fā)出停止計(jì)數(shù)的指令，因?yàn)?Tc 不一定正好等于整數(shù)個脈沖發(fā)生器脈沖周期，所以，計(jì)數(shù)器仍對高頻脈沖繼續(xù)計(jì)數(shù)，到達(dá) c點(diǎn)時，脈沖發(fā)生器脈沖的上升沿使計(jì)數(shù)器停止，這樣， m2就代表了 m1 個脈沖周期的時間。 19 “ M/T”法綜合了“ T”和“ M”兩種方法，轉(zhuǎn)速計(jì)算如下： 設(shè)高頻脈沖的頻率為 fc，脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)發(fā)出 P 個脈沖，由式（ 32）和（ 35）可得M/T法轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為： 2160Pmmfn c? (36) n轉(zhuǎn)速值。單位：（轉(zhuǎn) /分）； fc晶體震蕩頻率：單位（ Hz）； m1輸入脈沖數(shù)，反映轉(zhuǎn)角； m2時基脈沖數(shù)。 圖 “ M/T”法定時 /計(jì)數(shù)測量 20 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 89C51 單片機(jī)的介紹 本系統(tǒng)采用單片機(jī) AT89C51芯片控制，用以產(chǎn)生脈沖信號控制電機(jī)，相比其它意模擬電路產(chǎn)生控制信號波， AT89C51單片機(jī) 擁有許多優(yōu)勢。 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦出只讀存儲器的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89c51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價的方案。 主要特性 :與 MCS51 兼容 、 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 、 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 、 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz、 三級程序存儲器鎖定 、 128*8位內(nèi)部 RAM 、32 可編程 I/O線 、 兩個 16位 定時器 /計(jì)數(shù)器 、 5個中斷源 、 可編程串行通道 、 低功耗的閑置和掉電模式 、 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 復(fù)位電路 計(jì)算機(jī)在啟動運(yùn)行時都需要復(fù)位，使中央處理器 CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。 MCS51單片機(jī)有一個復(fù)位引腳 RST，它是史密特觸發(fā)輸入 (對于 CHMOS單片機(jī)， RST 引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻 )，當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn) 2個機(jī)器周期 (即 24個時鐘周期 )以上的高電平，使器件復(fù)位，只要 RST保持高電平， MCS51保持復(fù)位狀態(tài)。此時 ALE、 PSEN、 P0、 21 P P P3口都輸出高電平。 RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位， CPU從初始狀態(tài)開始工作。單片機(jī)采用的復(fù)位方式是采用芯片 TCM812進(jìn)行復(fù)位。 TCM812 是高性價比的系統(tǒng)監(jiān)控電路，用于對數(shù)字系統(tǒng)的電源電壓 VDD 進(jìn)行監(jiān)控，并在必要時向主處理器提供復(fù)位信號。提供的手動復(fù)位輸入可以替代復(fù)位監(jiān)控 器，適合使用按鍵