【導讀】在工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合。隨著微型計算機的廣泛。數(shù)字式測量方法。本文基于SPCE061A單片機實現(xiàn)數(shù)字測速功能。監(jiān)控，即對電機轉(zhuǎn)速進行測量，并顯示，從而掌握電機運行的基本狀況。HIN232CPE電平轉(zhuǎn)換、SPGT62C19B電機控制模組構成。詳細介紹了單片機的測。量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)數(shù)據(jù)的串行通訊，充分發(fā)揮了單片機的性能。本文重點是測量速度并顯。示在4位LED數(shù)碼管上。其優(yōu)點是硬件電路簡單，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。

　　

【正文】 Y N 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 28 圖 方向設定子程序 電機啟動子程序控制電機按照設定的方式轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動過程中可按 Key1 和Key2 鍵對轉(zhuǎn)速設定值進行增減， Key3 鍵使電機停止，并返回主程序。其程序流程如下圖 所示： 顯示當前轉(zhuǎn)動方向 開始 返回 等待按鍵 Key1 按下？ Key2 按下？ Key3 按下？ 設定為正 向轉(zhuǎn)動 設定為反 向轉(zhuǎn)動 N Y N Y N Y 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 29 圖 電機啟動子程序 綜上所述，軟件部分主要實現(xiàn)的功能如下表 所示： 顯示測得的電機轉(zhuǎn)速 開始 返回 完成一次測速？ 調(diào)用 PID 子程序，更新電機速度等級設定 獲取按鍵值 Key3 按下？ Key2 按下？ Key1 按下？ 電機停止轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)速設定值加 2 轉(zhuǎn)速設定值減 2 N N N Y Y Y Y N 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 30 表 功能與操作方法 狀態(tài) Key1 Key2 Key3 數(shù)碼管顯示 電機停止狀態(tài) 轉(zhuǎn)速設置 方向設置 啟動電機 當前設定轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速設置狀態(tài) 轉(zhuǎn)速增加 2 轉(zhuǎn) /秒 轉(zhuǎn)速減小 2 轉(zhuǎn) /秒 確定 當前設定轉(zhuǎn)速 方向設置狀態(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 電機停止 當前實際轉(zhuǎn)速 本章小結 本章主要介紹了對于直流電機測速的軟件。介紹了軟件測速的原理，測速流程、顯示流程及整個課題研究的主流程。 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 31 6 系統(tǒng)總體調(diào)試和結果分析 調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和整體聯(lián) 調(diào)。由于硬件和軟件的研制是相對獨立進行的，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行調(diào)試的。在調(diào)試中找出缺陷，判斷故障源，對硬、軟件做出修改，反復進行這一過程，直至確信沒有錯誤之后接入單片機進行整機聯(lián)調(diào)。 系統(tǒng)調(diào)試與結果分析 本畢業(yè)設計的系統(tǒng)調(diào)試是在凌陽科技大學推出的 unSP 工具中實現(xiàn)的。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。具有較好的交互界面、菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表等，使程序設計工作更加 方便、高效。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。 unSP 軟件調(diào)試界面如下所示： 圖 軟件調(diào)試界面 程序編輯完整后，在上述調(diào)試界面上進行編譯、鏈接、調(diào)試和仿真，確保無誤 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 32 后，連接硬件，下載運行程序。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供電電源。 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 鍵對程序進行 Build 和下載。按 F5 鍵運行程序，觀察直流電機的轉(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，但是直流電機沒有轉(zhuǎn)動。 原因分析與解決方法： 61 板的 “+”負責給 SPGT62C19B 芯片提供邏輯電源，而驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動的供電電源是與邏輯電源相分離的。這樣可以保證 61 板和電機各自供電充足，也降低了電機對邏輯電路部分的干擾。 二、硬件連接與程序都沒有什 么問題，但是電機還是沒有工作。 原因分析與解決方法：首先檢查 “輸出選擇跳線 ”是否配置正確，其次應保證 61板的 I/O 口供電電壓在 之間。如果使用電池盒，要保證電池電壓充足。最好用 5V 穩(wěn)壓電源為 61 板供電。 三、為什么系統(tǒng)剛剛上電復位時直流電機就開始轉(zhuǎn)動了？ 原因分析： SPGT62C19B 的控制邏輯是，當 I01 與 I02 都為 0 時，輸出電流最 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 33 大。而 SPCE061A 上電復位時 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，因此會使直流電機發(fā)生轉(zhuǎn)動。 四、模組有兩組直流電機接口（ J11 和 J12） ，直流電機應插在哪組接口上？ 解決方法：直流電機可以插在任意一組接口上，但應使程序所控制的接口與電機實際使用的接口相一致。 聯(lián)調(diào)結果 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 顯示直流電機轉(zhuǎn)速。根據(jù)設計的實際情況，直流電機最大轉(zhuǎn)速設置為 60 轉(zhuǎn) /秒，最小轉(zhuǎn)速設置為 30 轉(zhuǎn) /秒，步進值為 2 轉(zhuǎn) /秒。同時，可以對直流電機初始轉(zhuǎn)速進行設置，還可以對直流電機方向進行設定，在數(shù)碼管上顯示滾動的 ，表示電機轉(zhuǎn)動方向，如圖 所示。 圖 本課題硬件電路 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 34 圖 顯示電機最大轉(zhuǎn)速 圖 顯示電機最小轉(zhuǎn)速 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 35 圖 顯示電機初始設置轉(zhuǎn)速 圖 顯示電機轉(zhuǎn)動方向 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 36 結 論 本文設計的直流電機控制系統(tǒng)是在各種儀器連接使用的基礎上設計而成的，硬件部分主要包括 61 板與 SPGT62C19B 電機控制模組兩部分。只有充分了解各部分之間的關系才能從整體上理解并掌握相關知識，以便更好地達到控制要求。 整個課題的開發(fā)過程主要難點在軟件程序的編寫這個部分，主要任務是開發(fā)一個以凌陽 SPCE061A 單片機為核心的直流電機測速系統(tǒng)，可實現(xiàn)直流電機轉(zhuǎn)速的測量以及方向控制，并用 LED 顯示轉(zhuǎn)速。由于凌陽單片機與普通系列單片機有許多不同之處，它的編程語言與軟件開發(fā)環(huán)境均是自己獨立開發(fā)的，所以在進行軟件編寫以前，必須對這些基礎知識認真學習。本文軟件部分采用模塊化設計思想，把整個部分主要分成三個模塊：直流電機驅(qū)動、直流電機測速、數(shù)碼管顯示、按鍵控制。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，進行調(diào)試，在確認每個模塊都沒有錯誤以后，編寫主程序，進行整體調(diào)試。 通過實際調(diào)試，整個設計能夠滿足設計要求，達到設計的指標。但還是有很多缺陷， 如紅外對管輸出部分的穩(wěn)定問題， 61 板的 I/O 口供電電壓不穩(wěn)定問題，軟件方面優(yōu)化速度調(diào)節(jié)算法問題等，希望以后還能有所改進，使該系統(tǒng)更加完善。 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 37 社會經(jīng)濟效益分析 為了提高生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，大量的生產(chǎn)機械要求以不同的速度工作。這就要求人們采用一定的方法來檢測點擊的轉(zhuǎn)速從而來改變機組的轉(zhuǎn)速，稱為調(diào)速。對電機的轉(zhuǎn)速不僅要能調(diào)節(jié)，而且要求調(diào)節(jié)的范圍寬廣，過程平滑，調(diào)節(jié)的方法要簡單、經(jīng)濟。直流電機在上述方面都具有獨到的優(yōu)點，使它得到廣泛的應用。 本文所設計的直流電機控制系統(tǒng)具有體積小、精度高、實 時測量顯示直觀迅速、運行操作簡單、成本較低等優(yōu)點。硬件部分由凌陽科技公司提供，價格實惠且應用靈活方便，非常適合畢業(yè)設計。軟件方面，采用了模塊化設計思想，運用到匯編語言與 C 語言編寫程序，可讀性強，便于系統(tǒng)的改進和升級，靈活性和適應性強。同時，在軟件算法上運用了目前應用較廣泛的頻率測速的算法， 改進的頻率測速 因其所具有的算法簡單、 精度高 、易于實現(xiàn)等特點，至今仍然是工業(yè)控制領域應用最廣泛的控制方法之一。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)機械一般都用電動機拖動。在工業(yè)生產(chǎn)方面，廣泛地運用各種電動機拖動各種生產(chǎn)機械；在交通運輸中 ，鐵道機車和城市電車是由牽引電機拖動的；在航運和航空中，使用船舶電機和航空電機。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，電力排灌設施、打谷機、榨油機等都是由電動機拖動的。在日常生活中，洗衣機、電冰箱、空調(diào)等都離不開電動機。在國防、文教、醫(yī)療，也廣泛應用各種電動機。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)中也日益廣泛地應用各種控制電機。所以，研究直流電機的測量方法，對提高控制精度和響應速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 38 參考文獻 [1] 陳伯時 . 電力拖動自動控制系統(tǒng) . 北京 :機械工業(yè)出版社 , 20xx [2] 凌陽科 技 . 凌陽十六位單片機開發(fā)實例 . 北京 :北京航空航天大學出版社 , 20xx [3] 譚浩強 . 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Charendon Press, 1992 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 39 致 謝 通過本次畢業(yè)設計使我對單片機的編程應用有了 更深的認識，讓我知道 了單片機在生活中的重要性和實用性。由于現(xiàn)在的社會是計算機和網(wǎng)絡發(fā)展的階段，可以說單片機與計算機在當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。由于畢業(yè)設計的要求有些有很大的難處，所以使我在近半學期的時間里翻閱了更多關于單片機的資料，讓我充實了學習方面的不足之處。在本次畢業(yè)設計中，培養(yǎng)了自我思考和分析解決問題的綜合能力，也讓我有了一個可以鍛煉自己的機會，使我在今后的社會發(fā)展中有了一個良好的基礎。 本次畢設的大量研究工作都是在席劍輝老師的精心指導下完成的，在我整個研究學習過程中， 都受到席老師的大量幫助。從論文的選題、研究、計劃的安排到論文的修改內(nèi)容，席老師都給了我細心地指導。至此論文完成之際，謹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術氛圍，以及學習上的無私幫助！最后也感謝給與我?guī)椭^的老師們。 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 40 附錄 ? SPCE061A 系統(tǒng)原理圖 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 41 附錄 ??單片機程序 //======================================================== // 文件名稱： //======================================================== include include include include define SPEED_MAX 60 // 最高設定速度 define SPEED_MIN 30 // 最低設定速度 define SPEED_STEP 2 // 速度設定步進值 define CP 8 // 比例常數(shù) Proportio