【正文】 驗；（5）撰寫論文15000字左右，翻譯3000～5000字外文資料。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)進行總體方案介紹；第3章具體介紹了直流電機測速系統(tǒng)的總體方案設(shè)定，包括直流電機的測速方案、顯示方案，直流電機的控制方案的設(shè)計；第4章闡述了直流電機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括SPCE061A最小系統(tǒng)，SPGT62C19B電機驅(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)試和整機連調(diào)的結(jié)果進行了具體的分析和說明。數(shù)字測速方法主要有：由光電脈沖發(fā)生器產(chǎn)生與被測轉(zhuǎn)速成正比的脈沖，測速裝置將輸入脈沖轉(zhuǎn)換為以數(shù)字形式表示的轉(zhuǎn)速值。 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)，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）。電動機每轉(zhuǎn)一圈共產(chǎn)生 Z個脈沖（Z＝倍頻系數(shù)*光電脈沖發(fā)生器碼盤孔數(shù)或光柵數(shù)），把f1除以 Z 就得到電動機的轉(zhuǎn)速，在習(xí)慣上，時間Tc以秒為單位，而轉(zhuǎn)速是以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù) r/min 為單位，則電動機的轉(zhuǎn)速為： （）在上式中，Z和Tc均為常數(shù)，因此轉(zhuǎn)速n正比于脈沖個數(shù)。所以M法測速只適用于高速段。在這里測速時間源于光電脈沖發(fā)生器輸出脈沖的周期，所以又稱周期法。光電脈沖發(fā)生器輸出脈沖、測速時間、： 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)，又檢測同一時間間隔內(nèi)的高頻時鐘脈沖個數(shù)，用來計算轉(zhuǎn)速，稱作 M/T 法測速。由于M/T法的計數(shù)值和都隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，高速時，相當(dāng)于M法測速；低速時，187。 M/T測速通過上面的分析可知：M法測量轉(zhuǎn)速在極端情況下會產(chǎn)生177。1個高頻脈沖周期。1的誤差，因其很小，影響可以忽略，所以用M/T法實現(xiàn)測速具有較高的測速精度。設(shè)被測轉(zhuǎn)速由n1變?yōu)閚2時，引起測量計數(shù)值改變了一個字，則測速裝置的分辨率是 Q=n1—n2（轉(zhuǎn)/分） （）Q越小，測速裝置的分辯能力越強；Q越小，系統(tǒng)控制精度越高。相應(yīng)的轉(zhuǎn)速由60M1/ZTc 變?yōu)?0（M1＋1/）ZTc，則M法測速分辨率為： （）可見，M法測速的分辨率與實際轉(zhuǎn)速的大小無關(guān)。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。這也說明，T法更適于測量低速。 測速誤差率計算測速誤差率是指測速裝置對實際轉(zhuǎn)速測量的精確程度，常用測量值與實際值的相對誤差來表示，即 （）測速誤差率反映了測速方法的準確性，測量誤差越小，準確度越高，系統(tǒng)控制精度越高。（1）M法測速誤差率在M法測速中，測速誤差決定于 脈沖發(fā)生器的制造精度，以及脈沖發(fā)生器輸出脈沖前沿和測速時間采樣脈沖前沿不齊所造成的誤差等等，最多可能產(chǎn)生1個脈沖的誤差。（ 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。兩種測速方法的比較：M法測速在高速段分辨率強；T法測速在低速段分辨率強；（ 3 ）M/T法測速誤差率 在低速時M/T法趨向于T法，在高速段M/ T法測速相當(dāng)于T法的M1次平均，而在這M1次中最多產(chǎn)生一個高頻時鐘脈沖的誤差。 測速方法的比較和選擇從測量分辨率上看，T法測低速時分辨率較高，但隨著轉(zhuǎn)速的增大，分辨率變壞；M法則相反，高速時分辨率較高。從測量精度上看，T法測速的測量精度隨著轉(zhuǎn)速的增加而減??；M法的測速精度在高速時較高。綜合以上兩方面，同步M/T法是一種比較好的方法。 雖然M/T法有這么多優(yōu)點，但也有不少問題：1) 實時性差。2) 測速精度具有非線性。這不利于在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)速控制。在同步 M/T 法中，測量精度本質(zhì)上并沒有顯著提高。所以采用M法就能達到要求。本文提出一種新方法，即改進的M法。 本章小結(jié)本章充分介紹了關(guān)于直流電機的測速系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，具體直流電機測速的分類、方法。3 直流電機測速系統(tǒng)的總體方案設(shè)定 直流電機測速系統(tǒng)的整個設(shè)計中最重要的部分是直流電機轉(zhuǎn)速的測量，本設(shè)計使用凌陽16位SPCE061A單片機為直流電機轉(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控制系統(tǒng)具有很好的快速性和準確性，符合設(shè)計要求。在設(shè)計型實驗中，測速對象為額定電壓5V的直流電動機，其轉(zhuǎn)速受電樞電壓控制，用改變電樞電壓的方法進行電機調(diào)整。電機轉(zhuǎn)速的測量范圍為30 — 60r/min，用4位七段數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的電動機轉(zhuǎn)速。圖 電動機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)框圖 直流電機測速系統(tǒng)硬件方案論證 本系統(tǒng)由一塊SPCE061A精簡開發(fā)板（61板）和一塊電機控制模組構(gòu)成，以SPCE061A為核心，包括電機驅(qū)動、按鍵、LED數(shù)碼管等模塊。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖SPCE061A單片機作為主控芯片，通過I/O端口來控制SPGT62C19B電機驅(qū)動芯片，從而實現(xiàn)對直流電機的控制。61板的三個按鍵用來對直流電機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速等進行設(shè)定。M法測速的工作是利用4KHz時基中斷，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口將入高電平。同時將轉(zhuǎn)速反饋到單片機中，顯示轉(zhuǎn)速的結(jié)果實現(xiàn)直流電機的調(diào)速。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)。顯示部分模組提供了4位共陰極LED數(shù)碼管，將單片機與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。編寫switch case語句通過按鍵來改變設(shè)定值。達到給定時間，計算電機轉(zhuǎn)速并保存電機轉(zhuǎn)速，測速計數(shù)器清零，定時計數(shù)器清零。試驗由硬件部分與軟件部分組成。SPCE061A單片機作為主控芯片，通過I/O端口來控制SPGT62C19B電機驅(qū)動芯片，從而實現(xiàn)對直流電機的控制。P控制器電機測速D/AA/D 直流電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的原理框圖 本章小結(jié)本章主要講述了直流電流轉(zhuǎn)速測量及顯示方案的設(shè)定，直流電機控制轉(zhuǎn)速的方案的設(shè)定。下面分別對凌陽單片機以及相關(guān)模塊的特性進行具體介紹。凌陽的16位單片機就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計的。 凌陽SPCE061A單片機SPCE061A是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價比很高的一款十六位單片機，在此環(huán)境中，支持標準C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用。而且它的體積小，采用電池供電，方便隨身攜帶。： 61板硬件框圖： 框圖說明POWER5V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S5EZPROBE和PROBE切換的開關(guān)J1J3耳機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OSC32768晶振電路VREFA/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擴展的按鍵：接IOA0～IOA2SPCE061A61板核心：16位微處理器PORTA/B32個I/O口 轉(zhuǎn)速測量單元 模組采用凌陽SPGT62C19B電機驅(qū)動芯片，配置直流電機一臺，并提供4位LED數(shù)碼管用來顯示電機轉(zhuǎn)速等信息。 模組平面圖 ： 電機控制模組結(jié)構(gòu)圖上述結(jié)構(gòu)圖中各部分說明如下： 電機控制接口：模組與單片機的接口，為10PIN排針，可以直接與“61板”連接，實現(xiàn)電機控制。 SPGT62C19B：電機驅(qū)動芯片，可驅(qū)動一臺雙極性兩相步進電機，或者兩臺直流電機。當(dāng)接通了電機驅(qū)動電源時，外接電源指示燈會點亮。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）。 輸出選擇跳線：該組跳線用來選擇SPGT62C19B芯片控制的電機。 直流電機接口：由于SPGT62C19B可同時驅(qū)動兩臺直流電機，因此留出了兩組直流電機接口，在模組上分別標示為J11和J12。 直流電機：電機型號為310CA，工作電壓3V12V，在5V電壓下空載轉(zhuǎn)速約4000轉(zhuǎn)/分。光柵轉(zhuǎn)盤遮擋在紅外發(fā)射管和紅外接收管之間。 直流電機的光柵轉(zhuǎn)盤ULN2003A：ULN2003A是單片式7路達林頓三極管陣列，在本模組中用來驅(qū)動4位LED數(shù)碼管。在本方案中，用到模組的直流電機和LED數(shù)碼管等模塊。SPGT62C19B的內(nèi)部由兩組完全相同的控制電路組成了兩路輸出通道。 SPGT62C19B工作原理SPGT62C19B的控制腳有如下6個： SPGT62C19B的控制腳引腳名稱用途20I01通道1的電流大小控制17I11通道1的電流大小控制16PHASE1通道1的電流方向控制8I02通道2的電流大小控制9I12通道2的電流大小控制10PHASE2通道2的電流方向控制說明：SPGT62C19B電機驅(qū)動芯片可以同時驅(qū)動兩臺直流電機，因此有兩組控制腳，在本畢業(yè)設(shè)計中，它只控制一臺直流電機，因此用不到通道2相關(guān)控制腳。而電機調(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)電機轉(zhuǎn)速。其電路原理如圖 。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。 數(shù)碼管顯示單元模組提供了4位共陰極LED數(shù)碼管，數(shù)碼管采用ULN2003A為其提供驅(qū)動電流。 數(shù)碼管顯示電路取單片機的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ULN2003A的DIG1～DIG4，即可實現(xiàn)數(shù)碼管顯示控制。 硬件部分所包括的模塊及實現(xiàn)功能硬件模塊實現(xiàn)功能電機控制模組控制電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向紅外測速模塊紅外對管實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的測量數(shù)碼管顯示模塊顯示電機的轉(zhuǎn)速 本章小結(jié)本章主要介紹了凌陽SPCE061A單片機結(jié)構(gòu)和特點，直流電機轉(zhuǎn)速測量的電路及顯示測量轉(zhuǎn)速的顯示電路。（2）數(shù)碼管顯示：LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動程序。（4）主控程序：主控程序負責(zé)控制整個系統(tǒng)的工作流程，判斷按鍵值、控制數(shù)碼管顯示，以及控制電機轉(zhuǎn)動等。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。：測速計數(shù)值加1開始返回定時計數(shù)值加1檢測到低電平保存電機轉(zhuǎn)速測速計數(shù)值清0定時計數(shù)值清0到達定時時間NNYY 數(shù)碼管顯示LED數(shù)碼管采用逐位動態(tài)顯示方式，利用4KHz時基中斷進行逐位掃描，使每個數(shù)碼管的顯示亮度均勻且感覺不到閃爍。當(dāng)有鍵按下后，調(diào)用對應(yīng)的子程序，完成特定的功能。：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)用電機啟動子程序YNNNYY 在轉(zhuǎn)速設(shè)定子程序中，數(shù)碼管閃爍顯示當(dāng)前設(shè)定轉(zhuǎn)速，并通過Key1和Key2鍵對轉(zhuǎn)速進行增減設(shè)置。：閃爍顯示當(dāng)前速度設(shè)定值開始返回等待按鍵Key1按下？Key2按下？Key3按下？轉(zhuǎn)速設(shè)定值加2轉(zhuǎn)速設(shè)定值減2YNNYYN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)定的電機轉(zhuǎn)動方向。按Key3鍵返回主程序。在轉(zhuǎn)動過程中可按Key1和Key2鍵對轉(zhuǎn)速設(shè)定值進行增減，Key3鍵使電機停止，并返回主程序。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。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