微型步进电机式发动机转速表设计
一种微型步进电机的驱动设计
一种微型步进电机的驱动设计李志新张晓健本文介绍了一种微型步进电机的工作、驱动原理和硬件、程序设计，可用于各种小型机电设备如微型云台、玩具等的应用。
步进电机是一种控制用的特种电机，具有精度高、可开环控制的特点，可广泛应用于各种低速、高精度定位的智能建筑监控、工业自动化控制系统中。
笔者在设计网络摄像机微型云台时用到了一种微型步进电机，现将该步进电机的工作原理、驱动方法说明如下。
1．步进电机的应用原理步进电机可以将电脉冲转换成特定的旋转运动，当它收到一个脉冲信号后，就会按照设定的方向转动一个固定的角度（即步距角），通过控制脉冲个数就可以控制电机转动的角度，通过控制脉冲频率则可以控制电机的速度和加速度，达到调速的目的。
在不超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只与脉冲信号的频率和脉冲数有关，而与负载变化无关，是一种线性关系，因而可用于精确位置控制。
步进电机具有如下特点：●转动位移与输入脉冲数严格对应，步距误差不会累积，可以组成结构简单且有一定精度的开环控制系统；●可以使用数字信号直接进行开环控制，简单、廉价；●易于起动、停止、正反转及变速，响应性好；●停转时有自锁能力；●可很方便地实现在超低速下高精度稳定运行，通常可以不经过减速器直接驱动负载；●电机速度可在相当宽范围内平滑调节，可以使用一台驱动控制器同时控制几台步进电机完全同步运行。
本设计中使用的是一种型号为HYH-25BYJ-5V的微型步进电机，该电机使用DC5V供电，可以使用单片机进行控制，十分适合于各种小型机电自动控制系统。
该步进电机内部有4相绕组，外引5根控制线，如图1所示，其中导线5接DC5V的“＋”极，导线1、2、3、4按照控制时序接DC5V的“－”极。
①电机的驱动采用四相八拍的方式，如表1所示。
表中“＋”表示接电源正极，“－”表示接电源负极。
如果按照A相导电、A相B相同时导电、B相导电，然后依次是BC、C、CD、D、AD的顺序分别导电，电机就实现了正转（从电机输出轴方向看逆时针旋转），这就是驱动电机的8拍（8种脉冲）。
基于单片机的步进电机转速计设计
基于单片机的步进电机转速计设计基于单片机的步进电机速度测量系统设计一、设计内容和要求本设计主要介绍了用单片机和八位共阴数码管相结合的方法来实现实时测速，以单片机AT89C51芯片为核心，辅以步进电机和LED数码管及必要的外围电路，构成了一个单片机数字温度计步进电机速度测量系统。
其主要研究内容包括两方面，一是对系统硬件部分的设计，包括速度采集电路和显示电路;二是对系统软件部分的设计，应用C语言实现速度的采集与显示。
通过利用步进电机进行设计，能够满足实时检测温度的要求，同时通过LED数码管的显示功能，可以实现不间断的速度显示，并带有复位功能。
本次设计的主要思路是利用51系列单片机，步进电机和LED数码显示器，构成实速度检测与显示的单片机控制系统，即转速计。
通过对单片机编写相应的程序，达到能够实时检测实时速度的目的。
通过对本课题的设计能够熟悉转速计的工作原理及过程，了解各功能器件(单片机、步进电机、LED)的基本原理与应用，掌握各部分电路的硬件连线与程序编写，最终完成对转速计的总体设计。
本次设计的主要要求:(1)根据设计需要，选用AT89C51单片机为核心器件;(2)转速器件采用摩尔传感器，利用单总线式连接方式与单片机的串行接口P0.0引脚相连;(3)显示电路采用8个LED数码管显示器接P1口并行显示温度值，数码管由P2口(P2.2~P2.3)选通，动态显示。
(4)给出全部电路和源程序。
转速是电动机极为重要的一个状态参数，在很多运动系统的测控中，都需要对电机的转速进行测量，速度测量的精度直接影响系统的控制情况，它是关系测控效果的一个重要因素。
不论是直流调速系统还是交流调速系统，只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。
在电机的转速测量中，影响测量精度的主要因素有两个:一是采样点的多少，采样点越多，速度测量结果越精确，尤其是对于低转速的测量。
二是采样频率，采样频率越高，采样的数据就越准确。
常用的数字测量方法电机转动速度的数字检测基本方法是利用与电动机同轴连接的光电脉冲发生器的输出脉冲频率与转速成正比的原理。
转速表的设计
南京工程学院课程设计任务书课程名称微机原理及应用B院（系、部、中心）自动化学院专业班级起止日期指导教师学生姓名学生学号目录：1．课程设计题目任务及要求 (2)2. 课程设计目的 (2)3. 总体方案 (3)4. 原理框图 (4)5. 系统模块详细设计与调试 (5)6. 设计总结 (11)7. 参考文献 (12)8. 附件材料 (12)一.课程设计题目转速表的设计课程设计任务及要求:设计一个转速表,要求可测0~9999转/分的电机的转速,并将转速值在四个LED上现实出来，用8253采样点电动机产生的转速脉冲。
具体要求：1 转速表测量范围0~9999转/分，在完成基本的转速测量与显示功能基础上，还必须具备启/停控制、复位辅助功能。
2 转速显示采用用8段LED数码管实现，显示方法可根据实际情况才用动态或静态显示。
二．课程设计目的运用＜＜微机原理及应用Ｂ＞＞课程等知识，根据题目要求进行软硬件系统的设计和调试，从而加深对本课程知识点的理解，使学生综合应用知识能力，设计能力，调试能力及报告撰写能力等显著提高。
掌握８２５３可编程定时／计数，８２５５可编程并行接口芯片，８２５９可编程中断控制器和七段数码管ＬＥＤ的应用。
三．总体方案１）设计思路（１）采用一片８２５５控制数码管显示，启动停止开关的读取，其中ＰＡ接数码管的段制端，ＰＢ口接数码管的位控制端，ＰＣ口设为输入拨动开关，这样可设８２５５工作在方式０，ＰＡ、ＰＢ口为输出，ＰＣ口为输入。
（２）由于需在固定的采样周期内对电机产生的脉冲进行计数，因此可以选用一片８２５３作为定时计数。
８２５３共有３个１６位的计数器，可将一个计数器设为工作方式０，并将其ＣＬＫ端与１Ｍ时钟相连，建议将此计数器初值设为５００００，这样每５０ＭＳ产生一次定时中断；由于采样周期大于５０ＭＳ，因此可通过对中断次数的计数来实现１Ｓ定时。
（３）将８２５３作为定时的计数器ＯＵＴ端与8259 的中端请求端相连，当８２５３定时到时就向８２５９发出一次中断请求。
毕业设计(论文)-基于单片机的步进电机的汽车仪表的设计[管理资料]
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河南理工大学万方科技学院毕业论文步进电机的汽车仪表的设计专业：电子信息工程班级：07电信一班姓名：学好：指导老师：论文目录一章：引言：设计的目的和意义：本技术的背景和发展：本设计的主要内容和难点二章：系统设计方案：系统功能和要求：系统的组成：步进电机控制模块：测速与测温模块：电源模块：单片机模块：LCD显示模块：串口通信模块三章：系统硬件设计：单片机模块功能的实现：测水温、燃油模块：测车速（转速）里程模块：LCD显示模块：步进电机控制模块：串口通信模块：单片机系统供电模块、单片机系统电源模块四章系统软件设计：系统软件模块划分：编程语言的选择：主程序的设计：转速、车速、里程程序的设计：表头驱动子程序的设计：水温测量子程序的设计：燃油测量子程序的设计：本章小结五章系统功能的调试和性能测试：系统安装与调试：系统性能测试：后期需要改进的地方结束语参考文献和附录（包括原理图和部分程序）设计的目的和意义目前的汽车仪表多为模拟式动圈式机芯(线圈连同指针一起转动)或动磁式机芯(磁钢连同指针一起转动)仪表，主要是利用电磁感应原理来实现仪表的指示，指针的回转回零则是利用弹簧游丝的弹性实现。
动圈式机芯仪表抗震性能差、过载能力弱、指针易抖动等弱点;而动磁式机芯(主要是十字交叉机芯)仪表虽比较先进，但也存在一致性、通用性差的缺点。
同时，这两种机芯的仪表都具有体积大、重量重、生产工艺复杂等缺点，因此，迫切需要一种一致性好、通用性强、可靠性高的驱动机芯来取代。
随着计算机技术和微步进电机技术的不断发展，这给汽车仪表的技术变革带来了可能和机遇。
微型步进电机是一种以脉冲信号作为驱动信号的一种特殊电、机，用它来驱动仪表指针，与先前的模拟式机芯相比具有体积小、重量轻、指示精确、一致性好、便于控制等特点，特别适合于用单片机控制。
而单片机具有集成度高，抗干扰能力强，并具有较强的数据处理能力和接口功能，所有功能由软件实现，应用灵活，系统的扩展、配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。
数字转速表的设计
数字转速表的设计一、概述随着科学技术特别是微型计算机技术的高速发展，单片微机技术也获得了飞速发展。
目前，单片机已经在日常生活和控制领域等方面得到广泛的应用，它正为我国经济的快速发展发挥着举足轻重的作用。
作为自动化专业的一名工科学生应该牢牢掌握这一重要技术。
而课程设计这一环节是我们提高单片机应用能力的很好机会，也是我们学好这一课程的必经环节。
通过课程设计可以进一步巩固我们前面所学理论知识，使我们对单片机理论知识有一个深刻的认识和全面的掌握。
另外通过这一真正意义上的实践活动，我们可以从中发现自己不足之处并能够在自己的深思下和老师的指导下得到及时的解决。
再次，它能使我们的应用能力和科技创新能力得到较大的提高。
本课程设计是单片机系统在测速方面的简单应用。
目前单片机技术已经在电机转速等为控制对象的控制系统中得到了广泛的应用，而在这一控制过程中必须通过单片机来测量转速。
基于此本课程设计利用89C51单片机及外围电路来设计一个数字转速表。
通过测量转速所对应的方波脉冲来测量转速，其转速可以通过键盘输入给定，同时其具体数值也可以在LED上显示出来。
设计要求1) 利用单片机组成一数字转速表。
2) 电机转速由信号发生器的方波脉冲信号来模拟。
3) 利用四位LED显示器显示：a. 当前转速b. 给定转速c.给定转速与当前转速的区别标志d. 超速报警显示4) 利用小键盘实现：a. 显示选择b. 给定转速的输入5) 测速范围为500rpm—1500rpm。
电机的正常转速为1000rpm。
6) 检测对应关系为：1024个脉冲/转，采用周期为40ms。
二、数字转速表方案为了确定其设计方案，首先必须构思好初步的设计思路。
根据设计要求和实验仿真条件，初步的设计思路可以总结如下：1) 用信号发生器来产生周期为0.04ms—0.2ms的方波脉冲信号。
2) 当前转速与给定转速显示用4段LED数码管。
3) 键盘采用矩阵式键盘，一共12个键，用2个控制键和10个数字键。
微型电机转速仪设计
微型电机转速仪设计【摘要】为了准确测量微型电机的转速，设计了一个数字化转速仪。
应用光电传感器采集转速脉冲，数字集成电路进行定时、计数、显示等，给出了各个模块的电路图，同时用Multisim软件做了仿真。
测试结果表明，系统误差小于2%，控制灵活，实用性强。
【关键词】电机；转速；Multisim1.引言电机的转速是其运行时的一个重要参数，在很多控制系统中，都需要监测电机的转速。
本设计采用红外光电传感器ST155作为光电检测门，显示部分运用74HC4511译码和驱动数码管显示，计数部分巧妙地运用了74LS290与逻辑门电路的连接分别实现了定时、计数和计数清零的功能，特别是定时和清零电路巧妙地运用了高低电平转换对芯片工作状态的影响，达到了自动计数和清零的功能。
这一电路的运用，避免了使用锁存芯片清零的麻烦，减少了大量数字芯片的浪费，同时简化了电路，增强了自动性能。
采用时钟晶振芯片通过CD4060分频产生标准的秒脉冲，大大减小了定时和计数误差，提高了整个设计的精确度[1]。
为了满足微型电机的测速要求，系统必须具备以下功能模块：光电门检测模块、频率发生模块、转速计数模块。
本方案通过光电门检测模块检测电机在一秒内转动的次数，并向转速计数模块发正脉冲用以计数；由计时模块产生时间控制电路，用以控制计数及停止的时间，设计1：9的时间比例（计数1秒测转速，停留8秒用以读数）及自动清零功能，增强了系统的自动控制能力；转速计数模块由计数部分和显示部分组成，用以显示电机转速。
方案设计框图如图1所示。
2.系统的组成与实现2.1 光电门电路的设计实现光电门电路的设计原理图如图2所示。
利用光电门电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一圆盘，在圆盘上挖一缺口，缺口上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈即光电管导通一次，利用此信号做为计数脉冲。
D2、D3为组成光电门，当光电门之间有物体阻挡时，D3与Q2不导通，输出低电平；当无物体阻挡时，D3与Q2导通，输出高电平。
MTSZ-30微机测速仪转速表
MTSZ-30微机测速仪转速表MTSZ-30型智能转速测量仪配用CS-1型磁阻传感器实现旋转机械的转速测量。
该仪表是采用高档单片微机构成转速测量系统，在设计中把计算机和仪表融为一体，并充分注意硬件和软件的有机结合和统一，发挥软件编程灵活、易变的特点，并且有测量范围和报警值任意设定功能，可满足1槽或3槽、60齿、48齿、30齿等不同的被测条件，有转速报警功能、危险报警功能，用户可根据不同的条件选择最适合的功能。
该仪表使用方便,可靠性高,带软、硬件看门狗电路是测量转速的最新一代仪表，它适用于电厂汽轮机、工业汽轮机、水泵、风机的转速测量要求。
QBJ-3C型智能转速测量仪可分为盘装和挂壁式二种，供用户选择。
技术指标测量范围：300～10000r/min(任意设定)测量精度：0.1%显示采样时间：4次/秒报警采样时间：0.1秒输入波形：正弦波和方波显示方式：五位LED显示器显示齿轮盘齿数：30～120齿任意设定或1槽、3槽输出标准：电流4～20mA，且与任意满量程自动对应供电电源：AC220V±10%，50Hz工作环境：仪表温度-10℃～50℃相对湿度≤80%传感器温度-10℃～120℃报警、危险值用户可通过面板键盘任意设定设定值可保持五十年不变盘装表开孔尺寸：宽154×高78×深260(mm)挂壁表安装尺寸：长275×宽170×厚98(mm)产品用途说明1. 电机、发电机输出轴转速测量监视、控制2. 汽轮机、空分机转轴监视、控制3. 风机、水泵输入转轴速度监视、控制4. 机车、汽车速度显示、积算、报警控制5. 计速度、计长度、计位移场合6. 其他与速度、长度有关的各种工业、实验室等场合产品电气参数性能1. 测量显示范围（Measurement Range）: 0～9999 r/min；0～19999 r/min;V型可达105/分转速，用于高速离心机械转速测量技术支持2. 测量精度（Accuracy）: 精度±2r/min3 .变送输出(Transmitting Output): 4～20mA(或1～5V)4. 传感器和测速仪距离(Distance): 小于200米或小于1000米5. 供电电源(Power Supply): AC220V±10%, 50～60Hz；功耗: 小于6W；特殊电源使用AC127V±5%, 50～60Hz6. 使用环境(Using Ambient):温度: 0～50℃；相对湿度:≤85%；震动系数≤±0.005URL/g7. 带载能力(Load Capacity)：小于500欧姆，特殊要求可以提高负载电阻阻值8. 配备XG(XS12-)系列磁电式传感器使用(magnetic-electric sensor)CS-1型转速传感器为无源二线制磁阻传感器：1、传感器分别有标识正端输入、负端COM、对应接入仪表端子即可2、传感器安装时将端面垂直被测齿轮面,安装距离:1.0～1.5mm之间3、齿轮材料要求:各种导磁钢铁材料均可4、齿轮模数:1.5以上即可5、测量对象:1槽、3齿、30～120齿(可由用户自定)6、传感器安装螺纹:M16×1 传感器螺管长度L:60～200mm(可由用户自定)7、如果需要测量转子的反转或零转速,可选用本厂生产的MTSZ-30型智能转速测量仪。
微型电机转速仪设计
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数字转速表的设计方案
数字转速表的设计方案第1章前言单片机作为嵌入式微控制器在工业测控系统，智能仪器和家用电气中得到广泛应用。
虽然单片机的品种很多，但MCS-51系列单片机仍不失为单片机中的主流机型。
本课程一MCS-51系列以及派生系列单片机芯片为主介绍单片机的原理与应用，与其特点是由浅入深，注重接口技术和应用。
近年来，微型计算机的发展速度足以让世人惊叹，以计算机为主导的信息技术作为一种崭新的生产力，正在向社会的各个领域渗透，也使机电一体化的进程大大加快。
机电一体化是当今制造技术和产品发展的主要倾向，也是我国机电工业发展的必由之路。
可以认为，它是用系统工程学的观点和方法，研究在机电系统和产品中如何将机械、计算机、信息处理和自动控制技术综合应用，以求机电系统和产品达到最佳的组合。
机电一体化产品所需要的是嵌入式微机，而单片机具有体积小、集成度高、功能强等特点，适于嵌入式应用。
智能仪器、家用电器、数控机床、工业控制等机电设备和产品中竟相使用单片机。
就目前而言，单片机的发展势头依然不减，各种型号和功能更强的单片机和超级接口芯片不断出现，进一步向高层次发展的重要标志就是构成多机系统和分布式网络。
世界上单片机芯片的产量以每年27%的速度递增，到本世纪初已达30亿片，而我国的年需求量也超过了亿片的数量，这表明单片机有着广阔的应用前景。
本课程设计主要针对目前我国早期应用比较广泛的“MCS-51”单片机进行系统的讲解和分析。
为使用和开发各类机电一体化设备和仪表建立基础。
第2章基本原理利用AT89C51作为主控器组成一个转速表。
电机转速采用光电脉冲传感器来测量，设置定时器/计数器T0和T1，利用其内部定时器T1设置为定时方式，且定时时间为1s。
计数器T0设置为外部脉冲计数工作方式，设在1s内测量的脉冲个数为n，又由于脉冲频率为60个脉冲/转，故测到转速n就是脉冲频率。
定时1s，在1s内允许中断，每中断一次，软件计数器加1，1s后，关闭中断，则软件计数器即为1s内的脉冲数，通过计数一定时间内通过定时器的脉冲数通过软硬件结合工作即可测出电机的转速。
步进电机式汽车电子仪表的装针过程设计与控制
步进电机式汽车电子仪表的装针过程设计与控制步进电机式汽车电子仪表的装针过程设计与控制随着汽车技术的不断发展，汽车电子仪表已经逐渐取代了传统的机械式仪表。
其中，步进电机式汽车电子仪表具有精度高、可靠性强、反应速度快等优点，因此被广泛应用于汽车中。
本文将介绍步进电机式汽车电子仪表的装针过程设计及其控制原理。
步进电机式汽车电子仪表的装针过程步进电机是一种将输入的脉冲转换成旋转运动的电动机，由于其精度高，输出角度与输入脉冲数成线性关系。
因此步进电机在汽车电子仪表上的应用越来越广泛。
汽车仪表中的表针实际上就是安装在步进电机上的机械转盘，在电机运转的情况下，表针会沿着转盘旋转，从而显示车辆速度、油量、水温等信息。
在步进电机式汽车电子仪表的装针过程中，首先需要将机械转盘与步进电机连接起来。
连接方式通常采用螺丝固定，确保机械转盘与电机轴线一致并且不会相互摩擦。
接下来，需要通过控制器向步进电机发送脉冲信号，从而控制机械转盘的旋转。
控制器可以是单片机、PLC或其他可编程控制器，根据仪表的实际需求选择合适的控制器。
在控制器的控制下，步进电机会根据脉冲信号进行旋转，从而带动机械转盘旋转。
此时，通过调节脉冲信号的频率和脉冲数，可以实现不同角度的旋转，从而使表针指向不同的刻度。
例如，若脉冲数为1000，即使步进电机旋转1圈，表针也只会转动1000/360 = 2.78°，从而实现精准的指针控制。
步进电机式汽车电子仪表的控制原理步进电机的控制原理是将控制信号转换成相应的脉冲信号，根据电机的脉冲信号进行位置控制。
步进电机可以分为两种类型：单相步进电机和两相步进电机。
单相步进电机控制原理单相步进电机只需一个控制信号，将信号分配给电机的两个线圈，使电机按照一定顺序进行转动。
两相步进电机控制原理两相步进电机需要两个控制信号，由于只有电机线圈中的一个感应脉冲信号，所以马达只会向一个方向前进，控制器需将两个信号频率交错发送。
这种方式可以控制两方向的旋转，装针时只需射频对应传感器即可。
便携式汽车发动机转速测量仪的设计
㊀２０１９年㊀第２期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０１９㊀Ｎｏ．２㊀收稿日期：２０１８－０９－１５便携式汽车发动机转速测量仪的设计岳永哲１，赵战民２（１．河北科技大学信息科学与工程学院，河北石家庄㊀０５００００；２．河北地质大学信息工程学院，河北石家庄㊀０５００００）㊀㊀摘要：针对传统发动机转速测量系统存在安装繁琐㊁维修不便等缺陷，设计了一种便携式汽车发动机转速测量仪㊂该测量仪主要是通过分析汽车发电机转速与发动机转速之间的关系，直接从车载的ＵＳＢ接口获取车载电源的原始信号，提取信号中耦合的发电机交流信号，利用单片机的Ａ／Ｄ转换器对此信号进行模数转换，再对得到的数字量信号进行ＦＦＴ变换，得到离散频域的信息，最终获得输入信号的基频频率，找出该频率与发动机转速之间的联系㊂实际测试结果表明，系统能准确提取车载电源中交流信号的频率，并能根据此频率计算得到汽车发动机的转速，转速测量的误差小于０．２％，具有较高的精度㊂关键词：发动机转速；便携式；车载电源；ＦＦＴ中图分类号：ＴＰ９３４㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０１９）０２－００３９－０４ＤｅｓｉｇｎｏｆＰｏｒｔａｂｌｅＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅＳｐｅｅｄＭｅａｓｕｒｉｎｇＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＹＵＥＹｏｎｇ⁃ｚｈｅ１，ＺＨＡＯＺｈａｎ⁃ｍｉｎ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＧＥＯＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｄｅｆｅｃｔｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｅｎｇｉｎｅｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ，ｓｕｃｈａｓｃｕｍｂｅｒｓｏｍｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｄｉｎｃｏｎ⁃ｖｅｎｉｅｎｔｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ａｐｏｒｔａｂｌｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｅｎｇｉｎｅｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｍａｉｎｌｙａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｇｅｎｅｒａｔｏｒａｎｄｔｈｅｅｎｇｉｎｅｓｐｅｅｄ，ｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｓｉｇｎａｌｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｐｏｗｅｒｓｏｕｒｃｅｄｉｒｅｃｔｌｙｆｒｏｍｔｈｅＵＳＢｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅ，ｅｘｔｒａｃｔｅｄｔｈｅＡＣｓｉｇｎａｌｏｆｔｈｅｃｏｕｐｌｅｄｇｅｎｅｒａｔｏｒｉｎｔｈｅｓｉｇｎａｌ，ａｎｄｕｔｉｌｉｚｅｄｔｈｅＡ／Ｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｏｆｔｈｅｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅｓｉｇｎａｌｗａｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏａｎａｌｏｇ⁃ｔｏ⁃ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｏｂｔａｉｎｅｄｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｗａｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏＦＦＴｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｏｏｂｔａｉｎｄｉｓｃｒｅｔｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｉｎｐｕｔｓｉｇｎａｌｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｅｎｇｉｎｅｓｐｅｅｄｗａｓｆｏｕｎｄ．ＴｈｅａｃｔｕａｌｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｅｘｔｒａｃｔｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅＡＣｓｉｇｎａｌｉｎｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｐｏｗｅｒｓｕｐ⁃ｐｌｙ，ａｎｄｃａｎｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｅｎｇｉｎｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｔｈｅｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．２％，ｗｈｉｃｈｈａｓｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｇｉｎｅｓｐｅｅｄ；ｐｏｒｔａｂｌｅ；ｃａｒｐｏｗｅｒ；ＦＦＴ０㊀引言随着汽车工业的发展以及家用汽车的普及，人们逐渐开始关注汽车的性能［１］㊂发动机作为汽车的核心部件，它的工作状态直接影响着整个汽车的性能㊂而发动机的转速作为监测汽车整体性能的一个重要参数，可以直接反映出发动机的工作状态㊁油耗等情况，因此对发动机转速的测量具有重要的意义［２］㊂传统的发动机转速测量方法有非接触式光电测量法㊁高频统计法等，采用这些方法测量发动机转速时，需要安装大量传感器，且步骤繁琐㊁耗时费力，为了解决这些弊端，设计了一种便携式汽车发动机转速检测仪㊂其通过分析汽车发电机转速与发动机转速的关系，直接通过车载ＵＳＢ接口获取电源，通过相关电路提取电源中交流成分的频率，从而计算得到发动机的转速㊂该检测仪具有便携式㊁操作方便等优点［３］㊂１㊀便携式汽车转速仪测量原理便携式汽车转速仪测量原理：汽车发动机与交流发电机通过皮带传动，当发动机转动时，其带动交流发电机一起旋转并且产生交流电，交流电经过二极管整流后给车载设备供电［４］㊂但是无论采取哪种整流方式，整流后的信号都带有前级的信号特征㊂系统就是通过车载ＵＳＢ接口获取车载电源，通过提取车载电源中耦合的交流信号，利用单片机内部的Ａ／Ｄ转换器对此信号进行模数转换，再对得到的数字量信号进行ＦＦＴ变换，得到信号离散的频谱图，最终获取发动机转速与交流电频率的关系，从而计算出发动机的转速㊂㊀㊀㊀㊀㊀４０㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＦｅｂ．２０１９㊀２㊀系统设计系统供电分为两个部分：设备工作时通过车载的ＵＳＢ直接供电；设备想要在离线状态下查询历史数据，是通过两节５号电池并联给系统供电㊂数据采集就是提取车载ＵＳＢ中耦合的交流信号，并利用单片机内部的Ａ／Ｄ转换器对采集的信号进行模数转换，最后在单片机内部进行ＦＦＴ变换，计算得到发动机的转速［５］㊂系统硬件框图如图１所示㊂图１㊀硬件框图２．１㊀信号采集电路系统的信号是直接从汽车车载的ＵＳＢ接口获取，车载ＵＳＢ接口一方面为整个系统提供电源，另一方面作为系统的输入信号［６］㊂车载ＵＳＢ接口输出的是５Ｖ的直流电，但此直流电中会耦合有一些交流信号，系统目的是提取耦合的交流信号，因此需要利用信号处理电路滤除ＵＳＢ接口输出的５Ｖ直流电信号，并对提取出的信号进行去噪和放大，此过程必须保证提取的交流信号的频率信息不受损伤，以便保证转速测量的准确性㊂信号处理电路如图２所示㊂图２㊀信号处理电路图如图２所示，车载ＵＳＢ接口的输出分为两路，一路Ｖ＿Ｕｓｂ为整个系统供电，另一路作为系统的输入信号㊂电容Ｃ１５的作用是隔离车载ＵＳＢ接口输出的直流信号，电阻Ｒ２５㊁Ｒ２６起到分压作用，是将车载ＵＳＢ接口输出的电压降低到３．３Ｖ，以便直接利用单片机的Ａ／Ｄ对其进行模数转换㊂电压跟随器Ｕ１０主要其隔离作用，防止后续电路对测量信号造成影响［７］㊂二阶有源低通滤波电路滤除信号中的高频干扰，钳位二极管Ｄ１是确保输出的电压不超过３．３Ｖ，不超过单片机内部Ａ／Ｄ转换器的量程㊂２．２㊀ＳＤ卡存储电路系统利用ＳＤ卡存储电路实现汽车发动机转速的存储，以便系统在离线状态下仍然可以查看历史数据［８］㊂系统选用的ＳＤ卡容量高达３２ＧＢ，支持ＳＰＩ／ＳＤＩＯ驱动，ＤＳＰ自带的ＳＤＩＯ接口可直接与ＳＤ卡存储电路相连，最高通信速度达４８ＭＨｚ，最高可传输数据２４Ｍ字节／ｓ，完全满足本系统的存储要求㊂ＳＤ卡接口电路图如图３所示㊂图３㊀ＳＤ卡存储电路２．３㊀液晶显示电路本文设计的汽车发动机转速检测仪的优点是体积小，方便携带，操作方便㊂系统把测得的发动机转速通过外接的ＴＦＴＬＣＤ屏实时显示，该ＬＣＤ屏为集成模块，２．８ᵡ，可显示１６位色的真彩图片［９］㊂系统利用单片机的自带的ＬＣＤ接口与该模块连接，来点亮ＬＣＤ，实现ＡＳＣＩＩ字符和彩色的显示功能㊂电路图如图４所示㊂图４㊀液晶显示电路系统采用１６位并行方式与ＴＦＴＬＣＤ模块连接，之所以不采用８位的方式，是因为彩屏的数据量比较大，尤其是在显示图片的时候，采用１６位并行的方式比８位方式速度快１倍以上㊂液晶屏的复位信号ＲＳＴ与系统的复位信号连在一起，当系统复位时，ＴＦＴＬＣＤ模块也随着一起复位㊂２．４㊀系统供电电路系统供电电路采用双冗余的方式［１０－１１］，当系统接入车载ＵＳＢ时，是由车载ＵＳＢ直接供电，此时５号电池是不供电的㊂当系统在离线状态下查看测量的历史数据时，是由５号电池进行供电㊂具体电路图如图５所示㊂㊀㊀㊀㊀㊀第２期岳永哲等：便携式汽车发动机转速测量仪的设计４１㊀㊀图５㊀系统供电电路当系统接入车载ＵＳＢ时，此时Ｖ＿Ｕｓｂ向系统提供５Ｖ电源，通过调节电阻Ｒ４１㊁Ｒ４２㊁Ｒ４３㊁Ｒ４４使得Ｑ４㊁Ｑ５处于导通状态，此时Ｑ６处于隔离状态，隔离５号电池，系统由车载ＵＳＢ提供电力㊂当系统处于离线状态时，即Ｖ＿Ｕｓｂ＝０Ｖ，此时ＡＯＬ１４１３的Ｄ端电压大于Ｓ端电压，５号电池通过ＡＯＬ１４１３内部的单向二极管传输，Ｖ＿Ｏｕｔ输出的电压等于５号电池的电压㊂３㊀软件设计系统利用ＣＣｏｍｐｉｌｅ开发软件进行编程，采用Ｃ语言编写㊂系统软件主要包含Ａ／Ｄ采集程序㊁定时中断程序㊁ＦＦＴ变换程序，ＬＣＤ显示程序等㊂系统启动时，通过软件编程设定ＡＤＣ的采样频率为５００ｋＨｚ，将采样到的模拟信号转换为数字量，再利用ＦＦＴ变换算法得到信号的离散频域信息，然后计算出发动机的转速，最终将结果显示在ＬＣＤ屏上㊂软件流程图如图６所示㊂图６㊀系统软件流程图４㊀实验数据分析４．１㊀理论分析一般情况下，汽车发动机的转速不超过６０００ｒ／ｍｉｎ，当发动机处于怠速状态下，其转速一般为７００８００ｒ／ｍｉｎ㊂根据香农采样定理可知：为了不失真的复原原始模拟信号，采样频率不应该小于该模拟信号频率的２倍㊂系统设定采样频率为原始信号频率的５倍，即ｆ＝５００Ｈｚ㊂根据信号频率计算公式可得：ｆ＝ｋ㊃ｆｓＮ（１）式中：ｋ为采样点数的序号；ｆｓ为采样频率；Ｎ为总采样点数㊂发动机转速计算公式：ｎ＝６０ｆｉ（２）式中：ｎ为发动机转速；ｉ为发动机与发电机的传动比㊂４．２㊀测试结果在得知转速的测量算法之后，在实际车上进行测试，以验证系统的稳定性及准确性㊂发动机与发电机的传送比为０．５，系统采样频率为ｆ＝５００Ｈｚ，采样点数Ｎ＝４０９６㊂首先启动汽车，让其处于怠速状态，观察驾驶室仪表盘上显示的转速，怠速时转速显示为７００ｒ／ｍｉｎ㊂此时系统将采集到的信号进行ＦＦＴ变换，得到的频谱图如图７所示㊂图７㊀转速为７００ｒ／ｍｉｎ时，采集到的频谱图由于Ｎ＝４００点之后的数据的幅值基本在３０ ４０ｄＢ之间波动，较为平稳，因此只对Ｎ＝４００点之前的数据进行分析㊂图中采样点数在１９１点时，有较大尖峰，记为ｋ＝１９１，根据式（１）㊁式（２）可以计算出此时发动机的转速㊂ｆ＝１９１ˑ５００４０９６ʈ２３．３１Ｈｚｎ＝６０ˑ２３．３１ˑ０．５ʈ６９９ｒ／ｍｉｎ系统测得的转速（６９９ｒ／ｍｉｎ）与实际转速（７００ｒ／ｍｉｎ）基本一致，测量误差仅为０．１４％㊂在车处于空挡状态时，轻踩油门，观察到转速表上显示１８００ｒ／ｍｉｎ，此时系统采集到的频谱图如图８所示㊂图８㊀转速为１８００ｒ／ｍｉｎ时，采集到的频谱图其中采样点数依然为Ｎ＝４０９６，与图７分析方法类似，系统只对前５００个点的数据进行分析㊂由图７可知，在第４９１个点时，波形有较大尖峰，记为ｋ＝４９１，根据式（１）㊁式（２）可得：ｆ＝４９１ˑ５００４０９６ʈ５９．９４Ｈｚ㊀㊀㊀㊀㊀４２㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＦｅｂ．２０１９㊀ｎ＝６０ˑ５９．９４ˑ０．５ʈ１７９８ｒ／ｍｉｎ系统测得的转速（１７９８ｒ／ｍｉｎ）与实际转速（１８００ｒ／ｍｉｎ）基本保持一致，测量误差仅为０．１１％㊂由上述两次测试数据可知，系统具有较高的稳定性以及较高的精度，两次测量误差均小于０．２％㊂５㊀结束语系统设计了一种便携式汽车发动机转速测量仪，其创新点是不需要外接传感器，直接利用车载ＵＳＢ提供的电源进行分析，提取车载电源中耦合的交流成分，根据发动机转速与发电机转速的关系，计算得到发动机的转速㊂实际测试结果表明，系统测量精度高，测量误差小于０．２％㊂除此之外，系统还具有体积小，便于携带，操作方便等特点㊂参考文献：［１］㊀杨晓波．便携式汽车发动机转速测量仪研制［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２０１４．［２］㊀王盛良．汽车电气设备结构与检修技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１０．［３］㊀徐健，张耕实．基于单点虚拟振动功率的发动机转速测量方法［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１４（３）：５７－６０．［４］㊀顾峰．发动机ＦＥＡＤ系统旋转振动的实测与计算方法研究［Ｄ］．青岛：青岛理工大学，２０１７．［５］㊀石鑫．点燃式机动车发动机转速测量仪校准示值误差测量值的不确定度评定［Ｊ］．计量与测试技术，２０１７，４５（８）：３４－３８．［６］㊀张永祥，李琳，刘树勇．发动机转速测量装置现场校准方法研究［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２０１２，３２（Ｓ１）：６６－７０．［７］㊀曹景．小型无人直升机发动机转速控制器设计［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１７．［８］㊀张帅，曾锐利．基于振动信号的柴油发动机转速测量［Ｊ］．振动与冲击，２０１７（２２）：３７－４０．［９］㊀胡斌，刘倩．数字式火箭发动机涡轮泵转速测量方法研究［Ｊ］．电子测量技术，２０１７，４２（１）：５６－６０．［１０］㊀侯田钰．发动机动力监测系统设计［Ｄ］．晋中：山西农业大学，２０１５．［１１］㊀蔡旭平，全付付，黄晓蓉．一种新型汽车柴油发动机转速测量仪校准装置的设计［Ｊ］．中国计量，２０１５，２４（４）：５７－６１．作者简介：岳永哲（１９７９ ），讲师，硕士，主要研究领域为电子测量技术㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙｙｚ＠ｈｅｂｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ赵战民（１９７９ ），讲师，硕士，主要研究领域为传感器数据采集，智能控制㊂（上接第３８页）图１２㊀补偿后２００ｍｍ内位移测量误差（１）通过将时栅技术嵌入直线导轨，实现测量系统与被测系统的集成，使导轨导引同时进行位置反馈，实现了直线导轨副的闭环控制功能㊂（２）通过进行精度实验，带检导轨的测量精度达到１．２５μｍ，实现了高精度测量，可满足一般工业现场的需求㊂参考文献：［１］㊀杨美英．直线滚动导轨副及其应用［Ｊ］．科技情报开发与经济，２００４，１４（７）：２７６－２７７．［２］㊀喻志忠．我国滚动直线导轨副的发展及趋势［Ｊ］．制造技术与机床，２００６（７）：１３－１４．［３］㊀屈重年，伍良生，肖毅川，等．机床导轨技术研究综述［Ｊ］．制造技术与机床，２０１２（１）：３０－３６．［４］㊀徐起贺，陈静．滚动直线导轨副的研究现状和发展动向［Ｊ］．河南机电高等专科学校学报，２００９，１７（２）：１－３．［５］㊀台湾上银科技公司．智能型直线导轨［Ｊ］．现代制造，２００４（１０）：５６．［６］㊀李芳，谷文韬，雷少坤，等．基于相位差检测算法的磁栅导轨拼接技术研究［Ｊ］．计算机测量与控制，２０１３，２１（７）：１９７８－１９８２．［７］㊀王阳阳．具备自校正功能的绝对式时栅角位移传感器研究［Ｄ］．重庆：重庆理工大学，２０１７．［８］㊀ＴＡＮＧＱ，ＰＥＮＧＤ，ＷＵＬ，ｅｔａｌ．Ａｎｉｎｄｕｃｔｉｖｅａｎｇｕｌａｒｄｉｓ⁃ｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎｐｌａｎａｒｃｏｉｌａｎｄｃｏｎｔｒａｔｅｒｏｔｏｒ［Ｊ］．ＳｅｎｓｏｒｓＪｏｕｒｎａｌ，ＩＥＥＥ，２０１５，１５（７）：３９４７－３９５４．［９］㊀武亮，陈锡候，王阳阳，等．磁导调制型时栅位移传感器测量方法研究［Ｊ］．传感技术学报，２０１４，２７（８）：１０４３－１０４８．［１０］㊀彭东林，付敏，郑方燕，等．复杂机电系统中的嵌入式位置检测新技术体系研究［Ｊ］．机械工程学报，２０１５，５１（２２）：１２０－１２７．［１１］㊀陈锡候，曹焕，武亮，等．基于磁导调制的直线式时栅位移传感器［Ｊ］．传感技术学报，２０１７，３０（１）：２６－３０．作者简介：毛阿敏（１９９２ ），硕士研究生，主要研究领域为机械检测与控制技术㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｍａｏａｂｂｙ＠１６３．ｃｏｍ彭东林（１９５２ ），教授，博导，主要研究领域为计算机辅助设计与测试㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｐｄｌ＠ｃｑｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。
毕业论文基于单片机的转速表设计与实现
毕业设计说明书基于单片机的转速表设计与实现毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
基于单片机的转速表设计
摘要随着现代科学技术的发展，计量技术相应地也得到迅速发展。
在这个领域中，数字仪表越来越现实它的优越性和生命力：精度高、速度快、便于记录、控制和传递，因而数字式仪表得到了广泛的应用。
在转速计量方面，数字转速表更是一种理想的测量仪器。
随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，以单片机为核心的数字转速表更是得到了广泛应用。
本文便是运用AT89C51单片机控制的数字式转速表。
电机在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的参数。
数字式转速表就是对电机转速进行测量，并可以和PC机进行通信，显示电机的转速，并观察电机运行的基本情况。
本设计主要用AT89C51作为控制核心，由霍尔传感器，LED数码显示管，施密特触发器等构成。
充分发挥单片机的性能。
本文重点是数字转速表的硬件电路和软件设计。
本设计优点是电路较简单、功能完善、测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。
关键字：AT89C51 转速表数字AbstractWith the development of modern,measurement technology has been rapid development. In this area,the digital instrument is more realistc its superiority and vitality: high precison, fast, easy to record, easy to control and transmission, so the digital instrument has been used widely. In the measurement of motor speed,digital tachometer is an ideal measuring instruments.With the extensive application of micro-computer, especially the emergence of single-chip, high performance and low cost,making the digital tachometer has been widely applied as the microcontroller core.This article, we use the AT89C51 microcontroller to control the digital tachometer. During operation, the motor needs to be monitoring, speed is an essential parameter. Digital tachometer to measure motor speed, and can communicate with a PC, display the motor speed, and observe the motor running.This design with AT89C51 as control core, by the Hall sensor, LED digital display tube, the composition of the Schmitt trigger,and so on. Give full play to the performance of the microcontroller. This article focuses on the hardware and software design of the digital tachometer.The advantage of a simple hardware and software capabilities improve, measuring speed, high precision and control system reliable, cost-effective and so on.Keywords:AT89C51,Tachometer,Digital目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)前言 (1)1 转速表原理 (2)1.1转速表原理分析 (2)1.2转速计算及误差分析 (2)1.3转速测量 (4)1.4本章小结 (5)2 单片机介绍 (6)2.1 AT89C51简介 (6)2.2 AT89C51引脚说明 (7)2.3其他功能 (9)2.4本章小结 (9)3 硬件电路 (10)3.1转速信号获取电路 (10)3.2信号处理电路 (12)3.2.1放大整形电路 (12)3.2.2施密特触发器 (13)3.3显示电路 (14)3.3.1键盘接口 (14)3.3.2显示器接口 (15)3.3.3 LED显示器 (18)3.3.4 LED工作原理 (19)3.4直流稳压电路 (20)3.5报警电路 (20)3.6本章小结 (21)4 软件设计 (22)4.1主程序框图 (22)4.2按键程序框图 (23)4.3显示程序框图 (25)4.4报警子程序框图 (26)4.5本章小结 (26)结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录一：系统总图 (30)附录二：主程序 (31)附录三：按键程序 (37)附录四：显示程序 (39)附录五：报警子程序 (41)前言转速表是机械行业必备的仪器之一，在自动化生产设备和旋转运动装置中应用十分广泛。
电动机转速表的设计与制作
电动机转速表的设计与制作本套件可以测量电动机每秒转动多少圈，最大测量范围每秒转动999圈，简单的修改电路，还可以当电子计数器使用。
本套件采用万能线路板，收到的实物包括万能线路板、小电机、电机转盘透光孔、光电传感器、3支CD40110、1支CD40106等看到的这些元件。
在电动机转动时，我们人眼无法统计电动机单位时间转转的圈数，即使电动机每秒钟只转动几圈，我们也无法准确的数数来得到电动机每分钟的转动圈数。
以下是电动机转速表的的电路原理参考图，最大可以显示999，如果需要显示更大的数字，用户可以自行增加CD40110和数码管，按照图中的级连方法进行更多级数的级连，每增加一级，计数可增大10倍再加上9，点击原理图可以打开更清晰的大原理图。
1说明:左边伸出去去的线是用户增多CD40110级数需要用到的接线端口，本套件只需要用三级，留空即可。
本制作采用CD40110和CD40106来实现电动机转速表功能，其中CD40110是加减计数、译码、驱动、锁存专用芯片，可以实现10进制加1、10进制减1、将计数值译成10进制的LED显示码、驱动LED，其内部的计数器和显示驱动是分开的，受计数允许(/TE)、清零复位(RST)、显示锁存控制(LE)，其中计数器还具有独立的加减输入端(+-IN)和进(借)位输出端(+-OUT)，本制作中，只需要用到加计数，因此减输入端(-IN)对地短路，减借位输出端(-OUT)留空。
本套件采用16脚双列直插式的COMS低功耗、宽电压的CD40110，16脚为电源正极，8脚为电源负极，工作电压为3-12V，推荐工作电压为5-6V，其中abcdefg 为7段LED数码管的驱动输出，输出不能短路，接数码管需要接限流电阻，限流电阻的大小一般为200欧到2000欧之间，电源电压高，限流电阻可适当取大;采用高亮LED数码管，限流电阻可适当取大;只有在电源电压较低、采用普通LED数码管或者大尺寸的数码管时，限流电阻可适当取小。
5V微型低转速步进电机产品参数与应用场景
5V微型低转速步进电机的低转速步进电机的输出转速可以做到5rpm，也称为5V微型减速步进电机，是一种运用非常广泛的传动减速，主要传动结构步进电机、齿轮箱（减速齿轮）集成组装而成的微型步进减速电机，电压在5V，输出转速在5-2000rpm,输出转速可以低至5rpm，减速齿轮可以采用行星齿轮、圆柱齿轮、平行齿轮、蜗轮蜗杆齿轮组作为减速器；技术参数的选型通常是根据应用需求定制步进减速电机技术参数。
下面介绍一款5V微型低转速步进电机齿轮箱产品参数。
5V微型低转速步进电机产品参数：产品分类：步进减速电机外径：6mm材质：五金电压：5V旋转方向：cc&ccw齿轮箱回程差：≤3°输出转速：4-1563rpm(可定制)轴承：烧结轴承；滚动轴承轴向窜动：≤0.3mm(烧结轴承) ；≤0.2mm(滚动轴承)输出轴径向负载：≤0.5N(烧结轴承)；≤5N(滚动轴承)工作温度：-20 (85)5V微型低转速步进电机可应用在智能家居、智能汽车、智能通讯、智能医疗、消费电子、智能机器人等领域；智能汽车：电子驻车系统、汽车大灯调节器、后视镜调节、天窗调节、尾门推杆电机齿轮箱、雨刷电机、汽车座椅调节、安全头枕保护调节、自动方向盘调节齿轮箱等。
智能医疗：胰岛素泵齿轮箱、智能按摩谢齿轮箱、微创直线切割吻合器、智能输液流量控制齿轮箱、医疗机器人电机、龙爪按摩器电机、自凝刀齿轮箱等医疗设备项目的研发。
智能家居：扫地机器人电机、智能电动窗帘电机、家用智能破壁机齿轮箱、迷你便携式干衣机电机、儿童智能陪护机器人电机、迷你空气冷气机齿轮箱电机、智能感应翻盖马桶电机、空调开仓调节电机齿轮箱等。
智能机器人：互动交流机器人自主性电机、机器人头部旋转电机等；智能通讯：天线电机、摄像头旋转电机、升降摄像头电机、云台电机齿轮箱等；消费电子：手机旋转摄像头方案研发、共享单车电子锁具齿轮箱研发、自动卷发器齿轮箱电机研发、智能鼠标齿轮箱电机研发、电动牙刷齿轮箱电机研发、微型手机智能打印机齿轮箱驱动方案研发。
步进电机式汽车仪表控制技术分析
步进电机式汽车仪表控制技术分析发表时间：2019-05-24T10:18:54.220Z 来源：《电力设备》2018年第32期作者：孙斌[导读] 摘要：汽车仪表的主要功能就是直观展示汽车的运行参数以及相应的故障等信息，目前我国常用的汽车仪表基本上都是指针形式的，这种仪表可以更为直观将各种参数显示出来，而大多数指针汽车仪表则基本上都是由步进电机驱动的。
（新疆新鑫矿业股份有限公司阜康冶炼厂新疆阜康市 831500）摘要：汽车仪表的主要功能就是直观展示汽车的运行参数以及相应的故障等信息，目前我国常用的汽车仪表基本上都是指针形式的，这种仪表可以更为直观将各种参数显示出来，而大多数指针汽车仪表则基本上都是由步进电机驱动的。
鉴于这种情况，本文首先对步进电机进行了简单介绍，之后则以速度计为例对汽车仪表指针的控制设计进行了深入探究。
关键词：步进电机式；汽车仪表；控制技术一、步进电机阐述（一）步进电机的结构分析根据转子的结构不同，步进电机一般分为反应型以及永磁型两种。
永磁型步进电机的转子上有磁极存在，依靠电磁转矩展开工作，而无功步进电机则是当前应用最普遍的，由转子和定子两部分构成，转子材料基本上都是永磁性材料，定子属于多相励磁绕组，拥有两相、三相、多相等多种情况。
其所含有的六个定子不管是哪个磁极上都存在绕组，并通过对称磁极构建相应的相位控制绕组，其转子上拥有四个分布均匀的齿。
（二）步进电机工作原理阐述当相控绕组通电之后，无功步进电机的磁极会生成磁场，并且会和转子共同组成磁路。
但是因为不同转子槽其磁导存在差异，如果转子和定子的齿轴不同，磁极会产生针对转子的吸引力，这种情况会造成电磁转矩的情况发生。
换句话来讲，因为磁力线拥有尽力缩短的特点，当转子齿的轴旋转到和定子齿轴一样位置的时候，同时在这个时候该位置拥有最大磁导率。
假如每一个相控绕组都有一定的连接顺序存在，这个时候定子空间里面会出现阶梯磁极轴旋转的情况。
受到无功电磁转矩的影响，转子会自动跟随步进电机发生动作。
转速表的电路设计
$ 点火脉冲的分离
低压点火脉冲信号 是 从 点 火 线 圈 低 压 侧 两 个 端 子 取 得 ，其波形为振荡衰减波，只有第一个波峰 （幅 的 （见图 & ） 值 为 &!"7&$"8 ） 才 是 点 火 脉 冲 ， 经 降 压 、 调 压 、 整 流 和 电压比较四部分将它分离出来。 降 压 变 压 器 9& 的 选 取 为 !!"8 6 &(8 、 !:。 降 压 后 ， 信号经分压电阻 ;&& 、可调电位器 ;&" 和 桥 式 整 流 送 至 电 压比较器。在此将脉动直流信号电压与基准电压相比较， 。 将高于基准电压的点火脉冲信号输出 （见图 ! ） 电 压 比 较 器 选 用 2<$$.= 。 它 与 同 等 价 位 的 集 成 运 放
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这样加快了 /* 导通、 /0 截止的 过 程 ， 使 电 路 返 回 到 原来的稳态。 通 过 调 整 电 位 器 (* 来 改 变 (3 回 路 的 时 间 常 数 ， 使 电容 3’ 的充电时间发生改变，即改变暂稳态的维持 时 间 ， 从而达到脉冲拓宽的目的。输出脉冲宽度 ! 用下式计算：
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作 者 简 介 ： 张 崇 智 ， 男 ， &>7+ 年 生 ， 山 西 神 池 人 ， 硕 士 ， 工 程 师。研究领域：机电一体化。已发表论文 ! 篇。
仪表在刚开始工作 时 由 于 干 扰 ， 会 传 送 一 些 乱 码 ， 位 移 传 感 器 有 参 数 偏 差 ， 最 大 值 一 般 略 大 于 #"-- ， 所 以 取
转速表课程设计报告
目录一、设计要求 (2)二、设计目的 (2)三、设计的具体实现 (2)1.系统概述 (2)2．硬件电路的设计 (5)3.软件程序的设计 (6)四、结论与展望 (10)五、心得体会及建议 (11)六、附录 (12)七、参考文献 (12)转速表设计报告一、设计要求:用PC的软硬件资源设计转速表，正确测量电动机的转速并显示。
具体要求：1.用数码管显示转速；2.转速显示范围自行确定；3.用一个拨动开关控制转速表的启动和停止；4.转速表的采样周期自行确定；二、设计目的运用《微机原理及应用》等课程知识，根据题目要求进行软硬件系统的设计和调试，从而加深对课程知识的理解，使学生综合应用知识能力，设计能力，调试能力，及撰写报告能力得到显著提高。
理解传感器测速原理及实现过程，掌握8253可编程定时/计数功能，8255可编程并行接口芯片的工作方式及实现过程，8259可编程中断控制器的实现的过程和数码管动态显示的的实现。
三、设计的具体实现1.设计思路与总体方案系统概述本系统首先用传感器将转速转化为脉冲电信号，再通过8253,8259进行定时，确定采样周期为1S，同时8253的另一个通道进行计数，最后通过8255控制数码管以动态显示的方式将结果显示出来。
1）设计思路(1)在被测电机主轴上固定一个圆盘，圆盘的边缘上打上小孔，红外传感器的发射端和接收端装在圆盘的两侧，电机带动圆盘转到有小孔的位置是，红外光通过，这样电动机每转动一周传感器就会发出一个脉冲信号，从而将转速转化为电信号。
同时通过调动电位器的来改变电动机的转速。
（2）将8253的计数器0用作定时，设为工作方式0，并将其CLK端与1M时钟相连，初值设为50000，定时时间为50ms。
并将定时器OUT端与8259中断请求端相连，这样每50ms 8253就向8259发出一次中断请求，因此通过对中断次数的计数来实现1S定时。
（3）8253的计数器1用作计数，将传感器输出的脉冲信号与计数器1的CLK端相连。
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常用 的发 动机转 速传 感 器有磁 电式 和霍 尔式 两种 ． 磁 电式 转速传 感器 为无源 传感 器 ， 输 出为 近正 弦波
的磁感应电势信号 ， 其信号幅值与转速有关 ， 最高值可达 ５ ０ Ｖ， 需要对信号进行钳位处理． 如图 ５ 所示 ， Ｄ ５
其 中， Ｄ １ 为Ｓ Ｓ １ ４肖特基二极管， 用于电源 电压的反 向保 护． Ｄ ２ 是掉 电时， 防电容 ｃ １ （ 一旦掉 电， 电容 Ｃ １ 可维持 ＋ ５ Ｖ 电压 一 定 的时 间 ， 确保 电机 能 满刻 度 回零 ） 向 电压输人 方 向反相 放 电隔离 二极 管 ． Ｄ ３为 防止
第３ ４卷 第 ７期
２ ０ １ ４年 ３月
绍
兴
文
理
学
院
堂
报
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ Ｓ Ｈ Ａ Ｏ Ｘ Ｉ Ｎ Ｇ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ ＲＳ ｎＹ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎ ｏ ． ７ Ｍａ ｒ ． ２ ０ １ ４
微 型 步进 电机 式 发动 机转 速表 设 计
Ｖｎ Ｖ
图 ４ 掉 电检测线路
图 ５ 传 感器信号调理 电路
将高于 ５ Ｖ正向输入信号的幅值钳位在 ５ Ｖ； Ｒ ７和 Ｃ １ ４ 构成的低通滤波器 ， 抑制 了脉冲干扰信号； 二极管 Ｄ ７ 提高三极管的导通 电压 ， 使三极管可靠截止 （ 加Ｄ ７ 后传感器输入信号电压低于 ０ ． ６ Ｖ， 三极管截止 ； 不 加Ｄ ７ ， 传感器输入信号电压为０ Ｖ时 ， 三极管仍有可能导通 ） ； 由三极管 Ｑ １ 整形输出的方波信号输出到单 片机外部中断 Ｉ Ｎ Ｔ １口线上， 进行计数测量 】 ． 图 ５线路同样适合输出信号为方波的霍尔式转速传感器．
２ ． ３ 掉 电检 测线 路
步进 电机无 机 械 回零 机 构 ， 为 了使 步进 电机 掉 电后迅 速 回到零 位 ， 设 计 了如 图 ４所 示 的掉 电检 测线 路． 当Ｌ ｏ ｗ Ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ 点 电压下 降到 １ ５ Ｖ 以下 时 ， 分压 后 加 到 Ｓ Ｔ Ｃ １ ２ Ｃ ５ ２ ０ ４单 片 机 Ｐ １ ． ２ ／ Ｌ Ｖ Ｄ低压 检 测 口线 的 电压 低 于 内部 比较 电压 １ ． ３ ３ Ｖ， 触 发低 压 检 测 中 断执行 电机 回零 程 序 ． 将 掉 电检 测 点设 置在 图 ３中的 Ｒ １之后 ， 是因Ｄ ４抑 制瞬态 尖 峰干扰 脉 冲后 ， 可减少 干扰 引起 的掉 电误 触发 ．
图 ２ 硬件线路框图
＋
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４一 Ｏ １ — ２ ３
作者简介 ： 谢少伟 （ １ ９ ６ ５一） ， 男， 浙江绍兴人 ， 副教授 ， 研究方 向 ： 智能仪器仪表 、 汽车 电
张勤侠 ： 微型步进电机式发动机转速 表设计
２ ． ２ 电源 稳压 电路
关键词 ： 微型步进 电机 ； 发动机转速表 ； Ｓ Ｔ Ｃ １ ２ Ｃ ５ ２ ０ ４单片机 中图分类号 ： Ｔ Ｐ ３ ６ ８ ． １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ８— ２ ９ ３ Ｘ （ ０１ ２ ４ ） ０ ７－ ０ ０ ２ ２一 ｏ ５
发 动机转 速表 常用 于摩托 车 、 汽 车 和航 空航 天 飞 机 等设 备 上 ， 由于需 要 快 速判 读 被测 变 量 的变化 趋 势， 所以往往采用指针式指示仪表． 微型步进电机由于具有体积小、 运行稳定 、 能将数字信号准确地转为模
谢 少伟 陈银 辉
（ 浙江水利水电学 院 浙江
张 勤侠
杭州 ３ １ ０ ０ １ ８ ）
摘
要： 采用微型步进 电机及单片机技术 ， 设计一种步进电机驱 动的发动机转速表． 重点对 电源 、 信 号调理 、 掉 电检测 、 步进
电机驱动等线路以及主程序 、 定时中断服务程序 的设计进行 了介绍．
工作 电源从 Ｓ ｅ ｎ ｓ ｅ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ 端误 接 人隔离 二极 管 ． Ｄ ４是 １ ． ５ Ｋ Ｅ ３ ９型 瞬态抑制 二极 管 ， 其 反 向击 穿 电压为 ３ ７— ４ ｌ Ｖ， 而脉 冲 电流 的峰值 可达 ２ ８ ． ２Ａ， 用 于瞬 态尖 峰干 扰 脉 冲的 吸 收保 护 ， 以适 应汽 车 等 电磁 干 扰较 强 的 工作环 境 ， Ｒ １为 限流 电阻 ， 用 于瞬 态抑 制二 极管过 流保 护 ．
如图 ３所示 ， 采用 两级 稳压 形式 设计 ， 其 输入 直流 电压 的变化 范 围为 ２ Ｏ一３ ＯＶ， 并 能耐 短 时 ３ ６ Ｖ的过 压． 适用 于 ２ ４ Ｖ系列汽 车等 电源 环境 ， 其ｌ ２ Ｖ（ 经 Ｄ ２输 出） 的 电压 可给霍 尔式转 速传 感器供 电．
图３ 电源稳压线路
拟指示信号等优点 ， 在指针式指示仪表 中已有一定的应用． 本文介绍一种采用微型步进电机设计而成的发 动机转 速表 ， 其 转速 测量 范围为 ０— ４ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ．
１ 微 型 步 进 电机
仪表 用微 型步进 电机 一般 为两相 步进 电机 ， 其 转子转 动经齿 轮 系减速后 带动 指针偏 转． 图ｌ 为本设 计 采用 的 Ｖ Ｉ Ｄ ２ ９型 步进 电机结构 原理 图 ， 其 减速 比为 １ ８ ０ ／ １ ， 输 出轴 的步距 角最小 可 以达到 １ ／ １ ２ 。 ， 最 大角 速 度６ ０ ０ 。 ／ ｓ ． 微 型步进 电机在 指针式 仪表 中应用 的关键 技术 包括 ： 细分 驱动 、 加 减速平 滑运 行 、 掉 电 回零 等．
…
转 子
齿 轮 系
马 达 输 出
图１ 仪 表用 微 型步 进 电机 结 构原 理
２ 硬 件 设 计
２ ． １ 总体方 案设计
硬件线路框图如图 ２ 所示， 采用 Ｓ Ｔ Ｃ １ ２ Ｃ ５ ２ ０ ４型 ８ 位单片机， 该单片机兼容 ５ １ 单片机指令系统 ， 集成了 Ｐ ＷＭ模块和低压检测模块 ， 具有较强的抗干扰能力， 以适应发动机的工作环境及对步进电机控制的需求…．