运动控制-M法T法测速单片机程序设计

M法、T法测速单片机程序设计

摘要

本设计为M法、T法测速的单片机程序设计。使用STC89C52单片机作为控制器，使用该单片机的外部中断和定时器对编码器的输出的脉冲进行采样来计算出电机的转速。可以使用按键输入来调整M法、T法测速法中Z、Tc和Tt等参数以及测速方法的选择，以此来增强本设计的适应性。参数选择结果和电机转速计算结果均显示在LCD1602上。

关键字：STC89C52，M法、T法测速，LCD1602，电机转速

Ⅰ

Abstract

This design as m, t-law velocity measurement of single-chip computer programming. Using STC89C52 single-chip computer as the controller, using the microcontroller's external interrupts and timers for encoder output pulse is sampled to calculate the speed of the motor. Can be adjusted using touchtone m, t law Velocimetry parameters such as z, Tt and Tc, as well as in speed measurement method of choice, as a way to enhance the adaptability of this design. Parameter selection and calculation of motor speed results are available on LCD1602.

Keywords：STC89C52,M、T method, the LCD1602, Motor speed

Ⅱ

目录

第1章绪论 (1)

1.1 旋转编码器 (1)

1.2 数字测速的精度指标 (2)

1.2.1 分辨率 (2)

1.2.2 测速误差率 (2)

1.3 M法测速 (2)

1.4 T法测速 (3)

第2章硬件系统设计 (5)

2.1 STC89C52介绍 (5)

2.2硬件电路 (6)

2.3.1时钟电路 (6)

2.3.2 显示电路 (7)

2.3.3 速度检测电路 (8)

2.3.4 按键输入电路 (8)

第3章系统软件设计 (9)

3.1 主程序设计 (9)

3.1 M法测速程序设计 (10)

3.2 T法测速程序设计 (11)

总结 (12)

参考文献 (13)

附录A 系统原理图 (14)

附录B 主要C语言源程序 (15)

Ⅲ

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第1章 绪论

1.1 旋转编码器

旋转编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将

输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP ）。它

分为绝对式和增量式两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），

和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转

编码器输出两组A/B 相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可

以判断旋转的方向。

1、增量式编码器

增量式编码器轴旋转时，有相应的相位输出。其旋转方向的判别和脉冲数量

的增减，需借助后部的判向电路和计数器来实现。其计数起点可任意设定，并可

实现多圈的无限累加和测量。还可以把每转发出一个脉冲的Z 信号，作为参考机械

零位。当脉冲已固定，而需要提高分辨率时，可利用带90度相位差A ，B 的两路信

号，对原脉冲数进行倍频。增量式旋转编码器示意图如图1-1所示。

图1-1 增量式旋转编码器示意图

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2、绝对值编码器

绝对值编码器轴旋转器时，有与位置一一对应的代码（二进制，BCD 码等）输

出，从代码大小的变更即可判别正反方向和位移所处的位置，而无需判向电路。

它有一个绝对零位代码，当停电或关机后再开机重新测量时，仍可准确地读出停

电或关机位置地代码，并准确地找到零位代码。一般情况下绝对值编码器的测量

范围为0～360度，但特殊型号也可实现多圈测量。

1.2 数字测速的精度指标

1.2.1 分辨率

分辨率定义：改变一个计数值所对应的转速变化量，用符号Q 表示。

当被测转速由n1变为n2时，引起记数值增量为1，则该测速方法的分辨率是

分辨率Q 越小，说明测速装置对转速变化的检测越敏感，从而测速的精度也越高。

1.2.2 测速误差率

测速误差率:转速实际值和测量值之差与实际值之比, 记作

测速误差率反映了测速方法的准确性，δ越小，准确度越高。测速误差率的大小决

定于测速元件的制造精度，并与测速方法有关。

1.3 M 法测速

M 法是测量单位时间内的脉数换算成频率，因存在测量时间内首尾的半个脉冲

问题，可能会有2个脉的误差。速度较低时，因测量时间内的脉冲数变少，误差所

12n n Q -=100%n n

δ∆=⨯

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占的比例会变大，所以M 法宜测量高速。如要降低测量的速度下限，可以提高编码器线数或加大测量的单位时间，使用一次采集的脉冲数尽可能多。计算公式为：

c

160ZT M n =

时钟Z = 倍频系数 x 编码器光栅数。

M 法测速的分辨率： c

c 1c 16060)1(60ZT ZT M ZT M Q =-+=

M 法测速误差率： %1001%10060 )1(60 601

c

1c 1c 1max ⨯=⨯-=M ZT M ZT M ZT M δ 在上式中，Z 和 Tc 均为常值，因此转速 n 正比于脉冲个数。高速时M1大，量化误差较小，随着转速的降低误差增大。所以，M 法测速只适用于高速段。

1.4 T 法测速

T 法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率。因存在半个时间单位的问题，可能会有1个时间单位的误差。速度较高时，测得的周期较小，误差所占的比例变大，所以T 法宜测量低速。如要增加速度测量的上限，可以减小编码器的脉冲数，或使用更小更精确的计时单位，使一次测量的时间值尽可能大。计算公式为：

2

060ZM f n =