基于单片机的电机转速测量系统设计_(附图及源程序)
基于C51单片机直流电机测速仪设计
基于C51单片机直流电机测速仪设计摘要：电机的转速是各类电机运行过程中的一个重要监测量，测速装置在电机调速系统中占有非常重要的地位，特别是数字式测速仪在工业电机测速方面有独到的优势。
本文介绍了一种基于C51单片机的光电传感器转速测量系统的设计。
系统采用对射式光电传感器产生与齿轮相对应的脉冲信号，使用AT89C51单片机采样脉冲信号并计算每分钟内脉冲信号的数目，即电机对应的转速值，最终系统通过LCD实时显示电机的转速值。
经过软硬件系统的搭建，分别通过Protues软件系统仿真实验和实际电路搭建检查实验。
仿真实验表明本系统满足设计要求，并且结构简单、实用。
整个直流电机测速系统在降低测速仪成本，提高测速稳定性及可靠性等方面有一定的应用价值。
关键词：转速测量；光电传感器；单片机Based On C51 SCM Single DC Motor Speedometer DesignABSTRACT：Motor speed is all kinds of motor operation is an important process to monitor the amount of speed measuring device in the motor control system occupies a very important position, Especially the digital speedometer in the industrial motor speed has unique advantage. This paper describes a photoelectric sensor 51 SCM-based speed measurement system design. System uses a beam photoelectric sensor generates a pulse signal corresponding to the gear, the use of a sampling pulse signal AT89C51 SCM and calculating the pulse per minute, the number of signals that the speed of the motor corresponding to the value of the final system time through the LCD display the motor speed value.After a hardware and software system structures, respectively, through Protues software system to build the actual circuit simulation and experimental examination. Simulation results show that the system meets the design requirements, and the structure is simple and practical. DC Motor Speed entire system in reducing speedometer costs, improve reliability, speed stability and a certain application value.Keywords: Speed measurement; Photoelectric; Single chip micyoco目录1 绪论 (1)1.1 数字式转速测量系统的发展背景 (1)1.2 转速测量在国民经济中的应用 (1)1.3主要研究内容 (2)1.4 设计的目的和意义 (2)2 转速测量系统的原理 (4)2.1 转速测量原理 (4)2.2 转速测量计算方法 (5)3转速测量系统设计方案 (7)3.1 直流电机转速测量方法 (7)3.2 设计任务及方案 (8)4 直流电机测速系统设计 (9)4.1 单片机AT89C51介绍 (9)4.2 转速信号采集 (14)4.2 转速信号处理电路设计 (16)4.4 最小系统的设计 (17)4.4.1复位电路 (17)4.4.2 晶振电路 (20)4.5 显示部分设计 (20)5 直流测速系统仿真 (24)5.1 直流测速系统仿真 (24)5.1.1单片机最小系统仿真 (25)5.1.2 数码管显示仿真 (25)5.2 主程序流程设计 (26)5.2.1 主程序流程设计 (26)5.2.2 定时器的初始化 (27)5.3 实际电路实验 (28)参考文献 (30)致谢 (31)1 绪论1.1 数字式转速测量系统的发展背景在现代工业自动化高度发展的时期，几乎所有的工业设备都离不开旋转设备，形形色色的电机在不同领域发挥着很重要的作用。
基于单片机的直流电机调速系统设计
直流电机转速 :
根据基尔霍夫第二定律，得到电枢电压电动势平衡方程式 U=Ea+Ia（Ra+Rc）……………式1
式1中，Ra为电枢回路电阻，电枢回路串联保绕阻与电刷 接触电阻的总和；Rc是外接在电枢回路中的调节电阻
由此可得到直流电机的转速公式为:
n=(Ua-IR)/CeΦ ………………………式2
式2中, Ce为电动势常数, Φ是磁通量。 由1式和2式得
n=Ea/CeΦ ……………………………式3
由式3中可以看出, 对于一个已经制造好的电机, 当励磁电压和 负载转矩恒定时, 它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定, 电 枢电压越高, 电机转速就越快, 电枢电压降低到0V时, 电机就 停止转动；改变电枢电压的极性, 电机就反转。
PWM脉宽调速
PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的 直流电源开关频率, 改变负载两端的电压, 从 而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM 驱动控制的调整系统中, 按一个固定的频率 来接通和断开电源, 并且根据需要改变一个 周期内“接通”和“断开”时间的长短。通 过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来 达到改变平均电压大小的目的, 从而来控制 电动机的转速。也正因为如此, PWM又被称为 “开关驱动装置”。
, 软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线, 在 按键数量较多时, 需要较多的输入口线且电路结构复杂, 故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。
数码管显示部分 本设计使用的是一种比较常用的是四位数码 管, 内部的4个数码管共用a~dp这8根数据线, 为使用提供了方便, 因为里面有4个数码管, 所以它有4个公共端, 加上a~dp, 共有12个引 脚, 下面便是一个共阴的四位数码管的内部 结构图（共阳的与之相反）
基于单片机的数显转速计设计
在工程实践中 ，经常会遇到各种需要测量转 速的场合 ， 如在发 例 动机 、电动机 、卷扬机、机床主轴等旋转 设备的试验 、运转 和控制 中 都需要对转速进行测量。传统的测速方式 是利用测速发 电机 来进行测 速 。但 由于测速发电机是高速旋转机械 ，因磨损 、传动 、 冲等影响． 脉 经常发生一些故障 。随着超大规 模集成电路技术提 高 ， 尤其 是单片机 技术 的发展使全数字化测量转速系统得以广泛应用。本文对全 数字测
转轴其中的一段表 面擦干净后用黑 漆（ 或黑色胶布 ） 涂黑，再将一块 反光材料贴在其上作为光电标记 ，
然后将光 电传感器 （ 电头 ）固定 光 在正对光 电标记的某一适 当距离处。 光 电头采用低功耗高亮 度Ｌ Ｄ， Ｅ 光
是一组 稳定 的显示数据 ，不会有闪烁感 ，动态显示的效果和静态显示 是一样 的，能够节省大量的Ｉ 端 口，而且功耗更低 。 ／ Ｏ
图２转速信号采集
测速时使光 电头上发 出的光照射到转轴上 ，当光 照到 光电标 记的
反光材料时 ，光 电头接收到反光 ，从而产生一个转 速信号 。转 轴每转 过一周都会产生一个转速信号 ，在光 电头上就能够得到一个的持续输 出的波形 ，但这个波形不利于系统的处理。凼此需要对这个转速信号 进行信号处理 。
量转速 系统 的硬件 和编 程作了一些探讨 ，并设计了一种 以Ａ ８Ｃ １ Ｔ９５ 单 片机 为主控制器的一种数字式转速测量系统。本 系统 主要原理 是利用 光 电传感器采集速度信号 ，利用单片机程序计算转速后 通过数码管显 示 出来 ，拥有非接触式、精 度高 、可靠性强 、 性价比高等优点 。
ｌ５内 牡矸 ２ｌ年第１ ｏ ０ｏ １ １ 期
技 术 创 新
基于单片机控制的直流电机调速系统设计
基于单片机控制的直流电机调速系统设计一、引言直流电机在工业自动化领域中广泛应用，其调速系统的设计是实现自动控制的关键。
本文将介绍一种基于单片机控制的直流电机调速系统设计方案，主要包括电机原理、硬件设计、软件设计以及实验结果与分析等内容。
二、电机原理直流电机是一种将直流电能转换为机械能的装置，其原理基于电磁感应和安培定律。
电机由定子和转子两部分组成，定子上绕有恒定电流，产生磁场，而转子上带有电流，与定子的磁场互相作用，产生力矩使电机旋转。
三、硬件设计1.单片机选择在本设计中，选择了一款功能强大、性能稳定的单片机作为控制核心，例如使用ST C89C51单片机。
该单片机具有丰富的GP IO口和定时器/计数器等外设，适合进行电机控制。
2.电机驱动电路设计电机驱动电路主要包括功率电源、运放电路和驱动电路。
其中，功率电源为电机提供稳定的直流电源，运放电路用于信号放大和滤波，驱动电路则根据控制信号控制电机的转速。
3.速度测量电路设计为了实时监测电机的转速，需要设计速度测量电路。
常见的速度测量电路包括光电编码器、霍尔传感器等，通过测量转子上感应物体的变化来获得电机的转速信息。
四、软件设计1.程序框架软件设计的目标是实现对电机转速的控制和监测。
基于单片机的软件设计主要包括主程序的编写、中断服务程序的编写以及定时器的配置等。
2.控制算法常见的直流电机调速算法包括电压调速法、P WM调速法等。
根据实际需求选择合适的算法，并根据测量到的转速信号进行反馈控制，实现对电机转速的精确控制。
五、实验结果与分析设计完成后，进行实验验证。
通过设置不同的转速需求，观察电机的实际转速与设定转速的误差，并分析误差原因。
同时还可以测试电机在不同负载下的转速性能，以评估系统的稳定性和鲁棒性。
六、总结基于单片机控制的直流电机调速系统设计是实现自动控制的重要应用。
本文介绍了该系统的硬件设计和软件设计方案，并展示了实验结果。
通过系统实现电机转速的精确控制，可以广泛应用于工业自动化领域。
基于单片机的电机转速测量系统的设计
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ Ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｔｕ ｎ ｅ ｈ ｉｕ ｎ ｅ ｓ ｒ
２ １ ０１
第 ８期
Ｎｏ ８ ．
基 于单 片机 的 电机 转 速测 量 系统 的设 计
王文成 李 ，
（． １ 潍坊学院信息与控制工程 系， 山东潍坊
霍尔元件作为 一种转 速测量 系统 的传 感器 ， 有体 积小 、 它 重量轻 、 安装方便 等优点 ， 该传 感器 是利用 霍尔效 应 原理 工作
式 中： 电机 的转 速 ； ｎ为 Ｐ为 电机转 一 圈 的脉 冲数 ； Ｔ为输 出方 波信号 的周期 。
２ 系 统 硬 件 设 计
收稿 日期 ：０ ０—１ ２１ ２—２ 收修改稿 日期 ：０ １ ３—１ ７ ２ １ 一ｏ ３
率， 根据式 （ ） １ 可计算 出 电机 的转速 。转 速检 测装 置的 软件 系 统主要包括 ： 测速 主程序 、 据处 理子程 序 和显示 子程 序 。主 数
２ ２ 电 源 电路 ．
图 ５ 电 机 测 速 电 路
３ 软 件 设 计
系统 采用单片机 中的 Ｉ Ｔ Ｎ ０中断对转速 脉 冲进 行计数 。定
罩
时器 Ｔ 工作 于外部 事件 计数方式 ， １ 对转速脉 冲计数 ； Ｔ Ｏ工作 于 定时器方式 。每到 １ 读 １ ８ 次计数 值 ， 此值 即为脉 冲信 号的频
式 中 ： 为霍尔器件 的灵敏度 系数 ； 为控制 电流 ； ， Ｂ为磁 感应
强度 。
等 Ｉ 。他们各 有优 点和缺点 ， ３ 直流测速 发 电机 是应用 范 围较 广 的测速元件 ， 它的主要优点是 灵敏度 、 高线性误 差小 ， 由于 但 它具有 电刷和换 向接触装置 ， 因而可靠性 较差 ， 应用 范 围有限 ； 普通光 电编码器 虽然精 度较 高 ， 体积 大 ， 但 成本 高。霍尔 元件 具有尺寸小 、 外围电路 简单 、 使用 寿命 长、 调试 方便等 特点用它
基于单片机的转速测量系统设计
基于单片机的转速测量系统设计作者：马晓鑫来源：《科技视界》2019年第17期【摘要】伴随着我国科学技术水平的快速发展，当前我国对单片机的转速测量系统控制这一领域也越来越趋于智能化。
本文主要以单片机平台为主要的出发点，对电机进行转速测量所选取的方法主要是通过光电传感器来实现的，并且这其中还利用了一系列的语言编程，来综合性的实现对单片机的转速进行有效测量。
【关键词】单片机;转速测量;系统设计中图分类号： U467.43 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）17-0040-002DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2019.17.0180 引言当前随着经济全球化的进程不断加深，无论是我国还是国际上其他国家都对测量电动机转速的方法有了新的研究。
而对这些方法综合来看，它主要包括了以模拟测速、同步测速等一系列为主要形式的测速方法。
虽然这些方法当前已经被广泛地应用在我国的电动机测速这一方面，但是所并未能够从本质上被我国所全面化的应用。
因此，当前对电机转速测量系统进行研究已经成为了我国当前发展的一大重要课题。
通过利用光电传感器来对电机转速测量系统的准确性进行有效地提高。
1 关于单片机的转速测量方法单片机的转速指的是它在正常运转过程中在单位时间内所转的圈数多少，并且它所转的圈数的多少以及圈数的大小都会影响它的正常运转。
因此，对单片机的转速进行测量是我国当前工业发展的一个重要的研究领域。
当前，我国根据不同的转速理论的应用对单片机的转速测量方法主要分为了三大类型的测量方法，而文章主要介绍的测量方法是通过对单片机和光电传感器的组成来实现转速测量的，这主要表现在了以下的几种测量方法之中：首先，测频率法。
在应用这种方法期间的首要要求主要是要有一个固定化的时间t，然后对它在这个单位时间之内的固定频数信号次数进行记录（N），最终被测信号的频率就可以通过这两大要素表现出：其中最主要的公式就是fx=NT。
基于单片机的电机转速测量系统设计
基于单片机的电机转速测量系统设计一、绪论电机是现代工业生产中常用的电力传动装置，其转速的准确测量对于工业生产的稳定运行和质量控制具有重要意义。
本文设计了一种基于单片机的电机转速测量系统，通过对电机转速的实时监测和数据采集，实现对电机运行状态的有效控制和管理。
二、系统设计方案1.硬件设计：a.使用单片机作为控制核心，选择适合的单片机芯片，如STC89C52b.采用光电传感器作为转速检测元件，通过将光电传感器的发光管与光敏电阻相对应，并将其安装在电机转轴上，当转轴旋转时，光敏电阻会根据光线的变化产生电信号，通过电压变化实现转速测量。
c.添加滤波电路，通过对信号进行滤波处理，保证测量结果的稳定性和准确性。
d.利用LCD液晶显示模块，显示电机的实时转速。
e.设计相关电源和电路，保证系统正常运行。
2.软件设计：a.使用C语言编程，通过单片机的编程框架，编写测量转速的程序。
b.通过定时器中断的方式，实时采集光电传感器的信号，并进行信号处理，得到电机的实时转速值。
c.将转速值存储在内部存储器中，以备后续分析和处理。
d.利用LCD液晶显示模块，将转速值显示在LCD屏幕上，实现实时监测。
三、系统特点1.精确度高：通过光电传感器和滤波电路的配合使用，能够准确测量电机的转速，保证测量结果的准确性。
2.实时监测：通过单片机的编程，能够实时监测电机的转速，及时发现异常情况并进行处理。
3.数据采集:可以将转速数据存储在内部存储器中，方便后续分析和处理，实现对电机的有效控制和管理。
4.易于操作：通过LCD液晶显示模块，能够直观地显示转速值，操作简单方便。
5.低成本：该系统采用单片机作为核心，硬件设备简单，成本较低。
四、系统优化1.添加报警功能：当电机转速超过设定值或低于设定值时，系统能够及时发出警报提示操作人员，防止电机在异常情况下继续运行，保护设备安全。
2.添加通信功能：通过添加通信模块，将转速数据传输至上位机或者其他设备，实现对电机的远程监控和控制。
基于单片机的转速测试系统
基于单片机的转速测试系统介绍了一种利用89C51型单片机技术实现高精度转速测量系统的方法。
这种测量系统具有数据准确、精度高、体积小、使用方便等优点，具有广阔的应用前景。
标签：转速测量系统;单片机;光电传感器1 转速测试的原理伴随着现代化的生产规模不断地扩大，基于单片机转速测量系统在工业和民用领域中都有很高的使用价值。
国内外的各类转速测量系统都朝着高智能化、高精度化、小型化的方面发展。
在智能化的转速测量系统中可以对转速进行自动高精度测量，大大的提高了实用价值。
转速测试系统的原理是测量旋转中的转子所产生的周期脉冲信號频率。
主要有测周期法、测频率法和测频测周期法三种：①测周期法（T法）测周期法转速通过两脉冲信号产生的间隔宽度决定（脉冲宽度用TP来表示），假设用来采集数据的叶片有N片，那么测量的时间是每转的1/N。
TP通过定时器测得，时钟脉冲计数通过定时器计数获得，在TP内计数值若为M1，那么计算公式为：P是转轴旋转一周脉冲发生器产生的脉冲fc是硬件产生的时钟脉冲频率，单位用HZ来表示N为转速，单位：r/minM1为时钟脉冲影响T法测量额精度误差有两个因素：两脉冲的上升沿触发时间不一样，计数和定时不一致。
这种方法在测量低转速时精度很高，随着速度的不断增加，T法的测量准度也随着降低。
②测频法（M法）测量脉冲发生器所产生的脉冲数m1来测量转速在时间T内完成。
测量精度由于定时时间T和脉冲不能保证同步，以及在T内不能测量外部脉冲的完整周期，捕捉脉冲信号的能力变差。
T要足够的长，才能确保测量结果的准确性。
③测频测周期法测频测周期法即综合了T法和M法，分别对高、低转速测量。
通过测量检测时间和在此检测时间内光电脉冲发生器所产生的脉冲信号来确定转速。
为确保在不同转速的测量准确性，要保证对两种不同脉冲信号进行同步测量。
2 单片机转速测量系统的主要原理单片机转速测量系统在实际应用中，大多数情况下都会被视线安装在相应的设备上，通过对不同类型的传感器产生脉冲信号，这样才能实现对电机的转速的测量。
MCS-51单片机电机转速控制及测速显示系统
M C S-51单片机电机转速控制及测速显示系统(总26页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除MCS-51单片机电机转速控制及测速显示系统一、系统总体方案选择与说明本课题要求设计一个单片机电机转速控制系统。
给定信号经A/D转换输入到单片机(MCS-51)并显示，单片机根据给定从D/A 输出相应的信号控制直流电机的转速，并能对电机的转速进行测量。
1．设计要求要求以MCS-51系列单片机为核心设计一个直流电机调速系统，该系统具有显示电动机转速、输入模拟量的功能。
用6位LED 显示。
前两位显示AD，后两位显示输入模拟量，最后两位显示电动机转速，单位为转/s, 电动机最大转速为5000转/min。
其转速由D/A转换的模拟量控制。
2．设计思路1）由地址琐存器74LS273芯片实现动态显示模块，74LS273输出端为段控，用于输出所显示的数值，口位控，控制哪一位LED管亮，LED采用共阴极的接法；2）选用89C51单片机，其内部有4K的寄存器，无需扩展外部存储单元，还具有2个16位定时器/计数器，可以通过CPU 内部定时，进行数据采集；3）.ADC0809可将模拟量转换为数字量，并将数字量送单片机；DAC0832可将从单片机输出的数字量转换为模拟量，并用模拟量控制直流电机；4）用霍尔元件测电动机转速。
转速的测量方法有两种：①频率法：利用单片机内部定时器定时（定时时间1秒），再用一计数器对被测脉冲计数，所测脉冲个数即转速值（转/S）②周期法：测量脉冲的周期，即利用定时期累计在被测脉冲的一个周期内机器周期的个数n。
被测信号周期T=n*机器周期，被测信号频率f=1/T。
考虑到要用定时采样的方法，同时又要将两位转速显示出来，所以本设计中采用频率法。
一、系统结构框图与工作原理1．系统结构框图2．工作原理通过调节可变电阻,将模拟量送入AD转换器,经AD转换后通过P0口,将数字量送入单片机,单片机将数字量送I/O,并经74LS273锁存,送数码管显示,同时将数字量送给DA,DA将数字量转换为模拟量,用于控制直流电机的转速。
基于MCS-51单片机的直流电机转速测控系统设计
霍尔 传 感器 组 成 ，并通 过 ＭＤ 换 将转 速 转换 为 转
电压 信号 ，再 以脉 冲形 式 传给单 片机 。这 种设 计
收 稿 日期 ：０ ０ ０ — ９ ２ １— ４ １
方 法 具 有 频 率 响应 高 ｆ 应频 率 达 ２ Ｈ 以 上） 响 ０ｋ ｚ 、
０业 口 口 口 口
图 ３ 脉 宽 调 制 过 程
口为显示 器段选 码 ，其 硬件 连接 电路如 图２ 所示 。 本系 统 的脉 冲宽度 调制 （ｕｓ ｄｈＭｏ ｕａ Ｐ ｌ Ｗｉｔ ｄ ｌ． ｅ
Ｖｏ ．２ Ｎｏ １ １１ ．０
０ｃ ．２ １ ｔ ００
２ １年 １ 月 ００ ０
输 出幅值 不变 、抗 电磁 干扰 能力 强等 特点 。其 中 霍尔 传感 器输 人为 脉 冲信号 ．十 分容 易与 微处 理 器 相连接 ，也 便 于实现 信号 的分 析处 理 。单 片机 的Ｔ 口可对该 脉 冲信 号进 行计数 。 Ｏ 设 计 时 ．可通 过 单 片 机 的Ｐ ． Ｐ ． 个 接 ｏ１ ｏ５五 口来 完 成 键 盘 的 输 入 ，Ｐ ． １ ６口可 完 成 呜 叫 和 报 警 ，Ｐ ．接 电机 ，Ｐ ． Ｐ ．接显 示 器 的位选 ，Ｐ ２ ０ ２１ ２４ ～ ０
析转 速 的过程 量 ．并 超 限 自动报 警 。本 系 统 同时
２ 硬 件 设 计
Ｃ ０ １ 完全 集 成 的混 合信 号 系统 级 ＭＣ ８５是 Ｕ芯 片 ，具 有 ６ 个 数 字 Ｆ ４ Ｏ引 脚 ，片 内含 有 Ｖ Ｄ监 视 Ｄ 器 、看 门狗 定 时器 和时 钟振 荡器 ，是真 正能 独 立 工 作 的片上 系统 ，并 能 快捷 准确 地 完成 信号 采集 和调 节 。同时也 方便 软件 编 程 、干扰 防制 、以及
单片机课程设计 用单片机控制直流电动机并测其转速
《单片机原理及应用》课程设计报告书课题名称用单片机控制直流电动机并测其转速姓名学号专业指导教师机电与控制工程学院年月日任务书用单片机控制直流电动机并测其转速主要硬件：A/D转换芯片ADC0809；AT89C51芯片设计要求：(1)通过改变A/D输入端可变电阻来改变A/D的输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电动机的转速；(2)手动控制：在键盘上设置两个按键——①直流电动机加速键；②直流电动机减速键。
在手动状态下，每按一次键，电动机的转速均按照约定的速率改变；(3)用显示器显示的数码移动的速度，来及时的形象的跟踪直流电动机转速的变化情况；(4)直流电动机双极性控制：00H——逆时针转最快，80H——停止，FFH——顺时针转最快；((6)键盘列扫描（4×6）。
目录1、绪论 (1)2、方案论证 (2)3、方案说明 (5)4、硬件方案设计 (5)5、软件方案设计 (8)6、调试 (10)7、结论 (11)8、参考文献 (12)9、附录 (13)1、绪论在现代工业自动化高度发展的时期，几乎所有的工业设备都离不开电机，形形色色的电机在不同领域发挥着很重要的作用。
与之而来的问题是，如何更好地控制电机，对于不同的场合，对电机的控制要求是不同的，但大部分都会涉及到直流电机的转速测量，从而利用转速来实施对直流电机的控制。
直流电机转速作为直流电机的一项重要技术指标，在各个应用场合都有重要的研究价值，例如在发动机，电动机，机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或连续测量，显示其转速及瞬时速度等，转速是其他大部分技术参数的计算来源，因此，准确测量直流电动机的转速具有重要的研究意义和理论价值。
目前，对直流电动机的速度检测方法很多，从整体上可分为模拟检测和数字检测方法。
模拟检测：即利用测速电机作为发电机，通过检测反电势E的大小和极性可得到转速N和电机转向，采用这种方法直接可以得到转速N和输出电压的特性曲线，直观，但也有很多不足，比如在高速和低速情况下实际输出偏离理想特性。
基于单片机控制的步进电机调速系统的设计
基于单片机控制的步进电机调速系统的设计步进电机是一种常用的电机类型，它通常用来实现精确定位和控制运动。
步进电机的控制需要一个精确的调速系统来确保稳定的运行和准确的位置控制。
本文将基于单片机控制的步进电机调速系统进行设计。
首先，我们需要选择合适的硬件以及编程平台。
本设计选择使用Arduino Uno作为单片机控制器，它具有易用性和强大的控制功能。
步进电机选择了NEMA 17型号，它具有较高的分辨率和扭矩输出。
接下来，进行电路设计与连接。
将步进电机的四个线圈连接到单片机的GPIO引脚上，并使用电流驱动模块控制电机的供电。
通过连接外部电源，电流驱动器将为步进电机提供稳定的电流，以确保电机能够正常工作。
在编程方面，首先需要编写初始化代码，配置单片机的GPIO引脚以及串口通信功能。
然后，可以使用Arduino提供的步进电机库来控制电机的旋转。
该库提供了简单的命令来控制步进电机的转动方向和转速。
为了设计调速系统，我们可以使用一个旋转编码器来实时监测电机的转速。
旋转编码器将会测量电机的转动次数，从而计算出电机的转速。
在单片机的程序中，我们可以设置一个目标转速，并根据旋转编码器的数据来调整电机的驱动频率。
为了实现平滑的调速过程，我们可以使用PID控制算法来调整电机的驱动频率。
PID控制算法是一种经典的反馈控制算法，它可以根据目标值和实际值之间的差异来调整控制信号。
通过不断地比较电机的实际速度与目标速度，PID控制算法可以动态地调整电机的驱动频率，以达到稳定的调速效果。
最后，我们可以设计一个用户界面来设置目标速度和监控电机的运行状态。
通过串口通信功能，单片机可以与上位机进行数据交互，用户可以通过上位机发送指令来设置目标速度，并且可以实时监测电机的转速和运行状态。
总结起来，基于单片机控制的步进电机调速系统设计需要进行硬件选择与连接、软件编程以及用户界面设计。
通过合理地选择硬件和软件方案，以及使用PID控制算法，我们可以实现一个稳定且准确的步进电机调速系统。
单片机转速测量程序
fre=0; if(speed==9999)//最大转速，单位 0.1r/min
speed=0; if(display<2)//滤除第一次 {
play(1,0);
delay(3); play(2,0); delay(3); play(3,0); P0|=0x80;//打印小数点 delay(3); play(4,0); delay(3); } else//滤除后进行显示 { swiБайду номын сангаасch(chose) {
TH1=0x30;TL1=0xB0;//设置定时器 1 时间 50MS 初值,按照理论计算值为 D8F0,已经进行修正处理
ET1=1;//允许定时器 1 中断 EA=1;//允许所有中断 TR1=1;//开启定时器 1 计数 } void main(void) { init(); while(1) {
数值，然后退出 case 2:{P2=~0x40;P0=~smg[num]; break;} case 3:{P2=~0x20;P0=~smg[num]; break;} case 4:{P2=~0x10;P0=~smg[num]; break;} default : break; }
} /*延时 ms 函数，入口为 ms 延时时间*/ void delay(unsigned char ms) {
display=2; temp++;//转动圈数加 1 TR1=0;//关闭定时器 1 计数 time=TH1;//读取定时器 1 的数值 time=time<<8; time=time|TL1;//把数值装载为 16 位 freq fre=(unsigned int)irq*50+time/1000;//时间从定时器和缓冲中 提取出来 time=0x0000;//清零计数 irq=0x00;//清零中断进入个数 speed=(60*1000)/(fre/10);// 转速测量，1/(fre/1000)*60,放大 10 倍数，精度为 0.1 TH1=0x30;TL1=0xB0;//设置计数器 0 初值 TR1=1;//开启计数器 0 计数 } } else if(LED==1) { flag=0x01; } } /*定时器 1 初始化函数*/ void init(void) { TMOD=0x10;//设置 T1=定时器 TCON=0x00; /*T1=定时器*/
基于单片机的转速测量系统设计
由于 电机在 运 行 的 过程 中 ，转 速 的平 稳 性 很 重 要 ，而且 电机 在生 产 过程 中要 进行 检验 ，其 中转 速就 是个 非 常重要 的参数 ，所 以要 适 时对 电机 的转 速 进 行测 量 ，来检 测 电机 的工作 情 况 ，以及 电机 的质 量 问 题 ，有 效 地反 映 电机 的状况 ，因此转 速测 量是 非 常重 要 的一个 环节 ，具 有 非 常 大 的现 实 意 义 。 因为 现 在 单 片机 的应用 为转 速测 量 提供 了方 便有 效 的解决 方 案 ，所 以智能化 的 电机 转速 测量 应用 非 常广泛 … 。
图 ３ （ａ）转 速信 号处 理 前 Ｕｉ波 形 （ｂ）转 速 信 号 处 理 后 ｕｏ波 形
２．３ 转 速的计 算 电路 转速 的计 算是 由单 片机 完 成 的 ，主 要 用 到单 片
机 的定 时器 和计数 器 。５ １单 片机 的定 时计数 器有 ４ 钟 工作方 式 ，不 同 的 工 作 方 式 有 不 同 的 工 作 特 点 。 本 次设 计 采 用 方 式 １，即 计 数 寄 存 器 的位 数 是 １６ 位 ，由 ＴＨｘ和 ＴＬｘ寄存 器 各提 供 ８位 计 数初 值 。方
图 １ 转 速 测 量 框 图
２ 转速测量 系统的硬件 电路设计
硬件 设计 的任 务 是 根 据 总 体 设 计 要 求 ，在 选 择 的机 型 的基 础上 ，具 体 确 定 系统 中所 要 使 用 的 元 器 件 ，设 计 出 系统 的电路 原理 图 。该 系统包 括传 感器 ， 处理 电路 ，计 数器 ，和显 示 四部 分 。
第 ３１卷 第 ３期 ２０１２年 ９月
延安大学学 报（自然科学版 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｙａｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
基于单片机的电机转速测量仪设计
摘要本文讨论了以STC89C51单片机为核心的电机转速测量的硬件设计和软件设计，硬件主要由光电传感器、信号整形、LED数码管显示几局部组成。
详细介绍了利用光电传感器技术在电机转速测量中的实现及应用，以及对电机转速进展测量，并由数码管显示转速。
随着汽车及电子技术的开展，转速测量技术也在不断创新，各种转速测量仪在工业得到广泛应用，对电机的转速进展测量极大的提高了自动化程度。
关键字：单片机，光电传感器，信号整形，LED显示Design of Motor Speed Measurement InstrumentBased on MCUAbstractThis article discussed take STC89C51 monolithic integrated circuit as the core electrical machinery tachometric survey hardware design and the software design, the hardware mainly by the photoelectric sensor, t he signal shaping, the LED nixietube demonstrated that several parts compose. Introduced in detail the use photoelectric sensor technology and applies in electrical machinery tachometric survey's realization, as well as carries on the survey to the electri cal machinery rotational speed, and demonstrates the rotational speed by the nixietube. Along with the automobile and electronic technology's development, the tachometric survey technology unceasingly is also innovating, each kind of rotational speed measu ring instrument obtains the widespread application in the industry, carried on the survey enormous enhancement automaticity to electrical machinery's rotational speed.Keywords:Monolithic integrated circuit,Photoelectric sensor,Signal shaping,LED demonstrated目录1 绪论41.1设计题目41.2课题背景42 转速测量系统的设计52.1 转速测量方法及比拟52.1.1测频原理62.1.2．测周原理72.1.3．计数器原理72.2测量方案设计92.2.1 转速测量原理92.2.2 系统原理93 硬件电路设计103.1 电源模块103.1.1 LM2596开关电压调节器113.1.2 单片机和显示供电电路123.1.3 电机电源供电电路133.2单片机模块133.2.1 复位电路143.2.2 晶振电路153.2.3 单片机系统163.3 显示模块213.4 红外模块224 软件设计244.1 软件设计概述244.2 软件设计方案244.3 系统主程序254.4 显示子程序264.5 中断子程序275 系统调试285.1硬件调试285.2 软件调试295.3系统综合调试30结论31附录32参考文献40致411 绪论1.1设计题目题目：转速测量仪要求完成技术指标：1. 测量电机转速围0——9999转/分；2．通电就开场测量，按键后复位；3．八位数码管显示，误差<5%；1.2课题背景目前，在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合。
基于单片机的PWM直流电机调速系统设计论文(附电路图、程序清单)
图 2.2 直流电机原理图
2.2 直流电机的调速方法
根据直流电机的基本原理，由感应电势、电磁转矩以及机械特性方程式可知，直 流电动机的调速方法有三种： （1）调节电枢供电电压 U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压， 从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调 速的系统来说，这种方法最好。 大容量可调直流电源。 （2）改变电动机主磁通 。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进 变化时间 变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要
第1章 引 1.1 概况
言
现代工业的电力拖动一般都要求局部或全部的自动化，因此必然要与各种控制元 件组成的自动控制系统联系起来，而电力拖动则可视为自动化电力拖动系统的简称。 在这一系统中可对生产机械进行自动控制。 随着近代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，自动化电 力拖动正朝着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进。以达到高速、优质、高效率 地生产。在大多数综合自动化系统中，自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成 部分。另外，低成本自动化技术与设备的开发，越来越引起国内外的注意。特别对于 小型企业，应用适用技术的设备，不仅有益于获得经济效益，而且能提高生产率、可 靠性与柔性，还有易于应用的优点。自动化的电力拖动系统更是低成本自动化系统的 重要组成部分。 在如今的现实生活中，自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展，其 中自动调速系统的应用则起着尤为重要的作用。虽然直流电机不如交流电机那样结构 简单、价格便宜、制造方便、容易维护，但是它具有良好的起、制动性能，宜于在广 泛的范围内平滑调速，所以直流调速系统至今仍是自动调速系统中的主要形式。现在 电动机的控制从简单走向复杂，并逐渐成熟成为主流。其应用领域极为广泛，例如： 军事和宇航方面的雷达天线、火炮瞄准、惯性导航等的控制；工业方面的数控机床、 工业机器人、印刷机械等设备的控制；计算机外围设备和办公设备中的打印机、传真 机、复印机、扫描仪等的控制；音像设备和家用电器中的录音机、数码相机、洗衣机、 空调等的控制。 随着电力电子技术的发展， 开关速度更快、 控制更容易的全控型功率器件MOSFET 和IGBT成为主流，脉宽调制技术表现出较大的优越性：主电路线路简单，需要用的功 率元件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小；低速性能 好，稳速精度高，因而调速范围宽；系统快速响应性能好，动态抗扰能力强；主电路 元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率较高；近年来，微型计算机技术发展速
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摘要在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。
模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。
数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。
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，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。
本文便是运用AT89C51单片机控制的智能化转速测量仪。
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一个参数。
本系统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状况。
本设计主要用AT89C51作为控制核心，由霍尔传感器、LED数码显像管、HIN232CPE电平转换、及RS232构成。
详细介绍了单片机的测量转速系统及PC机与单片机之间的串行通讯。
充分发挥了单片机的性能。
本文重点是测量速度并显示在5位LED数码管上。
其优点硬件是电路简单，软件功能完善，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：MSC-51（单片机）；转速；传感器目录摘要 (1)Abstract .................................... 错误!未定义书签。
1 序言 (1)2 系统功能分析 (2)2.1 系统功能概述 (2)2.2 系统要求及主要内容 (3)3 系统总体设计 (4)3.1 硬件电路设计思路 (4)3.2 软件设计思路 (4)4 硬件电路设计 (6)4.1 单片机模块 (6)4.1.1 处理执行元件 (6)4.1.2 时钟电路 (10)4.1.3 复位电路 (11)4.1.4 显示电路 (12)4.2 霍尔传感器简介 (15)4.2.1 霍尔器件概述 (15)4.2.2 霍尔传感器的应用 (16)4.2.3 AH41霍尔开关 (17)4.3 发送模块 (18)5 软件设计 (22)5.1 单片机转速程序设计思路及过程 (22)5.1.1 单片机程序设计思路 (22)5.1.2 单片机转速计算程序 (23)5.1.3 二-十进制转换程序 (24)5.2 程序设计 (27)6 系统调试 (29)6.1 硬件调试 (29)6.2 软件调试 (30)6.3 综合调试 (32)6.4 故障分析与解决方案 (33)6.5 结论与经验 (34)参考文献 (36)致谢 (37)附录 (38)附录1 电路原理图 (38)附录2 元器件清单 (39)1 序言智能化转速测量可以对电机的转速进行测量，电机在运行的过程中，需要对其平稳性进行监测，适时对转速的测量有效地可以反映电机的状况。
本系统主要由传感器，单片机AT89C51构成。
可以对大范围转速进行测量，测量的转速精度高，还可以和PC机时时通信，实现对电机转速的测量。
单片机的英文名称是Micro Controller unit,缩写为MCU，又称为微控制器，它是一种面向控制的大规模集成电路芯片。
它具有功能强、体积小、可靠性高、应用简单灵活，因而使用非常广泛，有力地推动各行业的技术发展和更新换代。
本文首先在第二章绪论介绍了此系统的功能、技术指标以及主要内容等；在第三章论述了总体设计过程,确定了技术指标及器件的选择；第四章着重描述了系统硬件电路设计、硬件设计框图及所使用的各种芯片功能与特性；在第五章中重点剖析了软件设计的过程；最后在第六章中具体论述单片机、电平转换电路、通信的处理及调试。
由于本人水平有限，加之时间仓促，论文中难免会有错误和不足之外，不够理想、许多方面还需要继续完善和改进。
在这里恳请指导老师和各位专家老师批评指正。
在此特别感谢我的指导老师郭顺京老师的大力指导。
2 系统功能分析2.1 系统功能概述功能：系统主要实现功能是:AT89C51单片机接收霍尔传感器传来的脉冲信号,单片机根据外部中断,以及内部定时器进行记数计算出电机转速送到LED显示，同时数据传给PC机,并在PC机屏幕上显示出来。
记录各时段的转速，画出V-T坐标图。
组成及框图：本系统通信部分是单片机经电平转换电路HIN232CP之后，通过串口RS-232发送数据，由PC微机接收，微机部分用Visual Basic软件编写的界面作为PC机部分与单片机进行串口之间通信。
传感器电路、转速测量、LED显示、电平转换电路设计等将在以下章图2-1 系统硬件电路应用：从实用的角度看，评价一个系统实用价值的重要标准，就是这个系统对社会生活和科技观念有多大的贡献。
转速测量系统具有大范围、高精度等优点、测量速度快，这种系统将会有良好的应用。
2.2 系统要求及主要内容将霍尔传感器产生的脉冲信号输出入到单片机的外部中断0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行内部记数，调用计算公式算出转速，调用显示程序显示在LED上，同时通过串口向上位机发送转速数据。
主要内容：（1）单片机部分主要完成电机转速的测量（2）LED部分主要是把转速显示出来，显示范围60-36000r/min （3）发送部分主要是完成电平转换，送RS232向PC发送数据。
（4） PC机部分主要完成将数据显示在界面并描绘出V-T图2.3 系统技术指标系统主要完成以下功能：测量系统：1.设计并制作单片机的转速测量的硬件系统；2.用汇编语言完成转速测量的软件系统；3.要求把转速显示在5位LED上，精度为0.1%；4.能向上位机发送数据；5.用9针RS-232即可；通信部分：1.在微机部分采用Visual Basic编制RS—232通信软件；2.通信软件具有数据接受编辑框；3.通信软件要适时对数据的记录，用时间曲线表示；根据系统要实现的功能以及要求，要实现单片机的转速测量主要是各个模块的设计，定时器记数功能、以及LED驱动、电平转换及PC机之间的通信。
单片机可通过编程控制外围部件，能实现较高的自动化程度。
以它为系统核心的控制模块可实现主从控制，完成预定的任务。
3 系统总体设计3.1 硬件电路设计思路硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的原理框图、电路原理图。
89C51单片机通过INT0输入传感器的脉冲信号，P0口P2口接LED动态显示。
另由于PC系列微机串行口为RS232C标准接口，与输入、输出均为TTL 电平的89C51单片机在接口规范上不一致，因此TTL 电平到RS－232接口电平的转换采用HIN232CP接口芯片，该芯片可以用单电压（+5V）实现RS232接口逻辑“1”（-3V～-15V）和逻辑“0”（+3V～+15V）的电平转换。
转速测量部分的硬件设计思路：本次设计单片机部分的硬件框图如图2－1所示。
图3-1 单片机部分硬件框图具体详细的叙述将在下面的章节中逐一介绍。
3.2 软件设计思路软件需要解决的是定时器0的记数和外部中断0的设定、由于测量的转速范围大，所以低速和高速都要考虑在内，关键在于一个四字节除三字节程序的实现。
显示部分、需要有一个二进制到十进制的转化程序，以及转换成非压缩BCD 的程序后、才能进行调用查表程序送到显示。
PC机串口和单片机串行口的工作方式，包括串行口的通讯速率、奇偶校验位、停止位等均由通信部分的软件部分实现。
软件工作流程：霍尔传感器利用磁电效应产生一周期脉冲向单片机的外部中断0（P3.2）口发送一个中断信号，定时器工作在内部定时，TH0、TL0设定初值为0，作为除数的低两字节，利用软件记数器、定时器0中断的次数作为除数高字节。
中断完毕读取内部记数值作为除数，调用除法程序计算转速，再对二进制数进行一系列变换后调用查表显示程序，显示在LED上。
（同时调用传送程序向上位机送数据，这里不是本文重点）转速部分软件设计思路： AT89C51单片机的P3.2口接收传感器的信号。
主要编写一个外部中断服务程序INT_0，读取记数值的三个字节，并再次清0记数初值以便下次的记数和计算。
调用两字节二进制-三字节十进制（BCD）转换子程序BCD，再调用十进制转换成非压缩BCD程序CBCD、最后调用查表程序送显示。
为了和PC通信，系统要求单片机晶振11.0592MHZ。
软件的具体设计我们将在下面的章节中作详细介绍。
4 硬件电路设计硬件的功能由总体设计所规定，硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的电路原理图，必要时做一些部件实验，以确定电路图的正确性，以及工艺结构的设计加工、印制板的制作、样机的组装等。
整个单片机测量转速系统为单片机控制模块、霍尔传感器模块、发送模块，各个模块都承担着各自的任务。
设计单片机模块，考虑到单片机本身的外围电路较多，所以在单片机模块方面需要极为小心。
在整个电路设计时要考虑电平转换电路，具体每一部分的设计将在以下章节中详细分析。
4.1 单片机模块根据系统功能要求以及单片机硬件电路设计思路（如图3－1）对单片机模块进行设计，要使单片机准确的测量电机转速，并且使测出的数据能显示出来，所以整个单片机部分分为传感器电路、时钟电路、复位电路、执行元件以及显示电路五个部分。
4.1.1 处理执行元件单片机我们采用AT89C51(其引脚图如图4－1)，相较于INTEL公司的8051它本身带有一定的优点。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存贮器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器， AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
图4-1 AT89C51引脚图主要特性：·与MCS-51 兼容·4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环·数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路管脚说明：1.VCC：供电电压；2.GND：接地；3.P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL 门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。