单片机实现电机转速测量

目录

绪论 (2)

第1章参数计算 (3)

第2章系统设计 (4)

2.1 硬件设计 (4)

2.1.1控制芯片——AT89C51单片机 (5)

2.1.2直流测速发电机 (5)

2.1.3 模数转化器件——ADC0809 (7)

2.1.4 数码管 (11)

2.1.5 综合接线图 (11)

2.2 软件设计 (12)

2.2.1 程序设计思路说明 (12)

2.2.2 总程序控制流程图 (12)

2.2.3 ADC0809工作流程图及程序 (13)

2.2.4 显示部分工作流程图及程序 (14)

第3章结论 (17)

参考文献 (18)

绪论

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，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。

数字检测技术：即通过分析数字信号产生的一系列脉冲间接获取电机转速。如光电旋转编码器是将检测圆盘划分为等距的三个同心圆，最外环和次外环分别用等距的黑白条纹分开，且最外环和次外环的缝隙位置相位差为90度，用于判断电机的转速，最内环只有一个黑条纹，用作定位脉冲或者是复位脉冲，利用光电编码器输出的脉冲可以计算转速，具体的又可分为M法，T法和M\T法。

第1章参数计算

本课题选用55CY61直流测速发电机，参数如下：

根据负载时测速发电机的输出电压公式：

(1-1)

知，直流测速发电机的输出电压与转速成正比，即U a=Cn。采用55CY61时，最大转速2000r/min时最大输出电压为40v,因此C=50.

由于ADC0809要求输入模拟电压信号在0~5v之间，因此需要有滑动变阻器进行电压范围调整，调整后输入到ADC0809的电压值缩小为原来的1/8。例如，当检测到电压值为1V时，对应的转速为：

n =1*8*50=400r/min

再将运算后的n值用数码管显示出来即可。

第2章系统设计

2.1 硬件设计

2.1.1 控制芯片——AT89C51单片机

本课题中控制芯片的作用主要是与ADC0809相连接，采集模数转换后得到的8位二进制码，经过公式计算后得到电压值，同时连接四位数码管进行显示。综合考虑，选用AT89C51即满足要求。

一．简介

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。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。

二．AT89C51引脚图如下：

图2-1 A T89C51引脚图

三．主要特性

·与MCS-51 兼容

·4K字节可编程FLASH存储器

·寿命：1000写/擦循环

·数据保留时间：10年

·全静态工作：0Hz-24MHz

·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

2.1.2 直流测速发电机

本课题主要应用模拟法测速，即利用直流测速发电机作为速度检测装置，选用55CY61系列他励测速发电机。

一．简介

直流测速发电机是一种测速元件，它把转速信号转换成直流电压信号输出。直流测速发电机广泛地应用于自动控制、测量技术和计算机技术等装置中。对直流测速发电机的主要要求是：（1）输出电压要严格地与转速成正比，并且不受温度等外界条件变化的影响；（2）在一定的转速下，输出电压要尽可能的大；（3)不灵敏区要小。

二．分类

直流测速发电机可分为励磁式和永磁式两种。励磁式由励磁绕组接成他励，永磁式采用矫顽力高的磁钢制成磁极。由于永磁式不需另加励磁电源，也不因励磁绕组温度变化而影响输出电压，故应用较广。

三．输出特性

根据已经学过的直流发电机的工作原理知，电刷两端的感应电势：

（2-1）

由上可知：1.电刷两端的感应电势与电机的转速成正比；2.直流发电机能够把转速信号换成电势信号，从而用来测速。

他励测速发电机接线图如下：

图2-2 他励测速发电机接线图

在下图正方向得：

（2-2）

（2-3）负载时测速发电机的输出电压为：

（2-4）输出特性曲线为：

图2-3 测速发电机输出特性曲线

图中实线为直流测速发电机理想输出特性，虚线为实际输出特性，实际特性与要求的线性特性间存在误差，且该误差与负载电阻有关。

由于ADC0809对输入模拟量信号要求电压在0~5V范围内，而测速直流发电机的输出电压普遍在几十伏，因此需要利用滑动变阻器使满额时电压值为5V。接线如图：

图2-4 发电机接线图

四．误差分析

造成这种非线性误差的原因主要有以下三个方面：

（1）电枢反应直流测速发电机负载时电枢电流会产生电枢反应，电枢反应的往磁作用负气隙磁通Φ0减小，使输出电压减小。从输出特性看，斜率将减小，而且电枢电流越大，电枢反应的往磁作用越明显，输出特性斜率减小越明显，输出特性直线变为曲线。

（2）温度的影响假如直流测速发电机长期使用，其励磁绕组会发热，其绕组阻值随温度的升高而增大，励磁电流因此而减小，从而引起气隙磁通减小，输出电压减小，特性斜率减小。温度升得越高，斜率减小越明显，使特性向下弯曲。可在励磁回路中串接一个阻值较大而温度系数较小的锰铜或康铜电阻，以减小由于温度的变化而引起的电阻变化，从而减小因温度而产生的线性误差。

（3）接触电阻假如电枢电路总电阻包括电刷与换向器的接触电阻，那么输出电压受接触电阻压降影响总是随负载电流变化而变化，当输进的转速较低时，接触电阻较大，使此时本来就不大的输出电压变得更小，造成的线性误差很大；当电流较大的，接触电阻较小而且基本上趋于稳定的数值，线性误差相对而言小得多。

2.1.3 模数转化器件——ADC0809

一．简介