基于DSP2812的电动机测速方法的研究
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TMS320F2812 的两个事件管理器模块都有一个 QEP 电路， 如果电 路 被 使 能，那 么 可 以 对 从 CAP1 / QEP1 和 CAP2 / QEP2 （ EVA） 或 CAP4 / QEP3 和 CAP5 / QEP4 （ EVB） 引脚上输入的正交 编码脉冲进行解码和计数。QEP 电路和光电编码器接口可用来 实现从电动机上获得其速度信息。如图 1 所示光电编码器的正 交脉冲从 QEP1、QEP2 口输入完成解码和计数。
变 M / T 法是指测速过程中，不仅测取的测速脉冲与高频时 钟脉冲随电机的转速不同而变化，而且测量时间 T 也是变化的。 所以变 M / T 法相比较其它三种测速方法在高速、低速时都具有 较高的测量精度，而且响应速度快，在闭环控制中具有较高的使
用价值。 基于以上分析，本文将采用变 M / T 法完成电动机的转速测量。
T4 的值不可能溢出，故只需要考虑低速状态。假设测速脉冲的
频率为 100Hz，则测量时间为 10ms，通用定时器 T4 的值 M2 = 150 × 106 ÷ 32 × 0． 01 = 46875 ＜ 0xFFFF （ 通用定时器 T4 的计数范
围） ，故不需要考虑 T4 定时器的溢出情况。
定时器 T2、T4 的计数寄存器 TxCNT 初值都赋为 0。测速过
测速脉冲为 8000 / r。将通用定时器 T4 设置成内部时钟，用来对
高频时钟脉冲 M2 进行计数，以确定测量时间 T。变 M / T 法在极
端情况下会产生 ± 1 的高频时钟脉冲误差，故变 M / T 法测速的最
大理论误差为
ε
=
1 M2 － 1
×
100%
。本文进行的实验中输入的时
钟频 率 是 CPU 时 钟 （ 150MHz ） 的 32 分 频，最 短 测 量 周 期 为
表 1 静态标定数据
输入频率 kHz 实测频率 kHz 测量周期 ms 误差%
0． 1 0． 5 2 0． 1 0． 5 2 10 2 0． 5 000
图4
100 99． 95 0． 21 0． 05
程序流程图
210 209． 60
0． 2 0． 2
350 480 349． 28 479． 06
0． 2 0． 2 0． 21 0． 19
2 测试系统的硬件设计
光电编码器是一种高精度的角位移传感器，常被用于高精度的 控制系统（ 例如数控机床、机器人、伺服系统的速度反馈控制） 中，实 现角位移的检测。增量式光电编码器是直接利用光电转换原理输出 三组方波脉冲 A、B 和 Z 相，A、B 两组脉冲相位差 90°，从而可方便地 判断旋转方向，而 Z 相为每转一个脉冲，用于基准点定位。
程中读取 GP 定时器控制寄存器 A 的 T2STAT 位（ 通用定时器 2
4 实验研究
由于 实 际 系 统 中 电机 的 转 速 不 稳 定，所 以首 先 采 用 信 号 发 生 器输 出 方 波 代 替 光 电 编码 器 的 输 出 波 形，对 测速 系 统 进 行 静 态 标 定。测速范围 100Hz － 500KHz。测 频 数 据 如 表 1。
QEP 电路对正交编码脉冲的两个沿都进行计数，因此，通用 定时器 2（ 或 4） 产生的时钟频率是光电编码器发出频率的四倍， 同时 QEP 电路通过解码逻辑判断哪个相位超前以确定定时器的
收稿日期： 2010 － 11 － 04
图 1 EVA 的 QEP 电路结构框图
Electrical Automation 81
算
V
60 =
× 150 × 106 ÷ 32 8000 × M2
×
M1 （
r / min）
。实验中采用的电机最大
转速为 4000r / min，故设置
T2
的比较寄存器的值
CM
=
n 40
+ 1。
在电机最低速时，所计测速脉冲数为 1； 在电机最高速时，测速脉
冲数为 101。电机在高速状态下测量时间为 0． 2ms，通用定时器
1 基于光电编码器测速方法的分析
常用的基于光电编码器的电动机测速方法有以下几种： M 法、T 法、M / T 法、变 M / T 法。
M 法是在规定的时间间隔 T 内，测量编码器所产生的脉冲数 来获得被测速度值。此方法的检测过程在极端情况下会产生 ± 1 个转速脉冲的误差，故只有在电动机转速较高时才会有较高的测 量精度。所以 M 法只适用于高速测量场合。
Keywords：TMS320F2812 Encoder the Method of Alterable M / T
0引言
位置伺服系统是电流、速度、位置的三闭环控制系统，需要传 感器精确检测被控对象的瞬时信息，进行误差校正。测速装置是 伺服系统中的重要装置，其速度分辨能力的高低是实现高精度， 大范围速度测量的重要因素。对于不同的伺服系统，所选择的测 速装置以及测 速 方 法 也 会 有 所 不 同，所 以 应 根 据 实 际 系 统 的 要 求，选择不同的测速方法以满足系统要求。
T 法是测量相邻两个脉冲的时间间隔来确定被测速度的方 法。此方法在极端情况下会产生 ± 1 个高频脉冲周期。因此 T 法 在低速测量（ 相邻转速脉冲间隔时间较大） 时才会有较高的精度。
M /T 法是同时测量检测时间和此检测时间内转速脉冲的个 数来确定被测转速。M / T 具有较高的检测精度，但在低速状态下 检测时间过长，无法满足伺服系统的快速响应要求。
电编码器构成测试对象，并由波形发生器提供驱动脉冲控制电机
转速。
数据采集时分别给驱
动 器 加 2． 0kHz、2． 2kHz、
2． 5kHz 的频率，则电机的
理论 转 速 分 别 为
498． 5r / min、 548． 4r / min、
623． 2r / min。每个 频 率 分
别采样 100 个数据。测量
《电气自动化》2011 年第 33 卷 第 4 期
测量与检测技术
Measurement ＆ Detecting Technics
计数方向。
的状态位） 来判断电机 正反转。当 T2STAT = 1 时，递增计数，电机正转 M1 = CM； 当 T2STAT = 0 时，递减计数，电机反 转 M1 = 0xFFFF-CM。
图 2 QEP：译码时钟和计数方向时序图
3 电动机的转速测量及软件设计
实际测速时将光电编码器的 A、B 两相输出分别接 DSP 的
QEP1、QEP2，将通用定时器 T2 设置成 QEP 电路的时钟源，从而
用通用定时器 T2 对测速脉冲 M1 进行计数。本实验中光电编码
器每转产生 2000 个脉冲。由于 QEP 电路的四倍频计数，故实际
间是可变
的，故 无 论
在低速还是
高速都有较
图 3 测速原理图
高的精度，并且可以根据系统的需求调节响应时间。本文采用的
方法是对通用定时器 T2 的比较寄存器进行赋值，每当测速脉冲
的计数值等于比较寄存器的值 CM（ 即 M1 = CM） 就会触发比较
中断，接着 CPU 读取通用寄存器 T4 的值 M2，完成相应的转速计
The Research of Speed Measuring of Motor Based on DSP2812
Li Xinqi1 Jin Yong2 （ 1． Nanjing University of Science and Technology，Nanjing Jiangsu 210094，China； 2． Military Represantative Office of Chief Equipment Department Engineering Corp in Wuhan，Wuhan Hubei 430000，China）
机械与物理研究所，2002．
［3］ 万山明． TMS320F281xDSP 原理及应用实例［M］． 北京： 北京航空航天
大学出版社，2007．
【作者简介】 李昕奇（ 1987 － ） ，男，汉族，研究方向： DSP 嵌入式系统开 发，伺服电机控制。
82 Electrical Automation
Abstract ： For improving the accuracy and speed of velocity detection of servo system，this paper introduced the principle of using TMS320F2812 and incremental encoder for velocity detection，and introduced a method of Alterable M / T based on QEP circuit． The experiment result shows that this method has a higher precision and fast response in velocity measuring． It’s very significant for improving the capacity of servo system．
实验结果表明，此测速方法无论在低速还是高速状态，都有
较高的测试精度，且响应速度很快，完全能够满足实际伺服系统
的要求。
Baidu Nhomakorabea
实际系统测试时采用北京斯达特公司的 SH 系列步进电机
驱动器 SH-3F075、常柴集团微特电机厂生产的步进电机 70BF003
和长春禹衡光学有限公司的 A-ZKD-13-200BM-G05LH 混合式光
测量与检测技术
Measurement ＆ Detecting Technics
《电气自动化》2011 年第 33 卷 第 4 期
基于 DSP2812 的电动机测速方法的研究
李昕奇 金勇 （ 1． 南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京 210094； 2． 总装工程兵驻武汉军事代表室，湖北 武汉 430000） 摘 要： 为了精确的快速检测伺服系统的速度特性，介绍了采用 TMS320F2812 以及光电编码器作为硬件进行电动机测速，提出了一种 基于 QEP 电路的变 M / T 测速算法。实验结果表明转速测量精度高，响应速度快，具有一定的实际意义。 关键词： TMS320F2812 光电编码器 变 M / T 法 ［中图分类号］ TM921． 54 + 1 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1000 － 3886（ 2011） 04 － 0081 － 02
结果如图 5。由于电机实 际转 速 波 动 较 大，测 得 结
图 5 实际转速测量采样图
果在理论计算值上下波动，并且随着驱动频率的增大转速也随之
平稳，与实际情况相符。
参考文献
［1］ 汪涛． 一种基于 DSP 的伺服电动机转速检测方法［J］． 微机电，2006．
［2］ 赵岩． 编码器测速方法的研究［D］． 长春： 中国科学院长春光学精密
0． 2ms，故 由 上 式 可 得 测 速 的 最 大 理 论 误 差 为 ε =
150 × 106
1 ÷ 32 × 0． 2 × 10 － 3
× 100% －1
= 0． 11% ，完 全 可 以 满 足
一般伺服系统的精度要求。
变 M/T
法相对于
M/T 法的优
势就在于根
据电机转速
的 不 同，每
次测量的时
变 M / T 法是指测速过程中，不仅测取的测速脉冲与高频时 钟脉冲随电机的转速不同而变化，而且测量时间 T 也是变化的。 所以变 M / T 法相比较其它三种测速方法在高速、低速时都具有 较高的测量精度，而且响应速度快，在闭环控制中具有较高的使
用价值。 基于以上分析，本文将采用变 M / T 法完成电动机的转速测量。
T4 的值不可能溢出，故只需要考虑低速状态。假设测速脉冲的
频率为 100Hz，则测量时间为 10ms，通用定时器 T4 的值 M2 = 150 × 106 ÷ 32 × 0． 01 = 46875 ＜ 0xFFFF （ 通用定时器 T4 的计数范
围） ，故不需要考虑 T4 定时器的溢出情况。
定时器 T2、T4 的计数寄存器 TxCNT 初值都赋为 0。测速过
测速脉冲为 8000 / r。将通用定时器 T4 设置成内部时钟，用来对
高频时钟脉冲 M2 进行计数，以确定测量时间 T。变 M / T 法在极
端情况下会产生 ± 1 的高频时钟脉冲误差，故变 M / T 法测速的最
大理论误差为
ε
=
1 M2 － 1
×
100%
。本文进行的实验中输入的时
钟频 率 是 CPU 时 钟 （ 150MHz ） 的 32 分 频，最 短 测 量 周 期 为
表 1 静态标定数据
输入频率 kHz 实测频率 kHz 测量周期 ms 误差%
0． 1 0． 5 2 0． 1 0． 5 2 10 2 0． 5 000
图4
100 99． 95 0． 21 0． 05
程序流程图
210 209． 60
0． 2 0． 2
350 480 349． 28 479． 06
0． 2 0． 2 0． 21 0． 19
2 测试系统的硬件设计
光电编码器是一种高精度的角位移传感器，常被用于高精度的 控制系统（ 例如数控机床、机器人、伺服系统的速度反馈控制） 中，实 现角位移的检测。增量式光电编码器是直接利用光电转换原理输出 三组方波脉冲 A、B 和 Z 相，A、B 两组脉冲相位差 90°，从而可方便地 判断旋转方向，而 Z 相为每转一个脉冲，用于基准点定位。
程中读取 GP 定时器控制寄存器 A 的 T2STAT 位（ 通用定时器 2
4 实验研究
由于 实 际 系 统 中 电机 的 转 速 不 稳 定，所 以首 先 采 用 信 号 发 生 器输 出 方 波 代 替 光 电 编码 器 的 输 出 波 形，对 测速 系 统 进 行 静 态 标 定。测速范围 100Hz － 500KHz。测 频 数 据 如 表 1。
QEP 电路对正交编码脉冲的两个沿都进行计数，因此，通用 定时器 2（ 或 4） 产生的时钟频率是光电编码器发出频率的四倍， 同时 QEP 电路通过解码逻辑判断哪个相位超前以确定定时器的
收稿日期： 2010 － 11 － 04
图 1 EVA 的 QEP 电路结构框图
Electrical Automation 81
算
V
60 =
× 150 × 106 ÷ 32 8000 × M2
×
M1 （
r / min）
。实验中采用的电机最大
转速为 4000r / min，故设置
T2
的比较寄存器的值
CM
=
n 40
+ 1。
在电机最低速时，所计测速脉冲数为 1； 在电机最高速时，测速脉
冲数为 101。电机在高速状态下测量时间为 0． 2ms，通用定时器
1 基于光电编码器测速方法的分析
常用的基于光电编码器的电动机测速方法有以下几种： M 法、T 法、M / T 法、变 M / T 法。
M 法是在规定的时间间隔 T 内，测量编码器所产生的脉冲数 来获得被测速度值。此方法的检测过程在极端情况下会产生 ± 1 个转速脉冲的误差，故只有在电动机转速较高时才会有较高的测 量精度。所以 M 法只适用于高速测量场合。
Keywords：TMS320F2812 Encoder the Method of Alterable M / T
0引言
位置伺服系统是电流、速度、位置的三闭环控制系统，需要传 感器精确检测被控对象的瞬时信息，进行误差校正。测速装置是 伺服系统中的重要装置，其速度分辨能力的高低是实现高精度， 大范围速度测量的重要因素。对于不同的伺服系统，所选择的测 速装置以及测 速 方 法 也 会 有 所 不 同，所 以 应 根 据 实 际 系 统 的 要 求，选择不同的测速方法以满足系统要求。
T 法是测量相邻两个脉冲的时间间隔来确定被测速度的方 法。此方法在极端情况下会产生 ± 1 个高频脉冲周期。因此 T 法 在低速测量（ 相邻转速脉冲间隔时间较大） 时才会有较高的精度。
M /T 法是同时测量检测时间和此检测时间内转速脉冲的个 数来确定被测转速。M / T 具有较高的检测精度，但在低速状态下 检测时间过长，无法满足伺服系统的快速响应要求。
电编码器构成测试对象，并由波形发生器提供驱动脉冲控制电机
转速。
数据采集时分别给驱
动 器 加 2． 0kHz、2． 2kHz、
2． 5kHz 的频率，则电机的
理论 转 速 分 别 为
498． 5r / min、 548． 4r / min、
623． 2r / min。每个 频 率 分
别采样 100 个数据。测量
《电气自动化》2011 年第 33 卷 第 4 期
测量与检测技术
Measurement ＆ Detecting Technics
计数方向。
的状态位） 来判断电机 正反转。当 T2STAT = 1 时，递增计数，电机正转 M1 = CM； 当 T2STAT = 0 时，递减计数，电机反 转 M1 = 0xFFFF-CM。
图 2 QEP：译码时钟和计数方向时序图
3 电动机的转速测量及软件设计
实际测速时将光电编码器的 A、B 两相输出分别接 DSP 的
QEP1、QEP2，将通用定时器 T2 设置成 QEP 电路的时钟源，从而
用通用定时器 T2 对测速脉冲 M1 进行计数。本实验中光电编码
器每转产生 2000 个脉冲。由于 QEP 电路的四倍频计数，故实际
间是可变
的，故 无 论
在低速还是
高速都有较
图 3 测速原理图
高的精度，并且可以根据系统的需求调节响应时间。本文采用的
方法是对通用定时器 T2 的比较寄存器进行赋值，每当测速脉冲
的计数值等于比较寄存器的值 CM（ 即 M1 = CM） 就会触发比较
中断，接着 CPU 读取通用寄存器 T4 的值 M2，完成相应的转速计
The Research of Speed Measuring of Motor Based on DSP2812
Li Xinqi1 Jin Yong2 （ 1． Nanjing University of Science and Technology，Nanjing Jiangsu 210094，China； 2． Military Represantative Office of Chief Equipment Department Engineering Corp in Wuhan，Wuhan Hubei 430000，China）
机械与物理研究所，2002．
［3］ 万山明． TMS320F281xDSP 原理及应用实例［M］． 北京： 北京航空航天
大学出版社，2007．
【作者简介】 李昕奇（ 1987 － ） ，男，汉族，研究方向： DSP 嵌入式系统开 发，伺服电机控制。
82 Electrical Automation
Abstract ： For improving the accuracy and speed of velocity detection of servo system，this paper introduced the principle of using TMS320F2812 and incremental encoder for velocity detection，and introduced a method of Alterable M / T based on QEP circuit． The experiment result shows that this method has a higher precision and fast response in velocity measuring． It’s very significant for improving the capacity of servo system．
实验结果表明，此测速方法无论在低速还是高速状态，都有
较高的测试精度，且响应速度很快，完全能够满足实际伺服系统
的要求。
Baidu Nhomakorabea
实际系统测试时采用北京斯达特公司的 SH 系列步进电机
驱动器 SH-3F075、常柴集团微特电机厂生产的步进电机 70BF003
和长春禹衡光学有限公司的 A-ZKD-13-200BM-G05LH 混合式光
测量与检测技术
Measurement ＆ Detecting Technics
《电气自动化》2011 年第 33 卷 第 4 期
基于 DSP2812 的电动机测速方法的研究
李昕奇 金勇 （ 1． 南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京 210094； 2． 总装工程兵驻武汉军事代表室，湖北 武汉 430000） 摘 要： 为了精确的快速检测伺服系统的速度特性，介绍了采用 TMS320F2812 以及光电编码器作为硬件进行电动机测速，提出了一种 基于 QEP 电路的变 M / T 测速算法。实验结果表明转速测量精度高，响应速度快，具有一定的实际意义。 关键词： TMS320F2812 光电编码器 变 M / T 法 ［中图分类号］ TM921． 54 + 1 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1000 － 3886（ 2011） 04 － 0081 － 02
结果如图 5。由于电机实 际转 速 波 动 较 大，测 得 结
图 5 实际转速测量采样图
果在理论计算值上下波动，并且随着驱动频率的增大转速也随之
平稳，与实际情况相符。
参考文献
［1］ 汪涛． 一种基于 DSP 的伺服电动机转速检测方法［J］． 微机电，2006．
［2］ 赵岩． 编码器测速方法的研究［D］． 长春： 中国科学院长春光学精密
0． 2ms，故 由 上 式 可 得 测 速 的 最 大 理 论 误 差 为 ε =
150 × 106
1 ÷ 32 × 0． 2 × 10 － 3
× 100% －1
= 0． 11% ，完 全 可 以 满 足
一般伺服系统的精度要求。
变 M/T
法相对于
M/T 法的优
势就在于根
据电机转速
的 不 同，每
次测量的时