基于单片机的电机转速测量系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的电机转速测量系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

PSEN、 P0、 P P P3口都 输出高电平。 RST变为低电平后，退出复位， CPU从初始状态开始工作。 单片机 采用的复位方式是自动复位方式。 对于 MOS(AT89C51)单片机只基于单片机 的电机转速测量系统设计 12 要接一个电容至 VCC即可 (见图 4－ 3)。 在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在 RST端出现一定时间的高电平，只要高电平时间足够长，就可以使 MCS51有效的复位。 RST端在加电时应保持的高电平时间包括 VCC的上升时间和振荡器起振的时间， Vss上升时间若为 10ms，振荡器起振的时间和频率有关。 10MHZ时约为 1ms， 1MHZ时约为 10ms，所以一般为了可靠的复位， RST在上电 应保持 20ms以上的高电平。 RC时间常数越大，上电 RST端保持高电平的时间越长。 若复位电路失效，加电后 CPU从一个随机的状态开始工作，系统就不能正常运转。 图 43 上电复位电路 显示电路 显示电路采用 LED数码管动态显示， LED（ LightEmitting Diode）是一种外加电压从而渡过电流并发出可见光的器件。 LED是属于电流控制器件，使用时必须加限流电阻。 LED有单个 LED和八段 LED之分，也有共阴和共阳两种。 显示器结构 ： 常用的七段显示器的结构如图 4－ 4 所示。 发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器 ,阴极连在一起的称为共阴极显示器。 1 位显示器由八 个发光二极管组成，其中七个发光二极管 a~g 控制七个笔画（段）的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示器能显示的字符较少，字符的开头有些失真，但控制简单，使用方便。 基于单片机 的电机转速测量系统设计 13 此外，要画出电路图，首先还要搞清楚他的引脚图的分布，在了解了正确的引脚图后才能进行正确的字型段码编码。 才能显示出正确的数字来，如图 45所示，为七 段数码管的管脚图。 图 44 七段发光显示器的结构 图 45 七段发光显示器管脚的结构 驱动方式 ： 采用的数码管驱动为 7407，它的全名为 7407 TTL 集电极开路六正相高压驱动器，其结构简单，使用方便，图 46为 7407的图以及各个引脚的分布功能介绍。 基于单片机 的电机转速测量系统设计 14 图 46 7407 管脚的结构 显示方式 ： 为了节省 I/O口线，我们采用的动态显示方式。 所谓动态显示，就一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。 显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。 调整电流和时间参数，可实现亮度较高较稳定的显示。 若显示器的位 数不大于 8 位，则控制显示器公共极电位只需 8位口（称为扫描口），控制各位显示器所显示的字形也需一个 8 位口 （称 为段 数据 口）。 本 次 设计 要求 的转 速测 量范 围60r/min36000r/min，所以只需要 5 位数码管即可。 5 位共阴极显示器和AT89C51 的接口逻辑如图 47 所示。 AT89C51 的 P0 口作为段数据口，接上拉电阻到显示器的各个段； P2 口作为扫描口，经同相驱动器 7407 接显示器公共极。 对于图 47中的 5位显示器，在 AT89C51RAM 存贮器中设置五个显示缓冲器单元 30H－ 35H，分别存放 5 位显示器的显示数据 ， AT89C51 的 P2基于单片机 的电机转速测量系统设计 15 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i onS i z eAD a t e : 7 O c t 20 13 S he e t o f F i l e : D : \毕业论文 \基于单片机的电动机转速测量系统电路 .dd bD r a w n B y:P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 0. 039P 0. 138P 0. 237P 0. 336P 0. 435P 0. 534P 0. 633P 0. 732P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728R S T / V pd9P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W R16P 3. 7/ R D17X T A L 218X T A L 119G N D20P S E N29A L E / P30E A / V P P31V C C40U1A T 89 C 5 1Y112MC130 p FC230 p FX T 1X T 2R8220R910kC310 u FS1 V C CRST晶振、复位电路R S TX T 1X T 2R 1 11kR 1 21kR 1 31kR 1 41kV C CP 20P 21P 22P 23P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06转速显示电路V C CP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 20P 21P 22P 23V C CD1LEDR 1 0360Q1P N PQ2P N PQ3P N PQ4P N P123J1C O N 3V C CoutP 33P 32P 33红外发射和接收R1 1kR2 1kR3 1kR4 1kR5 1kR6 1kR7 1k117421105abcdefg3dp12G N Dabfcgdedp9G N Dabfcgdedp8G N Dabfcgdedp6G N DabfcgdedpU2R E S 2整形电路1 2U 3 A74 L S 14out P 32 3 4U 3 B7 4 L S 1 4单片机外围接口电路基于单片机的转速测量口扫描输出总是只在一位为低电平，即 5 位显示器中仅有一位公共阴极为低电平，其它位为高电平， AT89C51 的 P0 口相应位（阴极为低）的显示数据的段数据，使该位显示出一个字符，其它们为暗，依次地改变 P2 口输出为高的位， P0 口输出对应的段数据， 5 位显示器就显示出由缓冲器中显示数据所确定的字符。 图 47 五位动态显示电路 霍尔传感器简介 霍尔器件概述 霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的基于单片机 的电机转速测量系统设计 16 磁传感器产品族，并已得到广泛应用。 霍尔元件是一种磁传感器。 要他们可以检测磁场及其变化，可以在各种与磁场有关的场合中。 霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。 霍尔期间具有许多优点，他们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达 1MHZ），耐震动，不怕灰尘、水汽及 烟雾等污染或腐蚀。 霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回调、位置重复精度高（可达 um 级）。 采用了各种补偿措施的霍尔器件的工作 温度范围广，可达 55150 度。 按照霍尔器件的功能可将他们分为：霍尔线性器件和霍尔开关器件。 前者输出模拟量，后者输出数字量。 按被检测的对象的性质可将它们分为：直接应用和间接应用。 前者是直接检测出被测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测被检测对象上人为设置的磁场，用这个磁场作为被检测信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、加速度、角度、角速度、转速、转数以及工作状态发生变化的时间等，转换成电量来进行检测和控制。 集成霍尔传感器是利用硅集成电路工艺将霍尔元件和测量线路 集成在一起的一种传感器。 它取消了传感器和测量电路之间的界限，实现了材料、元件、电路三位一体。 集成霍尔传感器与分立相比，由于减少了焊点，因此显著地提高了可靠性。 此外，它具有体积小、重量轻、功耗低等优点，正越来越爱到众的重视。 集成霍尔传感器的输出是经过处理的霍尔输出信号。 按照输出信号的形式，可以分为开关型集成霍尔传感器和线性集成霍尔传感器两种类型。 开关型集成霍尔传感器是把霍尔元件的输出经过处理后输出一个高电平或低电平的数字信号。 霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，斯密特触发器和输 出级组成。 基于单片机 的电机转速测量系统设计 17 霍尔传感器的应用 使用霍尔器件检测磁场的方法极为简单，将霍尔器件做成各种形式的探头，放在被测磁场中，因霍尔器件只对垂直于霍尔片表面的磁感应强度敏感，因而必须令磁力线和器件表面垂直，通电后即可由输出电压得到被测磁场的磁感应强度。 若不垂直，则应求出其垂直分量来计算被测磁场的磁感应强度值。 而且，因霍尔元件的尺寸极小，可以进行多点检测，由计算机进行数据处理，可以得到场的分布状态，并可对狭缝，小孔中的磁场进行检测用磁场作为被传感物体的运动和位置信息载体时，一般采用永久磁钢来产生工作磁场。 例如， 用一个 5 4 （ mm3）的钕铁硼Ⅱ号磁钢，就可在它的磁极表面上得到约 2300 高斯的磁感应强度。 在空气隙中，磁感应强度会随距离增加而迅速下降。 为保证霍尔器件，尤其是霍尔开关器件的可靠工作，在应用中要考虑有效工作气隙的长度。 在计算总有效工作气隙时，应从霍尔片表面算起。 在封装好的霍尔电路中，霍尔片的深度在产品手册中会给出。 因为霍尔器件需要工作电源，在作运动或位置传感时，一般令磁体随被检测物体运动，将霍尔器件固定在工作系统的适当位置，用它去检测工作磁场，再从检测结果中提取被检信息。 AH41 霍尔开关 AH41 霍尔开关电路最适于响应变化斜率陡峭的磁场并在磁通密度较弱的场合使用，适用于单极或多对磁环工作，它由反向电压保护器、电压调整器、霍尔电压发生器、信号放大器、史密特触发器和集电极开路的输出级组成。 工作温度范围为 40 ～ 150℃（存储温度为 150℃），可适用于各种机及机电一体化领域。 电参数： 参数 符号 测试条件 量值 单位 最小 典型 最大 电源电压 VCC 输出低电平电压 Vout Iout=20mA BBOP 200400mV 输出高电平电流 IOFF Vout=24V B 电源电流 ICC VCC=24V 基于单片机 的电机转速测量系统设计 18 输出端开路 10 mA 输出上升时间 tr Vcc=12V RL= CL= μ S 输出下降时间 tf Vcc=12V RL= CL= μ S 产品特点 : . 电源电压范围宽 . 可用市售的小磁环来驱动 . 无可动部件、可靠性高 . 尺寸小 . 抗环境应力 . 可直接同双极和 MOS 逻辑电路接口 应用 : . 高灵敏的无触点开关 . 直流无刷电机 . 直流无刷风机 . 霍尔开关元件的电路图： 图 48 霍尔传感器的电路图 发送模块 根据系统功能要求，要使单片机测量的转速能够向上位机发送数据，硬件电路中必须要考虑到单片机的发送部分，由于单片机通过串口发送出基于单片机 的电机转速测量系统设计 19 来的是 TTL 逻辑电平（ 0V 和 5V），而计算机 RS232 总线上输入、输出数据和控制信号为 +12V 左右的电压，单片机要和 PC 的上位机通信就必须是电平一致，所以发送部分关键的部分是电平转换和串口发送，电平转换可以用模拟器件进行转换，但是为了方便起见，本次设计采用的是集成芯片，一个芯片加上它的外围电路即可完成电平的转 换的工作。 结构简单、方便容易，精确度高。 本次所采用的是 HIN232CP，我们要对其外围电路进行设计，下面我们将详细的叙述。 数据的传输 ： 当电路工作于发送数据状态时， PC 机的 RTS 端输出高电平，经 IC1电平转换打开 IC3（ 74LS08）的与门 B1，使 PC 机 TXD 端输出的数据经红外发射电路发射出去； RTS 信号 IC1 反相后作为 CTS 信号送入计算机，同时还关闭与门 B2；使计算机不接收其它数据。