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单片机的码盘转速测量论文资料.pdf
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目 录
第一章 绪论 .....................................................2
1.1 国内外转速测量技术简介 ........................................2
第二章 原理说明及方案选择 .......................................2
2.1 转速测量理论的简要介绍 ........................................2
2.2 方案选择 ......................................................3
2.3 方案原理 ......................................................3
2.4 转速测量参数及电路参数分析 ....................................4
2.4.1MCS-51 的定时器/计数器简介..................................4
2.4.2 定时器模式选择位...........................................5
第三章 硬件电路的设计 ...........................................6
3.1 单片机的选择 ..................................................6
3.1.1 80C51 的介绍...............................................9
3.2 旋转编码器的选择 .............................................11
3.2.1 PALD6615-256-C05E 简介....................................12
3.2.2 PALD6615-256-C05E 编码器的应用............................13
第四章 显示部分 ................................................14
4.1 LED 显示器 ...................................................14
4.2 LCD 显示器 ...................................................14
4.2.1 LCD 的分类及特点..........................................14
4.2.1 笔段式 LCD 液晶显示器的驱动................................14
4.2.2 LCD 显示模块 LCDM(Liquid Crystal Display Module) ........15
4.3 LCD 显示器的驱动接口 .........................................16
结论 ..............................................................17
谢辞 ..............................................错误!未定义书签。
参考文献 ..........................................................18
附录一 系统电路图 ................................................19
附录二 程序清单 ..................................................20

第一章 绪论
1.1 国内外转速测量技术简介
[1]
测量角位移的数字编码器,它具有分辨能力强、测量精度高和工作可靠等优
点,是测量轴转角位置的一种最常用的位移传感器。
光电轴角编码器通常按照光栅码盘团的编码方式进行分类。目前常用的类型
为增量式光电轴角编码器和绝对光电轴角编码器。
光栅式光电编码器正向着高分辨力的方向发展。如日本尼康公司生产的
2HR32400 轴角编码器, 每转可输出1296万个脉冲(0.1″),可谓日本的最高分辨
力。我国在光电轴角编码器的开发方面上也已经取得了长足的进展,1985年航天
部一院计量站研制的精密数显转台,分辨力0.01″;1995年中科院长春光机所和
中国计量科学研究院联合研制出的角度基准,分辨力0.001″,精度P+V=0.05″
(误差修正后);成都光电所研制的JC21精密测角仪的增量式光电轴角编码器分辨
力达到了0.02″,测角精度R≤0.04″
[2]
。
随着科学技术的发展,形形色色的转速测量仪不断出现。它们的结构不同,
性能各异。至今没有系统的分类方法,在这里只按测量原理和主要元件性质进行
分类说明。按照测量原理主要分为测频法、测周法两种基本的方法,以此提高测
量精度。由于电子计数器所特有的±1 个数的误差的存在,应根据转速脉冲频率
的大小恰当选择测量方法。所谓测频法就是测量转速脉冲频率的方法,它用基准
时间信号发生电路的脉冲来控制计数门的开闭,在单位时间内对来自转速传感器
的脉冲进行计数。所谓测周法就是测量转速脉冲周期的方法。它用传感器的脉冲
来控制计数门的开闭,在转速脉冲周期内对基准时间信号发生电路的脉冲进行计
数,然后按 f=1/T 公式换算成转速脉冲的频率。
目前按现有产品的主要构成元件分类,可分为晶体管式、集成电路式和单片
机式。晶体管式所采用的元件主要是晶体管,有的晶体管式转速测量仪设有记忆
电路,其数码管无闪烁现象,显示效果较好,而且测量速度较高。顾名思义集成
电路式转速测量仪,所采用的元件是集成电路元件。由于集成电路具有重量轻、
体积小、功耗小等优点,而且集成电路元件内设有显示电路,这使得转速测量仪
实现小型化。单片机的出现使得这种仪表的设计变得更加灵活
[3]
。

第二章 原理说明及方案选择
2.1 转速测量理论的简要介绍
转速测量的应用系统在工业生产、科技教育、民用电器等各领域的应用极为
广泛,往往成为某一产品或控制系统的核心部分,其各种参数在不同的应用中有
其侧重,但转速测量系统作为普遍的应用在国民经济发展中,有重要的意义。
转速测量的方法有很多,根据工作原理可分为计数式、模拟式、同步式。计
数式方法是用某种方式读出一定时间内的总转数;模拟式方法是测出由瞬时转速
引起的某种物理量的变化;同步式是用利用已知的频率与旋转体的旋转同步来测
量转速
[4]
。
一般的转速测试可用机械式转速表、发电机式转速表以及频闪式转速表,但
在有些情况下,其测量精度,瞬时稳定度不能满足更高的要求,因此,在测量方
法和传感器的选择上显得尤为重要。常用的传感器种类有光电传感器、电磁式传
感器、电容式传感器等,而测量方法上有测量转速周期、转速频率等。
如表 2-1 所示
表 2-1 各种测速方法比较
形式
机械式
测量方法
通过齿轮转动数字轮
来自被测旋转体上的光
线使光电管产生电脉冲
利用磁电转换器将转速
变换成电脉冲
利用离心力与转速成平
方成正比的关系
利用电机电流或交流电
压与转速成正比关系
利用电容充、放电与转速
成正比的关系
转动带槽的圆盘,观察旋
转体的同步关系
用已知频率闪光测出旋
转体同步的频率
[5]
适用范围
中、低速
中、高速
中、高速
中、低速
高速
中、高速
中速
中、高速
特点
简单、价
廉
简单
可远距离
指示
备注
数字式
数字式
测速发
电机
计
数
式
光电式
电磁式
机械式
2
模
拟
式
发电机式
电容式
机械式
同
步
式
闪光式

2.2 方案选择
就转速测量原理而言,大体可分为二大类,一是用单位时间内测得物体的旋
转角度来计算速度,例如在单位时间内,累计转速传感器发出的 N 个脉冲,即为
该单位时间的速度。这种以测量频率来实现测量转速的方法,称测频法。即“M”
法;另一类是在给定的角位移距离内,通过测量这一角位移的时间来进行测速的
方法,称测周法,即“T”法,如给定的角位移 AO,传感器便发出一个电脉冲周
期,以晶体震荡频率而产生的标准脉冲来度量这一周期时间,再经换算可得转速。
这两种测速方法各有优缺点,“M”法一般用于高速测量,在转速较低时,测
量误差较大,而且,检测装置对转速分辨能力也变差;而“T”法一般用于低速侧
量,速度越低测量精度越高,但在测量高转速时,误差较大。
从测速设备的工作性质考虑,本设计使用测频法,即“M”法。
2.3 方案原理
在一定测量时间 T 内,测量脉冲发生器(替代输入脉冲)产生的脉冲数 m
1
,来
测量转速。如图 2-1 所示
图 2-1“M”法测量转速脉冲
设在时间 T 内,转轴转过的弧度数为 X
τ
,则的转速 n 可由下式表示:
n=60X
τ
/2π T (2-1)
转轴转过的弧度数 X
τ
,可用下式所示
X
τ
=2π m
1
/p (2-2)
将(2-1)式代入(2-2)式,得
转速 n 的表达式为:
n=60m
1
/Tp (2-3)
n——转速单位: (转/分)
T——定时时间单位:(秒)
在该方法中,测量精度是由于定时时间 T 和脉冲的不能保证严格同步,以及
在 T 内能否正好测量外部脉冲的完整的周期,可能产生的 1 个脉冲的量化误差。
因此,为了提高测量精度,T 要有足够长的时间。定时时间可根据测量对象情况
预先设置。设置的时间过长,可以提高精度,但在转速较快的情况下,所计的脉
3

冲数增大(码盘孔数已定情况下),限制了转速测量的量程。而设置的时间过短,
测量精度会受到一定的影响。
2.4 转速测量参数及电路参数分析
选定方案中 m
1
的值为旋转编码器前后两次读数之差,定时时间初步选定为
100ms。
2.4.1MCS-51 的定时器/计数器简介
2 个 16 位的定时/计数器,有多种工作方式。
定时/计数器工作在定时模式时,计数脉冲信号来自单片机的内部,计数速
率是晶振频率的 1/12,当计数器启动后,每个机器周期计数器自动加 1。
定时/计数器工作在计数模式时,计数器对外部脉冲进行计数,计数器计
P3.4(T0 脚)P3.5(T1 脚)负跳变次数。每产生一次负跳变,计数器自动加 1。
如图 2-2 及表 2-2
图 2-2 TMOD 寄存器用于定时/计数的操作方式及工作模式指令格式
表 2-2 操作方式选择位
M0 M1
0 0
0 1
1 0
1 1
工作方式
0
1
2
3
说 明
13位定时器/计数器,由TL0低五位和TH0高八位组成
16位定时器/计数器,由TL0低八位和TH0高八位组成
8位定时器/计数器,由TL0低八位组成
TL0低八位和TH0高八位分别位8位定时器/计数器
4
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