运动控制-M法T法测速单片机程序设计

课程设计用纸ⅠM法、T法测速单片机程序设计摘要本设计为M法、T法测速的单片机程序设计。使用STC89C52单片机作为控制器，使用该单片机的外部中断和定时器对编码器的输出的脉冲进行采样来计算出电机的转速。可以使用按键输入来调整M法、T法测速法中Z、Tc和Tt等参数以及测速方法的选择，以此来增强本设计的适应性。参数选择结果和电机转速计算结果均显示在LCD1602上。关键字：STC89C52，M法、T法测速，LCD1602，电机转速课程设计用纸ⅡAbstractThisdesignasm,t-lawvelocitymeasurementofsingle-chipcomputerprogramming.UsingSTC89C52single-chipcomputerasthecontroller,usingthemicrocontroller'sexternalinterruptsandtimersforencoderoutputpulseissampledtocalculatethespeedofthemotor.Canbeadjustedusingtouchtonem,tlawVelocimetryparameterssuchasz,TtandTc,aswellasinspeedmeasurementmethodofchoice,asawaytoenhancetheadaptabilityofthisdesign.ParameterselectionandcalculationofmotorspeedresultsareavailableonLCD1602.Keywords：STC89C52,M、Tmethod,theLCD1602,Motorspeed课程设计用纸Ⅲ目录第1章绪论.................................................................................................................11.1旋转编码器.....................................................................................................11.2数字测速的精度指标.........................................................................................21.2.1分辨率........................................................................................................................21.2.2测速误差率................................................................................................................21.3M法测速.........................................................................................................21.4T法测速..........................................................................................................3第2章硬件系统设计.................................................................................................52.1STC89C52介绍.....................................................................................................52.2硬件电路..............................................................................................................62.3.1时钟电路.....................................................................................................................62.3.2显示电路....................................................................................................................72.3.3速度检测电路............................................................................................................72.3.4按键输入电路............................................................................................................8第3章系统软件设计...................................................................................................93.1主程序设计.........................................................................................................93.1M法测速程序设计...........................................................................................103.2T法测速程序设计.............................................................................................11总结.................................................................................................................................12参考文献.........................................................................................................................13附录A系统原理图......................................................................................................14附录B主要C语言源程序..........................................................................................15课程设计用纸第1页第1章绪论1.1旋转编码器旋转编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP）。它分为绝对式和增量式两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。1、增量式编码器增量式编码器轴旋转时，有相应的相位输出。其旋转方向的判别和脉冲数量的增减，需借助后部的判向电路和计数器来实现。其计数起点可任意设定，并可实现多圈的无限累加和测量。还可以把每转发出一个脉冲的Z信号，作为参考机械零位。当脉冲已固定，而需要提高分辨率时，可利用带90度相位差A，B的两路信号，对原脉冲数进行倍频。增量式旋转编码器示意图如图1-1所示。图1-1增量式旋转编码器示意图课程设计用纸第2页2、绝对值编码器绝对值编码器轴旋转器时，有与位置一一对应的代码（二进制，BCD码等）输出，从代码大小的变更即可判别正反方向和位移所处的位置，而无需判向电路。它有一个绝对零位代码，当停电或关机后再开机重新测量时，仍可准确地读出停电或关机位置地代码，并准确地找到零位代码。一般情况下绝对值编码器的测量范围为0～360度，但特殊型号也可实现多圈测量。1.2数字测速的精度指标1.2.1分辨率分辨率定义：改变一个计数值所对应的转速变化量，用符号Q表示。当被测转速由n1变为n2时，引起记数值增量为1，则该测速方法的分辨率是分辨率Q越小，说明测速装置对转速变化的检测越敏感，从而测速的精度也越高。1.2.2测速误差率测速误差率:转速实际值和测量值之差与实际值之比,记作测速误差率反映了测速方法的准确性，δ越小，准确度越高。测速误差率的大小决定于测速元件的制造精度，并与测速方法有关。1.3M法测速M法是测量单位时间内的脉数换算成频率，因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题，可能会有2个脉的误差。速度较低时，因测量时间内的脉冲数变少，误差所12nnQ100%nn课程设计用纸第3页占的比例会变大，所以M法宜测量高速。如要降低测量的速度下限，可以提高编码器线数或加大测量的单位时间，使用一次采集的脉冲数尽可能多。计算公式为：c160ZTMn时钟Z=倍频系数x编码器光栅数。M法测速的分辨率：cc1c16060)1(60ZTZTMZTMQM法测速误差率：%1001%10060)1(60601c1c1c1maxMZTMZTMZTM在上式中，Z和Tc均为常值，因此转速n正比于脉冲个数。高速时M1大，量化误差较小，随着转速的降低误差增大。所以，M法测速只适用于高速段。1.4T法测速T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率。因存在半个时间单位的问题，可能会有1个时间单位的误差。速度较高时，测得的周期较小，误差所占的比例变大，所以T法宜测量低速。如要增加速度测量的上限，可以减小编码器的脉冲数，或使用更小更精确的计时单位，使一次测量的时间值尽可能大。计算公式为：2060ZMfn课程设计用纸第4页T法测速的分辨率)1(6060)1(602202020MZMfZMfMZfQＴ法测速误差率%10011%1006060)1(602202020maxMZMfZMfMZf低速时，编码器相邻脉冲间隔时间长，测得的高频时钟脉冲个数M2多，所以误差率小，测速精度高，故T法测速适用于低速段。课程设计用纸第5页第2章硬件系统设计2.1STC89C52介绍STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，2个16位定时器/计数器