1、中文摘要I本科毕业论文（20 届）基于 AT89C52 单片机的转速测控系统设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 中文摘要II摘 要本文是基于 AT89C52 单片机的转速测控系统设计，本文主要研究对伺服电机的转速进行测量、显示、控制等。本设计利用单片机实现对伺服电机转速进行测量和控制的系统。该系统采用编码器把转速采集并采用脉冲的形式输出，并由单片机进行脉冲的采集，同时显示在 LCD 上；并通过键盘进行伺服电机的速度控制，使其转速达到预期的值。文中首先阐述了构成该系统的原理、硬件的实现方法，在该系统中对转速的脉冲信号测量和对伺服电机的转速控制方面是此
2、次设计的重点。其次，在软件设计部分，此系统包含系统初始化程序的设计、数据接收和处理程序的设计、显示程序的设计、速度控制几个模块。最终，给出各部分的原理框图、电路图及单片机的程序流程图，并编出其具体的程序。总之，本课题完成了硬件和软件系统的设计，实现了转速测控系统的设计，转速计算、显示功能，同时实现键盘进行转速的控制，完成了设计的要求。关键词：单片机，LCD，转速测控，编码器，伺服电机AbstractIIIAbstractThis article is Based on AT89C52 speed measurement and control system design, this study
3、 to measure the speed of the servo motor show control.This design uses the MCU on the motor speed measurement and control system. The system uses the speed of collection and output in the form of the pulse the pulse acquisition by the MCU encoder, at the same time displayed on the LCD; servo motor s
4、peed control via the keyboard, and speed to achieve the desired value. Constitute the principle of the system, first described the hardware implementation, the speed pulse signal in the system measurement and servo motor speed control is the focus of the design19. Secondly, in the software design se
5、ction, this system includes the design of the system initialization procedure, data receiving and processing procedures are designed to display the program design, speed control of several modules20. Ultimately, given the various parts of the block diagram, schematic, and micro-controller programmin
6、g flowcharts, and compile their specific program.In short, the subject has completed the design of hardware and software systems to achieve the speed control system design, speed calculation, display, keyboard speed control, complete design requirements.Keywords： micro-controller，LCD，speed monitorin
7、g and control，encoder，servo mo目 录IV目 录摘 要 .IAbstract .II目 录 .III第一章 绪论 .11.1 课题研究的目的和意义 .11.2 转速测控在国内外的研究 .11.3 主要内容 .2第二章 转速测控系统的总体方案 .32.1 转速测控的一般方法 .32.2 硬件设计总体方案 .52.3 软件设计思路 .6第三章 系统硬件设计 .73.1 转速测量原理分析 .73.1.1 测频法 .73.1.2 测周期法 .83.1.3 测频测周法 .83.1.4 系统中转速测量应用的方法 .93.2 编码器的简介 .103.3 转速控制原理 .123.4
8、 单片机及其接口的设计 .163.4.1 AT89C52 单片机的简介 .163.4.2 复位电路 .183.4.3 时钟电路 .193.4.4 显示电路 .203.4.5 键盘电路 .243.4.6 报警电路 .253.4.7 USB 通信电路 .26目 录V第四章 系统软件设计 .274.1 单片机转速测控程序设计思路及过程 .274.2 子程序设计 .284.2.1 初始化子程序 .284.2.2 中断服务程序 .294.2.3 LCD 显示子程序 .314.2.4 键盘扫描程序 .324.2.5 报警程序 .334.2.6 转速控制程序 .344.2.7 USB 通信程序 .35结 论
9、 .36参考文献 .37致 谢 .38附录一 .39第一章 绪论- 1 -第一章 绪论1.1 课题研究的目的和意义转速作为工程中的一个重要的参数，实现对其的测量和控制在现实的工业生产应用中具有非常重要的价值。随着超大规模的集成电路技术的提高，特别是单片机功能强大、价格便宜，加上单片机具有处理脉冲数字信号的强大功能，使得转速测量向着全数字化的方向发展，并在实际的应用中越来越普及。随着全数字化技术的发展，在测量范围和测量精度以及控制方面都有极大的提高 1。使单片机在工程中的应用受到企业用户的青睐。伺服电机作为应用广泛的控制电机，具有高精度，高稳定性，高灵敏度的显著特点，实现对其的转速测量和控制具有
10、很重要的现实意义。本课题的目的是：对伺服电机的转速测量和控制的基本方法和原理进行分析，并以单片机为中心，设计出伺服电机的转速测控系统，并根据实际的硬件电路，对系统的工作原理和软件的实现过程进行分析，并根据实验情况分析并修改方案、解决问题。设计出具有实际应用价值的转速测控系统。这次设计的内容包含全面，不仅包含对转速测速的不同方法以及原理设计的许多介绍，而且包含转速控制方面的具体介绍。实现对伺服电机的认识，并对转速的测量和控制有了进一步的学习和研究。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示以及控制方面的实际工作能力。总之，本次设计实现的对伺服电机的转速进行测量和控制具有重要的使用价值。1.2 转速测控
11、在国内外的研究现如今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，电机特别是伺服电机在工业中有举足轻重的地位。由此对电机转速的测量和控制也有着重要的意义。目前国内外测量转速的方法有很多，不同的测量方法对应的使用条件和测量的精度各你相同。根据工作方式的不同我们可以大体分为两大类：接触式转第一章 绪论- 2 -速测量与非接触式转速测量。接触式在安装和使用时要与被测转轴直接相接触，如测速发电机等；非接触式在安装和使用的时候不需要与被测转轴直接接触，如光电式等 3。伺服电机作为各行各业中应用广泛的高精度、高灵敏度的控制电机，其市场需求将稳步增长，特别现代交流伺服系统，经历了从模拟到数字化的转变
12、，数字控制环已经无处不在，比如换相、电流、速度和位置控制 2。随着系统功率驱动装置中电力电子器件不断向高频化发展和微处理器嵌入式平台技术的成熟，伺服电机向高精度、高灵敏度、智能化、模块化、通用化发展，伺服电机的控制也有了新的发展。总之，随着科学技术的迅速发展，测量器件的高灵敏和高精度以及伺服电机的发展，转速的测量和控制被广泛应用于各行业。具有广泛的应用和发展前景。1.3 主要内容1.详细分析转速的测量方法和理论，对于转速的测量的各方法进行阐述的和比较，包括周期法，频率法等；2.详细分析伺服电机控制的方法和理论，对于伺服电机的不同控制模式下的控制方式进行阐述和分析。3.根据单片机的硬件电路，设计
13、系统功能流程图，实现单片机的硬件功能，完成对伺服电机的转速的测量、控制、显示等功能。4.对单片机各单元电路进行编程调试，并进行单元电路的汇总和程序的拼接，实现其总体功能。第二章 转速测控系统的总体方案- 3 -第二章 转速测控系统的总体方案2.1 转速测控的一般方法 1一般伺服电机的转速测控系统有以下几个部分构成，转速测控框图如图 2-1 所示：伺服电机电机转速测量 单 片机显示电路转速控制键盘控制图 2.1 一般转速测控框图1.转速测量转速测量就是通过一定的方式将转速的非电量的转速信号转换成单片机能够测量和处理的电量信号。这一测量过程可以通过以下方式实现：(1) 敏感元件的转速测量 5采用敏
14、感元件进行转速的测量，由于元件体积小，并可以根据不同的环境和用户的要求做成不同的形状，将转速转换成能被测的物理量如电流、电压等参数。但是一般这种设计方法难度比较大，而且信号的稳定性比较差，由此可第二章 转速测控系统的总体方案- 4 -知在单片机这样的模拟处理系统中不宜采用。(2) 传感器的转速测量 4利用转速传感器将转速信号转换成电量信号，该电量可以是模拟量也可以是数字量，伴随着科技的发展，现代传感器还可以输出开关电量，然后由单片机对信号进行处理。(3) 编码器的转速测量 5利用绝对式或者相对式的编码器将转速转换成脉冲信号。利于单片机的脉冲计数，能够实现转速的高精度的测量，编码器抗干扰能力强，
15、更适合于工业中的使用。2单片机单片机作为本次毕业设计整个系统的主要核心部分，实现的功能是对所测得的脉冲信号进行处理、计算和中断服务程序的功能(包含着定时器中断和计数器中断) ，其次，还要将测得的转速值进行计算，将转速值进行实时显示，与此同时单片机还要实现对电机转速的控制的作用。作为本次设计的核心器件单片机具有非常重要的作用。3.显示电路本设计要实现对转速的显示，有两种基本的方法，一种是 LED 数码管的显示，另一种是 LCD 液晶的显示。LED 数码管显示电路具有高亮度、高性能、价格便宜的特点，有共阴极和共阳极两种驱动方式。LED 应用领域广泛。LCD 液晶显示相对于 LED 来说功能上更加丰
16、富，具有丰富的字符库，显示程序简单易于操作。具有广泛的现实实用价值。4.转速控制本设计实现的是对伺服电机转速控制，伺服电机有三种控制模式：位置控制，转矩控制，转速控制三种模式。对转速的控制有三种方法：(1) 在位置控制模式下，通过向伺服驱动器发送脉冲实现对电机的位置的第二章 转速测控系统的总体方案- 5 -控制，也就可以实现对伺服电机的脉冲控制转速。(2) 在转速控制模式下，通过模拟模拟速度指令（0-10V DC）可对伺服电机的速度进行控制。(3)在转速控制模式下，通过参数设置的内部设定（最大 7 速）对伺服电机的速度进行控制。2.2 硬件设计总体方案根据设计课题的任务，设计出总体的方案，在系统工作原理的基础上设计出系统的原理框图、电路原理图。系统的流程框图如图 2.2 所示：复位电路伺服电机 编码器 光电耦合单片机LCD 显示报警电路键盘输入USB 接口上位机伺服驱动器光电耦合图 2.2 系统流程框图
