基于AT89C51单片机的转速测量(含C程序)
应用89C51单片机测量矿井风机转速
嵌入式技术 电 子 测 量 技 术 EL ECTRON IC M EASU REM EN T TECHNOLO GY第33卷第1期2010年1月 应用89C51单片机测量矿井风机转速方俊生1 施式亮1 吴媛媛1 丁晓娜2(1.湖南科技大学能源与安全工程学院 湘潭 411201;2.西安工业大学电子信息工程学院 西安 710032)摘 要:为测量风机的转速,用光电码盘及光电接收器为信号发生器,设计了一种基于89C51单片机的转速测量系统。
分析了系统工作原理,给出了信号采集硬件设计电路以及数据存储、显示结构电路,给出了软件设计流程。
对M 算法精确度进行了计算。
理论和实验结果显示,测量系统能够保证测量的实时性,测量精度高,可适用于中高转速的测量。
关键词:风机;转速;测量;单片机中图分类号:TP368.2 文献标识码:AStudy on measuring system of blow er fan rotational speedbased on89C51single chip microcomputerFang J unsheng1 Shi Shiliang1 Wu Yuanyuan1 Ding Xiaona2(1.Hunan university of Science and Technology,Xiangtan411201;2.Xian Technological Uinversity,Xiπan710032)Abstract:In this paper,the measurement system of blower fan rotation speed by using photoelectric coder and photoelectric receiver as signal generator was designed based on89C512MCU.The system principle was analyzed,the interface circuit of data acquisition,data storage and data display was designed in hardware,and the software flow was presented.The accuracy of M2algorithm was accounted.J ust as the theory and experimental results,the real2time and high2accuracy of measurement was implemented by the measurement system theory analyze and experiment,which can be used to measure the middling and height speed system.K eyw ords:blower fan;rotational speed;measurement;single chip microcomputer0 引 言风机是矿井通风系统的核心,其工作性能的好坏,直接关系到整个矿井的安全生产状况。
c51单片机测转速源程序
bjing=1;//报警
}
}
disp[3]=(zs%10000)/1000;//显示转速
disp[2]=(zs%1000)/100; disp来自1]=(zs%100)/10;
disp[0]=zs%10;
{uchar t;
//////
if(key_set==0){///0 非设置状态
time0++;
TL0=0xaf; //50ms
TH0=0x3c; /*计数初值重装*/
TR0=1;
/*启动T1*/
t=time0%20;
if(t==0){en_bj=0;}
if(time0>1200)//超时
TH0=0x3c; /*计数初值重装*/
TR0=1;
time0=0;
EA=1;
}
else
{
EA=0;
TR0=0;
begin1=0;
if(time0==0)
{
t1=1000000-t0;
t0=60*js*t0;
zs=60*js+t0/t1;
if(zs>6000){zs=0;}
if(zs<count)
{
if(en_bj==1)
{
if(bhtm>=bh)
{
out=1;
begin1=1;
js=0;
TR1=0;
TL1=0xaf; //50ms
TH1=0x3c; /*计数初值重装*/
TR1=1; /*启动T1*/
}
/*启动T0*/
单片机基于89C51电机测速设计资料
单片机系统课程设计成绩评定表设计课题：基于89C51的电机转速计设计学院名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计地点：设计时间：2013-12-16～2013-12-27单片机系统课程设计课程设计名称：基于89C51的电机转速计设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计地点：课程设计时间：2013-12-16～2013-12-27单片机系统课程设计任务书目录1 概述 (4)1.1 研究背景 (4)1.2 设计思想及基本功能 (5)2 总体方案设计 (5)2.1 方案选取 (5)2.2 系统框图 (8)2.3 总体方案设计 (9)3 硬件电路设计 (9)3.1 硬件电路设计概述 (9)3.2 电源电路 (10)3.3 晶振电路 (10)3.4 复位电路 (11)3.5 光电编码器电路 (12)3.6 脉冲整形电路 (13)3.6 显示电路 (14)4 系统程序设计 (15)4.1 主程序设计 (15)4.2 定时程序设计 (17)4.3 数值转换程序设计 (18)4.4 显示程序设计 (19)5总结 (19)参考文献 (21)附录1 系统原理图 (22)附录2 源程序 (23)附录3 机器码 (25)1 概述1.1 研究背景转速是工程中应用非常广泛的一个参数。
在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要测量和显示其转速。
电机转速是判断电机运行状况的重要标志之一，其测量方法较多，而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法，但是这种测量方法已不能适应现代科技发展的要求。
目前国内外常用的测量转速的方法有离心式转速表测速法、微电机测速法、光电码盘测速法以及霍尔元件测速法。
离心式转速表和微电机测速都有现成的测速仪表，容易得到。
但转速表或测速机都要与电机同轴连接，增加了电机机组安装难度，另一方面有些电机功率很小，转速表或测速机消耗的功率占了电机大部分，这些方法都对有些电机的正常运行产生了不小的影响，所以对有些电机的测速，这二种方法并不适用。
基于AT89C51的电机转速测量仪的设计与实现
收稿日期:2009-02-13作者简介:王朕(1979 ),男,山东聊城人,硕士研究生,讲师,主要从事电力电子技术、电路及单片机研究.基于AT89C51的电机转速测量仪的设计与实现王 朕1,刘学锋2,刘陵顺1(1.海军航空工程学院控制工程系,山东烟台 264001; 2.鲁东大学物理与电子工程学院,山东烟台 264001)摘要:采用AT89C51单片机和光电编码器设计开发了用于某型装备电机转速测量的转速测量仪,并给出了测量仪的电路图和部分程序,实验结果表明该测量仪测量具有精度高、抗干扰能力强、体积小、性价比高等优点.关键词:单片机;光电编码器;转速测量中图分类号:TP368.1文献标识码:A 文章编号:1006-0707(2009)05-0019-03在某些工业自动控制领域、某些装备应用上,经常会遇到各种需要测量电机转速的场合.传统的电机转速测量方法是采用直流测速机,其原理是由被测电机拖动测速发电机,再对测速发电机产生的电压进行测量,在将电压换算成转速.采用测速发电机测速主要缺点如下:首先,测速发电机作为被测电机的负载,必然对转速产生影响,在一定情况下影响测量精度;其次,测速发电机电压作为模拟量,无法直接与数字控制系统连接,必须经过A/D 转换,增加系统控制的复杂程度;最后,由于制造工艺的限制,测速发电机的性能很难有大的提高,在某些场合测速发电机甚至影响整个系统的性能[1-2].本文中针对这种情况,设计并实现了以AT 89C51单片机为核心的电机转速测量仪,该测量仪已应用于某型装备,实验结果表明该测量仪不仅满足了装备的测速要求,而且相对于直流测速机更具有测量精度高、体积小、性价比高等优点.常用的转速测量方法有T 法、M 法和M/T 法,综合考虑三种方法的优缺点及测量要求,本文采用M 测速法,即:在一定的采样时间内测出光电编码器的脉冲数,脉冲数除以编码盘的孔数再除以定时时间就是电机的转速,即根据公式(2)换算成转速[3].1 硬件电路设计[4-6]由于该测量仪不需要键盘输入,故硬件电路仅由主电路、转速测量电路、显示电路组成,其电路原理图如图1所示.图1 电路原理第30卷 第5期四川兵工学报2009年5月1.1 主电路主电路采用ATMEL 公司生产的AT 89C51单片机.其中,T0和T1都工作在模式1,T0用作定时器,T1用作计数器,当T 1引脚上出现一个1到0的跳变时,计数器加1,直到T0定时时间到,进入中断程序;然后对T1中的数据进行处理,对T0、T1进行重新装载、设置中断后,中断返回.1.2 转速测量电路转速测量电路由光电编码器及脉冲整形电路组成,如图2所示,其中编码盘加在电机转轴上,随电机同步转动.光电编码器由脉冲编码盘、发光二极管和光敏三极管组成.其中,光电编码器有直射式和反射式两种,图2所示即为直射式.发光二极管发出的光通过编码盘的孔射到光敏三极管上后,三极管导通输出一个低电平;当二极管发出的光被编码盘遮住时,三极管截止输出一个高电平.因此,当编码盘转动时,三极管集电极输出一系列脉冲,脉冲经74HC14整形后输入T1脚,故计数器T 1中的数据除以编码盘的孔数再除以定时时间,即得到了电机的转速.光电编码器的特点是输出精度高、抗干扰能力强、受温度变化影响小,因此使得该测量仪测量精度很高.图2 光电编码器原理1.3 显示电路显示电路使用了4个LED 显示器,由4个CD4511BP 芯片驱动,故满足显示转速的范围0~9999r/min 的要求.七段数码管的驱动由CD4511BP 完成,该芯片是一种集成了显示译码、显示码锁存电路的数码管专用驱动芯片.在其输入脚写入B CD 码,在输出脚上就得到与数码管相对应的十进制数据.显示电路原理图如图3所示,根据CD45111及数码管的电气参数,其电阻阻值选为470 .(图中只给出一个CD4511BP 和一个LED 数码管的连接,其余三个与此相同).图3 LED 显示电路原理2 软件设计[4-5]2.1 程序流程图系统上电复位后,首先对单片机自身进行初始化,包括设置堆栈指针、设置定时器和计数器的工作方式及初始值、中断的开启等,然后进入循环显示、脉冲计数、转速计算、数制转换等子程序.软件流程图如图4(虚线框内为中断处理程序流程).其中,脉冲计数由硬件电路通过计数器T1(P3.5)对输入的脉冲进行计数,经计算在定时器T0定时时间内可以满足测速范围0~9999r/min 的要求;其他各模块的具体程序见2.2部分.图4 程序流程2.2 模块程序程序采用汇编语言编写,采用KEIL51软件和TKS 仿真器进行程序调试.各部分功能的程序如下.2.2.1 脉冲计数程序由硬件电路知,AT89C51的T1引脚外接脉冲输入,因此脉冲计数可使用T1作为计数器来实现计数;采样时间可由T0定义.本文中定义T1为16位计数器,T0为16位定时器,定时0.05s.部分程序及注释如下.MOV TMOD,#41H ;定义定时/计数器工作模式和工作方式;T1--16位外部中断计数器,T0--16位定时器MOV TL0,#0AFH ;设置T0的初始值:定时为0.05s,;公式:X=65535-50000=15535D=3CAFHMOV TH0,#3C H20四川兵工学报MOV TL1,#00H;设置T1的计数初始值0MOV TH1,#00HSE TB TR0;开启T0SE TB TR1;开启T1SE TB ET0;允许T0中断SE TB EA;允许单片机响应中断2.2.2 转速计算程序转速计算的公式为n=60mP(r/min)(1)其中,m存在T1的计数寄存器中, =0.05s,P=32,即转速公式为n=75m2(r/min)(2)根据上述计算公式,先取脉冲数,分别置于寄存器R6、R7中,然后清计数器,再重新装载定时初始值以开始下一轮计数.对已经取得的脉冲数按公式(2)进行计算,先进行乘法后进行除法运算,将得到的转速置于寄存器R3、R4中,部分代码如下.MOV R7,TH1;取脉冲数,R7中存高8位,R6中存低8位MOV R6,TL1MOV TH1,#00H;清计数器计数值,使其开始下一轮的计数MOV TL1,#00HMOV TL0,#0AFH;重新开始定时MOV TH0,#03CHMOV A,R6;m*75D=m*4BHMOV B,#04B HMUL ABMOV R3,A..MOV A,R4RRC A;除法到此做完,转速存在R3、R4组成的16位存储单元中,此时为2进制数.2.2.3 数制转换程序上节中已求出十六进制的转速,需将其转换为十进制数进行编码后再输出显示.该部分程序如下.HB2:CLR AMOV R3,AMOV R4,AMOV R5,AMOV R1,#10H;转换16位,即两字节,需要循环16次,;循环次数存在R1中HB3:MOV A,R7RLC AMOV R3,ADJNZ R1,HB3END2.2.4 显示功能程序由硬件电路,显示驱动芯片连接在P1、P2口上,因此向P1、P2口写数据即可实现数据显示功能.代码如下: DISPLAY:;下面是进行静态显示的代码,寄存器R4中存十进制转速数的千位和百位,R5中存十进制转速数的十位和个位.MOV P1,R4MOV P2,R5SJMP DISPLAY3 结束语本文中采用光电编码器及AT89C51制作的电机转速测量仪已成功用于某型装备,实验结果表明该测速仪不仅测速准确、精度高,而且体积小、性价比高、使用方便,因而具有较高的实用价值和市场前景.参考文献:[1] 刘和平,周小军.一种由单片89C52构成的高精度转速测量仪[C]//重庆市电机工程学会2000年学术会议论文.重庆:重庆市电机工程学会,2000.[2] 赵霞.利用89C52三个定时器实现精密测速[C]//2003年全国单片机及嵌入式系统学术年会论文集(下册).北京:北京航空航天大学出版社,2003. [3] 肖慧.单片机在线测速软件的设计.仪器仪表学报(增刊)[J].2005,26(8):423-424.[4] 张毅刚,彭喜源,谭晓昀.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1997.[5] 徐建军.MC S-51系列单片机应用及接口技术[M].北京:人民邮电出版社,2003.[6] 姚彩虹.基于AT89C52的机车光电转速传感器测控仪设计[J].自动化仪表,2006,27(10):26-27.21王 朕,等:基于AT89C51的电机转速测量仪的设计与实现。
基于89C51的直流电机转速的测量与控制
目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1 引言 (2)1.1 课题的研究意义 (2)31.2 设计任务 (3)2 系统设计及模块分析 (3)2.1系统平台简介 (3)2.2 PWM模块 (5)2.4 LCD模块 (5)3 系统的软件设计与实现 (8)3.1 系统软件简介 (9)3.2 编程语言简介 (9)3.3 设计流程及分析 (10)4 调试与实验结果 (13)4.1 系统测试结果 (14)4.2 设计心得 (14)结论 (14)谢辞 (14)参考文献 (14)附录 1 系统硬件原理图 (14)基于STC89C51直流电机控制系统的设计与实现摘要：转速是直流电机运行中的一个重要物理量，如何准确、快速而又方便地测量电机转速，极为重要。
本文阐述了基于单片机的直流电动机转速控制系统的特点和优势，介绍了在STC89C51单片机实验开发平台上，对直流电动机进行测速和控制的相关算法及软、硬件实现。
设计中软件设计采用C语言编程，硬件设计采用PWM方式驱动电动机，利用霍尔元器件测量电动机的转速，在液晶显示屏(LCD)上实时显示电机的转速值。
另外还可以通过3×3矩阵键盘输入电动机转速的设定值，在电动机转速的可控范围内控制电动机转速，使电动机的实际转速值等于设定值，并在液晶显示屏(LCD)上同时显示设定值与实际转速值，便于比较。
最后对实验数据进行了分析。
关键词：直流电动机，PWM，液晶显示屏(LCD)，转速测量Abstract: Speed is an important physical quantity in the operation of the DC-motor. How to measure the speed of DC-motor exactly, rapidly and conveniently is highly significant. The design expatiates on the advantages of SCM in the DC-motor speed modification system. The algorithm about the measurement and the control of the DC-motor, as well as the software and hardware methods to realize the requirement based on the STC89C51 experiment development platform is introduced. In this design, the PWM manner , while the Hall device is utilized to measure the speed of the motor. The numerical value will have a real-time display on the LCD screen. In addition, the setting value of the speed can be inputted through the 3×3 matrix keyboard. It can control the speed of the DC-motor in its controllable bounds, which makes the actual speed value equal to the setting value. The LCD screen will display the setting value and the actual speed value simultaneously that is convenient for the comparison between the two values. In conclusion, the data got from the experiment have been analyzed.Keywords: DC-motor, PWM, LCD, speed measurement1 引言1.1 课题的研究意义直流电机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统中得到了广泛的应用。
基于AT89C51单片机频率计的设计（含程序）
AT89C51单片机频率计的设计摘要基于在电子领域内,频率是一种最基本的参数,并与其他许多电参量的测量方案和测量结果都有着十分密切的关系。
由于频率信号抗干扰能力强、易于传输，可以获得较高的测量精度。
因此,频率的测量就显得尤为重要，测频方法的研究越来越受到重视。
频率计作为测量仪器的一种，常称为电子计数器，它的基本功能是测量信号的频率和周期频率计的应用范围很广,它不仅应用于一般的简单仪器测量,而且还广泛应用于教学、科研、高精度仪器测量、工业控制等其它领域。
随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片机的出现和发展，使传统的电子侧量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，形成一种完全突破传统概念的新一代侧量仪器。
频率计广泛采用了高速集成电路和大规模集成电路，使仪器在小型化、耗电、可靠性等方面都发生了重大的变化。
目前,市场上有各种多功能、高精度、高频率的数字频率计,但价格不菲。
为适应实际工作的需要,本次设计给出了一种较小规模和单片机(AT89C51)相结合的频率计的设计方案,不但切实可行,而且体积小、设计简单、成本低、精度高、可测频带宽，大大降低了设计成本和实现复杂度。
频率计的硬件电路是用Ptotues绘图软件绘制而成，软件部分的单片机控制程序，是以KeilC做为开发工具用汇编语言编写而成，而频率计的实现则是选用Ptotues仿真软件来进行模拟和测试。
关键词：单片机；AT89C51；频率计；汇编语言选题的目的意义数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。
其基本原理就是用闸门计数的方式测量脉冲个数。
频率是单位时间（ 1s ）内信号发生周期变化的次数。
如果我们能在给定的 1s 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。
数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。
用89C51单片机实现的一种新型低速转速测量方法
用89C51单片机实现的一种新型低速转速测量方法
吴霞;许华;李青
【期刊名称】《中国计量学院学报》
【年(卷),期】2000(011)001
【摘要】介绍了用89C51单片机实施低速转速(n≤100 r/s)的测量方法,如何利用测速齿轮和磁性探头组成的转速变送器的工作原理、特点及测速齿轮的齿数不是标准Z=60齿数的编程算法.论述了测量系统的硬件构成与软件设计的框图.
【总页数】5页(P27-31)
【作者】吴霞;许华;李青
【作者单位】中国计量学院自动化系浙江杭州 310034;中国计量学院信息工程系浙江杭州 310034;中国计量学院自动化系浙江杭州 310034
【正文语种】中文
【中图分类】TP311
【相关文献】
1.一种由AT89C51单片机实现的多功能记时显示器 [J], 杨杰;刘继国;孙树杰
2.一种基于单片机AT89C51电子密码锁的设计与实现 [J], 胡绍忠
3.利用89C51单片机实现的一种低转速测量方法 [J], 吴霞
4.基于AT89C51单片机实现同步机角度数字化的一种方法 [J], 于恩祥;郭继宁
5.一种新型电机转速测量方法的研究 [J], 蒋云云;王击
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转速测量系统设计基于51单片机的转速测量系统
由专业人员将敏感元件和相应的测量电路、传递机构以适当的形式制成不同类型、不同用处的传感器，根据原理输出电量。该电量可以是模拟量或数字量，现代传感器还可以输出开关量，用于数字逻辑电路。
(3)通过测量仪表拾取被测信号
目前有许多测量仪表用于各种测量中，有大信号输出、有BCD码输出等，但价格昂贵，专业性强，一般不适合通用系统。通用的转速测量系统大都采用一种俗称“码盘”的传感装置，将圆形的码盘固定在转轴上，码盘上有若干规则排列的小孔，用光电偶来输出电信号，以反映转速对应关系，即是将转轴的速度以脉冲形式反映出来，通常有计要求，在系统工作原理的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的原理框图、电路原理图。
摘要
本文是基于51单片机的转速测量系统，其测量方法较多，随着单片机对脉冲信号的处理能力越来越强大，使得全数字量系统越来越普及，并且使转速测量系统也可以用全数字化处理。
本设计利用霍尔效应对旋转物体进行检测的转速测量系统。该系统采用UGN3144霍尔传感器把转速信息转换为电压输出，输出电压经整形电路送入STC89C51单片机进行数据处理并用四位7段LED显示器显示测量结果。文中首先阐述了构成该系统的原理、硬件的实现方法，在该系统中对信号频率进行测量是首要任务，通过各种测量方法的对比下，该系统应采用测频法测量。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、显示程序的设计三个模块。最终，给出各部分的原理框图、电路图及转速测量的程序流程图，并编出其具体的程序。
3．单片机
单片机是整个测量系统的主要部分，担负对前端脉冲信号的处理、计算、以及信号的同步，计时等任务，其次，将测量的数据经计算后，将得到的转速值传送到显示接口中，用数码管显示数值。在本系统中考虑到计数的范围、使用的定时，计数器的个数及I/O口线，预选用89C51单片机。具体工作情况在后讨论。
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大延长,并且判断 m1 也要延长采样周期,不适合实时测量。 根据以上的讨论,考虑到实际应用中需要测量的转速范围很宽 ,上述的转速测量方
法难以满足要求,因此,研究高精度的转速测量方法,以同时适用于高、低转速信号的测量, 不仅具有重要的理论意义,也是实际生产中的需要。
2.2 转速测量原理
1.2 本设计课题的目的和意义
在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷 扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转 速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用 测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反 映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转 速方法。因此转速的测试具有重要的意义。
方案一： 霍尔传感器测量方案
霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的？其核心元件是根据霍尔效应原理制成 的霍尔元件。本文介绍一种泵驱动轴的转速采用霍尔转速传感器测量。霍尔转速传感 器的结构原理图如图 3.1, 霍尔转速传感器的接线图如图 3.2 。
传感器的定子上有 2 个互相垂直的绕组 A 和 B, 在绕组的中心线上粘有霍尔片 HA 和 HB ,转子为永久磁钢,霍尔元件 HA 和 HB 的激励电机分别与绕组 A 和 B 相连, 它们的霍尔电极串联后作为传感器的输出。
一般很短,相应的采样周期需取得很小,使得脉冲当量增高,从而导致整个系统测量精度
降低,难以满足测控要求。提高采样速率通常就要减小采样时间 T, 而 T 的减小会使采
到的脉冲数值 N 下降,导致脉冲当量(每个脉冲所代表的转速) 增高,从而使得测量精度
பைடு நூலகம்
变得粗糙。通过增加测速码盘的齿数可以提高精度,但是码盘齿数的增加会受到加工工
是否为通路。所选用的红外二极管 IR3401，在正向工作电流为 20mA 时,其导通电压为
1.2—1.5V,所选用的发光二极管的正向压降一般为 1.5—2.0V,电流为 10--20Ma。R 的计
算公式为：
UCC −U 1 −U 2 I1
计算得：Rmin=425Ω；Rmin=465Ω。设定中所选阻值为 430Ω（Rmin ≤R≤Rmax）。
在微处理器的参与下,通过测量转轴上预留的一转一齿的鉴相信号或光电信号的周期,
换算出转轴的频率或转速。即通过速度传感器,将转速信号变为电脉冲,利用微机在单位
时间内对脉冲进行计数,再经过软件计算获得转速数据。即:
n=N/ (mT)
(1)
◆n ———转速、单位:转/ 分钟;
◆N ———采样时间内所计脉冲个数;
电子式定时计数法测量频率时,其测量准确度主要由两项误差来决定:一项是时基 误差;另一项是量化±1 误差。当时基误差小于量化±1 误差一个或两个数量级时,这时 测量准确度主要由量化±1 误差来确定。对于测频率法,测量相对误差为：
Er1 =测量误差值实际测量值×100 % =1N×100 % (2) 由此可见,被测信号频率越高, N 越大, Er1 就越小,所以测频率法适用于高频信号 (高转速信号) 的测量。对于测周期法,测量相对误差为：
艺的限制,同时会使转速测量脉冲的频率增高,频率的提升又会受到传感器中光电器或
磁敏器或磁电器件最高工作频率的限制。凡此种种因素限制了常规智能转速测量方法
的使用范围。而采用本文所提出的定时分时双频率采样法,可在保证采样精度的同时,提
高采样速率,充分发挥微机智能测速方法的优越性及灵活性。
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2.转速测量系统的原理
2.1 转速测量方法
转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数 ,其大小及变化往往意味 着机器设备运转的正常与否,因此,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。按照不同 的理论方法,先后产生过模拟测速法(如离心式转速表) 、同步测速法(如机械式或闪光式 频闪测速仪) 以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计 数法。本文介绍的采用单片机和光电传感器组成的高精度转速测量系统,其转速测量方 法采用的就是电子式定时计数法。 对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的工 程测量中,电子式定时计数测量频率的方法一般有三种： ①测频率法:在一定时间间隔 t 内,计数被测信号的重复变化次数 N ,则被测信号的频率 fx 可表示为
基于 AT89C51 单片机的转速测量系统设计
【摘要】介绍了一种基于 AT89C51 单片机平台,采用光电传感器实施电机转速测量的 方法,硬件系统包括脉冲信号产生、脉冲信号处理和显示模块,并采用 C 语言编程, 结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。介绍了该测速法的基本原理、 实现步骤和软硬件设计 【关键词】转速测量; 单片机; 光电传感器；电机；脉冲。
f x =Nt(1) ②测周期法:在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数 m0 ,则被测信号频率 fx = fc/ m0 , 其中, fc 为时钟脉冲信号频率。 ③多周期测频法:在被测信号 m1 个周期内, 计数时钟脉冲数 m2 ,从而得到被测信号频 率 fx ,则 fx 可以表示为 fx =m1 fcm2, m1 由测量准确度确定。
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图 3.3 测量系统的组成框图
优点：这种方案使用光电转速传感器具有采样精确，采样速度快，范围广的特点。 综上所述，方案二使用光电传感器来作为本设计的最佳选择方案。
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4.系统硬件设计
随着超大规模集成电路技术提高，尤其是单片机应用技术以及功能强大，价格低 廉的显著特点，是全数字化测量转度系统得一广泛应用。出于单片机在测量转速方面 具有体积小、性能强、成本低的特点，越来越受到企业用户的青睐。对测量转速系统 的硬件和编程进行研究，设计出一种以单片机为主的转速测量系统，保证了测量精度。
图 2.1 系统原理图
各部分模块的功能： ①传感器：用来对信号的采样。 ②放大、整形电路：对传感器送过来的信号进行放大和整形，在送入单片机进行数据 的处理转换。 ③单片机：对处理过的信号进行转换成转速的实际值，送入 LED ④LED 显示：用来对所测量到的转速进行显示。
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3.系统方案提出和论证
之间,红外线发光二极管(规格 IR3401)负责发出光信号,红外线接收三极管(规格 3DU12)
负责接收发出的光信号,产生电信号,每转过一个齿,光的明暗变化经历了一个正弦周期,
即产生了正弦脉冲电信号。
图 4.1 所示为转速传感器电路，由于红外光不可见，无法用肉眼识别发光信号是
否在工作，故将红外线的输出回路串接了一个普通光电二极管作为判别光源发生回路
Er2 =测量误差值实际测量值×100 % =1m0×100 % (3) 对于给定的时钟脉冲 fc , 当被测信号频率越低时,m0 越大, Er2 就越小,所以测周期法适 用于低频信号(低转速信号) 的测量。对于多周期测频法,测量相对误差为：
Er3 =测量误差值实际测量值 100%=1m2×100 % (4) 从上式可知,被测脉冲信号周期数 m1 越大, m2 就越大,则测量精度就越高。它适 用于高、低频信号(高、低转速信号) 的测量。但随着精度和频率的提高, 采样周期将大
盘上有 30 个齿槽，当测速齿槽旋转一周，光敏元件就能感受与开孔数相等次数的光次
数。对于被测电机的转速在 90—1700r/min 的来说,每转一周产生 30 个电脉冲信号,因此,
传感器输出波形的频率的大小为：
45Hz≤f≤850Hz (1)
测速齿盘装在发射光源(红外线发光二极管)与接收光源的装置(红外线接收二极管)
转速传感器输出电压幅度在 0—1.6mV 呈正弦波变化,由此可见,红外线接收三极管
的光信号转化为电信号的电压 Uo 很微弱(一般为 mV 量级),需要进行信号处理.
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图 4.1 转速传感器电路图
（1） 光电传感器是应用非常广泛的一种器件，有各种各样的形式，如透射式、反 射式等，基本的原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。以透 射式为例，如图 4.1 所示，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断， 否则打开。为此，可以制作一个遮光叶片如图 4.2 所示，安装在转轴上，当扇叶经过 时，产生脉冲信号。当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。
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1.概述
1.1 数字式转速测量系统的发展背景
目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测 速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如 机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数 法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编 码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高 频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的 放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、 低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、 光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛 的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量 范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。
这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计 有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内 容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大的具体内容。进 一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。
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◆T———采样时间、单位:分钟;
◆m ———每旋转一周所产生的脉冲个数(通常指测速码盘的齿数) 。