电机转速测控.pdf

直流电机转速的控制与检测

一．实验目的及意义

1.掌握单片机STC89C52的外围接口电路及其工作原理
2.能够熟练应用单片机的定时/计数器完成定时与计数功能
3.学会利用PID算法对电机转速实现稳定控制
4.掌握用VisualC++6.0编辑对话框实现与单片机的串行通信

二．实验器材

直流电机，计算机，单片机，直流电源，光电传感器及一些制板工具

三．实验原理

本次实验的系统结构图如下图所示

直转速
单片机
流检测上位机PC

电
89C52
机D/A控制电机
电机
驱动
0832转速
电路

12V与+5V供电

1.硬件电路设计

(1)电机驱动模块：本实验的电机驱动是利用DAC0832实现的，DAC0832是一
款非常普遍的8位D/A转换器，其转换时间为1us，工作电压为+5V~+15V，
它主要由两个8位寄存器和一个8位D/A转换器组成，DAC0832是以电流形
式输出，但是本实验主要是运用电压控制电机转速，因此需要外接运算放
大器。
下图为本实验的电机的驱动电路：这里直接利用DAC0832直通的工作方式，
直接将数字量转化为模拟量，无需锁存。第一级放大器是将电流转化为电
压输出，第二级放大器是将输出的负电压进行一次反向，同时进行一定程
度的放大，然而除了电压达到了电机要求外，电流也需要达到电机的额定
电流，这里放大器输出的电流很微弱，不足以驱动电机，因此需要利用三
级管的电流放大特性，进行扩流。

下图为利用proteus仿真工具进行软件仿真图：通过调整D/A数字量的输入，来
模拟出不同转速所需要的电压值，同时检测硬件电路无误。

(2)转速检测模块：本实验检测转速的所用的器件是红外光电开关H92B4，本光
偶由红外发光二极管和光敏三极管构成的，其典型电路如下图所示

其工作原理是：当光敏三极管接收到二极管发射的光是，其工作在饱和导通
状态，这时的T0端口为低电平，当有东西遮在光耦的U型槽中时，光敏三极管
断开，T0端为高电平，于是系统的速度信号经传感器转换为脉冲信号了，电机
每转1圈，传感器就会输出一个脉冲（在电机的转轴上安装了带有一个缺口的圆
板）。所以需要用单片机对这些脉冲信号进行计数采样、计算处理，得出电机的
转速值。
我们拟采用的通用STC89C52单片机进行脉冲计数采样的方法来测量转速。
52子系列有3个16位定时器/计数器，通过编程可以实现四种工作模式。
所谓计数是对外部事件进行计数。外部事件的发生以输入脉冲表示。因此，
计数功能的实质就是对外来脉冲进行计数。T0(P3.4)和T1(P3.5)两个信号引角，分
别是这两个计数器的计数输入端。外部输入的脉冲在负跳变时有效，进行计数器
加一（加法计数）。
前一个机器周期S5P2拍节对外部计数脉冲进行采样，如果前一个机器周期
采样为高电平，后一个机器周期采样为低电平，即为一个有效的计数脉冲。在下
一个机器周器S3P1进行计数。可见采样计数脉冲是在2个机器周期内进行的。
鉴于此，计数脉冲的频率不能高于振荡脉冲频率的1/24。当然，传感器的信号

变化的频率333Hz○1远远小于这个值。（○1见下面叙述）
传感器输出的信号如图2-2所示，每转n圈就有n个负跳变脉冲。

传感器输出的脉冲信号
因此，我们的测量方法可以这样。用T0做测量脉冲数的计数器；用T1定一
段时间，在这段时间内测量的脉冲数为N，则转速为60N/T1圈每分钟。因为N
个脉冲是在（N-1）到（N+1）个周期里出现，所以最大误差为60/T1，最大相对
误差为1/n，显然N越大相对误差越小，即转速越快，这种方式测量相对误差就
越小。
(3)单片机的基本电路：
a．时钟电路：内部方式时钟电路与外部方式时钟电路

内部方式时钟电路外部方式时钟电路
本实验采用的是内部方式时钟电路
b．复位电路：上电复位电路与按键复位电路

按键复位电路上电复位电路
本实验采用的是按键复位电路
c．串行通信电路：由于计算机的串口为RS-232C电平，高电平为-12V，低电
平为+12V,而单片机则是采用的TTL电平，，因此当计算机与单片机之间要
通信是，需要加电平转换芯片，本次实验中用到的电平转化芯片为MAX232，
它可以把输入的+5V电源电压换成为RS-232输出电平所需的+10V电压，下
图为MAX232的外围连接电路,实际应用中，T、T可直接连接TTL/CMOS
1IN2IN
电平的51单片机串行发送端TXD；R、R可直接连接TTL/CMOS电平
1OUT2OUT
的51单片机串行接收端RXD；而T、T可直接连接PC机的RS232串
1OUT2OUT
口的接收端RXD；R、R可直接连接PC机的RS232串口的发送端TXD。
1IN2IN
本实验才用了如下图的接法：