基于单片机直流电机转速测量

### 基于单片机直流电机转速测量的关键知识点 #### 一、课程设计任务与目的 **课程设计任务**：本次课程设计的主要任务是设计并制作一个使用光电转换方式来测量直流电动机转速的系统。所测量的对象是一台额定电压为5V的直流电动机，可以通过改变电枢电压的方式来调节其转速。 **设计目的**： 1. **熟悉和掌握51单片机的基础知识**：包括51单片机的原理、结构以及在实际项目中的应用。 2. **了解光电转换的技术原理**：掌握光电转换的基本工作原理及其在实际场景中的应用。 3. **使用PROTUES与PROTEL 99等工具进行电路设计**：深入了解这些工具的功能及设计规则，提高电路设计的能力。 #### 二、电机转速测量的原理和方法 **转速测量的基本原理**：转速测量通常可以通过检测电机旋转时产生的脉冲信号来实现。在本设计中，采用了脉冲计数法。具体来说，每当电机转轴旋转一周时，就会产生一个或多个脉冲信号，这些脉冲信号被送入单片机进行计数处理，从而得到电机的转速信息。 **数据处理方法**：使用直接测频法来处理数据。将被测频率信号经过脉冲形成电路后加到闸门的一个输入端，在闸门开启的时间内（例如1秒），被计数的脉冲被送入计数器进行计数。设计数器的值为N，则根据频率定义式，可以计算得到被测信号的频率为f=N/T=N。 #### 三、系统硬件设计 1. **电路原理图总览**：整个系统的硬件设计主要包括光电传感器、信号放大电路、施密特触发器、电源电路、单片机时钟电路、复位电路、显示电路以及光电传感器的具体工作原理。 2. **光电传感器及其信号放大电路**：光电传感器用于检测电机转轴的旋转情况，并将物理信号转换为电信号。LM324运算放大器用于将这些微弱的电信号放大到适合后续处理的程度。 3. **施密特触发器**：施密特触发器的作用是对放大后的脉冲信号进行整形，确保信号的稳定性和准确性，以便单片机能够准确地读取脉冲信号。 4. **电源供电电路**：提供整个系统所需的工作电压，同时使用发光二极管来指示电路是否已经正确接通。 5. **单片机时钟电路**：单片机的时钟电路是整个系统的心脏，它决定了单片机工作的基本频率。在这个设计中，使用了12MHz的晶振。 6. **单片机复位电路**：单片机复位电路用于在系统启动或遇到异常情况时重置单片机的状态，使其从特定地址开始执行程序。 7. **显示及驱动电路**：该系统采用了四位LED共阳极显示器动态显示数据。为了确保显示效果清晰且可靠，使用PNP型三极管作为驱动电路，并加入适当的分压限流电阻以保护数码管不受过大的电流损害。 8. **光电传感器原理**：光电传感器是利用光电效应原理将被测信息转换成光信号，然后再转换成电信号进行处理。常见的形式包括透射式和反射式两种，其中透射式光电传感器的工作原理是在光源和接收器之间放置一个物体，当该物体遮挡光线时，接收器接收不到光信号，进而触发相应的电路动作。 通过上述详细的硬件设计，可以有效地完成直流电机转速的测量，并通过LED显示器直观地展示出来。这不仅有助于理解单片机的应用，还能够加深对光电转换技术的认识。