基于单片机的角位移测量系统设计

上传人:tia****nde 文档编号:245541446 上传时间:2024-10-09 格式:PPT 页数:30 大小:1.34MB
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,*,*,基于单片机的角位移测量系统设计,PPT,模板下载:行业,PPT,模板:,节日,PPT,模板:素材下载:,PPT,背景图片:图表下载:,优秀,PPT,下载:教程:,Word,教程:教程:,资料下载:课件下载:,范文下载:试卷下载:,教案下载:,摘要:,在控制领域中,经常需要进行各种位移量的测量。在实际的工业控制领域中,为了提高控制精度,准确地对控制对象进行检测是十分重要的。角位移作为位移量中的一种在工业领域中的地位越来越重要,而传统的机械测量角位移装置普遍存在测量精度低、测量数据不稳定等缺点,已远远不能满足现代生产的需要,为解决上述问题,本研究设计了一种基于单片机的角位移测量系统。,该系统为采用光电编码器来实现角位移测量,数字式光电编码器作为角位移传感器的一种,能将角位移量转换为与之对应的电脉冲输出,实现测量来自外部的不同的角位移值及显示。系统由软硬件两部分构成,硬件由单片机控制系统、鉴相电路、四倍频细分电路、显示电路等部分组成。软件部分采用模块化程序设计,由主程序、中断子程序、定时器子程序、显示子程序等模块组成。设计结果表明,该设计具有较高精确度和稳定性,完全满足设计的要求,并且具有一定的实际应用价值。,增量式光电编码器,工作原理,:,输出信号为,A、B、Z,。A、B 两相信号是相位相差 90的正交方波,脉冲,A 相或 B相的每个脉冲代表被测对象旋转了一定的角度,即 A 相和,B的脉冲当量为:,P=360/N,角位移:,式中 N 为被测对象旋一周 A 相或 B 相发出的脉冲个数。,解决方案:,角位移测量时,有时是正向运行,有时是反向运行。单凭编码器的 A、B 两相,单片机是没法判断是正向运行还是反相运行。如果将系统正向运行时测得的脉冲累加,而在系统反相运行时,就从累加的脉冲数中减去反相运行的脉冲数,就能得到正确的测量结果。这样就需要对鉴相部分进行设计。,软件实现脉冲的鉴向和计数:,编码器输出的A 向脉冲接到单片机的外部中断INT0,B 向脉冲接到I/O 端口P1.0,如图右所示。当系统工作时,首先要把INT0 设置成下降沿触发,并开相应中断。当有效脉冲触发中断时,执行中断处理程序,判别B 脉冲是高电平还是低电平。若是高电平,则编码器正转,加1 计数;若是低电平,则编码器反转,减1计数。,软件设计方法的优势是整个系统设计简单,不需要外接任何电路,成本也相对低,但是,当有脉冲输入时,软件方法的响应速度相对慢,测量的精确度较低,而且外部干扰对其影响比较大,比如温度和震动的影响。所以尽可能选用外接硬件电路来减少这些缺点。,硬件方法实现鉴相和计数:,方案一:采用双可触发单稳态触发器74HC123和与非门 74HC00共同组成鉴相电路,HC 系列为高速芯片,延迟很小,可以提高数字电路的整体响应性能。,为了使得到的判向信号 Y1 和 Y2 的脉冲宽度尽量小,以保证判向电路的工作可靠,并有较大的使用范围。就要选择合适的的定时电容 C1、C2 和电阻 R1、R2。,这里我选取C=100pF和R=2.2K。,经过计算:编码器的最高转速不大于2733.33r/s.这能够满足大多数系统的需求。(详细计算见论文),结论:,Y1有脉冲输出时,Y2输出高电平;Y2有脉冲时,Y1输出高电平。这里假定将Y1的输出信号作为加计数脉冲,Y2的输出脉冲作为减计数脉冲。将Y1、Y2两输出信号分别输送给单片机的外部中断INT0和INT1口,当外部中断INT0触发时代表编码器正向旋转,加计数。当外部中断INT1触发时代表编码器反向旋转,减计数。,实物图:,方案二:,鉴相电路用一个D触发器74HC74来实现,当光电编码器顺时针旋转时,A 相超前B 相90,触发器输出 Q为高电平,Q 为低电平。当光电编码器逆时针旋转时,A 相比B 相延迟90触发器输出Q 为低电平,Q 为高电平.将编码器的、两相信号进行四倍频细分(通过74LS86异或门电路),将得到的脉冲信号输送给外部中断INT0进行计数,并将触发器输出的两信号Q和Q连接到P1.0和P1.1引脚,每次外部中断被触发时,就要判断两引脚的电平状态,当P1.0为高电平,P1.1为低电平时,编码器为正转进行加计数,当P1.0为低电平,P1.1为高电平时编码器反转,进行减计数。,相应的脉冲信号:,74ls74功能和引角图:,74LS86的功能和引脚图:,实物图:,Proteus初步模拟结果:,电路连接图:,电路实物图:,
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