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用P89C51RC+IA 和EMP7064S實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量
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摘 要:介紹一種應(yīng)用M/T法測(cè)速原理，采用單片機(jī)P89C51RC+IA 和EMP7064S實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的硬件電路實(shí)現(xiàn)方法并給出了碼盤(pán)脈沖預(yù)處理電路的可編程器件(EMP7064S)的實(shí)現(xiàn)。
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轉(zhuǎn)速測(cè)量是伺服控制系統(tǒng)的重要組成部分。迄今為止，測(cè)速可分為兩大類(lèi)：模擬電路測(cè)速和數(shù)字電路測(cè)速。微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字測(cè)速技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字測(cè)速性能的提高，使數(shù)字測(cè)速受到人們的重視。
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1 M/T測(cè)量法工作原理
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| 2 碼盤(pán)脈沖預(yù)處理的EMP7064S實(shí)現(xiàn) 采用碼盤(pán)的數(shù)字測(cè)速系統(tǒng)中，對(duì)碼盤(pán)信號(hào)的處理包括倍頻、輸出控制和方向信號(hào)的提取。 2.1 碼盤(pán)脈沖倍頻電路 對(duì)碼盤(pán)輸出脈沖倍頻，相當(dāng)于增多碼盤(pán)刻線數(shù)，可提高測(cè)量準(zhǔn)確度，改善測(cè)量的動(dòng)態(tài)性能。碼盤(pán)脈沖計(jì)數(shù)值的大小影響刻線誤差的大小。對(duì)同一個(gè)碼盤(pán)，輸出信號(hào)經(jīng)碼盤(pán)脈沖倍頻電路處理后，頻率提高，相同測(cè)量時(shí)間內(nèi)對(duì)碼盤(pán)脈沖的計(jì)數(shù)值大，測(cè)量結(jié)果中刻線造成的誤差小。同時(shí)，如果測(cè)量時(shí)間下限一定，可測(cè)的轉(zhuǎn)速下限就低。對(duì)碼盤(pán)脈沖處理最高可得4倍頻的脈沖信號(hào)。處理電路及時(shí)序關(guān)系如圖1所示。 |
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| 2.2 捕獲脈沖輸出控制電路 為保證測(cè)量的連續(xù)性，碼盤(pán)脈沖計(jì)數(shù)器和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間計(jì)數(shù)器要不間斷地計(jì)數(shù)，測(cè)量過(guò)程中不斷讀出這兩計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。為防止計(jì)數(shù)過(guò)程中計(jì)數(shù)器值不穩(wěn)，出現(xiàn)誤讀，需采用有捕獲功能的計(jì)數(shù)器。在要求時(shí)刻，通過(guò)捕獲信號(hào)，將計(jì)數(shù)值捕獲到寄存器中，然后讀捕獲寄存器，這樣讀出的值穩(wěn)定可靠。為確保讀出的碼盤(pán)脈沖計(jì)數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間計(jì)數(shù)值是同一時(shí)刻，捕獲信號(hào)應(yīng)相同，這個(gè)信號(hào)就是碼盤(pán)脈沖信號(hào)。這樣，只是保證讀出的兩個(gè)計(jì)數(shù)值是同一時(shí)刻的基本條件。如果讀出數(shù)據(jù)的過(guò)程中發(fā)生新的捕獲，也將導(dǎo)致讀出的數(shù)據(jù)不是同一時(shí)刻，引起測(cè)量誤差。因此，讀完數(shù)據(jù)后，應(yīng)通過(guò)捕獲標(biāo)志判斷是否發(fā)生新的捕獲。如發(fā)生新的捕獲則重新讀數(shù)，直到無(wú)新的捕獲發(fā)生為止。這種方法，如不對(duì)捕獲信號(hào)的輸出加以限制，當(dāng)碼盤(pán)輸出脈沖的頻率很高時(shí)，相鄰的捕獲時(shí)間短。當(dāng)短到一定程度，捕獲時(shí)間小于程序的讀數(shù)及判斷時(shí)間時(shí)，將不能讀出計(jì)數(shù)值，因而限制了測(cè)速的上限。對(duì)捕獲脈沖輸出加以控制，即為提高測(cè)速上限。功能電路及時(shí)序如圖2所示。其中，C是捕獲信號(hào)，Ct1是輸出控制信號(hào)，用于控制碼盤(pán)脈沖Fm的輸出。 |
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| 2.3 方向信號(hào)提取電路 當(dāng)測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)，不僅要給出速度的大小，還要給出速度的方向。由采用的測(cè)量原理可知，測(cè)量過(guò)程中不能得出方向的信息，轉(zhuǎn)動(dòng)方向只能通過(guò)碼盤(pán)輸出脈沖得到。設(shè)順時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)，A超前B 90°；反之，B超前A 90°。根據(jù)這一關(guān)系可得出方向信號(hào)。實(shí)現(xiàn)此功能的電路及時(shí)序如圖3所示。D為不同電平分別代表不同的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 |
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| 3 測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成 測(cè)量過(guò)程中用到一個(gè)定時(shí)器，一個(gè)帶捕獲功能的碼盤(pán)脈沖計(jì)數(shù)器和一個(gè)帶捕獲功能的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間計(jì)數(shù)器。P89C51RC+IA有三個(gè)定時(shí)器TIME0～2和一個(gè)PCA可編程計(jì)數(shù)陣列。其中定時(shí)器2和PCA陣列具有計(jì)數(shù)捕獲功能。根據(jù)采用的測(cè)量方法構(gòu)成如圖4所示的測(cè)量框圖。 |
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由圖4可知，定時(shí)器2用于碼盤(pán)脈沖計(jì)數(shù)，PCA陣列用作標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)計(jì)數(shù)，定時(shí)器1用于定測(cè)量時(shí)間，這樣就構(gòu)成基本的測(cè)量系統(tǒng)。在測(cè)量時(shí)間Ts內(nèi)同時(shí)對(duì)碼盤(pán)脈沖Fm倍頻后的信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)計(jì)數(shù)。定時(shí)器1每隔時(shí)間Ts就產(chǎn)生一次中斷。定時(shí)器2和PCA計(jì)數(shù)陣列都為下降沿捕獲。捕獲寄存器在a、b時(shí)刻的值分別是計(jì)數(shù)器在ti、ti+1時(shí)刻的計(jì)數(shù)值。設(shè)定時(shí)器2和PCA陣列捕獲寄存器在a、b時(shí)刻的值分別為Cti、Cti+1和Cmi、Cmi+1。則轉(zhuǎn)速為ω＝(°/s)
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| 4 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)要正常工作，需有軟件的配合。系統(tǒng)軟件除了完成系統(tǒng)的硬件初始化外，還要完成對(duì)硬件電路的實(shí)時(shí)控制，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入輸出操作和數(shù)值的分析，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果作相應(yīng)的處理。由于本系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成PC ISA卡的個(gè)人儀器形式，簡(jiǎn)化了測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并能充分利用PC機(jī)的運(yùn)算資源，大大提高測(cè)速上限。簡(jiǎn)要測(cè)試程序框圖如圖5所示。 |
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本文介紹了以M/T法為基礎(chǔ)，由PHILIPS P89C51RC+IA和ALTERA EMP7064S實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的數(shù)字測(cè)量法。由于P89C51RC+IA單片機(jī)定時(shí)器2、PCA可編程計(jì)數(shù)器捕獲功能的特殊結(jié)構(gòu)及EMP7064S的可編程功能，大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性。此儀器被做成PC ISA卡的個(gè)人儀器，既可利用PC機(jī)的資源，又可簡(jiǎn)化測(cè)量系統(tǒng)。此設(shè)計(jì)已成功應(yīng)用于模擬仿真試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的速率測(cè)量中。
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| 參考文獻(xiàn) 1 PHILIPS P89C51RC+IA單片機(jī)原理(PHILIPS 產(chǎn)品光盤(pán)) 2 T． Ohmae T．Matsuda K． Kamiyama， M． Iachikawa． A microprocessor controlled high-accuracy wide-range speed regulator for motor drives IEEE Trans． Ind． Electron． vol．IE-29 no．3 pp 207～211 Aug．1982 3 R．Bonert． Design of a high performance digital tachometer with a microcontroller IEEE Trans．Instrum． Meas．vol． 38 no．6 pp．1104～1108 Dec．1989． 4 M．Prokin．Double buffered wide-range frequency mea-surement method for digital tachometers． IEEE Trans． Instrum． Meas． Vol．40 no．3 pp．606-610 June 1991 5 M． Prokin．Extrenely Wide-range speed Measurement Using a double-Buffered Method．IEEE Trans． Ind．Electron． Vol． 41 no．5 Oct. 1994 6 E． Galván A. Torralba L. G． Franquelo． ASIC Implementation of a Digital Tachometer with High Precision in a Wide Speed Range． IEEE Trans． Ind． Electron．Vol． 43 no．6 Dec. 1996 |
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