基于dsp的机械转速检测.docx

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1、摘要转速的检测是机械行业中必备的一项技术，转速的检测也应用到机械行业的各个领域，例如，飞机，电机，电扇，造纸，塑料，化纤，洗衣机，汽车，轮船，等。本设计研究的题目是在传统的转速基础上，采用电涡流传感器与DSP技术相结合的一种非接触的转速测量系统。转速测量系统能够直接的测量转速，并且直观的显示在液晶显示器上，可以有效的帮助工作人员实时监测转速信息并作出及时的调整。本设计主要是基于DSP的机械转速的检测与显示系统，分为软件和硬件两个部分，硬件主要是预处理电路，软件主要是DSP的捕获单元的设置和液晶显示程序。整个系统用到的主要是电涡流传感器，DSP最小系统，LCD1602液晶显示器。本设计主要方案是

2、由电涡流传感器检测转速信息并且以脉冲信号的形式输出，经由预处理电路进行转换波形和稳定电压然后再将2.4v左右的方波信号由DSP最小系统的捕获引脚输入，捕获单元进行上升沿捕获并且进行计数锁存。在进行处理后有液晶显示器显示出转速大小，其结果精确到小数点后三位。根据国内外转速监测系统的现状，本设计主要做出了比较贴近实际的设计，并且高精度的显示转速信息，在工业中实用性很强。关键词：电涡流；旋转机械；捕获单元；上升沿AbstractSpeed detection technology is necessary in the machinery industry, speed detection is a

3、pplied to various fields, such as mechanical industry, aircraft, motor, electric fan, paper, plastic, chemical fiber, washing machine, automobile, ship, etc.The design of the study is on the basis of traditional speed, a non-contact speed measurement system using eddy current sensor and DSP technolo

4、gy combined. Speed measurement system can measure the speed directly, and intuitive display on the LCD monitor, can effectively help the staff real-time monitoring speed information and make timely adjustment.This design is mainly for detection of DSP mechanical speed and display system based on, is

5、 divided into two parts of software and hardware, hardware is mainly pre-processing circuit, software is mainly set capture unit of DSP and LCD display program. The system mainly use the eddy current sensor, DSP minimum system, LCD1602 liquid crystal display. This design is mainly composed of eddy c

6、urrent sensor detecting speed information and outputs pulse signal pretreatment circuit, through the switching waveform and voltage stability and then around 2.4V square wave signal captured by a pin input DSP minimum system, capture unit capture and rising edge counting latch. In the treatment the

7、LCD display speed size, the result is accurate to three decimal places.According to the present situation of speed monitoring system at home and abroad, the design of the main made design more close to the actual, and high precision display speed information, in the industry very practical. Key word

8、s: Eddy current; rotating machinery; capture unit; rising edge目录摘要11.绪论11.1研究的目的及意义11.2电机转速测试技术的国内外发展现状调查11.2.1数字脉冲传感器11.2.2模拟式转速测试装置21.2.3目前国内外使用的速度测试装置存在的缺点21.3研究内容32 系统设计原理及实现42.1系统的实现原理42.2电涡流传感器42.2.1电涡流传感器介绍42.2.2电涡流传感器原理52.3测速原理及方法72.4本章小结73.系统的硬件设计83.1 DSPTMS320F2812最小系统83.1.1 DSPTMS320F2812

9、介绍83.1.2 QEP电路113.1.3捕获单元113.1.4液晶显示电路143.2预处理电路163.2.1元器件介绍163.2.2预处理电路193.3本章小结204.系统程序的设计214.1系统主程序设计214.2脉冲信号捕获单元程序设计224.2.1系统初始化224.2.2设置定时器、中断使能234.3液晶显示程序设计244.4本章小结255系统调试265.1硬件电路调试265.1.1预处理电路调试265.1.2液晶显示电路调试275.2系统软硬结合调试285.3系统性能分析295.3.1转速精度测量分析295.4本章小结296.结论与建议30致谢31参考文献32附录程序33I1.绪论1

10、.1研究的目的及意义在实际的工业和试验中会遇到转动的机械，而转动机械提供的能量通常与机械的转速有关，所以有时我们需要一套精密的装置来测量转动机械的转速。实际上旋转物体的转速很难直接测定的。所以我们通过采用变换器的方法把转速转换成各种物理量，如机械量，电量等。再用模拟和数字的方法将其显示出来，将其显示方法的不同，转速变换器大致分为模拟和数字两种。完整的转速检测通常有转速变换器，辅助线路和输出装置组成：其中变换器的作用是把敏感固定元件和转动元件之间的能量变化，变换成与转速成正比的电信号；辅助线路包括激励电源、放大器、检测器等等。模拟式的变换其中，输出信号的大小时转速的函数，要求在整个有效速度范围内

11、是线性的：而数字变换器中，输出信号频率同转速成正比。在很多转动的电机系统中，由于需要获得电机的位置和转速信息，高速、高精度的传感器以及相应的相应的处理电路是必不可少的。光电编码器输出数字信号，容易实现高分辨率、高精度的检测。目前，在高精度的交流电机数字控制系统中，电机转速与转子位置的测量通常是采用安装在电机轴上的光电编码器。在给定的测量周期内，编码器随着电机转速的变化输出相应频率的数字脉冲信号，利用某种方法对这些脉冲信号进行处理，可得到数字测速数据。1.2电机转速测试技术的国内外发展现状调查目前世界上广泛使用的旋转机械转速控制的系统中，关于转速检测的传感器可以分成两种，一类为输出数字脉冲传感器

12、，另一类为模拟电压量的模拟传感器。1.2.1数字脉冲传感器一般称为增量式脉冲发生器，包括光电式脉冲发生器，感应式传感器，磁电式脉冲发生器，圆光栅传感器，旋转式感应同步器等。以光电式脉冲发生器和感应式传感器为例简单介绍一下。1.光电式脉冲发生器采用脉冲编码器作为检测器件，与电动机的转动轴连接，它每转一周发出一定数量的脉冲，单片机通过计数器对脉冲的频率或周期进行测量，即间接得到轴上的转速。由于脉冲编码器可以达到很高的精度，且不受外部的影响，可以用于高精度的控制中。但此检测器的结构复杂，成本较高。采用脉冲编码器检测转速，通常有三种方法：M法，T法，M/T法。M法适用于高转速的情况，T法适用于较低的转

13、速，M/T是转速检测较为理想的手段，可在宽的范围内实现高精度的测量，但其硬件和数据处理的软件相对复杂。2.感应式传感器在实际的工业生产中，由于工业磁头的大量使用，为电动机转速的测量提供了一个经济适用的测量的方法。工业磁头是有磁钢、极心和线圈等部件组成，这些部件全部封闭在一个金属体内。磁钢产生一磁通，该磁通将途经极心和外壳空间，当以外界的间隙性金属物接近极心尖端时，磁通收缩，将在线圈中感应一个方向的电压，而当金属物移离极心尖端时，磁场伸展在线圈中将感应饭方向的电压，从而用它可以测量转动机的转速。感应式传感器的主要部件就是一个工业磁头，该磁头被安装的紧靠一个间隙性金属物，例如链轮、键槽。凸轮、齿轮

14、等，齿轮是工业磁头传感器中最常用的，因为它易于采用，并可预知其特性。1.2.2模拟式转速测试装置测速发电机：用测速发电机测量转速是长期以来一直使用的简便方法。在原理上，交流测速发电机感应电势的频率和电压与转速成正比，使用时需要整流、滤波，因而不能旋转方向。他们的输出信号都是模拟电压，属模拟式传感器。测速发电机运行可靠、价格便宜、采用永磁力结构不需附加电源，但其输出电压存在脉动、死区、对称性和线性度误差以及受温度影响等问题，测量精度不高，因而多用在对控制精度要求不高的转动系统中。1.2.3目前国内外使用的速度测试装置存在的缺点1.性价比不高。由于目前国内外使用的速度测试装置结构复杂，制造难度大，

15、因此制造成本较高、性能也不稳定、精度也不高，从而使得该测试装置的性价比不高。2.结构和安装上都很复杂。目前国内外使用的各种速度测试装置都需要对测试设备精心设计，才能安装在电动机上使用。如光电式脉冲发生器需要光源，码盘、接收电路精心设计，同时需要有外加辅助设备才能检测出转速，设计和安装的难度较大。3.对使用环境要求较高。目前国内外使用的很多速度测试装置在恶劣的工作条件下，都无法完成对转速的测试，因此大大限制了它们的适用范围和领域。由于目前国内外使用的速度测试装置都存在各种各样的不足，因此设计一套结构简单，成本较低，精度较高，使用方便的电动机速度测试装置将具有十分重要的现实意义。1.3研究内容了解

16、几种常用的测量转速的方法，介绍旋转机械转速的检测与显示系统的设计，分别从硬件和软件两方面来详细介绍本研究的情况。硬件方面，用电机和电涡流传感器来做实际测量。软件方面，整个软件从功能上可分为初始化模块、参数调整模块和显示模块。通过测试得到相应的技术参数，对测量系统的误差进行分析，并证明本系统的可行性。492 系统设计原理及实现2.1系统的实现原理图2.1 系统原理图电动机来提供旋转机械，用电涡流传感器来采集转速信息，转速信息一脉冲的形式从电涡流传感器中输出，再通过uA741设计的迟滞比较器来处理脉冲信号，输出同频率的方波信号输入DSP最小系统，由DSP的QEP电路捕获经计算出周期和频率经由LCD

17、1602显示出来。2.2电涡流传感器电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。2.2.1电涡流传感器介绍在高速旋转机械和往复式运动机械的状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运动状态，主要取决于其核心转轴，而电涡流传感器，能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损

18、、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。2.2.2电涡流传感器原理根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时（与金属是否块状无关，且切割不变化的磁场时无涡流），导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当

19、被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率、磁导率、尺寸因子、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F(, , , D, I, )函数来表示。通常我们能做到控制, , , I, 这几个参数在一定范围内不

20、变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。图2.2 电涡流传感器图2.3 电涡流传感器工作原理通过使用线圈与电容组成的谐振电路，并选择电路频率特性曲线上的线性段作为测量位移的工作区，我们可以由此确定线圈电感量的变化。常用的涡流传感器的位移测量范围多在15mm 之间，图2.4 所示为

21、某型号的涡流传感器的特性曲线，图中纵坐标量是传感器输出并经过信号转换器转换的电压信号。 图2.4 涡流传感器特性曲线图2.5 测量汽轮机示意图2.3测速原理及方法常用的基于光电编码器的电动机测速方法有以下几种：M法、T法、M/T法、变M/T法。M法是在规定的时间间隔T内，测量编码器所产生的脉冲数来获得被测速度值。此方法的检测过程在极端情况下会产生1个转速脉冲的误差，故只有在电动机转速较高时才会有较高的测量精度。所以M法只适用于高速测量场合。T 法是测量相邻两个脉冲的时间间隔来确定被测速度的方法。此方法在极端情况下会产生1个高频脉冲周期。因此T法在低速测量( 相邻转速脉冲间隔时间较大)时才会有较

22、高的精度。M/T法是同时测量检测时间和此检测时间内转速脉冲的个数来确定被测转速。M/T具有较高的检测精度，但在低速状态下检测时间过长，无法满足伺服系统的快速响应要求。变M/T法是指测速过程中，不仅测取的测速脉冲与高频时钟脉冲随电机的转速不同而变化，而且测量时间T也是变化的。所以变M/T法相比较其它三种测速方法在高速、低速时都具有较高的测量精度，而且响应速度快，在闭环控制中具有较高的使用价值。基于以上分析，本文将采用变T法完成电动机的转速测量。2.4本章小结本章主要介绍了本次设计的整体方案，本次设计用电动机来提供旋转机械，用电涡流传感器来采集转速信息，转速信息一脉冲的形式从电涡流传感器中输出，再

23、通过Ua741设计的迟滞比较器来处理脉冲信号，输出同频率的方波信号输入DSP最小系统，由DSP的QEP电路捕获经计算出周期和频率经由LCD1602显示出来。由于实验室实验条件有限，电涡流传感器成本太高，本次设计根据实际 情况用信号发生器来模拟电涡流传感器信号输出。从理论上是可行的，因为电涡流传感器输出信号近似于正弦信号可以用信号发生器来提供正弦信号作为信号源。本章介绍了电涡流传感器工作原理及几种测量转速的方法。其中有M法、T法、M/T法。3.系统的硬件设计3.1 DSPTMS320F2812最小系统图3.1 dsp2812功能框图3.1.1 DSPTMS320F2812介绍TMS32OF281

24、2是美国TI公司推出的C2000平台上的定点32位DSP芯片，主频150MHZ、处理性能可达150MIPS(每秒钟执行的百万指令数)，每条指令周期6.67ns。TMS32OF2812采用哈佛总线结构，具有统一的存储模式，包括4M可寻址程序空间和4M可寻址数据空间。同时片内具有12816位的FLASH存储器和18K16位的SRAM，以及4K16位的引导ROM。最大支持外扩512K16位的SRAM和512K16位的FLASH。具有两个事件管理器（EVA、EVB）以及外设中断模块（PIE），最大支持96个外部中断。TMS32OF2812的外部存储器接口（XINTF）被映射到5个独立的存储空间。设计时

25、，六路250KHz独立采集AD转换器AD7656和液晶显示模块T6963C可以直接和它接口。可将AD7656以及T6963C液晶显示模块都被映射到区域0中，外扩的256K16位的SRAM则被映射到区域6中。高速DSP(数字信号处理器)的出现使采用数字方法实时计算谐波和无功电流变得更为现实。在基于DSP控制的有源电力滤波器中，将非线性负载的三相电流直接送人DSP内部的A/D，DSP进行处理后将计算出的指令电流通过D/A送给外部的电流跟踪控制电路;或者在DSP中实现数字控制算法，通过拍口或PWM口直接发出开关控制信号。用软件的方法实现谐波和无功电流的计算，能很好的解决模拟方法由于元器件老化和温漂带

26、来的问题，抗干扰能力也大大增强;由于DSP芯片强大的运算能力，先进的控制理论可以得以实现，由于只需更改软件，系统变得更加简单。 从PWM方法进行区分，对APF的数字控制方法主要有滞环控制、三角波控制与空间矢量控制。 1)D/A电路 D/A采用MAXIM公司的MAX526芯片，T形电阻网络结构，十二位，并行输人，四通道，误差最大为ILSB，建立时间为3us。 2)电压基准电路 A/D与D/A电路都需要电压基准，采用LM399芯片提供电压基准，误差最大为12Mv。 3)采样周期信号发生电路 电网线电压经隔离变压器后滤波移相送人比较器进行过零比较，产生一个上升沿与a相电压正过零同步的方波信号，这个方

27、波经256倍频后产生一个频率为12.skHZ的方波信号作为采样周期信号，倍频电路由锁相环电路加分频器构成，锁相环芯片采用CD4046，输出频率在DDV为10v时可达1.3MHZ，温漂很小;分频器采用十二位计数器CD4040。 4)同步采样保持电路 DSP一共要对五路信号进行A/D转换，它们是非线性负载三相电流laI、lbI和 lcI、直流侧电压控制信号与均压控制信号。而其内部只有两个A/D转换器，为了保证对非线性负载三相电流进行同时的处理，在外部对他们进行同时的采样保持，采样保持器采用LF398，捕获时间小于6us，失调电压小于7mv。 5)非线性负载电流与主电路电流的检测与调理电路 对非线性

28、负载电流与主电路电流的检测均采用霍尔器件，检测量还要通过滤波、电平偏移等调理电路。 6)电流滞环控制电路 检测到的主电路补偿电流与DSP计算出的指令电流都送人电流滞环控制电路，电流滞环控制电路对主电路补偿电流与指令电流进行滞环比较后送出门极开关控制信号，使得主电路补偿电流跟踪指令电流。 7)驱动电路 驱动电路接受来自前级电流跟踪控制电路的PWM信号，进行隔离和放大后去驱动主电路的开关管，选用M57962芯片。 8)直流侧电压控制与均压控制电路 变流器直流侧的总电压检测后与电压给定值进行比较，然后送人PI调节电路，PI调节量送人DSP进行A/D转换;总电压检测量减半后与上电容电压的检测量进行比较

29、，然后送人PI调节电路，PI调节量也送人DSP进行户A/D转换:主程序在计算谐波与无功指令电流时将这两个量也包含在算法之中，使得计算出的谐波与无功指令电流包含电压控制与均压控制的功能。图3.2 DSP2812引脚图3.1.2 QEP电路TMS320F2812的两个事件管理器模块都有一个QEP 电路，如果电路被使能，那么可以对从CAP1 /QEP1 和CAP2 /QEP2( EVA) 或CAP4 /QEP3 和CAP5 /QEP4( EVB) 引脚上输入的正交编码脉冲进行解码和计数。QEP 电路和光电编码器接口可用来实现从电动机上获得其速度信息。如图3.3所示光电编码器的正交脉冲从QEP1、QE

30、P2 口输入完成解码和计数。QEP 电路对正交编码脉冲的两个沿都进行计数，因此，通用定时器2( 或4) 产生的时钟频率是光电编码器发出频率的四倍，同时QEP 电路通过解码逻辑判断哪个相位超前以确定定时器的图3.3 EVA的QEP电路结构框图3.1.3捕获单元2812的EVA和EVB分别有3个捕获单元，EVA的CAP1、CAP2、CAP3和EVB的CAP4、CAP5、CAP6，每一个捕获单元都会有一个捕捉引脚。每一个捕获单元通过相关寄存器的设置能够捕捉输入波形的上升沿，下降沿或者同时捕捉上升沿和下降沿，捕获单元的简单框图如图3.4所示。与EVA中的捕获单元相关的寄存器有：捕捉控制寄存器CAPCO

31、NA，捕捉FIFO状态寄存器CAPFIFOA，2级深度FIFO堆栈CAPFIFO13，CAP1FBOT，CAP2FBOT，CAP3FBOT。图3. 4 EVA捕获单元简单框图EVA中的每个捕获单元都能选择定时器1或者定时器2作为自己的时基，但是CAP1和CAP2不能选择不同的定时器作为它们自己的时基，也就是说CAP1和CAP2必须选择相同的定时器来作为自己的时基，而定时器3可以根据需求随意进行选择。还值得一提的是，捕捉引脚在捕捉波形的边沿变化情况时，从引脚变化发生到定时器的计数器锁存需要2个时钟周期，因此，为了能够捕捉到变化，输入信号应该要至少保持当前状态2个时钟周期。捕获单元的捕捉操作不会影

32、响到定时器的任何操作以及与定时器相关的比较/PWM操作。 从3.4中我们可以看到，每个捕获单元都有一个专用的2级深度的FIFO堆栈，顶层堆栈由CAPFIFO1、CAPFIFO2、CAPFIFO3组成，底层堆栈由CAP1FBOT、CAP2FBOT、CAP3FBOT组成。堆栈的顶层寄存器是只读寄存器，通常存储捕获单元捕捉到的旧值，对FIFO堆栈进行读操作的时候，我们读到的是顶层堆栈中的旧值。当FIFO堆栈上层寄存器中的旧值被读取后，堆栈底层寄存器中的新值就会被推入顶层寄存器。下面我们以EV下CAP1，并选用的是定时器T1作为时基为例来详细的分析捕捉的过程。 （1）第一次捕捉 第一次捕捉，此时堆栈应

33、该为空。当捕捉引脚CAP1捕捉到指定的变化时，捕获单元就会捕捉定时器T1的计数寄存器T1CNT中的值，并将其写入FIFO堆栈的上层寄存器CAPFIFO1中，这时候，捕捉FIFO状态寄存器CAPFIFOA中的CAP1FIFO状态位变为01。如果在另一次捕捉发生前读取FIFO堆栈的值，则状态位CAP1FIFO变为00。图3.5 第一次捕获示意图（2）第二次捕捉 如果在第一次捕捉的值被读取之前发生第二次捕捉，也就是说在CAPFOFO1里面还有数据的时候发生第二次捕捉，则新的捕捉值就会被送入底层寄存去CAP1FBOT中，这时候，捕捉FIFO状态器CAPFIFOA中的CAP1FIFO状态位变为10，说明

34、现在堆栈中有2个数据。如果在另一次捕捉发生前，上层寄存器CAPFIFO1中的值被读出，则CAP1FBOT中的新值就会被推入CAPFIFO1，同时状态位CAP1FIFO变为01。图3.6 第二次捕获示意图（3）第三次捕捉 如果FIFO堆栈中已经存储了两个值，这时又发生了一次捕捉，上层寄存器CAPFIFO1的值就会丢失，底层寄存器的值被推入上层寄存器中，而新的捕捉值将写入底层寄存器，同时状态位CAP1FIFO会变为11，说明有1个或者多个捕捉旧值已经丢失。当然，如果在第3次捕捉之前已经读取了第一次捕捉的旧值，那么底层寄存器的值被送入顶层寄存器，新的值被写入底层寄存器，状态位为10，和第二次捕捉的情

35、况相同。图3.7 第三次捕获示意图如果说捕获单元进行了捕捉，而且FIFO堆栈中已经有了1个合法的数据，就是说CAPxFIFO的值不为0，则相应的中断标志位置1，如果中断被使能了，会产生外围设备的中断请求。因此，读取捕捉的数据有两种方法，一种是通过中断，在捕获中断程序中读取捕捉的值，另一种不通过中断程序，而是通过去查询中断标志位和状态位来确定捕捉事件的发生并读取捕捉的数值。3.1.4液晶显示电路本设计采用LCD1602液晶显示屏显示当前转速的值。LCD1602中的1602是指显示的内容为16*2，即可以显示两行，每行16个字符其引脚功能如表3.1所示。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGR

36、OM)已经存储了160个不同的点阵字符图形9，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。只要对相应的位置写入需要显示数据的代码就可显示出来所写的内容。LCD1602显示具有两种模式，一种是八线模式，一种是四线模式。在实际应用中，最常见的是八线模式。当在整个设计中，CPU的I/O口比较少的时候，为了节约I/O口，则可采用四线模式。本设计中就采用四线模式。表3.1 LCD1602显示屏引脚功能引脚号引脚名电平输入/输出作用1Vss电源地2Vcc电源（+5V）3Vee对比调整电压4RS0/1输入0=输入指令,1=输入数据5R/W0/1输入0=向L

37、CD写数据或指令1=从LCD读取信息6E1,10输入使能信号，1时读取信息，下降沿执行指令7DB00/1输入/输出数据总线line08DB10/1输入/输出数据总线line19DB20/1输入/输出数据总线line210DB30/1输入/输出数据总线line311DB40/1输入/输出数据总线line412DB50/1输入/输出数据总线line513DB60/1输入/输出数据总线line614DB70/1输入/输出数据总线line715A+VccLCD背光电源正极16K接地LCD背光电源负极LCD1602液晶显示电路如图3.8所示。图3.8 LCD1602液晶显示电路3.2预处理电路3.2.1

38、元器件介绍1）三端负稳压器LM79157915为三端负稳压器电路,TO-220F封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达1A。图3.9 7915引脚2）三端正稳压器78157815为三端正稳压器电路，TO-220F封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。一般的双电源（正负对称电源）都没有连续可调的功能，给使用带来一定程度上的不便。用一块7815和一块7915三端稳压器对称连接，可获得一组正负对称的正负15V稳压电源

39、。如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大于1.5A的输出电流。虽然是按照固定电压值来设计的，但是当接入适当的外部器件后，就能能获得各种不同的电压和电流。 图3.10 7815引脚 图3.11内部电路图3）三端稳压器7805三端稳压集成电路lm7805。电子产品中，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有lm9013样子的TO-92封装。图3.12 7805引脚4）uA741运算放大器图3.13 Ua741实物图图3.14 uA741引脚图物理量的感测在一般应用中，经常使用各类传感器将位移、角

40、度、压力、与流量等物理量转换为电流或电压信号，之后再由量测此电压电流信号间接推算出物理量变化，以达成感测、控制的目的。但有时传感器所输出的电压电流信号可能非常微小，以致信号处理时难以察觉其间的变化，故需要以放大器进行信号放大以顺利测得电流电压信号，而放大器所能达成的工作不仅是放大信号而已，尚能应用于缓冲隔离、准位转换、阻抗匹配、以及将电压转换为电流或电流转换为电压等用途。现今放大器种类繁多，一般仍以运算放大器(Operational Amplifier, Op Amp)应用较为广泛，本文即针对741运算放大器的使用加以说明。741运算放大器使用时需于7、4脚位供应一对同等大小的正负电源电压15

41、V与15V，一旦于2、3脚位即两输入端间有电压差存在，压差即会被放大于输出端，放大器具有一特色，其输出电压值决不会大于正电源电压15V或小于负电源电压15V，输入电压差经放大后若大于外接电源电压15V至15V之范围，其值会等于15V或15V故一般运算放大器输出电压均具有如图3.15之特性曲线，输出电压于到达15V和15V后会呈现饱和现象。图3.15 放大器输出入电压关系741运算放大器之基本动作如图3.16所示，若在非反相输入端输入电压，会于输出端得到被放大的同极性输出；若以相同电压信号在反相输入端输入，则会在输出端获得放大相同倍率后但呈逆极性之信号输出。而当对放大器两输入端同时输入电压时，则

42、是以非反相输入端电压值(V1)减去反相输入端电压值(V2)，可于输出端得到(V1V2)经过倍率放大后之输出。 图3.16 放大器基本输出入关系电源供应器本身具备两组外接插孔以提供两组电源输出，当需要以一正一负方式输出电压时。例如欲产生15Vdc电压，需先行将两组电源输出中其中一组之正端接上另一组之负端，剩下未接的两个输出端便为电源输出端，之后将电源供应器电源打开并将仪表板上Tracking键按下，再由板面上调整旋钮以调整出所需之15Vdc电压。于调整时已可发现，尽管只旋转其中一组电源输出调整旋钮，但两组电压输出值会同时改变且显示数字相同，只是一端为正，一端为负，此时即可得到一端正值、一端负值，

43、且同为15Vdc之输出，其原理类似拿两个电池头尾相接串联的情况。 3.2.2预处理电路图3.17 预处理电路图3.18 焊接电路实物图电压比较器的基本功能是能对两个输入电压的大小进行比较，判断出其中那一个比较大。比较的结果用输出电压的高和低来表示。电压比较器可以采用专用的集成比较器，也可以采用运算放大器组成。由集成运算放大器组成的比较器，其输出电平在最大输出电压的正极限值和负极限值之间摆动，当要和数字电路相连接时，必须增添附加电路，对它的输出电压采取箝位措施，使它的高低输出电平，满足数字电路逻辑电平的要求。3.3本章小结本章主要介绍了硬件系统的设计，本设计采用DSP2812最小系统，整个设计用

44、到了DSP系统的GPIO口，EV事件管理器里的QEP电路。重点介绍了DSP系统的原理和内部功能，晶振电路为系统提供30MHZ的晶振，QEP电路的捕获单元，液晶显示模块，预处理电路，预处理电路里用的是uA741芯片主要功能是把电涡流传感器输出的正弦信号通过一个滞回比较电路输出方波信号输入DSP进行处理。4.系统程序的设计机械转速测量系统的软件设计主要由主程序、中断使能程序。定时器程序、脉冲信号捕获程序和显示子程序组成。汇编语言具有较高的执行效率但是编写繁琐而且移植性差，而C语言能实现复杂的运算，容易编写，移植性好，可读性高。故本设计采用C语言来编写程序。4.1系统主程序设计本程序与多个程序组成，

45、由于DSP的编程特点本次设计需要利用EV，GPIO，PIE等多个模块，涉及到系统的初始化，中断使能，设置定时器等。图4.1系统软件设计流程图4.2脉冲信号捕获单元程序设计4.2.1系统初始化要使得dsp能够工作，我们在上电开始的时候就需要对dsp进行系统初始化，以提供其正常运行的基本条件，例如分配时钟信号。对于TMX产品，为了能够使得片内RAM模块M0/M1/L0/L1LH0能够获得最好的性能，控制寄存器的位必须使能，这些位在设备硬件仿真寄存器内。TMX是TI的试验型产品 DevEmuRegs.M0RAMDFT = 0x0300; DevEmuRegs.M1RAMDFT = 0x0300; D

46、evEmuRegs.L0RAMDFT = 0x0300; DevEmuRegs.L1RAMDFT = 0x0300; DevEmuRegs.H0RAMDFT = 0x0300;SysCtrlRegs.WDCR= 0x0068; / 禁止看门狗模块初始化PLL模块 SysCtrlRegs.PLLCR = 0xA; /如果外部晶振为30M，SYSCLKOUT=30*5/2=75MHz延时，使得PLL模块能够完成初始化操作 for(i= 0; i 5000; i+)高速时钟预定标器和低速时钟预定标器，产生高速外设时钟HSPCLK和低速外设时钟LSPCLK SysCtrlRegs.HISPCP.all = 0x0007; / HSPCLK=150/2=75MHz SysCtrlRegs.LOSPCP.all = 0x0002; / LSPCLK=150/4=37.5MHz对工程中使用到的外设进行时钟使能 SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.EVAENCLK=1; /EVA模块时钟使能 SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.EVBENCLK=1; EDIS;喂狗函数，当使用看门狗的时候，为了防止看门狗溢出，需要不断的给看门狗喂食，给看门狗密钥寄存器周期性的写入0