用低成本元器件的電路測量電機(jī)速度

　　本設(shè)計(jì)實(shí)例使用一個(gè)微控制器，一個(gè)16×2鍵LCD，還有一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，用于測量并虛擬顯示一只電機(jī)的速度（圖1）。增量編碼器耦合于電機(jī)軸上，測量電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度，它產(chǎn)生一個(gè)與電機(jī)速度成正比的正交脈沖。1024脈沖旋轉(zhuǎn)編碼器是Hengstler公司的RS-32-0/1024ER.11KB。電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度wR的計(jì)算方法是在某個(gè)時(shí)間周期tP內(nèi)，對編碼器軸的轉(zhuǎn)數(shù)nV作計(jì)數(shù)。nV的計(jì)算方法是，統(tǒng)計(jì)在這個(gè)固定時(shí)間tP內(nèi)的脈沖數(shù)nP：對此編碼器nV=nP/1024。旋轉(zhuǎn)速度為

　　其中d=60/(tP×1024)rpm表示所測速度的分辨率。欲為此應(yīng)用獲得1rpm的分辨率，作為時(shí)基的固定周期為（60/1024=58.59）ms。在本設(shè)計(jì)實(shí)例中，使用了Microchip公司的低價(jià)微控制器PIC16F873即IC1完成運(yùn)算。該微控制器亦驅(qū)動(dòng)LCD即IC2，它以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)為單位顯示旋轉(zhuǎn)速度。

　　用一個(gè)與參考文獻(xiàn)1中電路類似的方式，在IC1的RB0/INT輸入加上編碼器的正交脈沖，它在脈沖的上升沿產(chǎn)生一個(gè)高優(yōu)先中斷?？梢杂眠@些中斷通過計(jì)數(shù)器的增長計(jì)算nP，當(dāng)達(dá)到固定周期tP時(shí)計(jì)數(shù)器初始化。此外，微控制器的內(nèi)

部8bit定時(shí)器Timer0寄存tP，它在14.3MHz的時(shí)鐘頻率fCLK下每286ms產(chǎn)生一個(gè)tM（定時(shí)器中斷）：tM=4×28/fCLK/4=286ms。這個(gè)計(jì)算意為，修正時(shí)基tP需要205個(gè)定時(shí)器中斷（tP/tM）。根據(jù)方程，當(dāng)計(jì)數(shù)器到達(dá)這個(gè)時(shí)間時(shí)，計(jì)數(shù)值nP就確定了旋轉(zhuǎn)速度。最后，該值顯示在LCD屏幕上。

　　另外，如果控制系統(tǒng)必須測量旋轉(zhuǎn)速度，則需要一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換。但不必增加昂貴的DAC也可以完成這個(gè)轉(zhuǎn)換，方法是將微控制器的PWM（脈沖寬度調(diào)制）加到由R2、R3、C4、C6和IC3構(gòu)成的一個(gè)低通濾波器上。PWM信號的頻率為20kHz，低通濾波器的截止頻率為160Hz，遠(yuǎn)低于PWM頻率。在本設(shè)計(jì)中，PWM信號的最大占空比周期對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度為1500rpm。

　　可以從Microchip下載IC1程序的源碼，并用MPLab作匯編。可以根據(jù)使用的編碼器以及方程的分辨率，在軟件中修改各個(gè)常量。