【摘　要】　闡述了一種利用INTEL8098單片機和旋轉式光電編碼器構成的數字實時轉速檢測系統，介紹了系統的硬件實現途徑和軟件設計方法，對系統的性能作了分析和評估。
???? 關鍵詞：單片機，電動機，轉速測量

　　在工業過程實時控制中，轉速的檢測與控制常占很大比重，它對系統的穩態誤差及動態響應性能都有著至關重要的影響。對于此類應用來講，一個在較大速度范圍內具有高分辨率的快捷而準確的測速系統是必不可少的。傳統的模擬式測速儀，由于受非線性、溫度變化和元件老化等因素的影響，使其在轉速檢測過程中很難滿足快速性和準確性要求。為此，一種具有高性能的數字式測速器件——旋轉式光電編碼器便應運而生，它可與計算機直接接口。
　　在以光電編碼器構成的測速系統中，常用的測速方法有三種，分別為T法、M／T法和M法。T法是通過編碼器兩個相鄰脈沖的時間間隔來確定轉速的，很顯然，該方法適合速度比較低的場合，當轉速較高時，其準確性較差。M法是利用一段固定的時間間隔內的編碼脈沖數來確定轉速，其性能特點正好與T法相反，比較適于高速場合。而M／T法則是前兩種方法的結合，從而使得在整個速度范圍內都有較好的準確性。
　　總的看來，利用M／T法可獲得較高的檢測精度，但是對于低速，該方法需要較長的檢測時間才能保證結果的準確性，這樣就無法滿足一個轉速檢測系統的快速動態響應指標。本文提出一種基于微機控制的實時速度檢測系統以便在整個范圍內都能滿足響應的精度及動態響應要求。

1　設計基本思想
?? 對于一個轉速檢測系統來說，其關鍵在于能夠使其測速結果在整個轉速范圍內的準確性和分辨率為最佳并滿足快速的動態響應要求。為了達到這個目的，將速度范圍分為兩部分并分別采用兩種方式進行檢測。第一種方式（方式1）采用T法，對應于高速段，其原理如圖1所示。

　　設時鐘頻率為f，編碼器每轉脈沖數為P，則對應的實際轉速為：
??
　　圖1中，Ts為采樣周期；Tn為編碼器輸出脈沖的周期；M2為Tn期間所計時鐘脈沖數。
　　第二種方式（方式2）對應于低速段，采用M／T法，相應原理如圖2所示。
??? 圖2中，M1為編碼脈沖數；M2為Td期間時鐘脈沖總數。實際轉速可用下式表示：
?
2　硬件實現
　　計算機調速系統中大都采用光電編碼器來測量轉速，由于它的輸出為數字（脈沖）量，可以與計算機的接口直接相連。但是，光電編碼器在低速時輸出脈沖數很少，采用一般的計數方法很難保證準確性。為此，除了采用前述的基本思路外，同時利用8098單片機的高速輸入口進行計數，以提高測速結果的精度。
2．1　8098單片機高速輸入口
　　8098單片機的高速輸入單元HIS有4個引腳，每個引腳都有事件觸發功能，可以檢測出事件的變化，而某一引腳上事件發生的間隔可由8098內部的定時器1來捕獲。在具體的應用中，這些特定的功能都可以通過8098相應的控制寄存器來編程和控制，以事先設定好高速輸入單元HIS的事件形式。在本系統中利用定時器1來記錄兩個脈沖之間的時間間隔。
2．2　硬件組成
　　光電編碼器與電動機主軸直接聯接，從而使編碼器轉速與電機完全一致。為了提高測量精度和分辨率，本系統將編碼器的輸出脈沖進行了四倍頻。具體做法是：首先，利用一個外部邏輯接口電路將其二倍頻，然后作為8098內部定時器2的輸入時鐘。由于8098的定時器2是一個上升沿和下降沿都觸發

的計數器，這樣，二倍頻的信號經定時器2后就變為四倍頻，從而簡化了硬件電路的設計。光電編碼器具有兩路輸出且相位互差90°，這使得二倍頻的實現尤為容易，只需異或。同時，在正轉和反轉時編碼器兩路信號的超前和滯后關系也不相同，因此將它們接到8098的高速輸入口，以進行正、反轉的判斷。相應的硬件電路如圖3所示。
3　軟件設計
　　程序設計的關鍵在于：能夠在定時條件下及時進行兩種檢測方式的轉換，以減少對速度采樣的影響。對于此類問題，通常采用設置標志的方法來實現。其程序流程如圖4所示。
4　性能分析
　　對于轉速檢測系統，其性能的好壞主要取決于準確性和分辨率。而準確性直接受到光電編碼器性能的影響，這是因為編碼器在制造過程中所形成的

分割誤差總是存在的。選用不同的方法應盡可能減少因這種誤差所帶來的影響。在本系統中，對應于方式2（M／T法）的準確性可用下式表示：
　　A＝Ap／〔int（PNTt／60）＋1〕
其中，Ap為分割誤差。由于轉速檢測是在編碼器相鄰兩個脈沖的基礎上進行計算，與方式1（T法）相比，其分割誤差稍大一些，因此應選用具有高精度的光電編碼器。
??? 檢測的分辨率是指當時鐘計數器值M2每變化1時所對應的轉速變化量。本系統可采用下式表示：
?
　　結果表明，M／T法可在整個低速范圍內獲得高分辨率，M法在高速段分辨率較低，T法在低速段分辨率較低。而本系統采用M／T法和T法相結合，故可在全速范圍內獲得高分辨率。
5　結束語
　　通過使用本文所述兩種檢測方法及相應電路，可在不損失精度和分辨率的前提下獲得快速響應。實驗表明，在使用1024脈沖／轉的光電測速器時，可獲得±0．03％的檢測精度，用于標準的電機驅動系統和自動調速系統，以獲得較好的控制精度。

　

1　Habibullah B，Singh H，Soo K L，Ong L C．A NewDigitalSpeedTransducer．IEEETransactions onIndustrial Electronics Contr．Instrum．，Vol．25：339～342