应用霍尔集成传感器测量转速电路设计黄河科技学院课程设计1解析

应用霍尔集成传感器测量转速电路设计

摘要

本文是基于51单片机的转速测量系统，其测量方法较多，随着单片机对脉冲信号的处理能力越来越强大，使得全数字量系统越来越普及，并且使转速测量系统也可以用全数字化处理。

本设计利用霍尔效应对旋转物体进行检测的转速测量系统。该系统采用UGN3144霍尔传感器把转速信息转换为电压输出，输出电压经整形电路送入AT89C51单片机进行数据处理并用四位7段LED显示器显示测量结果。文中首先阐述了构成该系统的原理、硬件的实现方法，在该系统中对信号频率进行测量是首要任务，通过各种测量方法的对比下，该系统应采用测频法测量。其次，在软件设计部分，此系统包含系统初始化程序的设计、数据接收和处理程序的设计、显示程序的设计三个模块。最终，给出各部分的原理框图、电路图及转速测量的程序流程图，并编出其具体的程序。

总之，本课题完成了硬件和软件系统的设计，实现了转速测量系统的测量，转速计算、显示功能，同时实现键盘的开始/停止功能，完成了设计的要求。

关键词: 单片机, 转速测量, 霍尔传感器

目录

1 绪论 (1)

1.1课题研究的目的和意义 (1)

1.2转速测量在国内外的研究 (1)

2 转速测量系统的总体方案 (2)

2.1转速测量的一般方法 (2)

2.2硬件设计总体方案 (4)

2.3软件设计思路 (5)

3 系统硬件设计 (5)

3.1转速测量原理 (6)

3.1.1 测频法“M法 (6)

3.1.2 测周期法“T法” (7)

3.1.3 测频测周法“M/T法” (7)

3.1.4 转速测量系统中应用的方法 (8)

3.2霍尔传感器的简介 (9)

3.2.1 霍尔效应 (9)

3.2.2 霍尔元件 (12)

3.2.3 UGN3144霍尔开关元件 (13)

3.3单片机及其接口的设计 (15)

3.3.1 AT89C51单片机的简介 (15)

3.3.2 复位电路 (18)

3.3.3 时钟电路 (19)

3.3.4 显示电路 (20)

3.3.5 HD7279接口 (22)

3.3.6 键盘电路 (25)

4 系统软件设计 (25)

4.1单片机转速程序设计思路及过程 (25)

4.1.1 单片机程序设计思路 (26)

4.2子程序设计 (27)

4.2.1 单片机转速计算程序 (27)

4.2.2 二-十进制转换程序 (27)

4.2.3 显示程序 (28)

5 转速测量系统的转速分析 (30)

5.1测速范围 (30)

5.2测量误差 (31)

结论 (33)

致谢 (34)

参考文献 (35)

附录1 (36)

附录2 (37)

1绪论

1.1课题研究的目的和意义

随着超大规模集成电路技术提高，尤其是单片机应用技术以其功能强大，价格低廉的显著特点，使全数字化测量转速系统得以广泛应用。由于单片机在测量转速方面具有体积小、性能强、成本低的特点，越来越受到企业用户的青睐。转速是工程中应用非常广泛的一个参数，其测量方法较多，而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法，这种测量方技术已不能适应现代科技发展的要求，在测量范围和测量精度上，已不能满足大多数系统的使用。随着大规模及超大规模集成电路技术的发展，数字系统测量得到普遍应用，特别是单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，使得全数字量系统越来越普及，其转速测量系统也可以用全数字化处理。在测量范围和测量精度方面都有极大的提高。

本课题以单片机为核心，设计的全数字化测量转速系统，在工业控制和民用电器中都有较高使用价值。一方面它可以应用于工业控制中的某一部分，如数控车床的电机转速检测和控制、水泵流量控制以及需要利用转速检测来进行控制的许多场合，如车辆的里程表、车速表等。另一方面由于该转速测量系统采用全数字结构，因而可以很方便的和工业控制机进行连接，实行远程管理和控制，进一步提高现代化水平。并且，几乎不需做很大改变就能直接作为单独的产品使用。总之，转速测量系统的研究是一件非常有意义的课题。

1.2 转速测量在国内外的研究

转速是能源设备与动力机械性能测试中的一个重要的特性参量，因为动力机械的许多特性参数是根据它们与转速的函数关系来确定的，例如压缩机的排气量、轴功率、内燃机的输出功率等等，而且动力机械的振动、管道气流脉动、各种工作零件的磨损状态等都与转速密切相关。

转速测量的方法很多，测量仪表的型式也多种多样，其使用条件和测量精度也各不相同。根据转速测量的工作方式可分为两大类：接触式转速测量仪表与非接触式转速测量仪表。前者在使用时必须与被测转轴直接接触，如离心式转速表、磁性转速表与测速发电机等；后者在使用时不需要与被测转轴接触,如光电式转速表、电子数字式转速表、

闪光测速仪等。测量发动机转速的传统方法是使用光

电式转速表测量。用这种方法测量时,既要在发动机转动轴上粘贴光标纸，又要求测量人员把转速表与光标纸的距离控制在很近的范围,测量十分不方便。随着科学技术的迅速发展,转速测量仪表已步入现代化、电子化的行列。过去曾经使用过的接触式测量仪表, 如离心式转速表、磁性转速表、微型发电机转速表及钟表是定时转速表，均已先后受到冷落；而利用已知频率的闪光与被测轴转速同步的方法来测速的闪光测速仪，虽属非接触式仪表，目前仍有应用,但也退居次要地位。代之而起的是非接触式的电子与数字化的测速仪表。这类转速仪表大多具有体积小、重量轻、读数准确、使用方便等优点，容易实现电脑荧屏显示和打印输出，能够连续的反映转速变化，既能测定发动机稳定情况下的平均转速,也能够用来在足够小的时间间隔这一特定条件下测定发动机的瞬时转速。 2 转速测量系统的总体方案

2.1转速测量的一般方法

一般转速测量系统有以下几个部分构成，转速测量框图如图2.1所示。

图2.1 转速测量框图 1．转速信号拾取

转速信号拾取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换成电量，这一环节可以通过敏感元件、传感器或测量仪表等来实现。

方法如下：

转

速

信

号

拾

取 整形 倍频 单 片机 显示 接口 芯片 显示

键盘

驱动电路