基于单片机的电机转速测量系统的设计
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成正 比， 出脉冲 的周期或频率 即可计算 出转速 。当 电机转 测
文 中介绍一种采 用霍尔 传感 器来采 集 电机轴 的脉 冲信号 的方法 ， 转速脉冲信 号经过 处理后 送 给单片机 ， 现 了转 速 的 实 实时精确测量 ， 中设计了基于单片机 和霍尔元件 的直流 电机 文
测速 系统硬件 电路 。 １ 霍尔元件测速原理
ｕ ｅ ｎ ｙ ｔｍ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ａ ｅ ｎ ｓ ｇｅ ｃ ｉ ｃ ｏ ｏ ｔ ｌ ｒａ ｄ ｉ ｔｇ ａｅ ｈｐ ． ｈ ｏ ｋ ｎ ｒ ｃｐ ｅ ｏ ｌ ｓ ｎ ｏ ａ ｒ ｍｅ ｔｓ ｓｅ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉ ｌ ｈ ｐ ｍｉｒ ｃ ｎｒ ｌ ｎ ｎ ｅ ｒ ｔｄ ｃ ｉ ｓ Ｔ ｅ ｗ ｒ ｉ ｇ ｐ ｎ ｉ ｌ ｆＨａｌ ｅ ｓ ｒ ｗ ｓ ｎ ｏｅ ｉ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ Ｔ ｅ ｔ ｅ ｈ ｒ ｗａ ｅ ａ ｄ ｓ ｆ ｒ ｆｔ ｅ ｓ ｓｅ ｗｅｅ ｄ ｓ ｒ ｅ ｎ ｄ ｔ ｉ Ｔ ｅ ｓ ｓ ｍ ｏ ｈ ８ ｓ ａ ｈ ｏ ｅ ａ ｄ ｎ ｒ ｕ ｅ ． ｈ ｎ．ｈ ａ ｄ ｒ ｎ ｏｔ ｅ ｏ ｈ ｙ ｔｍ ｒ ｅ ｃ ｂ ｄ ｉ ｅａｌ ｈ ｙ ｔ ｔ ｋ ｔｅ ＡＴ ９ ５ ｔ ｅ ｃ ｒ ， ｎ ｏ ｗａ ｉ ＿ ｅ ｏ １ｓ ｉ ｉ ｍａｎ ｙ ｃ ｍｐ ｓ ｄ ｏ ｏ ｒｍｏ ｕ ｅ ｋ ｙ ｄ ｌ ， ｐ ｅ ａ ｕ ｅ ｎ ｄ ｌ ｎ ａａ ｄ ｓ ｌｙ ｍｏ ｕ ｅ ． ｈ ｐ ｅ ａａ ｃ ｒ ｂ ｔｓ ｉ ｌ ｏ ｏ ｅ ｆ ｗｅ ｄ ｌ ， ｅ ｓ ｍｏ ｕ ｅ ｓ ｅ ｄ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｍｏ ｕ ｅ ａ ｄ ｄ ｔ ｉ ａ ｄ ｌｓ Ｔ ｅ ｓ ｅ ｄ ｄ ｔ ａｌ ｅ ｐ ｐ
动时 ， 带动传感器 ， 产生对应频率 的脉 冲信号 ， 经过信 号处理后 输 出到计 数器或其他的脉冲计数装 置 ， 进行 转速 的测 量 。其 器件的连接电路和 电子特性分别如 图 １ 图 ２所示 。 和
脉冲信号的周期与 电机 的转速关 系为 ：
＝
６／ Ｐ・ ） ０ （ Ｔ
（） ２
根 据实 际控 制 的需 要 ， 设计 了基于 Ａ ８ Ｓ １ 片 机 的直 Ｔ９５ 单
第 ８期
王 文成 等 ： 于单 片机 的电机转速测量系统 的设计 基
７ １
图 １ 霍 尔元 件 电路 连 接 图
日日日 日
Ｉ ＪＵ 一 １． ． ’
１
图 ４ Ｌ Ｄ 显 示 电路 Ｅ
健
２ １６ ；． ６ ０ １２ 山东轻工业学院数理学院 ， 山东济南 ２ ０５ ） ５ ３ ３
摘要 ： 了研 制简单可靠的直流 电机 测速 装置 ， 出了基 于单片机和 集成芯 片设 计电机转速 测量 系统的 方案。介绍 为 提 了霍 尔传感器测速 的工作 原理 ， 设计 了系统的硬件 电路 和软件。该 系统以 Ａ ８ ￥ １ 片机 为核心 ， Ｔ９ ５ 单 主要 包括 电源模块 、 按 键模块 、 转速测量 电路 模块和显示模 块等 ， 通过将脉 冲信号送入单 片机 系统进行计数运 算， 并将转速测量结果显 示在 Ｌ Ｄ Ｅ 上 。运行试 验表 明 ， 系统结构简单 ， 工作稳定 可靠， 满足 电机 的测速要 求。 关键词 ： 尔传感 器； 霍 电机 ； 测速 系统 ； 片机 单
率， 根据式 （ ） １ 可计算 出 电机 的转速 。转 速检 测装 置的 软件 系 统主要包括 ： 测速 主程序 、 据处 理子程 序 和显示 子程 序 。主 数
霍尔元件作为 一种转 速测量 系统 的传 感器 ， 有体 积小 、 它 重量轻 、 安装方便 等优点 ， 该传 感器 是利用 霍尔效 应 原理 工作
式 中： 电机 的转 速 ； ｎ为 Ｐ为 电机转 一 圈 的脉 冲数 ； Ｔ为输 出方 波信号 的周期 。
２ 系 统 硬 件 设 计
收稿 日期 ：０ ０—１ ２１ ２—２ 收修改稿 日期 ：０ １ ３—１ ７ ２ １ 一ｏ ３
朝着数字化智能化方 向发展 ， 因此转速 的控制 成为在工业 测控 系统实现 的关键 环节 。而如 何测 量 电机 的转 速以实 现对 转速 的高精度控制成 为 电机 应用 的一个 突出 问题之一 Ｌ 。 目前常 ｌ ｊ
用的转速 测 量方 法 有 测速 发 电机 测速 法 和光 电码 盘 测速 法
Ｗ ＡＮＧ Ｗｅ —ｈ ｎ Ｌ ｉｎ ｎ ｃ ｅ ｇ ， ＩＪａ
（ ． ｐ ｒｍｅｔ ｆ ｎｏｍａｉ ｎ ｏ ｔｏ， ｅ ａ ｇＵ ｉｅｓ ｙ Ｗｅｆｎ ６ ０ １ Ｃ ｉａ １ Ｄｅａ ｔ ｎ ｆｒ ｔ ｎ ａ ｄＣ ｎｒｌＷ ｉ ｎ ｎｖｒｉ ， ｉ ｇ２ １６ ， ｈｎ ； ｏＩ ｏ ｆ ｔ ａ ２ Ｄ ｐ ｒ ｎ ｆ ａｈ ｍａｉ ｎ ｈ ｓ ｓＳ ａ ｄ ｎ ｏｙｅｈ ｉ ｉｅｓｙ，ｉａ ５ ３３ Ｃ ｉａ ． ｅ ａｔ ｔ ｔｅ ｔ ｓａ ｄＰ ｙｉ ，ｈ ｎ ｏ ｇＰ ｌｔ ｎｃＵｎｖｒｉ Ｊｎ ｎ２ ｏ ５ ， ｈｎ ） ｍｅ ｏ Ｍ ｃ ｃ ｃ ｔ
图２ 霍尔元件 电子特性
流电机测 速系 统 的硬件 连 接 图。如 图 ３所 示 ， 计方 案 主要 设
包 含 ４个模 块 ： 键盘 电路 、 电源 电路 、 速 测量 电路 和显 示 电 转 路。
・
回
数脉冲 。控制计数时 间， 即可实现计数 器的计数值 对应机 轴 的 转速值 。测速 电路如 图 ５所示 。
图 ３ 系统总体结构图
其 工作 过程为 ： 过按 键 向单 片机输 入相 应控 制 指令 ， 通 电
机 的转速通 过霍 尔传感器采集脉 冲信号 ， 经过放 大处理后 输送
到单片机 ， 电机 的转速通过 Ｌ Ｄ显示 出来 。 Ｅ
２ １ 控 制器 ．
系统选用 Ａ ８ Ｓ １ Ｔ ９ ５ 作为 Ｃ Ｕ， Ｐ 它是一种 低功耗 、 高性能 ， 片 内带 ４ Ｂ快 闪可编 程／ 除 只读 存储 器 的 ８位 Ｃ Ｓ微控 制 Ｋ 擦 ＭＯ 器， 兼容标准 ＭＣ ５ Ｓ一 １指令 系统及 ８ Ｃ １引脚 结构 ， ０５ 使用 高密 度、 非易失存 储技术 制造 ， 为许 多嵌入 式控 制应 用 系统 提供 可 高性价 比的解决方案 。
２５Βιβλιοθήκη Baidu测 速 电 路 ．
Ｏ
电机测速 电路 主要基 于霍 尔传感器所设 计 ， 它是一 种集成
负跳变点 正跳变点 Ｚ
化 的敏感器件 ， 可提 供线性 单端 输 出， 其输 出电压正 比于感 应 的磁场强度 。其 内部 的磁敏元件 与高增 益放大器 、 电源稳 压器 集成于 同一芯片 ， 使得应用时 十分 简便。测量转速 的霍 尔传感 器从永磁直流 电机外 壳检测 转速 信号 ， 机轴 每转 １周 ， 生一 产 定量的脉冲个数 ， 由霍尔器件 电路输 出。成为转数 计数器 的计
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｏ ｄ ｖ ｌ ｐ ａ ｓ ｌ ｎ ｔｂ ｅｄ ｖ ｃ ｏ ａ ｕ ｎ ｈ ｔｒｓ ｅ ｄ， ｅ ｉ ｎ ｍｅｈ ｄ ｏ ｔｒｓ ｅ ｄ ｍｅ ｓ ｓｒ ｃ ：ｎ ｏｄ ｒｔ ｅ ｅｏ ｉ ｅ ａ ｄ ｓａ ｌ ｅ ｉ ｅｆｒｍｅ ｓ ｒ ｇｔ ｅ ｍｏｏ ｐ ｅ ａ ｄ ｓｇ ｔ ｏ ｆｍｏｏ ｐ ｅ ａ － ｍｐ ｉ
可 以做成各种传感 器 ， 广泛应 用于 位移测 量 、 转速测 量 以及计 数等方面 。 Ｊ
若控制 电流保 持不 变 ， 则霍尔感应 电压将 随外界磁 场强度 而变化 ， 根据这一原 理 ， 以将 一块 永久 磁钢 固定在 电动 机转 可
轴上转盘 的边沿 ， 转盘随被测轴旋转 ， 磁钢 也将跟着 同步旋 转 ， 在转 盘附近安装 一个 霍尔元 件 ， 转盘 随转 轴旋转 时 ， 霍尔 元件 受 到磁钢所产 生的磁 场影 响 ， 输 出脉 冲信号 ， 故 其频 率 和转速
式 中 ： 为霍尔器件 的灵敏度 系数 ； 为控制 电流 ； ， Ｂ为磁 感应
强度 。
等 Ｉ 。他们各 有优 点和缺点 ， ３ 直流测速 发 电机 是应用 范 围较 广 的测速元件 ， 它的主要优点是 灵敏度 、 高线性误 差小 ， 由于 但 它具有 电刷和换 向接触装置 ， 因而可靠性 较差 ， 应用 范 围有限 ； 普通光 电编码器 虽然精 度较 高 ， 体积 大 ， 但 成本 高。霍尔 元件 具有尺寸小 、 外围电路 简单 、 使用 寿命 长、 调试 方便等 特点用它
中图分 类号 ： Ｐ７ Ｔ８３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ２—１４ （０ １ ０ ０ ７ ０ １０ ８ １ ２ １ ）８— ０ ０— ３
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｏ ｏ ｐ ｅ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔＳ ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ Ｓ ｎ ｌ ｉ ｉｒ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｓｇ ｆＭ ｔ ｒ Ｓ ｅ ｄ Ｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ ｉ ｇ ｅ Ｃｈ ｐ Ｍ ｃ ｏ ｏ ｔ ｏｌ ｅ
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运用于机械制造 、 电力 、 金等领 域。 由于伺 服 驱动 系统 不断 冶
变磁场的强度 ， 尔电压的大小亦 随之 改变 Ｊ 霍 。当磁场 消失 时， 霍尔电压变为零。霍尔效应式转速传感 器输 出的信号 是矩 形脉 冲信号 ， 很适 合于数字控制系统。用公式表示为
Ｕ ＝Ｋ ，・ Ｈ Ｈ・ （） １
２ ２ 电 源 电路 ．
图 ５ 电 机 测 速 电 路
３ 软 件 设 计
系统 采用单片机 中的 Ｉ Ｔ Ｎ ０中断对转速 脉 冲进 行计数 。定
罩
时器 Ｔ 工作 于外部 事件 计数方式 ， １ 对转速脉 冲计数 ； Ｔ Ｏ工作 于 定时器方式 。每到 １ 读 １ ８ 次计数 值 ， 此值 即为脉 冲信 号的频
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２ １正 ０１
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ Ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｔｕ ｎ ｅ ｈ ｉｕ ｎ ｅ ｓ ｒ
２ １ ０１
第 ８期
Ｎｏ ８ ．
基 于单 片机 的 电机 转 速测 量 系统 的设 计
王文成 李 ，
（． １ 潍坊学院信息与控制工程 系， 山东潍坊
０ 引言
的： 一个金属或半 导体 薄片置于磁 场 中， 当薄 片通 以电流 ， ， 时
在薄片 的两侧 面上就会 产生一 个微 量 的霍尔 电压 ， 如果 改
近年来 ， 随着 电力 电子 技术 、 计算 机技 术和微 控 制技 术 的 发展 ， 流电机因其具有 良好 的启动 、 动和调速性 能 ， 直 制 已广泛
文 中介绍一种采 用霍尔 传感 器来采 集 电机轴 的脉 冲信号 的方法 ， 转速脉冲信 号经过 处理后 送 给单片机 ， 现 了转 速 的 实 实时精确测量 ， 中设计了基于单片机 和霍尔元件 的直流 电机 文
测速 系统硬件 电路 。 １ 霍尔元件测速原理
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动时 ， 带动传感器 ， 产生对应频率 的脉 冲信号 ， 经过信 号处理后 输 出到计 数器或其他的脉冲计数装 置 ， 进行 转速 的测 量 。其 器件的连接电路和 电子特性分别如 图 １ 图 ２所示 。 和
脉冲信号的周期与 电机 的转速关 系为 ：
＝
６／ Ｐ・ ） ０ （ Ｔ
（） ２
根 据实 际控 制 的需 要 ， 设计 了基于 Ａ ８ Ｓ １ 片 机 的直 Ｔ９５ 单
第 ８期
王 文成 等 ： 于单 片机 的电机转速测量系统 的设计 基
７ １
图 １ 霍 尔元 件 电路 连 接 图
日日日 日
Ｉ ＪＵ 一 １． ． ’
１
图 ４ Ｌ Ｄ 显 示 电路 Ｅ
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２ １６ ；． ６ ０ １２ 山东轻工业学院数理学院 ， 山东济南 ２ ０５ ） ５ ３ ３
摘要 ： 了研 制简单可靠的直流 电机 测速 装置 ， 出了基 于单片机和 集成芯 片设 计电机转速 测量 系统的 方案。介绍 为 提 了霍 尔传感器测速 的工作 原理 ， 设计 了系统的硬件 电路 和软件。该 系统以 Ａ ８ ￥ １ 片机 为核心 ， Ｔ９ ５ 单 主要 包括 电源模块 、 按 键模块 、 转速测量 电路 模块和显示模 块等 ， 通过将脉 冲信号送入单 片机 系统进行计数运 算， 并将转速测量结果显 示在 Ｌ Ｄ Ｅ 上 。运行试 验表 明 ， 系统结构简单 ， 工作稳定 可靠， 满足 电机 的测速要 求。 关键词 ： 尔传感 器； 霍 电机 ； 测速 系统 ； 片机 单
率， 根据式 （ ） １ 可计算 出 电机 的转速 。转 速检 测装 置的 软件 系 统主要包括 ： 测速 主程序 、 据处 理子程 序 和显示 子程 序 。主 数
霍尔元件作为 一种转 速测量 系统 的传 感器 ， 有体 积小 、 它 重量轻 、 安装方便 等优点 ， 该传 感器 是利用 霍尔效 应 原理 工作
式 中： 电机 的转 速 ； ｎ为 Ｐ为 电机转 一 圈 的脉 冲数 ； Ｔ为输 出方 波信号 的周期 。
２ 系 统 硬 件 设 计
收稿 日期 ：０ ０—１ ２１ ２—２ 收修改稿 日期 ：０ １ ３—１ ７ ２ １ 一ｏ ３
朝着数字化智能化方 向发展 ， 因此转速 的控制 成为在工业 测控 系统实现 的关键 环节 。而如 何测 量 电机 的转 速以实 现对 转速 的高精度控制成 为 电机 应用 的一个 突出 问题之一 Ｌ 。 目前常 ｌ ｊ
用的转速 测 量方 法 有 测速 发 电机 测速 法 和光 电码 盘 测速 法
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图２ 霍尔元件 电子特性
流电机测 速系 统 的硬件 连 接 图。如 图 ３所 示 ， 计方 案 主要 设
包 含 ４个模 块 ： 键盘 电路 、 电源 电路 、 速 测量 电路 和显 示 电 转 路。
・
回
数脉冲 。控制计数时 间， 即可实现计数 器的计数值 对应机 轴 的 转速值 。测速 电路如 图 ５所示 。
图 ３ 系统总体结构图
其 工作 过程为 ： 过按 键 向单 片机输 入相 应控 制 指令 ， 通 电
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到单片机 ， 电机 的转速通过 Ｌ Ｄ显示 出来 。 Ｅ
２ １ 控 制器 ．
系统选用 Ａ ８ Ｓ １ Ｔ ９ ５ 作为 Ｃ Ｕ， Ｐ 它是一种 低功耗 、 高性能 ， 片 内带 ４ Ｂ快 闪可编 程／ 除 只读 存储 器 的 ８位 Ｃ Ｓ微控 制 Ｋ 擦 ＭＯ 器， 兼容标准 ＭＣ ５ Ｓ一 １指令 系统及 ８ Ｃ １引脚 结构 ， ０５ 使用 高密 度、 非易失存 储技术 制造 ， 为许 多嵌入 式控 制应 用 系统 提供 可 高性价 比的解决方案 。
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电机测速 电路 主要基 于霍 尔传感器所设 计 ， 它是一 种集成
负跳变点 正跳变点 Ｚ
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若控制 电流保 持不 变 ， 则霍尔感应 电压将 随外界磁 场强度 而变化 ， 根据这一原 理 ， 以将 一块 永久 磁钢 固定在 电动 机转 可
轴上转盘 的边沿 ， 转盘随被测轴旋转 ， 磁钢 也将跟着 同步旋 转 ， 在转 盘附近安装 一个 霍尔元 件 ， 转盘 随转 轴旋转 时 ， 霍尔 元件 受 到磁钢所产 生的磁 场影 响 ， 输 出脉 冲信号 ， 故 其频 率 和转速
式 中 ： 为霍尔器件 的灵敏度 系数 ； 为控制 电流 ； ， Ｂ为磁 感应
强度 。
等 Ｉ 。他们各 有优 点和缺点 ， ３ 直流测速 发 电机 是应用 范 围较 广 的测速元件 ， 它的主要优点是 灵敏度 、 高线性误 差小 ， 由于 但 它具有 电刷和换 向接触装置 ， 因而可靠性 较差 ， 应用 范 围有限 ； 普通光 电编码器 虽然精 度较 高 ， 体积 大 ， 但 成本 高。霍尔 元件 具有尺寸小 、 外围电路 简单 、 使用 寿命 长、 调试 方便等 特点用它
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运用于机械制造 、 电力 、 金等领 域。 由于伺 服 驱动 系统 不断 冶
变磁场的强度 ， 尔电压的大小亦 随之 改变 Ｊ 霍 。当磁场 消失 时， 霍尔电压变为零。霍尔效应式转速传感 器输 出的信号 是矩 形脉 冲信号 ， 很适 合于数字控制系统。用公式表示为
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２ ２ 电 源 电路 ．
图 ５ 电 机 测 速 电 路
３ 软 件 设 计
系统 采用单片机 中的 Ｉ Ｔ Ｎ ０中断对转速 脉 冲进 行计数 。定
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２ １正 ０１
仪 表 技 术 与 传 感 器
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第 ８期
Ｎｏ ８ ．
基 于单 片机 的 电机 转 速测 量 系统 的设 计
王文成 李 ，
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０ 引言
的： 一个金属或半 导体 薄片置于磁 场 中， 当薄 片通 以电流 ， ， 时
在薄片 的两侧 面上就会 产生一 个微 量 的霍尔 电压 ， 如果 改
近年来 ， 随着 电力 电子 技术 、 计算 机技 术和微 控 制技 术 的 发展 ， 流电机因其具有 良好 的启动 、 动和调速性 能 ， 直 制 已广泛