基于霍爾傳感器的轉速測量系統(tǒng)設計-定稿

畢業(yè)設計學生姓名學號院(系)專業(yè)題目基于霍爾傳感器的轉速測量系統(tǒng)設計指導教師2023年6月摘要：轉速是發(fā)動機重要的工作參數(shù)之一,也是其它參數(shù)計算的重要依據(jù)。針對工業(yè)上常見的發(fā)動機設計了以單片機STC89C51為控制核心的轉速測量系統(tǒng)。系統(tǒng)利用霍爾傳感器作為轉速檢測元件，并利用設計的調理電路對霍爾轉速傳感器輸出的信號進行濾波和整形,將得到的標準方波信號送給單片機進行處理。實際測試說明,該系統(tǒng)能滿足發(fā)動機轉速測量要求。關鍵詞：轉速測量，霍爾傳感器，信號處理，數(shù)據(jù)處理Abstract:Therotatespeedisoneoftheimportantparametersfortheengine,anditisalsotheimportantfactorthatcalculatesotherparameters.TherotatespeedmeasurementsystemforthecommonengineisdesignedwiththesinglechipSTC89C51.ThesignaloftherotatespeedissampledbytheHallsensor,anditistransformedintosquarewavewhichwillbesenttosinglechipcomputer.Theresultoftheexperimentshowsthatthemeasurementsystemisabletosatisfytherequirementoftheenginerotatespeedmeasurement.Keywords:rotatespeedmeasurement,Hallsensor,signalprocessing,dataprocessing目錄TOC\o"1-2"\h\z1前言42系統(tǒng)概述42.1系統(tǒng)組成42.2處理方法52.3系統(tǒng)工作原理63系統(tǒng)硬件電路設計73.1單片機主控電路設計73.2脈沖產(chǎn)生電路設計93.3按鍵電路設計103.4數(shù)據(jù)顯示電路設計113.5穩(wěn)壓電源設計133.6串行通信模塊設計144系統(tǒng)軟件設計165制作調試185.1硬件調試185.2軟件調試196測試結果分析19結論21參考文獻22致謝23附錄A241前言在工農業(yè)生產(chǎn)和工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉速的場合，例如在發(fā)動機、電動機、卷揚機、機床主軸等旋轉設備的試驗、運轉和控制中，常需要測量和顯示其轉速。要測速，首先要解決的是采樣問題。測量轉速的方法分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測速發(fā)電機為檢測元件，得到的信號是模擬量。早期直流電動機的控制均以模擬電路為根底，采用運算放大器，非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件局部非常復雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調試困難。數(shù)字式通常采用光電編碼器、圓光柵、霍爾元件等為檢測元件，得到的信號是脈沖信號。隨著微型計算機的廣泛應用，單片機技術的日新月異，特別是高性能價格比的單片機的出現(xiàn)，轉速測量普遍采用以單片機為核心的數(shù)字式測量方法，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術來完成，智能化微電腦代替了一般機械式或模擬式結構，并使系統(tǒng)能到達更高的性能。采用單片機構成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)本錢，從而有效的提高工作效率。直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內平滑調速。測速電機的電壓上下反映了轉速的上下，在許多需要調速或快速正反向電力拖動領域中得到了廣泛的應用。從控制的角度來看，直流調速還是交流拖動系統(tǒng)的根底。本文介紹一種用STC89C51單片機測量小型電動機轉速的方法。系統(tǒng)以單片機STC89C51為控制核心，用NJK-8002D霍爾集成傳感器作為測量小型直流電機轉速的檢測元件，經(jīng)過單片機數(shù)據(jù)處理，用8位LED數(shù)碼管動態(tài)顯示小型直流電機的轉速。2系統(tǒng)概述2.1系統(tǒng)組成系統(tǒng)由傳感器、信號預處理電路、處理器、顯示器和系統(tǒng)軟件等局部組成。傳感器局部采用霍爾傳感器，負責將電機的轉速轉化為脈沖信號。信號預處理電路包含待測信號放大、波形變換、波形整形電路等局部，其中放大器實現(xiàn)對待測信號的放大,降低對待測信號的幅度要求，實現(xiàn)對小信號的測量；波形變換和波形整形電路實現(xiàn)把正負交變的信號波形變換成可被單片機接受的TTL/CMOS兼容信號。處理器采用STC89C51單片機，顯示器采用8位LED數(shù)碼管動態(tài)顯示。系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示：圖2.1轉速測量系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)軟件主要包括測量初始化模塊、信號頻率測量模塊、浮點數(shù)算術運算模塊、浮點數(shù)到BCD碼轉換模塊、顯示模塊、按鍵功能模塊、定時器中斷效勞模塊。系統(tǒng)軟件框圖如圖2.2所示。圖2.2系統(tǒng)軟件框圖2.2處理方法系統(tǒng)的設計以STC89C51單片機為核心，利用它內部的定時/計數(shù)器完成待測信號頻率的測量。測速實際上就是測頻，通?？梢杂糜嫈?shù)法、測脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數(shù)法，就是給定一個閘門時間，在閘門時間內計數(shù)輸入的脈沖個數(shù)；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數(shù)門，對一個高精度的高頻計數(shù)信號進行計數(shù)。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在±1誤差的問題，第一種方法適用于信號頻率高時使用，第二種方法那么在信號頻率低時使用。等精度法那么對高、低頻信號都有很好的適應性。此系統(tǒng)采用計數(shù)法測速。單片機STC89C51內部具有2個16位定時/計數(shù)器,定時/計數(shù)器的工作可以由編程來實現(xiàn)定時、計數(shù)和產(chǎn)生計數(shù)溢出中斷要求的功能。在構成為定時器時,每個機器周期加1(使用12MHz時鐘時,每1us加1),這樣以機器周期為基準可以用來測量時間間隔。在構成為計數(shù)器時,在相應的外部引腳發(fā)生從1到0的跳變時計數(shù)器加1,這樣在計數(shù)閘門的控制下可以用來測量待測信號的頻率。外部輸入每個機器周期被采樣一次,這樣檢測一次從1到0的跳變至少需要2個機器周期(24個振蕩周期),所以最大計數(shù)速率為時鐘頻率的1/24(使用12MHz時鐘時,最大計數(shù)速率為500KHz)。定時/計數(shù)器的工作由相應的運行控制位TR控制,當TR置1時,定時/計數(shù)器開始計數(shù)，當TR清0時,停止計數(shù)。2.3系統(tǒng)工作原理轉速是工程上一個常用的參數(shù)，旋轉體的轉速常以每分鐘的轉數(shù)來表示。其單位為r／min。由霍爾元件及外圍器件組成的測速電路將電動機轉速轉換成脈沖信號，送至單片機STC89C51的計數(shù)器T0進行計數(shù)，用T1定時測出電動機的實際轉速。此系統(tǒng)使用單片機進行測速，采用脈沖計數(shù)法，使用霍爾傳感器獲得脈沖信號。其機械結構也可以做得較為簡單，只要在轉軸的圓盤上粘上兩粒磁鋼，讓霍爾傳感器靠近磁鋼，機軸每轉一周，產(chǎn)生兩個脈沖，機軸旋轉時，就會產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號輸出。由霍爾器件電路局部輸出，成為轉速計數(shù)器的計數(shù)脈沖?？刂朴嫈?shù)時間，即可實現(xiàn)計數(shù)器的計數(shù)值對應機軸的轉速值。單片機CPU將該數(shù)據(jù)處理后，通過LED顯示出來。2.3.1霍爾傳感器霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，由磁鋼、霍耳元件等組成。測量系統(tǒng)的轉速傳感器選用SiKO的NJK-8002D的霍爾傳感器，其響應頻率為100KHz，額定電壓為5-30〔V〕、檢測距離為10〔mm〕。其在大電流磁場或磁鋼磁場的作用下，能測量高頻、工頻、直流等各種波形電流。該傳感器具有測量精度高、電壓范圍寬、功耗小、輸出功率大等優(yōu)點，廣泛應用在高速計數(shù)、測頻率、測轉速等領域。輸出電壓4～25V，直流電源要有足夠的濾波電容，測量極性為N極。安裝時將一非磁性圓盤固定在電動機的轉軸上，將磁鋼粘貼在圓盤邊緣，磁鋼采用永久磁鐵，其磁力較強，霍爾元件固定在距圓盤1-10mm處。當磁鋼與霍爾元件相對位置發(fā)生變化時，通過霍爾元件感磁面的磁場強度就會發(fā)生變化。圓盤轉動，磁鋼靠近霍爾元件，穿過霍爾元件的磁場較強，霍爾元件輸出低電平；當磁場減弱時，輸出高電平，從而使得在圓盤轉動過程中，霍爾元件輸出連續(xù)脈沖信號。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應用廣泛。2.3.2轉速測量原理霍爾器件是由半導體材料制成的一種薄片，器件的長、寬、高分別為l、ｂ、ｄ。假設在垂直于薄片平面〔沿厚度ｄ〕方向施加外磁場Ｂ，在沿ｌ方向的兩個端面加一外電場，那么有一定的電流流過。由于電子在磁場中運動，所以將受到一個洛侖磁力，其大小為：式中：f—洛侖磁力，ｑ—載流子電荷，Ｖ—載流子運動速度，Ｂ—磁感應強度。這樣使電子的運動軌跡發(fā)生偏移，在霍爾元器件薄片的兩個側面分別產(chǎn)生電子積聚或電荷過剩，形成霍爾電場，霍爾元器件兩個側面間的電位差稱為霍爾電壓。霍爾電壓大小為：(mV)式中：—霍爾常數(shù)，ｄ—元件厚度，Ｂ—磁感應強度，Ｉ—控制電流設,那么=(mV)為霍爾器件的靈敏系數(shù)(mV/mA/T)，它表示該霍爾元件在單位磁感應強度和單位控制電流下輸出霍爾電動勢的大小。應注意，當電磁感應強度Ｂ反向時，霍爾電動勢也反向。圖2.3為霍耳元件的原理結構圖。假設控制電流保持不變，那么霍爾感應電壓將隨外界磁場強度而變化，根據(jù)這一原理，可以將兩塊永久磁鋼固定在電動機轉軸上轉盤的邊沿，轉盤隨被測軸旋轉，磁鋼也將跟著同步旋轉，在轉盤附近安裝一個霍爾元件，轉盤隨軸旋轉時，霍爾元件受到磁鋼所產(chǎn)生的磁場影響，輸出脈沖信號。傳感器內置電路對該信號進行放大、整形，輸出良好的矩形脈沖信號，測量頻率范圍更寬，輸出信號更精確穩(wěn)定，已在工業(yè)，汽車，航空等測速領域中得到廣泛的應用。其頻率和轉速成正比，測出脈沖的周期或頻率即可計算出轉速。圖2.3霍耳元件的原理結構圖3系統(tǒng)硬件電路設計3.1單片機主控電路設計系統(tǒng)選用STC89C51作為轉速信號的處理核心。STC89C51包含2個16位定時/計數(shù)器、4K×8位片內FLASH程序存儲器、4個8位并行I/O口。16位定時/計數(shù)器用于實現(xiàn)待測信號的頻率測量。8位并行口P0、P2用于把測量結果送到顯示電路。4K×8位片內FLASH程序存儲器用于放置系統(tǒng)軟件。STC89C51與具有更大程序存儲器的芯片管腳兼容,如:89C52(8K×8位)或89C55(32K×8位),為系統(tǒng)軟件升級打下堅實的物質根底。STC89C51最大的優(yōu)點是：可直接通過計算機串口線下載程序,而無需專用下載線和編程器。STC89C51單片機是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多功能I/O口等一臺計算機所需要的根本功能部件。其根本結構框圖如圖3.1，包括：·一個8位CPU；·4KBROM；·128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器；·21個特殊功能存放器SFR；·4個8位并行I/O口，其中P0、P2為地址/數(shù)據(jù)線，可尋址64KBROM或64KBRAM；·一個可編程全雙工串行口；·具有5個中斷源，兩個優(yōu)先級，嵌套中斷結構；·兩個16位定時器/計數(shù)器；·一個片內震蕩器及時鐘電路；計數(shù)脈沖輸入T0T1特殊功能存放器SFR128字節(jié)RAM特殊功能存放器SFR128字節(jié)RAM定時/計數(shù)器T0、T1定時/計數(shù)器T0、T1時鐘源4KROM〔EPROM〕〔8031無〕中斷系統(tǒng)串行接口并行I/O接口CPU時鐘源4KROM〔EPROM〕〔8031無〕中斷系統(tǒng)串行接口并行I/O接口CPUP0P1P2P3TXDRXD中斷輸入圖3.1STC89C51單片機結構框圖STC89C51系列單片機中HMOS工藝制造的芯片采用雙列直插(DIP)方式封裝,有40個引腳。STC89C51單片機40條引腳說明如下:(1)電源引腳。V正常運行和編程校驗(8051/8751)時為5V電源,V為接地端?！?〕I/O總線。P-P〔P0口〕，P-P〔P1口〕，P-P〔P2口〕，P-P〔P3口〕為輸入/輸出引線?！?〕時鐘。XTAL1：片內震蕩器反相放大器的輸入端。XTAL2：片內震蕩器反相放器的輸出端，也是內部時鐘發(fā)生器的輸入端?！?〕控制總線。由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨立控制線RESET、EA、ALE、PSEN組成。值得強調的是，P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。如表3.1所示。P3口引腳及線號引腳第二功能P3.0(10)RXD串行輸入口P3.1(11)TXD串行輸出口P3.2(12)INT0外部中斷0P3.3(13)INT1外部中斷1P3.4

(14)T0定時器0外部輸入P3.5(15)T1定時器1外部輸入P3.6(16)WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖P3.7(17)RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖表3.1P3口線的第二功能定義：STC89C51單片機的片外總線結構：

①地址總線〔AB〕：地址總線寬為16位，因此，其外部存儲器直接尋址為64K字節(jié)，16位地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器提供8位地址〔A0至A7〕；P2口直接提供8位地址〔A8至A15〕。

②數(shù)據(jù)總線〔DB〕：數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0提供。

③控制總線〔CB〕：由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨立控制線RESET、EA、ALE、PSEN組成。3.2脈沖產(chǎn)生電路設計LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。

LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。特性:內部頻率補償直流電壓增益高(約100dB)單位增益頻帶寬(約1MHz)電源電壓范圍寬：單電源(3—30V)雙電源(±1.5一±15V)低功耗電流，適合于電池供電低輸入偏流低輸入失調電壓和失調電流共模輸入電壓范圍寬，包括接地差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍輸出電壓擺幅大(0至Vcc-1.5V)如圖3.2所示，信號預處理電路為系統(tǒng)的前級電路，其中霍爾傳感元件b,d為兩電源端，d接正極，b接負極；a,c兩端為輸出端，安裝時霍爾傳感器對準轉盤上的磁鋼,當轉盤旋轉時，從霍爾傳感器的輸出端獲得與轉速率成正比的脈沖信號，傳感器內置電路對該信號進行放大、整形，輸出良好的矩形脈沖信號，圖中LM358局部為過零整形電路使輸入的交變信號更精確的變換成規(guī)那么穩(wěn)定的矩形脈沖，便于單片機對其進行計數(shù)。bcHda圖3.2信號預處理電路3.3按鍵電路設計通過軟件設置按鍵開關功能：按K0清零、復位按K1顯示計時時間按K2顯示計數(shù)脈沖數(shù)此按鍵電路為低電平有效，當無按鍵按下時，單片機輸入引腳P1.0、P1.1、P1.2、P1.3端口均為高電平。當其中任一按鍵按下時，其對應的P1端口變?yōu)榈碗娖?，在軟件中利用這個低電平設計其功能。軟件中還設置了按鍵防抖動誤觸發(fā)功能，軟件中設置定時器150ms中斷一次，每次中斷都對按鍵進行掃描，如果掃描到有按鍵按下，那么延遲10ms，再次進行鍵掃描，假設仍有按鍵按下，那么按鍵為真，并從P1口讀取數(shù)據(jù)，低電平對應的即為有效按鍵，如圖3.3所示。圖3.3按鍵電路圖3.4數(shù)據(jù)顯示電路設計3.4.1數(shù)碼管結構和顯示原理圖3.4為數(shù)碼管的引腳接線圖，實驗板上以P0口作輸出口，經(jīng)74LS244驅動，接8只共陽數(shù)碼管S0-S7。表3.2為驅動LED數(shù)碼管的段代碼表為低電平有效，1-代表對應的筆段不亮，0-代表對應的筆段亮。假設需要在最右邊〔S0〕顯示“5〞，只要將從表中查得的段代碼64H寫入P0口，再將P2.0置高，P2.1-P2.7置低即可。設計中采用動態(tài)顯示，所以其亮度只有一個LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示亮度的八分之一。表3.2驅動LED數(shù)碼管的段代碼數(shù)字dpecgbfa十六進制P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0共陰共陽010110111B74810001010014EB210101101AD523100111019D624000111101E64610111011BB4470001010115EA810111111BF409100111119F60圖3.4數(shù)碼管的引腳接線圖這里設計的系統(tǒng)先用6位LED數(shù)碼管動態(tài)顯示小型直流電機的轉速。當轉速高于六位所能顯示的值〔999999〕時就會自動向上進位顯示。3.4.2緩沖器74LS244系統(tǒng)總線中的地址總線和控制總線是單向的,因此驅動器可以選用單向的,如74LS244。74LS244還帶有三態(tài)控制，能實現(xiàn)總線緩沖和隔離,74LS244是一種三態(tài)輸出的八緩沖器和線驅動器，該芯片的邏輯電路圖和引腳圖如圖3.5所示。從圖可見，該緩沖器有8個輸入端，分為兩路——1A1～1A4，2A1～2A4。同時8個輸出端也分為兩路——1Y1～1Y4，2Y1～2Y4，分別由2個門控信號1G和2G控制，/1G,/2G三態(tài)允許端(低電平有效)。當1G為低電平時，1Y1～1Y4的電平與1A1～1A4的電平相同，即輸出反映輸入電平的上下；同樣，當2G為低電平時，2Y1～2Y4的電平與2A1～2A4的電平相同。而當1G〔或2G〕為高電平時，輸出1Y1～1Y4〔或2Y1～2Y4〕為高阻態(tài)。經(jīng)74LS244緩沖后，輸入信號被驅動，輸出信號的驅動能力加大了。74LS244緩沖器主要用于三態(tài)輸出的存儲地址驅動器、時鐘驅動器和總線定向接收器和定向發(fā)送器等。常用的緩沖器還有74LS240，241等。圖3.574LS244邏輯電路圖74LS244的極限參數(shù)如下:電源電壓 ………………7V 輸入電壓 ………………5.5V 輸出高阻態(tài)時高電平電壓 ……………5.5V利用上述器件設計的顯示電路如圖3.6所示。8個共陽的LED數(shù)碼管〔S0-S7〕同名的引腳連接在一起，由單片機P0口通過74LS244驅動〔段控制〕，R12-R19為限流電阻。單片機P2口的8個引腳分別通過三極管Q0-Q7控制8個LED數(shù)碼管的公共端〔位控制〕。單片機的主時鐘為12MHz。P0口和P2口都是準雙向口，輸出時需要接上拉電阻。P0內部沒有上拉電阻，P2口內部有弱上拉。所以P0口外圍電路設計為低電平有效，高電平無效。要使數(shù)碼管S0-S7的其中一個亮，其對應的P2端口要置高，P2的其余端口置低。如要讓S0數(shù)碼管亮，那么要將P2.0置高，P2.1-P2.7置低即可。系統(tǒng)將定時把顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送出，在數(shù)碼管LED上顯示。圖3.6顯示電路3.5穩(wěn)壓電源設計如圖3.7所示為5-12V連續(xù)可調穩(wěn)壓電源，采用L4960芯片制作的輸出電流可達10A，輸出電壓在5－12V間連續(xù)可調，是一個實用的開關型穩(wěn)壓電源。其工作原理為：220V交流電源經(jīng)變壓器T1降壓，橋堆VD1整流，C1、C2濾波后得到一直流電壓。IC第①、②腳為直流電壓輸入端，其最高輸入電壓為+40V。該直流電壓經(jīng)IC內部的振蕩器調制為200kHz左右的高頻開關電壓，振蕩器的開關頻率由外接振蕩電容器C4決定。當C4的值取為3300pF時，電源的開關頻率約為200kHz；R3、C6為環(huán)路調節(jié)放大器的頻率補償網(wǎng)絡，由第7腳輸入。IC第④腳為抑制輸入端，其閉鎖電壓的閾值為0.7V，輸出電壓經(jīng)取樣電阻R2反應至第④腳后與R1比擬，當閾值電壓大于0.7V時，輸出關閉，起到短路過流保護作用。第6腳為輸出電壓調節(jié)控制端，由電位器RP1及電阻R4將輸出電壓分壓后得到調節(jié)電壓檢測值，調節(jié)電位器RP1可控制輸出電壓的大小，輸出電壓值可由公式：VO=Vref進行估算。其中，Vref為基準電壓，為2.1V。IC為專用開關型穩(wěn)壓集成電路L4960，其外殼接地并接散熱器。IC外圍電路中，除振蕩電容C4選擇高頻電容器外，電阻R1、R2應選擇允許偏差＜1％的高精度金屬膜電阻外，其余元件無特殊要求，按圖中參數(shù)選取小型器件即可。由于輸出電壓為高頻開關式，因此IC和功率三極管VT所需的散熱器僅為普通穩(wěn)壓電源的三分之一，且性能遠遠高于普通的穩(wěn)壓電源。圖3.75-12V連續(xù)可調穩(wěn)壓電源電路3.6串行通信模塊設計STC89C51單片機有一個全雙工的串行通信口，以便于單片機和電腦之間進行串口通信。為了與計算機進行通訊，設計了RS232串行通信接口，將該接口與PC機的串口連接，可以實現(xiàn)單片機與PC機的串行通信，進行雙向數(shù)據(jù)傳輸。進行串行通信要滿足一定的條件，比方電腦的串口是RS232電平〔-5至-15V為1，+5至+15V為0〕，而單片機的串口是TTL電平〔大于+2.4V為1，小于+0.7V為0〕，兩者之間必有一個電平轉換電路，圖3.8用MAX232集成電路實現(xiàn)RS232電平與TTL電平的相互轉換。此串行通信功能模塊完成源程序代碼下載到STC89C51芯片中，它需要和微機上的ISP下載器軟件配合使用來完成這樣的功能。系統(tǒng)總電路為以上硬件各功能模塊的有機結合，如圖3.9所示。圖3.8MAX232串行通信圖3.9系統(tǒng)總電路4系統(tǒng)軟件設計本設計軟件主要為主程序、數(shù)據(jù)處理顯示程序、按鍵程序設計、定時器中斷效勞程序四個局部。〔1〕主程序主要完成初始化功能，包括LED顯示的初始化，中斷的初始化，定時器的初始化，存放器、標志位的初始化等。主程序流程圖如圖4.1所示。〔2〕數(shù)據(jù)處理顯示模塊程序。此模塊中單片機對在1秒內的計數(shù)值進行處理，轉換成r/min送顯示緩存以便顯示。具體算法如下:設單片機每秒計數(shù)到n個值，即n/2(r/s)(圓盤貼兩個磁鋼)。那么n/2(r/s)=30n(r/min)。即只要將計數(shù)值乘以30便可得到每分鐘電機的轉速。數(shù)據(jù)處理顯示模塊流程圖如圖4.2所示。圖4.1主程序流程圖圖4.2數(shù)據(jù)處理顯示模塊流程圖圖4.3按鍵程序流程圖〔3〕按鍵程序設計。按鍵程序包括按鍵防抖動處理、判鍵及修改工程等程序。按鍵流程圖如圖4.3所示。〔4〕定時器1中斷效勞程序設計。定時器1完成計時功能，定時50ms，進行定時中斷計數(shù)并每隔1s更新一次顯示數(shù)據(jù)。流程圖如圖4.4所示。圖4.4定時器1中斷效勞程序流程圖5制作調試5.1硬件調試硬件調試時先分步調試硬件中各個功能模塊，調試成功后再進行統(tǒng)調。安裝固定電機和霍爾傳感器時，粘貼磁鋼需注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘貼之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。霍爾傳感器探頭要對準轉盤上的磁鋼位置，安裝距離要在10mm以內才可靈敏的感應磁場變化。在磁場增強時霍爾傳感器輸出低電平，指示燈亮；磁場減弱時輸出高電平，指示燈熄滅。當電機轉動時，感應電壓指示燈高頻閃爍，所以視覺上指示燈不會有多大的閃爍感。當給NJK8002D型霍爾傳感器施加15V電壓時其輸出端可以輸出4V的感應電壓。輸出幅值為4V的矩形脈沖信號。LM358整形電路調試：在焊接硬件電路時需細心排除元器件和焊接等方面可能出現(xiàn)的故障，元器件的安裝位置出錯或引腳插錯都可能導致電路短路或實現(xiàn)不了電路應有的功能，甚至燒壞元器件。為方便調試，用信號發(fā)生器產(chǎn)生的1KHz的正弦信號送給LM358整形電路，調試直到可以輸出矩形脈沖信號為止，該整形電路調試即可完成。然后以此信號為測試信號送給單片機系統(tǒng)，進行測量、顯示等其他功能的調試。5.2軟件調試測量系統(tǒng)與PC機連接時一定要先連接串行通信電纜，然后再將其電源線插入USB接口；撤除時先斷開其電源，再斷開串行通信電纜，否那么極易損壞PC機的串口。在進行軟件編程調試時需要用到單片機的集成開發(fā)環(huán)境MedWinV2.39軟件，編程時極易出現(xiàn)誤輸入或其他的一些語法錯誤，最重要的還有一些模塊無語法錯誤卻達不到預期的功能，都要經(jīng)過調試才能排除。MedWinV2.39軟件具有很強大的編程調試功能，能夠模擬仿真實際單片機的端口和內部功能部件的狀態(tài)值。該軟件中有硬件調試和軟件調試功能，可以觀察單片機內存單元對應的運行值，可以顯示單片機端口、中斷、定時器1、定時器2還有串口對應的運行值。可以單步調試也可以模塊調試，最好的是可以對你所疑心的語句模塊設置斷點。MedWinV2.39具有的強大的編譯調試功極大地方便了對軟件局部的調試。在具體調試過程中，系統(tǒng)將各功能模塊如數(shù)據(jù)處理程序、按鍵程序設計、中斷效勞子程序、LED顯示程序分別分開進行調試，最后進行主程序的整體調試。編譯無誤后生成目標代碼BIN文件采用STC單片機下載軟件STC-ISP將其下載到實驗板的單片機中。下載軟件的最后一步：點擊軟件STC-ISP界面中的[下載]按鈕，在點擊前一定要保持實驗板的串行通信線及電源線與PC機連接良好，并且實驗板的電源開關處于關閉狀態(tài)，然后點擊[下載]按鈕，再翻開實驗板電源開關，此時軟件將自動完成程序下載。最后將硬件和軟件結合起來整體調試實現(xiàn)系統(tǒng)的測速功能。6測試結果分析 設計根本完成題目中的各項要求，其中電機轉速的測量比擬精確，與實際轉速相差10轉/分左右，精度在全量程范圍內優(yōu)于10轉/分，存在一定的誤差，經(jīng)分析主要是由以下原因造成：1)由于電機的轉盤是采用塑料盤片磨制而成，高速旋轉時容易打飄不穩(wěn)，導致獲得的脈沖信號頻率與實際轉速有一定的誤差。 2)中斷處理的進入和中斷處理程序都會有一定時間的誤差，從而導致定時時間的誤差，這也是造成測量誤差的一個因素。 3)在固定裝置時，由于是手動操作，從而導致初始獲得信號有一定的時差。結論霍爾傳感器具有不怕灰塵、油污，安裝簡易，不易損壞等優(yōu)點，在工業(yè)現(xiàn)場得到了廣泛應用。利用霍爾傳感器設計的轉速測量系統(tǒng)以單片機STC89C51為數(shù)據(jù)處理核心，采用定時器定時中斷的方法實現(xiàn)計數(shù)，對測量數(shù)據(jù)進行計算得到轉速數(shù)據(jù)，并將結果送數(shù)碼管顯示。整個測量系統(tǒng)硬件電路簡單，容易調試，軟件局部編程采用C51，有較高的編程效率。測試結果說明對電動機轉速的測量精度較高，根本能夠滿足實際的測試需要，有一定的實際應用價值。參考文獻[1]何希才,薛永毅.傳感器及其應用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.1[2]譚浩強.C程序設計〔第二版〕[M].北京：清華大學出版社，1999[3]謝嘉奎,宣月清,馮軍.電子線路[M].北京：高等教育出版社，2004[4]康華光.電子技術根底[M].北京：高等教育出版社，2004[5]胡斌.圖表細說電子元器件[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.5[6][德]克勞斯·貝伊特.電子元件[M].北京：科學出版社，1999.8[7]余錫存,曹國華.單片機原理與接口技術[M].西安：西安電子科技大學出版社,2000.7致謝附錄A局部程序清單://============源代碼_HYTC================================================================#include<reg51.h>#include<stdio.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//#include<AT89X52.H>//constucharcodetab1[]={0x48,0xeb,0x52,0x62,0xe1,0x64,0x44,0xea,0x40,0x60};//constucharcodetab2[]={0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01};//ucharbuf[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};//unsignedcharcodedispbit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};unsignedcharcodedispbit[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};//unsignedcharcodedispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40};unsignedcharcodedispcode[]={0x48,0xeb,0x52,0x62,0xe1,0x64,0x44,0xea,0x40,0x60,0xff,0xbf};uchardispbuf[8]={0,0,0,0,0,0,10,10};uchartemp[8];uchardispcount;ucharT0count;uchartimecount;bitflag;unsignedlon