1、目 录中文摘要 .I英文摘要 .II1 绪论 .12 系统总体设计 .32.1 硬件电路的总体设计 .32.2 软件的总体设计 .33 硬件设计 .53.1 传感器电路 .63.1.1 霍尔传感器工作原理 .63.1.2 霍尔传感器测速装置的设计 .73.1.3 隔离电路 .93.2 逻辑控制电路 .113.2.1 单片机工作原理 .113.2.2 时钟电路 .133.2.3 复位电路 .133.3 显示电路 .143.3.1 液晶显示器工作原理 .143.3.2 液晶显示器与单片机的连接电路 .164 软件设计 .174.1 主函数程序设计 .174.2 单片机外部中断和定时器子程序 .18
2、4.3 显示子程序 .205 硬件调试及软件仿真 .225.1 硬件调试 .225.2 软件调试 .23结束语 .25致谢 .26参考文献 .27转速测量系统的设计及实现I转速测量系统的设计及实现摘 要在现代的工、农业生产中经常需要关注电动机的转速，而对电动机转速的实时监测显得尤为重要。随着科学技术的飞速发展，微型计算机得到了广泛的应用，特别是高性能/价格比的单片机的出现，针对电动机的转速测量大量采用以单片机为核心的智能化实时测量。本课题主要是针对转速测量系统的硬件和软件的设计。运用 AT89S52 单片机、霍尔传感器、LCD1602 液晶显示器等器件设计出一种智能化测速系统。通过对比各种传感
3、器的优缺点、性价比，选出最优方案，实现了对电动机转速的可靠检测。本文重点是测量速度并在 LCD 液晶显示屏上显示。该设计的优点是硬件电路简单、软件模块较成熟、测量的速度比较快、测量的精度比较高、整个系统稳定可靠、性价也比较高等特点。关键词 单片机/测速/霍尔传感器/LCD 显示转速测量系统的设计及实现IIThe Design and Implementation ofthe speed measurement systemABSTRACTIn the modern industrial and agricultural production often need to focus on the
4、 speed of the motor, and real-time monitoring of the motor speed is particularly important. With the rapid development of science and technology, microcomputer has been widely used, and the emergence of the microcontroller is a high performance / price ratio for a large number of motor speed measure
5、ment using a microcontroller as the core of the intelligent real-time measurement.The main subject of the speed measurement system hardware and software design. AT89S52 microcontroller, Hall Sensor, LCD1602 LCD monitors and other devices designed an intelligent speed system. Select the optimal solut
6、ion, by contrast the advantages and disadvantages of the various sensors, cost-effective, and reliable detection of the motor speed. This article focuses on the measurement speed is displayed on the LCD screen. The advantage of this design is the hardware circuit is simple, more mature software modu
7、les, high speed, high precision, stable and reliable control system, high cost performance.KEY WORDS Microcontroller Unit ,Velocimetry ,Hall sensor , LCD display转速测量系统的设计及实现11 绪论随着工业自动化的深入发展，现代的工业生产越来越多的趋向于信息化、智能化。而工业生产的动力部分使用了大量的电动机，信息化、智能化的控制方案对电动机转速的精度要求越来越高。故高精度、高速度、高性价比的智能化电机测试装置，有了强大的需求市场。目前工业
8、现场的电机测速转置有测速发电机系统、磁电式测速系统、光电试测速系统等。测速发电机测试装置是一种模拟式的测速方法，得到的信号是连续的模拟量。不能很好地实现智能化的实时测速。而且测速发电机成本很高，它本身的制造的又会消耗大量的有色金属，故测速发电机的性价比不是很高。但在恶劣的电磁环境中仍有很大的使用价值。磁电式测速装置是利用电磁感应原理，当电磁测速装置和电动同轴转动时，改变旋转体内部线圈的磁通量，这样使得线圈的两端产生感应电压，这样就可以测出电机转速。当电动机的转速变慢时，电磁测速装置的转速也将同时变慢，使得旋转体内部线圈磁通量的变化率急速下降。线圈两端产生的感应电压将会非常小，这样就不能准确的测
9、出电动机的转速。这种测速装置在高速度的电机测量系统有一定的利用价值。当电动机的转轴上带有齿轮装置时，可以使用光电式测速装置。光电式测速装置的工作原理是利用光电试传感器检测齿轮的齿数来计算电动机的转速的，是一种间接的测速方法。光电式测速装置有较广的测速范围，但也有它致命的缺陷。在一些间隙较小、光泽度相同或光泽度对比不明显的被测物体上面是会产生较大的误差。所以基于霍尔传感器的电动机转速测量装置将会是其很好的替代品。基于霍尔传感器的电动机转速测量装置，测量精度比较高、频率比较快、成本比较低且使用起来简单方便。最值得注意的是霍尔器件对外部环境的适应很强，其工作温度最高可以达到 150C。与 AT89S
10、52 单片机配合使用，能很好的实现对电动机转速的实时智能检测。基于霍尔传感器的电动机转速测量系统硬件电路比较简单，而且硬件电路的调试和检测也比较容易。本系统软件的编程设计采用 C51 语言，并采用模块化的编程思想，这样的软件设计有较高的编程效率。故本次设计采用基于霍尔传感器的电动机测速方案。运用 AT89S52 单片机、霍尔传感器、LCD1602转速测量系统的设计及实现2液晶显示器等器件设计出一种智能化测速系统。通过对比各种传感器的优缺点、性价比，选出最优方案，实现了对电动机转速的可靠检测。测试结果表明对电动机转速的测量精度还是比较高的，基本能够满足本次设计的测试需要，并有有一定的实际应用价值
11、。本次的系统设计主要分为三个部分，硬件电路设计、软件设计和系统的仿真调试。硬件电路的组成主要分为 AT89S52 单片机、霍尔传感器测速装置、小型直流电动机、反相器 74LS、LCD1602 液晶显示电路构等。软件设计采用模块化的设计思路，共分为主程序模块、中断模块、定时模块和显示模块。在编程时应该对主要的程序模块进行注释加以说明，这样方便以后的修改和阅读。该系统利用霍尔传感器产生脉冲信号，通过定时算法程序，将转速结果实时显示出来。转速测量系统的设计及实现32 系统总体设计2.1 硬件电路的总体设计参考前人曾经设计出的的经典电路，并选出适合本系统相关的电路模块。利用ProtelDXP 软件并严
12、格依照系统的总体设计任务书对硬件电路进行设计，并选出适合的单片机型号，确定出系统中具体需要使用的元器件型号和个数，列出元器件清单。利用 ProtelDXP 软件设计出系统的电路原理图并生成 PCB 图纸。AT89S52 单片机通过外部中断 接收来自霍尔传感器的脉冲信号， P0 口 P2口接液晶 LCD1602 的显示。霍尔传感器检测和转换电路电路、LCD1602 液晶显示电路、单片机复位电路、时钟电路、隔离电路等设计模块将会在下面的章节中有更详尽的介绍。系统的总体设计如图 2-1。图 2-1 系统的总体设计框图2.2 软件的总体设计本系统软件部分的设计主要是对定时器 T0 和 AT89S52
13、的外部中断 的设定。电动机的转速测量装置利用霍尔效应产生一系列的周期脉冲，向 AT89S52 单片机的单片机复位电路 AT89S52逻辑运算单元LCD 液晶显示电路单片机时钟电路 霍尔传感器检测和转换电路电路转速测量系统的设计及实现4的外部中断 （P3.2 ）口发送一系列的中断信号，对定时器 T0 的 TH0、TL0 设定初值并使定时器 T0 工作在内部定时状态。调用数据处理子程序并计算出电动机的转速，再调用液晶 LCD1602 的显示子程序，在液晶 LCD1602 上实时的显示电动机的转速。系统转速部分的软件设计思路：AT89S52 单片机的外部中断 （P3.2 ）口接收霍尔传感器的脉冲信号
14、，故软件的设计主要是对外部中断 （P3.2）口的脉冲信号进行处理。首先应设计出系统的主函数模块的工作流程图，并依次设计出外部中断 （P3.2 ）的服务程序子程序，对其脉冲数进行记数和计算。调用数据转换子程序，然后送液晶显示器 LCD1602 显示。本系统使用的 AT89S52 型单片机需要的晶振频率为 12MHZ。在下面的章节中会对本系统软件的具体设计作详细的介绍。转速测量系统的设计及实现53 硬件设计1879 年，美国物理学家霍尔（EHHall，18551938）经过大量的实验发现：如果让一恒定的电流通过一金属片，并将薄片至于强磁场中，在金属片的另外两侧将产生于磁场强度成正比的电动势。这个象
15、限就是我们现在所讲的霍尔效应。但是霍尔效应在金属物体内部通常是非常微弱的，故在当时人们并没有对这种现象加以重视。二十世纪中期以后，第三次信息革命爆发。由于大规模集成电路的制造工艺有了很大的提升，半导体的制造工艺也得到了迅猛发展，与此同时霍尔效应比金属物体十分明显的半导体材料也被人们大量发现。砷化镓、硅、锑化铟等材料的霍尔元件也在工厂中被大量的制造出来。本次论文正式基于霍尔传感器的霍尔效应，把电动机的转速转化成对应比例的脉冲电压，利用 AT89S52 型单片机对电动机脉冲进行技术处里，并在 LCD1602 液晶显示器上实时地显示电动机的转速。系统总的电路原理图如图 3-1。转速测量系统的设计及实
16、现6EA/VP31XTL928RS.7(D)WIN045OGCYuFpKBHvs信*图 3-1 系统电路原理图3.1 传感器电路3.1.1 霍尔传感器工作原理当金属或半导体的薄片器件放置在一定的磁感应强度的磁场中，并保证金属或半导体薄片垂直于磁场方向放置，当电流大小为 I 的电流源通过金属或半导体薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 E，这种现象称为霍尔效应（Hall Effect） ，该电动势成为霍尔电动势（ Hall EMF） ，上述半导体薄片称为霍尔元件（Hall Element） 。用霍尔元件做成的传感器也被称为霍尔传感器（ Hall Transducer） ，霍尔效应示意图如图 3-2 所示。
