基于霍尔传感器的转速表设计与制作毕业答辩教材课件.ppt

1、主要内容1 绪论2 系统的方案设计 2.1 系统总体方案 2.2 测速方法介绍3 系统硬件电路设计 3.1 单片机及最小系统 3.2 霍尔器件 3.3 显示电路设计及液晶显示原理 3.4 蜂鸣报警电路4 软件设计 4.1 软件系统总体设计 4.2 系统主程序 4.3 显示子程序及转速计算程序 4.4 中断子程序 4.5 按键子程序 4.6 报警子程序5 调试与仿真 5.1 Proteus仿真 5.2 硬件制作与调试 5.3 设计中的不足基于霍尔传感器的转速表设计与制作基于霍尔传感器的转速表设计与制作绪论目前国内外普遍采用的是非接触式的电子与数字化的测速目前国内外普遍采用的是非接触式的电子与数字

2、化的测速仪表。采用霍尔传感器结合单片机这一测速技术即属于非仪表。采用霍尔传感器结合单片机这一测速技术即属于非接触式的测量方法。由于霍尔器件具有对磁场敏感、体积接触式的测量方法。由于霍尔器件具有对磁场敏感、体积小、频率响应宽、结构简单小、频率响应宽、结构简单 、耐污染、输出电压变化大和、耐污染、输出电压变化大和使用寿命长等优点，使其在测速市场中亦占有较大的份额，使用寿命长等优点，使其在测速市场中亦占有较大的份额，在工业生产、科技教育、民用电器等应用领域已越来越广在工业生产、科技教育、民用电器等应用领域已越来越广泛。泛。本课题的主要任务是完成转速测量系统硬件和软件的设计，运用本课题的主要任务是完成

3、转速测量系统硬件和软件的设计，运用AT89S52AT89S52单片机设计一种全数字化测速系统。从尽量提高精度简单易行单片机设计一种全数字化测速系统。从尽量提高精度简单易行的角度出发，设计一个可行的、可用的、可靠的方案，并分析其产生误的角度出发，设计一个可行的、可用的、可靠的方案，并分析其产生误差的原因，同时分析电路的工作原理，根据出现的具体情况提出修改方差的原因，同时分析电路的工作原理，根据出现的具体情况提出修改方案。案。系统方案设计系统的总体方案测速的具体的思路是在非磁材料的圆盘上粘贴两块磁钢，将霍尔传感器固定在圆盘外缘，当电机转动时，磁钢经过霍尔传感器正下方，磁通密度便发生改变，电机每转动

4、一圈，霍尔传感器便会输出两个脉冲，随着转盘的不断转动，就不断产生脉冲信号，将其送入单片机处理转化为计数脉冲，易知脉冲信号的频率与转动速度成正比，根据单位时间间隔内的脉冲数，就可计算出被测电机转速。测速原理160nmTP 式中n表示转速单位：（转/分）；T表示定时时间单位：（秒）；m1表示产生的脉冲个数；P表示物体每转产生的脉冲数。在规定的检测时间内，根据霍尔传感器所产生的脉冲信号的个数来确定转速。在一定时间T内，测量脉冲发生器产生的脉冲数m1来测量转速。AT89S52单片机AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度

5、非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工

6、作停止，直到下一个中断或硬件复位为止 AT89S52封装时钟电路单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊的工作。时钟电路是单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。本设计采用30pf的电容，晶振的频率采用12MHZ,时钟电路在本系统中采用并联方式，最后连接在单片机的18脚和19脚，其电路图见上图。复位电路单片机在启动运行时都需要复位，复位使中央处理器CPU和内部其他部件处于一个确定的初始状态，从这个状态开始工作。当单片机执行程序出错或进入死循环时，也可重新启动。单片机有一个复位引脚RST，高电平有效。在时钟电路工作以后，当外部电路使得RST端出现2个机器周期（24个时钟周期）以上

7、的高电平，系统内部复位。本系统采用按钮复位电路，原理图如上图所示。霍尔效应与霍尔器件如图所示，在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压VH，如图所示。这种现象就是霍尔效应，VH 称为霍尔电压。常用的霍尔器件有：霍尔线性器件和霍尔开关器件。霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器、斯密特触发器和输出级组成。其输入为磁感应强度，输出是一个数字电压讯号 液晶显示原理与显示电路设计液晶显示器是以液晶为基本材料的组件，由于液晶是介于固态和液态之间，不但具有固态晶体光学特性，又具有液态流动特性，所以液晶可以说是处于一个中间状态的物质。而要了解液

8、晶的所产生的光电效应，我们必须先来解释液晶的物理特性：当通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。液晶显示电路设计：蜂鸣报警电路设计报警模块主要负责蜂鸣报警，电路比较简单，声音报警由单片机引脚接上拉电阻，晶体管及扬声器构成。程序设计软件的总体设计整个软件系统由主程序、键盘扫描子程序、中断子程序、转速值计算显示子程序、蜂鸣器子程序等组成。框图系统主程序主程序主要完成系统初始化功能，包括LCD显示初始化，定时/计数器初始化，中断开、关等功能。流程图void main()uchar dat=0;float M_dat=0.0;ini

9、t_1602();dis_Mileage();TMOD=0X01;/设置方式寄存器工作方式 TH0=(65536-1000)/256;TL0=(65536-1000)%256;ET0=1;允许T0中断TR0=1;/启动T0IT0=1;/边沿触发中断EX0=1;部分主程序转速计算及显示子程序TI计数器测得的脉冲数通过计算，转化为转速值，TI获得的脉冲数N为定时100ms所得到的值，电机每转动一圈，产生两个脉冲。由式2-3知，转速值num=N/（TP）(转/秒)，故num=N/(0.1*2)=5N。转化成分钟应该是300N。T0用于定时工作方式，其定时时间为：T=（216-T0的初值）机器周期。本

10、设计采用的是12MHz的晶振，则机器周期为1s，定时器T0定时为1ms，可得 出TH0=(65536-1000)/256;TL0=(65536-1000)%256。TI用于计数工作方式，初始化时为清零状态，即TH1=0 x00；TL1=0 x00。计数的最大长度为：216=65536，即在规定时间（100ms）内外部脉冲个数不超过65536。要计100个数时，TH0和TL0中应该装入的总数是65536-100=65436.，把65436对256求模的结果（65436/256=255）装入TH0中；把65436对256求余的结果（65436/256=156）装入TL0中。初值计算中断程序定时中断

11、程序主要负责完成定时、计数功能。在中断程序中，定时100ms,用T0-num对定时的时间进行计数，每1ms就加1，当计数值到了100时，此时定时100ms,关闭中断，T0-num清零。在每一次定时过程中，都对键盘进行扫描。此时计数器T1统计在100ms内所得到的脉冲数，然后通过转速值计算子程序对得到的脉冲数进行计算，得到每秒的转速，再通过显示子程序把得到的数值显示出来。最后重置T0、T1值，并重新开启中断。中断程序流程图按键程序扫描法：一般确定键盘上哪个按键按下常用行扫描法，又称为逐行或列扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法。其工作过程可以一般分为两步：第一步是CPU上检测键盘上是否有键按下

12、；第二步是识别是哪个键按下。判断键盘中有无键按下需要将全部行线（本设计电路按键只有一行）置低电平，然后检测列线的状态，只要有一列的电平为低则表示键盘中有键按下且闭合的键位于低电平线与行线相交叉的按键之中，若所有列线均为高电平则键盘中无键按下。流程图：报警子程序 报警程序要实现的功能是：当所测的的转速值超过设定的转速值时，蜂鸣器发声报警，当转速小于设定的值时蜂鸣器不响应。流程图：调试与仿真Proteus软件是世界上著名的EDA工具，一般利用Proteus实现单片机系统仿真的过程分为两步：（1）Proteus电路设计利用已完成的电路原理图在Proteus平台上进行单片机系统电路设计、选择元器件、接

13、插件、连接电路和电气检测等。（2）Proteus仿真在Proteus平台上加载经keil软件编写，编译形成hex文件，开始实现单片机系统的实时交互、协同仿真，并对仿真过程中反应的问题进行适当的处理和改进。（简称Proteus仿真）。Proteus仿真Proteus仿真电路图焊接和调试焊接：焊接前应先制版，制版的流程是：打印PCB图纸，选取合适的覆铜板；将PCB图纸转印到铜板上，然后利用FeCL3腐蚀液进行腐蚀。用万用表检查板子无误后，进行打孔焊接元器件。调试：硬件调试主要是针对转速测量系统的单片机硬件电路进行调试，这一部分硬件调试主要分成两大块：上电前的调试和上电后的调试。上电前主要使用万用表，用来完成检测电路中是否存在断路或短路情况等，特别是液晶显示连接部分，对照着原理图，一部分一部分用万用表测量，确定焊点之间没有短接在一起。上电调试是校验电路是否接错，各个器件是否按照设计正常工作。调试结果由于没事先设置报警值（默认500r/min）通电后蜂鸣器发出刺耳的声音，采用变阻器调节电机的转速不易操作。通过调试可知系统实现了以下功能：（1）在LCD液晶显示器上实时显示测得的转速值。（2）按键时各个按键的功能完全实现。（3）超过了设定的报警值时蜂鸣器报警