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1、课程设计说明书 第 页I传感器脉冲信号处理电路设计摘 要介绍了一种基于单片机平台，采用霍尔传感器实施电机转速测量的方法，硬件系统包括脉冲信号产生，脉冲信号处理和显示模块，重点分析，脉冲信号处理电路，采用 c 语言编程，通过实验检测电路信号。关键词：霍尔传感器；转速测量；单片机课程设计说明书 第 页II目目 录录1 绪论绪论11.1 课题描述.11.2 基本工作原理及框图.12 相关芯片及硬件电路设计相关芯片及硬件电路设计12.1 系统的主控电路12.2 STC89C52 单片机介绍.22.2.1 STC89C52 芯片管脚介绍.32.2.2 时钟电路.42.3 单片机复位电路.52.4 霍尔传
2、感器电机采样电路.62.4.1 A3144 霍尔开关的工作原理及应用说明.62.4.2 霍尔传感器测量原理.72.5 电机驱动电路.82.6 显示电路.83 软件系统设计软件系统设计93.1 软件流程图.93.2 系统初始化.103.3 定时获取脉冲数据.113.4 数据处理及显示.123.5 C 语言程序13总总 结结17致谢致谢18参考文献参考文献19课程设计说明书 第 1 页1 绪论绪论1.1 课题描述在工农业生产和工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，
3、而且系统非常不灵活、调试困难。数字式通常采用光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。单片机技术的日新月异，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。本课题，是要利用霍尔传感器来测量转速。由磁场的变化来使霍尔传感器产生脉冲，由单片机计数，经过数据计算转化成所测转速，再由数码管显示出来。1.2 基本工作原理及框图本课程设计的电机采用直流电机，然后利用霍尔传感 A3144 对电机的转速进行采样从而输出脉冲信号。主
4、控芯片采用 STC89C52 单片机，对脉冲个数进行计数并经过数据处理以后得到单位时间内电机转过的转数机电机的转速，再通过显示电路将电机转速显示出来。基本工作原理框图如图 1 所示。电机驱 动电路电机转速 采样电路STC89C5 2 单片机 主控电路显示电路图 1 基本工作原理框图2 相关芯片及硬件电路设计相关芯片及硬件电路设计2.1 系统的主控电路图 2 是该系统的主控单元的电路图。J2、J3、J4、J5 是单片机的 I/O 端口的扩展，预留接口用于调试等。主控芯片采用 STC89C52 单片机，该系统中采用定时器 0 作为定时器，定时器的时间为 1S。定时器 1 作为计数器，对 P35 引
5、脚采集到的脉冲信号进行计数操作，单片机然后对数据进行处理，计算出 1S 内计数脉冲的个数，即电机转速。然后通过显示电路将电机转速显示出来，从而实现整个系统的功能。课程设计说明书 第 2 页T2/P101 T2EX/P112 P123 P134 P145 P156 P167 P178 RST9 RXD/P3010 TXD/P3111 INT0/P3.212 INT1/P3.313 T0/P3414 T1/P3515 WR/P3616 RD/P3717 XTAL218 XTAL119 GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN/P4429AL
6、E/P4530EA/P4631P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40U189C52VCCGND1 2 3 4 5 6 7 8J21 2 3 4 5 6 7 8J31 2 3 4 5 6 7 8J41 2 3 4 5 6 7 8J5P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17P20P21P22P23P24P25P26P27P30 P31 P32 P33 P34 P35 P36 P37VCCP01 P02 P03 P04 P05P00P20 P21 P22 P23 P24 P
7、25 P26 P27P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17P30 P31 P32 P33 P34 P35 P36 P37X2 X1RSTP07P06 P07图 2 单片机主控电路2.2 STC89C52 单片机介绍国芯微电子公司生产的 STC89C52 单片机是为一个 8 位通用的微处理器2，采用 工业标准的 51 内核，工作电压为 5V，在低端的微控制器领域，这个单片机的性能非 常好。采用 CHMOS 制作工艺制作，功耗很低。芯片内部集成了一个可反复擦写 10 万次的只读存储器 ROM 和一个升具有 256 个字节的随机存储器 RAM。随机存储器 （RAM 器件）采用
8、标准 MCS-52 指令系统并且兼容 MCS-51 指令系统。单片机片内部 还集成了一个通用的 8 位中央处理器与一个 FLASH 存储单元，还有定时器、串口中 断、外部中断等外设资源。AT89C52 单片机这些优点使其得大多数设计者的青睐，为 许多嵌入式控制电路提供了一种灵活、实用、经济实惠的设计模式。其引脚图，如下 图 3 所示：课程设计说明书 第 3 页T2/P101 T2EX/P112 P123 P134 P145 P156 P167 P178 RST9 RXD/P3010 TXD/P3111 INT0/P3.212 INT1/P3.313 T0/P3414 T1/P3515 WR/P
9、3616 RD/P3717 XTAL218 XTAL119 GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN/P4429ALE/P4530EA/P4631P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40U189C52图 3 单片机引脚图2.2.1 STC89C52 芯片管脚介绍1 引脚至 8 引脚为单片机端口的输入/输出脚。9 引脚：是单片机的复位引脚。当单片机上电以后，时钟电路开始工作，如果复位引脚出现高电平的时间超过两个机器周期以上，单片机将进入复位状态。10 引脚至 17 引脚是单片机 P3 端口
10、的输入/输出引脚，P3 口与 P2 很相似，不同的是 P3 口有很多第二功能，比如说定时器、外部中断、串口中断、串口通信等功能，在实际应用中，我们对 P3 口的第二功能应用的是比较多的。18、19 引脚分别是时钟电路的输出端、输入端，一般通过 22pF 的瓷片电容接地，为单片机提供时钟新信号，相当于这个系统的心脏。29 引脚一般用于扩展单片机存储器空间。当次引脚输出低电平的时候，选通外部程序存储器。如果输出高电平，则不选择外部存储器，即没有选择存储器扩展功能。单片机上电默认高电平。30 引脚跟 29 引脚差不多，也是单片机的存储空间不足的时候用于，通过使用外部的存储器，来扩展单片机自身存储空间
11、的不足，从而改善单片机存储空间的问题。31 引脚也是跟程序存储器相关的控制端口，在开发应用中一般很少用到，因为随课程设计说明书 第 4 页着社会的发展，单片的发展非常迅速，单片机内部的存储空间是足够用的，所以这些第二功能是很少用到的，并且现在已经有很多更低功耗的单片机，更大的存储器的单片机已经被生产应用，并逐渐占领低端单片机的市场。39 引脚至 32 引脚是 P0 端口的输出输入引脚，其输出端口漏极开漏，与 P2 口结合可作为 16 跟地址总线服用端口。当作为普通的 I/O 端口的时候，需要上上 10K 的拉电阻，否则 P0 端口不能正常工作。40 引脚为 VCC，是给芯片供电的引脚，额定电压
12、为 5V，并且该引脚旁边要加上滤波电路，防止电压波动很大的时候烧毁芯片。20 引脚为 GND，很显然是单片机的接地引脚，为电路各处的电压提供一个基准值。P1 口的部分管脚的第二功能如表 4 所示：表表 4 P1 口的部分管脚的第二功能口的部分管脚的第二功能引脚号第二功能P1.0T 定时器 2 的复用引脚，或者输出一个时钟脉冲P1.1T2/C2 的控制输入引脚 P1.5MOSI 即主出从入，用于 SPI 通信P1.6MISO 即主入从出，用于 SPI 通信P1.7SCK 时钟信号，用于 SPI 通信P3 口的部分管脚的第二功能如表 5 所示：表表 5 P3 口的部分管脚的第二功能口的部分管脚的第
13、二功能引脚号第二功能引脚号第二功能P3.0RXD 串口接收P3.4T0 的外部计数器输入P3.1TXD 串口输出P3.5T1 外部计数器输入P3.2外部中断 0P3.6允许外部写入引脚P3.3外部中断 1P3.7允许外部读取引脚2.2.2 时钟电路图 5 为单片机的时钟单元电路，晶振采用 12MHz，C1 和 C2 均为 22pF 的陶瓷电容。51 单片机会对时钟电路进行 12 分频，给单片机提供机器时钟。时钟电路是单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。单片机就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的。课程设计说明书 第 5 页12X1C1C2GNDX2X1图 5 时钟电路2.3 单片机复位
14、电路图 6 是系统复位电路3，C3 为 10UF 的电解电容，R2 是 10K 的电阻，REST 是低位按键。复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。单片机的复位引脚保持高电平2 个机器周期以上，就会进入复位状态。VCCR2GNDC3 CAPRESTRST图 6 复位电路2.4 霍尔传感器电机采样电路霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。本系统采用开关型霍尔传感器型号为 A3144。其内部集成了信号放大电路、整形电路、输出电路。当霍
15、尔传感器采集到外部脉冲信号以后，通过内部集成小信号放大器课程设计说明书 第 6 页电路把信号放大，然后经过一个施密特触发器整形，最后通过一个集电极开漏的三极管输出。该传感器为开关型霍尔传感器，所以输出为数字信号。由于集电极开漏，所以在应用的电路中，需要加一个 10K 左右的上拉电阻 R1。1 引脚为 VCC，2 引脚为GND，3 引脚为信号输出端。112233J1A3144VCCGNDR1VCCP35霍尔传感器 A3144 电路2.4.1 A3144 霍尔开关的工作原理及应用说明根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件4。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。霍尔传
