單片機轉速測量與顯示裝置

朱立

1 緒言

單片機控制已廣泛應用于工業控制和日常生產與生活中，如機器的運轉速度、車輛的行駛速度、風扇轉速、電機超速報警、洗衣機洗衣模式等。自動控制系統中，轉速的測量是系統的重要環節，也是智能儀器和儀表的重要組成部分。在測量系統中，將所測量到的信息準確地轉換與傳遞給單片機進行下一步的計算、判斷、顯示，并為接下來的自動控制提供準確的數據?？梢哉f轉速的測量與顯示是自動控制系統的基礎環節。本文介紹一種基于單片機AT89C2051、用霍爾元件為轉速傳感器的轉速測量、顯示裝置。

2 構成

轉速測量與顯示裝置的結構和工作原理可用圖1表示：

圖1 轉速測量與顯示裝置的結構和工作原理圖

2.1 單片機

單片機是本系統的核心，本設計以Atmel公司生產的AT89C2051單片機作為主體。AT89C2051片內含2k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，兼容標準MCS-51指令系統；128 Bytes的隨機存取數據存儲器（RAM）；外部雙向輸入/輸出（I/O）口；兩個 16位定時/計數器，5個向量兩級中斷結構；一個全雙工串行通信口；其高性能和簡單的引腳結構為簡化硬件設計提供了條件。但其引腳與AT89C51系列單片機有所不同，其引腳為20腳，省去了AT89C51中的部分引腳從而體積減小，降低了功耗。

2.2 霍爾信號發生器

傳統的轉速傳感器多采用光電傳感器，這里介紹一種較之光電傳感器更為簡單的霍爾傳感器?；魻栃盘柊l生器工作原理如圖2。將霍爾元件（半導體基片）置于磁場中，并通入電流，電流的方向與磁場的方向互相垂直，則在垂直于電流和磁場的霍爾元件橫向兩側就會產生與電流和磁感應強度成正比的電壓。

圖2 霍爾信號發生器工作原理圖

其中：RH----霍爾系數；d----半導體基片的厚度；I----流過霍爾元件的電流；B----磁感應強度；UH----霍爾電壓。

霍爾轉速傳感器流過的電流不變，通過將一塊強磁片植入旋轉部分，使其周期性地改變磁感應強度從而產生周期性的高低電壓 UH。實踐中采用的霍爾元件型號為A04E717，電源電壓為5V，所產生的脈沖信號可直接送給單片機輸入計數。

2.3 轉速顯示接口

顯示接口電路是單片機系統中的主要人機接口之一?？紤]到本裝置只用于簡單顯示轉速，所以選用具有工作電壓低、發光控制簡單等特點的4位7段共陽數碼管顯示塊。采用單片機譯碼后直接通過P1.0～P1.7送到LED顯示塊顯示，而其顯示方式是使用位選法、采用循環顯示，系統電路如圖3。

3 軟件設計

3.1 測速原理

測量轉速時用計時/計數器 T0和 T1。T0作計數器，計錄傳感器輸出的D（按轉速范圍設置）個轉速脈沖，由中斷或軟起動，設轉速傳感器每轉一圈產生C個脈沖。（C可以是4、2或1，由每圈植入的磁片數決定）。設被測機械的轉速為 n（轉/分，或n/60轉/秒）。則D個脈沖所占的時間為：

T1作計時器，計錄D個轉速脈沖時間內的標準脈沖CLK的個數，設為X，所占有的時間為脈沖數和脈沖周期T的積：X.T（晶振為12MHz，則12分頻后T為1us）。由于T0輸出OUT0的反相作T1的門控信號GATE1，這一時間和T0測量D個轉速脈沖時間相等，則有：

3.2 軟件設計

轉速測量、顯示的程序框圖表示如圖4所示，不詳述。

圖4 轉速測量、顯示的程序框圖

圖3 系統電路圖

4 結束語

基于單片機AT89C2051和霍爾傳感器A04E717的轉速測量與顯示裝置，具有簡單、實用、成本低廉、制作簡單等特點，同時測量準確度高，是既經濟又實用的轉速測量、顯示解決方案，同時也可為其他有關轉速控制提供準確數據。