基于霍尔传感器的单片机测速装置设计

滨江学院毕业论文〔设计〕题目基于霍尔传感器的单片机测速装置设计院系电子工程系专业电子信息工程学生姓名学号20232305927指导教师李鹏职称副教授二Ｏ一二年五月三十一日目录1概述31.1课题背景31.2本设计课题的目的和意义41.3设计的要求42设计原理和方案42.1霍尔传感器的介绍42.1.1霍尔效应52.1.2霍尔器件52.1.3霍尔传感器的分类62.1.4霍尔传感器的特性72.2霍尔测速设计原理82.2.1转速测量的方法82.2.2各种转速测量的优缺点82.2.3检测局部92.2.4处理局部92.2.5显示局部92.3系统总体设计方案103硬件设计103.1电源局部103.2霍尔测速装置113.3转速信号处理电路133.4单片机系统133.5ISP下载接口143.6LCD液晶显示电路143.6.1LCD显示的根本原理153.6.21602LCD的根本参数及引脚功能154软件设计165设计仿真175.1Proteus简介175.2Multisim软件简介195.3Keil软件简介216总结22致谢24附录一26附录二27基于霍尔传感器的单片机测速装置设计赵文婷南京信息工程大学滨江学院，南京210044摘要：本文设计了一个基于HZL201霍尔齿轮传感器的单片机测速装置，整个设计由一种测量转速装置，转速信号处理电路，通过8050三极管对信号整形处理，将脉冲信号转化为标准的TTL电平，便于AT89S52单片机的计数运算，并能够将转速信号显示在液晶显示器上。运用Keil软件进行单片机的C语言编程，并且通过Proteus软件仿真单片机与显示结果，验证了本设计的可行性。该测速装置具有线路简单、实时性好、本钱低、安装调试方便和节省空间等特点，尤其是在测量空间有限、轴偏心或传感器不便安装的条件下，该测量方法有明显的优势。关键词：霍尔传感器；速度测量；单片机；系统设计1概述1.1课题背景在我们的日常生活中，霍尔传感器被广泛应用。例如，在翻盖或是滑盖的中，用来检测盖翻开或是滑动的器件就是霍尔传感器；再如，在电脑键盘上，实现光标移动的滚动键就是由霍尔传感器组成的；还有，在汽车变速箱、电动门窗等需要电机的部件中也有霍尔传感器的应用。我们在每天的生活中都在与霍尔传感器打交道。传统式的转速测量通常是采用测速发电机为检测元件，这种方法是模拟式的，因此其得到的信号是电压信号，其抗干扰能力差，灵活性差。随着微型计算机的广泛应用，现在的转速测量普遍采用了以单片机为核心的数字化测量，其通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件。转速是工程中应用非常广泛的一个参数，其测量方法较多，而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法，这种测量方法已不能适应现代科技开展的要求，在测量范围和测量精度上，已不能满足大多数系统的使用。随着大规模及超大规模集成电路技术的开展，数字系统测量得到普遍应用，特别是单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，使得全数字测量系统越来越普及，其转速测量系统也可以用全数字化处理。在测量范围和测量精度方面都有极大的提高。因此，本课题的目的是：对各种测量转速的根本方法予以分析，针对不同的应用环境，利用80C51系列单片机设计一种全数字化测速系统，从提高测量精度的角度出发，分析讨论其产生误差的可能原因，为今后的实际使用提供借鉴。并从实际硬件电路出发，分析电路工作原理和软件流程，根据仿真情况提出修改方案和解决方法。本设计以单片机为中心，设计的全数字化测量转速系统，在工业控制和民用电器中都有较高使用价值。其可以应用于工业控制中的某一局部，如数控车床的电机转速检测和控制、水泵流量控制以及需要利用转速检测来进行控制的许多场合。如车辆的里程表、车速表等。其次该转速测量系统由于采用全数字化结构，因而可以很方便的和工业控制计算机进行连接，实行远程管理和控制，进一步提高现代化水平。并且，几乎不需做很大改变直接就能作为单独的使用产品。总之，转速测量系统的研究是一件非常有意义的课题。1.2本设计课题的目的和意义在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合。例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压上下反映了转速的上下。为了能精确地测量转速外，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的方法及原理设计有相关介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器进行信号转换的问题，单片机局部的内容，显示局部等各个模块的联通与调试。全面了解单片机和信号放大的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。在众多的数字式转速传感器中，因霍尔传感器具有无触点、长寿命、高可靠性、无火花、无自激振荡、温度性能好、抗污染能力强、构造简单、巩固、体积小、耐冲击等优点，所以选用霍尔效应接近式传感器作为自动控制系统中电机的转速传感器。该传感器是开关元件，直接输出为脉冲频率信号，但是由于存在电磁噪声干扰，必须对信号进行处理，从而提高采集准确度和抗干扰能力。处理后的信号转换成标准的方波信号，将该信号传输到AT89S52单片机上，再经过相应的软件设计，就可以通过LCD显示电路显示出电机的转速。1.3设计的要求〔1〕霍尔传感器能够接受到齿轮信号盘发出的转动信号；〔2〕霍尔传感器产生的信号通过信号处理电路能够产生给单片机处理的TTL电平；〔3〕能够精确的在液晶显示屏上显示齿轮的转速。2设计原理和方案2.1霍尔传感器的介绍霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔〔EdwinH.Hall，1855—1938〕于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这种现象制成的各种霍尔组件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的根本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控制电流IC，当有一磁场B穿过该器件感磁面，那么在输出端出现霍尔电势UH。在磁场力作用下，在金属或通电半导体中将产生霍尔效应，其输出电压与磁场强度成正比。基于霍尔效应的霍耳传感器常用于测量磁场强度，其测量范围从10Oe到几千奥斯特。尽管人们早在1879年就知道了霍尔效应，但直到20世纪60年代末期，随着固态电子技术的开展，霍尔效应才开始被人们所应用。霍尔效应在半导体薄片两端通以控制电流Ｉ，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，那么在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压。这一现象便是霍尔效应，如图2.1霍尔效应原理图所示。图2.1霍尔效应原理图固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴。2.1.2霍尔器件霍尔器件分为：霍尔元件和霍尔集成电路两大类。前者是一个简单的霍尔片，使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大。后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。霍尔元件的组成：由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图2.2霍尔元件的组成及型号命名方法所示。图2.2霍尔元件的组成及型号命名它具有对磁场敏感、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。霍尔元件的特性有霍尔系数〔又称霍尔常数〕RH，霍尔灵敏度KH〔又称霍尔乘积灵敏度〕，霍尔额定鼓励电流，霍尔最大允许鼓励电流，霍尔输入、输出电阻，霍尔元件的电阻温度系数，霍尔不等位电势〔又称霍尔偏移零点〕，霍尔输出电压，霍尔电压输出比率，霍尔寄生直流电势，霍尔电势温度系数等。由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。霍尔传感器的分类按照霍尔器件的功能可将霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种：1〕线性型霍尔传感器线性型霍尔传感器是由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。2〕开关型霍尔传感器开关型霍尔传感器是由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。霍尔传感器是根据霍尔效应原理而制成的电流和电压传感器。根据对霍尔电势处理的方式不同，霍尔传感器又可分为以下两类：1〕第一类是直接将霍尔电势做适当放大处理以后提供应检测仪器或控制设备，就是所谓的直接检测式霍尔电流传感器。这种传感器耐压等级高，本钱低，性能稳定，但精度受温度变化影响大，动态响应特性很不理想。我公司采用电路补偿，圆满解决以上问题。2〕第二类是磁场平衡式霍尔传感器，它采用了单或双霍尔元件，并工作在零磁通状态，且有以下特点：〔1〕测量范围宽，可测量各种电流，如直流、交流、脉冲电流等。〔2〕电气隔离性能好。〔3〕测量精度高，线性度好。〔4〕抗外界电磁和温度等因素的干扰能力强。〔5〕电流上升率大，响应速度快。〔6〕过载能力强。〔7〕体积小，重量轻，安装简单、方便。目前的产品中以磁场平衡式霍尔传感器为主。霍尔传感器的特性〔1〕线性型霍尔传感器的特性图2.3线性型霍尔传感器的特性输出电压与外加磁场强度呈线性关系，如图2.3线性型霍尔传感器的特性所示，可见，在B1～B2的磁感应强度范围内有较好的线性度，磁感应强度超出此范围时那么呈现饱和状态。〔2〕开关型霍尔传感器的特性如图2.4开关型霍尔传感器的特性所示，其中BOP为工作点“开〞的磁感应强度，BRP为释放点“关〞的磁感应强度。图2.4开关型霍尔传感器的特性当外加的磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点Bop以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点Brp时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与Brp之间的滞后使开关动作更为可靠。另外还有一种“锁键型〞(或称“锁存型〞〕开关型霍尔传感器，其特性如图3.5锁键型霍尔传感器特性所示。图2.5锁键型霍尔传感器特性当磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出由高电平跃变为低电平，而在外磁场撤消后，其输出状态保持不变〔即锁存状态〕，必须施加反向磁感应强度到达Brp时，才能使电平产生变化。2.2霍尔测速设计原理转速测量的方法转速测量的方法有以下几种：〔1〕定时计数法〔测频率法〕。其主要原理如下：在一定的时间间隔T1内，计数被测信号的重复变化次数N，那么被测信号的频率f可表示为：式〔2.2〔2〕定数计时法〔测周期法〕。其主要原理如下：在被测信号的一个周期内，计数时钟脉冲数为m，那么被测信号的频率fx可以采用以下表达式计算：〔式中fc为时钟频率〕式〔2.2各种转速测量的优缺点〔1〕测频率法测频法在测量上有量化，低速时测量误差较大，其误差可采用以下表达式计算：式〔2.2显然信号频率较低时，即N较小，那么有较大的误差。〔2〕测周期法测周期法在测量上也有时间单位误差，高速测量有较大的误差，其误差可采用以下表达式计算：式〔2.2显然当被测信号频率较高时，对于一定的时钟频率，那么m越小，显然误差较大。检测局部转速测量对于检测局部要求较高，一般而言特别是数字化测量时，检测局部可采用光电式传感器〔一般是光栅传感器〕，霍尔传感器以及光电编码器等，对于本次设计而言，采用霍尔传感器，此霍尔传感器HZL201的优点是主要有三个：一是霍尔转速传感器的输出信号不会受到转速值的影响；二是霍尔转速传感器的频率相应高；三是霍尔转速传感器对电磁波的抗干扰能力强。因此霍尔转速传感器多应用在控制系统的转速检测中。同时，霍尔转速传感器的稳定性好，抗外界干扰能力强，如抗错误的干扰信号等，因此不易因环境的因素而产生误差。霍尔转速传感器的测量频率范围宽，远远高于电磁感应式无源传感器。另外，霍尔转速传感器在防护措施有效的情况下，可以不受电子、电气环境影响。霍尔转速传感器的测量结果精确稳定，输出信号可靠，可以放油、防潮，并且能在温度较高的环境中工作，普通霍尔转速传感器的工作温度可以到达100℃。霍尔转速传感器的安装简单，使用方便，能实现远距离传输。注意检测局部主要除了霍尔传感元件外，还应包括测速齿轮，磁性转盘等。处理局部主要是单片机处理器，考虑到在工业环境中存在许多干扰，因此对单片机的根本要求是抗干扰强。这里主要介绍一下软件抗干扰技术。〔1〕软件“看门狗〞的应用选用某个定时器作“看门狗〞，“看门狗〞启动后应及时复位。〔2〕指令冗余技术可采用NOP指令，这会有效地降低程序计数器发生的错误〔3〕软件陷阱技术采用以下软件陷阱指令格式NOPNOPNOPLJMP0000H显示局部主要采用LCD液晶显示电路，字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。1602LCD是指显示的内容为16*2，即可以显示两行，每行16个字符液晶模块〔显示字符和数字〕。2.3系统总体设计方案按照霍尔传感器转速装置设计方案，总设计电路框图如图2.6所示。HZL201霍尔齿轮传感器接受齿轮信号盘的转动，转化为近似方波脉冲信号。由于要使用单片机进行转速信号计数，霍尔传感器输出的方波脉冲信号必须转化为标准TTL电平，所以在信号处理流程图中参加了信号处理电路。通过这个电路就能将霍尔传感器输出的电压信号变为标准的TTL电平，之后要做的工作就是将该转速信号显示在LCD上，通过一系列的处理，就能实时地反响转速信号的变化。图2.6霍尔测速总设计电路框图3硬件设计硬件电路主要分为电源局部、霍尔测速装置〔转速信号处理电路〕、单片机系统、ISP下载接口和LCD液晶显示电路五局部。3.1电源局部本设计的电源局部分别有LM7805和LM7815两局部组成。由于霍尔转速传感器所需电源电压为5~20V，假设参加5V电源，其输出高电平就大于等于4V，这样提供单片机的电压就缺乏5V，使其运作可能会产生不良的效果，所以本设计采用给霍尔传感器和单片机分别供电的电源系统如图3.1所示。图3.1电源电路图用LM78/LM79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格廉价。该系列集成稳压IC型号中的lm78或lm79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如lm7806表示输出电压为正6V，lm7909表示输出电压为负9V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。最大输出电流1.5A，LM78XX系列输出电压分别为5V；6V；8V；9V；10V；12V；15V；18V；24V。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器〔当然小功率的条件下不用〕。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以防止个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。3.2霍尔测速装置霍尔测速装置主要包括测速齿轮以及转速变换装置，下面详细介绍一下各个装置的原理以及结构图。霍尔转速传感器的主要工作原理是霍尔效应，也就是当转动的金属部件通过霍尔传感器的磁场时会引起电势的变化，通过对电势的测量就可以得到被测量对象的转速值。霍尔转速传感器的主要组成局部是传感头和齿圈，而传感头又是由霍尔元件、永磁体和电子电路组成的。〔1〕齿轮信号盘和转速测量装置安装图。测速齿轮信号盘如图3.2所示，信号盘可用一般的黑色钢板制成。它就是转速测量时所用的转盘，盘上共有24个齿。中心孔用来在电机转轴上定位，从而信号盘与电机的转轴一起转动，传感器固定在支架上，垂直于信号盘。其安装图如图3.3所示。当信号盘随电机转轴旋转时，信号盘的每个齿经过探头正前方时产生感应，探头就输出一个标准的脉冲信号。对该信号盘而言，每24个脉冲对应电机的1个工作循环。因此，脉冲信号的频率大小就反映了信号盘转速的上下，可由单片机进行测量并换算为转速。图3.2测速齿轮信号盘图图3.3转速变换装置图〔2〕霍尔传感器的选择文中选用的是国产的HZL201霍尔齿轮传感器，如图3.4所示。该霍尔传感器是一种用于测量速度、角度、转速、长度等的新型传感器。由传感黑色金属齿轮或齿条的齿数转换成电压脉冲信号来测量物体的速度、转速等参量。该传感器红色端接电源正极，黑色端接地，黄色端为输出端。而它的特点在于传感黑色金属目标、输出幅度与齿轮转速无关，低速性能优异，工作频率高达20kHz，抗电磁干扰，经过三防抗振处理，有电源极性反向保护，安装维修方便。根本电参数如表3.1所示。图3.4HZL201霍尔齿轮传感器此霍尔齿轮传感器应用在汽车凸轮轴和曲轴速度/位置检测，汽车和工业用速度表，汽车的抗滑/牵引控制，链条传送带速度和距离检测，“运动停止〞检测器，计数器中。其连接和调节方式有：①传感器安装时，齿轮转动方向与画线平行以便得到最正确敏度。适当调节工作距离，可使传感器可靠工作。②可无特殊说明，传感器输出均采用集电极开路输出方式。红线：电源正极黄线：输出黑线：地③所测齿轮的齿间距应大于3mm，如间距小于3mm可提供齿轮样本定制。表3.1霍尔齿轮传感器电参数型号HZL2系列参数符号HZL201HZL260HZL202HZL204HZL2**A型B型C型D型可定制电源电压VC5~20V电源电流IC≦15mA输出低电平VOL≦0.4V输出高电平VOH≧〔VCC—1〕V工作距离d1~1.5mm工作频率f0~20KHZ工作温度TE：-40~+85℃L：-40~+〔3〕霍尔转速传感器的工作原理霍尔转速传感器在测量机械设备的转速时，被测量机械的金属齿轮、齿条等运动部件会经过传感器的前端，引起磁场的相应变化，当运动部件穿过霍尔元件产生磁力线较为分散的区域时，磁场相对较弱，而穿过产生磁力线较为几种的区域时，磁场就相对较强。霍尔转速传感器就是通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时，产生霍尔电势。霍尔转速传感器的霍尔元件在产生霍尔电势后，会将其转换为交变电信号，最后传感器的内置电路会将信号调整和放大，输出矩形脉冲信号。3.3转速信号处理电路根据转速信号处理电路以及总设计流程图，首先设计了信号处理电路，传感器输出的转速信号为方波脉冲信号，它的高电平低于15V高于14V，而低电平接近0。可见该脉冲信号的电压幅值与单片机接口不匹配，因此该电路又选用了一个由三极管〔8050〕组成的整形电路处理转速信号使其满足单片机的接收要求。当输出为高电平信号时，三极管Q1的基-射级处于正向偏置状态，故集-射极处于正向通路状态，其输出电压约为0；当输出为低电平信号时，三极管Q1的基-射级处于反向偏置状态，故集-射极处于断路状态，其输出电压约为+5V。转速信号处理电路如图3.5所示，经处理后的方波脉冲信号满足单片机的接收要求。图3.5转速信号处理电路图3.4单片机系统单片机采用AT89S52，采用12MHZ的晶振频率。单片机的P3.5口接被处理后的被测信号，P2口接液晶显示器的数据输入端，P1.0，P1.1，P1.2通过外接控制电路接液晶显示器的控制端。单片机系统的电路如图3.6所示。图3.6单片机系统电路图3.5ISP下载接口ISP的接口连接如图3.7所示。其中SCK、MISO、RST、MOSI分别接对应于单片机P1.7、P1.6、RST、P1.5管脚。NC管脚可接地也可悬空。图3.7ISP下载接口3.6LCD液晶显示电路显示电路由1602液晶组成，RS为数据或命令选择端。RW为读写控制端，E为使能端。其电路如图3.8所示。其中D0~D7分别对应单片机的P2.0~P2.7引脚。RS命令选择端接单片机P1.0引脚；RW读写控制端接单片机P1.1引脚；E使能端接单片机P1.2引脚。图3.8LCD液晶显示电路图LCD显示的根本原理液晶显示器各种图形的显示原理如下：线段的显示：点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H——00FH的16字节的内容决定，当〔000H〕=FFH时，那么屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当〔3FFH〕=FFH时，那么屏幕的右下角显示一条短亮线；当〔000H〕=FFH，〔001H〕=00H，〔002H〕=00H，……〔00EH〕=00H，〔00FH〕=00H时，那么在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。字符的显示：用LCD显示一个字符时比拟复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1〞，其它的为“0〞，为“1〞的点亮，为“0〞的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比拟简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。汉字的显示：一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码〔一般用字模提取软件〕，每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5……右边为2、4、6……根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节……直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。1602LCD的根本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大局部为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差异，两者尺寸差异如以下图3.9所示。图3.91602LCD尺寸差异图〔1〕LCD主要技术参数显示容量:16×2个字符；芯片工作电压:4.5—5.5V；工作电流:2.0mA(5.0V)；模块最正确工作电压:5.0V；字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm。〔2〕引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚〔无背光〕或16脚〔带背光〕接口，各引脚接口说明如表3.2所示。表3.21602LCD引脚接口说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极4软件设计霍尔测速的软件设计主要由主程序、液晶显示程序组成。主程序首先对系统环境初始化，设置T0，T1的工作方式，采用软件启动方式，当TR0、TR1同时为1时启动计时，计数方式为方式1〔16位〕，TH0=(65536-50000)/256；TL0=(65536-50000)%256；T0每次溢出中断一次，计时50ms,所以总共溢出中断20次，定时1s，T1此时计算所有脉冲的个数，这样就可以准确的找出1s时间内，所计数脉冲的总数n。由于经过24个脉冲后是一个工作循环，所以n/24，其值就为转速值。其示意图如图4.1所示，主程序流程图如图4.2所示。图4.1计数工作示意图图4.2程序流程图5设计仿真5.1Proteus简介Proteus嵌入式系统仿真与开发平台是英国Labcenter公司开发的，是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台。它是一种可视化的支持多种型号单片机〔如51、PIC、AVR、Motorolahcll等〕，并且支持与当前流行的单片机开发环境〔Keil、MPLAB、IAR〕连接调试的软硬件仿真系统。Proteus除了具有和其他EDA工具一样的原理图、PCB自动或人工布线及电路仿真功能外，针对微控制系统与外设的混合电路的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真也做到了一体化和互动效果，是目前电子设计爱好者广泛使用的电子线路设计与仿真软件Proteus和Multisim功能的联合和进一步开展。Proteus软件已有近20年的历史，在全球拥有庞大的企业用户群，是目前唯一能够对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具，真正实现了在没有目标原型时就可对系统进行设计、测试与验证。由于Proteus软件包括逼真的协同仿真功能，得到了包括剑桥大学在内的众多大学用户作为电子学或嵌入式系统的课程教学、实验和水平考试平台。目前，Proteus在国内单片机开发者及单片机爱好者之中已开始普及，有很多开发者已经开始用此开发环境进行仿真。本设计中，通过信号处理后，能够产生一定的频率的波形。通过proteus软件进行频率的仿真。输入7.97KHZ的信号如图5.1所示。图5.1输入信号7.97K然后将程序输入keil软件中，生成.hex文件，加载到单片机上，进行仿真。按开始按钮，然后连接在P1.3接口的按键，单片机就进行运作，LCD液晶显示上就会显示“zhuanshu〞“0000332r/s〞。通过程序中m=(t1count*65536+TH1*256+TL1)/24的计算，进一步确定仿真正确。单片机转数仿真如图5.2所示。图5.2单片机转数仿真图5.2Multisim软件简介Multisim是美国国家仪器〔NI〕推出的以Windows为根底的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。本设计中运用Multisim仿真了霍尔齿轮传感器进行信号处理电路的仿真和电源局部的仿真。〔1〕霍尔齿轮传感器进行信号处理的电路仿真。如图5.3所示，输入信号为15v的矩形波。图5.3输入15V信号矩形波图仿真结果，能够产生TTL电平，高电平为5V，低电平为0V。如图5.4所示。图5.4产生TTL电平图〔2〕电源局部的仿真。电源局部分别有LM7805和LM7815组成，分别为霍尔传感器和单片机进行供电。如图5.5所示为电源的设计图的仿真。图5.5电源局部的仿真图本电路设计稳定，输出结果如图5.6所示。图5.6电源仿真结果图5.3Keil软件简介KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境〔uVision〕将这些局部组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。本设计通过Keil软件仿真的结果如图5.7所示。图5.7软件仿真图6总结此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题，开题到研究、论证直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改论文，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践，我了解了霍尔齿轮传感器HZL201和单片机以及LCD液晶显示器的用途及工作原理，熟悉了基于霍尔传感器及单片机的测速设计步骤，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业根底知识一次实际检验和稳固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。毕业设计收获很多，比方学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的求证能力，比方说，运用Multism软件进行霍尔传感器的放大整形的仿真，能够产生TTL电平。将Keil与Proteus结合，进行软件的仿真与单片机的仿真，掌握了运用.hex文件进行单片机仿真的过程。懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。同时，仍有很多课题需要后代去努力去完善。但是毕业设计也暴露出自己专业根底的很多缺乏之处。比方缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，对模电的学习还不够深入，只了解单片机的仿真，而疏忽了Multism软件的仿真。通过向同学的请教与学习，才完成了信号处理这局部的仿真。这次实践是对自己大学所学的知识的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所奉献的人。参考文献[1]成辉．传感器的理论与设计根底及其应用[M]．北京：国防工业出版社，1999[2]百度百科．霍尔传感器．2012年5月10日访问[3]李泽勇，王文生．闭环霍尔电流传感器在车用电源系统中的应用[J]．电子技术应用，2004[4]谢文和．传感器及其应用[M]．北京：高等教育出版社，2003[5]余成波．传感器及自动检测技术[M]．北京：高等教育出版社，2005[6]谢志萍．传感器及测试技术[M]．北京：电子工业出版社，2004[7]李群芳，肖看编著．单片机原理、接口及应用-嵌入式系统技术根底．北京：清华大出版社．2005[8]侯国章．测试与传感技术[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000[9]孟立凡，蓝金辉．传感器原理与应用[M]．北京：电子工业出版社，2007[10]张洪润．传感器应用技术300例．上册[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2023[11]张洪润．传感器技术大全．下册[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2007[12]马全权，李庆辉，强盛．一种高精度实时电机转速测量新方法．齐齐哈尔大学学报．2002[13]何立民．MCS-51系列单片机应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社．1990[14]陈伯时．电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2003：103-107.[15]宋跃辉，宋杨，周毅，等．基于单片机的齿轮转速测量系统[J]．信息技术，2007(11)：110-112[16]Tierney,J.,Rader,C.M.,andGold,B.“ADigitalFrequencySynthesizer,〞IEEETransactionsonAudioandElectroacousticsAU-19:1,March1971[17]Goldberg,Bar-Giora,DigitalTechniquesinFrequencySynthesis,NewYork:McGraw-Hill,1996[18]QUJin-yu.MeasureofEngineSpeedBasedonC8051FChip,Tractor&FarmTransporter,2007年06期致谢本科两年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我本科两年学习的默默支持；感谢我的母校南京信息工程大学滨江学院给了我在本科两年深造的时机，让我能继续学习和提高；感谢南京信息工程大学滨江学院的老师和同学们两年来的关心和鼓励。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的本科两年充满了感动。这次毕业论文设计我得到了李鹏老师和很多同学的帮助，其中我的论文指导老师李鹏老师对我的关心和支持尤为重要。这几个月以来，李鹏老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关心，在此谨向李鹏老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时，本篇毕业论文的写作也得到了廖建辉、郭义芳等同学的热情帮助。感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在此，我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢！BasedontheHolzersensorchipspeedmeasuringdevicedesignZhaoWentingBinjiangCollegeofNanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,ABSTRACTThispaperdescribesthedesignofaMCU(MicroControllerUnit)basedonHZL201Holzergearsensormeasuringdevice,thewholedesigniscomposedofarotatingspeedmeasuringdevice,arotatingspeedsignalprocessingcircuit,throughthe8050transistorsonplasticprocessingsignal,pulsesignalwillbeconvertedtostandardTTLlevel,forAT89S52single-chipcountingoperation,andwillbeabletospeedsignalisdisplayedintheliquidcrystaldisplay.UsingKeilsoftwarefortheMCUClanguageprogramming,andthroughtheProteussimulationsoftwareofMCUanddisplayresults,verifythefeasibilityofthisdesign.Thespeedmeasuringdevicehassimplecircuit,goodreal-timeperformance,lowcost,convenientinstallationandspacesavingcharacteristics,especiallyinthemeasurementspaceislimited,theshaft