单片机转速测量与显示装置

朱立

1 绪言

单片机控制已广泛应用于工业控制和日常生产与生活中，如机器的运转速度、车辆的行驶速度、风扇转速、电机超速报警、洗衣机洗衣模式等。自动控制系统中，转速的测量是系统的重要环节，也是智能仪器和仪表的重要组成部分。在测量系统中，将所测量到的信息准确地转换与传递给单片机进行下一步的计算、判断、显示，并为接下来的自动控制提供准确的数据。可以说转速的测量与显示是自动控制系统的基础环节。本文介绍一种基于单片机AT89C2051、用霍尔元件为转速传感器的转速测量、显示装置。

2 构成

转速测量与显示装置的结构和工作原理可用图1表示：

图1 转速测量与显示装置的结构和工作原理图

2.1 单片机

单片机是本系统的核心，本设计以Atmel公司生产的AT89C2051单片机作为主体。AT89C2051片内含2k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，兼容标准MCS-51指令系统；128 Bytes的随机存取数据存储器（RAM）；外部双向输入/输出（I/O）口；两个 16位定时/计数器，5个向量两级中断结构；一个全双工串行通信口；其高性能和简单的引脚结构为简化硬件设计提供了条件。但其引脚与AT89C51系列单片机有所不同，其引脚为20脚，省去了AT89C51中的部分引脚从而体积减小，降低了功耗。

2.2 霍尔信号发生器

传统的转速传感器多采用光电传感器，这里介绍一种较之光电传感器更为简单的霍尔传感器。霍尔信号发生器工作原理如图2。将霍尔元件（半导体基片）置于磁场中，并通入电流，电流的方向与磁场的方向互相垂直，则在垂直于电流和磁场的霍尔元件横向两侧就会产生与电流和磁感应强度成正比的电压。

图2 霍尔信号发生器工作原理图

其中：RH----霍尔系数；d----半导体基片的厚度；I----流过霍尔元件的电流；B----磁感应强度；UH----霍尔电压。

霍尔转速传感器流过的电流不变，通过将一块强磁片植入旋转部分，使其周期性地改变磁感应强度从而产生周期性的高低电压 UH。实践中采用的霍尔元件型号为A04E717，电源电压为5V，所产生的脉冲信号可直接送给单片机输入计数。

2.3 转速显示接口

显示接口电路是单片机系统中的主要人机接口之一。考虑到本装置只用于简单显示转速，所以选用具有工作电压低、发光控制简单等特点的4位7段共阳数码管显示块。采用单片机译码后直接通过P1.0～P1.7送到LED显示块显示，而其显示方式是使用位选法、采用循环显示，系统电路如图3。

3 软件设计

3.1 测速原理

测量转速时用计时/计数器 T0和 T1。T0作计数器，计录传感器输出的D（按转速范围设置）个转速脉冲，由中断或软起动，设转速传感器每转一圈产生C个脉冲。（C可以是4、2或1，由每圈植入的磁片数决定）。设被测机械的转速为 n（转/分，或n/60转/秒）。则D个脉冲所占的时间为：

T1作计时器，计录D个转速脉冲时间内的标准脉冲CLK的个数，设为X，所占有的时间为脉冲数和脉冲周期T的积：X.T（晶振为12MHz，则12分频后T为1us）。由于T0输出OUT0的反相作T1的门控信号GATE1，这一时间和T0测量D个转速脉冲时间相等，则有：

3.2 软件设计

转速测量、显示的程序框图表示如图4所示，不详述。

图4 转速测量、显示的程序框图

图3 系统电路图

4 结束语

基于单片机AT89C2051和霍尔传感器A04E717的转速测量与显示装置，具有简单、实用、成本低廉、制作简单等特点，同时测量准确度高，是既经济又实用的转速测量、显示解决方案，同时也可为其他有关转速控制提供准确数据。