畢業論文_基于霍爾傳感器的轉速測量設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 適合于低速測量，轉速增高，誤差增大。 “ M/T 法”測量誤差分析 由其測量原理可知。輸入計數脈沖和計數定時值在理論上是嚴格同步的，因此，在理論上， m1（定時器的計數值）不考慮誤差，由于實際啟動是由程序來控制的（系統應采取由輸入計數脈沖來同步），故可能會產生一個脈沖的量化誤差，因而， 轉速變化為： 第二章 基于霍爾單片機的轉速測量原理 7 其相對誤差為： (213) 由上式可知： 這種轉速測量方法的相對誤差與轉速 n 無關，只與晶體振蕩產生的脈沖有關，故可適合各種轉速下的測量。保證其測量精度的途徑是增大定時時間 T，或提高時基脈沖的頻率 fc。因此，在實際操作時往往采用一種稱變 M/T 的測量方法，即所謂變 M/T 法，在 M/T 法的基礎上，讓測量時間 Tc 始終等于轉速輸入脈沖信號的周期之和。并根據第一次的所測轉速及時調整預測時間 Tc，兼顧高低轉速時的測量精度。 南京大學 畢業設計論文 第 三 章 霍爾傳感器測轉速系統的單元電路介紹 單片機的介紹 本設計采用 STC89C51 芯片，芯片采用 40 腳雙列直插式封裝， 32 個 I/O 口，芯片工作電壓 ～ ，工作溫度 0～ 70176。 C（商業級），工作頻率可高達 30MHz，芯片的外形和引腳見下圖（ 2） 圖 31 STC89C51 引腳圖 STC89C51 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統可編程 Flash 存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術制造，與工業 80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規 編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在線系統可編程 Flash，使得 STC89C51為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C51 具有以下標準功能： 8k 字節 Flash， 256 字節 RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，2 個數據指針，三個 16 位 定時器 /計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外， STC89C51 可降至 0Hz 靜態邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續 工作。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 8 位微控制器 8K字節在系統可編程 Flash。 P0～ P3 口結構，第一功能、第二功能請參考數據手冊（ STC89C51 數據手冊下載地址 ）。 其基本結構框圖如圖 ，包括： 一個 8 位 CPU； 4KB ROM； 第三章 霍爾傳感器測轉速系統的單元電路的介紹 9 128 字節 RAM 數據存儲器； 26 個特殊功能寄存器 SFR； 4 個 8 位并 行 I/O 口，其中 P0、 P2 為地址 /數據線，可尋址 64KB ROM 或64KB RAM； 一個可編程全雙工串行口； 具有 5 個中斷源，兩個優先級，嵌套中斷結構； 兩個 16 位定時器 /計數器； 一個片內震蕩器及時鐘電路； STC89C51 系列單片機中 HMOS 工藝制造的芯片采用雙列直插 (DIP)方式封裝 ,有 40 個引腳。 STC89C51 單片機 40 條引腳說明如下 : （ 1）電源引腳。 VCC 正常運行和編程校驗 (8051/8751)時為 5V電源 ,VSS 為接地 （ 2） I/O 總線。 P P （ P0 口）， P P （ P1 口）， P P （ P2口）， P P （ P3 口）為輸入 /輸出引線。 （ 3）時鐘。 XTAL1：片內震蕩器反相放大器的輸入端。 XTAL2：片內震蕩器反相放器的輸出端，也是內部時鐘發生器的輸入端。 （ 4）控制總線。 由 P3 口的第二功能狀態和 4 根獨立控制線 RESET、 EA、 ALE、 PSEN 組成。 值得強調的是， P3 口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能 。如表 所示。 表 P3 口線的第二功能定義 ： STC89C51 單片機的片外總線結構 ： ① 地址總線（ AB）：地址總線寬為 16 位，因此，其外部存儲器直接尋址為 64K字節， 16 位地址總線由 P0 口經地址鎖存器提供 8 位地址（ A0 至 A7）； P2 口直接提供 8 位地址（ A8 至 A15）。 P3 口引腳及 線 號 引腳 第二功能 (10) RXD 串行輸入口 (11) TXD 串行輸出口 (12) INT0 外部中斷 0 (13) INT1 外部中斷 1 (14) T0 定時器 0 外部輸入 (15) T1 定時器 1 外部輸入 (16) WR 外部數據存儲器寫脈沖 (17) RD 外部數據 存儲器讀脈沖 南京大學 畢業設計論文 ② 數據總線（ DB）：數據總線寬度為 8 位，由 P0 提供。 ③ 控制總線（ CB）：由 P3 口的第二功能狀態和 4 根獨立控制線 RESET、 EA、 ALE、PSEN 組成。 霍爾傳感器選型 霍爾效應自 1879 年被美國物理學家愛德文霍爾發現至今已有 100 多年的歷史，但直到 20 世紀 50 年代，由于微電子學的發展，才被重視和開發，現在，已發展成一個品牌多樣的傳感器產品族，并得到廣泛的應用。 霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，由磁鋼、霍耳元件等組成。測量系統的轉速傳感器選用 OH137 的霍爾傳感器。 開關霍爾傳感器的性能分析 OH137 霍爾開關電路 是為了適用客戶低成本高性能要求開發生產的系列產品，其應用領域廣泛，性能可靠穩定。電路內部 由反向電壓保護器、電壓調整器，霍爾電壓發生器，差分放大器，史密特觸 發器和集電極開路輸出級組成，能將變化的磁場訊號轉換成數字電壓輸出。 產品特點 ：產品一致性好、 靈敏度 可按照客戶要求定制 、 電路 可和各種邏輯電路直接接口 可實現功能： 無觸點開關、 位置檢測、速度檢測、流量檢測 典型應用領域： 直流無刷電機 、家用電器、縫紉設備、紡織機械、編碼器、安全報警裝置等自動化控制領域 極限參數 ： （ TA=25℃ ） 電源電壓 VCC 輸出負載電流 IO25mA 工作溫度范圍 TA 40～ 85℃ 貯存溫度范圍 TS 55～ 150℃ 電特性 ： TA=25℃ 參 數 符號 測試條件 量 值 單位 最小 典型 最大 電源電壓 VCC 24 V 輸出低電平電壓 VOL Vcc=, RL=2KΩ，B≥BOP 200 400 mV 輸出 漏 電流 IOH Vout=Vccmax，B≤BRP 0.1 10 μA 電源電流 ICC VCC=Vccmax OC 開路 3 5 mA 第三章 霍爾傳感器測轉速系統的單元電路的介紹 11 輸出上升時間 tr Vcc=12V, RL=820Ω, CL=20pF 0.12 1.20 μS 輸出下降時間 tf Vcc=12V, RL=820Ω, CL=20pF 0.14 1.40 μS 磁特性 ： (VCC=～ 24V) 1mT=10GS 參 數 符號 量 值 單 位 最小 典型 最大 工作點 BOP 18 mT 釋放點 BRP 2 mT 回 差 BH 6 8 mT 表 產品性能 分析 圖 32 測試電路： ： Vout Vcc=5V RL RL=820Ω CL=20 pF CL 管腿說明： 2. 地 3.輸出 使用 注意： 1） 安裝時要盡量減小施加到電路外殼或引線上的機械應力。 2） 焊接溫度要低于 260℃ ，時間小于 3 秒。 3）電路為 OC 輸出，需要在 3 腿（電源與輸出）之間加一上拉電阻。上拉電阻的阻 值與工作電壓、通過電路的電流有關。 南京大學 畢業設計論文 圖 33 磁電轉換特性 系統顯示電路介紹 74HC595 的介紹 74HC595 是硅結構的 CMOS 器件， 兼容低電壓 TTL 電路，遵守 JEDEC標準。 74HC595 是具有 8 位移位寄存器 （如圖 28 工作時序） 和一個存儲器，三態輸出功能。 移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。 數據在 SCHcp 的上升沿輸入，在 STcp 的上升沿進入的存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個 脈沖。 移位寄存器有一個串行移位輸入（ Ds），和一個串行輸出（ Q7’） ,和一個異步的低電平復位，存儲寄存器有一個并行 8 位的，具備三態的總線輸出，當使能 OE 時（為低電平），存儲寄存器的數據輸出到總線。 8 位串行輸入 /輸出或者并行輸出移位寄存器，具有高阻關斷狀態。 它的管腳分布和各管腳功能如圖 29 所示。 BH BRP BOP B VOH VOL 0 圖 34 功能方框圖： REG m AMP 第三章 霍爾傳感器測轉速系統的單元電路的介紹 13 圖 35 管腳分布和管腳