毕业论文_基于霍尔传感器的转速测量设计(编辑修改稿)

毕业论文_基于霍尔传感器的转速测量设计(编辑修改稿)内容摘要：

适合于低速测量，转速增高，误差增大。 “ M/T 法”测量误差分析 由其测量原理可知。 输入计数脉冲和计数定时值在理论上是严格同步的，因此，在理论上， m1（定时器的计数值）不考虑误差，由于实际启动是由程序来控制的（系统应采取由输入计数脉冲来同步），故可能会产生一个脉冲的量化误差，因而， 转速变化为： 第二章 基于霍尔单片机的转速测量原理 7 其相对误差为： (213) 由上式可知： 这种转速测量方法的相对误差与转速 n 无关，只与晶体振荡产生的脉冲有关，故可适合各种转速下的测量。 保证其测量精度的途径是增大定时时间 T，或提高时基脉冲的频率 fc。 因此，在实际操作时往往采用一种称变 M/T 的测量方法，即所谓变 M/T 法，在 M/T 法的基础上，让测量时间 Tc 始终等于转速输入脉冲信号的周期之和。 并根据第一次的所测转速及时调整预测时间 Tc，兼顾高低转速时的测量精度。 南京大学 毕业设计论文 第 三 章 霍尔传感器测转速系统的单元电路介绍 单片机的介绍 本设计采用 STC89C51 芯片，芯片采用 40 脚双列直插式封装， 32 个 I/O 口，芯片工作电压 ～ ，工作温度 0～ 70176。 C（商业级），工作频率可高达 30MHz，芯片的外形和引脚见下图（ 2） 图 31 STC89C51 引脚图 STC89C51 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规 编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在线系统可编程 Flash，使得 STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 STC89C51 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位 定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 另外， STC89C51 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续 工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 8 位微控制器 8K字节在系统可编程 Flash。 P0～ P3 口结构，第一功能、第二功能请参考数据手册（ STC89C51 数据手册下载地址 ）。 其基本结构框图如图 ，包括： 一个 8 位 CPU； 4KB ROM； 第三章 霍尔传感器测转速系统的单元电路的介绍 9 128 字节 RAM 数据存储器； 26 个特殊功能寄存器 SFR； 4 个 8 位并 行 I/O 口，其中 P0、 P2 为地址 /数据线，可寻址 64KB ROM 或64KB RAM； 一个可编程全双工串行口； 具有 5 个中断源，两个优先级，嵌套中断结构； 两个 16 位定时器 /计数器； 一个片内震荡器及时钟电路； STC89C51 系列单片机中 HMOS 工艺制造的芯片采用双列直插 (DIP)方式封装 ,有 40 个引脚。 STC89C51 单片机 40 条引脚说明如下 : （ 1）电源引脚。 VCC 正常运行和编程校验 (8051/8751)时为 5V电源 ,VSS 为接地 （ 2） I/O 总线。 P P （ P0 口）， P P （ P1 口）， P P （ P2口）， P P （ P3 口）为输入 /输出引线。 （ 3）时钟。 XTAL1：片内震荡器反相放大器的输入端。 XTAL2：片内震荡器反相放器的输出端，也是内部时钟发生器的输入端。 （ 4）控制总线。 由 P3 口的第二功能状态和 4 根独立控制线 RESET、 EA、 ALE、 PSEN 组成。 值得强调的是， P3 口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。 如表 所示。 表 P3 口线的第二功能定义 ： STC89C51 单片机的片外总线结构 ： ① 地址总线（ AB）：地址总线宽为 16 位，因此，其外部存储器直接寻址为 64K字节， 16 位地址总线由 P0 口经地址锁存器提供 8 位地址（ A0 至 A7）； P2 口直接提供 8 位地址（ A8 至 A15）。 P3 口引脚及 线 号 引脚 第二功能 (10) RXD 串行输入口 (11) TXD 串行输出口 (12) INT0 外部中断 0 (13) INT1 外部中断 1 (14) T0 定时器 0 外部输入 (15) T1 定时器 1 外部输入 (16) WR 外部数据存储器写脉冲 (17) RD 外部数据 存储器读脉冲 南京大学 毕业设计论文 ② 数据总线（ DB）：数据总线宽度为 8 位，由 P0 提供。 ③ 控制总线（ CB）：由 P3 口的第二功能状态和 4 根独立控制线 RESET、 EA、 ALE、PSEN 组成。 霍尔传感器选型 霍尔效应自 1879 年被美国物理学家爱德文霍尔发现至今已有 100 多年的历史，但直到 20 世纪 50 年代，由于微电子学的发展，才被重视和开发，现在，已发展成一个品牌多样的传感器产品族，并得到广泛的应用。 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，由磁钢、霍耳元件等组成。 测量系统的转速传感器选用 OH137 的霍尔传感器。 开关霍尔传感器的性能分析 OH137 霍尔开关电路 是为了适用客户低成本高性能要求开发生产的系列产品，其应用领域广泛，性能可靠稳定。 电路内部 由反向电压保护器、电压调整器，霍尔电压发生器，差分放大器，史密特触 发器和集电极开路输出级组成，能将变化的磁场讯号转换成数字电压输出。 产品特点 ：产品一致性好、 灵敏度 可按照客户要求定制 、 电路 可和各种逻辑电路直接接口 可实现功能： 无触点开关、 位置检测、速度检测、流量检测 典型应用领域： 直流无刷电机 、家用电器、缝纫设备、纺织机械、编码器、安全报警装置等自动化控制领域 极限参数 ： （ TA=25℃ ） 电源电压 VCC 输出负载电流 IO25mA 工作温度范围 TA 40～ 85℃ 贮存温度范围 TS 55～ 150℃ 电特性 ： TA=25℃ 参 数 符号 测试条件 量 值 单位 最小 典型 最大 电源电压 VCC 24 V 输出低电平电压 VOL Vcc=, RL=2KΩ，B≥BOP 200 400 mV 输出 漏 电流 IOH Vout=Vccmax，B≤BRP 0.1 10 μA 电源电流 ICC VCC=Vccmax OC 开路 3 5 mA 第三章 霍尔传感器测转速系统的单元电路的介绍 11 输出上升时间 tr Vcc=12V, RL=820Ω, CL=20pF 0.12 1.20 μS 输出下降时间 tf Vcc=12V, RL=820Ω, CL=20pF 0.14 1.40 μS 磁特性 ： (VCC=～ 24V) 1mT=10GS 参 数 符号 量 值 单 位 最小 典型 最大 工作点 BOP 18 mT 释放点 BRP 2 mT 回 差 BH 6 8 mT 表 产品性能 分析 图 32 测试电路： ： Vout Vcc=5V RL RL=820Ω CL=20 pF CL 管腿说明： 2. 地 3.输出 使用 注意： 1） 安装时要尽量减小施加到电路外壳或引线上的机械应力。 2） 焊接温度要低于 260℃ ，时间小于 3 秒。 3）电路为 OC 输出，需要在 3 腿（电源与输出）之间加一上拉电阻。 上拉电阻的阻 值与工作电压、通过电路的电流有关。 南京大学 毕业设计论文 图 33 磁电转换特性 系统显示电路介绍 74HC595 的介绍 74HC595 是硅结构的 CMOS 器件， 兼容低电压 TTL 电路，遵守 JEDEC标准。 74HC595 是具有 8 位移位寄存器 （如图 28 工作时序） 和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在 SCHcp 的上升沿输入，在 STcp 的上升沿进入的存储寄存器中去。 如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个 脉冲。 移位寄存器有一个串行移位输入（ Ds），和一个串行输出（ Q7’） ,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行 8 位的，具备三态的总线输出，当使能 OE 时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。 8 位串行输入 /输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。 它的管脚分布和各管脚功能如图 29 所示。 BH BRP BOP B VOH VOL 0 图 34 功能方框图： REG m AMP 第三章 霍尔传感器测转速系统的单元电路的介绍 13 图 35 管脚分布和管脚。