【正文】 顯示器。其有兩種驅(qū)動方式，共陰驅(qū)動和共陽驅(qū)動，共陰驅(qū)動是各段發(fā)光二極管的陰極連在一起，并將公共端接地，在共陽結(jié)構(gòu)中，將各段發(fā)光二極管陽極連在一起，并將公共端接上+5V電源，顯示字符對應(yīng)字型代碼發(fā)光。 硬件設(shè)計總體方案硬件設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計要求，在系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個參數(shù)，早期模擬量的模擬處理一直是作為轉(zhuǎn)速測量的主要方法，這種測量方法在測量范圍和測量精度上，已不能適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的要求。而隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字測量系統(tǒng)得到普遍應(yīng)用，利用單片機對脈沖數(shù)字信號的強大處理能力，應(yīng)用全數(shù)字化的結(jié)構(gòu)，使數(shù)字測量系統(tǒng)的越來越普及,在測量范圍和測量精度方面都有極大的提高。在本轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)由霍爾傳感器、單片機和顯示器、鍵盤電路等組成。傳感器部分采用UGN3144霍爾傳感器，負責(zé)將被測量量的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為脈沖信號。 因為采用的是集成霍爾開關(guān)元件，輸出的是數(shù)字信號，可以直接把脈沖信號送入單片機進行處理。單片機采用AT89C51，顯示器采用4個7段LED數(shù)碼管動態(tài)顯示，其系統(tǒng)框圖如22所示。其中整個系統(tǒng)的電源采用雙電源供電，將繼電器驅(qū)動電源與單片機及其周邊電路電源完全隔離，利用光電耦合器傳輸信號。這樣做法雖然不如單電源方便靈活，但可將繼電器工作所造成的干擾完全消除，進一步提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。傳感器電路顯示驅(qū)動電路AT89C51單片機時鐘電路鍵盤電路復(fù)位電路圖22 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的總體框圖 軟件設(shè)計思路軟件需要解決的是定時器0的記數(shù)和外部中斷0的設(shè)定、由于測量的轉(zhuǎn)速范圍大，所以低速和高速都要考慮在內(nèi)，關(guān)鍵在于一個四字節(jié)除三字節(jié)程序的實現(xiàn)。顯示部分、需要有一個二進制到十進制的轉(zhuǎn)化程序，以及轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD 的程序后、才能進行調(diào)用查表程序送到顯示。軟件工作流程：霍爾傳感器利用磁電效應(yīng)產(chǎn)生一周期脈沖向單片機的外部中斷0（）口發(fā)送一個中斷信號，定時器工作在內(nèi)部定時，TH0、TL0設(shè)定初值為0，作為除數(shù)的低兩字節(jié)，利用軟件記數(shù)器、定時器0中斷的次數(shù)作為除數(shù)高字節(jié)。中斷完畢讀取內(nèi)部記數(shù)值作為除數(shù)，調(diào)用除法程序計算轉(zhuǎn)速，再對二進制數(shù)進行一系列變換后調(diào)用查表顯示程序，顯示在LED上。轉(zhuǎn)速部分軟件設(shè)計思路： 。主要編寫一個外部中斷服務(wù)程序INT0，讀取記數(shù)值的三個字節(jié)，并再次清0記數(shù)初值以便下次的記數(shù)和計算。調(diào)用兩字節(jié)二進制三字節(jié)十進制（BCD）轉(zhuǎn)換子程序BCD，再調(diào)用十進制轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD程序、最后調(diào)用查表程序送顯示。軟件的具體設(shè)計我們將在下面的章節(jié)中作詳細介紹。第3章 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)硬件設(shè)計 轉(zhuǎn)速測量原理 測頻法“M法”在一定測量時間T內(nèi)，測量脈沖發(fā)生器（替代輸入脈沖）產(chǎn)生的脈沖數(shù)m1來測量轉(zhuǎn)速，如圖31“M”法測量轉(zhuǎn)速脈沖所示，設(shè)在時間T內(nèi)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)為Xτ，則轉(zhuǎn)速n可由下式表示： n= (31)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)Xτ可用下式所示m1 X (32)圖31 “M”法測量轉(zhuǎn)速脈沖將（32）式代入（31）式得轉(zhuǎn)速n的表達式為： n= （33） P為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)；n轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）；T定時時間單位：（秒）。在該方法中，測量精度是由于定時時間T和脈沖不能保證嚴格同步，以及在T內(nèi)能否正好測量外部脈沖的完整的周期，可能產(chǎn)生的1個脈沖的量化誤差。因此，為了提高測量精度，T要有足夠長的時間。定時時間可根據(jù)測量對象情況預(yù)先設(shè)置。設(shè)置的時間過長，可以提高精度，但在轉(zhuǎn)速較快的情況下，所計的脈沖數(shù)增大（碼盤孔數(shù)已定情況下），限制了轉(zhuǎn)速測量的量程。而設(shè)置的時間過短，測量精度會受到一定的影響。 測周期法“T法”轉(zhuǎn)速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度TP來決定。用以采集數(shù)據(jù)的碼盤，可以是單孔或多孔，對于單孔碼盤測量兩次脈沖間的時間，就可測出轉(zhuǎn)述數(shù)據(jù)，TP也可以用時鐘脈沖數(shù)來表示。對于多孔碼盤，其測量的時間只是每轉(zhuǎn)的1/N，N為碼盤孔數(shù)。如圖32“T”法脈寬測量所示。TP通過定時器測得。定時器對時基脈沖(頻率為fc)進行計數(shù)定時，在TP內(nèi)計數(shù)值若為m2，則計算公式為： n= （34）即： （35）fc為硬件產(chǎn)生的基準時鐘脈沖頻率：單位（Hz）；n轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）；m2時基脈沖。 圖32 “T”法脈寬測量由 “T”法脈寬測量可知“T”法測量精度的誤差主要有兩個方面，一是兩脈沖的上升沿觸發(fā)時間不一致而產(chǎn)生的；二是計數(shù)和定時起始和關(guān)閉不一致而產(chǎn)生的。因此要求脈沖的上升沿（或下降沿）陡峭和計數(shù)和定時嚴格同步。測周法在低轉(zhuǎn)速時精度較高，但隨著轉(zhuǎn)速的增加，精度變差，有小于一個脈沖的誤差存在。 測頻測周法“M/T法”所謂測頻測周法，即是綜合了“T”法和“M”法分別對高、低轉(zhuǎn)速具有的不同精度，利用各自的優(yōu)點而產(chǎn)生的方法，精度位于兩者之間，如圖33“M/T”法定時/計數(shù)測量所示?！癕/T”法采用三個定時/計數(shù)器，同時對輸入脈沖、高頻脈沖（由振蕩器產(chǎn)生）、及預(yù)設(shè)的定時時間進行定時和計數(shù)，m1反映轉(zhuǎn)角，m2反映測速的準確時間，通過計算可得轉(zhuǎn)速值n。該法在高速及低速時都具有相對較高的精度。測速時間Td由脈沖發(fā)生器脈沖來同步，即Td等于m1個脈沖周期。由圖可見，從a點開始，計數(shù)器對m1和m2計數(shù)，到達b點，預(yù)定的測速時間時，單片機發(fā)出停止計數(shù)的指令，因為Tc不一定正好等于整數(shù)個脈沖發(fā)生器脈沖周期，所以，計數(shù)器仍對高頻脈沖繼續(xù)計數(shù)，到達c點時，脈沖發(fā)生器脈沖的上升沿使計數(shù)器停止，這樣，m2就代表了m1個脈沖周期的時間?！癕/T”法綜合了“T”和“M”兩種方法，轉(zhuǎn)速計算如下：設(shè)高頻脈沖的頻率為fc，脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)發(fā)出P個脈沖，由式（32）和（35）可得M/T法轉(zhuǎn)速計算公式為： (36)n轉(zhuǎn)速值。單位：（轉(zhuǎn)/分）；fc晶體震蕩頻率：單位（Hz）；m1輸入脈沖數(shù)，反映轉(zhuǎn)角；m2時基脈沖數(shù)。圖33 “M/T”法定時/計數(shù)測量 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)中應(yīng)用的方法通過上面的分析可知，M法適合于高速測量，當(dāng)轉(zhuǎn)速越低，產(chǎn)生的誤差會越大。T法適合于低速測量，轉(zhuǎn)速增高，誤差增大。M/T這種轉(zhuǎn)速測量方法的相對誤差與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，只與晶體振蕩產(chǎn)生的脈沖有關(guān)，故可適合各種轉(zhuǎn)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(chǔ)上，讓測量時間Tc始終等于轉(zhuǎn)速輸入脈沖信號的周期之和。并根據(jù)第一次的所測轉(zhuǎn)速及時調(diào)整預(yù)測時間Tc，兼顧高低轉(zhuǎn)速時的測量精度。基于M法測量速度，電路和程序均較為簡單，且可以在一定的條件下滿足精度的要求，所以本設(shè)計中采用M法進行測量。 霍爾傳感器的簡介 霍爾效應(yīng)1. 簡介霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（，18551938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機構(gòu)時發(fā)現(xiàn)的。后來發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬強得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面。霍爾效應(yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過霍爾效應(yīng)實驗測定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。流體中的霍爾效應(yīng)是研究“磁流體發(fā)電”的理論基礎(chǔ)。2． 霍爾效應(yīng)將一塊半導(dǎo)體或?qū)w材料，沿Z方向加以磁場B，沿X方向通以工作電流I， 則在Y方向產(chǎn)生出電動勢VH，如圖34所示，這現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。VH稱為霍爾電壓。 (a) (b)圖34 霍爾效應(yīng)原理圖實驗表明，在磁場不太強時，電位差VH與電流強度I和磁感應(yīng)強度B成正比，與板的厚度d成反比，即 (37)或 (38)式（37）中RH稱為霍爾系數(shù)，式（38）中KH稱為霍爾元件的靈敏度，單位為mv / (mAT)。產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的原因是形成電流的作定向運動的帶電粒子即載流子（N型半導(dǎo)體中的載流子是帶負電荷的電子，P型半導(dǎo)體中的載流子是帶正電荷的空穴）在磁場中所受到的洛侖茲力作用而產(chǎn)生的。如圖34（a）所示，一塊長為l、寬為b、厚為d的N型單晶薄片，置于沿Z軸方向的磁B中，在X軸方向通以電流I，則其中的載流子——電子所受到的洛侖茲力為 (39) 式中為電子的漂移運動速度，其方向沿X軸的負方向。e為電子的電荷量。指向Y軸的負方向。自由電子受力偏轉(zhuǎn)的結(jié)果，向A側(cè)面積聚，同時在B側(cè)面上出現(xiàn)同數(shù)量的正電荷，在兩側(cè)面間形成一個沿Y軸負方向上的橫向電場（即霍爾電場），使運動電子受到一個沿Y軸正方向的電場力，A、B面之間的電位差為（即霍爾電壓），則 (310)將阻礙電荷的積聚，最后達穩(wěn)定狀態(tài)時有即 得 (311)此時B端電位高于A端電位。若N型單晶中的電子濃度為n，則流過樣片橫截面的電流 I=nebdV得 (312)將()式代入()式得 (313)式中稱為霍爾系數(shù)，它表示材料產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的本領(lǐng)大?。环Q為霍爾元件的靈敏度，一般地說，KH愈大愈好，以便獲得較大的霍爾電壓VH。因KH和載流子濃度n成反比，而半導(dǎo)體的載流子濃度遠比金屬的載流子濃度小，所以采用半導(dǎo)體材料作霍爾元件靈敏度較高。又因KH和樣品厚度d成反比，所以霍爾片都切得很薄，一般d≈。上面討論的是N型半導(dǎo)體樣品產(chǎn)生的霍爾效應(yīng)，B側(cè)面電位比A側(cè)面高；對于P型半導(dǎo)體樣品，由于形成電流的載流子是帶正電荷的空穴，與N型半導(dǎo)體的情況相反，A側(cè)面積累正電荷，B側(cè)面積累負電荷，如圖34（b）所示，此時，A側(cè)面電位比B側(cè)面高。由此可知，根據(jù)A、B兩端電位的高低，就可以判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型是P型還是N型。由（313）式可知，如果霍爾元件的靈敏度RH已知，測得了控制電流I和產(chǎn)生的霍爾電壓VH，則可測定霍爾元件所在處的磁感應(yīng)強度為：高斯計就是利用霍爾效應(yīng)來測定磁感應(yīng)強度B值的儀器。它是選定霍爾元件，即KH已確定，保持控制電流I不變，則霍爾電壓VH與被測磁感應(yīng)強度B成正比。如按照霍爾電壓的大小，預(yù)先在儀器面板上標定出高斯刻度，則使用時