【正文】 如按照霍爾電壓的大小，預先在儀器面板上標定出高斯刻度，則使用時 由指針示值就可直接讀出磁感應強度B值。上面討論的是N型半導體樣品產(chǎn)生的霍爾效應，B側面電位比A側面高；對于P型半導體樣品，由于形成電流的載流子是帶正電荷的空穴，與N型半導體的情況相反，A側面積累正電荷，B側面積累負電荷，如圖34（b）所示，此時，A側面電位比B側面高。自由電子受力偏轉(zhuǎn)的結果，向A側面積聚，同時在B側面上出現(xiàn)同數(shù)量的正電荷，在兩側面間形成一個沿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。產(chǎn)生霍爾效應的原因是形成電流的作定向運動的帶電粒子即載流子（N型半導體中的載流子是帶負電荷的電子，P型半導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。2． 霍爾效應將一塊半導體或?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。后來發(fā)現(xiàn)半導體、導電流體等也有這種效應，而半導體的霍爾效應比金屬強得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應用于工業(yè)自動化技術、檢測技術及信息處理等方面。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(zhuǎn)速輸入脈沖信號的周期之和。圖33 “M/T”法定時/計數(shù)測量 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)中應用的方法通過上面的分析可知，M法適合于高速測量，當轉(zhuǎn)速越低，產(chǎn)生的誤差會越大。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。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。TP通過定時器測得。 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。因此，為了提高測量精度，T要有足夠長的時間。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。軟件工作流程：霍爾傳感器利用磁電效應產(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)。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。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。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，在共陽結構中，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，顯示字符對應字型代碼發(fā)光。具體工作情況在后討論。方法是在每轉(zhuǎn)中增加脈沖的個數(shù)(碼盤的線程數(shù))來提高精度。(2) 直接由脈沖來反應轉(zhuǎn)軸的角度，用每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖經(jīng)單片機處理得出轉(zhuǎn)速。(2) 通過傳感器拾取信號由專業(yè)人員將敏感元件和相應的測量電路、傳遞機構以適當?shù)男问街瞥刹煌愋?、不同用處的傳感器，根?jù)原理輸出電量。轉(zhuǎn)速信號拾取整形倍頻單片機顯示接口芯片顯示鍵盤驅(qū)動電路圖21 轉(zhuǎn)速測量框圖1．轉(zhuǎn)速信號拾取轉(zhuǎn)速信號拾取是整個系統(tǒng)的前端通道，目的是將外界的非電參量，通過一定方式轉(zhuǎn)換成電量，這一環(huán)節(jié)可以通過敏感元件、傳感器或測量儀表等來實現(xiàn)。同時分析接口電路，顯示轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速測量的應用系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科技教育、民用電器等各領域的應用極為廣泛，往往成為某一產(chǎn)品或控制系統(tǒng)的核心部分，其各種參數(shù)在不同的應用中有其側重，但轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)作為普遍的應用在國民經(jīng)濟發(fā)展中，有重要的意義。隨著科學技術的迅速發(fā)展,轉(zhuǎn)速測量儀表已步入現(xiàn)代化、電子化的行列。根據(jù)轉(zhuǎn)速測量的工作方式可分為兩大類：接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表與非接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表。并且，幾乎不需做很大改變就能直接作為單獨的產(chǎn)品使用。同時從實際硬件電路出發(fā)，分析電路的工作原理，根據(jù)設計具體情況提出修改方案和解決辦法。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)測量得到普遍應用，特別是單片機對脈沖數(shù)字信號的強大處理能力，使得全數(shù)字量系統(tǒng)越來越普及，其轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)也可以用全數(shù)字化處理。總而言之，本次課題完成了對51單片機的轉(zhuǎn)速測量的硬件和軟件系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的測量，轉(zhuǎn)速計算、顯示功能，同時實現(xiàn)鍵盤的開始/停止功能，可以完成了設計的要求。首先闡述了構成51單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的原理、硬件的實現(xiàn)方法，在該系統(tǒng)中對信號頻率進行測量是本次設計的重中之重。新疆工程學院畢業(yè)設計目 錄摘要……………………………………………………………………………………I第1章 緒論…………………………………………………………………………1 轉(zhuǎn)速測量研究當前背景……………………………………………………..1 測速系統(tǒng)設計主要內(nèi)容……………………………………………………..2第2章 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的總體方案 …………………………………………………3 轉(zhuǎn)速測量的一般方法………………………………………………………..3 硬件設計總體方案…………………………………………………………..4 軟件設計思路 ………………………………………………………………..5第3章 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)硬件設計………………………………………………………7 轉(zhuǎn)速測量原理………………………………………………………………..7 測頻法“M法”……………………………………………………….7 測周期法“T法”……………………………………………………8 測頻測周法“M/T法”…………………………………………………9 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)中應用的方法………………………………………..10 霍爾傳感器的簡介………………………………………………………….10 霍爾效應……………………………………………………………..10 霍爾元件……………………………………………………………..13 霍爾元件的應用……………………………………………………..14 UGN3144霍爾開關元件…………………………………………….14 單片機及其接口的設計…………………………………………………….17 AT89C51單片機的簡介……………………………………………..17 復位電路……………………………………………………………..19 時鐘電路……………………………………………………………..20 顯示電路……………………………………………………………..21 HD7279接口…………………………………………………………23 鍵盤電路……………………………………………………………..25第4章 系統(tǒng)軟件設計 ………………………………………………………………..26 單片機轉(zhuǎn)速程序設計思路及過程 ………………………………………….26 單片機程序設計思路………………………………………………..26 子程序設計 ………………………………………………………………….27 單片機轉(zhuǎn)速計算程序 ………………………………………………27 二十進制轉(zhuǎn)換程序…………………………………………………28 顯示程序…………………………………………………………….29第5章 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速分析 ………………………………………….31結論 ……………………………………………………………………33致謝 34參考文獻……………………………………………………………………………..35附錄1…………………………………………………………………………………36附錄2…………………………………………………………………………………37新疆工程學院畢業(yè)設計摘要 本文是關于基于51單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設計的畢業(yè)論文，現(xiàn)今轉(zhuǎn)速測量方法較多，隨著單片機對脈沖信號的處理能力的不斷強大，使得全數(shù)字量系統(tǒng)越來越普及，并且使轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)也可以用全數(shù)字化處理。在收集了許多的測量方法中，通過各種測量方法的對比下，綜合各種因素，最終我們選擇了應采用測頻法為我們本次設計的測速方法。關鍵詞: 單片機 轉(zhuǎn)速測量 霍爾傳感器41第1章 緒論 課題研究的當前背景隨著超大規(guī)模集成電路技術提高，尤其是單片機應用技術以其功能強大，價格低廉的顯著特點，使全數(shù)字化測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)得以廣泛應用。在測量范圍和測量精度方面都有極大的提高。本課題以單片機為核心，設計的全數(shù)字化測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，在工業(yè)控制和民用電器中都有較高使用價值。總之，轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題。前者在使用時必須與被測轉(zhuǎn)軸直接接觸，如離心式轉(zhuǎn)速表、磁性轉(zhuǎn)速表與測速發(fā)電機等；后者在使用時不需要與被測轉(zhuǎn)軸接觸,如光電式轉(zhuǎn)速表、電子數(shù)字式轉(zhuǎn)速表、閃光測速儀等。過去曾經(jīng)使用過的接觸式測量儀表, 如離心式轉(zhuǎn)速表、磁性轉(zhuǎn)速表、微型發(fā)電機轉(zhuǎn)速表及鐘表是定時轉(zhuǎn)速表，均已先后受到冷落；而利用已知頻率的閃光與被測軸轉(zhuǎn)速同步的方法來測速的閃光測速儀，雖屬非接觸式儀表，目前仍有應用,但也退居次要地位。 測速系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容，對轉(zhuǎn)速的周期測量法“T”法、頻率測量法“M”法以及周期頻率“M/T”測量法，三種具體測量方法的轉(zhuǎn)速計算、各自的測量精度和誤差進行闡述。，設計和說明定時/計數(shù)器在“M”法測量中的作用和使用方法，討論測量精度的問題。方法如下：(1) 通過敏感元件拾取被測信號敏感元件體積小，可以根據(jù)用戶及環(huán)境要求做成各矛頭形狀的探頭，它能將被測的物理量變換成電流、電壓，只要選擇合適的元件參數(shù)。該電量可以是模擬量或數(shù)字量，現(xiàn)代傳感器還可以輸出開關量，用于數(shù)字邏輯電路。2．整形和倍頻前向通道中，從傳感器輸出的信號必須轉(zhuǎn)換成單片機輸入要求的信號，由于信號調(diào)節(jié)電路與傳感器的選擇，現(xiàn)場干擾程度等，都會影響信號的質(zhì)量。但在高轉(zhuǎn)速時，由于脈沖個數(shù)的增加，限制了最高轉(zhuǎn)速測量量程，這個問題可用單片機控制來動態(tài)處理解決，兼顧高低轉(zhuǎn)速的測量精度。4．驅(qū)動和顯示由于LED數(shù)碼管具有亮度高、可靠性好等特點，工業(yè)測控系統(tǒng)中常用LED數(shù)碼管作為顯示輸出。 硬件設計總體方案硬件設計的任務是根據(jù)總體設計要求，在系統(tǒng)工作原理的基礎上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設計出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。傳感器部分采用UGN3144霍爾傳感器，負責將被測量量的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為脈沖信號。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。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。軟件的具體設計我們將在下面的章節(jié)中作詳細介紹。定時時間可根據(jù)測量對象情況預先設置。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。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：