【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 措施的霍爾器件的工作溫度范圍廣，可達(dá) 55150 度。 按照霍爾器件的功能可將他們分為：霍爾線性器件和霍爾開(kāi)關(guān)器件。 16 前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。 按被檢測(cè)的對(duì)象的性質(zhì)可將它們分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)出被測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測(cè)被檢測(cè)對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，用這個(gè)磁場(chǎng)作為被檢測(cè)信息的載體，通過(guò)它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)數(shù)以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)換成電量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。 集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測(cè)量線路集成在一起的一種傳感器。它取消了傳感器和測(cè)量電路之間的界限，實(shí)現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點(diǎn)，因此顯著地提高了可靠性。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，正越來(lái)越愛(ài)到眾的重視。 集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過(guò)處理的霍爾輸出信號(hào)。按照輸出信號(hào)的形式，可以分為開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類(lèi)型。 開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過(guò)處理后輸出一個(gè)高電平或低電平的數(shù)字信號(hào)。 霍爾開(kāi)關(guān)電路又稱(chēng)霍爾數(shù) 字電路，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成。 霍爾傳感器的應(yīng)用 使用霍爾器件檢測(cè)磁場(chǎng)的方法極為簡(jiǎn)單，將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測(cè)磁場(chǎng)中，因霍爾器件只對(duì)垂直于霍爾片表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度敏感，因而必須令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。若不垂直，則應(yīng)求出其垂直分量來(lái)計(jì)算被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以得到場(chǎng)的分布狀態(tài)，并可對(duì)狹縫，小孔中的磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)用磁場(chǎng)作為被傳感物體的運(yùn)動(dòng)和 位置信息載體時(shí)，一般采用永久磁鋼來(lái)產(chǎn)生工作磁場(chǎng)。例如，用一個(gè) 5 4 （ mm3）的釹鐵硼Ⅱ號(hào)磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約 2300 高斯的磁感應(yīng)強(qiáng)度。在空氣隙中， 17 磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開(kāi)關(guān)器件的可靠工作，在應(yīng)用中要考慮有效工作氣隙的長(zhǎng)度。在計(jì)算總有效工作氣隙時(shí)，應(yīng)從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產(chǎn)品手冊(cè)中會(huì)給出。 因?yàn)榛魻柶骷枰ぷ麟娫矗谧鬟\(yùn)動(dòng)或位置傳感時(shí)，一般令磁體隨被檢測(cè)物體運(yùn)動(dòng)，將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測(cè)工作磁 場(chǎng)，再?gòu)臋z測(cè)結(jié)果中提取被檢信息。 AH41 霍爾開(kāi)關(guān) AH41 霍爾開(kāi)關(guān)電路最適于響應(yīng)變化斜率陡峭的磁場(chǎng)并在磁通密度較弱的場(chǎng)合使用，適用于單極或多對(duì)磁環(huán)工作，它由反向電壓保護(hù)器、電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、信號(hào)放大器、史密特觸發(fā)器和集電極開(kāi)路的輸出級(jí)組成。工作溫度范圍為 40 ～ 150℃（存儲(chǔ)溫度為 150℃），可適用于各種機(jī)及機(jī)電一體化領(lǐng)域。 電參數(shù)： 參數(shù) 符號(hào) 測(cè)試條件 量值 單位 最小 典型 最大 電源電壓 VCC 輸出低電平電壓 Vout Iout=20mA BBOP 200400mV 輸出高電平電流 IOFF Vout=24V B 電源電流 ICC VCC=24V 輸出端開(kāi)路 10 mA 輸出上升時(shí)間 tr Vcc=12V RL= CL= μ S 輸出下降時(shí)間 tf Vcc=12V RL= CL= μ S 產(chǎn)品特點(diǎn) : . 電源電壓范圍寬 . 可用市售的小磁環(huán)來(lái)驅(qū)動(dòng) . 無(wú)可動(dòng)部件、可靠性高 . 尺寸小 . 抗環(huán)境應(yīng)力 . 可直接同雙極和 MOS 邏輯電路接口 應(yīng)用 : 18 . 高靈敏的 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) . 直流無(wú)刷電機(jī) . 直流無(wú)刷風(fēng)機(jī) . 霍爾開(kāi)關(guān)元件的電路圖： 圖 48 霍爾傳感器的電路圖 發(fā)送模塊 根據(jù)系統(tǒng)功能要求，要使單片機(jī)測(cè)量的轉(zhuǎn)速能夠向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，硬件電路中必須要考慮到單片機(jī)的發(fā)送部分，由于單片機(jī)通過(guò)串口發(fā)送出來(lái)的是 TTL 邏輯電平（ 0V和 5V），而計(jì)算機(jī) RS232 總線上輸入、輸出數(shù)據(jù)和控制信號(hào)為 +12V 左右的電壓，單片機(jī)要和 PC 的上位機(jī)通信就必須是電平一致，所以發(fā)送部分關(guān)鍵的部分是電平轉(zhuǎn)換和串口發(fā)送，電平轉(zhuǎn)換可以用模擬器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但是為了方便起見(jiàn)，本次設(shè)計(jì)采用 的是集成芯片，一個(gè)芯片加上它的外圍電路即可完成電平的轉(zhuǎn)換的工作。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便容易，精確度高。本次所采用的是 HIN232CP，我們要對(duì)其外圍電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，下面我們將詳細(xì)的敘述。 數(shù)據(jù)的傳輸： 當(dāng)電路工作于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)時(shí)， PC 機(jī)的 RTS 端輸出高電平，經(jīng) IC1電平轉(zhuǎn)換打開(kāi) IC3（ 74LS08）的與門(mén) B1，使 PC機(jī) TXD 端輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)紅外發(fā)射電路發(fā)射出去； RTS 信號(hào) IC1 反相后作為 CTS 信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，同時(shí)還關(guān)閉與門(mén) B2；使計(jì)算機(jī)不接收其它數(shù)據(jù)信號(hào)。 19 該必發(fā)器的數(shù)據(jù)傳輸速率最好設(shè)在 9600b/s 為宜，以確保數(shù)據(jù)傳 輸?shù)目煽啃浴? 器件的介紹： RS232C RS232C 是美國(guó)電氣工業(yè)協(xié)會(huì)推廣使用的一種串行通信總路線標(biāo)準(zhǔn)，是 DCE(數(shù)據(jù)通信設(shè)備，如微機(jī) )和 DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備，如 CRT)間傳輸串行數(shù)據(jù)的接口總線。 RS232C 最大傳輸距離為 15m，最高傳輸速率約 20kbps，信號(hào)的邏輯0 電平為 +3V～ +15V。邏輯 1 電平為 3V～ 15V。 電氣特性： EIARS232C 對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定； 在 TxD 和 RxD 上：邏輯 1(MARK) =3V～ 15V 邏輯 0(SPACE)=+3～＋ 15V 在 RTS、 CTS、 DSR、 DTR 和 DCD等控制線上： 信號(hào)有效（接通， ON狀態(tài)，正電壓）＝ +3V～ +15V 信號(hào)無(wú)效（斷開(kāi)， OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）＝ 3V～ 15V RS232 連接器 DB9 DB9 是 RS232 信號(hào)線的連接器，其連接器的機(jī)械特性見(jiàn)圖 (4－ 9)，表 41所示 RS232 信號(hào)線名稱(chēng)、符號(hào)以及對(duì)應(yīng)在 DB9上的針腳號(hào)。 圖 49 連接器的機(jī)械特性 20 表 41 RS232信號(hào)線和 DB9引腳關(guān)系 RS232 signal lines and DB9pin relations 符 號(hào) 名 稱(chēng) 引 腳 DCD RXD TXD DTR GND DSR RTS CTS RI 接收信號(hào)載波檢測(cè) 數(shù)據(jù)接收線 數(shù)據(jù)發(fā)送線 DTE 裝置數(shù)據(jù)就緒 公共地 DCE 裝置就緒 請(qǐng)求發(fā)送 清除發(fā)送 振鈴指示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 圖 4－ 10 電平轉(zhuǎn)換電路原理圖 電平轉(zhuǎn)換器 HIN232CPE 由于 RS232C 總線上傳輸?shù)男盘?hào)邏輯電平與 TTL 邏輯電 平差異很大， 21 所以就存在這兩種電平的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，下面就介紹一下電平轉(zhuǎn)換器HIN232CPE。 HIN232CPE 能將 RS232C 電平轉(zhuǎn)換成 TTL 電平，也能將 TTL 電平轉(zhuǎn)換成 RS232C 電平，只需單 +5V 供電，由內(nèi)部升高電路產(chǎn)生 10V～ +12V。內(nèi)部有兩個(gè)發(fā)送器 (TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS232C 電平 )和兩個(gè)接收器 (RS232 電平轉(zhuǎn)換為 TTL 電平 )。 HIN232CPE 芯片引腳排列和外部元件連接線路如圖 4－ 11 所示。 圖 4－ 11 HIN232CPE 電平轉(zhuǎn)換器及外接元件圖 22 5 軟件設(shè)計(jì) 本章重點(diǎn)闡述測(cè)量轉(zhuǎn)速的匯編語(yǔ)言。以及軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程。 軟件需要解決的是 單片機(jī)中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)、計(jì)算程序的設(shè)計(jì)、顯示部分的程序設(shè)計(jì)以及在我們這里非重點(diǎn)介紹的通信程序設(shè)計(jì)。 單片機(jī)轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)思路及過(guò)程 單片機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)速可以分為若干模塊，然后在主程序中調(diào)用各個(gè)模塊， 流程圖如下圖所示。 圖 5－ 1 主程序流程圖 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路 計(jì)算轉(zhuǎn)速公式： n=60/NTc (r/min) 開(kāi)始 初 始 化 計(jì)算程序 BCD 碼轉(zhuǎn)換 非壓縮 BCD 轉(zhuǎn)換 顯 示 程 序 返 回 23 其中， N是內(nèi)部定時(shí)器的計(jì) 數(shù)值，為三字節(jié)，分別由 TH0， TL0， VTT構(gòu)成； Tc 為時(shí)基，由于采用 的晶振，所以 Tc不在是 1um，而是 12M/ 約為 ，帶入上面公式，即可得到轉(zhuǎn)速的精確計(jì)算公式： N=60*11059200/12N=55296000/N 再將 55296000 化為二進(jìn)制存入單片機(jī)的內(nèi)存單元。 下面我們將介紹除數(shù)是如何獲得的： 單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量完成，定時(shí)器 T0 作為內(nèi)部定時(shí)器，外部中斷來(lái)的時(shí)候讀取 TH0， TL0，并同時(shí)清零 TH0、 TL0，使定時(shí)器再次循環(huán)計(jì)內(nèi)部脈沖。此外，對(duì)于低速情 況下，我們還要設(shè)定一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器 VTT，當(dāng)外部中斷還沒(méi)來(lái)而內(nèi)部定時(shí)器已經(jīng)溢出，產(chǎn)生定時(shí)器 0中斷時(shí)，增加 VTT，作為三字節(jié)中的高字節(jié)。三字節(jié)組成除數(shù)，上面的常數(shù)為四字節(jié)，所以計(jì)算程序?qū)嶋H上就是調(diào)用一個(gè)四字節(jié)除三字節(jié)商為兩字節(jié)（最高轉(zhuǎn)速36000r/min 足夠）的程序。 為數(shù)碼管能夠顯示出來(lái)，需將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，在將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為非壓縮 BCD 碼后，才能調(diào)用查表程序，最后送顯示。 單片機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序 由于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能是將霍爾傳感器的信號(hào)送到單片機(jī)的外部中斷口，再對(duì)周期方波進(jìn)行內(nèi)部計(jì)數(shù)， 調(diào)用計(jì)算程序把轉(zhuǎn)速測(cè)出來(lái)。可以說(shuō)是核心部分，流程圖如圖所示： 24 圖 5－ 2 計(jì)算程序流程圖 計(jì)算程序中又再次調(diào)用了除法程序，這里的除法為四字節(jié)除三字節(jié)商為兩字節(jié)，除法的程序的編程思想可以和手工計(jì)算的除法相似，比較減法的思想，流程圖如圖 53所示具體程序見(jiàn)附錄。 二 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序 計(jì)算程序計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)為二進(jìn)制，存到 50H、 51H 單元中以便發(fā)送程序中調(diào)用傳送數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可識(shí)別二進(jìn)制，然而，我們需要在LED 上顯示，查表程序需要拆分 的 BCD 碼，所以二進(jìn)制必須先轉(zhuǎn)換成 BCD后才能拆分。這里介紹將（ R2R3）中的 16位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為壓縮 BCD 碼十進(jìn)制整數(shù)送 R R R6。 被除數(shù)初始化 讀取定時(shí)值 調(diào)用除法程序 返 回 開(kāi) 始 25 Y N 圖 5－ 3 除法程序流程圖 除 法 移位次數(shù) 計(jì)數(shù)器 被除數(shù)左移 1 位 被除數(shù) 除數(shù) 上商 1，減去除數(shù) 上商 0 計(jì)數(shù)器 減 1 計(jì)數(shù)器 =0？ 返回 26 按照數(shù)制轉(zhuǎn)換方法可以畫(huà)出流程圖。 圖 5－ 4 雙字節(jié)整數(shù)二翻十程序流程圖 單 片機(jī)顯示部分可以用來(lái)顯示計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)的。在程序設(shè)計(jì)中，在AT89C51RAM 存貯器中的四個(gè)顯示緩沖器單元 30H－ 34H，分別存放著由計(jì)算出來(lái)的轉(zhuǎn)速的 BCD 碼進(jìn)行拆分后的非壓縮 BCD 碼數(shù)據(jù)， AT89C51 的 P1口掃描輸出總是只有一位為低電平、其它位為高電平， AT89C51 的 P0口相應(yīng)位的顯示數(shù)據(jù)的段數(shù)據(jù)，使該位顯示出一個(gè)字符，其它們?yōu)榘?，依次地改?P1 口輸出為低高的位， P0口輸出對(duì)應(yīng)的段數(shù)據(jù)， 5位 LED 顯示器就顯示出由緩沖器中顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。 顯示部分程序分為兩部分：十進(jìn)制 BCD 轉(zhuǎn)換成非壓縮 BCD 碼； 查表程開(kāi)始 0R R R6 16R7 C（ R2R3）左移 1 位（移出位 bi在 C 中） 2*（ R4R5R6） +C R4R5R6（十進(jìn)制運(yùn)算） （ R7） 1— R7=0？ 返 回 27 序顯示數(shù)據(jù)。 雙字節(jié)整數(shù)拆分程序流程圖如圖 55 圖 5－ 5 雙字節(jié)整數(shù)拆分程序流程圖 顯示程序流程圖如圖 56所示： 程序設(shè)計(jì) 根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路和各個(gè)模塊的流程圖即可編寫(xiě)出本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的程序，注意其中各個(gè)模塊間的參數(shù)傳遞以及堆棧指針等問(wèn)題，程序設(shè)計(jì)的任務(wù)即可完成，寫(xiě)出初始的程序，再進(jìn)行上機(jī)調(diào)試，這些我們將具體在下章中加以詳細(xì)敘述。