【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 適合于低速測(cè)量，轉(zhuǎn)速增高，誤差增大。 “ M/T 法”測(cè)量誤差分析 由其測(cè)量原理可知。輸入計(jì)數(shù)脈沖和計(jì)數(shù)定時(shí)值在理論上是嚴(yán)格同步的，因此，在理論上， m1（定時(shí)器的計(jì)數(shù)值）不考慮誤差，由于實(shí)際啟動(dòng)是由程序來(lái)控制的（系統(tǒng)應(yīng)采取由輸入計(jì)數(shù)脈沖來(lái)同步），故可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖的量化誤差，因而， 轉(zhuǎn)速變化為： 第二章 基于霍爾單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量原理 7 其相對(duì)誤差為： (213) 由上式可知： 這種轉(zhuǎn)速測(cè)量方法的相對(duì)誤差與轉(zhuǎn)速 n 無(wú)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(cè)量。保證其測(cè)量精度的途徑是增大定時(shí)時(shí)間 T，或提高時(shí)基脈沖的頻率 fc。因此，在實(shí)際操作時(shí)往往采用一種稱變 M/T 的測(cè)量方法，即所謂變 M/T 法，在 M/T 法的基礎(chǔ)上，讓測(cè)量時(shí)間 Tc 始終等于轉(zhuǎn)速輸入脈沖信號(hào)的周期之和。并根據(jù)第一次的所測(cè)轉(zhuǎn)速及時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)時(shí)間 Tc，兼顧高低轉(zhuǎn)速時(shí)的測(cè)量精度。 南京大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 三 章 霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的單元電路介紹 單片機(jī)的介紹 本設(shè)計(jì)采用 STC89C51 芯片，芯片采用 40 腳雙列直插式封裝， 32 個(gè) I/O 口，芯片工作電壓 ～ ，工作溫度 0～ 70176。 C（商業(yè)級(jí)），工作頻率可高達(dá) 30MHz，芯片的外形和引腳見(jiàn)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(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī) 編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在線系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C51 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， STC89C51 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù) 工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 8 位微控制器 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash。 P0～ P3 口結(jié)構(gòu)，第一功能、第二功能請(qǐng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)（ STC89C51 數(shù)據(jù)手冊(cè)下載地址 ）。 其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 ，包括： 一個(gè) 8 位 CPU； 4KB ROM； 第三章 霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的單元電路的介紹 9 128 字節(jié) RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 26 個(gè)特殊功能寄存器 SFR； 4 個(gè) 8 位并 行 I/O 口，其中 P0、 P2 為地址 /數(shù)據(jù)線，可尋址 64KB ROM 或64KB RAM； 一個(gè)可編程全雙工串行口； 具有 5 個(gè)中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，嵌套中斷結(jié)構(gòu)； 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 一個(gè)片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路； STC89C51 系列單片機(jī)中 HMOS 工藝制造的芯片采用雙列直插 (DIP)方式封裝 ,有 40 個(gè)引腳。 STC89C51 單片機(jī) 40 條引腳說(shuō)明如下 : （ 1）電源引腳。 VCC 正常運(yùn)行和編程校驗(yàn) (8051/8751)時(shí)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(shí)鐘。 XTAL1：片內(nèi)震蕩器反相放大器的輸入端。 XTAL2：片內(nèi)震蕩器反相放器的輸出端，也是內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 （ 4）控制總線。 由 P3 口的第二功能狀態(tài)和 4 根獨(dú)立控制線 RESET、 EA、 ALE、 PSEN 組成。 值得強(qiáng)調(diào)的是， P3 口的每一條引腳均可獨(dú)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(jī)的片外總線結(jié)構(gòu) ： ① 地址總線（ AB）：地址總線寬為 16 位，因此，其外部存儲(chǔ)器直接尋址為 64K字節(jié)， 16 位地址總線由 P0 口經(jīng)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(hào) 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(shí)器 0 外部輸入 (15) T1 定時(shí)器 1 外部輸入 (16) WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)脈沖 (17) RD 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器讀脈沖 南京大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 ② 數(shù)據(jù)總線（ DB）：數(shù)據(jù)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(tài)和 4 根獨(dú)立控制線 RESET、 EA、 ALE、PSEN 組成。 霍爾傳感器選型 霍爾效應(yīng)自 1879 年被美國(guó)物理學(xué)家愛(ài)德文霍爾發(fā)現(xiàn)至今已有 100 多年的歷史，但直到 20 世紀(jì) 50 年代，由于微電子學(xué)的發(fā)展，才被重視和開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在，已發(fā)展成一個(gè)品牌多樣的傳感器產(chǎn)品族，并得到廣泛的應(yīng)用。 霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件，由磁鋼、霍耳元件等組成。測(cè)量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速傳感器選用 OH137 的霍爾傳感器。 開(kāi)關(guān)霍爾傳感器的性能分析 OH137 霍爾開(kāi)關(guān)電路 是為了適用客戶低成本高性能要求開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的系列產(chǎn)品，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，性能可靠穩(wěn)定。電路內(nèi)部 由反向電壓保護(hù)器、電壓調(diào)整器，霍爾電壓發(fā)生器，差分放大器，史密特觸 發(fā)器和集電極開(kāi)路輸出級(jí)組成，能將變化的磁場(chǎng)訊號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓輸出。 產(chǎn)品特點(diǎn) ：產(chǎn)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(shí)現(xiàn)功能： 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、 位置檢測(cè)、速度檢測(cè)、流量檢測(cè) 典型應(yīng)用領(lǐng)域： 直流無(wú)刷電機(jī) 、家用電器、縫紉設(shè)備、紡織機(jī)械、編碼器、安全報(bào)警裝置等自動(dòng)化控制領(lǐng)域 極限參數(shù) ： （ TA=25℃ ） 電源電壓 VCC 輸出負(fù)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(shù) 符號(hào) 測(cè)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(kāi)路 3 5 mA 第三章 霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的單元電路的介紹 11 輸出上升時(shí)間 tr Vcc=12V, RL=820Ω, CL=20pF 0.12 1.20 μS 輸出下降時(shí)間 tf Vcc=12V, RL=820Ω, CL=20pF 0.14 1.40 μS 磁特性 ： (VCC=～ 24V) 1mT=10GS 參 數(shù) 符號(hào) 量 值 單 位 最小 典型 最大 工作點(diǎn) BOP 18 mT 釋放點(diǎn) BRP 2 mT 回 差 BH 6 8 mT 表 產(chǎn)品性能 分析 圖 32 測(cè)試電路： ： Vout Vcc=5V RL RL=820Ω CL=20 pF CL 管腿說(shuō)明： 2. 地 3.輸出 使用 注意： 1） 安裝時(shí)要盡量減小施加到電路外殼或引線上的機(jī)械應(yīng)力。 2） 焊接溫度要低于 260℃ ，時(shí)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(guò)電路的電流有關(guān)。 南京大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 圖 33 磁電轉(zhuǎn)換特性 系統(tǒng)顯示電路介紹 74HC595 的介紹 74HC595 是硅結(jié)構(gòu)的 CMOS 器件， 兼容低電壓 TTL 電路，遵守 JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。 74HC595 是具有 8 位移位寄存器 （如圖 28 工作時(shí)序） 和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。 數(shù)據(jù)在 SCHcp 的上升沿輸入，在 STcp 的上升沿進(jìn)入的存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè) 脈沖。 移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（ Ds），和一個(gè)串行輸出（ Q7’） ,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行 8 位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能 OE 時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)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(guān)斷狀態(tài)。 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(cè)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的單元電路的介紹 13 圖 35 管腳分布和管腳