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1、毕业设计报告设计题目： 基于霍尔传感器的非接触式转速测量 设计作者： 专业班级/学号： 汽车电子技术 合作者1： 专业班级/学号： 合作者2： 专业班级/学号： 指导教师： 郑老师 设计时间： 2011-4-21 基于霍尔传感器的电机转速测量系统设计 软件设计摘要电动机作为机械化、电气化和自动化的原动机，广泛应用于国民经济建设、国防建设、科学技术研究和人民物质文明生活的各个领域。电机是生产过程中应用十分广泛的装置，对其转速进行准确测量就显得十分必要。本文介绍了霍尔传感器测速的原理，设计了基于单片机STC12C5A60S2的直流电机转速测量系统。完成了电机转速测量系统的硬件电路设计、霍尔传感器测
2、量电路的设计、显示电路的设计。测量转速的霍尔传感器和机轴同轴连接，机轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路部分输出幅度为5V的脉冲。控制定时器计数时间，即可实现对电机转速的测量。在显示电路设计中，通过OCM12864-3实现在LCD上直观地显示电机的转速值、传感器的功耗。并对电机转速测量系统的硬件电路、显示电路进行了调试。与硬件配合，实现了显示、警告功能。仿真实验表明所设计的硬件电路及软件程序是正确的，满足设计要求。关键词：电机转速测量；霍尔传感器；单片机；STC12C5A60S2；OCM12864-3目 录1 绪 论11.1 设计任务11.1.1 题目来源11.1.2 设计内容11
3、.1.3 相关背景21.2 方案分析论证21.2.1 霍尔测速模块论证与选择21.2.2 单片机模块论证与选择21.2.3 显示模块论证与选择32 基于霍尔传感器的电机转速测量系统硬件设计32.1 电机转速测量系统的硬件电路设计32.1.1 总体硬件设计32.1.2 系统电路设计52.2 霍尔传感器测量电路设计62.2.1 霍尔元件62.2.2 霍尔传感器测量原理72.2.3 转速测量方法82.3 单片机STC12C5A60S282.3.1 STC12C5A60S2芯片92.3.2 定时器92.3.3 外部中断102.2.4 AD转换112.4 显示电路设计122.4.1 OCM12864简介
4、122.4.2 OCM12864-3的基本参数及引脚功能132.4.3 显示模式152.5 系统软件设计162.5.1 设计思想162.5.2 总体软件流程163 系统仿真和调试193.1 Proteus软件193.1.1 Proteus简介193.1.2 用Proteus绘制原理图步骤193.2 硬件调试203.2.1 硬件静态调试203.2.2 虚拟仿真调试213.3 软件调试223.4 软硬件联调224 结 论24参考文献25致 谢25附录一 主要器件列表27附录二 硬件实物图28附录三 程序原代码321 绪 论1.1 设计任务1.1.1 题目来源在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速
5、的场合，例如在发电机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或者连续测量和显示其转速及瞬时转速。为了能精确地测量转速外，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速。转速测量方法分为模拟式和数字式两种，模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是电压量，而数字式通常采用光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的涌现，转速测量普遍采用了以单片机为核心的数字法，智能化微电脑式代替了一般的机械式或模拟量结构。根据学校毕业设计的要求，设计一个功能满足设计要求、工作稳定、以单片机为核心的基于霍尔传感器的电
6、机转速测量系统。本设计要求做一个单片机最小系统，并使用合适的霍尔传感器，使之具备测转速的功能，能够实现在电机工作时转速的测量，同时选用合适的显示器件，使系统具备实时显示功能，并在电机停止或超出测量范围时发出警告信号。根据题目的要求，设计了以下方案并对各方案进行了论证与分析。本设计包括完整的硬件设计和相应的软件设计。1.1.2 设计内容1.选定传感器。霍尔传感器具有灵敏、可靠、体积小巧、无触点、无磨损、使用寿命长、功耗低等优点，综合了电机转速测量系统的要求。2.设计一个单片机最小系统，掌握单片机接口电路的设计技巧，学会利用单片机的定时器和中断系统对脉冲信号进行测量或计数。3.实时测量显示，实时测
7、量根据脉冲计数来实现转速测量的方法。要求霍尔传感器转速为608000r/min。1.1.3 相关背景在直流电机的多年实际运行的过程中，机械测速电机不足之处日益明显，其主要表现为直流测速电机DG中的炭刷磨损及交流测速发电机TG中的轴承磨损，增加了设备的维护工作量，也随着增加了发生故障的可能性；同时机械测速电机在更换炭刷及轴承的检修作业过程中，需要将直流电动机停运，安装过程中需要调整机械测速电机轴与主电机轴的同轴度，延长了检修时间，影响了设备的长期平稳运行。随着电力电子技术的不断发展，一些新颖器件的不断涌现，原有器件的性能也随着逐渐改进，采用电力电子器件构成的各种电力电子电路的应用范围与日俱增。因
8、此采用电子脉冲测速取代原直流电动机械测速电机已具备理论基础，如可采用磁阻式、霍尔效应式、光电式等方式检测电机转速。经过比较分析后，决定采用自制转盘（转盘直径为50mm，半边覆铜）和霍尔元件代替原来的机械测速电机。霍尔传感器作为测速器件得到广泛应用。霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。霍尔效应这种物理现象的发现，虽然已有一百多年的历史，但是直到20世纪40年代后期，由于半导体工艺的不断改进，才被人们所重视和应用。我国从70年代开始研究霍尔器件,经过20余年的研究和开发,目前已经能生产各种性能的霍尔元件,霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特点。1.2 方案分
9、析论证1.2.1 霍尔测速模块论证与选择方案一：采用型号为A3144的霍尔片作为霍尔测速模块的核心，该霍尔片体积小，安装灵活，价格合理，可用于测速，可与普通的磁钢片配合工作。 方案二：采用型号为CHV-20L的霍尔元器件作为霍尔测速模块的核心,该霍尔器件额定电流为100mA,输出电压为5V,电源为1215V。体积较大，价格昂贵，功耗大。因此选择方案一。1.2.2 单片机模块论证与选择方案一：采用型号为AT89S51的单片机作为主控制器，使用霍尔传感器进行测量的直流电机转速测量系统。AT89S51是带8K字节闪烁可编程擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。它将多功能8位CPU和闪烁
10、存储器组合在单个芯片中，为许多控制提供了灵活性高且价格低廉的方案。方案二：采用单片机STC12C5A60S2作为主控制器，使用霍尔传感器进行测量的直流电机转速测量系统。STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机。ST C12C5A60S2作为新一代8051单片机，具有功能强大、体积小、工作稳定、集成AD、PWM等特点，适用于复杂控制系统。由于本设计要求测量传感器功耗，需要用AD功能，方案一中的AT89S51不具有集成AD，如果使用外部AD芯片，增加了成本因此选择方案二。1.2.3 显示模块论证与选择方案一：采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,
11、亮度高，显示数字合适,但是连接复杂，耗电流大，驱动电路复杂。方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示简单文字比较适合,如果显示数字则浪费资源,而且价格也相对较高。方案三：采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,并且连接很方便 ,所以在此设计中采用了LCD液晶显示屏。因此选择方案三。2 基于霍尔传感器的电机转速测量系统硬件设计2.1 电机转速测量系统的硬件电路设计2.1.1 总体硬件设计使用单片机测量电机转速的基本结构如图2-1所示。电机霍尔传感器单片机STC12C5A60S21286444444电源图2-
12、1 系统总体结构图其测量过程是测量转速的霍尔传感器和电机机轴同轴连接，机轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路输出。经过主CPU将该值数据处理后，在LCD液晶显示器上把转速显示出来。一旦电机停止或超速CPU通过LCD液晶显示器显示警告信号信号。用户也可以选择另一功能，即通过曲线表示电机转速的变化规律，此时如果电机停止或超速也会显示警告信号，但没有显示传感器功耗。当用户不需要测量电机时可以选择关闭测量系统当日历使用，日历可准确计算公历从公元000至公元9999年，并显示于LCD液晶显示器上。1.传感器部分主要分为两个部分。第一部分是利用霍尔器件将电机的转速转化为脉冲信号。霍尔测速模块由
13、永久磁铁和带有霍尔元件的支架构成。将霍尔元件固定在距齿轮外圆1mm的探头上，霍尔元件的对面粘贴小磁钢，当测速齿轮的转盘上覆铜部分经过探头正前方时，改变了磁通密度，霍尔元件就输出一个脉冲信号。 图2-2 霍尔元件2.处理器采用STC12C5A60S2单片机作为系统的处理器。3.显示部分在正常情况下，通过LCD液晶显示器显示当前的转速及传感器功率或变化规律曲线，当电机的转速超出一定的范围后，LCD液晶显示器显示错误。用户关闭测量系统时该部分用于日历显示。2.1.2 系统电路设计实际测量时，要把霍尔传感器固定在直流测速电机的底板上，与霍尔探头相对的电机的轴上固定着一片磁钢块，电机每转一周，霍尔传感器
14、便发出一个脉冲信号，将此脉冲信号接到开发的多功能实验板上的P3.2和P3.3上，设定0定时，每次两个脉冲间隔时间为t，设每分钟转X转，则X =（1分钟）/t由于在虚拟仿真电路图中，没有电机及传感器，所以采用两个具有时差的脉冲信号代替，电路图如图2-3所示。图2-3 总体硬件电路图（STC12C5A60S2无仿真库，故用AT89C51代替）2.2 霍尔传感器测量电路设计2.2.1 霍尔元件根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。霍尔传感器A31
15、44是Allegro MicroSystems公司生产的宽温、开关型霍尔效应传感器，其工作温度范围可达-40150。它由电压调整电路、反相电源保护电路、霍尔元件、温度补偿电路、微信号放大器、施密特触发器和OC门输出极构成，通过使用上拉电阻可以将其输出接入CMOS逻辑电路。该芯片具有尺寸小、稳定性好、灵敏度高等特点，有两种封装形式，一种是3脚贴片微小型封装，后缀为“LH”；另一种是3脚直插式封装，后缀为“UA”。A3144E系列单极高温霍尔效应集成传感器是由稳压电源，霍尔电压发生器，差分放大器，施密特触发器和输出放大器组成的磁敏传感电路，其输入为磁感应强度，输出是一个数字电压讯号。它是一种单磁极
16、工作的磁敏电路，适用于矩形或者柱形磁体下工作。可应用于汽车工业和军事工程中。霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系如图2-4所示。磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。霍尔元件和磁钢 管脚图图2-4 霍尔传感器的外形图该霍尔传感器的接线图如图2-5所示。 图2-5 霍尔传感器的接线图2.2.2 霍尔传感器测量原理测量电机转速的第一步就是要将电机的转速表示为单片机可以识别的脉冲信号，从而进行脉冲计数。霍尔器件作为一种转速测量系统的传感器，它有结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便等优点，因此选用霍尔传感器检测脉冲信号，其基本的测量原理如图2-6所示，当电机转动时，带动传感器运动，产
17、生对应频率的脉冲信号，经过信号处理后输出到计数器或其他的脉冲计数装置，进行转速的测量。图2-6 霍尔器件测速原理2.2.3 转速测量方法 转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法(测频法)、T法(测周期法)和MPT法(频率周期法)，该系统采用了T法(测周期法)。由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在传感器支架一段（参考图2-2），转盘随侧轴旋转.转盘随轴旋转时，覆铜半边进入传感器支架中间时磁场密度发生改变，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其周期和转速成反比。脉冲信号的周期与电机的转速有以
18、下关系：n= (2-1)式中：n为电机转速；P为电机转一圈的脉冲数；T为输出方波信号周期。根据式(2-1)即可计算出直流电机的转速。 霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场B，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的两个侧面之间产生霍尔电势。其大小和外磁场及电流大小成比例。霍尔开关传感器由于其体积小，无触点，动态特性好，使用寿命长等特点，故在测量转动物体旋转速度领域得到了广泛应用。2.3 单片机STC12C5A60S2单片机(Single-Chip-Microcomputer)又称为单片微控制器，其基本结构是将微型计算机的基本功能部件：中央处理器
19、（CPU）、存储器、输入口、输出口、定时器/计数器、中断系统等全部集中在一个半导体芯片上。 单片机结构上的设计，在硬件、指令系统及I/O能力等方面都有独到之处，具有较强而有效的控制功能。虽然单片机只是一个芯片，但无论从组成还是从其逻辑功能上来看，都具有微机系统的含义。另一方面，单片机毕竟是一个芯片，只有外加所需的输入、输出设备，才可以构成实用的单片机应用系统11。2.3.1 STC12C5A60S2芯片STC12C5A60S2是一种带60K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性
20、能CMOS8位微处理器，俗称单片机。其引脚图如图2-11所示。图2-11 STC12C5A60S2引脚图2.3.2 定时器STC12C5A60S2单片机内部有两个16位可编程定时器/计数器，记为T0和T1。它的工作方式可以通过指令对相应的特殊功能寄存器编程来设定，或作定时器用，或作外部事件计时器用。定时器/计数器在硬件上由双字节加法计数器TH和TL组成。作定时器使用时，计数脉冲由单片机内部振荡器提供，计数频率为f/12,每个机器周期加1。STC12C5A60S2单片机定时器/计数器的工作方式由特殊功能寄存器TMOD编程决定，定时器/计数器的启动运行由特殊功能寄存器TCON编程控制。不论用作定时
21、器还是计数器，每当产生溢出时，都会向CPU发出中断请求。单片机的定时器的工作原理是利用了寄存器的溢出来触发中断的,所以在写定时器的时候就要去算计数的增量,再根据单片机的晶振的频率就可以算出确定的时间了。定时器主要用到了2个寄存器,一个为TCON,另一个为TMOD。TCON是用来控制定时器的启动与停止的。TMOD是用来设置定时器的模式的。STC12C5A60S2单片机的定时器/计数器是可编程的，在进行定时或计数操作之前要进行初始化编程。通常8051单片机定时器/计数器的初始化编程包括如下几个步骤:1.确定工作方式，即给方式控制寄存器TMOD写入控制字。2.计算定时器/计数器初值,并将初值写入TH
22、和TL。3.根据需要对中断控制寄存器IE置初值，决定是否开放定时器中断。4.使运行控制寄存器TCON中的TR0或TR1置“1”，启动定时器/计数器。在初始化过程中，要设置定时或计数的初始值，这时需要进行一点运算。由于计数器是加法计数，并在溢出时产生中断，因此初始值不能是所需要的计数模值，而是要从最大计数值减去计数模值所得才是应当设置的计数初始值。假设计数器的最大计数值为M（根据不同工作方式，M可以是2、2或2），则计算初值X的公式如下：计数方式：X=M-要求的计数值 （2-2）定时方式：X=M- （2-3）2.3.3 外部中断外部中断：对某个中央处理机而言，它的外部非通道式装置所引起的中断称为
23、外部中断。STC12C5A60S2单片机的外部中断有两种触发方式可选：电平触发和边沿触发。选择电平触发时，单片机在每个机器周期检查中断源口线，检测到低电平，即置位中断请求标志，向CPU请求中断。选择边沿触发方式时，单片机在上一个机器周期检测到中断源口线为高电平，下一个机器周期检测到低电平，即置位中断标志，请求中断。应用时需要特别注意的几点：1电平触发方式时，中断标志寄存器不锁存中断请求信号。要使电平触发的中断被CPU响应并执行，必须保证外部中断源口线的低电平维持到中断被执行为止。因此当CPU正在执行同级中断或更高级中断期间，产生的外部中断源（产生低电平）如果在该中断执行完毕之前撤销（变为高电平
24、）了，那么将得不到响应，就如同没发生一样。同样，当CPU在执行不可被中断的指令（如RETI）时，产生的电平触发中断如果时间太短，也得不到执行。2边沿触发方式时，中断标志寄存器锁存了中断请求。中断口线上一个从高到低的跳变将记录在标志寄存器中，直到CPU响应并转向该中断服务程序时，由硬件自动清除。因此当CPU正在执行同级中断（甚至是外部中断本身）或高级中断时，产生的外部中断（负跳变）同样将被记录在中断标志寄存器中。在该中断退出后，将被响应执行。如果不希望这样，必须在中断退出之前，手工清除外部中断标志。3中断标志可以手工清除。一个中断如果在没有得到响应之前就已经被手工清除，则该中断将被CPU忽略。就
25、如同没有发生一样。2.3.4 AD转换STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口(P1.7-P1.0)，有8路10位高速A/D转换器,速度可达到速度可250KHz(25万次/秒)。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的口可继续作为I/O口使用。STC12C5A60S2系列单片机ADC(A/D转换器)的结构如下图所示。2.4 显示电路设计2.4.1 OCM12864简介1OCM12864 液晶显示模块是 12864 点
26、阵型液晶显示模块，可显示各种字符及图形，可与 CPU 直接接口，具有 8 位标准数据总线、6条控制线及电源线。采用 KS0108 控制 IC。 OCM12864液晶显示器实物如图2-12所示。图2-12 1602实物图2.4.2 OCM12864-3的基本参数及引脚功能1. OCM12864-3 外形尺寸图图2-13 OCM12864-3 外形尺寸图2.最大工作范围 逻辑工作电压(Vcc)：4.55.5V（12864-3、12864-5可使用3V供电） 电源地（GND）：0V 工作温度(Ta)：055(常温) / -2070（宽温） 保存温度(Tstg)：-30803. OCM12864-3引
27、脚各引脚接口说明如表2-1。表2-1 引脚接口说明表管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据
28、线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效18VOUT-LCD动负电压（-10V）输出驱对地接一个10k电位器19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源负端4.其与单片机的连接如图2-14所示。STC12C5A60S2图2-14 1602与单片机接线图2.4.3 显示模式OCM12864-3是常见的12864 点阵型液晶显示模块, 可显示各种字符及图形,2-15所示。图2-15 LCD显示图2.5 系统软件设计2.5.1 设计思想本系统采用STC12C5A60S2中的中断对转速脉冲处理。定时器T
29、0工作于定时方式1。每到一个中断计算一次周期，此值的倒数即为脉冲信号的频率，代表的即是电机的转速。2.5.2 总体软件流程进行初始化设置各定时器初值。启动系统后，霍尔传感器检测脉冲到来后，启动外部中断，每来一个脉冲中断一次，记录脉冲个数。同时启动T0定时器工作，每到一个中断计算一次转速及功率。连续采样三次，取平均值记为一次转速值。再进行数值的判断，若数值超出60-8000r/min则显示出错，否则就进行正常速度液晶显示。如果下次测量值没有溢出，则恢复正常显示。如图2-16所示。开始结果是否溢出是否却换显示是否需要计算当前显示模式清屏文字模板初始化计算转速、功率当前显示模式更新显示数据转速求均值
30、是否更新波形更新波形是否开关测速是否计算T计算时间是否设置时间设置时间是否更新显示更新显示图2-16 主流程图3 系统仿真和调试3.1 Proteus软件3.1.1 Proteus简介Proteus是基于SPICE3F5仿真引擎的混合电路仿真软件，不仅能够仿真模拟、数字电路以及模数混合电路，更具特色的是它能够仿真基于单片机的电子系统。Proteus不但完全支持MCS-51及其派生系列单片机的设计系统，另外也能仿真基于AVR和PIC系列的单片机系统。Proteus的仿真资源Proteus软件可提供的模拟、数字、交(直)流等元器件达30多个元件库，共计数千种。此外，对于元件库中没有的器件，使用者也
31、可依照需要自己创建。软件调试方面，其自身只带汇编编译器，不支持C语言。但可以将它与KeilC51集成开发环境连接，将用汇编和C语言编写的程序编译好之后，可以立即进行软、硬件结合的系统仿真，像使用仿真器一样来调试程序15。当然，软件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相应的仿真模型，用开发板和仿真器当然是最好选择，可是对于单片机爱好者，或者简单的开发应该是比较好的选择。Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而
32、是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。3.1.2 用Proteus绘制原理图步骤原理图是在原理图编辑窗口中的蓝色方框内绘制完成的，通过文件中的“新建设计”选项，可以调整原理图设计页面大小。绘制原理图时首先应根据需要选取元器件，Proteus库中提供了大量元器件原理图符号，利用Proteus的搜索功能能很方便地查找需要的元器件。首先根据需要选择器件。单击元器件列表窗口上边的按钮“P”，弹出如图3-1所示元器件选择窗口。在该窗口左上方的“关键字”栏内键入“AT89C51”（ Proteus中无STC12C5
33、A60S2仿真库故用AT89S51代替）,窗口中间的“结果”栏将显示出元器件库中所有AT89C51单片机芯片，选择其中的“AT89C51”，窗口右上方将显示出AT89C51图形符号，同时显示该器件的虚拟仿真模型，单击“确定”按钮后，AT89C51将出现在器件列表窗口。照此方法选择所有需要的元器件。图3-1 器件选择窗口器件选择完毕后，就可以开始绘制原理图了。先用鼠标从器件选择窗口选中需要的器件，预览窗口将出现该器件的图标。再将鼠标指向编辑窗口并单击左键，将选中的器件放置到原理图中。放置电源和地线端时，要从“终端”按钮栏中选取。在两个元器件之间进行连线的方式很简单，先将鼠标指向第一个器件的连接点
34、并单击左键，再将鼠标移到另一个器件的连接点并单击左键，这两个点就连接到一起了。对于相隔较远，直接连线不方便的器件，可以用标号的方式进行连接。连接后的部分硬件电路如图3-2所示。图3-2 硬件电路图（STC12C5A60S2无仿真库，故用AT89C51代替）3.2 硬件调试 按电路图买好元件后首先检查买回元件的好坏，按各元件的检测方法分别进行检测，一定要仔细认真。按电路图的位置将各元件安置好，首先放置核心元件，然后再放其他元件，特别注意顺序不能颠倒。在保证电路元器件完好及各元器件放置无误合理的情况下，开始对电路连接布线，由于本设计用面包板搭件，所以布线要无跨线并且工整。当硬件设计从布线到焊接安装
35、完成之后，就开始进入硬件调试阶段。3.2.1 硬件静态调试1排除逻辑故障显示器部分调试为了使调试顺利进行,首先将STC12C5A60S2与LCD显示分离,这样就可以用静态方法先测试LCD显示,用规定的电平加至位显示的引脚,看显示是否与理论上一致。不一致,一般为LCD显示器接触不良所致,必须找出故障,检测STC12C5A60S2电路工作是否正常。对STC12C5A60S2进行编程调试时,分为两个步骤：第一,对其进行初始化。第二,将STC12C5A60S2与LCD结合起来,借助开发机,通过编制程序进行调试。若调试通过后,就可以编制应用程序了。对于一些逻辑故障来说，这类故障往往是由于设计和焊接过程中
36、的失误所造成的。主要包括错线、开路、短路。排除的方法是首先将焊接好的电路板认真对照原理图,看两者是否一致。应特别注意电源系统检查,以防止电源短路和极性错误,并重点检查系统总线是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路。必要时利用数字万用表的短路测试功能,可以缩短排错时间。 2排除元器件失效 造成这类错误的原因有两个：一个是元器件买来时就已坏了另一个是由于安装错误,造成器件烧坏。可以采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误后,用替换方法排除错误。 3排除电源故障在通电前,一定要检查电源电压的幅值和极性,否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位,一般先检查VC
37、C与GND之间电位,若在5V48V之间属正常。若有高压,联机仿真器调试时,将会损坏仿真器等,有时会使应用系统中的集成块发热损坏。3.2.2 虚拟仿真调试原理图绘制完成之后，给单片机添加应用程序，就可以进行虚拟仿真调试。先用鼠标右键选中STC12C5A60S2单片机，再单击左键，弹出如图3-3所示器件编辑窗口。图3-3 器件编辑窗口在器件编辑窗口中“Program File”栏单击文件夹浏览按钮，找到需要仿真的Hex文件，单击“确定”按钮完成添加文件，在“Clock Frequency”文本框中把频率改为12MHz，单击“确定”按钮退出。这时单击仿真工具栏中全速运行按钮即可开始进行虚拟仿真17。
38、3.3 软件调试软件调试是通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。程序运行后编辑，查看程序是否有逻辑的错误。本系统的软件程序完全由C51编写。在调试过程中采取的是自上至下的调试方法，单独调试好每一个模块，然后再连接成一个完整的系统调试。3.4 软硬件联调使用Keil、Proteus软件进行单步调试仿真模拟，直到满足技术指标后，将程序烧到STC12C5A60S2片中进行软硬件联调。调试的过程及步骤如下：1.检测5v电源是否正常，并且是否加到单片机的电源引脚端。2.检测单片机的晶振电路是否正常工作，用万用表检测STC12C5A60S2片的18、19
39、脚的电压分别为3v、1.5v左右。3.检测复位信号输入端RST,高电平有效。在单片机正常工作时，此脚应为0.5V低电平。4.测试外部脉冲计数电路通过给CPU 施加固定脉冲，测试外部计数软件的正确与否。5.测试定时器中断系统6.检测液晶显示模式通过软件编程，给LCD输出指定数字，如“2501”，观察LCD上显示的也是“2501”，表明显示电路正确。4 结 论经过一段时间的辛勤努力，学习了霍尔传感器测速原理及相关器件的性能特点与用法等知识，查阅了关于单片机的各方面的资料，实现了“基于霍尔传感器的电机转速测量系统设计”的基本要求。所设计的系统具有以下功能：1.设计采用STC12C5A60S2单片机作
40、为测量转速的主CPU芯片，系统硬件设备结构简单合理，成本低，实时性好。2.测速系统采用霍尔传感器作为敏感速率信号，具有频率响应快，抗干扰能力强等特点。霍尔传感器的输出信号经信号调理后，通过单片机对连续脉冲计数来实现转速测量，充分利用了单片机的内部资源，有很高的性价比。3.采用OCM12864-3显示测速值，直观、稳定，易于实现，该显示方式可以推广到其他工程应用领域。4.采用Proteus进行了软仿真，绘制出电机转速测量系统的硬件电路，调试结果表明所设计的硬件电路正确。5.测速系统的功能还有待进一步扩充，如判别转速方向的能力，电路布局和抗干扰方面还有很大的提升空间。参考文献1于炳亮.电机转速测量
41、方法研究J.山东科学.2005(05).74782成辉传感器的理论与设计基础及其应用M北京：国防工业出版社.1999.30323来清民.传感器与单片机接口及实例M.北京航空航天大学出版社.2008.2642664牛洁，周静，苟娜.基于霍尔传感器的直流电机转速测量系统设计J.电子测试.2008（05）5姜文华.电动机测试系统及霍尔效应传感器在测试中的应用C.20036陈兴文，刘燕.单片机应用系统硬件调试技巧J.中国测控网.20067徐爱钧.单片机原理实用教程基于Proteus虚拟仿真M.北京：电子工业出版社.2009.19218金鹏电子有限公司，com12864中文手册9宏晶STC单片机官方网，
42、STC12C5A60S2中文手册10基于霍尔传感器的电机转速测量系统设计致 谢时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。毕业论文的完成也随之进入了尾声。当我在电脑上敲出了最后一个字，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以言喻的失落。是的，随着论文的终结，意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束，尽管百般不舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。 最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位师长表示感谢！附录一 主要器件列表名称型号数量（个）单片机STC12C5A60S21液晶OCM12864-31霍尔A3144E2晶振12MHz1直流电机5V1开关按键开关5单刀双掷开关1电阻10k7排阻10k81滑动变阻器10k1电容10uf130pf2附录二 硬件实物图实物图1 （转速、转向、功耗功能演示）实物图2 （波形显示转速变化规律功能演示）实物图3 （日历显示功能演示）实物图1 （超出测量范围警告功能演示）附录三 程序原代码单片机系统开发交流QQ群: 181035859
