霍爾元件測速原理說明及應用

1、霍爾測速測速是工農業(yè)生產中經常遇到的問題，學會使用單片機技術設計測速儀表具有很重要的意義。要測速， 首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術制作測速表時，常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉軸 與待測軸相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉速的高低。使用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數 法。只要轉軸每旋轉一周，產生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進行計數，即可獲得轉速的 信息。下面以常見的玩具電機作為測速對象，用CS3020設計信號獲取電路，通過電壓比較器實現(xiàn)計數脈沖的輸出，既可在單片機實驗箱進行轉速測量，也可直接將輸出接到頻率計或脈沖計數器，得到單位時間內的脈沖 數，進行換算即

2、可得電機轉速。這樣可少用硬件，不需編程，但僅是對霍爾傳感器測速應用的驗證。1 脈沖信號的獲得霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關信號采集的有CS3O20 CS3040等，這種傳感器是一個 3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸岀通常是集電極開路（0C門輸岀，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖 1所示是CS3020的外形圖，將有字面對準自己，三根引腳從左向右分別是 Vcc，地，輸岀。圖 1 CS3020 外形圖使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結構也可以做得較為簡單，只要在轉軸的圓周上粘上一粒磁鋼， 讓霍爾開關靠近磁鋼，就有信號輸岀，轉軸旋轉時，就會不斷地產生脈沖信號輸

3、岀。如果在圓周上粘上多粒 磁鋼，可以實現(xiàn)旋轉一周，獲得多個脈沖輸岀。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可 以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸岀，可以換一個方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè) 現(xiàn)場應用廣泛。2 硬件電路設計測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于 測速。通?？梢杂糜嫈捣?、測脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數法，就是給定一個閘門時間，在閘門時 間內計數輸入的脈沖個數；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數門，對一個高精度的高頻計數信號進 行計數。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在1誤差的

4、問題，第一種方法適用于信號頻率高時使用，第二種方法則在信號頻率低時使用。等精度法則對高、低頻信號都有很好的適應性。圖 2 是測速電路的信號獲取部分，在電源輸入端并聯(lián)電容C2 用來濾去電源尖嘯，使霍爾元件穩(wěn)定工作。HG表示霍爾元件，采用 CS3020,在霍爾元件輸岀端（引腳 3）與地并聯(lián)電容 C3濾去波形尖峰，再接一個上拉 電阻R2，然后將其接入 LM324的引腳3。用LM324構成一個電壓比較器，將霍爾元件輸岀電壓與電位器RPi比較得岀高低電平信號給單片機讀取。C4用于波形整形，以保證獲得良好數字信號。LED便于觀察，當比較器輸岀高電平時不亮，低電平時亮。微型電機M可采用型，通過電位器 RPi

5、分壓，實現(xiàn)提高或降低電機轉速的目的。C電容使電機的速度不會產生突變，因為電容能存儲電荷。電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小 （用輸岀電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關系） ：當“”輸入端電壓高于“”輸入端時，電壓比較器輸岀為高電平； 當“”輸入端電壓低于“”輸入端時，電壓比較器輸岀為低電平； 比較器還有整形的作用，利用這一特點可使單片機獲得良好穩(wěn)定的輸岀信號，不至于丟失信號，能提高 測速的精確性和穩(wěn)定性。EA=1;/ IE=0X00;/EAET1 ES ET1 EX1 ET0 EX0ET0=1;/ 10 00 0 0 10TR1=1;TR0=1;TF0=1;圖 .2 測速電路原理圖3

6、 測速程序測量轉速，使用霍爾傳感器，被測軸安裝有 1 只磁鋼，即轉軸每轉一周，產生 （轉/ 分）顯示在數碼管上。用 C 語言編制的程序如下：/硬件：老版STC實驗版/P3-5 口接轉速脈沖#include / 單片機內部專用寄存器定義#define uchar unsigned char#define uint unsigned int / / 數據類型的宏定義uchar code LK10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90, ;/ uchar LK14=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;uint data z,count

7、er;整型全局變量 lk1 個脈沖，要求將轉速值數碼管 09 的字型碼/ 位選碼/ 定義無符號/=void init(void) / /init TMOD=0X51;/GATE/ 0 1 0 1 TH1=0;/TL1=0; TH0=-(50000/256); / TL0=-(50000%256);定義名為 init 的初始化子函數 子函數開始，分別賦值 C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 0 0 0 1計數器初始值定時器 t0 定時 50ms計數器T1 定時器 T0/= void delay(uint k)/ 延時程序uint data i,j;for(i=0;ik;i+)for

8、(;j121;j+) ;/=void display(void) / 數碼管顯示 P1=LKz/1000;P2=LK10;delay(10);P1=LK(z/100)%10;P2=LK11;delay(10);P1=LK(z%100)/10;P2=LK12;delay(10); P1=LKz%10;P2=LK13;delay(10);/=void main(void)uint temp1,temp2;init();/ 主程序開始/調用 init 初始化子函數for(;)temp1=TL1;temp2=TH1;counter=(temp28)+temp1;/z=counter;/ 讀出計數器值并

9、轉化為十進制display();/ 無限循環(huán)語句結束/ 主程序結束/=/ uint chushi=60;void timer0(void) interrupt 1 using 1 TH0=-(50000/256); /定時器 t0 定時 50msTL0=-(50000%256);/ chushi-;/ if(chushi=0)z=counter /0.5 ; /讀岀速度/TH0=0; /每50MS清一次定時器TL1=0;霍爾測速測速是工農業(yè)生產中經常遇到的問題，學會使用單片機技術設計測速儀表具有很重要的意義。要測速， 首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術制作測速表時，常用測速發(fā)電機的方法，即

10、將測速發(fā)電機的轉軸 與待測軸相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉速的高低。使用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數 法。只要轉軸每旋轉一周，產生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進行計數，即可獲得轉速的 信息。下面以常見的玩具電機作為測速對象，用CS3020設計信號獲取電路，通過電壓比較器實現(xiàn)計數脈沖的輸出，既可在單片機實驗箱進行轉速測量，也可直接將輸出接到頻率計或脈沖計數器，得到單位時間內的脈沖 數，進行換算即可得電機轉速。這樣可少用硬件，不需編程，但僅是對霍爾傳感器測速應用的驗證。1 脈沖信號的獲得霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關信號采集的有CS3O20 CS3040等，

11、這種傳感器是一個 3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸岀通常是集電極開路（0C門輸岀，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對準自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸岀。圖1 CS3020 外形圖 使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結構也可以做得較為簡單，只要在轉軸的圓周上粘上一粒磁鋼， 讓霍爾開關靠近磁鋼，就有信號輸出，轉軸旋轉時，就會不斷地產生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒 磁鋼，可以實現(xiàn)旋轉一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可 以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再

12、試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè) 現(xiàn)場應用廣泛。2 硬件電路設計測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于 測速。通?？梢杂糜嫈捣āy脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數法，就是給定一個閘門時間，在閘門時 間內計數輸入的脈沖個數；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數門，對一個高精度的高頻計數信號進 行計數。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在1 誤差的問題，第一種方法適用于信號 頻率高時使用，第二種方法則在信號頻率低時使用。等精度法則對高、低頻信號都有很好的適應性。圖 2 是測速電路的信號獲取部分，在電源輸入端并聯(lián)電容C2 用

13、來濾去電源尖嘯，使霍爾元件穩(wěn)定工作。HG表示霍爾元件，采用 CS3020,在霍爾元件輸岀端（引腳3）與地并聯(lián)電容 C3濾去波形尖峰，再接一個上拉電阻艮，然后將其接入 LM324的引腳3。用LM324構成一個電壓比較器，將霍爾元件輸岀電壓與電位器RPi比較得岀高低電平信號給單片機讀取。C4用于波形整形，以保證獲得良好數字信號。LED便于觀察，當比較器輸岀高電平時不亮，低電平時亮。微型電機M可采用 型，通過電位器 弘分壓，實現(xiàn)提高或降低電機轉速的目的。C電容使電機的速度不會產生突變，因為電容能存儲電荷。電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大?。ㄓ幂攲珉妷旱母呋虻碗娖?，表示兩個輸入電壓的大小關系） ：當

14、“”輸入端電壓高于“”輸入端時，電壓比較器輸岀為高電平； 當“”輸入端電壓低于“”輸入端時，電壓比較器輸岀為低電平； 比較器還有整形的作用，利用這一特點可使單片機獲得良好穩(wěn)定的輸岀信號，不至于丟失信號，能提高 測速的精確性和穩(wěn)定性。圖.2 測速電路原理圖3 測速程序測量轉速，使用霍爾傳感器，被測軸安裝有 1 只磁鋼，即轉軸每轉一周，產生 1 個脈沖，要求將轉速值 （轉 / 分）顯示在數碼管上。用C語言編制的程序如下：/硬件：老版STC實驗版/P3-5 口接轉速脈沖#include / 單片機內部專用寄存器定義#define uchar unsigned char#define uint uns

15、igned int/ / 數據類型的宏定義數碼管 09 的字型碼/ 位選碼/ 定義無符號uchar code LK10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90, ;/uchar LK14=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;uint data z,counter; 整型全局變量 lk/=計數器 T1 定時器 T0 /initTMOD=0X51; /GATE/ 0 1 0 1TH1=0; /TL1=0;TH0=-(50000/256); /TL0=-(50000%256);子函數開始，分別賦值 C/T M1 M0 GATE C/T

16、M1 M0 0 0 0 1計數器初始值定時器 t0 定時 50msEA=1;/ IE=0X00; /EA - ET1 ES ET1 EX1 ET0 EX0ET0=1; / 1 0 0 0 0 0 1 0 TR1=1;TR0=1;TF0=1;/= void delay(uint k) / 延時程序uint data i,j;for(i=0;ik;i+)for(;j121;j+) ;/=void display(void) / 數碼管顯示P1=LKz/1000;P2=LK10;delay(10);P1=LK(z/100)%10;P2=LK11;delay(10);P1=LK(z%100)/10;P

17、2=LK12;delay(10);P1=LKz%10;P2=LK13;delay(10);/=void main(void)uint temp1,temp2;init();/ 主程序開始/調用 init 初始化子函數for(;) temp1=TL1;temp2=TH1;counter=(temp28)+temp1; / 讀出計數器值并轉化為十進制/z=counter;display();/ 無限循環(huán)語句結束/ 主程序結束/ uint chushi=60;void timer0(void) interrupt 1 using 1 TH0=-(50000/256); /定時器 t0 定時 50ms

18、TL0=-(50000%256);/ chushi-;/ if(chushi=0)z=counter /0.5 ; /讀出速度/TH0=0; /每50MS清一次定時器TL1=0;霍爾測速 測速是工農業(yè)生產中經常遇到的問題，學會使用單片機技術設計測速儀表具有很重要的意義。要測速， 首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術制作測速表時，常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉軸 與待測軸相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉速的高低。使用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數 法。只要轉軸每旋轉一周，產生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進行計數，即可獲得轉速的 信息。下面以常見的玩具電機作為測

19、速對象，用CS3020設計信號獲取電路，通過電壓比較器實現(xiàn)計數脈沖的輸出，既可在單片機實驗箱進行轉速測量，也可直接將輸出接到頻率計或脈沖計數器，得到單位時間內的脈沖 數，進行換算即可得電機轉速。這樣可少用硬件，不需編程，但僅是對霍爾傳感器測速應用的驗證。1 脈沖信號的獲得霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關信號采集的有CS3O20 CS3040等，這種傳感器是一個 3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸岀通常是集電極開路（0C門輸岀，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對準自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸岀。圖 1 CS3

20、020 外形圖 使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結構也可以做得較為簡單，只要在轉軸的圓周上粘上一粒磁鋼， 讓霍爾開關靠近磁鋼，就有信號輸岀，轉軸旋轉時，就會不斷地產生脈沖信號輸岀。如果在圓周上粘上多粒 磁鋼，可以實現(xiàn)旋轉一周，獲得多個脈沖輸岀。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可 以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸岀，可以換一個方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè) 現(xiàn)場應用廣泛。2 硬件電路設計測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于 測速。通?？梢杂糜嫈捣?、測脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數法，就是給定一個閘門

21、時間，在閘門時 間內計數輸入的脈沖個數；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數門，對一個高精度的高頻計數信號進 行計數。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在1誤差的問題，第一種方法適用于信號頻率高時使用，第二種方法則在信號頻率低時使用。等精度法則對高、低頻信號都有很好的適應性。圖 2 是測速電路的信號獲取部分，在電源輸入端并聯(lián)電容C2 用來濾去電源尖嘯，使霍爾元件穩(wěn)定工作。HG表示霍爾元件，采用 CS3020,在霍爾元件輸岀端（引腳 3）與地并聯(lián)電容 C3濾去波形尖峰，再接一個上拉 電阻艮，然后將其接入 LM324的引腳3。用LM324構成一個電壓比較器，將霍爾元件輸岀電壓與電位

22、器RPi比較得岀高低電平信號給單片機讀取。C4用于波形整形，以保證獲得良好數字信號。LED便于觀察，當比較器輸岀高電平時不亮，低電平時亮。微型電機M可采用型，通過電位器 弘分壓，實現(xiàn)提高或降低電機轉速的目的。C電容使電機的速度不會產生突變，因為電容能存儲電荷。電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大?。ㄓ幂攲珉妷旱母呋虻碗娖?，表示兩個輸入電壓的大小關系） ：當“”輸入端電壓高于“”輸入端時，電壓比較器輸岀為高電平； 當“”輸入端電壓低于“”輸入端時，電壓比較器輸岀為低電平； 比較器還有整形的作用，利用這一特點可使單片機獲得良好穩(wěn)定的輸岀信號，不至于丟失信號，能提高 測速的精確性和穩(wěn)定性。圖 .2 測

23、速電路原理圖3 測速程序測量轉速，使用霍爾傳感器，被測軸安裝有 1 只磁鋼，即轉軸每轉一周，產生 （轉/ 分）顯示在數碼管上。用 C 語言編制的程序如下：/硬件：老版STC實驗版/P3-5 口接轉速脈沖#include / 單片機內部專用寄存器定義#define uchar unsigned char#define uint unsigned int / / 數據類型的宏定義uchar code LK10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90, ;/ uchar LK14=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;uint data

24、z,counter;整型全局變量 lk1 個脈沖，要求將轉速值數碼管 09 的字型碼/ 位選碼/ 定義無符號void init(void)/ 定義名為 init 的初始化子函數 /init子函數開始，分別賦值TMOD=0X51;/GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0計數器T1 定時器 T0/ 0TH1=0;/計數器初始值/=TL1=0;定時器 t0 定時 50msTH0=-(50000/256); /TL0=-(50000%256);EA=1;/ IE=0X00;/EAET1 ES ET1 EX1 ET0 EX0ET0=1;/ 10 00 0 0 10TR1=1;TR0=

25、1;TF0=1;/= void delay(uint k) / 延時程序uint data i,j;for(i=0;ik;i+) for(;j121;j+) ;/=void display(void) / 數碼管顯示P1=LKz/1000;P2=LK10;delay(10);P1=LK(z/100)%10;P2=LK11;delay(10);P1=LK(z%100)/10;P2=LK12;delay(10);P1=LKz%10;P2=LK13;delay(10);/=void main(void)uint temp1,temp2;init();/ 主程序開始/調用 init 初始化子函數for

26、(;) temp1=TL1;temp2=TH1;counter=(temp28)+temp1; / 讀出計數器值并轉化為十進制 /z=counter;display(); / 無限循環(huán)語句結束 / 主程序結束/=/ uint chushi=60;void timer0(void) interrupt 1 using 1 TH0=-(50000/256); /定時器 t0 定時 50msTL0=-(50000%256);/ chushi-;/ if(chushi=0)z=counter /0.5 ; /讀岀速度/TH0=0; /每50MS清一次定時器TL1=0;霍爾測速 測速是工農業(yè)生產中經常遇

27、到的問題，學會使用單片機技術設計測速儀表具有很重要的意義。要測速， 首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術制作測速表時，常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉軸 與待測軸相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉速的高低。使用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數 法。只要轉軸每旋轉一周，產生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進行計數，即可獲得轉速的 信息。下面以常見的玩具電機作為測速對象，用CS3020設計信號獲取電路，通過電壓比較器實現(xiàn)計數脈沖的輸出，既可在單片機實驗箱進行轉速測量，也可直接將輸出接到頻率計或脈沖計數器，得到單位時間內的脈沖 數，進行換算即可得電機轉速。這樣可少用硬件，不

28、需編程，但僅是對霍爾傳感器測速應用的驗證。1 脈沖信號的獲得霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關信號采集的有CS3O20 CS3040等，這種傳感器是一個 3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸岀通常是集電極開路（0C門輸岀，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對準自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸岀。圖 1 CS3020 外形圖使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結構也可以做得較為簡單，只要在轉軸的圓周上粘上一粒磁鋼， 讓霍爾開關靠近磁鋼，就有信號輸出，轉軸旋轉時，就會不斷地產生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒 磁鋼，可以

29、實現(xiàn)旋轉一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可 以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè) 現(xiàn)場應用廣泛。2 硬件電路設計測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于 測速。通?？梢杂糜嫈捣āy脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數法，就是給定一個閘門時間，在閘門時 間內計數輸入的脈沖個數；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數門，對一個高精度的高頻計數信號進 行計數。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在1 誤差的問題，第一種方法適用于信號 頻率高

30、時使用，第二種方法則在信號頻率低時使用。等精度法則對高、低頻信號都有很好的適應性。圖 2 是測速電路的信號獲取部分，在電源輸入端并聯(lián)電容C2 用來濾去電源尖嘯，使霍爾元件穩(wěn)定工作。HG表示霍爾元件，采用 CS3020,在霍爾元件輸岀端（引腳3）與地并聯(lián)電容 C3濾去波形尖峰，再接一個上拉電阻R，然后將其接入 LM324的引腳3。用LM324構成一個電壓比較器，將霍爾元件輸岀電壓與電位器RPi比較得岀高低電平信號給單片機讀取。C4用于波形整形，以保證獲得良好數字信號。LED便于觀察，當比較器輸岀高電平時不亮，低電平時亮。微型電機M可采用 型，通過電位器 昭分壓，實現(xiàn)提高或降低電機轉速的目的。C電

31、容使電機的速度不會產生突變，因為電容能存儲電荷。電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小（用輸岀電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關系） ：當“”輸入端電壓高于“”輸入端時，電壓比較器輸岀為高電平； 當“”輸入端電壓低于“”輸入端時，電壓比較器輸岀為低電平； 比較器還有整形的作用，利用這一特點可使單片機獲得良好穩(wěn)定的輸岀信號，不至于丟失信號，能提高 測速的精確性和穩(wěn)定性。圖.2 測速電路原理圖3 測速程序測量轉速，使用霍爾傳感器，被測軸安裝有1 只磁鋼，即轉軸每轉一周，產生1 個脈沖，要求將轉速值(轉 / 分)顯示在數碼管上。用C語言編制的程序如下：/硬件：老版STC實驗版/P3-5 口接轉速脈沖#include / 單片機內部專用寄存器定義#define uchar unsigned ch