基于单片机的电机转速测量系统的设计
电机基于单片机的电机转速计设计
摘要随着电子技术，特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发展，人类生活发生了根本性的改变。
如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。
目前，单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性能价格比、开发较为容易，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走人家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。
因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。
本课题介绍了一种利用单片机技术实现高精度数字式转速测量系统的方法。
这种转速测量系统具有测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。
关键词:转速测量; 单片机; 直射式红外光电传感器AbstractWith the development of electronic technology, especially with a large-scale integrated circuits the emergence of miniature of the rapid development of computer technology, human life has undergone a fundamental change.If the microcomputer that modern science research is a qualitative leap, it is no exaggeration to say, SCM technology is the emergence of modern industry control field to bring a new technological revolution.At present, single chip with its small size, light weight, strong anti-interference ability, is not high to the environment request, high reliability, high performance price ratio, develop relatively easy, in the industrial control system, data acquisition system, intelligent instrumentation, office automation and other fields have a wide range of applications, and have leave home, from the washing machine, microwave oven to audio, car, can see everywhere of SCM.Therefore, SCM technology development and application level has become a national symbol of the level of industrial development.This paper introduces a high precision measurement system of rotation rate method. The measurement system is of high accuracy, fast sampling speed, wide measuring range and precision of the measurement and the measured speed and other advantages, has broad application prospects.Keywords: measurement of rotation rate; single-chip microcomputer; Reflection type infrared photoelectric sensor目录1 引言 (1)1.1数字式转速测量系统的发展背景 (1)1.2本设计课题的目的和意义 (1)2 转速测量系统的原理 (3)2.1转速测量方法 (3)2.2转速测量原理 (4)3 系统方案提出和论证 (6)3.1 霍尔传感器测量方案 (6)3.2 光电传感器 (7)4 系统硬件设计 (9)4.1转速信号采集 (9)4.2直射式红外光电传感器 (11)4.3电平转换器MAX232CPE介绍 (12)4.4电位器3296 (14)4.5单片机AT89C51介绍 (16)4.6最小系统的设计 (20)4.6.1复位电路 (20)4.6.2 晶振电路 (23)4.6.3 最小系统的仿真 (25)4.7显示部分设计 (25)5 系统软件设计 (29)5.1主程序初始化 (30)5.1.1 定时器的初始化 (30)5.1.2 中断允许控制 (31)5.2程序流程图 (32)致谢 (35)参考文献 (36)附录A系统总电路图 (37)附录B 系统总程序清单 (38)附录C 英文原文 (43)附录D汉语翻译 (47)1 引言1.1 数字式转速测量系统的发展背景随着微型计算机可靠性提高和价格的下降，用单片机测量电机转速已经日趋普遍。
基于单片机系统的电机转速测量电路设计
2021.02科学技术创新基于单片机系统的电机转速测量电路设计杨扬（徐州工程机械技师学院，江苏徐州221000）1转速测量方法本电路设计转速测量是用增量式编码器结合单片机，采用M/T 法，完成测速工作并显示。
增量式编码器与电机相连，输出信号接入本设计电路,即可实现转速测量及显示。
1.1增量式轴编码器光电轴角编码器,又称轴编码器或光电角位置传感器，是通过两个光敏接收管来转化角度码盘的时序和相位关系，并与单片机、计算机等控制器及显示装置相连接,实现数字测量、数字控制与数字显示。
增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，轴编码器主要分为增量式、绝对式与混合式3种,其中增量式轴编码器主要用于测量转子速度,绝对式轴编码器主要用于测量转子的空间位置,混合式轴编码器是增量式轴编码器与绝对式轴编码器的组合后端加入处理芯片之后,3种轴编码器都具有测量转子速度与空间位置的功能。
增量式轴编码器的结构如图1。
图1增量式轴码器的结构1.2M/T 法测转速常用的采用旋转编码器的数字测速方法有三种：M 法、T 法、M/T 法。
检测T C 时间内旋转编码器输出的脉冲个数M 1，又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M 2，用来计算转速的方法，称作M/T 法测速。
高频脉冲的频率为f 0，则准确的测速时间为Tt ＝M 2/f 0,电机的转速为：采用M/T 法测速时，应保证高频时钟脉冲计数器与旋转编码器计数器同时开启与关闭，以减少误差。
只有捕捉到编码器脉冲前沿时，两个计数器才同时开启与停止计数。
图2M/T 法测速2硬件电路设计单片机测量转速基本原理框图如图3所示，本模块的设计思路是：引入编码器信号，对编码器信号进行简单的整形后，送入光耦将信号隔离，经光耦隔离后信号送入CPLD 进行预处理（辨向、倍频），然后送入单片机计算转速，送入LED 数码管显示。
测速模块由整形电路、cpld 、单片机、LED 显示电路组成。
图3硬件电路设计框图2.1传感器部分主要分为两个部分，第一部分是光电编码器，将电机的转速信号转换为脉冲信号。
基于单片机的电机转速测量系统设计_(附图及源程序)
摘要在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的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，得到的信号是模拟量。
数字式通常采用光电编码器，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出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。
本文便是运用AT89C51单片机控制的智能化转速测量仪。
电机在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的一个参数。
本系统就是对电机转速进行测量，并可以和PC机进行通信，显示电机的转速，并观察电机运行的基本状况。
本设计主要用AT89C51作为控制核心，由霍尔传感器、LED数码显像管、HIN232CPE电平转换、及RS232构成。
详细介绍了单片机的测量转速系统及PC机与单片机之间的串行通讯。
充分发挥了单片机的性能。
本文重点是测量速度并显示在5位LED数码管上。
其优点硬件是电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。
关键字：MSC-51（单片机）；转速；传感器目录摘要 (1)Abstract .................................... 错误!未定义书签。
1 序言 (1)2 系统功能分析 (2)2.1 系统功能概述 (2)2.2 系统要求及主要内容 (3)3 系统总体设计 (4)3.1 硬件电路设计思路 (4)3.2 软件设计思路 (4)4 硬件电路设计 (6)4.1 单片机模块 (6)4.1.1 处理执行元件 (6)4.1.2 时钟电路 (10)4.1.3 复位电路 (11)4.1.4 显示电路 (12)4.2 霍尔传感器简介 (15)4.2.1 霍尔器件概述 (15)4.2.2 霍尔传感器的应用 (16)4.2.3 AH41霍尔开关 (17)4.3 发送模块 (18)5 软件设计 (22)5.1 单片机转速程序设计思路及过程 (22)5.1.1 单片机程序设计思路 (22)5.1.2 单片机转速计算程序 (23)5.1.3 二-十进制转换程序 (24)5.2 程序设计 (27)6 系统调试 (29)6.1 硬件调试 (29)6.2 软件调试 (30)6.3 综合调试 (32)6.4 故障分析与解决方案 (33)6.5 结论与经验 (34)参考文献 (36)致谢 (37)附录 (38)附录1 电路原理图 (38)附录2 元器件清单 (39)1 序言智能化转速测量可以对电机的转速进行测量，电机在运行的过程中，需要对其平稳性进行监测，适时对转速的测量有效地可以反映电机的状况。
C51单片机在电机转速测量仿真系统中的设计
C51 单片机在电机转速测量仿真系统中的设计单片机电机转速测量系统仿真系统采用单片机中T1 计数器对转速脉冲进行计数。
定时器T1 工作于外部事件计数方式，对转速脉冲计数; T0 工作于定时器方式。
每到1 s 读1 次计数值，此值即为脉冲信号的频率，根据式（1）可计算出电机的转速。
转速检测装置的软件系统主要包括：测速主程序、数据处理子程序和显示子程序。
单片机上电后，系统进入准备状态。
首先进行初始化，然后读取脉冲数据进行运算，将转速显示在LCD 上。
需要这款仿真及C 语言程序的爱好者可从文章配图左上角网址上了解。
该单片机电机转速测量系统仿真仿真采用测频法“M法”测量电机转速。
即在一定测量时间T 内，测量脉冲发生器（替代输入脉冲）产生的脉冲数m1 来测量转速，计算式如下：n=60m/TP，式中：P-为转轴转一周脉冲发生器产生的脉冲数；n-转速单位：（转/分）；T-定时时间单位：（秒）。
在该方法中，测量精度是由于定时时间T 和脉冲不能保证严格同步，以及在T 内能否正好测量外部脉冲的完整的周期，可能产生的1 个脉冲的量化误差。
因此，为了提高测量精度，T 要有足够长的时间。
定时时间可根据测量对象情况预先设置。
设置的时间过长，可以提高精度，但在转速较快的情况下，所计的脉冲数增大（码盘孔数已定情况下），限制了转速测量的量程。
而设置的时间过短，测量精度会受到一定的影响。
转速部分软件设计思路：AT89S52 单片机的P3.5 口接收传感器的信号。
电路由显示电路、AT89S52 单片机，单片机时钟电路，复位电路，等组成。
中断服务程序INT0，软件需要解决的是定时器T0 的记数和外部计数器T1 的协调工作。
由于测量的转速范围大，所以低速和高速都要考虑在内，软件工作流程：传感器检测出电机转动一转的脉冲数，由单片机的P3.5 端口送入单片机，由单片机的内部计数器T1 计数，启动计数时，发送一个信号TR0=1，内部定时器T0 开始时，TH0、TL0 设定初值为0。
基于单片机的电机转速测量系统的设计
基于单片机的电机转速测量系统的设计摘要: 为了研制简单可靠的直流电机测速装置，提出了基于单片机和集成芯片设计电机转速测量系统的方案。
介绍了霍尔传感器测速的工作原理，设计了系统的硬件电路和软件。
该系统以AT89S51 单片机为核心，主要包括电源模块、按键模块、转速测量电路模块和显示模块等，通过将脉冲信号送入单片机系统进行计数运算，并将转速测量结果显示在LED上。
运行试验表明，系统结构简单，工作稳定可靠，满足电机的测速要求。
关键词: 霍尔传感器; 电机; 测速系统; 单片机引言近年来，随着电力电子技术、计算机技术和微控制技术的发展，直流电机因其具有良好的启动、制动和调速性能，已广泛运用于机械制造、电力、冶金等领域。
由于伺服驱动系统不断朝着数字化智能化方向发展，因此转速的控制成为在工业测控系统实现的关键环节。
而如何测量电机的转速以实现对转速的高精度控制。
成为电机应用的一个突出问题之一［1］。
目前常用的转速测量方法有测速发电机测速法和光电码盘测速法等。
他们各有优点和缺点，直流测速发电机是应用范围较广的测速元件，它的主要优点是灵敏度、高线性误差小，但由于它具有电刷和换向接触装置，因而可靠性较差，应用范围有限;普通光电编码器虽然精度较高，但体积大，成本高。
霍尔元件具有尺寸小、外围电路简单、使用寿命长、调试方便等特点用它可以做成种传感器，广泛应用于位移测量、转速测量以及计数等方面［4］。
1 霍尔元件测速原理霍尔元件作为一种转速测量系统的传感器，它有体积小、重量轻、安装方便等优点，该传感器是利用霍效应原理工作的: 一个金属或半导体薄片置于磁场中，当薄片通以电流I 时，在薄片的两侧面上就会产生一个微量的霍尔电压UH，如果改变磁场的强度，霍尔电压的大小亦随之改变［5 － 6］。
当磁场消失时，霍尔电压变为零。
霍尔效应式转速传感器输出的信号是矩形脉冲信号，很适合于数字控制系统。
用公式表示为UH = KH·I·B ( 1)式中: KH为霍尔器件的灵敏度系数; I 为控制电流; B 为磁感应强度。
基于51单片机测电机转速的设计
基于51单片机测电机转速的设计[摘要]：本课题设计了一种基于单片机的电子测速仪，测速仪以89C51为数据处理主控芯片。
测速仪的主要组成部分：霍尔传感器、以89C51芯片为核心的密码锁的数据处理与控制电路、输出显示电路。
另外系统还有LED报警灯，单片机复位电路等。
测速电路的关键问题是物理信号到电信号的转换，以及脉冲的产生、报警与复位。
同时该测速仪具有低能耗、体积小、使用方便，非接触等优点，具有很强的使用价值[关键词]：单片机；测速仪51 singlechip design of measurement of motor speed based onAbstract：This project is to design a kind of electronic measurement instrument based on single chip microcomputer, velocimetry using 89C51 as main control chip data processing.Main components: Holzer velocimetry sensors, taking the 89C51 chip as the corecryptographic data processing and control circuit, the lock output display circuit.Another system and LED warning lamp, microprocessor reset circuit etc.. The keyproblem of conversion speed measuring circuit is a physical signal to electrical signal,and the pulse generation, alarm and reset. At the same time, the instrument has theadvantages of low energy consumption, small volume, convenient use, non - contactand other advantages, has the very strong use valueKeywords：MCU; velocimetry目录第一章绪论 (3)1.1测速仪的背景与分类 (3)1.2测速仪的运用于发展 (3)1.3本设计的意义与要求.................................................. .1 第二章单片机测速仪的主要元件介绍.. (2)2.1单片机89c51的介绍 (2)2.2 霍尔元件的介绍 (5)2.3比较器LM393的介绍............................................................................. (6)第三章基于单片机测速的工作概述以及原理分析 (9)3.1基于单片机测速的工作概述 (9)3.2系统硬件总电路图............................................................................. .. (9)3.3检测电路模块............................................................................. (9)3.4复位电路模块 (10)3.5晶振电路模块 (11)3.6电源电路模块 (11)3.7显示电路模块............................................................................. (12)3.8报警电路模块............................................................................. (12)第四章单片机测速系统组成 (13)4.1转速测量系统原理框图 (13)4.2系统软件框图 (13)第五章系统软件设计 (14)5.1系统流程序 (14)5.1.1系统主程序流程图............................................................................. (14)5.1.2测速程序流............................................................................. . (15)5.1.3 显示流程图............................................................................. (16)5.2程序............................................................................. . (21)第六章单片机测速电路实物运行 (22)6.1实物整体图......................................................... .226.2 测速显示 (23)6.2.1转速显示............................................................................. (23)6.2.2低速报警显............................................................................. . (24)6.2.3高速报警显示............................................................................. (25)小结............................................................................. ............................................................................... . (26)致谢 (27)附录一单片机测速PCB原理图............................................................................. . (28)附录二单片机测速元器件清单............................................................................. .. (29)参考文献............................................................................. ............................................................................... . (30)第一章绪论1.1测速仪的分类目前测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。
基于单片机的直流电机转速测量与显示(DOC)
目录绪论 (2)第1章参数计算与设备选型 (3)1.1控制芯片 (3)1.2测速发电机 (4)1.3模数转化器件——ADC0809 (6)第2章系统设计 (9)2.1 系统方框图 (9)2.2 硬件设计 (10)2.2.1 直流测速发电机 (10)2.2.2 ADC0809与单片机连接 (10)2.2.3 数码管 (11)2.2.4 综合接线图 (11)2.3 软件设计 (12)2.3.1 程序设计思路说明 (12)2.3.2 总程序控制流程图 (13)2.3.3 ADC0809工作流程图及程序 (14)2.3.4显示部分工作流程图及程序 (15)第3章结论 (18)参考文献 (19)绪论在现代工业自动化高度发展的时期，几乎所有的工业设备都离不开电机，形形色色的电机在不同领域发挥着很重要的作用。
与之而来的问题是，如何更好地控制电机，对于不同的场合，对电机的控制要求是不同的，但大部分都会涉及到直流电机的转速测量，从而利用转速来实施对直流电机的控制。
直流电机转速作为直流电机的一项重要技术指标，在各个应用场合都有重要的研究价值，例如在发动机，电动机，机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或连续测量，显示其转速及瞬时速度等，转速是其他大部分技术参数的计算来源，因此，准确测量直流电动机的转速具有重要的研究意义和理论价值。
目前，对直流电动机的速度检测方法很多，从整体上可分为模拟检测和数字检测方法。
模拟检测：即利用测速电机作为发电机，通过检测反电势E的大小和极性可得到转速N和电机转向，采用这种方法直接可以得到转速N和输出电压的特性曲线，直观，但也有很多不足，比如在高速和低速情况下实际输出偏离理想特性。
数字检测技术：即通过分析数字信号产生的一系列脉冲间接获取电机转速。
如光电旋转编码器是将检测圆盘划分为等距的三个同心圆，最外环和次外环分别用等距的黑白条纹分开，且最外环和次外环的缝隙位置相位差为90度，用于判断电机的转速，最内环只有一个黑条纹，用作定位脉冲或者是复位脉冲，利用光电编码器输出的脉冲可以计算转速，具体的又可分为M法，T法和M\T法。
基于单片机实现的数字转速表的设计
目录一、前言二、系统工作原理三、总体设计1、设计方案2、硬件任务及结构框图3、软件任务及模块图4、各模块说明5、内存空间分配四、结束语五、程序清单六、附录系统原理图七、参考资料八、课程设计评分表前言单片机课程是已们实践性很强的专业技术课程，初学者只有通过大量的编程、实验、调试、设计制作等一系列的实践环节的训练，才能真正理解单片机软件及硬件设计和调试技巧，才能灵活的运用单片机的各条指令系统和各种开发调试工具，设计出高效、可靠、低功耗、体积更小的单片机应用系统，充分体现单片机的嵌入式应用特色。
要进行单片机的开发、实验及课程设计等，必须有一套软硬件开发工具，这样可以省下许多宝贵的时间及精力，提高工作效率。
单片机是计算机家族的一个重要分支，它具有体积小、价格低、面向控制的特点，适用于各种工业控制、仪器仪表装置，在人类生产和生活的各个领域都有极为广泛的应用。
近年来，微型计算机的发展速度足以让世人惊叹，以计算机为主导的信息技术作为一种崭新的生产力，正在向社会的各个领域渗透，也使机电一体化的进程大大加快。
机电一体化是当今制造技术和产品发展的主要倾向，也是我国机电工业发展的必由之路。
可以认为，它是用系统工程学的观点和方法，研究在机电系统和产品中如何将机械、计算机、信息处理和自动控制技术综合应用，以求机电系统和产品达到最佳的组合。
机电一体化产品所需要的是嵌入式微机，而单片机具有体积小、集成度高、功能强等特点，适于嵌入式应用。
智能仪器、家用电器、数控机床、工业控制等机电设备和产品中竟相使用单片机。
就目前而言，单片机的发展势头依然不减，各种型号和功能更强的单片机和超级接口芯片不断出现，进一步向高层次发展的重要标志就是构成多机系统和分布式网络。
世界上单片机芯片的产量以每年27%的速度递增，到本世纪初已达30亿片，而我国的年需求量也超过了亿片的数量，这表明单片机有着广阔的应用前景。
本课程主要针对目前我国早期应用比较广泛的“MCS-51”单片机进行系统的讲解和分析。
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基于单片机的电机转速测量系统的设计摘要:为了研制简单可靠的直流电机测速装置，提出了基于单片机和集成芯片设计电机转速测量系统的方案。
介绍了霍尔传感器测速的工作原理，设计了系统的硬件电路和软件。
该系统以AT89S51 单片机为核心，主要包括电源模块、按键模块、转速测量电路模块和显示模块等，通过将脉冲信号送入单片机系统进行计数运算，并将转速测量结果显示在LED上。
运行试验表明，系统结构简单，工作稳定可靠，满足电机的测速要求。
关键词: 霍尔传感器; 电机; 测速系统; 单片机引言近年来，随着电力电子技术、计算机技术和微控制技术的发展，直流电机因其具有良好的启动、制动和调速性能，已广泛运用于机械制造、电力、冶金等领域。
由于伺服驱动系统不断朝着数字化智能化方向发展，因此转速的控制成为在工业测控系统实现的关键环节。
而如何测量电机的转速以实现对转速的高精度控制。
成为电机应用的一个突出问题之一［1］。
目前常用的转速测量方法有测速发电机测速法和光电码盘测速法等。
他们各有优点和缺点，直流测速发电机是应用范围较广的测速元件，它的主要优点是灵敏度、高线性误差小，但由于它具有电刷和换向接触装置，因而可靠性较差，应用范围有限;普通光电编码器虽然精度较高，但体积大，成本高。
霍尔元件具有尺寸小、外围电路简单、使用寿命长、调试方便等特点用它可以做成种传感器，广泛应用于位移测量、转速测量以及计数等方面［4］。
1 霍尔元件测速原理霍尔元件作为一种转速测量系统的传感器，它有体积小、重量轻、安装方便等优点，该传感器是利用霍效应原理工作的: 一个金属或半导体薄片置于磁场中，当薄片通以电流I 时，在薄片的两侧面上就会产生一个微量的霍尔电压UH，如果改变磁场的强度，霍尔电压的大小亦随之改变［5 － 6］。
当磁场消失时，霍尔电压变为零。
霍尔效应式转速传感器输出的信号是矩形脉冲信号，很适合于数字控制系统。
用公式表示为UH = KH·I·B ( 1)式中: KH为霍尔器件的灵敏度系数; I 为控制电流; B 为磁感应强度。
若控制电流保持不变，则霍尔感应电压将随外界磁场强度而变化，根据这一原理，可以将一块永久磁钢固定在电动机转轴上转盘的边沿，转盘随被测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘附近安装一个霍尔元件，转盘随转轴旋转时，霍尔元件受到磁钢所产生的磁场影响，故输出脉冲信号，其频率和转速成正比，测出脉冲的周期或频率即可计算出转速［7］。
当电机转动时，带动传感器，产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［8］。
其器件的连接电路和电子特性分别如图1 和图2 所示。
脉冲信号的周期与电机的转速关系为:n = 60 /( P·T) ( 2)式中: n 为电机的转速; P 为电机转一圈的脉冲数; T 为输出方波信号的周期2转速信号处理电路设计转速信号处理电路包括信号放大电路、整形及三极管整形电路。
由于产生的电压信号很小，所以要进行放大处理，一般要放大至少1000倍（≥60dB），然后在进行信号处理工作。
信号放大装置选用运算放大器TL084作为放大电压放大元件，采用两级放大电路，每一级都采用反响比例运算电路如图3.设计的电压放大倍数为3000倍。
其中第一级放大倍数为30，第二级放大倍数为100.放大后电压变化范围为0～4.8V。
TL084采用12V双电源供电，由于电源的供电电压在一定范围内有副值上的波动，形成干扰信号。
为起到消除干扰，实现滤波作用，故供电电源两端需接10UF的电容接地，电容选择金属化聚丙已烯膜电容。
两级运放放大所采用的供电电源均采用此接法。
图3信号处理电路图整形电路的主要作用是将正弦波信号转化为方波脉冲信号，正弦波信号电压的最大幅值约为4.8V，最小幅值为0V。
整形电路设计的是一种滞回电压比较器，它具有惯性，起到抗干扰的作用。
从而向输入端输入的滞回比较器。
在整形电路的输入端接一个电容C7（103），起到的作用是阻止其他信号的干扰，并且将放大的信号进行滤波，解耦。
R11和R17是防止电路短路，起到保护电路的作用。
一次整形后的信号基本上为±5V的电平的脉冲信号，在脉冲计数时，常用的是+5V的脉冲信号。
如果直接采用-5V的脉冲计数，会增加电路的复杂性，故一般不直接使用，而是先进行二次整形。
第二次用三极管整形电路，当输出为-5V的信号时，三极管VT2（8050）的基-射极和电阻R18组成并联电路电流经过R18.R17,三极管VT2处于反向偏置状态，所以，VT2的集-射极未接通，故处于截止状态。
电源回路由R19，三极管VT2的集-射极组成，采用单电源+12V 供电，由于集射极截止，处于断路状态，故输出电压U0为V。
当第一次整形输出为+5V的信号时，三极管VT2基-射极处于正向偏置状态，有电流I通过，故此时三极管的集-射极处于通路状态。
电源电流流经电阻R19，三极管的集-射极到地端，由于集-射极导通时的电阻很小，可以忽略不计。
电源电压主要在R19上，其输出电压约为0V。
综上所述，三极管整形的电路的输入关系是：信号为-5V时，U0=+12V；信号为+5V时，U0=0V3 系统硬件设计根据实际控制的需要，设计了基于AT89S51 单片机的直流电机测速系统的硬件连接图。
如图3 所示，设计方案主要包含4 个模块: 键盘电路、电源电路、转速测量电路和显示电路。
其工作过程为: 通过按键向单片机输入相应控制指令，电机的转速通过霍尔传感器采集脉冲信号，经过放大处理后输送到单片机，电机的转速通过LED 显示出来。
3. 1 控制器系统选用AT89S51 作为CPU，它是一种低功耗、高性能，片内带4KB 快闪可编程/擦除只读存储器的8 位CMOS 微控制器，兼容标准MCS － 51 指令系统及80C51 引脚结构，使用高密度、非易失存储技术制造，，可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
2. 2 电源电路AT89S51 的工作电压为+ 5 V，而照明电压为220 V， 50 Hz的交流电，所以需要先通过一个变压器T1 降压，再通过整流桥将电压转换成直流电压。
由于变压后得到的直流电压可能含有交流分量，所以要通过滤波电路对其进行滤波处理，然后通过7805 得到稳定的5 V 电压。
3. 3 键盘系统通过两个开关SW1、SW2分别与P2． 0、P2． 1 相连，其中SW1用于系统重启，SW2用测速设置。
运行方式的设置由P2 口外接按键来完成。
判断按键是否按下的方法是: 首先置P2 口为高电平，然后从P2． 0 开始到P2． 1 为止，逐个检测引脚的电平，如果某引脚为低电平表示该键按下，此时需做相应的处理实现按键功能，如果引脚为高电平则不做处理。
3. 4 显示电路系统采用了数码管进行数据显示。
数码管选用4 连共阳数码管，并对位选端利用三极管S8550 进行驱动。
系统的显示方式为动态扫描，流向各位数码管送出字形码和相应的位选。
其驱动电路如图4 所示。
3. 5 测速电路电机测速电路主要基于霍尔传感器所设计，它是一种集成化的敏感器件，可提供线性单端输出，其输出电压正比于感应的磁场强度。
其内部的磁敏元件与高增益放大器、电源稳压器集成于同一芯片，使得应用时十分简便。
测量转速的霍尔传感器从永磁直流电机外壳检测转速信号，机轴每转1 周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路输出。
成为转数计数器的计数脉冲。
控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。
测速电路如图5 所示。
图3 系统总体结构图图4 LED 显示电路图5 电机测速电路4 软件设计系统采用单片机中的INT0 中断对转速脉冲进行计数。
定时器T1 工作于外部事件计数方式，对转速脉冲计数; T0 工作于定时器方式。
每到1 s 读1 次计数值，此值即为脉冲信号的频率，根据式( 1) 可计算出电机的转速。
转速检测装置的软件系统主要包括: 测速主程序、数据处理子程序和显示子程序。
主程序流程图见图6 所示。
单片机上电后，系统进入准备状态。
首先进行初始化，然后读取脉冲数据进行运算，将转速显示在LED 上。
如果有按键按下则进入相应的按键处理子程序。
图6 主程序流程图5 实验为了验证测量的准确性，做了对比试验，实验结果如表1所示。
其中实际值n0由高精度测试仪测得。
测量值nx为测速装置的显示值，测量误差ε由以下公式计算得到:ε = | nx － n0 | /n0( 3)表1 实验数据序号实际值 /( r·min － 1 ) 测量值/( r·min － 1 ) 误差/%1 600 618 3. 02 800 782 2. 33 1 000 1 021 2. 14 1 500 1 524 1. 65 2 000 1 978 1. 1误差分析表明，转速测量误差在4%以内，并且随着转速预设值的增加测量误差愈小，具有良好的性能。
6 结束语文中主要设计了一种基于单片机和霍尔传感器的测速系统。
霍尔传感器输出的信号经信号调理后，通过单片机对连续脉冲计数来实现转速测控。
运行实验表明，该系统硬件接口电路简单，工作稳定可靠，满足了调速的功能要求具有一定的理论及实用价值。
尤其是在测量空间有限或传感器不便安装的条件下，该测方法有明显的优势。
此外，该设计思想可推广到其他工程应用领域。
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