数字转速表设计

数字转速表设计数字转速表设计摘要本文介绍了霍尔转速传感器的原理霍尔效应，简单介绍了转速传感器的常见类型和工作原理，重点描述了本次设计数字转速表所用到电磁式转速传感器的工作原理。

经查阅相关资料，结合所学电子技术设计，设计了能产生方波的时基信号发生器，由与非门构成的选通门电路，LED显示组件电路。

最终设计出了由装有永久磁铁的磁盘、选通门电路、时基信号电路、电源计数及数码显示电路等组成数字转速器。

关键词：霍尔传感器；电磁式转速传感器；信号发生器目录1.霍尔转速传感器的工作原理和应用 (1)1.1霍尔效应霍尔元件：霍尔传感器 (1)2.转速传感器的常见种类及工作原理 (3)2.1转速传感器的常见种类 (3)2.2电磁式转速传感器的工作原理和性能优点 (4)3.数字转速表的电路图及工作原理 (5)总结 (7)参考文献 (8)1.霍尔转速传感器的工作原理和应用霍尔传感器的工作原理：霍尔电流传感器是根据霍尔原理制成的。

它有两种工作方式，即磁平衡式和直式。

霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成。

霍尔传感器是一种磁传感器。

用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。

霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。

霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。

1.1霍尔效应霍尔元件：霍尔传感器霍尔效应：如图1-1示，在半导体薄片两端通以控制电流I ，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B 的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH 的霍尔电压， 它们之间的关系为H IB U K d =∙ 。

式中d 为薄片的厚度，k 称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。

上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。

图1-1 霍尔效应霍尔传感器 ：由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。

霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图1-2所示，是其中一种型外形图。

图1-2 霍尔传感器霍尔传感器的分类：霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。

（一）线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。

（二）开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。

1.2霍尔传感器的应用按被检测对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。

前者是直接检测受检对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，这个磁场是被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量，例如速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电学量来进行检测和控制。

（一）线性型霍尔传感器主要用于一些物理量的测量。

例如：电流传感器：由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。

利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。

其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。

（二）开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等。

测转速或转数：如图1-3所示，，在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数（计数器），若接入频率计，便可测出转速。

如果把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上，当装在运动车辆上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。

根据脉冲信号的分布可以测出车辆的运动速度。

图1-32.转速传感器的常见种类及工作原理速传感器是用于将旋转物体转速状态转换为电信号的一种传感器。

转速传感器可以应用在各种转速测量场合，能适应对旋转物体的低速、高速、稳速和瞬时速度等多种转速状态测量工作，并可将信号传导给控制部门。

转速传感器的发展历史较长，产生的种类繁多，制造方法各异。

转速传感器的设计原理也多种多样，包括机械、电气、电磁、光感等多个种类。

转速传感器以信号输出方式不同，能分为模拟式转速传感器和数字式转速传感器，前者直接输出线性函数，后者输出频率信号。

2.1转速传感器的常见种类1、光电式转速传感器光电式转速传感器是以光敏元件来接收光线变化来测量旋转物体转速的。

光电式转速传感器分为透射式光电转速传感器和反射式光电转速传感器，两者的主要区别是对光线的投射与接收过程不同，但在原理上没有太大区别。

2、变磁阻式转速传感器变磁阻式转速传感器可以分为电感式转速传感器、变压器式转速传感器和电涡流式转速传感器，其中最常见的是电感式转速传感器。

电感式转速传感器是以转动轴带动磁通量变化而产生感应电势，再通过电势大小的测量得出旋转体的转速值。

3、电容式转速传感器电容式转速传感器是通过对电容的变化来测量旋转物转速的，测量时电容式转速传感器的电容变化周期与转速相同。

电容式转速传感器主要有面积变化型和介质变化型两个种类，测量时前者是以位置变化带动电容量变化，后者是以介电常数变化带动电容量变化。

2.2电磁式转速传感器的工作原理和性能优点磁式转速传感器是用于齿轮、齿条、凸轮等机械部件转速测量的转速表。

电磁式转速传感器的测量是对通过电磁变化的感应来实现的，不需要使用电源也驱动也可以完成，因此电磁式转速传感器被大量的应用在各种工业场所。

1、电磁式转速传感器的原理和使用电磁式转速传感器的组成部件包括永久磁铁、线圈和U型磁钢等，U型磁钢与线圈相连，当永久磁铁和U型磁钢之间发生位置变化时，线圈内的磁通量就会随之变化，通过对磁通量变化的感知，电磁式转速传感器就能得到被测机械的转速值结果。

电磁式转速传感器在测量机械设备转速时，会将检测齿轮安装在被测量旋转轴上，而后将传感器头安装在靠近齿轮顶端的位置，当旋转轴开始转动后，齿轮会随着旋转轴运动，电磁式转速传感器即可接收到与转速成正比例的频率信号。

电磁式转速传感器中，有内装检测齿轮型产品，它的使用更为方便和简单。

内装检测齿轮型电磁式转速传感器是将齿轮内置，而后通过联轴节和旋转的机械轴相连接，在机械轴转动时获得与其频率相同的转速比例信号。

图2-12、电磁式转速传感器的优点电磁式转速传感器的使用不依赖电源，可应用于各个工作环境。

电磁式转速传感器的结构简单、外形小巧、占用空间少、重量轻，便于携带和使用。

电磁式转速传感器的运行稳定可靠，故障率低，几乎不需要维修和保养3.数字转速表的电路图及工作原理数字转数表的电路如图3-1所示。

它主要由装有永久磁铁的磁盘、霍尔集成传感器、选通门电路、时基信号电路、电源计数及数码显示电路等组成。

计数及数码显示电路采用CMOS-LED数码显示组件CLlO2，它可以计数并显示数码。

图3-1转盘的输入轴与被测旋转轴相连，当被测轴旋转时，便带动转盘随之转动。

当转盘上的小永久磁铁经过霍尔集成传感器IC1时，IC1便会将磁信号转换为转速电信号。

该信号经与非门l反相输人至与非门3的输入端，而与非门3的另一输大端接来自时基电路IC2的方波脉冲信号。

这个时基信号是用来控制与非门3的开与刁，形成选通门，以此来控制转速信号能否从与非门3输出。

当接通电源后，转速信号立即被送往与非门3的输入端，如果此时时基信号为低电平，则选通门关闭，转速信号元法通过选通门。

当第一个时基信号到来时，选通门才被打开，并同时使CMOS-LED数码显示组件IC4、IC5、IC6的LE端呈寄存状态。

时基信号的上升沿也同时触发由与非门4、5组成的反相器及由R4、R5、R7、C3、VD2及VD3组成的微分复位电路，复位脉冲由VD3输出后加至IC4、IC5、IC6的R端，使址数器复位清零。

在完成上述功能后，时基信号在一个单位时间(例如lmin)内保持高电平。

在这段时间内，选通门与非门3一直处于开启状态，转速信号则通过选通门送至LED数码显示组件，实现了在单位时间内的计数。

在单位时间结束时，时基信号又回到低电平，此时选通门关闭并自动置计数电路的LE端为选通状态。

此时，计数器的计数内容送至寄存器并同时显示其内容。

当第二个时基信号到来时，又把计数器的内容清零，并重复上述过程。

但此时的寄存器及显示器的内容不变，只有当第二次采样结束后，才会更新而显示新的测试结果。

总结通过该课程设计，我不仅锻炼了用专业知识、专业技能分析和解决现实问题的能力，在精神方面也有很大收获。

知识不是课本上的文字，必须学以致用，只有用出来的才叫做知识同时我掌握了霍尔转速传感器原理，设计数字转速器基本过程及其各阶段的基本任务，明白了课本上的知识是机械的，抽象的。

由于自身能力有限，在课程设计中碰到了很多的问题，我通过查阅相关书籍、资料以及和周围同学交流得到解决。

这个过程中，我也曾经因为错误失落过，也曾经因为小有成绩而热情高涨。

正如生活一样，汗水预示着结果也见证着收获。

虽然这只是一次的极简单的课程设计，可是平心而论，也耗费了我们不少的心血。

同时我得出了这样一个结论，任何事情不努力都是办不好的，挫折是一时的，能力是一世。

挫折锻炼了我们的能力，同时锻炼出来的能力能打败挫折。

这次设计过程中指导老师对我的论文进行了精心的指导和修改，使得我的课程设计进一步完善,在此向我的指导老师表示感谢！参考文献[1]贾秀美.数字电路实践技术（第一版）.中国科学技术出版社，2000.[2]王毓银.脉冲与数字电路（第三版）.高等教育出版社，1999.[3]路勇.电子电路实践及仿真（第一版）清华大学出版社，2004.[4]岳怡.数字电路与数字电子技术（第一版）.西北工业大学出版社，2001.[5]刘常澍.数字逻辑电路（第一版）.国防工业出版社，2002.[6]萧宝瑾.protel 99 SE操作指导与电路设计实例（第一版）.太原理工大学，2004.[7]赵学良，张国华.电源电路【M】.电子工业出版社，1995.[8]张义申，陈坤等.电子设计技术【M】.西安电子科技大学出版，1996.[9]刘君华.智能传感器系统.西安电子科技大学出版，2000.[10]纪树赓.西东显示技术与仪表（第三版）.机械工业出版社，1996.8。