基于单片机控制的直流电机调速控制器的设计

3.5、霍尔元件测速设计

霍尔元件是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小耐高温等特性。

将一块永久磁钢固定在直流电机转轴上的转盘边沿，转盘随转轴旋转，磁钢也跟着同步旋转。在转盘附近安装一个霍尔开关传感器，当转盘随转轴同步旋转时，受磁钢产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，器脉冲信号的频率和转速成正比。这样只要测出脉冲信号的频率或者周期即可求出直流电机的转速。

霍尔元件测速电路

霍尔转速传感器的工作原理：

霍尔转速传感器的主要工作原理是霍尔效应，也就是当转动的金属部件通过霍尔传感器的磁场时会引起电势的变化，通过对电势的测量就可以得到被测量对象的转速值。霍尔转速传感器的主要组成部分是传感头和齿圈，而传感头又是由霍尔元件、永磁体和电子电路组成的。

霍尔器件是有半导体材料制成的一种薄片，器件的长、宽、高分别为l、b、d。若在垂直于薄片平面（沿厚度d）方向施加外加磁场B，在沿l方向的两个端面加以外电场，则有一定的电流经过。由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑磁力，其大小为：fl＝qVB

式中：fl――洛仑磁力，q――载流子电荷，V――载流子运动速度，B――磁感应强度。

9

这样使电子的运动轨迹发生偏移，在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩，形成霍尔电场，霍尔元器件两个侧面间的电位差UH称为霍尔电压。

霍尔电压大小为：UH=RH×I×B/d(mV)

式中：RH ---霍尔常数，d---元件厚度，B---磁感应强度，I---控制电流 设KH= RH/d ，则UH=KH×I×B (mV)

KH为霍尔器件的灵敏系数(mV/mA/T),它表示该霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下输出霍尔电动势的大小。应注意，当电磁感应强度B反向时，霍尔电动势也反向。

霍尔转速传感器就是通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时，产生霍尔电势。霍尔转速传感器的霍尔元件在产生霍尔电势后，会将其转换为交变电信号，最后传感器的内置电路会将信号调整和放大，输出矩形脉冲信号,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。

3.6、LED显示电路

LED显示电路

此系统的显示采用动态扫描方式。当有键盘按下时则数码管显示按键的内容。将键盘四次按键后要显示的内容送到显示缓存区并将全部按键内容存放在50H到54H中（高位地址存放高字节）。若无按键下则数码管显示的是有霍尔元件采集而来的转速，即将30H、31H的内容送到显示缓冲区40H到43H中（高位地址存放高字节），因为30H、31H中为实际转速对应的十六进制数故应先将其转化为对应的十进制数再送到显示缓存区，并将其存放在54H到58H中（高位地址存放高字节）。在查表得到要显示内容的显示代码，送到PA口进行显示，此处用到一个计数器计五次数分别对应不同的位码依次显示转速的符号位、千

10

位、百位、十位和个位。其中符号位、千位、百位、十位和个位对应的位选分别为7FH、0BFH、0DFH、0EFH、0F7H。

3.7、键盘的设计

用软件管理键盘的具体过程如下：

(1)当单片机有中断响应时则可能有键盘按下，为了消抖动此时应该延时一段时间，若还有外部中断0仍为低电平则有按键按下。

(2)判断按键的具体位置。采用粗扫描的方法逐行输出0，读列的值。如果读的列值为全1，则被按键不在该行上，再让下一行为0；否则说明被按键在该行上。

(3)计算被按键的键值，以确定要完成的功能。在此处采用的算法为将行值和列值合并为一个字节，并按照一定的顺序形成一个键值表。在设计键值表时将行值作为高四位，列值作为低四位中的高三位。

当找到所按的键对应的键值表时则进行相应的键处理。此处键处理采用查表的方式，从S1到S10对应的键操作为显示数字0到9，S11和S12对应的操作为启动和停止，S13和S14对应的操作为正传和反转，S15和S16对应的操作为加速和减速。

四、软件流程图

此系统软件由1个主程序、2个中断子程序、1显示子程序和1个PWM调速子程序组成。

11

开始栈指针初始化 0→ 显示缓冲区（40H到43H）20→(定时器T0软件计数单元）7EH→（控制输出电压）0→(存放电机转速）T1→方式2 T0→方式1TH1=TL1=0TH0=3CH TL0=B0H(T0为50ms定时）中断初始化，允许T0、INT0中断调用显示子程序 主程序流程图 T0开始现场保护，恢复T0初值（40H）-1=0?NY20→（40H）由T1所记数值算出电机实际转速c(k)PI 运算0→(42H)~(43H)恢复现场返回

中断子程序

12