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基于51单片机霍尔测速仪表测转速调速系统设计

news 2025/8/24 9:45:40

1 系统功能介绍

本设计基于 STC89C52 单片机，实现了一个 霍尔测速仪表测转速调速系统，它能够对电机转速进行实时采集、显示和调节。系统利用霍尔传感器检测电机转动时的磁场变化，计算转速，并通过 LCD1602 液晶屏显示。同时，用户可以通过电位器调节电机的转速，从而构成一个闭环的测速与调速实验平台。该系统在电机控制、机械测量和嵌入式应用方面都有较强的实用价值。

系统主要功能如下：

转速采集：通过霍尔传感器检测磁铁经过的次数，从而得到转速。
数据显示：LCD1602 液晶屏实时显示电机转速，界面直观。
转速调节：通过旋转电位器，改变 PWM 占空比，从而实现电机转速的调整。
电源管理：系统由电源电路统一供电，保证各个模块稳定工作。

该系统集成了 传感器检测、单片机处理、液晶显示和人机交互 等功能，是一个典型的嵌入式测控系统设计案例。

2 系统电路设计

系统电路主要包括 单片机最小系统电路、霍尔测速模块、LCD1602 液晶显示模块、电机及电位器调速模块、电源电路 等部分。

2.1 单片机最小系统电路（STC89C52）

核心处理器：STC89C52 作为系统的主控器件，负责霍尔传感器脉冲信号的采集、转速计算、PWM 波形输出以及 LCD 数据驱动。
最小系统：包括电源、晶振、复位电路。
- 晶振电路通常采用 12MHz 或 11.0592MHz 晶振。
- 复位电路使用上拉电阻和电容实现上电自动复位。
I/O 分配：
- 外部中断接口用于霍尔信号采集；
- 定时器用于计数测速；
- PWM 输出口用于电机调速；
- P0 或 P2 口用于 LCD1602 驱动。

2.2 霍尔测速模块

原理：霍尔传感器检测轮盘上磁铁的经过，每转一周产生一个或多个脉冲信号。
信号特征：输出为方波信号，频率与转速成正比。
接口方式：霍尔输出接入单片机外部中断口，当检测到电平变化时触发中断，进行计数。
作用：提供准确的转速信息，是系统的测量核心。

2.3 LCD1602 液晶显示模块

功能：用于显示实时转速信息。
接口方式：LCD1602 采用并行总线方式与 STC89C52 相连。
显示内容：
- 第一行显示提示信息，如“Speed:”。
- 第二行显示实时计算的转速值（单位：转/分）。

2.4 电机与电位器调速模块

电机驱动：
- 电机通常需要较大电流，因此需要外接三极管或 MOSFET 驱动。
- 单片机通过 PWM 信号控制电机转速。
电位器调速：
- 电位器接入单片机的 ADC 转换通道，转换为数字值。
- 单片机根据电位器数值调整 PWM 占空比，从而实现电机转速的变化。

2.5 电源电路

工作电压：系统电压为 5V。
电源方案：可由 USB 供电或 220V 转换 5V 电源模块供电。
稳定性要求：保证霍尔传感器、单片机和 LCD 工作电压稳定，避免电机干扰。

3 系统程序设计

程序设计采用 模块化结构，主要包括：主程序、霍尔测速程序、PWM 调速程序、LCD 显示程序、电位器采集程序 等部分。

3.1 主程序框架

#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "timer.h"
#include "adc.h"unsigned int rpm = 0;     // 转速
unsigned int adcValue = 0; // 电位器ADC值void main(void)
{LCD_Init();Timer0_Init();   // 定时器0用于测速Timer1_Init();   // 定时器1用于PWMADC_Init();EA = 1;          // 全局中断开启while(1){adcValue = ADC_Read(0);   // 读取电位器PWM_Set(adcValue);        // 调节电机转速LCD_ShowString(0,0,"Speed:");LCD_ShowNum(0,7,rpm,4);   // 显示转速}
}

3.2 霍尔测速程序

通过外部中断捕获霍尔传感器信号，每单位时间统计脉冲数，换算为转速。

unsigned int count = 0;void Timer0_Init(void) // 定时1s
{TMOD |= 0x01;   // 定时器0工作方式1TH0 = 0x3C;     // 1ms定时TL0 = 0xB0;ET0 = 1;TR0 = 1;
}void External_Int0(void) interrupt 0
{count++;  // 霍尔脉冲计数
}void Timer0_ISR(void) interrupt 1
{static unsigned int ms = 0;TH0 = 0x3C;TL0 = 0xB0;ms++;if(ms == 1000)  // 1s到{rpm = count * 60; // 转速=每秒脉冲数*60count = 0;ms = 0;}
}

3.3 PWM 调速程序

PWM 占空比根据电位器 ADC 值动态调整。

void Timer1_Init(void)
{TMOD |= 0x10; // 定时器1方式1TH1 = 0xFF;   TL1 = 0x00;ET1 = 1;TR1 = 1;
}unsigned int duty = 0; // 占空比void PWM_Set(unsigned int value)
{duty = value / 4; // 映射ADC值到占空比
}void Timer1_ISR(void) interrupt 3
{static unsigned int pwmCounter = 0;pwmCounter++;if(pwmCounter < duty)P1 = 0xFF;   // 输出高电平elseP1 = 0x00;   // 输出低电平if(pwmCounter >= 100)pwmCounter = 0;
}

3.4 ADC 采集程序

电位器通过 ADC0832 转换器接入单片机，采样电压值后映射到 PWM 占空比。

unsigned int ADC_Read(unsigned char channel)
{unsigned int value = 0;// 模拟与ADC0832的通信，这里简化value = (channel * 100) % 256; return value;
}

3.5 LCD 显示程序

void LCD_ShowNum(unsigned char x, unsigned char y, unsigned int num, unsigned char len)
{unsigned char i;for(i=0; i<len; i++){LCD_WriteData(num/1000+'0');num %= 1000;num *= 10;}
}