基于逻辑电路的转速检测系统的设计

简单介绍了一种通过单片机处理转速信号的方法，详细介绍了一种通过逻辑电路检测转速的方法，并对比了两种方法的不同，论述了通过逻辑电路方法设计的转速检测系统的优越性。

【关键词】单片机 逻辑电路 转速检测

转速信号的检测技术被广泛应用于汽车工业、电机拖动、精密加工等领域，对于转速信号进行检测的方法也是层出不穷。随着单片机技术的不断发展，使用高速度高精度单片机对转速信号进行处理已成为现实，但由于单片机处理信号存在着软件的优化问题，其响应时间与抗干扰性方面的不足经常会影响设备的精确度，而使用逻辑电路的硬件方式实现转速信号的检测与处理可以较好的解决这个问题。本文给出了一种通过逻辑电路的硬件方式对转速信号进行检测与处理的方法，并对所设计的电路进行了实验，验证了其优越性。

1 转速信号的检测

转速作为旋转机械的一个重要参数，在很多运动系统中都要对其进行实时监控与测量，而测量的精度对于整个系统而言又是重中之重。目前常用的转速信号检测方式主要有两种，分别为光电式和磁电式。光电式的检测器件主要为光电编码器，其精度较高，抗干扰性较强，但由于其体积较大，成本较高，因此常用在特定场合；磁电式的检测器件主要为磁钢与霍尔开关元件，其具有体积小、使用寿命长、调试方便等特点，用磁钢与霍尔开关元件配合制成传感器，可广泛应用于位移检测、转速检测、计数等方面。

转速检测系统的工作原理如图1所示。在转动轴的表面嵌入磁钢，当磁钢转过相应位置时，双霍尔开关元件检测到磁场，并将信号传输给信号处理模块，由信号处理模块根据双霍尔开关元件信号的波形和相位来确定轴的转速与转向，最后将处理过的信号传输给上位机进行显示。

2 单片机转速检测系统

对于单片机转速检测系统而言，只需将图1中的信号处理模块部分换成单片机即可，如图2所示。

系统中，双霍尔开关元件将检测到的磁场变化信号通过I/O口传输给单片机，由单片机对信号的情况做出相应的判断，判别出轴的转速与转向，最后将信号传输给上位机进行显示。系统中选用AT89S51芯片作为CPU，它是一种低功耗、高性能的8 位微控制器，兼容MCS-51指令系统，可为许多计算机控制系统提供高性价比的解决方案。但单片机转速检测系统检测的转速波形稳定性相对较差，而且成本较高，因此并非理想的解决方案。

3 基于逻辑电路的转速检测系统

对于基于逻辑电路的转速检测系统而言，需将图1中的信号处理模块部分用逻辑电路取代。如图3所示。

图3中，H1和H2为霍尔开关元件，触发器芯片可采用型号为TC7WH74FU的D触发器，门电路芯片可采用信号为MC74VHC1G08DFT1G的与门。电路的工作波形如图4所示，图4中给出了各个信号输出端的波形。

H1与H2的输出端分别与D触发器的clk与D相连接，如图3所示。H1与H2检测到磁场信号以后，由于安装位置的不同，会产生两路有相位差异的方波信号，如果H1信号的相位超前于H2信号，那么D触发器的输出端Q将输出一个持续的低电平信号，反之，D触发器的输出端Q将输出一个持续的高电平信号。通过检测D触发器输出端的高低电平，就可以判别出轴的转动方向。

H2的输出端与D触发器的输出端分别连接与门的两个输入端，如图3所示。如果轴的转动方向为正向，那么H2的输出信号相位超前，Q端输出高电平信号，H2与Q两路信号经过与门芯片后，输出信号OUT与H2信号相同，如图4所示；如果轴的转动方向为反向，那么H1的输出信号相位超前，Q端输出低电平信号，此时与门芯片的输出端为一个持续的低电平信号。通过与门芯片输出端信号的波形，就可以判断出轴的转动方向和轴的转动频率即转速。

4 结束语

基于逻辑电路设计的转速检测系统由纯硬件电路组成，比单片机软件信号处理存在检测效率高、性能稳定、不易受外界干扰、成本低廉等优点，以此方式设计的转速检测系统对实际生产有一定的价值。

参考文献

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作者简介

邵帅（1980-），男，天津市人。硕士学位。现为天津机电职业技术学院讲师。主要研究方向为应用电子技术、机电一体化技术。

作者单位

天津机电职业技术学院 天津市 300131