數字顯示轉速表設計

摘 要：磁敏傳感器是利用導體、半導體的磁電效應制成的，它是一種能夠將磁場信號轉換為電信號的傳感器。磁敏傳感器的主要作用是檢測磁場信號，最大的優點是無接觸檢測，也就是磁敏傳感器與被檢測物體之間不需要直接接觸就能得到相應的反饋信號。簡要敘述了磁敏傳感器的基本內容，并基于磁敏傳感器設計了一款實用性比較強的數字顯示轉速表——霍爾傳感器。

關鍵詞：磁敏傳感器；集成霍爾元件；CD4026；CD4060

中圖分類號：TH824+.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.089

1 課題研究背景和意義

隨著科學技術的迅猛發展和人類社會的不斷進步，傳感器技術頻繁出現在工業生產和人們的日常生活中，這對推動我國經濟的發展和提高生產效率等有重要的意義。因為制造磁敏傳感器時選用的材料不同，所以，可將其分為磁敏電阻、磁敏晶體管、霍爾（集成霍爾傳感器）傳感器、干簧管和差動變壓器等。磁敏傳感器被廣泛應用于自動控制（電動機速度控制、位移控制等）、電磁測量（高斯計、電流檢測、電流傳感器/變送器、直流無刷電動機、轉速檢測等）和生物醫學等領域。那么，什么是霍爾效應呢？當導體中有電流通過時，它周圍的空間就會形成環流磁場，在垂直于電流和磁場的方向上便會產生一個電壓，這種產生電壓的現象就被稱為霍爾效應。目前，在生產實踐過程中，應用最多的就是集成霍爾傳感器，它集成了穩壓電路、放大電路、觸發電路和驅動電路等多種電路。由于集成霍爾傳感器具有體積小、功能多、安裝使用方便和堅固耐用等優點，所以，它在工業生產和日常生活中被廣泛應用。本文基于霍爾傳感器設計了一款具有實際應用意義的數字顯示轉速表，它不僅節省了大量的人力和物力，提高了工作效率，還具有準確度較高、實時性強、數據直觀、操作方便和電路簡單等特點。

2 元器件的選擇

2.1 CD4026

CD4026芯片具備2大功能：①具有十進制計數功能；②具有七段譯碼功能。通常情況下，CD4026是在CP脈沖的作用下為共陰極七段LED數碼管顯示提供輸入信號。由于CD4026輸出端的信號是有規律可循的，所以，經過適當的合理反饋后會獲得進位脈沖信號和本位清零信號，這樣便可實現數字鐘的計時功能。同時，CD4026還具有顯示譯碼的功能，可以將計數器的十進制計數轉換為驅動數碼管顯示的七位顯示碼，省去了專門的顯示譯碼器。CD4026的輸出abcdefg直接與LED數碼管連接；CD4026的CR為異步清零端，當CR=1時，就會立即使計數器清零。

在振蕩電路中，有Q4～Q14個輸出端，分頻系數依次為24，25，26…214，最大值為214=16 384.當CP1（和CP0）的下降沿計數器以二進制計數時，在時鐘脈沖線上使用斯密特觸發器不會限制時鐘的上升和下降時間。

3 數字顯示轉速表電路設計

4 電路工作過程分析

霍爾傳感器是一款比較常用的磁敏傳感器，在檢測電動機速度時，使用最多的就是霍爾傳感器。對于高速旋轉的電動機，要想實現無接觸轉速檢測，使用霍爾傳感器是最方便的；再加上集成霍爾傳感器可以很方便地與數字電子電路、晶閘管電路和繼電器等接口，所以，霍爾傳感器在轉速測量、電動機速度控制方面得到了比較廣泛的應用。

數字顯示轉速表設計是一個實用性比較強的轉速測量電路，它可以測量轉動機械每分鐘轉動的次數或轉速。其具體工作過程如下：調節滑動變阻器RP的觸點，得出所要的阻值，使3腳輸出的頻率（=振蕩頻率/16 384）為f=1/60 Hz，即周期為T=60 s。開始工作前，按一下“s”，目的是讓電路全部清零。復位后開始計數，在計數工作沒有到達指定時間（60 s為一個周期）時，CD4060的3腳會輸出低電平“0”，經過非門F2反相后得到高電平“1”。這時，與非門F1打開，霍爾傳感器輸出的計數脈沖經過與非門F1傳送到十進制計數器IC3～IC5中開始計數，十進制計數器IC3～IC5帶譯碼和顯示驅動，會將它們組合成3位數字顯示計數器。計數器的連接方式類似于用電器的串聯，而計數結果也將直接驅動半導體發光器件——數碼管顯示出數字。當計數到指定時間時，CD4060的3腳便會輸出高電平“1”，反相為低電平“0”后，關閉與非門F1，計數將會停止。此時，數碼管顯示出來的數字即為當時的轉速，達到了測速的目的。如果想要再次計數，只需要再次按一次“s”讓電路清零即可；如果想增加顯示數字的位數，那么，就可以按照同樣的方法增加CD4026的模塊數目，以增加數字位數。

參考文獻

[1]李瑜芳.傳感技術[M].成都：電子科技大學出版社，1999.

[2]楊幫文.最新傳感器使用手冊[M].北京：人民郵電出版社，2004.

[3]陳裕泉，葛文勛.現代傳感器原理及應用[M].北京：科學出版社，2007.

[4]張洪潤.傳感器技術大全[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[5]楊帆.傳感器技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2008.

[6]陳書旺，張秀清，董建彬.傳感器應用及電路設計[M].北京：化學工業出版社，2008.

[7]聶輝海.傳感器技術及應用[M].北京：電子工業出版社，2012.

作者簡介：賈強（1981—），男，天津人，講師，2003年畢業于天津師范大學，主要從事電工與電子技術方面的研究。

〔編輯：白潔〕

Abstract： The magnetic sensor is the use of conductors， semiconductors made of magnetic effect， which is a way to convert the magnetic field signal into an electrical signal. The main role is to detect the magnetic field magnetic sensor signal， the biggest advantage is the non-contact detection， which is no direct contact between the magnetic sensor and the object to be detected can get the appropriate feedback signal. A brief description of the basic contents of magnetic sensors and magnetic sensors designed a relatively strong practicability digital tachometer display based - hall sensor.

Key words： magnetic sensors； integrated Hall element； CD4026； CD4060