電氣 機(jī)械 軟件 硬件電路圖+單片機(jī).doc

摘 要本文是運(yùn)用AT89S52單片機(jī)控制的智能化速度測(cè)量?jī)x,在膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)速度檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)輸出膠帶輸送機(jī)的速度，并能夠在輸送機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警裝置，以便于及時(shí)的檢修。在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量速度的場(chǎng)合，測(cè)量速度的方法分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測(cè)速發(fā)電機(jī)為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是模擬量；數(shù)字式通常采用光電編碼器，霍爾元件等為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是脈沖信號(hào)。隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，特別是高性能價(jià)格比的單片機(jī)的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測(cè)量普遍采用以單片機(jī)為核心的數(shù)字式測(cè)量方法。本設(shè)計(jì)主要由AT89S52單片機(jī)，霍爾傳感器、LED數(shù)碼管構(gòu)成,通過(guò)程序編制將其有機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)時(shí)檢測(cè)、監(jiān)控、輸出的系統(tǒng)功能。其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，測(cè)量速度快、精度高、控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)。關(guān)鍵字： MSC-51（單片機(jī)）、數(shù)碼管、 霍爾傳感器目 錄摘 要11 序 言32 系統(tǒng)功能分析42.1 系統(tǒng)功能概述42.2 系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容43 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)53.1 硬件電路設(shè)計(jì)思路53.2 軟件設(shè)計(jì)思路54 硬件電路設(shè)計(jì)64.1 單片機(jī)模塊64.1.1 處理執(zhí)行元件64.1.2 時(shí)鐘電路104.1.3 復(fù)位電路104.1.4 顯示電路114.2 霍爾傳感器簡(jiǎn)介134.2.1 霍爾器件概述134.2.2 霍爾傳感器的應(yīng)用144.2.3 AH41霍爾開(kāi)關(guān)154.3 與非門及非門當(dāng)選擇與設(shè)計(jì)164.4 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)174.5電源的設(shè)計(jì)185 軟件設(shè)計(jì)185.1 單片機(jī)測(cè)速程序設(shè)計(jì)思路及過(guò)程195.1.1 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路195.1.2 單片機(jī)測(cè)速計(jì)算程序205.2 LED數(shù)碼管顯示程序225.3報(bào)警程序246 膠帶輸送機(jī)速度檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)257總結(jié)26參考文獻(xiàn)27附 錄28附錄1 電路原理圖2821 序 言智能化轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x可以對(duì)膠帶輸送機(jī)的速度進(jìn)行測(cè)量，輸送機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中，需要對(duì)其平穩(wěn)性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，適時(shí)對(duì)速度的測(cè)量有效地可以反映輸送機(jī)的狀況。本系統(tǒng)主要由霍爾傳感器，單片機(jī)AT89S52構(gòu)成。可以對(duì)大范圍轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的轉(zhuǎn)速精度高。單片機(jī)的英文名稱是Micro Controller unit,縮寫為MCU，又稱為微控制器，它是一種面向控制的大規(guī)模集成電路芯片。它具有功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、應(yīng)用簡(jiǎn)單靈活，因而使用非常廣泛，有力地推動(dòng)各行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和更新?lián)Q代。 本文首先在第二章緒論介紹了此系統(tǒng)的功能、技術(shù)指標(biāo)以及主要內(nèi)容等；在第三章論述了總體設(shè)計(jì)過(guò)程,確定了技術(shù)指標(biāo)及器件的選擇；第四章著重描述了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)框圖及所使用的各種芯片功能與特性；在第五章中重點(diǎn)剖析了軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程。由于本人水平有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，論文中難免會(huì)有錯(cuò)誤和不足之外，不夠理想、許多方面還需要繼續(xù)完善和改進(jìn)。在此特別感謝我的指導(dǎo)老師熊永超老師的大力指導(dǎo)。2 系統(tǒng)功能分析2.1 系統(tǒng)功能概述功能：系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能是:AT89S52單片機(jī)接收霍爾傳感器傳來(lái)的脈沖信號(hào),單片機(jī)根據(jù)外部中斷,以及內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行記數(shù)計(jì)算出膠帶輸送機(jī)的速度送到LED數(shù)碼管顯示，并能夠在輸送機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警裝置，以便于及時(shí)檢修。組成及框圖：霍爾傳感器、單片機(jī)、LED數(shù)碼管、報(bào)警裝置連接方式如下：數(shù)碼管顯示報(bào)警裝置霍爾傳感器2霍爾傳感器1單 片 機(jī) AT89C51 圖2-1 系統(tǒng)硬件電路應(yīng)用：從實(shí)用的角度看，評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)實(shí)用價(jià)值的重要標(biāo)準(zhǔn)，就是這個(gè)系統(tǒng)對(duì)社會(huì)生活和科技觀念有多大的貢獻(xiàn)。速度測(cè)量系統(tǒng)具有大范圍、高精度等優(yōu)點(diǎn)、測(cè)量速度快，這種系統(tǒng)將會(huì)有良好的應(yīng)用。2.2 系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容將霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)輸出入到單片機(jī)的外部中斷0口，單片機(jī)工作在內(nèi)部定時(shí)器工作方式0，對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行內(nèi)部記數(shù)，調(diào)用計(jì)算公式算出膠帶輸送機(jī)的速度，調(diào)用顯示程序顯示在LED數(shù)碼管上，同時(shí)能夠在膠帶輸送機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出警報(bào)，以便于維修員及時(shí)檢修。主要內(nèi)容：（1）單片機(jī)部分主要完成數(shù)據(jù)的采集、處理與分析。（2）LED數(shù)碼管部分主要是速度顯示出來(lái)，并能在出現(xiàn)故障時(shí)顯示斷帶位置。（3） 霍爾傳感器實(shí)時(shí)的監(jiān)控輸送機(jī)帶運(yùn)行狀態(tài)，并能向單片機(jī)發(fā)送信號(hào)。（4） 報(bào)警裝置在膠帶輸送機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)能夠發(fā)出警報(bào)。3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1 硬件電路設(shè)計(jì)思路硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。89S52單片機(jī)通過(guò)INT0輸入傳感器的脈沖信號(hào)，P2口接LED動(dòng)態(tài)顯示。另由于速度測(cè)量部分的硬件設(shè)計(jì)思路：本次設(shè)計(jì)單片機(jī)部分的硬件框圖如 圖31所示。CPU執(zhí)行單元顯示電路復(fù)位電路 時(shí)鐘電路報(bào)警電路 圖3-1 單片機(jī)部分硬件框圖具體詳細(xì)的敘述將在下面的章節(jié)中逐一介紹。3.2 軟件設(shè)計(jì)思路軟件工作流程：霍爾傳感器利用磁電效應(yīng)對(duì)膠帶輸送機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，產(chǎn)生一系列周期脈沖向單片機(jī)的外部中斷0（P3.2）口發(fā)送中斷信號(hào)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0計(jì)時(shí)，T1計(jì)數(shù)，計(jì)時(shí)1ms產(chǎn)生中斷。中斷完畢讀取內(nèi)部記數(shù)值作為除數(shù)，調(diào)用除法程序計(jì)算輸送機(jī)的速度，再調(diào)用顯示程序，在LED數(shù)碼管上顯示出來(lái)。當(dāng)輸送機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，如斷帶，反轉(zhuǎn)等，單片機(jī)通過(guò)對(duì)霍爾傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行處理，并調(diào)用報(bào)警程序，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。4 硬件電路設(shè)計(jì)硬件的功能由總體設(shè)計(jì)所規(guī)定，硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖，必要時(shí)做一些部件實(shí)驗(yàn)，以確定電路圖的正確性。整個(gè)單片機(jī)測(cè)量速度系統(tǒng)為單片機(jī)控制模塊、霍爾傳感器模塊、報(bào)警模塊，各個(gè)模塊都承擔(dān)著各自的任務(wù)。設(shè)計(jì)單片機(jī)模塊，考慮到單片機(jī)本身的外圍電路較多，所以在單片機(jī)模塊方面需要極為小心。4.1 單片機(jī)模塊根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)思路（如圖41）對(duì)單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，要使單片機(jī)準(zhǔn)確的測(cè)量輸送機(jī)速度，且使測(cè)出的數(shù)據(jù)能顯示出來(lái)，并能夠在輸送機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警裝置，所以整個(gè)單片機(jī)部分分為傳感器電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、報(bào)警電路以及顯示電路五個(gè)部分。4.1.1 處理執(zhí)行元件單片機(jī)我們采用AT89S52(其引腳圖如圖41)，相較于INTEL公司的8051它本身帶有一定的優(yōu)點(diǎn)。AT89S52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存貯器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89S52是一種高效微控制器，AT89S52單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。圖4-1 AT89S52引腳圖主要特性：與MCS-51 兼容8K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路管腳說(shuō)明：1.VCC：供電電壓；2.GND：接地；3.P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。4.P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。5.P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。6.P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S52的一些特殊功能口，如下表41所示：7.RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。8.ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。表4-1 P3口的第二功能Tab.4-1 The second feature I P3引 腳第二功能信 號(hào) 名 稱P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXDTXDINT0INT1T0T1WRRD串行數(shù)據(jù)接收串行數(shù)據(jù)發(fā)送外部中斷0請(qǐng)求外部中斷1請(qǐng)求定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入外部RAM寫選通外部RAM讀選通P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。 9./PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 10./EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 11.XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 12.XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石英振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。芯片擦除：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89S52設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。4.1.2 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的典型值為12MHZMCS-51內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。AT89S52是屬于CMOS8位微處理器，它的時(shí)鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于NMOS型的單片機(jī)。CMOS型單片機(jī)內(nèi)部（如AT89S52）有一個(gè)可控的負(fù)反饋反相放大器，外接晶振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器，圖42為CMOS型單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖。振蕩器工作受/PD端控制，由軟件置“1”PD（即特殊功能寄存器PCON.1）使/PD0，振蕩器停止工作，整個(gè)單片機(jī)也就停止工作，以達(dá)到節(jié)電目的。清“0”PD，使振蕩器工作產(chǎn)生時(shí)鐘，單片機(jī)便正常運(yùn)行。圖中SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率主要由SYS參數(shù)確定（晶振上標(biāo)明的頻率）。電容C1和C2的作用有兩個(gè)：其一是使振蕩器起振，其二是對(duì)振蕩器的頻率f起微調(diào)作用（C1、C2大，f變?。?，其典型值為30pF。圖4-2 CMOS型單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖4.1.3 復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。MCS-51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST，它是史密特觸發(fā)輸入(對(duì)于CHMOS單片機(jī)，RST引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻)，當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)時(shí)鐘周期)以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS-51保持復(fù)位狀態(tài)。此時(shí)ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都 輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位，CPU從初始狀態(tài)開(kāi)始工作。單片機(jī)采用的復(fù)位方式是自動(dòng)復(fù)位方式。對(duì)于MOS(AT89S52)單片機(jī)只要接一個(gè)電容至VCC即可(見(jiàn)圖43)。在加電瞬間，電容通過(guò)電阻充電，就在RST端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以使MCS-51有效的復(fù)位。RST端在加電時(shí)應(yīng)保持的高電平時(shí)間包括VCC的上升時(shí)間和振蕩器起振的時(shí)間，Vss上升時(shí)間若為10ms，振蕩器起振的時(shí)間和頻率有關(guān)。10MHZ時(shí)約為1ms，1MHZ時(shí)約為10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位，RST在上電應(yīng)保持20ms以上的高電平。RC時(shí)間常數(shù)越大，上電RST端保持高電平的時(shí)間越長(zhǎng)。若復(fù)位電路失效，加電后CPU從一個(gè)隨機(jī)的狀態(tài)開(kāi)始工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。圖4-3 上電復(fù)位電路4.1.4 顯示電路顯示電路采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，LED（Light-Emitting Diode）是一種外加電壓從而渡過(guò)電流并發(fā)出可見(jiàn)光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。LED有單個(gè)LED和八段LED之分，也有共陰和共陽(yáng)兩種。顯示器結(jié)構(gòu)：常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖44所示。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱為共陽(yáng)極顯示器,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。1位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管ag控制七個(gè)筆畫（段）的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開(kāi)頭有些失真，但控制簡(jiǎn)單，使用方便。此外，要畫出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進(jìn)行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來(lái)，如圖4-5所示，為七段數(shù)碼管的管腳圖。圖4-4 七段發(fā)光顯示器的結(jié)構(gòu)圖4-5 七段發(fā)光顯示器管腳的結(jié)構(gòu)顯示方式：為了節(jié)省I/O口線，我們采用的動(dòng)態(tài)顯示方式。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對(duì)于每一位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需8位口（稱為掃描口），控制各位顯示器所顯示的字形也需一個(gè)8位口（稱為段數(shù)據(jù)口）。本次設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)需要4位數(shù)碼管即可。4位共陰極顯示器和AT89S52的接口邏輯如圖4-7所示。AT89S52的P0口作為段數(shù)據(jù)口，接上拉電阻到顯示器的各個(gè)段；P2口作為掃描口。對(duì)于圖4-7中的4位顯示器，AT89S52的P2口掃描輸出總是只在一位為低電平，即4位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平，其它位為高電平，AT89S52的P0口相應(yīng)位（陰極為低）的顯示數(shù)據(jù)的段數(shù)據(jù)，使該位顯示出一個(gè)字符，其它們?yōu)榘?，依次地改變P2口輸出為高的位，P0口輸出對(duì)應(yīng)的段數(shù)據(jù)，4位顯示器就顯示出由緩沖器中顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。圖4-7 四位動(dòng)態(tài)顯示電路4.2 霍爾傳感器簡(jiǎn)介4.2.1 霍爾器件概述霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，已發(fā)展成一個(gè)品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族，并已得到廣泛應(yīng)用。霍爾元件是一種磁傳感器。要他們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可以在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。霍爾期間具有許多優(yōu)點(diǎn)，他們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)1MHZ），耐震動(dòng)，不怕灰塵、水汽及煙霧等污染或腐蝕?；魻柧€性器件的精度高、線性度好；霍爾開(kāi)關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回調(diào)、位置重復(fù)精度高（可達(dá)um級(jí)）。采用了各種補(bǔ)償措施的霍爾器件的工作溫度范圍廣，可達(dá)55-150度。按照霍爾器件的功能可將他們分為：霍爾線性器件和霍爾開(kāi)關(guān)器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。按被檢測(cè)的對(duì)象的性質(zhì)可將它們分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)出被測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測(cè)被檢測(cè)對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，用這個(gè)磁場(chǎng)作為被檢測(cè)信息的載體，通過(guò)它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)數(shù)以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)換成電量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測(cè)量線路集成在一起的一種傳感器。它取消了傳感器和測(cè)量電路之間的界限，實(shí)現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點(diǎn)，因此顯著地提高了可靠性。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，正越來(lái)越愛(ài)到眾的重視。集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過(guò)處理的霍爾輸出信號(hào)。按照輸出信號(hào)的形式，可以分為開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過(guò)處理后輸出一個(gè)高電平或低電平的數(shù)字信號(hào)?；魻栭_(kāi)關(guān)電路又稱霍爾數(shù)字電路，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成。4.2.2 霍爾傳感器的應(yīng)用使用霍爾器件檢測(cè)磁場(chǎng)的方法極為簡(jiǎn)單，將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測(cè)磁場(chǎng)中，因霍爾器件只對(duì)垂直于霍爾片表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度敏感，因而必須令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。若不垂直，則應(yīng)求出其垂直分量來(lái)計(jì)算被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以得到場(chǎng)的分布狀態(tài)，并可對(duì)狹縫，小孔中的磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)用磁場(chǎng)作為被傳感物體的運(yùn)動(dòng)和位置信息載體時(shí)，一般采用永久磁鋼來(lái)產(chǎn)生工作磁場(chǎng)。例如，用一個(gè)542.5（mm3）的釹鐵硼號(hào)磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約2300高斯的磁感應(yīng)強(qiáng)度。在空氣隙中，磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開(kāi)關(guān)器件的可靠工作，在應(yīng)用中要考慮有效工作氣隙的長(zhǎng)度。在計(jì)算總有效工作氣隙時(shí)，應(yīng)從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產(chǎn)品手冊(cè)中會(huì)給出。 因?yàn)榛魻柶骷枰ぷ麟娫?，在作運(yùn)動(dòng)或位置傳感時(shí)，一般令磁體隨被檢測(cè)物體運(yùn)動(dòng)，將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測(cè)工作磁場(chǎng)，再?gòu)臋z測(cè)結(jié)果中提取被檢信息。4.2.3 AH41霍爾開(kāi)關(guān)AH41霍爾開(kāi)關(guān)電路最適于響應(yīng)變化斜率陡峭的磁場(chǎng)并在磁通密度較弱的場(chǎng)合使用，適用于單極或多對(duì)磁環(huán)工作，它由反向電壓保護(hù)器、電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、信號(hào)放大器、史密特觸發(fā)器和集電極開(kāi)路的輸出級(jí)組成。工作溫度范圍為-40 150（存儲(chǔ)溫度為150），可適用于各種機(jī)及機(jī)電一體化領(lǐng)域。 電參數(shù)： 參數(shù) 符號(hào) 測(cè)試條件 量值 單位 最小 典型 最大電源電壓VCC4.5-24V輸出低電平電壓 Vout Iout=20mA BBOP-200-400mV輸出高電平電流 IOFF Vout=24V B 電源電流ICCVCC=24V 輸出端開(kāi)路 10 mA輸出上升時(shí)間trVcc=12V RL=1.1K CL=20Pf-0.12S輸出下降時(shí)間tfVcc=12V RL=1.1K CL=20Pf-0.18S 產(chǎn)品特點(diǎn):.電源電壓范圍寬.可用市售的小磁環(huán)來(lái)驅(qū)動(dòng).無(wú)可動(dòng)部件、可靠性高.尺寸小.抗環(huán)境應(yīng)力.可直接同雙極和MOS邏輯電路接口應(yīng)用:.高靈敏的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān).直流無(wú)刷電機(jī).直流無(wú)刷風(fēng)機(jī). 霍爾開(kāi)關(guān)元件的電路圖：圖4-8 霍爾傳感器的電路圖4.3 與非門及非門當(dāng)選擇與設(shè)計(jì)霍爾傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)輸機(jī)的工作狀態(tài)，并能向單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，實(shí)時(shí)的輸出輸送機(jī)的速度。在輸送機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，如斷帶等，我們用了與非門以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)霍爾傳感器的協(xié)同作用，在斷帶時(shí)能向單片機(jī)及時(shí)的發(fā)送信號(hào)，以使得損失量最小。 圖4-9 與非門的內(nèi)部接線圖 圖4-10非門的內(nèi)部接線圖霍爾傳感器、與非門及非門的電路設(shè)計(jì)原理： 霍爾傳感器1（AH41）與單片機(jī)的P3.2口相接，以檢測(cè)帶的反轉(zhuǎn)?；魻杺鞲衅?接到P3.5端口，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)功能。當(dāng)P3.2口檢測(cè)到信號(hào)時(shí)傳感器1輸出為0，同時(shí)傳感器1始終保持原有的高電平，即輸出為1。電路圖設(shè)計(jì)為：圖4-11傳感器電路設(shè)計(jì)圖4.4 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) LM386作為驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的芯片，報(bào)警電路能夠在膠帶輸送機(jī)出現(xiàn)障礙時(shí)，在單片機(jī)的控制下輸出警報(bào)，以方便維修人員及時(shí)的檢修。圖4-12報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖4.5電源的設(shè)計(jì) 為便于各元器件的額定電壓選擇，本設(shè)計(jì)將220V的交流電壓經(jīng)過(guò)變壓器整流后變成直流電壓，通過(guò)7812和7805穩(wěn)壓芯片，提供12V和5V的直流電壓，適應(yīng)不同元器件的需要。 電源電路設(shè)計(jì)：圖4-12電源電路設(shè)計(jì)圖5 軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中軟件需要解決的問(wèn)題是單片機(jī)中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)、計(jì)算程序的設(shè)計(jì)、顯示部分的程序設(shè)計(jì)，以及報(bào)警程序的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)程序總流程圖：圖5-1系統(tǒng)程序總流程圖5.1 單片機(jī)測(cè)速程序設(shè)計(jì)思路及過(guò)程 5.1.1 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路 單片機(jī)測(cè)速的主程序流程圖如下：?jiǎn)?dòng)初始化各元器件啟動(dòng)P3.4計(jì)時(shí)啟動(dòng)P3.5計(jì)數(shù)調(diào)用除法程序，計(jì)算速度圖5-2測(cè)速程序流程圖5.1.2 單片機(jī)測(cè)速計(jì)算程序計(jì)算速度公式： V=N*L/T(m/s)其中，N是內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，；T為中斷定時(shí)時(shí)間，由于采用12M的晶振，單片機(jī)的機(jī)器周期為1us，對(duì)定時(shí)程序的設(shè)置：（1）、對(duì)TMOD 寄存器賦值 使用定時(shí)器0對(duì)方式1，應(yīng)使M1M0=01;為實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，應(yīng)使=0;為實(shí)現(xiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的運(yùn)行控制，則GATE=0。定時(shí)/計(jì)數(shù)器1不用，有關(guān)位設(shè)定為0。因此TMOD寄存器初始化為0X01。（2）、計(jì)算計(jì)數(shù)初值 設(shè)定定時(shí)時(shí)間為1ms，計(jì)數(shù)初值為X則定時(shí)時(shí)間 T=(-X)*12/12M 1000ms=(-X)可得 X=64536所以將64536轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制后為0XFC18。其中，高8位為0XFC,放入TH0;低八位為0X18，放入TL0。（3）、對(duì)IE賦初值 因需要定時(shí)器0中斷，因此，將IE的EA、ET置為1。（4）、啟動(dòng)定時(shí)器0 將定時(shí)器控制寄存器TCON中低TR0設(shè)置為1，啟動(dòng)定時(shí)器0，TR0設(shè)置為0，定時(shí)器停止定時(shí)。 對(duì)計(jì)數(shù)程序的設(shè)置：（1）、對(duì)TMOD 寄存器賦值 使用定時(shí)器1的工作方式1，應(yīng)使M1M0=01;為實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，應(yīng)使=1;為實(shí)現(xiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的運(yùn)行控制，則GATE=0。定時(shí)/計(jì)數(shù)器0不用，有關(guān)位設(shè)定為0。因此TMOD寄存器初始化為0X50。（2）、計(jì)算計(jì)數(shù)初值 由于每接收到一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)一次，因此，計(jì)數(shù)初值C=65536-1=65535，將其轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制后為0XFFFF。其中，高8位為0XFF,放入TH0;低八位為0XFF，放入TL0。（3）、對(duì)IE賦初值 因需要定時(shí)器1中斷，因此，將IE的EA、ET1置為1。（4）、啟動(dòng)定時(shí)器0 將定時(shí)器控制寄存器TCON中低TR1設(shè)置為1，啟動(dòng)定時(shí)器1，TR1設(shè)置為0，定時(shí)器停止定時(shí)。單片機(jī)測(cè)速程序： #includes #define uint unsigned int uint cout=0;uint cout=0;uint V=0;uint L=157;uint CHUFA(I) uint V; V=(L*I)/1; Return V; Void main() TMOD=0X51; TH0=0XFC; TL0=0X18; TH1=0XFF;TL1=0XFF;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1;While(1); void TIME1() interrupt 3 count+; TH1=0XFF;TL1=0XFF; Void TIME0() interrupt 1() TH0=0XFC; TL0=0X18; V=CHUFA(count); 5.2 LED數(shù)碼管顯示程序AT89S52的P1口掃描輸出總是只有一位為低電平、其它位為高電平，AT89S52的P0口相應(yīng)位顯示數(shù)據(jù)的段數(shù)據(jù)，使該位顯示出一個(gè)字符，其余為暗，依次地改變P1口輸出為低高的位，P0口輸出對(duì)應(yīng)的段數(shù)據(jù)，4位LED顯示器就顯示所確定的字符。程序設(shè)計(jì)#include#define uint unsigned int #define uchar unsigned char/ 延時(shí)程序delay_ms(uint i) uint j; for(;i0;i-) for(j=0;j125;j+) ;/void xianshi()uint sign=0x3F,0x069,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F; uint Data=0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F; uint Time=0,Dist,Data_1=33,33,33,33,33,33,33,33,33,33,33,33,33;uint i=0,j,Speed,k=1000,flag=0; Dist=1787;P1=0x00;P0=0xff;Speed=Dist/Time;while(Speed)Data_1i+=Speed%10;Speed/=10; while(k-) for(i=0;i10;i+) P2=Datai; P0=signi; delay_ms(1); flag+;if(flag=100) flag=0;P0=0xff;delay_ms(500); void main() while(1) xianshi();5.3報(bào)警程序 當(dāng)膠帶輸送機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，霍爾傳感器采集信號(hào)，并發(fā)送給AT89S52單片機(jī)。單片機(jī)通過(guò)分析檢測(cè)的信號(hào)，調(diào)用報(bào)警程序，啟動(dòng)報(bào)警裝置。 程序設(shè)計(jì)：#include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char/uint cou