畢業(yè)論文-基于AT89C51單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

1、. v理工大學(xué)畢業(yè)論文 題目：題目：基于基于 AT89C51AT89C51 單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)學(xué)生：學(xué)生：學(xué)生學(xué)號(hào)：學(xué)生學(xué)號(hào)：院系名稱：院系名稱： 機(jī)電工程系機(jī)電工程系 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 機(jī)電一體化機(jī)電一體化 107107 班班 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：20132013 年年 6 6 月月 1515 日日. v摘 要在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，測(cè)量轉(zhuǎn)速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

2、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。本文便是運(yùn)用 AT89C51 單片機(jī)控制的智能化轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x。電機(jī)在運(yùn)行過程中，需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，轉(zhuǎn)速是一個(gè)必不可少的一個(gè)參數(shù)。本系統(tǒng)就是對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，并可以和 PC 機(jī)進(jìn)行通信，顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并觀察電機(jī)運(yùn)行的基本狀況。本設(shè)計(jì)主要用 AT89C51 作為控制核心，由霍爾傳感器、LED 數(shù)碼顯像管、HIN232CPE 電平轉(zhuǎn)換及 RS232 構(gòu)成。詳細(xì)介紹了單片機(jī)的測(cè)量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)及 PC機(jī)與單片機(jī)之間的串行通訊。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。本文重點(diǎn)是測(cè)量速度并顯示在 5 位 LED 數(shù)碼管上。其優(yōu)點(diǎn)硬件是電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，測(cè)量速度

3、快、精度高、控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：MSC-51 單片機(jī)，轉(zhuǎn)速，傳感器ABSTRACTIn the project practice, we will meet each kind to need frequently to survey the rotational speed the situation, the survey rotational speed method divides into the simulation type and the digital two kinds. The . vsimulation type uses measured that

4、 the fast generator is the detecting element, obtains the signal simulates the quantity. Digital usually uses the electro-optical encoder, the Hall part and so on is the detecting element, obtains the signal is the signal impulse. Along with microcomputers widespread application, specially high perf

5、ormance price compared to monolithic integrated circuits appearance, the tachometric survey uses generally take the monolithic integrated circuit as the core digital measuring technique I graduated from the Design of the issue is control of the intelligent use of SCM speed measuring instrument. The

6、system is the motor speed measurement, and PC and can communicate that the motor speed, and to observe the motor running the basic situation. The main design AT89C51 control as the core, by the Hall sensor, LED digital CRT, HIN232CPE-level conversion, and a RS232. Detailed measurements of the speed

7、of the SCM system and PC and the serial communication between the microcontroller. Give full play to the performance of the SCM. This paper is to measure the speed and displayed in five LED digital pipe. The advantage of a simple hardware and software capabilities improve, measuring speed, high prec

8、ision and control system reliable, cost-effective and so on.KEYKEY WORDSWORDS：MSC-51One-chip computer,Sensor,Tachometer. v目目 錄錄摘要 IABSTRACTII前言 1第 1 章緒論 21.1 課題的研究背景 21.2 課題研究的目的和意義 21.3 轉(zhuǎn)速測(cè)量在國外的研究 31.4 主要容 4第 2 章系統(tǒng)功能分析 52.1 系統(tǒng)功能概述 52.2 系統(tǒng)要求及主要容 52.3 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 6第 3 章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 73.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量的一般方法 73.2 硬件電路設(shè)計(jì)思路

9、93.3 軟件設(shè)計(jì)思路 9第 4 章硬件電路設(shè)計(jì) 114.1 單片機(jī)模塊 114.1.1 處理執(zhí)行元件 114.1.2 時(shí)鐘電路 144.1.3 復(fù)位電路 15. v4.1.4 顯示電路 164.1.5HD7279 接口 184.1.6 鍵盤電路 214.2 霍爾傳感器簡(jiǎn)介 224.2.1 霍爾器件概述 224.2.2 霍爾傳感器的應(yīng)用 224.2.3AH41 霍爾開關(guān) 234.3 發(fā)送模塊 24第 5 章軟件設(shè)計(jì) 285.1 單片機(jī)轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)思路及過程 285.1.1 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路 285.1.2 單片機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序 295.1.3 二-十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序 305.2 程序設(shè)計(jì) 32第

10、6 章系統(tǒng)調(diào)試 346.1 硬件調(diào)試 346.2 軟件調(diào)試 356.2.1 調(diào)試主要方法和技巧：356.2.2 程序調(diào)試過程：366.3 綜合調(diào)試 376.4 故障分析與解決方案 376.5 結(jié)論與經(jīng)驗(yàn) 38. v參考文獻(xiàn) 40致 41附錄 42. v前 言智能化轉(zhuǎn)速測(cè)量可以對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，電機(jī)在運(yùn)行的過程中，需要對(duì)其平穩(wěn)性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，適時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量有效地可以反映電機(jī)的狀況。本系統(tǒng)主要由傳感器，單片機(jī) AT89C51 構(gòu)成。可以對(duì)大圍轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的轉(zhuǎn)速精度高，還可以和 PC 機(jī)時(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量。單片機(jī)的英文名稱是 Micro Controller unit,縮寫為 M

11、CU，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 1 章緒論介紹了此系統(tǒng)的功能、技術(shù)指標(biāo)以及主要容等；在第 2 章論述了總體設(shè)計(jì)過程,確定了技術(shù)指標(biāo)及器件的選擇；第 3 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 4 章中重點(diǎn)剖析了軟件設(shè)計(jì)的過程；最后在第 5 章中具體論述單片機(jī)、電平轉(zhuǎn)換電路、通信的處理及調(diào)試。第 1 章 緒論1.1 課題的研究背景目前國外測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法很多，按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生過模擬測(cè)速法(如離心式轉(zhuǎn)速

12、表、用電機(jī)轉(zhuǎn)矩或者電機(jī)電樞電動(dòng)勢(shì)計(jì)算所得)、同步測(cè)速法(如機(jī)械式或閃光式頻閃測(cè)速儀)以及計(jì)數(shù)測(cè)速法。計(jì)數(shù)測(cè)速法又可分為機(jī)械式定時(shí)計(jì)數(shù)法和電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。. v傳統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)多采用測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電數(shù)字脈沖編碼器，也有采用電磁式(利用電磁感應(yīng)原理或可變磁阻的霍爾元件等)、電容式(對(duì)高頻振蕩進(jìn)行幅值調(diào)制或頻率調(diào)制)等，還有一些特殊的測(cè)速器是利用置于旋轉(zhuǎn)體的放射性材料來發(fā)生脈沖信號(hào)。其中應(yīng)用最廣的是光電式，光電式測(cè)系統(tǒng)具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點(diǎn)。加之激光光源、光柵、光學(xué)碼盤、CCD 器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用，使得光電傳感器在檢測(cè)和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而采用光電傳

13、感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度高、采樣速度快、測(cè)量圍寬和測(cè)量精度與被測(cè)轉(zhuǎn)速無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。1.2 課題研究的目的和意義隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)提高，尤其是單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)以其功能強(qiáng)大，價(jià)格低廉的顯著特點(diǎn)，使全數(shù)字化測(cè)量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用。由于單片機(jī)在測(cè)量轉(zhuǎn)速方面具有體積小、性能強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，越來越受到企業(yè)用戶的青睞。轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)參數(shù)，其測(cè)量方法較多，而模擬量的采集和模擬處理一直是轉(zhuǎn)速測(cè)量的主要方法，這種測(cè)量方技術(shù)已不能適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的要求，在測(cè)量圍和測(cè)量精度上，已不能滿足大多數(shù)系統(tǒng)的使用。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)測(cè)量得到普遍應(yīng)用

14、，特別是單片機(jī)對(duì)脈沖數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)大處理能力，使得全數(shù)字量系統(tǒng)越來越普及，其轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)也可以用全數(shù)字化處理。在測(cè)量圍和測(cè)量精度方面都有極大的提高。常用的檢測(cè)方法有機(jī)械式，光電式，霍爾式，頻閃法，高壓油管應(yīng)變法等，本課題主要是針對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。運(yùn)用 51 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一種全數(shù)字化測(cè)速系統(tǒng)，從提高測(cè)量精度的角度出發(fā)，分析討論其產(chǎn)生誤. v差的可能原因。同時(shí)從實(shí)際硬件電路出發(fā)，分析電路的工作原理，根據(jù)設(shè)計(jì)具體情況提出修改方案和解決辦法。在工程實(shí)踐中,經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合, 例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中,常需要分時(shí)或連續(xù)測(cè)量和

15、顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。要測(cè)速，首先要解決是采樣問題。在使用模技術(shù)制作測(cè)速表時(shí)，常用測(cè)速發(fā)電機(jī)的方法，即將測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測(cè)軸相連，測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。為了能精確地測(cè)量轉(zhuǎn)速外,還要保證測(cè)量的實(shí)時(shí)性,要求能測(cè)得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速方法。因此轉(zhuǎn)速的測(cè)試具有重要的意義。這次設(shè)計(jì)容包含知識(shí)全面，對(duì)傳感器測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同的方法及原理設(shè)計(jì)有較多介紹，在測(cè)量系統(tǒng)中能學(xué)到關(guān)于測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器采樣問題，單片機(jī)部分的容，顯示部分等各個(gè)模塊的通信和聯(lián)調(diào)。全面了解單片機(jī)和信號(hào)放大的具體容。進(jìn)一步鍛煉我們?cè)谛盘?hào)采集、處理、顯示等方面的實(shí)際工作能力。本課題以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)的全數(shù)字化測(cè)量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，在工業(yè)控制

16、和民用電器中都有較高使用價(jià)值。一方面它可以應(yīng)用于工業(yè)控制中的某一部分，如數(shù)控車床的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)和控制、水泵流量控制以及需要利用轉(zhuǎn)速檢測(cè)來進(jìn)行控制的許多場(chǎng)合，如車輛的里程表、車速表等。另一方面由于該轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)采用全數(shù)字結(jié)構(gòu)，因而可以很方便的和工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)行遠(yuǎn)程管理和控制，進(jìn)一步提高現(xiàn)代化水平。并且，幾乎不需做很大改變就能直接作為單獨(dú)的產(chǎn)品使用。總之，轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題。1.3 轉(zhuǎn)速測(cè)量在國外的研究轉(zhuǎn)速是能源設(shè)備與動(dòng)力機(jī)械性能測(cè)試中的一個(gè)重要的特性參量，因?yàn)閯?dòng)力機(jī)械的許多特性參數(shù)是根據(jù)它們與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系來確定的，例如壓縮機(jī)的排. v氣量、軸功率、燃機(jī)的輸出功率等

17、等，而且動(dòng)力機(jī)械的振動(dòng)、管道氣流脈動(dòng)、各種工作零件的磨損狀態(tài)等都與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法很多，測(cè)量?jī)x表的型式也多種多樣，其使用條件和測(cè)量精度也各不相同。根據(jù)轉(zhuǎn)速測(cè)量的工作方式可分為兩大類：接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x表與非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x表。前者在使用時(shí)必須與被測(cè)轉(zhuǎn)軸直接接觸，如離心式轉(zhuǎn)速表、磁性轉(zhuǎn)速表與測(cè)速發(fā)電機(jī)等；后者在使用時(shí)不需要與被測(cè)轉(zhuǎn)軸接觸,如光電式轉(zhuǎn)速表、電子數(shù)字式轉(zhuǎn)速表、閃光測(cè)速儀等。測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的傳統(tǒng)方法是使用光電式轉(zhuǎn)速表測(cè)量。用這種方法測(cè)量時(shí),既要在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上粘貼光標(biāo)紙，又要求測(cè)量人員把轉(zhuǎn)速表與光標(biāo)紙的距離控制在很近的圍,測(cè)量十分不方便。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x表已

18、步入現(xiàn)代化、電子化的行列。過去曾經(jīng)使用過的接觸式測(cè)量?jī)x表,如離心式轉(zhuǎn)速表、磁性轉(zhuǎn)速表、微型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速表及鐘表是定時(shí)轉(zhuǎn)速表，均已先后受到冷落；而利用已知頻率的閃光與被測(cè)軸轉(zhuǎn)速同步的方法來測(cè)速的閃光測(cè)速儀，雖屬非接觸式儀表，目前仍有應(yīng)用,但也退居次要地位。代之而起的是非接觸式的電子與數(shù)字化的測(cè)速儀表。這類轉(zhuǎn)速儀表大多具有體積小、重量輕、讀數(shù)準(zhǔn)確、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，容易實(shí)現(xiàn)電腦熒屏顯示和打印輸出，能夠連續(xù)的反映轉(zhuǎn)速變化，既能測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定情況下的平均轉(zhuǎn)速,也能夠用來在足夠小的時(shí)間間隔這一特定條件下測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速測(cè)量的應(yīng)用系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科技教育、民用電器等各領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，往往成為某一

19、產(chǎn)品或控制系統(tǒng)的核心部分，其各種參數(shù)在不同的應(yīng)用中有其側(cè)重，但轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)作為普遍的應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，有重要的意義。. v1.4 主要容1.詳細(xì)分析轉(zhuǎn)速的測(cè)量理論，對(duì)轉(zhuǎn)速的周期測(cè)量法“T”法、頻率測(cè)量法“M”法以及周期頻率“M/T”測(cè)量法，三種具體測(cè)量方法的轉(zhuǎn)速計(jì)算、各自的測(cè)量精度和誤差進(jìn)行闡述。定性地比較三種方法所針對(duì)的轉(zhuǎn)速特征，分析高、中、低轉(zhuǎn)速情況下各自的適用狀況。2.根據(jù)單片機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，構(gòu)建軟件系統(tǒng)，分別對(duì)硬件系統(tǒng)的配置予以估計(jì)，使其能夠?qū)D(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)分析接口電路，顯示轉(zhuǎn)速。3.對(duì)單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)行設(shè)置，設(shè)計(jì)和說明定時(shí)/計(jì)數(shù)器在“M”法測(cè)量中的作用和使用方法，討論測(cè)

20、量精度的問題。4.根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)置各控制字，用匯編語言編制程序，包括主程序流程，轉(zhuǎn)速計(jì)算程序，顯示中斷程序流程，同時(shí)并寫出其具體程序。. v第 2 章 系統(tǒng)功能分析2.1 系統(tǒng)功能概述系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能是 AT89C51 單片機(jī)接收霍爾傳感器傳來的脈沖信號(hào),單片機(jī)根據(jù)外部中斷,以及部定時(shí)器進(jìn)行記數(shù)計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速送到 LED 顯示，同時(shí)數(shù)據(jù)傳給 PC 機(jī),并在 PC 機(jī)屏幕上顯示出來。記錄各時(shí)段的轉(zhuǎn)速，畫出 V-T 坐標(biāo)圖。本系統(tǒng)通信部分是單片機(jī)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路 HIN232CP 之后，通過串口 RS-232 發(fā)送數(shù)據(jù)，由 PC 微機(jī)接收，微機(jī)部分用 Visual Basic 軟件編寫的界面作為 P

21、C 機(jī)部分與單片機(jī)進(jìn)行串口之間通信。傳感器電路、轉(zhuǎn)速測(cè)量、LED 顯示、電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)等將在以下章節(jié)作詳細(xì)地設(shè)計(jì)。 傳感器 單 片 機(jī) AT89C51 電 平 轉(zhuǎn) 換 電 路 LED 顯示 驅(qū)動(dòng)電路 送 PC 機(jī)界面 圖 2.1 系統(tǒng)硬件電路從實(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)。轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)具有大圍、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)要求及主要容. v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)工作在部定時(shí)器工作方式 0，對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行部記數(shù)，調(diào)用計(jì)算公式算出轉(zhuǎn)速，調(diào)用顯示程序顯示在

22、LED 上，同時(shí)通過串口向上位機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。系統(tǒng)包含主要容如下：（1）單片機(jī)部分主要完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量（2）LED 部分主要是把轉(zhuǎn)速顯示出來，顯示圍 60-36000r/min（3）發(fā)送部分主要是完成電平轉(zhuǎn)換，送 RS232 向 PC 發(fā)送數(shù)據(jù)。（4）PC 機(jī)部分主要完成將數(shù)據(jù)顯示在界面并描繪出 V-T 圖2.3 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)主要完成測(cè)量和通信兩部分功能：（1）設(shè)計(jì)并制作單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量的硬件系統(tǒng)；（2）用匯編語言完成轉(zhuǎn)速測(cè)量的軟件系統(tǒng)；（3）要求把轉(zhuǎn)速顯示在 5 位 LED 上，精度為 0.1%；（4）能向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)；（5）用 9 針 RS-232 即可；（6）在微機(jī)部分采用 Vi

23、sual Basic 編制 RS232 通信軟件；（7）通信軟件具有數(shù)據(jù)接受編輯框；（8）通信軟件要適時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的記錄，用時(shí)間曲線表示。根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能以及要求，要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量主要是各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，定時(shí)器記數(shù)功能、以及 LED 驅(qū)動(dòng)、電平轉(zhuǎn)換及 PC 機(jī)之間的通信。單片機(jī)可通過編程控制外圍部件，能實(shí)現(xiàn)較高的自動(dòng)化程度。以它為系統(tǒng)核心的控制模塊可實(shí)現(xiàn)主從控制，完成預(yù)定的任務(wù)。. v第 3 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量的一般方法一般轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)有以下幾個(gè)部分構(gòu)成，轉(zhuǎn)速測(cè)量框圖如圖 3.1 所示。轉(zhuǎn)速信號(hào)拾取整型倍頻單片機(jī)顯示接口芯片顯示鍵盤驅(qū)動(dòng)電路圖 3.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量框圖1轉(zhuǎn)速信號(hào)拾

24、取轉(zhuǎn)速信號(hào)拾取是整個(gè)系統(tǒng)的前端通道，目的是將外界的非電參量，通過一定方式轉(zhuǎn)換成電量，這一環(huán)節(jié)可以通過敏感元件、傳感器或測(cè)量?jī)x表等來實(shí)現(xiàn)。方法如下：（1）通過敏感元件拾取被測(cè)信號(hào)敏感元件體積小，可以根據(jù)用戶及環(huán)境要求做成各矛頭形狀的探頭，它能將被測(cè)的物理量變換成電流、電壓，只要選擇合適的元件參數(shù)。如 R、L、C 設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路，便能完成這種對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種方法設(shè)計(jì)難度大，信號(hào)穩(wěn)定度差，在模擬處理系統(tǒng)中不宜采用。（1）通過傳感器拾取信號(hào)由專業(yè)人員將敏感元件和相應(yīng)的測(cè)量電路、傳遞機(jī)構(gòu)以適當(dāng)?shù)男问街瞥刹煌愋?、不同用處的傳感器，根?jù)原理輸出電量。該電量可以是模擬量或數(shù)字. v量，現(xiàn)代傳感器還可以輸出開關(guān)

25、量，用于數(shù)字邏輯電路。（2）通過測(cè)量?jī)x表拾取被測(cè)信號(hào)目前有許多測(cè)量?jī)x表用于各種測(cè)量中，有大信號(hào)輸出、有 BCD 碼輸出等，但價(jià)格昂貴，專業(yè)性強(qiáng)，一般不適合通用系統(tǒng)。通用的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)大都采用一種俗稱“碼盤”的傳感裝置，將圓形的碼盤固定在轉(zhuǎn)軸上，碼盤上有若干規(guī)則排列的小孔，用光電偶來輸出電信號(hào)，以反映轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)關(guān)系，即是將轉(zhuǎn)軸的速度以脈沖形式反映出來，通常有兩種形式：模擬量量化后經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換，由數(shù)字量反映角度，供單片機(jī)計(jì)算處理，得出轉(zhuǎn)速。直接由脈沖來反應(yīng)轉(zhuǎn)軸的角度，用每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖經(jīng)單片機(jī)處理得出轉(zhuǎn)速。2整形和倍頻前向通道中，從傳感器輸出的信號(hào)必須轉(zhuǎn)換成單片機(jī)輸入要求的信號(hào)，由于信號(hào)調(diào)節(jié)電路與

26、傳感器的選擇，現(xiàn)場(chǎng)干擾程度等，都會(huì)影響信號(hào)的質(zhì)量。而脈沖信號(hào)的上升沿和下降沿對(duì)數(shù)字電路的觸發(fā)尤為重要，若要將轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)直接加到計(jì)數(shù)器或外部中斷的輸入端，并利用其上升沿來觸發(fā)進(jìn)行計(jì)數(shù)，則必須要求輸入的信號(hào)有陡峭的上升沿或下降沿。處理方法上可以用觸發(fā)器電路來整形；而倍頻電路主要用于解決低轉(zhuǎn)速時(shí)測(cè)量精度問題及碼盤的刻度誤差而造成的精度下降問題。方法是在每轉(zhuǎn)中增加脈沖的個(gè)數(shù)(碼盤的線程數(shù))來提高精度。但在高轉(zhuǎn)速時(shí)，由于脈沖個(gè)數(shù)的增加，限制了最高轉(zhuǎn)速測(cè)量量程，這個(gè)問題可用單片機(jī)控制來動(dòng)態(tài)處理解決，兼顧高低轉(zhuǎn)速的測(cè)量精度。3單片機(jī)單片機(jī)是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的主要部分，擔(dān)負(fù)對(duì)前端脈沖信號(hào)的處理、計(jì)算、. v以及

27、信號(hào)的同步，計(jì)時(shí)等任務(wù)，其次，將測(cè)量的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算后，將得到的轉(zhuǎn)速值傳送到顯示接口中，用數(shù)碼管顯示數(shù)值。在本系統(tǒng)中考慮到計(jì)數(shù)的圍、使用的定時(shí)，計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)及 I/O 口線，預(yù)選用 89C51 單片機(jī)。具體工作情況在后討論。4驅(qū)動(dòng)和顯示由于 LED 數(shù)碼管具有亮度高、可靠性好等特點(diǎn)，工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中常用 LED數(shù)碼管作為顯示輸出。本系統(tǒng)也采用數(shù)碼管作顯示。LED 顯示器是用發(fā)光二極管顯示字段的，通常使用七段構(gòu)成“日”字型和一只發(fā)光二極管作為小數(shù)點(diǎn)，稱八段數(shù)碼顯示器。其有兩種驅(qū)動(dòng)方式，共陰驅(qū)動(dòng)和共陽驅(qū)動(dòng)，共陰驅(qū)動(dòng)是各段發(fā)光二極管的陰極連在一起，并將公共端接地，在共陽結(jié)構(gòu)中，將各段發(fā)光二極管陽極連在一起

28、，并將公共端接上+5V 電源，顯示字符對(duì)應(yīng)字型代碼發(fā)光。3.2 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。轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)參數(shù)，早期模擬量的模擬處理一直是作為轉(zhuǎn)速測(cè)量的主要方法，這種測(cè)量方法在測(cè)量圍和測(cè)量精度上，已不能適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的要求。而隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)得到普遍應(yīng)用，利用單片機(jī)對(duì)脈沖數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)大處理能力，應(yīng)用全數(shù)字化的結(jié)構(gòu)，使數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)的越來越普及,在測(cè)量圍和測(cè)量精度方面都有極大的提高。89C51單片機(jī)通過INT0輸入傳感器的脈沖信號(hào)，P0

29、口P2口接LED動(dòng)態(tài)顯示。. v另由于PC系列微機(jī)串行口為RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口，與輸入、輸出均為TTL電平的89C51單片機(jī)在接口規(guī)上不一致，因此TTL 電平到RS232接口電平的轉(zhuǎn)換采用HIN232CP接口芯片，該芯片可以用單電壓（+5V）實(shí)現(xiàn)RS232接口邏輯“1”（-3V-15V）和邏輯“0”（+3V+15V）的電平轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)速測(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3.2所示。具體詳細(xì)的敘述將在下面的章節(jié)中逐一介紹。復(fù)位電路CPU執(zhí)行單元顯示電路時(shí)鐘電路發(fā)送電路圖 3.2 單片機(jī)部分硬件框圖3.3 軟件設(shè)計(jì)思路軟件需要解決的是定時(shí)器 0 的記數(shù)和外部中斷 0 的設(shè)定、由于

30、測(cè)量的轉(zhuǎn)速圍大，所以低速和高速都要考慮在，關(guān)鍵在于一個(gè)四字節(jié)除三字節(jié)程序的實(shí)現(xiàn)。顯示部分、需要有一個(gè)二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)化程序，以及轉(zhuǎn)換成非壓縮 BCD 的程序后、才能進(jìn)行調(diào)用查表程序送到顯示。PC 機(jī)串口和單片機(jī)串行口的工作方式，包括串行口的通訊速率、奇偶校驗(yàn)位、停止位等均由通信軟件實(shí)現(xiàn)。軟件工作流程：霍爾傳感器利用磁電效應(yīng)產(chǎn)生一周期脈沖向單片機(jī)的外部中斷 0（P3.2）口發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)，定時(shí)器工作在部定時(shí)，TH0、TL0 設(shè)定初值為 0，作為除數(shù)的低兩字節(jié)，利用軟件記數(shù)器、定時(shí)器 0 中斷的次數(shù)作為除數(shù)高字節(jié)。中斷完畢讀取部記數(shù)值作為除數(shù)，調(diào)用除法程序計(jì)算轉(zhuǎn)速，再對(duì)二. v進(jìn)制數(shù)進(jìn)行一系列

31、變換后調(diào)用查表顯示程序，顯示在 LED 上。轉(zhuǎn)速部分軟件設(shè)計(jì)思路： AT89C51單片機(jī)的P3.2口接收傳感器的信號(hào)。主要編寫一個(gè)外部中斷服務(wù)程序INT_0，讀取記數(shù)值的三個(gè)字節(jié)，并再次清0記數(shù)初值以便下次的記數(shù)和計(jì)算。調(diào)用兩字節(jié)二進(jìn)制-三字節(jié)十進(jìn)制（BCD）轉(zhuǎn)換子程序BCD，再調(diào)用十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD程序CBCD、最后調(diào)用查表程序送顯示。為了和PC通信，系統(tǒng)要求單片機(jī)晶振11.0592MHZ。軟件的具體設(shè)計(jì)我們將在下面的章節(jié)中作詳細(xì)介紹。. v第 4 章 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

32、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)量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)為單片機(jī)控制模塊、霍爾傳感器模塊、發(fā)送模塊，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。在整個(gè)電路設(shè)計(jì)時(shí)要考慮電平轉(zhuǎn)換電路，具體每一部分的設(shè)計(jì)將在以下章節(jié)中詳細(xì)分析。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)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且使測(cè)出的數(shù)據(jù)能顯示出來，所以整個(gè)單片機(jī)分為傳感器電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、執(zhí)行元件以及顯示電路五個(gè)部分。4.1.1 處理執(zhí)行元件單片機(jī)我們采用 AT89C51(其引腳圖

33、如圖 4.1)，相對(duì)于 INTEL 公司的 8051它本身帶有一定的優(yōu)點(diǎn)。AT89C51 是一種帶 4K 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)。圖 4.1 AT89C51 引腳圖. v主要特性：與MCS-51 兼容4K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

34、振蕩器和時(shí)鐘電路管腳說明：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)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，被部上拉為高，可用作輸入，P1. v口被外部下拉為低電平時(shí)，

35、將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。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)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容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八

36、位地址信號(hào)和控制信號(hào)。6.P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶部上拉電阻的雙向 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 AT89C51 的一些特殊功能口，如為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。如下表 4-1 所示。表 4-1 P3 口的第二功能引引 腳腳第二功能第二功能信信 號(hào)號(hào) 名名 稱稱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

37、 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. v7.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)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。

38、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） ，不管是否有部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，/EA 將部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VP

39、P） 。 11.XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及部時(shí)鐘工作電路的輸入。 12.XTAL2：來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振蕩器。石英振蕩和瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，. vXTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(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正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。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

40、重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51 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)部的各個(gè)部件。AT8

41、9C51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)部（如AT89C51）有一個(gè)可控的負(fù)反饋反相放大器，外接晶振（或瓷諧振器）和電容組成振蕩器，圖4.2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為晶振或瓷諧. v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

42、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)開始工作。單片機(jī)

43、采用的復(fù)位方式是自動(dòng)復(fù)位方式。對(duì)于MOS(AT89C51)單片機(jī)只要接一個(gè)電容至VCC即可(見圖4.3)。在加電瞬間，電容通過電阻充電，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)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。圖 4.

44、3 上電復(fù)位電路. v4.1.4 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電流并發(fā)出可見光的器件。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，也有共陰和共陽兩種。顯示器結(jié)構(gòu)：常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖 4.4 所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器,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，字符的開頭有些失真，但控制簡(jiǎn)單，使用

45、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，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) 驅(qū)動(dòng)方式：采用的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)為7407，它的全名為7407 TTL 集電極開路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，圖4.6為7407的圖以及各個(gè)引腳的分布功能介紹。圖 4.6 7407 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. v示器來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次

46、。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)要求的轉(zhuǎn)速測(cè)量圍 60r/min-36000r/min，所以只需要 5 位數(shù)碼管即可。5 位共陰極顯示器和 AT89C51 的接口邏輯如圖 4-7 所示。AT89C51 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，經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器 7407 接顯示器公共極。對(duì)于圖 4.7 中的 5 位顯示器，在 AT89C

47、51RAM 存貯器中設(shè)置五個(gè)顯示緩沖器單元 30H35H，分別存放 5 位顯示器的顯示數(shù)據(jù)，AT89C51 的 P2 口掃描輸出總是只在一位為低電平，即 5 位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平，其它位為高電平，AT89C51 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?P2 口輸出為高的位，P0 口輸出對(duì)應(yīng)的段數(shù)據(jù)，5 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 五位動(dòng)態(tài)顯示電路4.1.5 HD7279接口1引腳介紹HD7279A 是一款具有簡(jiǎn)單 SPI 串行接口的器件，可直接驅(qū)動(dòng) 8 位共陰式數(shù)碼管(或 64 個(gè)獨(dú)立的 LE

48、D)，管理多達(dá) 64 鍵鍵盤，單片即可完成 LED 顯示和鍵盤接口的全部功能，大大簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，占用單片機(jī)資源極少(最少 2 線)，完全免調(diào)試，外圍電路更簡(jiǎn)單。HD7279A 部含有譯碼器可直接接收 BCD 碼或16 進(jìn)制碼，也可不譯碼，并同時(shí)具有兩種譯碼方式。此外，該器件還具有多種. v控制指令，諸如消隱，閃爍，左移，右移和段尋址等，顯示控制方式靈活，其段尋址能力可用于獨(dú)立的 LED 顯示或信息指示燈控制。圖 3-14 為 HD729A 的引腳配置，其各引腳功能描述如表 3-3 所列。HD7279A 具有片選信號(hào)，可方便實(shí)現(xiàn)高于 8 位的顯示或高于 64 鍵的鍵盤接口，采用多片級(jí)聯(lián)，對(duì)片選信

49、號(hào)進(jìn)行譯碼即可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)中只有一片 HD7279A 時(shí)，片選端 CS 可直接接地。圖 4.8 HD7279 引腳配置表 4-2 HD7279 引腳功能介紹引腳引腳名稱名稱功能描述功能描述1,2VDD正電源3,5NC無連接，必須懸空4VSS接地6CS片選輸入端，此引腳為低電平，可向器件發(fā)送指令及讀取鍵盤數(shù)據(jù)7CLK同步時(shí)鐘輸入端，向器件發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí)，此引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效8DATA串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端，當(dāng)器件接收指令時(shí)，此引腳為輸入端；當(dāng)讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí)，此引腳在讀指令最后一個(gè)時(shí)鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆?KEY按鍵有效輸出端，平時(shí)為高電平，當(dāng)檢測(cè)到有效按鍵時(shí)，此引腳為低電平10

50、16SGSA段 g 段 a 驅(qū)動(dòng)輸出17DP小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出1825DIG0-DIG7數(shù)字 0 數(shù)字 7 驅(qū)動(dòng)輸出26CLKORC 振蕩器連接端27RC復(fù)位端. v28RESET復(fù)位端2HD7279A 的工作原理HD7279A 最顯著的優(yōu)點(diǎn)是與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單，最多只需 5 條連接線，分別是復(fù)位端 RESET，片選輸入端 CS，同步時(shí)鐘輸入端 CLK，數(shù)據(jù)輸入輸出端DATA 和按鍵有效輸出端 KEY。在一般應(yīng)用系統(tǒng)中，RESET 可直接接電源，當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)中只有一片 HD7279A 器件時(shí)，CS 也可以直接接地，此時(shí)只需占用 3條單片機(jī)的 IO 端口線，如果應(yīng)用系統(tǒng)中沒有鍵盤，僅具有顯示功能，或者

51、即使有鍵盤，但單片機(jī)軟件任務(wù)不復(fù)雜，均可不接 KEY 線，使用定時(shí)讀取鍵盤鍵值代碼的方法，則此時(shí)只需占用 2 條單片機(jī)的 I/0 端口線。3HD7279A 接口的具體設(shè)計(jì)根據(jù) HD7279A 的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)，我們選擇該器件來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示，其具體電路如下圖所示：圖 4.9 HD7279 驅(qū)動(dòng)顯示器的具體電路4.1.6 鍵盤電路本設(shè)計(jì)使用的鍵盤主要為完成一個(gè)功能轉(zhuǎn)速測(cè)量的啟動(dòng)/停止；我們將開關(guān)直接與 AT89C51 單片機(jī)的 P1.1 接口相連，通過讀 I/O 口，判定各 I/O 線的電平狀態(tài)，即可識(shí)別出按下的按鍵。操作員通過鍵盤可以輸入數(shù)據(jù)或指令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通信。我們采用了獨(dú)立式鍵

52、盤電路，按鍵均采用了上拉電阻，這是為了保證在按鍵斷開時(shí)，個(gè) I/O 口有確定的高電平，同時(shí)，還備用兩個(gè)按鍵方便擴(kuò)展，其具體電路如下所示：圖 4.10 鍵盤電路. v4.2 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?；魻栐且环N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；

53、霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動(dòng)、無回調(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)換成電量來進(jìn)行檢測(cè)和控制。集成霍爾傳感器是利

54、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. v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)，正越來越愛到眾的重視。集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過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。開關(guān)型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過處理后輸出一個(gè)高電平或低電平的數(shù)字信號(hào)?；魻栭_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)

55、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

56、保證霍爾器件，尤其是霍爾開關(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。. v因?yàn)榛魻柶骷枰ぷ麟娫矗谧鬟\(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)，再從檢測(cè)結(jié)果中提取被檢信息。4.2.3 AH41霍爾開關(guān)AH41 霍爾開關(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)器和集電極開路的輸出級(jí)組成。工作溫度圍為-40 150（

57、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):. 電源電壓圍寬. 可用市售的小磁環(huán)來驅(qū)動(dòng). 無可動(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

58、電路接口. v應(yīng)用:. 高靈敏的無觸點(diǎn)開關(guān). 直流無刷電機(jī). 直流無刷風(fēng)機(jī). 霍爾開關(guān)元件的電路圖：圖 4.11 霍爾傳感器的電路圖4.3 發(fā)送模塊根據(jù)系統(tǒng)功能要求，要使單片機(jī)測(cè)量的轉(zhuǎn)速能夠向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，硬件電路中必須要考慮到單片機(jī)的發(fā)送部分，由于單片機(jī)通過串口發(fā)送出來的是 TTL 邏輯電平（0V 和 5V），而計(jì)算機(jī) RS-232 總線上輸入、輸出數(shù)據(jù)和控制信號(hào)為+12V 左右的電壓，單片機(jī)要和 PC 的上位機(jī)通信就必須是電平一致，所以發(fā)送部分關(guān)鍵的部分是電平轉(zhuǎn)換和串口發(fā)送，電平轉(zhuǎn)換可以用模擬器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但是為了方便起見，本次設(shè)計(jì)采用的是集成芯片，一個(gè)芯片加上它的外圍電路即可完成電平的

59、轉(zhuǎn)換的工作。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便容易，精確度高。本次所采用的是HIN232CP，我們要對(duì)其外圍電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，下面我們將詳細(xì)的敘述。數(shù)據(jù)的傳輸：當(dāng)電路工作于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)時(shí)，PC 機(jī)的 RTS 端輸出高電平，經(jīng) IC1 電平轉(zhuǎn)換打開 IC3（74LS08）的與門 B1，使 PC 機(jī) TXD 端輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)紅外發(fā)射電路發(fā)射出去；RTS 信號(hào) IC1 反相后作為 CTS 信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，同時(shí)還關(guān)閉與門B2；使計(jì)算機(jī)不接收其它數(shù)據(jù)信號(hào)。該必發(fā)器的數(shù)據(jù)傳輸速率最好設(shè)在 9600b/s 為宜，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。模塊所用器件如下：. v1、RS-232CRS-232C 是美國電氣工業(yè)協(xié)會(huì)推廣使用的一種串行通信

60、總路線標(biāo)準(zhǔn)，是DCE(數(shù)據(jù)通信設(shè)備，如微機(jī))和 DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備，如 CRT)間傳輸串行數(shù)據(jù)的接口總線。RS-232C 最大傳輸距離為 15m，最高傳輸速率約 20kbps，信號(hào)的邏輯 0 電平為+3V+15V。邏輯 1 電平為-3V-15V。電氣特性：EIA-RS-232C 對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定；在 TxD 和 RxD 上：邏輯 1(MARK) =-3V-15V 邏輯 0(SPACE)=+315V在 RTS、CTS、DSR、DTR 和 DCD 等控制線上：信號(hào)有效（接通，ON 狀態(tài)，正電壓）+3V+15V信號(hào)無效（斷開，OFF 狀態(tài)，負(fù)電壓）-3V-15V2、R