基于霍爾傳感器的轉速表設計與制作 畢業(yè)答辯

1、主要內容1 緒論2 系統(tǒng)的方案設計 2.1 系統(tǒng)總體方案 2.2 測速方法介紹3 系統(tǒng)硬件電路設計 3.1 單片機及最小系統(tǒng) 3.2 霍爾器件 3.3 顯示電路設計及液晶顯示原理 3.4 蜂鳴報警電路4 軟件設計 4.1 軟件系統(tǒng)總體設計 4.2 系統(tǒng)主程序 4.3 顯示子程序及轉速計算程序 4.4 中斷子程序 4.5 按鍵子程序 4.6 報警子程序5 調試與仿真 5.1 Proteus仿真 5.2 硬件制作與調試 5.3 設計中的不足基于霍爾傳感器的轉速表設計與制作基于霍爾傳感器的轉速表設計與制作緒論目前國內外普遍采用的是非接觸式的電子與數(shù)字化的測速目前國內外普遍采用的是非接觸式的電子與數(shù)字

2、化的測速儀表。采用霍爾傳感器結合單片機這一測速技術即屬于非儀表。采用霍爾傳感器結合單片機這一測速技術即屬于非接觸式的測量方法。由于霍爾器件具有對磁場敏感、體積接觸式的測量方法。由于霍爾器件具有對磁場敏感、體積小、頻率響應寬、結構簡單小、頻率響應寬、結構簡單 、耐污染、輸出電壓變化大和、耐污染、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，使其在測速市場中亦占有較大的份額，使用壽命長等優(yōu)點，使其在測速市場中亦占有較大的份額，在工業(yè)生產、科技教育、民用電器等應用領域已越來越廣在工業(yè)生產、科技教育、民用電器等應用領域已越來越廣泛。泛。 本課題的主要任務是完成轉速測量系統(tǒng)硬件和軟件的設計，運用本課題的主要任務是完

3、成轉速測量系統(tǒng)硬件和軟件的設計，運用AT89S52AT89S52單片機設計一種全數(shù)字化測速系統(tǒng)。從盡量提高精度簡單易行單片機設計一種全數(shù)字化測速系統(tǒng)。從盡量提高精度簡單易行的角度出發(fā)，設計一個可行的、可用的、可靠的方案，并分析其產生誤的角度出發(fā)，設計一個可行的、可用的、可靠的方案，并分析其產生誤差的原因，同時分析電路的工作原理，根據(jù)出現(xiàn)的具體情況提出修改方差的原因，同時分析電路的工作原理，根據(jù)出現(xiàn)的具體情況提出修改方案。案。系統(tǒng)方案設計系統(tǒng)的總體方案測速的具體的思路是在非磁材料的圓盤上粘貼兩塊磁鋼，將霍爾傳感器固定在圓盤外緣，當電機轉動時，磁鋼經過霍爾傳感器正下方，磁通密度便發(fā)生改變，電機每轉

4、動一圈，霍爾傳感器便會輸出兩個脈沖，隨著轉盤的不斷轉動，就不斷產生脈沖信號，將其送入單片機處理轉化為計數(shù)脈沖，易知脈沖信號的頻率與轉動速度成正比，根據(jù)單位時間間隔內的脈沖數(shù)，就可計算出被測電機轉速。測速原理160nmTP 式中n表示轉速單位：（轉/分）； T表示定時時間單位：（秒）； m1表示產生的脈沖個數(shù)； P表示物體每轉產生的脈沖數(shù)。在規(guī)定的檢測時間內，根據(jù)霍爾傳感器所產生的脈沖信號的個數(shù)來確定轉速。在一定時間T內，測量脈沖發(fā)生器產生的脈沖數(shù)m1來測量轉速 。AT89S52單片機AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel

5、公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單

6、片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止 AT89S52封裝時鐘電路單片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊的工作。時鐘電路是單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。本設計采用30pf的電容，晶振的頻率采用12MHZ,時鐘電路在本系統(tǒng)中采用并聯(lián)方式，最后連接在單片機的18腳和19腳，其電路圖見上圖。 復位電路單片機在啟動運行時都需要復位，復位使中央處理器CPU和內部其他部件處于一個確定的初始狀態(tài)，從這個狀態(tài)開始工作。當單片機執(zhí)行程序出錯或進入死循環(huán)時，也可重新啟動。 單片機有一個復位引腳RST，高電平有效。在時鐘電路工作以后，當外部電路使得RST端出現(xiàn)2個機器周期（24個

7、時鐘周期）以上的高電平，系統(tǒng)內部復位。本系統(tǒng)采用按鈕復位電路，原理圖如上圖所示?；魻栃c霍爾器件如圖所示，在一塊通電的半導體薄片上，加上和片子表面垂直的磁場B，在薄片的橫向兩側會出現(xiàn)一個電壓VH，如圖所示。這種現(xiàn)象就是霍爾效應， VH 稱為霍爾電壓。常用的霍爾器件有：霍爾線性器件和霍爾開關器件?；魻栭_關電路又稱霍爾數(shù)字電路，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器、斯密特觸發(fā)器和輸出級組成 。其輸入為磁感應強度，輸出是一個數(shù)字電壓訊號 液晶顯示原理與顯示電路設計液晶顯示器是以液晶為基本材料的組件，由于液晶是介于固態(tài)和液態(tài)之間，不但具有固態(tài)晶體光學特性，又具有液態(tài)流動特性，所以液晶可以說是處于一個中間狀態(tài)

8、的物質。而要了解液晶的所產生的光電效應，我們必須先來解釋液晶的物理特性：當通電時導通，排列變的有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。 液晶顯示電路設計：蜂鳴報警電路設計報警模塊主要負責蜂鳴報警，電路比較簡單，聲音報警由單片機引腳接上拉電阻，晶體管及揚聲器構成。 程序設計軟件的總體設計整個軟件系統(tǒng)由主程序、鍵盤掃描子程序、中斷子程序、轉速值計算顯示子程序、蜂鳴器子程序等組成?？驁D系統(tǒng)主程序主程序主要完成系統(tǒng)初始化功能，包括LCD顯示初始化，定時/計數(shù)器初始化，中斷開、關等功能。流程圖void main()uchar dat=0;float M_

9、dat=0.0;init_1602();dis_Mileage();TMOD=0X01;/設置方式寄存器工作方式 TH0=(65536-1000)/256;TL0=(65536-1000)%256;ET0=1;允許T0中斷TR0=1;/啟動T0IT0=1;/邊沿觸發(fā)中斷EX0=1;部分主程序轉速計算及顯示子程序TI計數(shù)器測得的脈沖數(shù)通過計算，轉化為轉速值，TI獲得的脈沖數(shù)N為定時100ms所得到的值，電機每轉動一圈，產生兩個脈沖。由式2-3知，轉速值num=N/（TP）(轉/秒)，故num=N/(0.1*2)=5N。轉化成分鐘應該是300N。T0用于定時工作方式，其定時時間為：T=（216-T

10、0的初值）機器周期。本設計采用的是12MHz的晶振，則機器周期為1s，定時器T0定時為1ms，可得 出TH0=(65536-1000)/256; TL0=(65536-1000)%256。TI用于計數(shù)工作方式，初始化時為清零狀態(tài)，即TH1=0 x00；TL1=0 x00。計數(shù)的最大長度為：216=65536，即在規(guī)定時間（100ms）內外部脈沖個數(shù)不超過65536。要計100個數(shù)時，TH0和TL0中應該裝入的總數(shù)是65536-100=65436.，把65436對256求模的結果（65436/256=255）裝入TH0中；把65436對256求余的結果（65436/256=156）裝入TL0中。

11、初值計算中斷程序定時中斷程序主要負責完成定時、計數(shù)功能。在中斷程序中，定時100ms,用T0-num對定時的時間進行計數(shù)，每1ms就加1，當計數(shù)值到了100時，此時定時100ms,關閉中斷，T0-num清零。在每一次定時過程中，都對鍵盤進行掃描。此時計數(shù)器T1統(tǒng)計在100ms內所得到的脈沖數(shù)，然后通過轉速值計算子程序對得到的脈沖數(shù)進行計算，得到每秒的轉速，再通過顯示子程序把得到的數(shù)值顯示出來。最后重置T0、T1值，并重新開啟中斷。 中斷程序流程圖按鍵程序掃描法：一般確定鍵盤上哪個按鍵按下常用行掃描法，又稱為逐行或列掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法。其工作過程可以一般分為兩步：第一步是CP

12、U上檢測鍵盤上是否有鍵按下；第二步是識別是哪個鍵按下。判斷鍵盤中有無鍵按下需要將全部行線（本設計電路按鍵只有一行）置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)，只要有一列的電平為低則表示鍵盤中有鍵按下且閉合的鍵位于低電平線與行線相交叉的按鍵之中，若所有列線均為高電平則鍵盤中無鍵按下。流程圖：報警子程序 報警程序要實現(xiàn)的功能是：當所測的的轉速值超過設定的轉速值時，蜂鳴器發(fā)聲報警，當轉速小于設定的值時蜂鳴器不響應。 流程圖：調試與仿真Proteus軟件是世界上著名的EDA工具 ，一般利用Proteus實現(xiàn)單片機系統(tǒng)仿真的過程分為兩步：（1）Proteus電路設計利用已完成的電路原理圖在Proteus平臺上進行單片

13、機系統(tǒng)電路設計、選擇元器件、接插件、連接電路和電氣檢測等。（2）Proteus仿真在Proteus平臺上加載經keil軟件編寫，編譯形成hex文件，開始實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的實時交互、協(xié)同仿真，并對仿真過程中反應的問題進行適當?shù)奶幚砗透倪M。（簡稱Proteus仿真）。Proteus仿真Proteus仿真電路圖焊接和調試焊接：焊接前應先制版，制版的流程是：打印PCB圖紙，選取合適的覆銅板；將PCB圖紙轉印到銅板上，然后利用FeCL3腐蝕液進行腐蝕。用萬用表檢查板子無誤后，進行打孔焊接元器件。調試：硬件調試主要是針對轉速測量系統(tǒng)的單片機硬件電路進行調試，這一部分硬件調試主要分成兩大塊：上電前的調試和上電后的調試。上電前主要使用萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或短路情況等，特別是液晶