#24時(shí)制數(shù)字時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)專 業(yè)： 電子信息項(xiàng)目 學(xué)生姓名： 李智明 學(xué)號(hào)： 101100007 完成時(shí)間：2019年 7月 25 日/ 13一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1二、所用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、耗材 1三、電路總體結(jié)構(gòu) 1四、整形電路單元工作原理 3五、STC12C5A60S2 單片機(jī)原理 3六、復(fù)位和時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 5七、顯示電路設(shè)計(jì) 6八、程序與工作流程 612九、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 11 十、總/ 13、實(shí)驗(yàn)?zāi)康哪苡脭?shù)字顯示轉(zhuǎn)速，測(cè)量范圍 0 2000 轉(zhuǎn)、所用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、耗材霍爾或光電傳感器、傳感器信號(hào)處理電路、單片機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、 LED 數(shù) 碼管顯示、計(jì)算機(jī)、 keil 開發(fā)軟件、 STC

2、下載工具軟件、 ISP 下載線。數(shù)字示 波器。三、電路總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)工作原理 :由霍爾元件及外圍器件組成的測(cè)速電路將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，送 至單片機(jī) AT89C51的計(jì)數(shù)器 T0 進(jìn)行計(jì)數(shù)，用 T1 定時(shí)測(cè)出電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。 此系統(tǒng)使用單片機(jī)進(jìn)行測(cè)速，采用脈沖計(jì)數(shù)法，使用霍爾傳感器獲得脈沖信 號(hào)。其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡(jiǎn)單，圓盤上有幾個(gè)磁鋼，機(jī)軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn) 生幾個(gè)脈沖，機(jī)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號(hào)輸出。由霍爾器件電路部 分輸出，成為轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖?？刂朴?jì)數(shù)時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù) 值對(duì)應(yīng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速值。單片機(jī)將該數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)七段數(shù)碼管顯示出來(lái)。1) 霍爾傳感器測(cè)速原理

3、： 霍爾器件是由半導(dǎo)體材料制成的一種薄片，器件的長(zhǎng)、寬、高分別為 l 、 、。若在垂直于薄片平面 0 / 13式中： 霍爾常數(shù)， 元件厚度， 磁感應(yīng)強(qiáng)度， 控制電設(shè) , 則 = （mV為霍爾器件的靈敏系數(shù) （mV/mA/T，它表示該霍爾元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和 單位控制電流下輸出霍爾電動(dòng)勢(shì)的大小。應(yīng)注意，當(dāng)電磁感應(yīng)強(qiáng)度反向時(shí)， 霍爾電動(dòng)勢(shì)也反向。若控制電流保持不變，則霍爾感應(yīng)電壓將隨外界磁場(chǎng)強(qiáng)度而變化，根據(jù)這 一原理，可以將兩塊永久磁鋼固定在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)盤的邊沿，轉(zhuǎn)盤隨被測(cè)軸 旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤附近安裝一個(gè)霍爾元件，轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn) 時(shí)，霍爾元件受到磁鋼所產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響，輸出脈沖信

4、號(hào)。傳感器內(nèi)置電路對(duì) 該信號(hào)進(jìn)行放大、整形，輸出良好的矩形脈沖信號(hào)，測(cè)量頻率范圍更寬，輸出 信號(hào)更精確穩(wěn)定，已在工業(yè)，汽車，航空等測(cè)速領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。其頻 率和轉(zhuǎn)速成正比，測(cè)出脈沖的周期或頻率即可計(jì)算出轉(zhuǎn)速。2） 霍爾傳感器的特性 : 半導(dǎo)體磁敏傳感器是利用半導(dǎo)體材料中的自由電子和空穴隨磁場(chǎng)而改變其 運(yùn)動(dòng)方向這一特性制成的，按其結(jié)構(gòu)可分為體型和結(jié)型兩大類。體型的主要有 霍爾傳感器 材料主要是 InSb、InAs、Ge、Si、GaAs）和磁敏電阻 材料主要有 InSb 、InAs ），結(jié)型的主要有磁敏二極管 材料主要是 Ge、Si ）和磁敏三極管 材料主要是 Si ）?；魻杺鞲衅魇且环N基于

5、霍爾效應(yīng)的磁傳感器?；魻栃?yīng)自 1879 年被美國(guó)物 理學(xué)家愛(ài)德文霍爾發(fā)現(xiàn)至今已有 100 多年的歷史，但直到 20 世紀(jì) 50 年代， 因?yàn)槲㈦娮訉W(xué)的發(fā)展，才被重視和開發(fā)，現(xiàn)在，已發(fā)展成一個(gè)品牌多樣的傳感 器產(chǎn)品族，并得到廣泛的應(yīng)用?；魻杺鞲衅骺梢詸z測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種 與磁場(chǎng)相關(guān)的場(chǎng)合中應(yīng)用?；魻杺鞲衅骶哂性S多優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)牢固，體積小，質(zhì)量輕，壽命長(zhǎng)，安裝 方便，功能消耗小，頻率高，耐震動(dòng)，不怕灰塵，油污，水汽及鹽霧等的污染 或腐蝕。1 / 13霍爾傳感器可直接用于檢測(cè)磁場(chǎng)或磁特性，也可以通過(guò)在被檢對(duì)象上人為 設(shè)置的磁場(chǎng)，來(lái)檢測(cè)許多非電、非磁的物理量，例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、 位置、

6、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變 化的時(shí)間等，還可轉(zhuǎn)換成電量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。四、整形電路單元工作原理工作原理：對(duì)傳感器送過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大和整形，再送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù) 據(jù)的處理轉(zhuǎn)換。 若輸出的電壓小于 2.5 輸出0，大于 2.5則輸出 1。五、STC12C5A60S2 單片機(jī)原理STC12C5A60S2是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系可 編程 Flash 存儲(chǔ)器。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)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 STC12C5A60S為2

7、眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。STC12C5A60S2具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash ，256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向 量 2 級(jí)中 斷結(jié) 構(gòu) ， 全雙 工 串行 口， 片內(nèi) 晶 振 及時(shí) 鐘 電路 。另 外， STC12C5A60S2可 降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空 閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直 到下一個(gè)中斷或

8、硬件復(fù)位為止。STC12C5A60S2的廣泛使用使得市面價(jià)格較 8155、8255、 8279 要低，所以 說(shuō)用它是比較經(jīng)濟(jì)的。該芯片具有如下功能：有 1 個(gè)專用的鍵盤 / 顯示接口； 有 1 個(gè)全雙工異步串行通信接口；有 2 個(gè) 16 位定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器。這樣， 1 個(gè) STC12C5A60S，2承擔(dān)了 3 個(gè)專用接口芯片的工作；不僅使成本大大下降，而且2 / 13優(yōu)化了硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)，給用戶帶來(lái)許多方便。 STC12C5A60S2有 40 個(gè)引 腳，有 32個(gè)輸入端口 I/O)，有 2個(gè)讀寫口線，可以反復(fù)插除。所以可以降低 成本。其主要工作特性為： 內(nèi)含 8KB的 Flash 存儲(chǔ)器，擦

9、寫次數(shù)達(dá) 1000 次； 內(nèi)含 128 字節(jié)的 RAM； 具有 32 根可編程 I/O 線； 具有 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器；具有6個(gè)中斷源、 5個(gè)中斷矢量、 2級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)； 具有 1 個(gè)全雙工的可編程串行通信接口； 具有 1 個(gè)數(shù)據(jù)指針 DPTR； 兩種低功耗工作模式，即空閑模式和掉電模式； 具有可編程的 3 級(jí)程序鎖定位；工作電源電壓為 51.2V ，典型值為 5V； 最高工作頻率為 24MHz。引腳排列如圖 2-1 所示。STC12C5A60S引2 腳排列 PDIP)六、復(fù)位和時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中采用上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位鍵復(fù)位相結(jié)合的方式。系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè) 計(jì)采用內(nèi)部方式。 S

10、TC12C5A60S2內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大 器。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接/ 13晶體諧振器以及電容構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。本系統(tǒng)電 路采用的晶體振蕩器頻率為 11 0592MH。z 采用這種頻率的晶體振蕩器的原因 是可以方便的獲得標(biāo)準(zhǔn)的波特率。復(fù)位電路和時(shí)鐘電路如圖 2-5 所示。復(fù)位電路和時(shí)鐘電路七、顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路選用 7 段數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，具有亮度高、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，位選使用三極管進(jìn)行電流放大。如圖所示：八、程序與工作流程1）流程圖/ 132）程序 #include #include #define ucha

11、r unsigned char #define uint unsigned int uint pwm=0 。 uint zhuansu=0 。 uint time=0 。 uchar qian,bai,shi,ge 。 unsigned char code table= 0 x14,/*0*/0 xD7,/*1*/ 0 x4C,/*2*/ 0 x45,/*3*/ 0 x87,/*4*/0 x25,/*5*/5 / 13。0 x24,/*6*/0 x57,/*7*/0 x04,/*8*/0 x05,/*9*/延時(shí)函數(shù) *void delay(unsigned int t unsigned int

12、 x,y 。for(x=t 。 x0 。 x-for(y=112 。 y0。 y- 。 void EX1init(voidIT1 =1。/指定外部中斷 1下降沿觸發(fā)， INT0 (P3.2EX1= 1。/ 使能外部中斷EA = 1 。/ 開總中斷void ext1(interrupt 2pwm+ 。/* if(pwm=6quan+。pwm=0 。 */void InitTimer0(voidTMOD =0 x01 。 /T0 工作于方式 1TH0 = 0X4C 。 / 置時(shí)間常數(shù)，延時(shí) 0.05 秒TL0 = 0X00 。 / 置時(shí)間常數(shù)，延時(shí) 0.05 秒6 / 13ET0= 1 。 /允許

13、 T0 中斷EA = 1 。 / 允許總中斷TR0= 1 。 /開啟 T0void display(uchar t 。for(t=0 。 t P2=0 x07 。P0=tableqian 。 delay(10 。P2=0 x0b 。 P0=tablebai 。 delay(10 。P2=0 x0d 。 P0=tableshi 。 delay(10 。P2=0 x0e 。P0=tablege 。 delay(10 。void Time0Interrupt(void interrupt 10.05 秒TH0 = 0X4C 。 / 置時(shí)間常數(shù)，TL0 = 0X00 。 time+ 。 if(time

14、=207 / 13zhuansu=pwm/6.0*60 。 qian=zhuansu/1000。 bai=(zhuansu%1000/100 。 shi=(zhuansu%100/10 。 ge=zhuansu%10。 time=0。pwm=0 。void main(InitTimer0( 。EX1init( 。while(1display( 。九、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析2) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果輸入電壓示波器顯示值Hz)轉(zhuǎn)速表顯示 值 r/min )實(shí)測(cè)值 r/min )絕對(duì)誤差實(shí)際相對(duì) 誤差%+4V44.0314404390.310.07+6V84.098408410.90.10+8V134.05134013420.50.03+10V176.125176117640.250.01+12V208.41208020834.10.19/ 132）誤差分析本設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)中存在一些誤差。主要是以下幾個(gè)方面：1、系統(tǒng)誤差，即在相同測(cè)量條件下多次測(cè)量同一物理量，其誤差大小和符 號(hào)保持恒定或按某一確定規(guī)律變化?；魻杺鞲衅?元器件本身存在一定的誤差。2、隨機(jī)誤差，在同一條件下，多次測(cè)量同一溫度時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)量值時(shí)大時(shí)小，誤 差絕對(duì)值及正、負(fù)以不可預(yù)見的方式變化。電子元器件在測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)因?yàn)楦袘?yīng)需要一定的 時(shí)間，也會(huì)出現(xiàn)測(cè)量值滯后于實(shí)際溫度的情況。3、粗大誤差，主要是因?yàn)闇y(cè)量的粗心大意及電子測(cè)量?jī)x器受到突