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)

青島理工大學(xué)畢業(yè)論文題目基于AT89C51單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)院系名稱機(jī)電工程系專業(yè)班級(jí)機(jī)電一體化107班指導(dǎo)教師2013年6月15日摘要在工程實(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(guò)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MSC51單片機(jī)，轉(zhuǎn)速，傳感器ABSTRACTINTHEPROJECTPRACTICE,WEWILLMEETEACHKINDTONEEDFREQUENTLYTOSURVEYTHEROTATIONALSPEEDTHESITUATION,THESURVEYROTATIONALSPEEDMETHODDIVIDESINTOTHESIMULATIONTYPEANDTHEDIGITALTWOKINDSTHESIMULATIONTYPEUSESMEASUREDTHATTHEFASTGENERATORISTHEDETECTINGELEMENT,OBTAINSTHESIGNALSIMULATESTHEQUANTITYDIGITALUSUALLYUSESTHEELECTROOPTICALENCODER,THEHALLPARTANDSOONISTHEDETECTINGELEMENT,OBTAINSTHESIGNALISTHESIGNALIMPULSEALONGWITHMICROCOMPUTERSWIDESPREADAPPLICATION,SPECIALLYHIGHPERFORMANCEPRICECOMPAREDTOMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITSAPPEARANCE,THETACHOMETRICSURVEYUSESGENERALLYTAKETHEMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITASTHECOREDIGITALMEASURINGTECHNIQUEIGRADUATEDFROMTHEDESIGNOFTHEISSUEISCONTROLOFTHEINTELLIGENTUSEOFSCMSPEEDMEASURINGINSTRUMENTTHESYSTEMISTHEMOTORSPEEDMEASUREMENT,ANDPCANDCANCOMMUNICATETHATTHEMOTORSPEED,ANDTOOBSERVETHEMOTORRUNNINGTHEBASICSITUATIONTHEMAINDESIGNAT89C51CONTROLASTHECORE,BYTHEHALLSENSOR,LEDDIGITALCRT,HIN232CPELEVELCONVERSION,ANDARS232DETAILEDMEASUREMENTSOFTHESPEEDOFTHESCMSYSTEMANDPCANDTHESERIALCOMMUNICATIONBETWEENTHEMICROCONTROLLERGIVEFULLPLAYTOTHEPERFORMANCEOFTHESCMTHISPAPERISTOMEASURETHESPEEDANDDISPLAYEDINFIVELEDDIGITALPIPETHEADVANTAGEOFASIMPLEHARDWAREANDSOFTWARECAPABILITIESIMPROVE,MEASURINGSPEED,HIGHPRECISIONANDCONTROLSYSTEMRELIABLE,COSTEFFECTIVEANDSOONKEYWORDSMSC51ONECHIPCOMPUTER,SENSOR,TACHOMETER目錄摘要IABSTRACTII前言1第1章緒論211課題的研究背景212課題研究的目的和意義213轉(zhuǎn)速測(cè)量在國(guó)內(nèi)外的研究314主要內(nèi)容4第2章系統(tǒng)功能分析521系統(tǒng)功能概述522系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容523系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)6第3章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)731轉(zhuǎn)速測(cè)量的一般方法732硬件電路設(shè)計(jì)思路933軟件設(shè)計(jì)思路9第4章硬件電路設(shè)計(jì)1141單片機(jī)模塊11411處理執(zhí)行元件11412時(shí)鐘電路14413復(fù)位電路15414顯示電路16415HD7279接口18416鍵盤電路2142霍爾傳感器簡(jiǎn)介22421霍爾器件概述22422霍爾傳感器的應(yīng)用22423AH41霍爾開(kāi)關(guān)2343發(fā)送模塊24第5章軟件設(shè)計(jì)2851單片機(jī)轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)思路及過(guò)程28511單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路28512單片機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序29513二十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序3052程序設(shè)計(jì)32第6章系統(tǒng)調(diào)試3461硬件調(diào)試3462軟件調(diào)試35621調(diào)試主要方法和技巧35622程序調(diào)試過(guò)程3663綜合調(diào)試3764故障分析與解決方案3765結(jié)論與經(jīng)驗(yàn)38參考文獻(xiàn)40致謝41附錄42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(guò)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)大范圍轉(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MICROCONTROLLERUNIT,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1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2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(guò)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11課題的研究背景目前國(guó)內(nèi)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(guò)模擬測(cè)速法如離心式轉(zhuǎn)速表、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。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)體內(nèi)的放射性材料來(lái)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)量范圍寬和測(cè)量精度與被測(cè)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。12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(lái)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)量范圍和測(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，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(lái)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)量范圍和測(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?yè)P(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(wèn)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)內(nèi)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(wèn)題，單片機(jī)部分的內(nèi)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)放大的具體內(nèi)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(lái)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?？傊?，轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題。13轉(zhuǎn)速測(cè)量在國(guó)內(nèi)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(lái)確定的，例如壓縮機(jī)的排氣量、軸功率、內(nèi)燃機(jī)的輸出功率等等，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范圍,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表已步入現(xiàn)代化、電子化的行列。過(guò)去曾經(jīng)使用過(guò)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(lái)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(lái)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(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，有重要的意義。14主要內(nèi)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(shuō)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)量精度的問(wèn)題。4根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)置各控制字，用匯編語(yǔ)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。第2章系統(tǒng)功能分析21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(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(lái)。記錄各時(shí)段的轉(zhuǎn)速，畫出VT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(guò)串口RS232發(fā)送數(shù)據(jù)，由PC微機(jī)接收，微機(jī)部分用VISUALBASIC軟件編寫的界面作為PC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21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。22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)算公式算出轉(zhuǎn)速，調(diào)用顯示程序顯示在LED上，同時(shí)通過(guò)串口向上位機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。系統(tǒng)包含主要內(nèi)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(lái)，顯示范圍6036000R/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VT圖23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(yǔ)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01；（4）能向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)；（5）用9針RS232即可；（6）在微機(jī)部分采用VISUALBASIC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(guò)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)。第3章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)31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31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31轉(zhuǎn)速測(cè)量框圖1轉(zhuǎn)速信號(hào)拾取轉(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(guò)一定方式轉(zhuǎn)換成電量，這一環(huán)節(jié)可以通過(guò)敏感元件、傳感器或測(cè)量?jī)x表等來(lái)實(shí)現(xiàn)。方法如下（1）通過(guò)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(guò)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)字量，現(xiàn)代傳感器還可以輸出開(kāi)關(guān)量，用于數(shù)字邏輯電路。（2）通過(guò)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(lái)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(lái)，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(lái)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(lái)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(lái)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(wèn)題及碼盤的刻度誤差而造成的精度下降問(wèn)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(lái)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(wèn)題可用單片機(jī)控制來(lái)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、以及信號(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)的范圍、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(yáng)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(yáng)結(jié)構(gòu)中，將各段發(fā)光二極管陽(yáng)極連在一起，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。32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)量范圍和測(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(lái)越普及,在測(cè)量范圍和測(cè)量精度方面都有極大的提高。89C51單片機(jī)通過(guò)INT0輸入傳感器的脈沖信號(hào)，P0口P2口接LED動(dòng)態(tài)顯示。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)范上不一致，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”（3V15V）和邏輯“0”（3V15V）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32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32單片機(jī)部分硬件框圖33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、由于測(cè)量的轉(zhuǎn)速范圍大，所以低速和高速都要考慮在內(nèi)，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（P32）口發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)，定時(shí)器工作在內(nèi)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)。中斷完畢讀取內(nèi)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)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行一系列變換后調(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P32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110592MHZ。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。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。41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(lái)，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。411處理執(zhí)行元件單片機(jī)我們采用AT89C51其引腳圖如圖41，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（FPEROMFALSHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。圖41AT89C51引腳圖主要特性與MCS51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0HZ24HZ三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定1288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1VCC供電電壓；2GND接地；3P0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。4P1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。5P2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)。6P3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41所示。表41P3口的第二功能引腳第二功能信號(hào)名稱P30P31P32P33P34P35P36P37RXDTXDINT0INT1T0T1WRRD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7RST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。8ALE/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。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。9PSEN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（0000HFFFFH），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）。11XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。12XTAL2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，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。412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。MCS51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的典型值為12MHZMCS51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。AT89C51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AT89C51）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PCON1）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(xiàn)變?。?，其典型值為30PF。圖42CMOS型單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖413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。MCS51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，MCS51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MOSAT89C51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MCS51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43上電復(fù)位電路414顯示電路顯示電路采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，LED（LIGHTEMITTINGDIODE）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45所示，為七段數(shù)碼管的管腳圖。圖44七段發(fā)光顯示器的結(jié)構(gòu)圖45七段發(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7407TTL集電極開(kāi)路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，圖46為7407的圖以及各個(gè)引腳的分布功能介紹。圖467407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)要求的轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍60R/MIN36000R/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47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47中的5位顯示器，在AT89C51RAM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?，依次地改變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47五位動(dòng)態(tài)顯示電路415HD7279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LED，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內(nèi)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314為HD729A的引腳配置，其各引腳功能描述如表33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。VDNC3S456LK7ATEY9G0FBPIORUH圖48HD7279引腳配置表42HD7279引腳功能介紹引腳名稱功能描述1,2VDD正電源3,5NC無(wú)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1016SGSA段G段A驅(qū)動(dòng)輸出17DP小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出1825DIG0DIG7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28REST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(méi)有鍵盤，僅具有顯示功能，或者即使有鍵盤，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(lái)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VD12REST8C6LK7AY904FG3B5PIHPFGEDCBA圖49HD7279驅(qū)動(dòng)顯示器的具體電路416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(kāi)關(guān)直接與AT89C51單片機(jī)的P11接口相連，通過(guò)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(guò)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)立式鍵盤電路，按鍵均采用了上拉電阻，這是為了保證在按鍵斷開(kāi)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410鍵盤電路42霍爾傳感器簡(jiǎn)介421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)?；魻柶陂g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)55150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。422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)5425（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。423AH41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40150（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VCC4524V輸出低電平電壓VOUTIOUT20MABBOP200400MV輸出高電平電流IOFFVOUT24VB電源電流ICCVCC24V輸出端開(kāi)路10MA輸出上升時(shí)間TRVCC12VRL11KCL20PF012S輸出下降時(shí)間TFVCC12VRL11KCL20PF018S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411霍爾傳感器的電路圖43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(guò)串口發(fā)送出來(lái)的是TTL邏輯電平（0V和5V），而計(jì)算機(jī)RS232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(jiàn)，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(kāi)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1、RS232CRS232C是美國(guó)電氣工業(yè)協(xié)會(huì)推廣使用的一種串行通信總路線標(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。RS232C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3V15V。邏輯1電平為3V15V。電氣特性EIARS232C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1MARK3V15V邏輯0SPACE315V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）3V15V信號(hào)無(wú)效（斷開(kāi)，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）3V15V2、RS232連接器DB9DB9是RS232信號(hào)線的連接器，其連接器的機(jī)械特性見(jiàn)圖412，表43所示RS232信號(hào)線名稱、符號(hào)以及對(duì)應(yīng)在DB9上的針腳號(hào)。圖412連接器的機(jī)械特性表43RS232信號(hào)線和DB9引腳關(guān)系符號(hào)名稱引腳DCDRXDTXDDTRGNDDSRRTSCTSRI接收信號(hào)載波檢測(cè)數(shù)據(jù)接收線數(shù)據(jù)發(fā)送線DTE裝置數(shù)據(jù)就緒公共地DCE裝置就緒請(qǐng)求發(fā)送清除發(fā)送振鈴指示123456789圖413電平轉(zhuǎn)換電路原理圖3、電平轉(zhuǎn)換器HIN232CPE由于RS232C總線上傳輸?shù)男盘?hào)邏輯電平與TTL邏輯電平差異很大，所以就存在這兩種電平的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，下面就介紹一下電平轉(zhuǎn)換器HIN232CPE。HIN232CPE能將RS232C電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，也能將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232C電平，只需單5V供電，由內(nèi)部升高電路產(chǎn)生10V12V。內(nèi)部有兩個(gè)發(fā)送器TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232C電平和兩個(gè)接收器RS232電平轉(zhuǎn)換為TTL電平。HIN232CPE芯片引腳排列和外部元件連接線路如圖414所示。圖414HIN232CPE電平轉(zhuǎn)換器及外接元件圖第5章軟件設(shè)計(jì)本章重點(diǎn)闡述測(cè)量轉(zhuǎn)速的匯編語(yǔ)言。以及軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程。軟件設(shè)計(jì)部分需要解決的是單片機(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)以及在我們這里非重點(diǎn)介紹的通信程序設(shè)計(jì)。51單片機(jī)轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)思路及過(guò)程單片機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)速可以分為若干模塊，然后在主程序中調(diào)用各個(gè)模塊，流程圖如下圖所示。圖51主程序流程圖511單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路計(jì)算轉(zhuǎn)速公式N60/NTCR/MIN其中，N是內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，為三字節(jié)，分別由TH0，TL0，VTT構(gòu)成；TC為時(shí)基，由于采用110592M的晶振，所以TC不在是1UM，而是12M/110592M約為108UM，帶入上面公式，即可得到轉(zhuǎn)速的精確計(jì)算公式開(kāi)始初始化計(jì)算程序BCD碼轉(zhuǎn)換非壓縮BCD轉(zhuǎn)換顯示程序返回N6011059200/12N55296000/N再將55296000化為二進(jìn)制存入單片機(jī)的內(nèi)存單元。下面我們將介紹除數(shù)是如何獲得的單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量完成，定時(shí)器T0作為內(nèi)部定時(shí)器，外部中斷來(lái)的時(shí)候讀取TH0，TL0，并同時(shí)清零TH0、TL0，使定時(shí)器再次循環(huán)計(jì)內(nèi)部脈沖。此外，對(duì)于低速情況下，我們還要設(shè)定一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器VTT，當(dāng)外部中斷還沒(méi)來(lái)而內(nèi)部定時(shí)器已經(jīng)溢出，產(chǎn)生定時(shí)器0中斷時(shí)，增加VTT，作為三字節(jié)中的高字節(jié)。三字節(jié)組成除數(shù)，上面的常數(shù)為四字節(jié)，所以計(jì)算程序?qū)嶋H上就是調(diào)用一個(gè)四字節(jié)除三字節(jié)商為兩字節(jié)（最高轉(zhuǎn)速36000R/MIN足夠）的程序。為數(shù)碼管能夠顯示出來(lái)，需將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，在將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為非壓縮BCD碼后，才能調(diào)用查表程序，最后送顯示。512單片機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序由于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能是將霍爾傳感器的信號(hào)送到單片機(jī)的外部中斷口，再對(duì)周期方波進(jìn)行內(nèi)部計(jì)數(shù)，調(diào)用計(jì)算程序把轉(zhuǎn)速測(cè)出來(lái)?？梢哉f(shuō)是核心部分，流程圖如圖所示圖52計(jì)算程序流程圖計(jì)算程序中又再次調(diào)用了除法程序，這里的除法為四字節(jié)除三字節(jié)商為兩字節(jié)，除法的程序的編程思想可以和手工計(jì)算的除法相似，比較減法的思想，流程被除數(shù)初始化讀取定