汽車電子技術畢業(yè)設計-基于霍爾傳感器的非接觸式轉速測量

1、畢業(yè)設計報告畢業(yè)設計報告 設計題目：設計題目： 基于霍爾傳感器的非接觸式轉速測量基于霍爾傳感器的非接觸式轉速測量 設計作者： 專業(yè)班級/學號： 汽車電子技術 合作者 1： 專業(yè)班級/學號： 合作者 2： 專業(yè)班級/學號： 指導教師： 鄭老師 設計時間： 2011-4-21 基于霍爾傳感器的基于霍爾傳感器的 電機轉速測量系統設計電機轉速測量系統設計 軟件設計軟件設計 摘摘要要 電動機作為機械化、電氣化和自動化的原動機，廣泛應用于國民經濟建設、國防建 設、科學技術研究和人民物質文明生活的各個領域。電機是生產過程中應用十分廣泛的 裝置，對其轉速進行準確測量就顯得十分必要。 本文介紹了霍爾傳感器測速的

2、原理，設計了基于單片機 STC12C5A60S2 的直流電機轉 速測量系統。完成了電機轉速測量系統的硬件電路設計、霍爾傳感器測量電路的設計、 顯示電路的設計。測量轉速的霍爾傳感器和機軸同軸連接，機軸每轉一周，產生一定量 的脈沖個數，由霍爾器件電路部分輸出幅度為 5V 的脈沖。控制定時器計數時間，即可實 現對電機轉速的測量。在顯示電路設計中，通過 OCM12864-3 實現在 LCD 上直觀地顯示電 機的轉速值、傳感器的功耗。并對電機轉速測量系統的硬件電路、顯示電路進行了調試。 與硬件配合，實現了顯示、警告功能。仿真實驗表明所設計的硬件電路及軟件程序是正 確的，滿足設計要求。 關鍵詞：電機轉速測

3、量；霍爾傳感器；單片機；STC12C5A60S2；OCM12864-3 目目 錄錄 1 1 緒緒 論論.1 1 1.11.1 設計任務設計任務.1 1 1.1.11.1.1 題目來題目來源源.1 1 1.1.21.1.2 設計設計內內容容.1 1 1.1.31.1.3 相關背景相關背景.2 2 1.21.2 方案分析論證方案分析論證.2 2 1.2.11.2.1 霍爾測速模塊霍爾測速模塊論論證與選擇證與選擇.2 2 1.2.21.2.2 單片機模塊論證與選擇單片機模塊論證與選擇.2 2 1.2.31.2.3 顯示模塊論證與選擇顯示模塊論證與選擇.3 3 2 2 基于霍爾傳感器的電基于霍爾傳感器

4、的電機轉速測量系統硬件設計機轉速測量系統硬件設計 .3 3 2.12.1 電機轉速測量系統的硬件電路設計電機轉速測量系統的硬件電路設計.3 3 2.1.12.1.1 總體硬件設計總體硬件設計.3 3 2.1.22.1.2 系統電路設計系統電路設計.5 5 2.22.2 霍爾傳感器測量電路霍爾傳感器測量電路設設計計.6 6 2.2.12.2.1 霍爾元件霍爾元件.6 6 2.2.22.2.2 霍爾傳感器測量原理霍爾傳感器測量原理.7 7 2.2.32.2.3 轉速測量方法轉速測量方法.8 8 2.32.3 單片機單片機 STC1STC12 2C C5A60S25A60S2 .8 8 2.3.12

5、.3.1 STSTC12C5A60S2C12C5A60S2 芯片芯片 .9 9 2.3.22.3.2 定時定時器器.9 9 2.3.32.3.3 外部中斷外部中斷.1010 2.2.2.2.4 4 ADAD 轉換轉換 .1111 2.42.4 顯示電路設顯示電路設計計.1212 2.4.12.4.1 OCM12864OCM12864 簡簡介介 .1212 2.4.22.4.2 OCM12864-3OCM12864-3 的基本參數及引腳功能的基本參數及引腳功能 .1313 2.4.32.4.3 顯示模式顯示模式.1515 2.52.5 系統軟件設計系統軟件設計.1616 2.5.12.5.1 設

6、計思想設計思想.1616 2.5.22.5.2 總體總體軟軟件流件流程程.1616 3 3 系統仿系統仿真真和調試和調試.1919 3.13.1 ProteusProteus 軟件軟件 .1919 3.1.13.1.1 ProteusProteus 簡介簡介 .1919 3.1.23.1.2 用用 ProteusProteus 繪制原理圖步驟繪制原理圖步驟.1919 3.23.2 硬件調試硬件調試.2020 3.2.13.2.1 硬件靜態(tài)調試硬件靜態(tài)調試.2020 3.2.23.2.2 虛擬仿真調試虛擬仿真調試.2121 3 3.3.3 軟件調試軟件調試.2222 3.43.4 軟硬件軟硬件聯

7、聯調調.2222 4 4 結結 論論 .2424 參考文獻參考文獻 .2525 致致 謝謝 .2525 附錄附錄一一 主要器件列表主要器件列表 .2 27 7 附錄附錄二二 硬件實物硬件實物圖圖 .2828 附錄附錄三三 程序原程序原代代碼碼 .3 32 2 1 1 緒緒 論論 1.11.1 設計任務設計任務 1.1.1 題目來源 在工程實踐中，經常會遇到各種需要測量轉速的場合，例如在發(fā)電機、電動機、卷 揚機、機床主軸等旋轉設備的試驗、運轉和控制中，常需要分時或者連續(xù)測量和顯示其 轉速及瞬時轉速。為了能精確地測量轉速外，還要保證測量的實時性，要求能測得瞬時 轉速。轉速測量方法分為模擬式和數字式

8、兩種，模擬式采用測速發(fā)電機為檢測元件，得 到的信號是電壓量，而數字式通常采用光電編碼器、圓光柵、霍爾元件等為檢測元件， 得到的信號是脈沖信號。隨著微型計算機的廣泛應用，特別是高性能價格比的單片機的 涌現，轉速測量普遍采用了以單片機為核心的數字法，智能化微電腦式代替了一般的機 械式或模擬量結構。 根據學校畢業(yè)設計的要求，設計一個功能滿足設計要求、工作穩(wěn)定、以單片機為核 心的基于霍爾傳感器的電機轉速測量系統。本設計要求做一個單片機最小系統，并使用 合適的霍爾傳感器，使之具備測轉速的功能，能夠實現在電機工作時轉速的測量，同時 選用合適的顯示器件，使系統具備實時顯示功能，并在電機停止或超出測量范圍時發(fā)

9、出 警告信號。根據題目的要求，設計了以下方案并對各方案進行了論證與分析。本設計包 括完整的硬件設計和相應的軟件設計。 1.1.21.1.2 設計內容設計內容 1.選定傳感器?；魻杺鞲衅骶哂徐`敏、可靠、體積小巧、無觸點、無磨損、使用壽 命長、功耗低等優(yōu)點，綜合了電機轉速測量系統的要求。 2.設計一個單片機最小系統，掌握單片機接口電路的設計技巧，學會利用單片機的 定時器和中斷系統對脈沖信號進行測量或計數。 3.實時測量顯示，實時測量根據脈沖計數來實現轉速測量的方法。要求霍爾傳感器 轉速為 60 8000r/min。 1.1.31.1.3 相關背景相關背景 在直流電機的多年實際運行的過程中，機械測速

10、電機不足之處日益明顯，其主要表 現為直流測速電機 DG 中的炭刷磨損及交流測速發(fā)電機 TG 中的軸承磨損，增加了設備的 維護工作量，也隨著增加了發(fā)生故障的可能性；同時機械測速電機在更換炭刷及軸承的 檢修作業(yè)過程中，需要將直流電動機停運，安裝過程中需要調整機械測速電機軸與主電 機軸的同軸度，延長了檢修時間，影響了設備的長期平穩(wěn)運行。 隨著電力電子技術的不斷發(fā)展，一些新穎器件的不斷涌現，原有器件的性能也隨著 逐漸改進，采用電力電子器件構成的各種電力電子電路的應用范圍與日俱增。因此采用 電子脈沖測速取代原直流電動機械測速電機已具備理論基礎，如可采用磁阻式、霍爾效 應式、光電式等方式檢測電機轉速。 經

11、過比較分析后，決定采用自制轉盤（轉盤直徑為 50mm，半邊覆銅）和霍爾元件代 替原來的機械測速電機。霍爾傳感器作為測速器件得到廣泛應用?；魻杺鞲衅魇抢没?爾效應實現磁電轉換的一種傳感器?；魻栃@種物理現象的發(fā)現，雖然已有一百多年 的歷史，但是直到 20 世紀 40 年代后期，由于半導體工藝的不斷改進，才被人們所重視 和應用。我國從 70 年代開始研究霍爾器件,經過 20 余年的研究和開發(fā),目前已經能生產 各種性能的霍爾元件,霍爾傳感器具有靈敏度高、線性度好、穩(wěn)定性高、體積小和耐高溫 等特點。 1.21.2 方案分析論證方案分析論證 1.2.11.2.1 霍爾測速模塊論證與選擇霍爾測速模塊論

12、證與選擇 方案一：采用型號為 A3144 的霍爾片作為霍爾測速模塊的核心，該霍爾片體積小， 安裝靈活，價格合理，可用于測速，可與普通的磁鋼片配合工作。 方案二：采用型號為 CHV-20L 的霍爾元器件作為霍爾測速模塊的核心,該霍爾器件 額定電流為 100mA,輸出電壓為 5V,電源為 1215V。體積較大，價格昂貴，功耗大。 因此選擇方案一。 1.2.21.2.2 單片機模塊論證與選擇單片機模塊論證與選擇 方案一：采用型號為 AT89S51 的單片機作為主控制器，使用霍爾傳感器進行測量 的直流電機轉速測量系統。AT89S51 是帶 8K 字節(jié)閃爍可編程擦除只讀存儲器的低電壓、 高性能 CMOS

13、8 位微處理器。它將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，為 許多控制提供了靈活性高且價格低廉的方案。 方案二：采用單片機 STC12C5A60S2 作為主控制器，使用霍爾傳感器進行測量的 直流電機轉速測量系統。STC12C5A60S2 系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘/機器周 期(1T)的單片機。ST C12C5A60S2 作為新一代 8051 單片機，具有功能強大、體積小、 工作穩(wěn)定、集成 AD、PWM 等特點，適用于復雜控制系統。 由于本設計要求測量傳感器功耗，需要用 AD 功能，方案一中的 AT89S51 不具有集 成 AD，如果使用外部 AD 芯片，增加了成本因此選擇

14、方案二。 1.2.31.2.3 顯示模塊論證與選擇顯示模塊論證與選擇 方案一：采用 LED 數碼管動態(tài)掃描,LED 數碼管價格適中,亮度高，顯示數字合適,但 是連接復雜，耗電流大，驅動電路復雜。 方案二：采用點陣式數碼管顯示，點陣式數碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對 于顯示簡單文字比較適合,如果顯示數字則浪費資源,而且價格也相對較高。 方案三：采用 LCD 液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字,圖形,顯 示多樣,清晰可見,并且連接很方便 ,所以在此設計中采用了 LCD 液晶顯示屏。 因此選擇方案三。 2 2 基于霍爾傳感器的電機轉速測量系統硬件設計基于霍爾傳感器的電機轉速測

15、量系統硬件設計 2.12.1 電機轉速測量系統的硬件電路設計電機轉速測量系統的硬件電路設計 2.1.12.1.1 總體硬件設計總體硬件設計 使用單片機測量電機轉速的基本結構如圖 2-1 所示。 電機霍爾傳感 器 單片機 STC12C 5A60S2 電源 圖 2-1 系統總體結構圖 其測量過程是測量轉速的霍爾傳感器和電機機軸同軸連接，機軸每轉一周，產生一 定量的脈沖個數，由霍爾器件電路輸出。經過主 CPU 將該值數據處理后，在 LCD 液晶顯 示器上把轉速顯示出來。一旦電機停止或超速 CPU 通過 LCD 液晶顯示器顯示警告信號信 號。用戶也可以選擇另一功能，即通過曲線表示電機轉速的變化規(guī)律，此

16、時如果電機停 止或超速也會顯示警告信號，但沒有顯示傳感器功耗。當用戶不需要測量電機時可以選 擇關閉測量系統當日歷使用，日歷可準確計算公歷從公元 000 至公元 9999 年，并顯示于 LCD 液晶顯示器上。 1.傳感器部分 主要分為兩個部分。第一部分是利用霍爾器件將電機的轉速轉化為脈沖信號?；魻?測速模塊由永久磁鐵和帶有霍爾元件的支架構成。將霍爾元件固定在距齒輪外圓 1mm 的 探頭上，霍爾元件的對面粘貼小磁鋼，當測速齒輪的轉盤上覆銅部分經過探頭正前方時， 改變了磁通密度，霍爾元件就輸出一個脈沖信號。 圖 2-2 霍爾元件 2.處理器 采用 STC12C5A60S2 單片機作為系統的處理器。

17、3.顯示部分 在正常情況下，通過 LCD 液晶顯示器顯示當前的轉速及傳感器功率或變化規(guī)律曲線， 當電機的轉速超出一定的范圍后，LCD 液晶顯示器顯示錯誤。用戶關閉測量系統時該部分 用于日歷顯示。 2.1.22.1.2 系統電路設計系統電路設計 實際測量時，要把霍爾傳感器固定在直流測速電機的底板上，與霍爾探頭相對的電 機的軸上固定著一片磁鋼塊，電機每轉一周，霍爾傳感器便發(fā)出一個脈沖信號，將此脈 沖信號接到開發(fā)的多功能實驗板上的 P3.2 和 P3.3 上，設定0 定時，每次兩個脈沖間 隔時間為 t，設每分鐘轉 X 轉，則 X =（1 分鐘）/t 由于在虛擬仿真電路圖中，沒有電機及傳感器，所以采用

18、兩個具有時差的脈沖信號 代替，電路圖如圖 2-3 所示。 圖 2-3 總體硬件電路圖（STC12C5A60S2 無仿真庫，故用 AT89C51 代替） 2.22.2 霍爾傳感器測量電路設計霍爾傳感器測量電路設計 2.2.12.2.1 霍爾元件霍爾元件 根據霍爾效應，人們用半導體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對磁場敏感、結 構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、 自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。 霍爾傳感器 A3144 是 Allegro MicroSystems 公司生產的寬溫、開關型霍爾效應 傳感器，其工作溫度范圍可達-40150。它由電

19、壓調整電路、反相電源保護電路、 霍爾元件、溫度補償電路、微信號放大器、施密特觸發(fā)器和 OC 門輸出極構成，通過使用 上拉電阻可以將其輸出接入 CMOS 邏輯電路。該芯片具有尺寸小、穩(wěn)定性好、靈敏度高等 特點，有兩種封裝形式，一種是 3 腳貼片微小型封裝，后綴為“LH”；另一種是 3 腳直 插式封裝，后綴為“UA”。 A3144E 系列單極高溫霍爾效應集成傳感器是由穩(wěn)壓電源，霍爾電壓發(fā)生器，差分 放大器，施密特觸發(fā)器和輸出放大器組成的磁敏傳感電路，其輸入為磁感應強度，輸出 是一個數字電壓訊號。它是一種單磁極工作的磁敏電路，適用于矩形或者柱形磁體下工 作?？蓱糜谄嚬I(yè)和軍事工程中。 霍爾傳感器

20、的外形圖和與磁場的作用關系如圖 2-4 所示。磁場由磁鋼提供，所以霍 爾傳感器和磁鋼需要配對使用。 霍爾元件和磁鋼 管腳圖 圖 2-4 霍爾傳感器的外形圖 該霍爾傳感器的接線圖如圖 2-5 所示。 圖 2-5 霍爾傳感器的接線圖 2.2.22.2.2 霍爾傳感器測量原理霍爾傳感器測量原理 測量電機轉速的第一步就是要將電機的轉速表示為單片機可以識別的脈沖信號，從 而進行脈沖計數?；魻柶骷鳛橐环N轉速測量系統的傳感器，它有結構牢固、體積小、 重量輕、壽命長、安裝方便等優(yōu)點，因此選用霍爾傳感器檢測脈沖信號，其基本的測量 原理如圖 2-6 所示，當電機轉動時，帶動傳感器運動，產生對應頻率的脈沖信號，經

21、過 信號處理后輸出到計數器或其他的脈沖計數裝置，進行轉速的測量。 圖 2-6 霍爾器件測速原理 2.2.32.2.3 轉速測量方法轉速測量方法 轉速的測量方法很多，根據脈沖計數來實現轉速測量的方法主要有 M 法(測頻法)、T 法(測周期法)和 MPT 法(頻率周期法)，該系統采用了 T 法(測周期法)。由于轉速是以單 位時間內轉數來衡量，在變換過程中多數是有規(guī)律的重復運動。根據霍爾效應原理，將 一塊永久磁鋼固定在傳感器支架一段（參考圖 2-2），轉盤隨側軸旋轉.轉盤隨軸旋轉時， 覆銅半邊進入傳感器支架中間時磁場密度發(fā)生改變，受磁鋼所產生的磁場的影響，霍爾 器件輸出脈沖信號，其周期和轉速成反比。

22、脈沖信號的周期與電機的轉速有以下關系： n= (2-1) PT 60 式中：n 為電機轉速；P 為電機轉一圈的脈沖數；T 為輸出方波信號周期。根據式(2-1)即 可計算出直流電機的轉速。 霍爾器件是由半導體材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場 B，在沿 平面方向兩端加外電場，則使電子在磁場中運動，結果在器件的兩個側面之間產生霍爾 電勢。其大小和外磁場及電流大小成比例。霍爾開關傳感器由于其體積小，無觸點，動 態(tài)特性好，使用壽命長等特點，故在測量轉動物體旋轉速度領域得到了廣泛應用。 2.32.3 單片機單片機 STC12C5A60S2STC12C5A60S2 單片機(Single-Ch

23、ip-Microcomputer)又稱為單片微控制器，其基本結構是將微型計算 機的基本功能部件：中央處理器（CPU）、存儲器、輸入口、輸出口、定時器/計數器、 中斷系統等全部集中在一個半導體芯片上。 單片機結構上的設計，在硬件、指令系統及 I/O 能力等方面都有獨到之處，具有較 強而有效的控制功能。雖然單片機只是一個芯片，但無論從組成還是從其邏輯功能上來 看，都具有微機系統的含義。另一方面，單片機畢竟是一個芯片，只有外加所需的輸入、 輸出設備，才可以構成實用的單片機應用系統11。 2.3.12.3.1 STC12C5A60S2STC12C5A60S2 芯片芯片 STC12C5A60S2 是一種

24、帶 60K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器， 俗稱單片機。其引腳圖如圖 2-11 所示。 圖 2-11 STC12C5A60S2 引腳圖 2.3.22.3.2 定時器定時器 STC12C5A60S2 單片機內部有兩個 16 位可編程定時器/計數器，記為 T0 和 T1。它的工 作方式可以通過指令對相應的特殊功能寄存器編程來設定，或作定時器用，或作外部事 件計時器用。定時器/計數器在硬件上由雙字節(jié)加法計數器 TH 和 TL 組成。作定時器使用 時

25、，計數脈沖由單片機內部振蕩器提供，計數頻率為 f/12,每個機器周期加 1。 OSC STC12C5A60S2 單片機定時器/計數器的工作方式由特殊功能寄存器 TMOD 編程決定， 定時器/計數器的啟動運行由特殊功能寄存器 TCON 編程控制。不論用作定時器還是計數 器，每當產生溢出時，都會向 CPU 發(fā)出中斷請求。單片機的定時器的工作原理是利用了 寄存器的溢出來觸發(fā)中斷的,所以在寫定時器的時候就要去算計數的增量,再根據單片機 的晶振的頻率就可以算出確定的時間了。定時器主要用到了 2 個寄存器,一個為 TCON,另 一個為 TMOD。TCON 是用來控制定時器的啟動與停止的。TMOD 是用來設

26、置定時器的 模式的。 STC12C5A60S2 單片機的定時器/計數器是可編程的，在進行定時或計數操作之前要進 行初始化編程。通常 8051 單片機定時器/計數器的初始化編程包括如下幾個步驟:1.確定 工作方式，即給方式控制寄存器 TMOD 寫入控制字。2.計算定時器/計數器初值,并將初 值寫入 TH 和 TL。3.根據需要對中斷控制寄存器 IE 置初值，決定是否開放定時器中斷。4.使 運行控制寄存器 TCON 中的 TR0 或 TR1 置“1”，啟動定時器/計數器。 在初始化過程中，要設置定時或計數的初始值，這時需要進行一點運算。由于計數器 是加法計數，并在溢出時產生中斷，因此初始值不能是所

27、需要的計數模值，而是要從最 大計數值減去計數模值所得才是應當設置的計數初始值。假設計數器的最大計數值為 M（根據不同工作方式，M 可以是 2、2或 2 ） ，則計算初值 X 的公式如下： 13168 計數方式：X=M-要求的計數值 （2-2） 定時方式：X=M- （2-3） OSC f/12 要求的計數值 2.3.32.3.3 外部中斷外部中斷 外部中斷：對某個中央處理機而言，它的外部非通道式裝置所引起的中斷稱為外部中 斷。 STC12C5A60S2 單片機的外部中斷有兩種觸發(fā)方式可選：電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)。選擇 電平觸發(fā)時，單片機在每個機器周期檢查中斷源口線，檢測到低電平，即置位中斷請求 標志

28、，向 CPU 請求中斷。選擇邊沿觸發(fā)方式時，單片機在上一個機器周期檢測到中斷源 口線為高電平，下一個機器周期檢測到低電平，即置位中斷標志，請求中斷。 應用時需要特別注意的幾點： 1電平觸發(fā)方式時，中斷標志寄存器不鎖存中斷請求信號。要使電平觸發(fā)的中斷被 CPU 響應并執(zhí)行，必須保證外部中斷源口線的低電平維持到中斷被執(zhí)行為止。因此當 CPU 正在執(zhí)行同級中斷或更高級中斷期間，產生的外部中斷源（產生低電平）如果在該中斷 執(zhí)行完畢之前撤銷（變?yōu)楦唠娖剑┝?，那么將得不到響應，就如同沒發(fā)生一樣。同樣， 當 CPU 在執(zhí)行不可被中斷的指令（如 RETI）時，產生的電平觸發(fā)中斷如果時間太短，也 得不到執(zhí)行。

29、2邊沿觸發(fā)方式時，中斷標志寄存器鎖存了中斷請求。中斷口線上一個從高到低的 跳變將記錄在標志寄存器中，直到 CPU 響應并轉向該中斷服務程序時，由硬件自動清除。 因此當 CPU 正在執(zhí)行同級中斷（甚至是外部中斷本身）或高級中斷時，產生的外部中斷 （負跳變）同樣將被記錄在中斷標志寄存器中。在該中斷退出后，將被響應執(zhí)行。如果 不希望這樣，必須在中斷退出之前，手工清除外部中斷標志。 3中斷標志可以手工清除。一個中斷如果在沒有得到響應之前就已經被手工清除， 則該中斷將被 CPU 忽略。就如同沒有發(fā)生一樣。 2.3.42.3.4 ADAD 轉換轉換 STC12C5A60AD/S2 系列帶 A/D 轉換的單

30、片機的 A/D 轉換口在 P1 口(P1.7-P1.0)，有 8 路 10 位高速 A/D 轉換器,速度可達到速度可250KHz(25 萬次/秒)。8 路電壓輸入型 A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復位后 P1 口為弱上 拉型 I/O 口，用戶可以通過軟件設置將 8 路中的任何一路設置為 A/D 轉換，不需作為 A/D 使用的口可繼續(xù)作為 I/O 口使用。 STC12C5A60S2系列單片機ADC(A/D轉換器)的結構如下圖所示。 2.42.4 顯示電路設計顯示電路設計 2.4.12.4.1 OCM12864OCM12864 簡介簡介 1OCM12864 液晶顯示

31、模塊是 12864 點陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖 形，可與 CPU 直接接口，具有 8 位標準數據總線、6 條控制線及電源線。采用 KS0108 控制 IC。 OCM12864 液晶顯示器實物如圖 2-12 所示。 圖 2-12 1602 實物圖 2.4.22.4.2 OCM12864-3OCM12864-3 的基本參數及引腳功能的基本參數及引腳功能 1. OCM12864-3 外形尺寸圖 圖2-13 OCM12864-3 外形尺寸圖 2.最大工作范圍 邏輯工作電壓(Vcc)：4.55.5V（12864-3、12864-5可使用3V 供電） 電源地（GND）：0V 工作溫度(Ta)：

32、055(常溫) / -2070（寬溫） 保存溫度(Tstg)：-3080 3. OCM12864-3引腳 各引腳接口說明如表2-1。 表2-1 引腳接口說明表 管腳 號 管腳名稱電平管腳功能描述 1VSS0V 電源地 2VCC3.0+5V電源正 3V0- 對比度（亮度）調整 4 RS(CS）H/L RS=“H”,表示 DB7DB0 為顯示數據 RS=“L”,表示 DB7DB0 為顯示指令數據 5R/W(SID)H/L R/W=“H”,E=“H”,數據被讀到 DB7DB0 R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0 的數據被寫到 IR 或 DR 6E(SCLK) H/L 使能信號 7DB0H/

33、L 三態(tài)數據線 8DB1H/L 三態(tài)數據線 9DB2H/L 三態(tài)數據線 10DB3H/L 三態(tài)數據線 11DB4H/L 三態(tài)數據線 12DB5H/L 三態(tài)數據線 13DB6H/L 三態(tài)數據線 14DB7H/L 三態(tài)數據線 15PSBH/L H：8 位或 4 位并口方式，L：串口方式 16NC- 空腳 17/RESETH/L 復位端，低電平有效 18VOUT- LCD 動負電壓（-10V）輸出驅對地接一個 10k 電位 器 19AVDD 背光源正端（+5V） 20KVSS 背光源負端 4.其與單片機的連接如圖2-14所示。 圖 2-14 1602 與單片機接線圖 2.4.32.4.3 顯示模式顯

34、示模式 OCM12864-3 是常見的 12864 點陣型液晶顯示模塊, 可顯示各種字符及圖形,2-15 所示。 圖 2-15 LCD 顯示圖 STC12C5A60S2 2.52.5 系統軟件設計系統軟件設計 2.5.12.5.1 設計思想設計思想 本系統采用 STC12C5A60S2 中的中斷對轉速脈沖處理。定時器 T0 工作于定時方0INT 式 1。每到一個中斷計算一次周期，此值的倒數即為脈沖信號的頻率，代表的即是0INT 電機的轉速。 2.5.22.5.2 總體軟件流程總體軟件流程 進行初始化設置各定時器初值。啟動系統后，霍爾傳感器檢測脈沖到來后，啟動外 部中斷，每來一個脈沖中斷一次，記

35、錄脈沖個數。同時啟動 T0 定時器工作，每到一個 中斷計算一次轉速及功率。連續(xù)采樣三次，取平均值記為一次轉速值。再進行數值0INT 的判斷，若數值超出 60-8000r/min 則顯示出錯，否則就進行正常速度液晶顯示。如果下 次測量值沒有溢出，則恢復正常顯示。 如圖 2-16 所示。 開始 結果是否溢出 是否卻換顯示 是否需要計算 當前顯示模式清 屏 文字模板 初始化 計算轉速、功率 當前顯示模式更新顯示數據 轉速求均值 是否更新波形 更新波形 是否開關測速 是否計算 T 計算時間 是否設置時間 設置時間 是否更新顯示更新顯示 圖 2-16 主流程圖 3 3 系統仿真和調試系統仿真和調試 3.

36、13.1 ProteusProteus 軟件軟件 3.1.13.1.1 ProteusProteus 簡介簡介 Proteus 是基于 SPICE3F5仿真引擎的混合電路仿真軟件，不僅能夠仿真模擬、數字電 路以及模數混合電路，更具特色的是它能夠仿真基于單片機的電子系統。Proteus 不但完 全支持 MCS-51及其派生系列單片機的設計系統，另外也能仿真基于 AVR 和 PIC 系列的單 片機系統。Proteus 的仿真資源 Proteus 軟件可提供的模擬、數字、交(直)流等元器件達30 多個元件庫，共計數千種。此外，對于元件庫中沒有的器件，使用者也可依照需要自己 創(chuàng)建。軟件調試方面，其自身

37、只帶匯編編譯器，不支持 C 語言。但可以將它與 KeilC51集 成開發(fā)環(huán)境連接，將用匯編和 C 語言編寫的程序編譯好之后，可以立即進行軟、硬件結 合的系統仿真，像使用仿真器一樣來調試程序15。 當然，軟件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相應的仿真模型，用開 發(fā)板和仿真器當然是最好選擇，可是對于單片機愛好者，或者簡單的開發(fā)應該是比較好 的選擇。Proteus 與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機 CPU 的工作情況， 也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序 調試時，關心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內容的改變，而是從工程

38、的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結果。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上 講，是彌補了實驗和工程應用間脫節(jié)的矛盾和現象。 3.1.23.1.2 用用 ProteusProteus 繪制原理圖步驟繪制原理圖步驟 原理圖是在原理圖編輯窗口中的藍色方框內繪制完成的，通過文件中的“新建設計” 選項，可以調整原理圖設計頁面大小。繪制原理圖時首先應根據需要選取元器件， Proteus 庫中提供了大量元器件原理圖符號，利用 Proteus 的搜索功能能很方便地查找需 要的元器件。 首先根據需要選擇器件。單擊元器件列表窗口上邊的按鈕“P” ，彈出如圖 3-1 所示 元器件選擇窗口。在該窗口左上方的“關鍵字

39、”欄內鍵入“AT89C51” （ Proteus 中無 STC12C5A60S2 仿真庫故用 AT89S51 代替）,窗口中間的“結果”欄將顯示出元器件庫中所 有 AT89C51 單片機芯片，選擇其中的“AT89C51” ，窗口右上方將顯示出 AT89C51 圖形 符號，同時顯示該器件的虛擬仿真模型，單擊“確定”按鈕后，AT89C51 將出現在器件 列表窗口。照此方法選擇所有需要的元器件。 圖 3-1 器件選擇窗口 器件選擇完畢后，就可以開始繪制原理圖了。先用鼠標從器件選擇窗口選中需要的 器件，預覽窗口將出現該器件的圖標。再將鼠標指向編輯窗口并單擊左鍵，將選中的器 件放置到原理圖中。 放置電源

40、和地線端時，要從“終端”按鈕欄中選取。 在兩個元器件之間進行連線的方式很簡單，先將鼠標指向第一個器件的連接點并單 擊左鍵，再將鼠標移到另一個器件的連接點并單擊左鍵，這兩個點就連接到一起了。對 于相隔較遠，直接連線不方便的器件，可以用標號的方式進行連接。 連接后的部分硬件電路如圖 3-2 所示。 圖 3-2 硬件電路圖（STC12C5A60S2 無仿真庫，故用 AT89C51 代替） 3.23.2 硬件調試硬件調試 按電路圖買好元件后首先檢查買回元件的好壞，按各元件的檢測方法分別進行檢測， 一定要仔細認真。按電路圖的位置將各元件安置好，首先放置核心元件，然后再放其他 元件，特別注意順序不能顛倒。

41、在保證電路元器件完好及各元器件放置無誤合理的情況 下，開始對電路連接布線，由于本設計用面包板搭件，所以布線要無跨線并且工整。當 硬件設計從布線到焊接安裝完成之后，就開始進入硬件調試階段。 3.2.13.2.1 硬件靜態(tài)調試硬件靜態(tài)調試 1排除邏輯故障 顯示器部分調試為了使調試順利進行,首先將 STC12C5A60S2 與 LCD 顯示分離,這樣 就可以用靜態(tài)方法先測試 LCD 顯示,用規(guī)定的電平加至位顯示的引腳,看顯示是否與理論 上一致。不一致,一般為 LCD 顯示器接觸不良所致,必須找出故障,檢測 STC12C5A60S2 電路工作是否正常。對 STC12C5A60S2 進行編程調試時,分為

42、兩個步驟：第一,對其進行 初始化。第二,將 STC12C5A60S2 與 LCD 結合起來,借助開發(fā)機,通過編制程序進行調試。 若調試通過后,就可以編制應用程序了。 對于一些邏輯故障來說，這類故障往往是由于設計和焊接過程中的失誤所造成的。 主要包括錯線、開路、短路。排除的方法是首先將焊接好的電路板認真對照原理圖,看兩 者是否一致。應特別注意電源系統檢查,以防止電源短路和極性錯誤,并重點檢查系統總 線是否存在相互之間短路或與其它信號線路短路。必要時利用數字萬用表的短路測試功 能,可以縮短排錯時間。 2排除元器件失效 造成這類錯誤的原因有兩個：一個是元器件買來時就已壞了另一個是由于安裝錯誤, 造成

43、器件燒壞?？梢圆扇z查元器件與設計要求的型號、規(guī)格和安裝是否一致。在保證 安裝無誤后,用替換方法排除錯誤。 3排除電源故障 在通電前,一定要檢查電源電壓的幅值和極性,否則很容易造成集成塊損壞。加電后 檢查各插件上引腳的電位,一般先檢查 VCC 與 GND 之間電位,若在 5V48V 之間屬正 常。若有高壓,聯機仿真器調試時,將會損壞仿真器等,有時會使應用系統中的集成塊發(fā)熱 損壞。 3.2.23.2.2 虛擬仿真調試虛擬仿真調試 原理圖繪制完成之后，給單片機添加應用程序，就可以進行虛擬仿真調試。先用鼠 標右鍵選中 STC12C5A60S2 單片機，再單擊左鍵，彈出如圖 3-3 所示器件編輯窗口。

44、 圖 3-3 器件編輯窗口 在器件編輯窗口中“Program File”欄單擊文件夾瀏覽按鈕，找到需要仿真的 Hex 文件， 單擊“確定”按鈕完成添加文件，在“Clock Frequency”文本框中把頻率改為 12MHz，單 擊“確定”按鈕退出。這時單擊仿真工具欄中全速運行按鈕即可開始進行虛擬仿真 17。 3 3.3.3 軟件調試軟件調試 軟件調試是通過對用戶程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現程序中存在的語法錯誤與邏 輯錯誤并加以排除糾正的過程。程序運行后編輯，查看程序是否有邏輯的錯誤。本系統 的軟件程序完全由 C51 編寫。在調試過程中采取的是自上至下的調試方法，單獨調試好 每一個模塊，然后再連接成一個完整的系統調試。 3.43.4 軟硬件聯調軟硬件聯調 使用 Keil、Proteus 軟件進行單步調試仿真模擬，直到滿足技術指標后，將程序燒到 STC12C5A60S2 片中進行軟硬件聯調。調試的過程及步驟如下： 1.檢測 5v 電源是否正常，并且是否加到單片機的電源引腳端。 2.檢測單片機的晶振電路是否正常工作，用萬用表檢測 STC12C5A60S2 片的 18、19