基于AT89C51單片機的轉速測量儀設計畢業(yè)論文

1、基于at89c51單片機的轉速測量儀設計畢業(yè)論文目錄摘要錯誤！未定義書簽。abstract錯誤！未定義書簽。mi w1b 1 si侖21.1課題的研究背景21.2課題研究的口的和意義21.3轉速測量在國內外的研究31.4主耍內容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)要求及主要內容52.3系統(tǒng)技術指稱6第3章系統(tǒng)總體設計73.1轉速測量的一般方法73.2硬件電路設計思路93.3軟件設計思路9第4章硬件電路設計114.1單片機模塊114.1.1處理執(zhí)行元件114.1.2吋鐘電路144.1.3復位電路154.1.4 品示 hi路164.1.5 hd7279 接口184.1.6鍵盤電路2

2、14.2霍爾傳感器簡介224.2.1霍爾器件概述224.2.2霍爾傳感器的應用224.2.3 ah41霍爾開關234.3發(fā)送模塊24第5章軟件設計285.1單片機轉速程序設計思路及過程285.1.1單片機程序設計思路285.1.2單片機轉速計算程序295.1.3二-十進制轉換程序305.2程序設計32第6章系統(tǒng)調試346.1硬件調試346.2軟件調試356.2.1調試主要方法和技巧：356.2.2程序調試過程：366.3綜合調試376.4故障分析與解決方案376.5結論與經驗38南犬40&i射4142-lx,1刖g智能化轉速測量可以對電機的轉速進行測量，電機在運行的過程屮，需要對 其平

3、穩(wěn)性進行監(jiān)測，適時對轉速的測量有效地可以反映電機的狀況。本系統(tǒng)主耍由傳感器，單片機at89c51構成。可以對大范圍轉速進行測景， 測量的轉速精度高，還可以和pc機時時通信，實現對電機轉速的測量。雄片機的英文名稱是micro controller unit,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、體積小、可靠性高、 應用簡單靈活，因而使用非常廣泛，有力地推動各行業(yè)的技術發(fā)展和更新換代。本文首先在第1章緒論介紹了此系統(tǒng)的功能、技術指標以及主耍內容等；在 第2章論述了總體設計過程,確定了技術指標及器件的選擇；第3章著重描述了 系統(tǒng)硬件電路設計、硬件設計樞圖

4、及所使用的各種芯片功能與特性；在第4章中 重點剖析丫軟件設計的過程；最后在第5章屮具體論述爭片機、電平轉換電路、 通信的處理及調試。第1章緒論1.1課題的研究背景目前國n外測量電機轉速的方法很多，按照不同的理論方法，先后產生過模 擬測速法（如離心式轉速表、用電機轉矩或者電機電樞電動勢計算所得）、同步測 速法（如機械式或閃光式頻閃測速儀）以及計數測速法。計數測速法乂可分為機械 式定時計數法和電子式定時計數法。傳統(tǒng)的電機轉速檢測多采用測速發(fā)電機或光電數字脈沖編碼器，也宥采用電 磁式（利用電磁感應原理或可變磁阻的霍爾元件等）、電容式（對高頻振蕩進行幅 值調制或頻率調制）等，還奮一些特殊的測速器是利用

5、置于旋轉體內的放射性材 料來發(fā)生脈沖信號。其中應用最廣的是光電式，光電式測系統(tǒng)具有低慣性、低噪 聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點。加之激光光源、光柵、光學碼盤、ccd器件、光 導纖維等的相繼出現和成功極用，使得光電傳感器在檢測和控制領域得到了廣泛 的應用。而采用光電傳感器的電機轉速測量系統(tǒng)測量準確度高、采樣速度快、測 量范m寬和測量精度與被測轉速無關等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。1.2課題研究的目的和意義隨著超大規(guī)模集成電路技術提高，尤其是單片機應用技術以其功能強大，價 格低廉的顯著特點，使全數字化測量轉速系統(tǒng)得以廣泛應用。由于中.片機在測量 轉速方面具有體積小、性能強、成木低的特點，越來越受到企業(yè)用

6、戶的tt睞。轉 速是工程中應用非常廣泛的一個參數，其測量方法較多，而模擬量的采集和模擬 處理一直是轉速測量的主耍方法，這種測景方技術已不能適應現代科技發(fā)展的要 求，在測量范圍和測量精度上，已不能滿足大多數系統(tǒng)的使用。隨著大規(guī)模及超 人規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，數字系統(tǒng)測量得到普遍應用，特別是平片機對脈沖 數字信號的強大處理能力，使得全數字量系統(tǒng)越來越普及，其轉速測量系統(tǒng)也可 以用傘數字化處理。在測量范圍和測量精度方面都有極大的提高。常用的檢測方法有機械式，光電式，霍爾式，頻閃法，高壓汕管應變法等， 木課題主耍是針對轉速測量系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)的設計。運用51系列單片機 設計一種全數字化測速系統(tǒng)，

7、從提高測量精度的角度出發(fā)，分析討論其產生誤差 的可能原因。吋從實際硬件電路出發(fā)，分析電路的工作原理，根據設計具體情 況提出修改方案和解決辦法。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)動機、電動 機、卷揚機、機床主軸等旋轉設備的試驗、運轉和控制屮，常需要分時或連續(xù)測 量和顯示其轉速及瞬時轉速。要測速，首先要解決是采樣問題。在使用模技術制 作測速表吋，常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉軸與待測軸相連，測 速發(fā)電機的電壓高低反映了轉速的高低。為y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方法。因此轉速的測試具有重要的意義。這次設計內容包含知識全而，對傳感器測

8、景發(fā)電機轉速的不同的方法及原理 設計宥較多介紹，在測量系統(tǒng)中能學到關于測量轉速的傳感器采樣問題，單片機 部分的|a）容，顯示部分等各個模塊的通信和聯調。全面了解單片機和信號放大的 具體內容。進一步鍛煉我們在信號采集、處理、顯示等方面的實際工作能力。本課題以單片機為核心，設計的全數字化測量轉速系統(tǒng)，在工業(yè)控制和民用 電器中都有較高使用價值。一方而它可以應用于工業(yè)控制屮的某一部分，如數控 車床的電機轉速檢測和控制、水泵流量控制以及需要利用轉速檢測來進行控制的 許多場合，如車輛的里程表、車速表等。另一方面由于該轉速測量系統(tǒng)采用全數 字結構，岡而可以很方便的和工業(yè)控制機進行連接，實行遠程管理和控制，進

9、一 步提高現代化水平。并且，兒乎不需做很大改變就能直接作為單獨的產品使用。 總之，轉速測景系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題。1.3轉速測量在國內外的研究轉速是能源設備與動力機械性能測試屮的一個重要的特性參量，因為動力機 械的許多特性參數是根據它們與轉速的函數關系來確定的，例如壓縮機的排氣 量、軸功率、|a）燃機的輸出功率等等，而且動力機械的振動、管道氣流脈動、各 種工作零件的磨損狀態(tài)等都與轉速密切相關。轉速測量的方法很多，測量儀表的型式也多種多樣，k使用條件和測量精度 也各不相同。根據轉速測量的工作方式可分為兩大類：接觸式轉速測量儀表與非 接觸式轉速測量儀表。前者在使用時必須與被測轉軸直接接觸

10、，如離心式轉速表、 磁性轉速表與測速發(fā)電機等；石者在使用時不需耍與被測轉軸接觸，如光電式轉 速表、電子數字式轉速表、閃光測速儀等。測量發(fā)動機轉速的傳統(tǒng)方法是使用光 電式轉速表測量。用這種方法測量吋，既要在發(fā)動機轉動軸上粘貼光標紙，又要 求測量人員把轉速表與光標紙的距離控制在很近的范圍,測量十分不方便。隨著 科學技術的迅速發(fā)展，轉速測量儀表已步入現代化、電子化的行列。過去曾經使用過的接觸式測量儀表，如離心式轉速表、磁性轉速表、微型發(fā) 電機轉速表及鐘表是定吋轉速表，均已先后受到冷落；而利用已知頻率的閃光與 被測軸轉速同步的方法來測速的閃光測速儀，里屬非接觸式儀表，口前仍奮應用， 但也退居次要地位。

11、代之而起的是非接觸式的電子與數字化的測速儀表。這類轉 速儀表大多具有體積小、重量輕、讀數準確、使用方便等優(yōu)點，容易實現電腦熒 嬌顯示和打印輸出，能夠連續(xù)的反映轉速變化，既能測定發(fā)動機稔定情況卜的平 均轉速，也能夠用來在足夠小的吋間間隔這特定條件下測定發(fā)動機的瞬時轉 速。轉速測量的應用系統(tǒng)在工業(yè)生產、科技教育、民用電器等各領域的應用極為 廣泛，往往成為某一產品或控制系統(tǒng)的核心部分，其各種參數在不同的應用屮冇 其側重，但轉速測量系統(tǒng)作為普遍的皮用在鬧民經濟發(fā)展中，宥重要的意義。1.4主要內容1. 詳細分析轉速的測量理論，對轉速的周期測量法“t”法、頻率測量法“m” 法以及周期頻率“m/t”測量法，

12、三種具體測量方法的轉速計算、各自的測量精 度和誤差進行闡述。定性地比較三種方法所針對的轉速特征，分析高、中、低轉 速情況下各自的適用狀況。2. 根據單片機硬件系統(tǒng)的設計，構建軟件系統(tǒng)，分別對硬件系統(tǒng)的配置予以 估計，使其能夠對轉速進行測量。同時分析接口電路，妞示轉速。3. 對單片機定時/計數器進行設置，設計和說明定時/計數器在“m”法測量 中的作用和使用方法，討論測量精度的問題。4. 根據系統(tǒng)要求設置各控制字，用匯編語言編制程序，包括主程序流程，轉 速計算程序，顯示屮斷程序流程，同吋并寫出其具體程序。第2章系統(tǒng)功能分析2.1系統(tǒng)功能概述系統(tǒng)主要實現功能是at89c51單片機接收霍爾傳感器傳來的

13、脈沖信號,單片 機根據外部屮斷，以及內部定時器進行記數計算出電機轉速送到led顯示，同吋 數據傳給pc機，并在pc機屏幕上顯示出來。記錄各時段的轉速，両出v-t坐標 閣。木系統(tǒng)通信部分是單片機經電平轉換電路11in232cp之£；,通過串丨丨rs-232 發(fā)送數據，a pc微機接收，微機部分用visual basic軟件編寫的界面作為pc 機部分與申片機進行串u之間通信。傳感器電路、轉速測量、led顯示、電平轉 換電路設計等將在以下章節(jié)作詳細地設計。圖2.1系統(tǒng)硬件電路從實用的角度看，評價一個系統(tǒng)實用價值的重耍標準，就是這個系統(tǒng)對社會 生活和科技觀念宥多大的貢獻。轉速測量系統(tǒng)具宥大范

14、圍、高精度等優(yōu)點、測量 速度快，這種系統(tǒng)將會冇良好的應用。2.2系統(tǒng)要求及主要內容將霍爾傳感器產生的脈沖信號輸出入到單片機的外部中斷0 口，單片機工作 在內部定時器工作方式0,對周期信號進行內部記數，調用計算公式算出轉速， 調用顯示程序顯示在上，同吋通過串口 h'd上位機發(fā)送轉速數據。系統(tǒng)包含主 要內容如下：(1) 單片機部分主耍完成電機轉速的測量(2) 1上1)部分主要是把轉速顯示出來，顯示范圍60-36000r/min(3) 發(fā)送部分主要是完成電平轉換，送rs232向pc發(fā)送數據。(4) pc機部分主要完成將數據敁示在界面并描繪岀v-t圖2.3系統(tǒng)技術指標系統(tǒng)主要完成測量和通信兩部

15、分功能：(1) 設計并制作申片機的轉速測量的硬件系統(tǒng)；(2) 用匯編語言完成轉速測量的軟件系統(tǒng)；(3) 耍求把轉速顯示在5位led上，精度為0.1%;(4) 能向上位機發(fā)送數據；(5) 用9針rs-232即可;(6) 在微機部分采用visual basic編制rs232通信軟件；(7) 通信軟件具有數據接受編輯框；(8) 通信軟件耍適時對數據的記錄，用時間曲線表示。根據系統(tǒng)耍實現的功能以及耍求，要實現單片機的轉速測量主要是各個模塊 的設計，定吋器記數功能、以及l(fā)h)驅動、電平轉挽及pc機之間的通信。單片 機可通過編程控制外ffl部件，能實現較高的自動化程度。以它為系統(tǒng)核心的控制 模塊可實現主從

16、控制，完成預定的任務。第3章系統(tǒng)總體設計3. 1轉速測量的一般方法一般轉速測量系統(tǒng)冇以下幾個部分構成，轉速測量框圖如圖3. 1所示。圖3.1轉速測s框圖1. 轉速信號拾取轉速信號拾取是整個系統(tǒng)的前端通道，目的是將外界的非電參量，通過一定 方式轉換成電景，這一環(huán)節(jié)可以通過敏感元件、傳感器或測量儀表等來實現。方 法如下:(1)通過敏感元件拾取被測信號敏感元件體積小，可以根據用戶及環(huán)境要求做成各矛頭形狀的探頭，它能將 被測的物理量變換成電流、電壓，只要選擇合適的元件參數。如r、l、c設計相 應的電路，便能完成這種對應關系。這種方法設計難度大，信號穩(wěn)定度差，在模 擬處理系統(tǒng)中不宜采用。(1) 通過傳感

17、器拾取信號由專業(yè)人員將敏感元件和相應的測量電路、傳遞機構以適當的形式制成不同 類型、不同用處的傳感器，根據原理輸出電量。該電量可以是模擬量或數字量， 現代傳感器還可以輸出開關景，用于數字邏輯電路。(2) 通過測量儀表拾取被測信號目前冇許多測量儀表用于各種測量中，冇大信號輸出、冇bcd碼輸出等，但 價格昂貴，專業(yè)性強，一般不適合通用系統(tǒng)。通用的轉速測量系統(tǒng)大都采用種 俗稱“碼盤”的傳感裝置，將形的碼盤固定在轉軸上，碼盤上宥若干規(guī)則排列 的小孔，用光電偶來輸出電信號，以反映轉速對應關系，即是將轉軸的速度以脈 沖形式反映出來，通常有兩種形式：模擬量量化后經a/d轉換，由數字量反映 角度，供單片機計算

18、處理，得出轉速。直接由脈沖來反應轉軸的角度，用每轉 產生的脈沖經單片機處理得出轉速。2. 整形和倍頻前向通道中，從傳感器輸出的信號必須轉換成單片機輸入要求的信號，由于 信號凋節(jié)電路與傳感器的選擇，現場干擾程度等，都會影響信號的質量。而脈沖 信號的上升沿和下降沿對數字電路的觸發(fā)尤為重要，若要將轉速脈沖信號直接加 到計數器或外部屮斷的輸入端，并利用其上升沿來觸發(fā)進行計數，則必須要求輸 入的信號宥陡峭的上升沿或卜*降沿。處理方法上町以用觸發(fā)器電路來整形；而倍頻電路主要用于解決低轉速時測 量精度問題及碼盤的刻度誤差而造成的精度下降問題。方法是在每轉屮增加脈沖 的個數（碼盤的線程數）來提高精度。但在高轉

19、速時，由于脈沖個數的增加，限制 了最高轉速測量量程，這個問題可用單凡機控制來動態(tài)處理解決，兼顧高低轉速 的測量精度。3. 單片機申片機是整個測量系統(tǒng)的主要部分，擔負對前端脈沖信號的處理、計算、以 及信號的同步，計時等任務，其次，將測量的數據經計算后，將得到的轉速值傳 送到顯示接口屮，用數碼管顯示數值。在本系統(tǒng)中考慮到計數的范圍、使用的定 時，計數器的個數及i/o 口線,預選用89c51單片機。具體工作情況在后討論。4. 驅動和顯示由于lh）數碼管具有亮度高、可靠性好等特點，工業(yè)測控系統(tǒng)屮常用led 數碼管作為敁示輸出。本系統(tǒng)也采用數碼管作敁示。led顯示器是用發(fā)光二極管顯示字段的，通常使用七段

20、構成字型和一 只發(fā)光二極管作為小數點，稱八段數碼顯示器。其宥兩種驅動方式，共陰驅動和 共陽驅動，共陰驅動是各段發(fā)光二極管的陰極連在一起，并將公共端接地，在共 陽結構屮，將各段發(fā)光二極管陽極連在一起，并將公共端接上+5v電源，顯示字 符對應字型代碼發(fā)光。3.2硬件電路設計思路硬件設計的任務是根據總體設計要求，在選擇的機型的基礎上，具體確定系 統(tǒng)中所要使用的元器件，設計出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。轉速是工程屮應用非常廣泛的一個參數，早期模擬量的模擬處理一直是作為 轉速測量的主要方法，這種測量方法在測量范圍和測量精度上，已不能適應現代 科技發(fā)展的耍求。而隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，數字

21、測量系統(tǒng) 得到普遍應用，利用單片機對脈沖數字信號的強大處理能力，應用全數字化的結 構，使數字測量系統(tǒng)的越來越普及,在測量范閨和測量精度方面都冇極人的提高。89c51單片機通過into輸入傳感器的脈沖信號，p0uip2ui接wd動態(tài)顯示另 由于pc系列微機串行口為rs232c標準接口，與輸入、輸岀均為ttl電平的89c51 單片機在接口規(guī)范上不一致，因此ttl電t3urs 232接口電平的轉換采用 i1in232cp接li芯片，該芯片可以用單電壓（+5v）實現rs232接口邏輯“1”（-3v - 15v）和邏輯“0” （+3v+15v）的電平轉換。轉速測量部分的硬件設計思路：木次設計爭片機部分的

22、硬件框圖如圖3. 2所 示。具體詳細的敘述將在下面的章節(jié)中逐一介紹。3.3軟件設計思路軟件需要解決的是定吋器0的記數和外部屮斷0的設定、由于測量的轉速范 圍大，所以低速和高速都要考慮在內，關鍵在于一個四字節(jié)除三字節(jié)程序的實現。 顯示部分、需耍冇一個二進制到十進制的轉化程序，以及轉換成非壓縮bcd的 程序盾、才能進行調用杳表程序送到顯示。pc機申口和單片機串行1的工作方 式，包括串行u的通訊速率、奇偶校驗位、停止位等均由通信軟件實現。軟件工作流程：霍爾傳感器利用磁電效應產生一周期脈沖中.片機的外部中斷0 (p3.2) 口發(fā)送個屮斷信號，定吋器工作在內部定吋，tho、tlo設定初值 為0,作為除數

23、的低阿字節(jié)，利用軟件記數器、定時器0中斷的次數作為除數高 字節(jié)。中斷完畢讀取pj部記數值作為除數，調用除法程序計算轉速，再對二進制 數進行一系列變換盾調用杳表顯示程序，顯示在led上。轉速部分軟件設計思路：at89c51單片機的p3.2口接收傳感器的信號。主要 編寫一個外部屮斷服務程序int_0,讀取記數值的三個字節(jié)，并冉次清0記數初值 以便下次的記數和計算。調用兩字節(jié)二進制-三字節(jié)十進制(bcd)轉換子程序bcd, 再調用十進制轉換成非壓縮bcd程序cbcd、最后調用查表程序送顯示。為了和pc 通信，系統(tǒng)耍求單片機晶振11.0592mhz。軟什的具體設計我們將在k面的章節(jié)中 作詳細介紹。第4

24、章硬件電路設計硬件的功能由總體設計所規(guī)定，硬件設計的任務是根據總體設計要求，在選 擇的機型的基礎上，具體確定系統(tǒng)屮所要使用的元器件，設計出系統(tǒng)的電路原理 圖，必要時做一些部件實驗，以確定電路圖的正確性。整個單片機測景轉速系統(tǒng)為單片機控制模塊、霍爾傳感器模塊、發(fā)送模塊, 各個模塊都承擔著各a的任務。設計單片機模塊，考慮到單片機本身的外圍電路較多，所以在單片機模塊方 面需要極為小心。在整個電路設計吋要考慮電平轉換電路，具體每一部分的設計 將在以下章節(jié)中詳細分析。4.1單片機模塊根據系統(tǒng)功能要求以及單片機硬件電路設計思路對單片機模塊進行設計，要 使單片機準確的測量電機轉速，并且使測出的數據能顯示出來

25、，所以整個單片機 分為傳感器電路、時鐘電路、復位電路、執(zhí)行元件以及敁示電路五個部分。4.1.1處理執(zhí)行元件單片機我們釆用at89c51(其引腳圖如圖4. 1)，相對于intel公司的8051 它本身帶有一定的優(yōu)點。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。p1.0 匚 p1.1 p1.2 p1.3 匚 p1.4 p1.5 匚 p1.6 匚 p1.7 匚 rst匚(rxd) p3 0 匚 (txd) p3.1 (in

26、to) p3.2 匚 ontt) p3.3 (to) p3.4 匚 (t1) p3.5 匚(wr) p3.6 匚(rd) p3.7 匚 xtal2 匚 xtal1 gnd 4030383736353433323130292827262524232221 vccpo.o (ado) po.1 (ad1) po.2 (ad2) po.3 (ad3) po.4 (ad4) po.5 (ad5) po.6 (ad6) p0.7 (ad7) eaa/ppale/faog psen p2.7(a15) p2.6 (a14) p2.5(a13) p2.4 (a12) p2.3(a11) p2.2 (a1o)

27、 p2.1 (a9>p2.0 (a8)圖4. 1 at89c51引腳圖主耍特性：與mcs-51兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲器奇命：1000寫/檫循環(huán)數據保留時問：10年全靜態(tài)工作：0hz-24hz三級程序存儲器鎖定 128*8位內部ram 32可編程i/o線 w個16位定時器/計數器5個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內振蕩器和吋鐘電路 管腳說明：1. vcc：供電電壓;2. gnd：接地；3. p0 口： p0 口為一個8位漏極開路雙向t/0 口，每腳op及收8ttl門電流。 當pl u的管腳第一次寫1吋，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數據存 儲器，它可以被定義為數

28、據/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸 入口，當f1ash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。4. p1 l-l： p1 口是一個內部提供上拉電阻的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，被內部上拉為高，可用作輸入，p1 口被外部下拉為低電平吋，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在flash 編程和校驗時，pl 口作為第八位地址接收。5. p2 口： p2 口為一個內部上拉電阻的8位雙向i/o 口，p2 口緩沖器可接收， 輸出4個ttl門電流，當p2 ij被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作 為輸入。并因此作

29、為輸入時，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于 內部上拉的緣故。p2 u當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行 存取時，p2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，p2丨i輸出其特殊功能寄存器的內容。 p2 口在flash編程和校驗吋接收高八位地址信號和控制信號。6. p3 口： p3 口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向i/o 口，可接收輸出4個 ttl門電流。當p3 口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，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 ij也

30、可作為at89c51的一些特殊功能i，如為閃爍編程和編程校驗接收一些 控制信號。如下表4-1所示。表4-1 p3丨i的第二功能引腳第二功能信號名稱p3. 0rxd串行數據接收p3. 1txd串行數據發(fā)送p3. 2into外部中斷0請求p3. 3inti外部中斷1諾求p3. 4to定時器/計數器0計數輸入p3. 5t1定時器/汁數器1計數輸入p3. 6wr外部ram寫選通p3. 7rd外部ram讀選通7. rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳w個機器周期的高 電平時間。8. ale/prog：當訪問外部存儲器時，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

31、，此引腳用于輸入編程脈沖。在平吋，ale端 以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作 對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如 想禁止ale的輸出可在sfr8eii地址上置0。此時，ale只有在執(zhí)行movx, m0vc 指令是ale方起作用。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：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期問，每個 機器周期兩次/psen冇效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次冇效的/psen信號將不出現。10. /ra/vpp :當

32、/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器 (0000h-ffffh),不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內部鎖定為reset;當/ea端保持高電平時，此問內部程序存儲器。在flash編程期 間，此引腳也用于施加12v編程電源(vpp)o11. xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。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岀。該反向放大器可以配置為 片內振蕩器。厶英振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，xtal2 應不接。宥余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘

33、信 號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。參芯片擦除：整個per0m陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ale管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作屮，代碼陣列全被寫“1”且在 任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，at89c51設冇穩(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，定吋器，計 數器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內容并且凍結振蕩 器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。4. 1.2時鐘電路時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計

34、算機的工作節(jié)奏。mcs-51單片機允許 的時鐘頻率是因型號而異的典型值為12mhzmcs-51內部都宥一個反相放大器，xtal1、xtal2分別為反相放大器輸入和輸 出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產生吋鐘送至單片機內部的各個部 件。at89c51是屬于cm0s8位微處理器，它的吋鐘電路在結構上奮別于nm0s型的單 片機。cmos型單片機內部(如at89c51)有一個可控的負反饋反相放大器，外接晶 振(或陶瓷諧振器)和電容組成振蕩器，圖4. 2為cmos型單片機時鐘電路框圖。振蕩器工作受/h）端控制，由軟件置“1” pd （即特殊功能寄存器pcon. 1）使/pd =0,振蕩器停止工作

35、，整個單片機也就停止工作，以達到節(jié)電目的。清“0”pd, 使振蕩器工作產生吋鐘，申片機便正常運行。圖屮sys為晶振或陶瓷諧振器，振 蕩器產生的時鐘頻率主要由sys參數確定（晶振上標明的頻率）。電容c1和c2的作 用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率f起微調作用（cl、c2 大，f變?。?，其典型值為30pf。4. 1.3復位電路計算機在啟動運行時都需要復位，使巾央處理器cpu和系統(tǒng)巾的其它部件都 處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)幵始工作。mcs-51單片機宥一個復位引腳rst,它是史密特觸發(fā)輸入（對于c1im0s單片機， rst引腳的內部冇一個拉低電阻），當振蕩器起振后該引腳上

36、出現2個機器周期（即 24個吋鐘周期）以上的高電平，使器件復位，只要rst保持高電平，mcs-51保持復 位狀態(tài)。此時ale、psen、p0、pl、p2、p3口都輸出高電平。rst變?yōu)榈碗娖胶螅?退出復位，cpu從初始狀態(tài)幵始工作。單片機采用的復位方式是0動復位方式。對于mos （at89c51）單片機只要接一 個電容至vcc即可（見圖4. 3）。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在rst端出現一 定吋間的高電平，只要高電平吋間足夠長，就可以使mcs-51有效的復位。rst端 在加電時應保持的高電平時間拈的上升時間和振蕩器起振的時陶，vsjt升時 間若為10ms,振蕩器起振的時間和頻率有關。10

37、mhz時約為lms，whz時約為10ms, 所以一般為了可靠的復位，rst在上電應保持20ms以上的高電平。rc時間常數越大，上電rst端保持高電平的時間越長。若復位電路失效，加電后cpu從一個隨機的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運轉。*5v卜vrst1 r*mcs-51 丄v»圖4. 3上電復位電路4. 1.4顯示電路顯示電路采用led數碼管動態(tài)顯示，led （light-emitting diode）是一種外 加電壓從而渡過電流井發(fā)出可見光的器件。led是屬于電流控制器件，使用時必 須加限流電阻。1上1）有單個wd和八段wd之分，也有共陰和共陽兩種。顯示器結構：常用的七段顯示器的結

38、構如圖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位顯示器由八個發(fā)光二極 管組成，其中七個發(fā)光二極管ag控制七個筆畫（段）的亮或喑，另一個控制一 個小數點的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭冇 些失真，但控制簡單，使用方便。此外，要両出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的 引腳閣后冰能進行正確的字型段碼編碼。冰能顯示出正確的數字來，如閣4.5 所示，為七段數碼管的管腳圖。oo圖4. 5七段發(fā)光顯示器管腳的結構驅動方式：采用的數碼管驅動為7407,它的全名為7407 ttl集電極開路六正相高壓驅 動器，其

39、結構簡單，使用方便，圖4. 6力7407的圖以及各個引腳的分介功能介紹。1a1y2a2y3a3ygnd12 3 4 5 6 7卜0寸卜4 3 21r 1a 11i oii 1tvcc6a6y5a?y4a4y閣4. 6 7407管腳的結構顯示方式：為了節(jié)省t/0口線，我們采用的動態(tài)顯示方式。所謂動態(tài)顯示，就一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描），對于每一位顯 示器來說，每瞞一段時問點亮一次。.顯示器的亮度既與導通電流有關，也與點亮時間和間隔時間的比例有關。調整電流和時間參數，可實現焭度較高較穩(wěn)定的顯 示。若顯示器的位數不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需8位口（稱為灼 描u）,控制各位顯示器所顯

40、示的字形也需一個8位u （稱為段數據口）。木次設 計要求的轉速測量范圍60r/min-36000r/min,所以只需要5位數碼管即可。5 位共陰極顯示器和at89c51的接口邏輯如閣4-7所示。at89c51的p0 口作為段 數據u,接上拉電阻到顯示器的各個段；p2 口作為掃描口，經同相驅動器7407 接顯示器公共極。對于圖4. 7中的5位顯示器，在at89c51ram存貯器屮設置五個顯示緩沖器 單元30h35h,分別存放5位顯示器的顯示數據，at89c51的p2 口掃描輸出總 是只在一位為低電平，即5位顯示器屮僅有一位公共陰極為低電t,其它位為高 電平，at89c51的口相應位（陰極為低）的

41、顯示數裾的段數裾，使該位顯示 出一個字符，其它們?yōu)榘?，依次地改變p2 口輸出為高的位，p0 口輸出對應的段 數據，5位顯示器就顯示岀由緩沖器屮顯示數據所確定的字符。+5v8*1002 opo. 0 po. 1 po, 2 po. 3 po. 4 po. 5 po. 6 po. 7at89c51iiiii共陰極顯示戠4 3 2102.m2-p p p p p>1閣4. 7五位動態(tài)顯示電路4. 1.5 hd7279接口1.引腳介紹iid7279a是一款具宥簡單spi串行接li的器件，可直接驅動8位共陰式數碼 管（或64個獨立的led）,管理多達64鍵鍵盤，單片即可完成led顯示和鍵盤接 口的

42、全部功能，大大簡化電路設計，占用半片機資源極少（最少2線），完全免調 試，外圍電路更簡單。hd7279a內部含有譯碼器可直接接收bcd碼或16進制碼， 也可不譯碼，并同時具冇兩種譯碼方式。此外，該器件還具冇多種控制指令，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 于獨立的wd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，可方便實現高于8位的顯示或 高于64鍵的鍵盤接口，采用多片級聯，對片選信號進行譯碼即可實現。當應用 系統(tǒng)中只有一片hd7279a時，片選端cs可直接接地。228272635

43、vddsavddsbrsetscsi)dataclkkeycssesfsgl)pdigodig1rcdig2clkod1g3ncdig4ncdig5dig6vssdig74hd7279a24251920212223圖4.8 hd7279引腳配置表4一2 hd7279引腳功能介紹引腳名稱功能描述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14器件發(fā)送指令及讀取鍵盤數裾7clk同步吋鐘輸入端，向器件發(fā)送數據及讀取鍵盤數據吋，此引腳電平上升沿表示數據有效8data串行數據輸入/輸出端，當器件接收指令吋，此引腳為輸入端；當讀収鍵盤數據吋，此引腳在讀指令蛣

44、后一個時鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆?key按鍵有效輸出端，平時為高電平，當檢測到有效按鍵時，此引腳為低電-t10 16sg sa段g段a驅動輸出17dp小數點驅動輸!li18 25dtg0-dtg7數字數字7驅動輸出26clk0rc振蕩器連接端27rc復位端28reset復位端2. hd7279a的工作原理hd7279a最顯著的優(yōu)點是與單片機的接口簡單.，最多只需5條連接線，分別 是復位端reset，片選輸入端cs,同步吋鐘輸入端clk，數據輸入輸出端data 和按鍵有效輸出端key。在一般應用系統(tǒng)巾，reset可直接接電源，當應用系統(tǒng) 屮只有一片hd7279a器件時，cs也可以直接接地，此時只需心

45、用3條單片機的1 /0端li線，如采應用系統(tǒng)中沒宥鍵盤，僅具宥顯示功能，或者即使宥鍵盤，但 單片機軟件任務不復雜，均可不接key線，使用定吋讀取鍵盤鍵值代碼的方法, 則此吋只需占用2條申片機的i/o端1_1線。3. hd7279a接口的具體設計根據hd7279a的特點與優(yōu)點，我們選擇該器件來驅動數碼管，實現數碼顯示, 其具體電路如卜*圖所示：+5v28ntnrntntp2.7p2.6p2.5p2.4r42627sv15k150985423711.6.kk -c/pabcdcfo&d16.kk ，門°sabcdcf gd d0 9 8 5 4 2 3 7ds31冬i 4. 9

46、hd7279驅動敁示器的具體電路digoresetsdig5 dig6 dig7 sahd7279vdd101()gdp kel.ds4b k:0.dp4. 1.6鍵盤電路本設計使用的鍵盤主要為完成一個功能一轉速測量的啟動/停止：我們將7t 關直接與at89c51單片機的pl. 1接口相連，通過讀i/o i，判定各i/o線的電 平狀態(tài)，即町識別出按下的按鍵。操作員通過鍵盤可以輸入數據或指令，實現簡 爭的人機通信。我們采用y獨立式鍵盤電路，按鍵均采用了上拉電阻，這是為了 保證在按鍵斷開時，個i/o 口有確定的高電平，同時，還備用w個按鍵方便擴展, 其具體電路如十*所示：4.2霍爾傳感器簡介4.2

47、.1霍爾器件概述霍爾元件是一種基于霍爾效應的磁傳感器，已發(fā)展成一個品種多樣的磁傳感 器產品族，井已得到廣泛應用?；魻栐且环N磁傳感器。耍他們可以檢測磁場 及其變化，可以在各種與磁場冇關的場合中?；魻柶骷曰魻栃獮槠涔ぷ骰A?；魻柶陂g具有許多優(yōu)點，他們的結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝 方便，功耗小，頻率高（可達1mhz）,耐震動，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；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波 形清晰、無抖動、無回調、位置重復精度高（町達um級）。采用了各種補償措施 的霍爾器件的工作溫度范岡廣，可達55-150度。按照霍爾器件的功能可將他們分為：

48、霍爾線性器件和霍爾開關器件。前者輸 出模擬量，后者輸出數字量。按被檢測的對象的性質可將它們分為：直接應用和間接應用。前者是直接檢 測出被測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測被檢測對象上人為設置的磁場， 用這個磁場作為被檢測信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、 力矩、壓力、應力、位置、位移、加速度、角度、角速度、轉速、轉數以及工作 狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉換成電量來進行檢測和控制。集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元仲和測量線路集成在一起的 一種傳感器。它取消了傳感器和測量電路之間的界限，實現了材料、元件、電路 三位-體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點，岡此顯著地

49、提高了可 靠性。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點，正越來越愛到眾的重視。 集成霍爾傳感器的輸出是經過處理的霍爾輸出信號。按照輸出信號的形式，可以 分為開關型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。開關型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經過處理后輸出一個高電平或低 電平的數字信號?；魻栭_關電路又稱霍爾數字電路，由穂壓器、霍爾片、差分放 大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成。4.2.2霍爾傳感器的應用使用霍爾器件檢測磁場的方法極為簡中.，將霍爾器件做成各種形式的探頭， 放在被測磁場屮，岡霍爾器件只對垂直于霍爾片表面的磁感應強度敏感，岡而必 須令磁力線和器件表面乖直，通電后即可由輸出電ik得到

50、被測磁場的磁感應強度。 若不垂直，則應求出其垂直分量來計算被測磁場的磁感應強度值。而且，因霍爾 元件的尺寸極小，可以進行多點檢測，由計算機進行數據處理，可以得到場的分 布狀態(tài)，并可對狹縫，小孔中的磁場進行檢測用磁場作為被傳感物體的運動和位 置信息載體吋，一般采用永久磁鋼來產生工作磁場。例如，用一個5 x 4 x 2. 5(nirn3) 的釹鐵硼ii號磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約2300高斯的磁感應強度。在空 氣隙屮，磁感應強度會隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾丌 關器什的可靠工作，在應用中?？紤]宥效工作氣隙的長度。在計算總宥效工作氣 隙時，應從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾

51、電路中，霍爾片的深度在產品手冊 屮會給出。因為霍爾器件需要工作電源，在作運動或位置傳感時，一般令磁體隨被檢測 物體運動，將霍爾器件岡定在工作系統(tǒng)的適當位置，用它去檢測工作磁場，再從 檢測結糶中提取被檢信息。4.2.3 ah41霍爾開關ah41霍爾丌關電路最適丁響應變化斜率陡峭的磁場并在磁通密度較弱的場合 使用，適用于單極或多對磁環(huán)工作，它由反向電壓保護器、電壓調整器、霍爾電 壓發(fā)生器、信號放人器、史密特觸發(fā)器和集電極開路的輸出級組成。工作溫度范 鬧為-40150°c (存儲溫度為150°c)，可適用于各種機及機電一體化領域。電參數：參數符號測試條件量值單位最小典型最大 電源

52、電壓vcc 4.5-24v輸岀端開路 輸山上升時問 輸出卜降時間 產品特點：10 ma輸出低電平電壓 vout iout=20ma b>b0p -200-400mv 輸出高電平電流toff vout=24v b電源電流tcc vcc=24vtr vcc=12v rl=1. 1kq cl=20pf0. 12 ustf vcc=12v rl=1. 1kq cl=20pf0. 18 us電源電壓范圍寬.口j*用市售的小磁環(huán)來驅動 .無可動部件、可靠性高 .尺寸小.抗環(huán)境應力.可直接同雙極和mos邏輯電路接口 應用：.高靈敏的無觸點開關 .直流無刷電機 .直流無刷風機.霍爾開關元件的電路圖：ah

53、41笛爾幵關j gndi10kljgnd0 4.11霍爾傳感器的電路圖4.3發(fā)送模塊根據系統(tǒng)功能耍求，耍使單片機測量的轉速能夠向上位機發(fā)送數據，硬件電 路中必須?？紤]到單片機的發(fā)送部分，由于單片機通過申口發(fā)送出來的是ttl邏 輯電平（0v和5v）,而計算機rs-232總線上輸入、輸出數據和控制信號為土 12v 左右的電壓，單片機要和pc的上位機通信就必須是電平一致，所以發(fā)送部分關鍵 的部分是電平轉換和串口發(fā)送，電平轉換可以用模擬器件進行轉換，但是為了方 便起見，本次設計采用的是集成芯片，一個芯片加上它的外圍電路即可完成電平 的轉換的工作。結構簡單、方便容易，精確度高。本次所采用的是1iin23

54、2cp，我 們要對其外圍電路進行設計，下面我們將詳細的敘述。數據的傳輸：當電路工作于發(fā)送數據狀態(tài)時，pc機的rts端輸山高電平，經ic1電平轉換 打開ic3 (74ls08)的與門b1,使pc機txd端輸出的數據經紅外發(fā)射電路發(fā)射出 去；rts信號ic1反相后作為cts信號送入計算機，同吋還關閉與門b2;使計算 機不接收其它數據信號。該必發(fā)器的數據傳輸速率最好設在9600b/s為宜，以確保數據傳輸的可靠性。 模塊所用器仲如下：1、rs-232crs-232c是美國電氣工業(yè)協(xié)會推廣使用的一種串行通信總路線標準，是 dce (數據通信設備，如微機)和dte (數據終端設備，如crt)問傳輸串行數據

55、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對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定；在 txd 和 rxd 上:邏輯 1 (mark) =-3v-15v 邏輯 0(space)=+3+ 15v在rts、cts、dsr、dtr和dcd等控制線上:信號有效(接通，0n狀態(tài)，正電壓)=+3v+15v信號無效(斷開，off狀態(tài)，負電壓)=-3v-15v2、ks-232 連接器 db-9db-9是rs-232信號線的連接器，其連接器的機械特性見圖(4. 12),表4-3 所示rs-232信號線名稱、符號以及對應在db-9上的針腳號。dcdtxi)rxi)dtrgnd圖4. 12連接器的機械特性表4-3 rs-232信號線和db-9引腳關系符號名稱引腳dcd接收信號載波檢測1rxd數裾接收線2txd數據發(fā)送線3dtrdte裝置數據就緒4gnd公共地5dsrdce裝h就緒6rts謂求發(fā)送7cts涪除發(fā)送8rt振鈴指示9zx3、電平轉換器hin232cpe由于rs-232c總線上傳輸的信號邏