【正文】 1 摘 要 在工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合，測量轉(zhuǎn)速的方法分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測速發(fā)電機為檢測元件，得到的信號是模擬量。數(shù)字式通常采用光電編碼器，霍爾元件等為檢測元件，得到的信號是脈沖信號。隨著微型計算機的廣泛應(yīng)用，特別是高性能價格比的單片機的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量普遍采用以單片機為核心的數(shù)字式測量方法。 本文便是運用 AT89C51 單片機控制的智能化轉(zhuǎn)速測量儀。電機在運行過程中，需要對其進行監(jiān)控，轉(zhuǎn)速是一個必不可少的一個參數(shù)。本系統(tǒng)就是對電機轉(zhuǎn)速進行測量，并可以和 PC 機進行通信，顯示電機 的轉(zhuǎn)速，并觀察電機運行的基本狀況。 本設(shè)計主要用 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。 詳細介紹了 單片機的測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)及 PC 機與單片機之間的串行通訊。 充分發(fā)揮了單片機的性能。 本文重點是測量速度并顯示在 5 位 LED 數(shù)碼管上。 其優(yōu)點硬件 是 電路簡單，軟件功能完善， 測量速度快、精度高、 控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等特點 。 關(guān)鍵字： MSC51（單片機）； 轉(zhuǎn)速； 傳感器 2 目 錄 摘 要 ...................................................... 1 Abstract .................................... 錯誤 !未定義書簽。 1 序 言 .................................................... 1 2 系統(tǒng)功能分析 .............................................. 1 系統(tǒng)功能概述 ......................................... 2 系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容 ................................... 2 3 系統(tǒng)總體設(shè)計 .............................................. 3 硬件電路設(shè)計思路 ..................................... 4 軟件設(shè)計思路 ......................................... 4 4 硬件電路設(shè)計 .............................................. 5 單片機模塊 ........................................... 6 處理執(zhí)行元件 ................................... 6 時鐘電路 ...................................... 10 復(fù)位電路 ...................................... 11 顯示電路 ...................................... 12 霍爾傳感器簡介 ...................................... 15 霍爾器件概述 .................................. 15 霍爾傳感器的應(yīng)用 .............................. 16 AH41 霍爾開關(guān) .................................. 17 發(fā)送模塊 ............................................ 18 5 軟件設(shè)計 ................................................. 22 單片機轉(zhuǎn)速程序設(shè)計思路及過程 ........................ 22 單片機程序設(shè)計思路 ............................ 22 單片機轉(zhuǎn)速計算程序 ............................ 23 二 十進制轉(zhuǎn)換程序 ............................. 24 程序設(shè)計 ............................................ 27 6 系統(tǒng)調(diào)試 ................................................. 29 硬件調(diào)試 ............................................ 29 軟件調(diào)試 ............................................ 30 綜合調(diào)試 ............................................ 32 故障分析與解決方案 .................................. 33 結(jié)論與經(jīng)驗 .......................................... 34 3 參考文獻 ................................................... 36 致 謝 ................................................... 37 附 錄 ................................................... 38 附錄 1 電路原理圖 ....................................... 38 附錄 2 元器件清單 ....................................... 39 1 1 序 言 智能化轉(zhuǎn) 速測量可以對電機的轉(zhuǎn)速進行測量，電機在運行的過程中，需要對其平穩(wěn)性進行監(jiān)測，適時對轉(zhuǎn)速的測量有效地可以反映電機的狀況。 本系統(tǒng)主要由傳感器，單片機 AT89C51 構(gòu)成。可以對大范圍轉(zhuǎn)速進行測量，測量的轉(zhuǎn)速精度高，還可以和 PC 機時時通信，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的測量。 單片機的英文名稱是 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(yīng)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(shù)發(fā)展和更新?lián)Q代。 本文首先在第二 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；在第三章論述了總體設(shè)計過程 ,確定了技術(shù)指標(biāo)及器件的選擇；第四章著重描述了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、硬件設(shè)計框圖及所使用的各種芯片功能與特性 ； 在第五章中重點剖析了軟件設(shè)計的過程；最后在第六章中具體論述單片機、電平轉(zhuǎn)換電路、通信的處理及調(diào)試。 由于本人水平有限，加之時間倉促，論文中難免會有錯誤和不足之外，不夠理想、許多方面還需要繼續(xù)完善和改進。在這里懇請指導(dǎo)老師和各位專家老師批評指正。在此特別感謝我的指導(dǎo)老師郭順京老師的大力指導(dǎo)。 2 系統(tǒng)功能分析 2 系統(tǒng)功能概述 功能： 系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能是 :AT89C51 單片機接收霍爾傳感器傳來的脈沖信號 ,單片機根據(jù)外部中斷 ,以及內(nèi)部定時器進行記數(shù)計算出電機轉(zhuǎn)速送到LED 顯示，同時數(shù)據(jù)傳給 PC 機 ,并在 PC 機屏幕上顯示出來。記錄各時段的轉(zhuǎn)速，畫出 VT 坐標(biāo)圖。 組成及框圖： 本系統(tǒng)通信部分是單片機經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路 HIN232CP 之后，通過串口RS232 發(fā)送數(shù)據(jù)，由 PC 微機接收，微機部分用 Visual Basic 軟件編寫的界面作為 PC 機部分與單片機進行串口之間通信。 傳感器電路、轉(zhuǎn)速測量、 LED 顯示、電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計等 將在以下章節(jié)作詳細地設(shè)計。 圖 21 系統(tǒng)硬件電路 應(yīng)用： 從實用的角度看，評價一個系統(tǒng)實用價值的重要標(biāo)準(zhǔn)，就是這個系統(tǒng)對社會生活和科技觀念有多大的貢獻。轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)具有大范圍、高精度等優(yōu)點、測量速度快，這種系統(tǒng)將會有良好的應(yīng)用。 系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容 傳感器 單 片 機 AT89C51 電 平 轉(zhuǎn) 換 電 路 LED 顯示 驅(qū)動電路 送 PC 機界面 3 將霍爾傳感器產(chǎn)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(nèi)部定時器工作方式 0，對周期信號進行內(nèi)部記數(shù)，調(diào)用計算公式算出轉(zhuǎn)速，調(diào)用顯示程序顯示在 LED 上，同時通過串口向上位機發(fā)送轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。 主要內(nèi)容： （ 1） 單片機部分主要完成電機轉(zhuǎn)速的測量 （ 2） LED 部分主要是把轉(zhuǎn)速顯示出來，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 機部分主要完成將數(shù)據(jù)顯示在界面并描繪出 VT圖 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 系統(tǒng)主要完成以下功能： 測量系統(tǒng)： 計并制作單片機的轉(zhuǎn)速測量的硬件系統(tǒng)； ； 5 位 LED 上，精度為 %； ； 9針 RS232即可； 通信部分： Visual Basic 編制 RS— 232 通信軟件； ； ，用時間曲線表示； 根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能以及要求，要實現(xiàn)單片機的轉(zhuǎn)速測量主要是各個模塊的設(shè)計，定時器記數(shù)功能、以及 LED驅(qū)動、電平轉(zhuǎn)換及 PC 機之間的通信。 單片機可通過編程控制外圍部 件，能實現(xiàn)較高的自動化程度。以它為系統(tǒng)核心的控制模塊可實現(xiàn)主從控制，完成預(yù)定的任務(wù)。 3 系統(tǒng)總體設(shè)計 4 硬件電路設(shè)計思路 硬件設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計要求，在選擇的機型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。 89C51單片機通過 INT0輸入傳感器的脈沖信號， P0口 P2口接 LED動態(tài)顯示。另由于 PC系列微機串行口為 RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口，與輸入、輸出均為 TTL電平的 89C51單片機在接口規(guī)范上不一致，因此 TTL 電平到 RS－ 232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） 實現(xiàn) RS232接口邏輯 “1” （ 3V～ 15V） 和邏輯 “0” （ +3V～ +15V） 的電平轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)速測量部分的硬件設(shè)計思路：本次設(shè)計單片機部分的硬件框圖如 圖 2－ 1所示。 圖 31 單片機部分硬件框圖 具體詳細的敘述將在下面的章節(jié)中逐一介紹。 軟件設(shè)計思路 軟件需要解決的是 定時器 0 的記數(shù)和外部中斷 0 的 設(shè)定 、由于測量的轉(zhuǎn)速范圍大，所以低速和高速都要考慮在內(nèi)，關(guān)鍵在于一個四字節(jié)除三字節(jié)程序的實現(xiàn)。顯示部分、需要有一個二進制到十進制的轉(zhuǎn)化程序，以及轉(zhuǎn)換成非壓縮 BCD 的程序后、才能進行調(diào)用查表程序送到顯示。 PC 機 串口 和單片機串行口 的工作方式，包括串 行 口的通訊速率、奇偶校驗位、停復(fù)位電路 CPU 執(zhí)行單元 顯示電路 時鐘電路 發(fā)送電路 5 止位等 均由通信部分的軟件部分實現(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的外部中斷 0（ ） 口 發(fā)送一個 中斷 信號， 定時器工作在內(nèi)部定時， 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)用除法程序計算轉(zhuǎn)速，再對二進制數(shù)進行一系列變換后調(diào)用查表顯示程序，顯示在 LED 上。（同時調(diào)用傳送程序向上位機送數(shù)據(jù)，這里不是本文重點） 轉(zhuǎn)速部分軟件設(shè)計思路： AT89C51單片機的 號。主要編寫一個外部中斷服務(wù)程序 INT_0，讀取記數(shù)值的三個字節(jié)，并再次清 0記數(shù)初值以便下次的記數(shù)和計算。調(diào)用兩字節(jié)二進制 三字節(jié)十進制 （ BCD） 轉(zhuǎn)換子程序 BCD，再調(diào)用十進制轉(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)要求單片機晶振 。軟件的具體設(shè)計我們將在下面的章節(jié)中作詳細介紹。 4 硬件電路設(shè)計 6 硬件的功能由總體設(shè)計所規(guī)定，硬件設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計要求，在選擇的機型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計出系統(tǒng)的電路原理圖，必要時做一些部件實驗，以確