【正文】 業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 1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。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。 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?xún)r(jià)比較高等特點(diǎn)。 本系統(tǒng)主要由傳感器，單片機(jī)AT89C51構(gòu)成。 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(jì)過(guò)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(jì)、硬件設(shè)計(jì)框圖及所使用的各種芯片功能與特性；在第五章中重點(diǎn)剖析了軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程；最后在第六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。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 22 系統(tǒng)功能分析 系統(tǒng)功能概述 功能： 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)。 圖21 系統(tǒng)硬件電路 應(yīng)用： 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)。 （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 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 系統(tǒng)主要完成以下功能： 測(cè)量系統(tǒng)： ； ； ，%； ； ； 通信部分： Basic編制RS—232通信軟件； ； ，用時(shí)間曲線(xiàn)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。 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。 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)。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。為了和PC通信。 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。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存貯器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。與MCS51 兼容 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 5個(gè)中斷源 當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P1口管腳寫(xiě)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。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 ：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(mén)電流。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。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。 此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。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。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 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。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。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)。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）。此時(shí)ALE、PSEN、P0、PPP3口都 輸出高電平。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。 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)。 顯示器結(jié)構(gòu)： 常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖4－4所示。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。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)。5位共陰極顯示器和AT89C51的接口邏輯如圖47所示?；魻栐且环N磁傳感器。 霍爾線(xiàn)性器件的精度高、線(xiàn)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)）。 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。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。 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)。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)。在計(jì)算總有效工作氣隙時(shí)，應(yīng)從霍爾片表面算起。工作溫度范圍為40 ～150℃（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。 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(mén)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(mén)B2；使計(jì)算機(jī)不接收其它數(shù)據(jù)信號(hào)。邏輯1電平為3V～15V。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T(mén)TL電平)。 軟件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)。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)?？梢哉f(shuō)是核心部分，流程圖如圖所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 24 圖5－2 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，流程圖如圖53所示具體程序見(jiàn)附錄。 圖 5－4 雙字節(jié)整數(shù)二翻十程序流程圖 單片機(jī)顯示部分可以用來(lái)顯示計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)的。 開(kāi) 始 高字節(jié)R4送30H R5與 0F0H相與交換后送31H R5與0FH相與后送32H R6與 0F0H相與交換后送33H R6與0FH相與后送34H 返 回 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 28 N 圖 5－6 顯示程序流程圖 開(kāi)始 30HR0，表首地址DPTR，（R1）=0FEH （R0）賦值給A A+DPTR賦值給P0 （R1）=P1，（R1）=A，RL A INC R0 ，A=（R1） （R1）=0DFH？ 結(jié)束 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 296 系統(tǒng)調(diào)試 電路調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)功能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個(gè)調(diào)試過(guò)程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬(wàn)用表，用來(lái)完成檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況等?？磫纹瑱C(jī)通電后能否可以正常工作等這一系列問(wèn)題。在河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 30這一前提下，查看數(shù)碼管能否點(diǎn)亮?？梢杂檬静ㄆ骱腿f(wàn)用表檢查電平轉(zhuǎn)換前后的關(guān)系，這里不在贅述。軟件支持單文件方式和工程化管理兩種模式。調(diào)試時(shí)用戶(hù)可動(dòng)態(tài)觀察、修改設(shè)定變量（包括CPU片內(nèi)寄存器、特殊寄存器及外部寄存器、內(nèi)存）的值。 跟蹤型單步執(zhí)行一條源語(yǔ)句程序。 如果已知程序中某塊代碼實(shí)際運(yùn)行正常的情況下，仍用跟蹤調(diào)試方法，將大大浪費(fèi)時(shí)間，而且很枯燥，因此調(diào)試中第二個(gè)重要工具是在源代碼中預(yù)定處設(shè)置斷點(diǎn)，大多數(shù)調(diào)試程序通過(guò)使用斷點(diǎn)中止程序執(zhí)行。 顯然，通過(guò)一系列指令查看應(yīng)用程序，了解導(dǎo)致某一錯(cuò)誤的執(zhí)行也是一種非常有效的方法。 用戶(hù)可以直接移動(dòng)鼠標(biāo)到相應(yīng)的變量名上，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，將出現(xiàn)一個(gè)提示窗口，顯示這個(gè)變量的當(dāng)前值。在更改對(duì)話(huà)框中用戶(hù)輸入要更改的取值，點(diǎn)擊確定按鈕。 其次、二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，我們依然可以利用上述列舉的方法，多次給出數(shù)據(jù)，然后運(yùn)行程序，可以設(shè)置觀察變量，觀察出程序轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 故障分析與解決方案 故障出現(xiàn)情況： 霍爾傳感器不能產(chǎn)生有效的TTL電平，產(chǎn)生波形不穩(wěn) 單片機(jī)的中斷服務(wù)程序不能執(zhí)行，不管是定時(shí)中斷還是外部中斷； 中斷執(zhí)行低速情況也就是軟件記數(shù)功能不對(duì)； 測(cè)得的轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)確，而且在波形頻率變化下顯示轉(zhuǎn)速卻不變 單片機(jī)顯示部分無(wú)法工作，顯示不穩(wěn)定； 信號(hào)發(fā)生器模擬轉(zhuǎn)速測(cè)量正確，接電機(jī)不穩(wěn)定 通信時(shí)單片機(jī)接收顯示數(shù)據(jù)不正常，PC機(jī)接收亂碼； 解決方案（針對(duì)上述故障一一對(duì)應(yīng)的解決方案）： （1）硬件電路中霍爾傳感器應(yīng)工作在5V電壓，中間引腳接地，數(shù)據(jù)線(xiàn)接單片機(jī)的外部中斷0。波形得到了大大改善； （2）首先檢查程序中的開(kāi)頭，中斷入口地址，發(fā)現(xiàn)中斷定時(shí)0的地址寫(xiě)成中斷定時(shí)1的入口地址了。 （5）由于顯示部分的程序是動(dòng)態(tài)顯示，是一位一位的顯示，在位選信號(hào)這里出現(xiàn)了問(wèn)題，在左移的時(shí)候出現(xiàn)問(wèn)題，以及顯示完一個(gè)字型后調(diào)用的延時(shí)時(shí)間不合理導(dǎo)致顯示不穩(wěn)定，出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，改變時(shí)間到1毫秒左右就差不多對(duì)了。 經(jīng)驗(yàn)： 由于本系統(tǒng)采用5V直流電源供電，霍爾傳感器要選用工作電壓的范圍包含5V電壓的可以省去再用一個(gè)電源的麻煩，單片機(jī)等都是工作在TTL電平的，霍爾傳感器輸出的波形應(yīng)為T(mén)TL電平，以便單片機(jī)能夠識(shí)別。:北京航空航天大學(xué)出版社， 1998，4 [4].梁廷貴、王裕琛 .:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版 社，1999，6 [5].：清華大學(xué)出版社， [6].. 北京：北京航空航天大學(xué)出版 社， [7].：北京航空航天大學(xué)出版社，1996，7 [8]. 2004 ：人民郵電出版社，1995，1 [9].扈嘯，：西安電子科技 大學(xué)出版社，2002，9 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 37致 謝 本文介紹的應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)在電機(jī)轉(zhuǎn)速這一領(lǐng)域的應(yīng)用，具有硬件電路簡(jiǎn)單、成本低廉、編程方便、通信可靠性高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量以及和PC通信的數(shù)據(jù)傳送。但看到自己的成果時(shí)，所有的艱辛與疲倦都拋到了九霄云外。 整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程是對(duì)自己大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)歸納總結(jié)和應(yīng)用，也就是把理論知識(shí)用到實(shí)踐之中去。在調(diào)試中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)而解決問(wèn)題，這是一個(gè)再學(xué)習(xí)的過(guò)程，其本身就是對(duì)自己的一次鍛煉，培養(yǎng)了自己獨(dú)立思考，動(dòng)手解決問(wèn)