【正文】 同時(shí)也要感謝我的室友和同學(xué) 們 的幫忙，他們給我提供了很好的設(shè)計(jì)軟件、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)技巧。 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 26 致 謝 這次對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量的 畢業(yè)設(shè)計(jì) ， 讓我對(duì)自己所謂的學(xué)業(yè)有了更深的認(rèn)識(shí)。 用數(shù)字萬用表測(cè)得霍爾傳感器和 74LS04 反相器的輸出端電壓為 4V 左右。再次，在確保電路中不存在斷路或短路情況后，開始上電調(diào)試就需要上電后的綜合調(diào)試了。另外本次系統(tǒng)中，增加了對(duì)小電動(dòng)機(jī)的調(diào)速器件。 由于 LCD 的數(shù)據(jù)傳送口接單片機(jī) 的 P0 口，此時(shí)應(yīng)接上拉電阻，這一點(diǎn)是需要注意的。 第二步， 用數(shù)字萬用表逐個(gè) 檢測(cè) 直到 電路中 不 存在斷路或者短路情況 ， 就可以 對(duì)單片機(jī) 進(jìn)行上電 調(diào)試了。當(dāng)DB7 位 0 時(shí)，才可以寫入指令寄存器或數(shù)據(jù)寄存器。 開始 初始化 顯示數(shù)據(jù) 開中斷 等待中斷 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 19 圖 42 外部中斷 子程序 流程圖 定時(shí)器 T0 字程序流程如圖 42， 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了 AT89C52 單片機(jī)內(nèi)部的 T0定時(shí)器，工作在方式 1。 本次 系統(tǒng) 主函數(shù)程序 設(shè)計(jì)流程如圖 41， 首先應(yīng) 對(duì) 單片機(jī) 內(nèi)部定時(shí)器、外部中斷 INT0 等單元進(jìn)行初始化設(shè)定，并開中斷。電 動(dòng) 機(jī)通過 轉(zhuǎn)動(dòng)軸 帶 動(dòng)銅質(zhì)的支架 旋 轉(zhuǎn) ，霍爾傳感器 跟隨 銅質(zhì)支架上的圓柱形永久小磁鐵 就能夠 得一系列 的 脈沖信號(hào)。模擬口線方式連接時(shí)，單片機(jī)的 I/O 口直接和 LCD1602 的控制端 R/ 、 RS、 E 分別相連，無寫 、讀 控制信號(hào)。 LCD1602 液晶 顯示 模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令 。 引腳 3：液晶顯示器 的 對(duì)比度調(diào)整端， 當(dāng) 接 5V 的 正電源時(shí)對(duì)比度最 低 ， 反過來接地時(shí)對(duì)比度最高 。這樣的顯示電路在以后的系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)會(huì)非常方便，顯示的內(nèi)容也很豐富 和 八 段 LED 顯示器相比有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)。 此時(shí)，在選用電容的參數(shù)時(shí)應(yīng)保證電源的上升時(shí)間小于 1ms， 這樣當(dāng)單片機(jī)上 電啟動(dòng)時(shí)就能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)復(fù)位 ，使其在設(shè)定的初始狀態(tài)開始工作 。 AT89S52 單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳 RST，當(dāng) RST 引腳上出現(xiàn) 兩個(gè) 機(jī)器周期 (即 二十四個(gè) 個(gè)時(shí)鐘周期 )以上的高電平， 單片機(jī)開始 復(fù)位，只要 RST 保持高電平， AT89S52單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn) 復(fù)位。 AT89S52 型 單片機(jī) 內(nèi)有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTAL XTAL2 分別 是此 反相放大器 的 輸入 端 和輸出端 。本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 只用到了內(nèi)部程序儲(chǔ)存器， 故 需要將 EA 接高電平 VCC。 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。 ：接地 。 74LS04 反向器的使用可以參照?qǐng)D 38。對(duì)于 脈沖 電信號(hào) ，當(dāng)輸入 端 為低電平 0 時(shí)，光敏三極管截止，輸出為高電平 1；當(dāng)輸入為 段為 高電平 1 時(shí)，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平 0。 并選用銅制的柱形支架把圓柱形永久性磁鐵固定 在待測(cè)電機(jī)的 軸上， 為防止電動(dòng)機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)小磁鐵被甩出，需要用膠帶再次固定小磁鐵。 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的霍爾傳感器 A3144 是 Allegro MicroSystems 公司生產(chǎn)的寬溫、開關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器， 霍爾傳感器 A3144 的工作溫度為 40℃～ 150℃。它 有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如 體積比較 小、重量 也比較 輕、功耗 較 低 、 耐震動(dòng) 性好 、 不怕灰塵、水汽及煙霧 等， 鑒于這么多的優(yōu)點(diǎn)集成霍爾傳感器得到了大規(guī)模的使用。 通過大量的 實(shí)驗(yàn) 得 知， 通過半導(dǎo)體薄片的電流越大加在其上的 磁場強(qiáng)度 B 越強(qiáng) ，轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 7 在半導(dǎo)體薄片的對(duì)應(yīng)面之間形成 電動(dòng)勢(shì) 就越高 。其中一對(duì)成為激勵(lì)電流端，另一對(duì)成為霍爾電動(dòng)勢(shì)輸出端。由于大規(guī)模集成電路的制造工藝有了很大的提升， 半導(dǎo)體的制造工藝也得到了迅猛發(fā)展，與此同時(shí) 霍爾效應(yīng)比 金屬物體十分 明顯的半導(dǎo)體材料 也被人們大量發(fā)現(xiàn) 。 本 系統(tǒng) 使用的 AT89S52 型 單片機(jī) 需 要 的 晶振 頻率為 12MHZ。 霍爾傳感器檢測(cè)和轉(zhuǎn)換電路電路 、 LCD1602 液晶顯示電路、單片機(jī)復(fù)位電路 、 時(shí)鐘電路 、隔離電路 等設(shè)計(jì)模塊 將會(huì) 在下面的章節(jié)中有更詳盡的介紹。 硬件電路 的組成 主要 分為 AT89S52 單片機(jī)、霍爾傳感器 測(cè)速裝置 、 小型直流電動(dòng)機(jī)、反相器 74LS、 LCD1602 液晶顯示電路構(gòu) 等 。與 AT89S52 單片機(jī)配合使用 ， 能 很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)智能檢測(cè)。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上帶有齒輪裝置時(shí)，可以使用光電式測(cè)速裝置。 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)試裝置是一種模擬式的測(cè)速方法，得到的信號(hào)是連續(xù)的模擬量。運(yùn)用 AT89S52 單片 機(jī) 、霍爾傳感器 、 LCD1602 液晶顯示器 等器件 設(shè)計(jì) 出 一種 智能化 測(cè)速系統(tǒng)。 通過對(duì)比各種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)、 性價(jià)比，選出最優(yōu)方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速的可靠檢測(cè)。不能很好地實(shí)現(xiàn)智能化的實(shí)時(shí)測(cè)速。 光電式測(cè)速裝置的工作原理是 利用光電試傳感器 檢測(cè)齒輪的齒數(shù)來計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的，是一種間接的測(cè)速方法。 基于霍爾傳感器的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量 系統(tǒng)硬件電路 比較 簡單 ， 而 且硬件電路的調(diào)試和檢測(cè) 也比較容易 。 軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思路， 共分為 主程序模塊、 中斷 模塊 、定時(shí) 模塊 和顯示 模塊 。 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖 21。在下面的章節(jié)中 會(huì)對(duì)本系統(tǒng) 軟件的具體設(shè)計(jì) 作詳細(xì) 的 介紹。 砷化鎵、硅、銻化銦等材料的霍爾元件 也在工廠中被大量的制造出來。 霍爾傳感器的工作原理 可以用 N 型半導(dǎo)體霍爾元件 的 例 子 來說明。 霍爾電動(dòng)勢(shì) 可用下面的公式表示： = IB （ 31） 式中 — 霍爾元件的靈敏度。 開關(guān)型集成霍爾傳感器 是在普通的霍爾元件的輸出端添加了一系列的抗干擾電路、穩(wěn)壓電路等使得普通的霍爾傳 感器的性能得到了很大的提高，并保證輸出的是高低電平的數(shù)字信號(hào)。 霍爾傳感器 A3144 具有尺寸小、穩(wěn)定性好、靈敏度高等特點(diǎn)。銅制的柱形支架可 以再淘寶網(wǎng)上或鄭州市中州商場購買。 由以上的電路分析得出光電耦合器能夠 實(shí)電 光 電 之間的 轉(zhuǎn)換 ，實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出間的隔離 。 圖 38 74LS04 反向器內(nèi)部原理圖 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 11 邏輯 控制 電路 單片機(jī)工作原理 本系統(tǒng)采用 AT89S52 單片機(jī) 作為邏輯控制單元 ， 根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機(jī) 的內(nèi)部電路工作原理 對(duì) 邏輯控制 模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)， 使 AT89S52 單片機(jī) 能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確測(cè)量并送給 LCD1602 顯示。 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏 極 開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 31 所示 。 當(dāng) EA 為低電平時(shí)，只執(zhí)行外部程序儲(chǔ)存器，因此本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意 EA 不能接地 也不能懸空 。 在單 片機(jī)的 XTAL XTAL2 引腳上按照單片時(shí)鐘電路圖 連接，就構(gòu)成了單片機(jī)的內(nèi)部振蕩方式 。此時(shí) ALE、 PSEN、 P0、 P P P3 口都輸出高電平。 按鍵手動(dòng)復(fù)位 的實(shí)現(xiàn)分為兩種，一種是電平式復(fù)位方式，另一種是脈沖式的復(fù)位方式。 一、 LCD1602 字符型液晶顯示的主要 特性 有 供電電壓為 +5v，且亮度可以調(diào)整。因此引腳 3 一般要接一個(gè) 10K 的電位器 進(jìn)行對(duì)比度調(diào)節(jié)。 LCD1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。對(duì) LCD1602 的讀寫是通過對(duì)單片 機(jī)的 I/O 口讀寫完成的。 由霍爾傳感器得到的 脈沖信號(hào)通過單片機(jī) 的外部中斷入口 計(jì)數(shù)， 且 定時(shí)器 T0 開始 定時(shí)。用程序?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)對(duì)液晶顯示器 LCD1602 的循環(huán)掃描，并等待中斷，中斷到來后開始執(zhí)行中斷函數(shù)。每次執(zhí)行一次的定時(shí)時(shí)間為 50ms，而本系統(tǒng)用 T0 定時(shí)器的目的是為了實(shí)現(xiàn)沒 1 秒鐘讀一下單片機(jī)對(duì)外部霍爾脈沖的計(jì)數(shù)值，故定時(shí)器需 T0 需要循環(huán) 20 次才能實(shí)現(xiàn) 1 秒的定時(shí)。 詳細(xì)的程序編寫在附錄 1 中可以看到。 首先用專用軟件 將程序燒錄到單片機(jī)芯片中 ，然后將單片機(jī)模塊和電動(dòng)機(jī)摸 塊 分別接上 +5V 的電池盒。 同時(shí)檢測(cè) LCD 的 其它引腳是否可靠連接。電機(jī)的調(diào)速是通過電位器實(shí)現(xiàn)的，剛開始時(shí)選擇了 10K 歐姆的電位器，由于阻值過大不能很好的對(duì)電機(jī)調(diào)速，轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 23 應(yīng)選用 100 歐姆左右的電位器。 將程序燒錄到單片機(jī)芯片中，觀察 液晶顯示器 LCD1602 的顯轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 24 示，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合調(diào)試。 經(jīng)試驗(yàn)可知 軟件工作正常，單片機(jī)能夠有效的復(fù)位， 液晶顯示器 LED1602 能夠正常顯示 。兩個(gè)大學(xué)上了五年 ， 也知道了自己想要的是什么，也漸漸的清晰了自己的不足之處，知道了自己該去學(xué)什么。 在 和 老師 、 同學(xué)們的交流中，讓我有了更廣闊的思路，我想這 種廣闊的思路會(huì) 在我以后的工作中 帶來好運(yùn) 。 在這 次的畢業(yè)設(shè)計(jì) 中， 要特別的感謝周老師 和其他老師們 的 細(xì)心 指導(dǎo)。 在這次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上更高層次的設(shè)計(jì)是針對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)， 需要用到的知識(shí)有 電力電力技術(shù)、 自動(dòng)控制理論、信號(hào)與系統(tǒng)和運(yùn)算放大電路等。 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是通過 200Ω的電位器實(shí)現(xiàn)的。 這為本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)節(jié)省了大量的時(shí)間， 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)也正是在 Proteus 電路仿真軟件的平臺(tái)下設(shè)計(jì)完成的，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。對(duì)前兩次的錯(cuò)誤修 正后，第三次的 PCB 印制成功。 液晶顯示器 LCD1602 的調(diào)試： 主要檢查 LCD 能否可靠完整的顯示 試驗(yàn) 數(shù)據(jù)。 這一切電路中的斷路或短路情況 ， 都應(yīng)該 嚴(yán)格按照 ProtelDXP 中的 原理圖進(jìn)行判斷。標(biāo)志位的檢查可以令 RS=0，用讀 取 DB7 來加以判斷。詳細(xì)的程 序編寫在附錄 1 中可以看到。 主函數(shù)程序 設(shè)計(jì) 主函數(shù)的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的精華，可以參照前人的理論研究成果確定出自己的總體設(shè)計(jì)方案。每 當(dāng)定時(shí)器計(jì)時(shí)滿 1s 后 讀一次外部中斷對(duì)電動(dòng)機(jī)脈沖的 計(jì)數(shù)值， 實(shí)際上這也是對(duì) 電動(dòng)機(jī) 脈沖信號(hào)頻率 的測(cè)量 ， 電機(jī)的轉(zhuǎn)速 可根據(jù)式（ 41） 計(jì)算出。 液