【正文】 除此之外，我們要在擁有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)的前提條件下，在整個(gè)設(shè)計(jì)與調(diào)試過程中要有信心和耐心，對自己有信心，相信自己能夠很好的完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。 本章小結(jié)本章主要對該系統(tǒng)進(jìn)行綜合調(diào)試以及遇到的故障解決方案。首先要對計(jì)算程序進(jìn)行調(diào)試，其中關(guān)鍵就是那個(gè)四字節(jié)除三字節(jié)的程序顯得尤為重要，在整個(gè)程序中，四字節(jié)的被除數(shù)是確定的常數(shù)，而除數(shù)是測量記數(shù)的值，當(dāng)各個(gè)模塊調(diào)試時(shí)，我們可以先對除數(shù)先賦不同的值，利用查看內(nèi)部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)窗口觀察出計(jì)算出來的結(jié)果和用計(jì)算器算得的結(jié)果是否一致，可以舉例多次數(shù)據(jù)，確保程序正確，才能得到想得到的數(shù)據(jù)。如果是調(diào)用一函數(shù)，運(yùn)行完整個(gè)函數(shù)并停止在函數(shù)返回處。即可檢查數(shù)碼管的硬件電路是否正確，即可判斷顯示驅(qū)動(dòng)電路整個(gè)完整，首先排除這里的故障。本章的主要內(nèi)容是說明了軟件設(shè)計(jì)的思想，給出了系統(tǒng)軟件的主體流程圖，以及各個(gè)功能模塊的流程圖，用以說明各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)思想。圖31 主程序流程圖 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路計(jì)算轉(zhuǎn)速公式： n=60/NTc (r/min)。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。它取消了傳感器和測量電路之間的界限，實(shí)現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。本次設(shè)計(jì)要求的轉(zhuǎn)速測量范圍60r/min36000r/min，所以只需要5位數(shù)碼管即可。RC時(shí)間常數(shù)越大，上電RST端保持高電平的時(shí)間越長。MCS51內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器，XTALXTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。89C51單片機(jī)通過INT0輸入傳感器的脈沖信號(hào)，P0口P2口接LED動(dòng)態(tài)顯示。在實(shí)際測量中，還須設(shè)定定時(shí)時(shí)間，兼顧高、低轉(zhuǎn)速時(shí)的精度影響，適時(shí)調(diào)節(jié)采樣時(shí)間。隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，其性能可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，其變頻調(diào)速的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，但它的控制技術(shù)相對復(fù)雜，整個(gè)控制系統(tǒng)造價(jià)較高，在某些領(lǐng)域短時(shí)間內(nèi)還難以取直流調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生了。在這個(gè)領(lǐng)域中，有不少是采用通用 CPU 單板機(jī)或通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。并且，幾乎不需做很大改變直接就能作為單獨(dú)的使用產(chǎn)品。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。詳細(xì)介紹了單片機(jī)的測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)及PC機(jī)與單片機(jī)之間的串行通訊?？傊?，轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，大部分都可以用單片機(jī)系統(tǒng)或單片機(jī)加通用機(jī)系統(tǒng)來代替。調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡單，所用的功率元件少；開關(guān)頻率高，可達(dá)到1000～4000Ｈｚ，電流易連續(xù)，諧波少，脈動(dòng)小，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較小；低速性能好，穩(wěn)態(tài)精度高，因而調(diào)速范圍寬；調(diào)速系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；主電路元件工作在開關(guān)狀太。 主要內(nèi)容本設(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。另由于PC系列微機(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)RS232接口邏輯“1”（3V～15V）和邏輯“0”（+3V～+15V）的電平轉(zhuǎn)換。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）；：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。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)。若復(fù)位電路失效，加電后CPU從一個(gè)隨機(jī)的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。5位共陰極顯示器和AT89C51的接口邏輯如圖28所示。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。電參數(shù)： 參數(shù) 符號(hào) 測試條件 量值 單位 最小 典型 最大電源電壓 VCC 輸出低電平電壓 Vout Iout=20mA BBOP200400mV輸出高電平電流 IOFF Vout=24V B 電源電流ICCVCC=24V 輸出端開路 10 mA輸出上升時(shí)間 trVcc=12V RL= CL=輸出下降時(shí)間tfVcc=12V RL= CL= 產(chǎn)品特點(diǎn):、可靠性高應(yīng)用:. 霍爾開關(guān)元件的電路圖：圖210 霍爾傳感器的電路圖 發(fā)送模塊根據(jù)系統(tǒng)功能要求，要使單片機(jī)測量的轉(zhuǎn)速能夠向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，硬件電路中必須要考慮到單片機(jī)的發(fā)送部分，由于單片機(jī)通過串口發(fā)送出來的是TTL邏輯電平（0V和5V），而計(jì)算機(jī)RS232總線上輸入、輸出數(shù)據(jù)和控制信號(hào)為+12V左右的電壓，單片機(jī)要和PC的上位機(jī)通信就必須是電平一致，所以發(fā)送部分關(guān)鍵的部分是電平轉(zhuǎn)換和串口發(fā)送，電平轉(zhuǎn)換可以用模擬器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但是為了方便起見，本次設(shè)計(jì)采用的是集成芯片，一個(gè)芯片加上它的外圍電路即可完成電平的轉(zhuǎn)換的工作。其中，N是內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，為三字節(jié)，分別由TH0，TL0，VTT構(gòu)成；Tc為時(shí)基，所以Tc不在是1um，而是12M/，帶入上面公式，即可得到轉(zhuǎn)速的精確計(jì)算公式：N=60*11059200/12N=55296000/N。開始30HR0，表首地址DPTR，（R1）=0FEH（R0）賦值給AA+DPTR賦值給P0（R1）=P1，（R1）=A，RL AINC R0 ，A=（R1）（R1）=0DFH？結(jié)束N 圖3－6 顯示程序流程圖 本章小結(jié)本章主要介紹了程序設(shè)計(jì)原理以及程序的設(shè)計(jì)思路。：這一部分電路硬件調(diào)試主要完成任務(wù)是使得通過HIN232CPE電平轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換前后的電平關(guān)系。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)試程序通過使用斷點(diǎn)中止程序執(zhí)行。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。結(jié)論通過各方面努力，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)完成，系統(tǒng)各部分功能均已實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)能夠測量出電機(jī)的轉(zhuǎn)速并能顯示在LED數(shù)碼管上，并能向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)；測量范圍也是比較寬的60r/min36000r/min，%，都達(dá)到了比較理想的狀態(tài)。在調(diào)試中不斷發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)而解決問題，這是一個(gè)再學(xué)習(xí)的過程，其本身就是對自己的一次鍛煉，培養(yǎng)了自己獨(dú)立思考，動(dòng)手解決問題的能力。而這正是我們學(xué)習(xí)理論知識(shí)的目的之所在。程序調(diào)試過程： 整個(gè)程序是一個(gè)主程序調(diào)用各個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個(gè)程序都能平穩(wěn)運(yùn)行，各個(gè)模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運(yùn)行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個(gè)子程序模塊進(jìn)行分別調(diào)試。通過型單步僅執(zhí)行下一條源語句程序，然后又停止。只需要接仿真機(jī)上編寫一個(gè)小程序讓5位LED全亮，或者讓它們其中的某位點(diǎn)亮，也可以顯示不同的數(shù)字，根據(jù)要求給P0口，P2口分別賦值。本文設(shè)計(jì)的測速系統(tǒng)，是軟硬結(jié)合的系統(tǒng)，核心部分是主體硬件，而運(yùn)行在單片機(jī)上的軟件程序則是完成控制硬件運(yùn)行、測速計(jì)算以及顯示控制等工作的主體。第3章 軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)級(jí)思路過程單片機(jī)測量轉(zhuǎn)速可以分為若干模塊，然后在主程序中調(diào)用各個(gè)模塊， 流程圖如下圖所示。 AH41霍爾開關(guān)AH41霍爾開關(guān)電路最適于響應(yīng)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(hù)器、電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、信號(hào)放大器、史密特觸發(fā)器和集電極開路的輸出級(jí)組成。集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測量線路集成在一起的一種傳感器。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需8位口（稱為掃描口），控制各位顯示器所顯示的字形也需一個(gè)8位口（稱為段數(shù)據(jù)口）。10MHZ時(shí)約為1ms，1MHZ時(shí)約為10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位，RST在上電應(yīng)保持20ms以上的高電平。MCS51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的典型值為12MHZ。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)；10./EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。傳感器單 片 機(jī) AT89C51電 平 轉(zhuǎn) 換電 路驅(qū)動(dòng)電路LED顯示送PC機(jī)界面圖21 系統(tǒng)硬件電路 硬件電路設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的機(jī)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(jì)出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。這兩種測速方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，“M”法一般用于高速測量在轉(zhuǎn)速較低時(shí)，測量誤差較大，而且，檢測裝置對轉(zhuǎn)速分辨能力也變差；而“T”法一般用于低速測量，速度越低測量精度越高，但在測量高轉(zhuǎn)速時(shí)，誤差較大；結(jié)合這兩種測量方法就可以地出第三種測量方法，即‘M/T’法結(jié)合這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，一方面象“M”法那樣在對傳感器發(fā)出的脈沖計(jì)數(shù)的同時(shí)，也象“T”法那樣計(jì)取脈沖的時(shí)間，通過計(jì)算即可得出轉(zhuǎn)速值。直流電機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，易于在寬廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以長期以來在要求調(diào)速指標(biāo)較高的場合獲得了廣泛應(yīng)用。 單片機(jī)測控系統(tǒng)單片機(jī)可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。其次該轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)由于采用全數(shù)字化結(jié)構(gòu)，因而可以很方便的和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)行遠(yuǎn)程管理和控制，進(jìn)一步提高現(xiàn)代化水平。本系統(tǒng)就是對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，并可以和PC機(jī)進(jìn)行通信，顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并觀察電機(jī)運(yùn)行的基本狀況。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。 國內(nèi)外發(fā)展水平數(shù)字單片機(jī)的技術(shù)進(jìn)步反映在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功率消耗、外部電壓等級(jí)以及制造工藝上。如氣輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)等。道統(tǒng)損耗小，裝置效率高；直流電源采用三相整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)高，可廣泛用于交通、工礦企業(yè)等電力傳動(dòng)系統(tǒng)中。詳細(xì)介紹了單片機(jī)的測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)及PC機(jī)與單片機(jī)之間的串行通訊。轉(zhuǎn)速測量部分的硬件設(shè)計(jì)思路：本次設(shè)計(jì)單片機(jī)部分的硬件框圖如圖22所示。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。：來自反向振蕩器的輸出。CMOS型單片機(jī)內(nèi)部（如AT89C51）有一個(gè)可控的負(fù)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24為CMOS型單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖。圖25 上電復(fù)位電路 顯示電路顯示電路采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，LED（LightEmitting Diode）是一種外加電壓從而渡過電流并發(fā)出可見光的器件。AT89C51的P0口作為段數(shù)據(jù)口，接上拉電阻到顯示器的各個(gè)段；P2口作為掃描口，經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器7407接顯示器公共極。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，正越來越愛到眾的重視。結(jié)構(gòu)簡單、方便容易，精確度高。再將55296000化為二進(jìn)制存入單片機(jī)的內(nèi)存單元。第4章 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)試過程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試?？梢杂檬静ㄆ骱腿f用表檢查電平轉(zhuǎn)換前后的關(guān)系，這里不在贅述。注意：如果用戶調(diào)試高級(jí)語言，因?yàn)橄到y(tǒng)要占用2個(gè)斷點(diǎn)，所以可設(shè)置的斷點(diǎn)數(shù)為最大斷點(diǎn)個(gè)數(shù)減2。最后、拆分壓縮BCD碼十進(jìn)制以及最后的顯示程序，可以利用上述提到的各種方法，觀察3034H內(nèi)部的數(shù)據(jù)，緩沖數(shù)據(jù)的觀察檢查完畢后，調(diào)用顯示程序，觀察數(shù)碼管上顯示的數(shù)據(jù)是否是內(nèi)存緩沖中需要顯示的數(shù)據(jù)。本次設(shè)計(jì)得出以下經(jīng)驗(yàn)：，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TTL電平，以便單片機(jī)能夠識(shí)別。從而從各個(gè)方面得到提高與完善了自己，使自己的各個(gè)方面提高到一個(gè)新的臺(tái)階，同時(shí)為以后的工作打下基礎(chǔ)。讓理論和實(shí)踐相結(jié)合，以此產(chǎn)生實(shí)際的成果。，由此可以推測，在傳感器輸入的信號(hào)不是理想的方波，而且電平值不夠大，所以在霍爾傳感器信號(hào)輸出端接濾波電容以及一個(gè)10K的上拉電阻就可以解決問題了。用戶可以在輸入框中輸入十六進(jìn)制或十進(jìn)制數(shù)據(jù)。但是，如果調(diào)用一函數(shù)，則進(jìn)入函數(shù)中，再執(zhí)行函數(shù)的第一條源語句行前停止。在這一前提下，查看數(shù)碼管能否點(diǎn)亮。雙字節(jié)整數(shù)拆分程序流程圖如圖35：開 始高字節(jié)R4送30HR5與 0F0H相與交換后送31HR5與0FH相與后送32HR6與 0F0H相與交換后送33HR6與0FH相與后送34H返 回圖 3－5雙字節(jié)整數(shù)拆分程序流程圖 程序設(shè)計(jì)根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路和各個(gè)模塊的流程圖編寫出本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的程序，完成程序設(shè)計(jì)的任務(wù)，寫出初始的程序后，在硬件上運(yùn)行程序，進(jìn)行上機(jī)調(diào)試，調(diào)試的具體方法在下章進(jìn)行詳細(xì)的敘述。圖 213 HIN232CPE 電平轉(zhuǎn)換器及外接元件 本章小結(jié)本章節(jié)主要闡述了系統(tǒng)的總體功能，硬件電路設(shè)計(jì)的思路及過程，單片機(jī)模塊和霍爾傳感器。 因?yàn)榛魻柶骷枰ぷ麟娫?，在作運(yùn)動(dòng)或位置傳感時(shí)，一般令磁體隨被檢測物體運(yùn)動(dòng)，將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結(jié)果中提取被檢信息。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(shè)置的磁場，用這個(gè)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(yīng)力、位置、位移、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)