【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可與計(jì) 算機(jī)兼容的電信號(hào)。作為輸入信號(hào)，這就給磁傳感器的快速發(fā)展提供了機(jī)遇，形成了磁傳感器的產(chǎn)業(yè)。其中最具代表的磁傳感器就是霍爾傳感器，在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，利用霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)是一種最基本的測(cè)量工作。 單片機(jī)是本次設(shè)計(jì)的核心部件，它是信號(hào)從采集到輸出的橋梁，而且 包括 計(jì)算、定時(shí)、信息處理等功能。 傳感器及其測(cè)量系統(tǒng) 本次設(shè)計(jì)信號(hào)的捕獲采用的是霍爾傳感器。 霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、安裝方便、功耗小、頻率高（可達(dá) 1MHz）、耐震動(dòng)、不怕灰塵、油污、水汽及煙霧等的污染或腐蝕?；魻柧€ 性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無 11 磨損、輸出波形清晰、無抖動(dòng)、無回跳、位置重復(fù)精度高。取用各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件工作溫度范圍寬，可達(dá)－ 55℃ ～ 150℃ 。按照霍爾器件的功能可將它們分為：霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件，前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。 按被檢測(cè)對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)出受檢測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，用這個(gè)磁場(chǎng)來作被檢測(cè)的信息的載體。通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、位置、位移、速度、加速度、 角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)行檢測(cè)和控制。 霍爾傳感器的測(cè)量原理 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)制成的一種磁敏傳感器。在置于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體通入電流 I，若電流垂直磁場(chǎng) B，則在與磁場(chǎng)和電流都垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差 Uh，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件。因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測(cè)量線性范圍大、抗干擾能力強(qiáng)以及體積小、使用壽命長(zhǎng)等一系列特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于測(cè)量、自動(dòng)控制及信息處理等領(lǐng)域。霍爾效應(yīng)原理圖如圖 31 所示 。 12 XYZBILU hbd 圖 31 霍爾效應(yīng)原理圖 集成開關(guān)型霍爾傳感器 A44E 集成霍爾開關(guān)由穩(wěn)壓器 A、霍爾電勢(shì)發(fā)生器 (即硅霍爾片 )B、差分放大器 C、施密特觸發(fā)器 D 和 OC 門輸出 E 五個(gè)基本部分組成，如圖（ a）所示。 (1)、 (2)、 (3)代表集成霍爾開關(guān)的三個(gè)引出端點(diǎn)。在電源端加電壓 Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢(shì)發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處在磁場(chǎng)中時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會(huì)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差 VH 輸出，該 VH信 號(hào)經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到 OC 門輸出。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到工作點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)器輸出高電壓 (相對(duì)于地電位 )，使三極管導(dǎo)通，此時(shí) OC 門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開 。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到釋放點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使 OC 門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān) 。這樣兩次電壓變換，使霍爾開關(guān)完成了一次開關(guān)動(dòng)作。工作點(diǎn)與釋放點(diǎn)的差值一定，此差值稱為磁滯，在此差值內(nèi)， V0 保持不變，因而使開關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍爾開關(guān)傳感器優(yōu)良特性之一。傳感器主要特性是它的輸出特性，即輸入磁感 13 應(yīng)強(qiáng)度 B 與輸出電壓 V0 之間的關(guān)系。 A44E 集成霍爾開關(guān)是單穩(wěn)態(tài)型，由測(cè)量數(shù)據(jù)作出的輸出特性曲線如圖 32(b)所示。測(cè)量時(shí) ， 在 2 兩端加 5V 直流電壓 ,在輸出端 3 與 1 之間接一個(gè) 2k? 的負(fù)載電阻，如圖33所示。 DABCEVC C( 1 )( 2 )G N DO U T( 3 )( a )0 5 1 01 5 2 03691 2VO/ VB / m T釋 放 點(diǎn)( O F F )工 作 點(diǎn)( O N )( V )( b ) 圖 32集成開關(guān)型霍爾傳感器 圖 33 集成霍爾開關(guān)接線圖 單片機(jī)的原理及應(yīng)用 單片機(jī)原理簡(jiǎn)介 單片機(jī)是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，也就是把組成微型計(jì)算 14 機(jī)的各種功能部件，包括 CPU(Central Processing Unit)、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM(Random Access Memory)、只讀存儲(chǔ)器 ROM(Readonly Memory)、基本輸入 /輸出 (Input/Output)接口電路。定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)從而實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖 34 所示。 圖 34 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 （ CPU） 中央處理器是單片機(jī)最 核心的部分，主要完成運(yùn)算和控制 能。 內(nèi)部存儲(chǔ)器包括內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部 RAM）和內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器是由大量的寄存器所組成，其中每一個(gè)寄存器就稱為一個(gè)存儲(chǔ)單元。 /計(jì)數(shù)器 單片機(jī)的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是同一結(jié)構(gòu)，只是計(jì)數(shù)器記錄的是單片機(jī)外 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 中斷系統(tǒng) CPU 存儲(chǔ)器 并行 I/O口 串口 I/O口 TXD TXD RXD T INT P0P3 15 部發(fā)生的事件，由單片機(jī)的外部電路提供計(jì)數(shù)信號(hào)；而定時(shí)器是由單片機(jī)內(nèi)部提供一個(gè)非常穩(wěn)定的計(jì)數(shù)信號(hào)。 中斷系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中起著十分重要的作用，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中廣泛采用的一種實(shí)時(shí)控制技術(shù)，能對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行及時(shí)處理，從而大大提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。 I/O 接口 串行 I/O 口的數(shù)據(jù)各位按順序傳輸，其特點(diǎn)是需要一對(duì)傳輸線，成本低；但速度慢，效率低，適合靜態(tài)顯示。 I/O 接口 并行 I/O 接口的數(shù)據(jù)所有位同時(shí)傳送。其特點(diǎn)是傳輸速度快，效率高；但傳送多少位就需要多少根傳輸線，因此傳送成本高，適合動(dòng)態(tài)顯示 。 單片機(jī)的引腳功能介紹 AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8K Bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ EPROM）和 256字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度 、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，AT89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控 制場(chǎng)合應(yīng)用。 16 圖 35 AT89C52引腳圖 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個(gè) I/O 口線， 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 5 個(gè)中斷源， 一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)具有振蕩器及時(shí)鐘電路。 AT89C52 管腳圖如圖 所示。 AT89C52 的主要管腳功能如下： ～ ： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也是地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 ～ ： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口 。 ～ ： P2 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口。 ～ ： P3 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口。 ALE：地址鎖存控制信號(hào)。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)， ALE 用于控制把 P0口輸出的低 8位地址鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的 分時(shí)傳送 。此外，由于 ALE 是以晶振 1／ 6 的固定頻率輸出的正脈沖，因此，可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。 17 PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。在讀外部 ROM 時(shí)， PSEN 有效 (低電平 )，以實(shí)現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。 EA ：訪問程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。當(dāng) EA 信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì) ROM 的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；當(dāng) EA 信號(hào)為高電平時(shí)，對(duì) ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。 RST：復(fù)位信號(hào)。 當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。 XTALl 和 XTAL2：外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 VSS：地線。 VCC： +5V 電源。 如果把前述的信號(hào)定義為引腳第一功能的話，則根據(jù)需要再定義的信號(hào)就是它的第二功能。 P3 的 8 條口線都定義有第二功能，如表 31 所示 對(duì)于有內(nèi)部 EPROM 的單片機(jī)芯片 (例如 87C51)，為寫入程序須提供專門的編程脈沖和編程電源。它們也由引腳以第二功能的形式提供的，即： 編程脈沖： 30 腳 ( /ALE PROG ) 編程電壓 (25V)： 31 腳 ( /EAVPP ) 18 表 31 P3 口引腳與第二功能 引腳 第二功能 信號(hào)名稱 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 TXD 串行數(shù)據(jù)接收 0INT 外部中斷 0 申請(qǐng) 1INT 外部中斷 1 申請(qǐng) T0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 的外部輸入 T1 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 的外部輸入 WR 外部 RAM 寫選通 RD 外部 RAM 讀選通 單片機(jī)中斷系統(tǒng)介紹 中斷是 指 當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行正常程序時(shí)，系統(tǒng)中出現(xiàn)某些急需處理的事件， CPU 暫時(shí)中止當(dāng)前的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行服務(wù)程序，以對(duì)發(fā)生的更緊迫的事件進(jìn)行處理，待處理結(jié)束后， CPU 自動(dòng)返回原來的 程序執(zhí)行 AT89C52系列單片機(jī)的系統(tǒng)有 5 個(gè)中斷源， 2個(gè)優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE 控制 CPU 是否響應(yīng)中斷請(qǐng)求； 由 中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP 安排各優(yōu)中斷源的優(yōu)先級(jí)；同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)各終端同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。 采用的外部中斷方式包括外部中斷 0 和外部中斷 1，它們的中斷請(qǐng)求信號(hào)分別由單片機(jī)引腳 0INT / 和 1INT / 輸入 。 19 外部中斷請(qǐng)求有兩種信號(hào)方式：電平觸發(fā)方式和脈沖觸發(fā)方式。電平觸發(fā)方式的中斷請(qǐng)求是低電平有效。只要在 0INT 和 1INT 引腳上出現(xiàn)有效低電平時(shí)，就激活外部中斷方式。脈沖觸發(fā)方式的中斷請(qǐng)求則是脈沖的負(fù)跳變有效。在這種方式下，在兩個(gè)相鄰機(jī)器周期內(nèi)， 0INT 和 1INT引腳電平發(fā)生變化，即在第一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)為高電平，第二個(gè)機(jī)器周期內(nèi)為低電平，就激活外部中斷。由此可見， 在脈沖方式下，中斷請(qǐng)求信號(hào)的高電平和低電平狀態(tài)都應(yīng)至少維持一個(gè)機(jī)器周期，以使 CPU 采樣到電平狀態(tài)的變化，本次設(shè)計(jì)所采用的觸發(fā)方式為脈沖觸發(fā)方式。 CPU對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器 IE 控制的。 IE 的狀態(tài)可通過程序由軟件設(shè)定，某位設(shè)定為 1，相應(yīng)的中斷源中斷允許；某位設(shè)定為 0，相應(yīng)的中斷源中斷屏蔽。 CPU復(fù)位時(shí)， IE各位為 0，禁止所有中斷。 IE寄存器各位的定義如下。 EX0（ ）外部 0INT 中斷允許位； ET0（ ）定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 中斷允許位； EX1（ ）外部 1INT 中斷允許位； ET1（ ）定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 中斷允許位； ES（ ）串行口中斷允許位； EA（ ） CPU 中斷允許位。 AT89C52 單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套。每個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)都是由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP 中的相應(yīng)的狀態(tài)來規(guī)定的。 IP 的狀態(tài)由軟件設(shè)定，某位設(shè)定為 1，則相應(yīng)的中斷源為高優(yōu)先級(jí)中斷；某位設(shè)定為 。單片機(jī)復(fù) 20 位時(shí) ， IP 各位清 0，各中斷源同為低優(yōu)先級(jí)中斷。 IP 寄存器各位的定義如下。 PX0（ ）外部中斷 0INT 優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT0（ ）定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PX1（ ）外部中斷 1INT 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT1（ ）定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PS（ ）串行口中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。 單片機(jī)定時(shí) /計(jì)數(shù)功能介紹 AT89C52單片機(jī)定時(shí) /計(jì)數(shù) 器的工作由兩個(gè)特殊功能寄存器控制。 TMOD用于設(shè)置 其工作方式； TCON 用于控制其啟動(dòng)和中斷請(qǐng)求。 TMOD 工作方式寄存器 TMOD 用于設(shè)置定時(shí) /計(jì)數(shù)器的工作方式。 GATE：門控位。 GATE=0 時(shí)，只要用軟件使