【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，該傳感器是一個(gè) 3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，工作電壓范圍寬，使用非常方便。 A44E的外形如圖 。 A44E1 2 3 1Vcc 2GND 3OUT 圖 21 A44E外形圖 單片機(jī)由于將 CPU、內(nèi)存和一些必要的接口集成到一個(gè)芯片上 ， 并且面向控制功能將結(jié)構(gòu)作了一定的優(yōu)化 ， 所以它有一般芯片不具有的特點(diǎn) ： 1. 體積小、重量輕； 2. 電源單一、功耗低； 3. 功能強(qiáng)、價(jià)格低； 4. 全部集成在一塊芯片上，布線短、合理； 5. 數(shù)據(jù)大部分在單片機(jī)內(nèi)傳送，運(yùn)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。 目前，單片機(jī)被廣泛的應(yīng)用于測(cè)控系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化、智能儀表、集成智能傳感器、機(jī)電一體化產(chǎn)品、家用電器領(lǐng)域、辦公自動(dòng)化領(lǐng)域、汽車電子與航空航天器電子系統(tǒng)以及單片機(jī)的多機(jī)系統(tǒng)等領(lǐng)域。在設(shè) 計(jì)中選用的是 AT89C52單片機(jī)。 5 A T 8 9 C 5 27 4 H C 5 7 3 驅(qū) 動(dòng) 器L E D 顯 示 器報(bào) 警 電 路霍 爾 傳 感 器時(shí) 鐘 電 路復(fù) 位 電 路按 鍵 切 換 圖 22 系統(tǒng)的原理框圖 自行車的里程 /速度計(jì)軟件方案設(shè)計(jì) 通過(guò)軟件控制單片機(jī)的功能是單片機(jī)的主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，程序的設(shè)計(jì)要考慮合理性和可讀性，遵循模塊化設(shè)計(jì)的原則，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。模塊化設(shè)計(jì)使程序的可讀性好、修改及完善方便。 軟件設(shè)計(jì)包括主程序、行車過(guò)程中里程和速度計(jì)算子程序、延時(shí)子程序、中斷服務(wù)子程序、顯示子程序等等。 中斷子程序是將傳感器產(chǎn)生的信號(hào)接入外部中斷 0，利用中斷和定時(shí)器對(duì)分別對(duì)里程進(jìn) 行累加、每轉(zhuǎn)一周的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。 數(shù)據(jù)處理子程序是將進(jìn)入單片機(jī)的脈沖信號(hào)與實(shí)際要顯示值之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過(guò)軟件編程顯示所需要的值。 顯示子程序是將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果送顯示器顯示。 各部分介紹如下： 初始化：打開(kāi)外部中斷和定時(shí)器 0 中斷，當(dāng)有脈沖來(lái)的時(shí)候就進(jìn)入中斷程序。 外部中斷：記錄一個(gè)脈沖時(shí)間 time；計(jì)算一個(gè)脈沖時(shí)間的速度，五個(gè)速度作為一個(gè)數(shù)組，高低速判斷；開(kāi)啟 T0，記脈沖數(shù)為 n。 定時(shí)器 0中斷：記 50 毫秒時(shí)間賦值給 t. 處理函數(shù)：給出速度和路程的計(jì)算公式。 v=*pi*r/time s=*pi*r*n 顯示程序：用三位數(shù)顯示速度，四位數(shù)顯示路程。 6 3 自行車的速度 /里程計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) 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(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(kāi)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(lái)作被檢測(cè)的信息的載體。通過(guò)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(lái)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?；魻栃?yīng)原理圖如圖31所示。 XYZBILU hbd 圖 31 霍爾效應(yīng)原理圖 集成開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器 A44E集成霍爾 開(kāi)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 7 密特觸發(fā)器 D和 OC門輸出 E五個(gè)基本部分組成，如圖 32（ a）所示。 (1)、 (2)、 (3)代表集成霍爾開(kāi)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(kāi) 。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(kāi)關(guān)完成了一次開(kāi)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(kāi)關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍爾開(kāi)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，即輸入磁感應(yīng)強(qiáng)度 B與輸出電壓 V0之間的關(guān)系。 A44E集成霍爾開(kāi)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。 圖 32 集成開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器 圖 33 集成霍爾開(kāi)關(guān)接線圖 單片機(jī) 最小系統(tǒng) 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)算機(jī)的各種功能 8 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 單片機(jī)最小系統(tǒng) 介紹 單片機(jī)最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)，對(duì)于 51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。 單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘方式的振蕩電路如圖 38所示。 圖 38 單片機(jī)片內(nèi) 時(shí)鐘 電路 本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的電路，如圖 39所示，是常 用復(fù)位電路之一。 9 圖 39 按鍵復(fù)位電路 工作原理：通電瞬間， RC電路充電， RST引腳出現(xiàn)高電平，只要 RST端保持 10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。 74HC573驅(qū)動(dòng)器 的介紹 SL74HC573 跟 LS/AL573 的管腳一樣。如下圖 36器件的輸入是和標(biāo)準(zhǔn) CMOS 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。當(dāng)鎖存使能端為高時(shí)，這些器件的鎖存對(duì)于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說(shuō)輸出同步）。當(dāng)鎖存使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存。輸出能直接接到 CMOS， NMOS 和 TTL 接口上操作電壓范圍：~；低輸入電流： ； CMOS 器件的高噪聲抵抗特性。 圖 36 SL74HC573管腳功能 表 31 74HC573功能表 輸入 輸出 輸出使能 鎖存使能 D Q L H H H L H L L L L X 不變 H X X Z 10 顯示和報(bào)警電路的 設(shè)計(jì) 顯示電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中采用 LED數(shù)碼管顯示。在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用 LED數(shù)碼顯示器來(lái)顯示各種數(shù)字或符號(hào)。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。八段 LED顯示器由 8個(gè)發(fā)光二極管組成。其中 7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型 “ 8” 的各個(gè)筆畫(huà)段，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為 dp發(fā)光二極管。 LED 顯示器采用動(dòng)態(tài)顯示，用 74HC573 驅(qū)動(dòng)共陰極 LED 數(shù)碼管。 圖 310 LED數(shù)碼管 顯示 結(jié)構(gòu) OC門驅(qū)動(dòng)器用 573， 573 即 TTL 集電極開(kāi)路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器 .當(dāng) 573 輸出低電平時(shí)，沒(méi)有電流流過(guò) LED，當(dāng) 573 輸出為開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，電流經(jīng) 100? 限流電阻流入 LED 顯示器，每個(gè)七段 LED 的公共端都接一個(gè) 573 驅(qū)動(dòng)器 。 本設(shè)計(jì)中采用 7SEGMPX8CCBLUE 八位共陰極數(shù)碼管（藍(lán)色），顯示速度、路程數(shù)據(jù)和自行車行駛時(shí)間。 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 本次報(bào)警電路采用蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)即時(shí)速度超過(guò)預(yù)定值是蜂鳴器響，指示燈閃爍，提示應(yīng)該減速。報(bào)警電路圖如圖 。 圖 311 報(bào)警電路圖