【文章內(nèi)容簡介】 算精度，所以轉(zhuǎn)速越高，值越大，轉(zhuǎn)速越低，值越小。這樣，既保證了轉(zhuǎn)速計算精度，又提高了低速檢測的實時性。精度自適應方法的軟件設(shè)計關(guān)鍵在于計算出每個測試周期內(nèi)的的值。由于在具體的檢測系統(tǒng)中是已知的，由式(34)可知，求的上限值只須求出此測試周期內(nèi)的值。利用AT89C2051單片機中的定時器／計數(shù)器T。的門控位GATE測量INTO()引腳上出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速脈沖寬度．的值即為轉(zhuǎn)速脈沖寬度的2倍。同理，利用的值可求出的下限值。然后再用插值法從下限值和上限值得到一個整數(shù)值．即為當前測試周期內(nèi)的分頻值。求出值后，再按多倍周期法的轉(zhuǎn)速計算公式，利用89C2051單片機的定時器／計數(shù)器在時間內(nèi)，對時標脈沖進行計數(shù)，其值為N，這樣即可求出車速。4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機概述AT89C2051是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大at89c2051單片機可為您提供許多高性價比的應用場合,它具有如下主要特性： .和MCS51產(chǎn)品的兼容 .2K字節(jié)可重編程閃速存儲器 .耐久性：1,000寫／擦除周期 .～6V的操作范圍 .全靜態(tài)操作：0Hz～24MHz .兩級加密程序存儲器 .1288位內(nèi)部RAM .15根可編程I/O引線 .兩個16位定時器/計數(shù)器 .六個中斷源.可編程串行UART通道.直接LED驅(qū)動輸出 .片內(nèi)模擬比較器.低功耗空載和掉電方式AT89C2051是一個有20個引腳的芯片,與8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行對比可發(fā)現(xiàn),AT89C2051減少了兩個對外端口（即P0、P2口）,使它最大可能地減少了對外引腳,因而芯片尺寸有所減少。AT89C2051引腳圖41所示。圖41 AT89C2051引腳圖AT89C2051芯片的20個引腳功能為： 1. Vcc：電源電壓。 2. P1口：P1口是一8位雙向I/O口。(AIN0)和反相輸入（AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接驅(qū)動LED顯示。當P1口引腳寫入“1”時,其可用作輸入端。～,它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流(IIL)。 P1口還在閃速編程和程序校驗期間接收代碼數(shù)據(jù)。 3. P3口：～、。P3口緩沖器可吸收20mA電流。用作輸入時,被外部拉低P3口引腳將用上拉電阻而流出電流(IIL)。 P3口還用于實現(xiàn)AT89C2051的各種功能,如下表41所示。P3口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 4. RST：復位輸入。RST一旦變成高電平,所有的I/O引腳就復位到“1”。當振蕩器正在運行時,持續(xù)給出RST引腳兩個機器周期的高電平便可完成復位。每一個機器周期需12個振蕩器或時鐘周期。5. XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。 6. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。 表41 P3口的功能P3口引腳功能RXD(串行輸入端口)TXD(串行輸出端口)INT0(外中斷0)INT1(外中斷1)TO(定時器0外部輸入)T1(定時器1外部輸入) 復位電路80C2051的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。圖42 80C2051復位電路復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。按鍵手動復位電路見圖42。最簡單的上電自動復位電路中上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復位。時鐘頻率用6MHZ時C取22uF,R取1KΩ。除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。本設(shè)計就是用的按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實現(xiàn)的。時鐘頻率選用6MHZ時，C取22uF,Rs取200Ω，RK取1KΩ。 晶振電路晶振電路由晶振和兩個負載電容組成。晶振電路部分電路連接如圖43所示。圖43 晶振電路連接圖晶振是給單片機提供工作信號脈沖的，這個脈沖就是單片機的工作速度。比如此系統(tǒng)所用的12MHz晶振，單片機工作速度就是每秒12M。在調(diào)試時要注意將PC串口波特率設(shè)為1200。至于兩個電容的大小，它是根據(jù)晶振廠家提供的晶振要求選值的，換句話說，晶振的頻率就是在它提供負載電容下測得，能最大限度的保證頻率值誤差。兩個電容取值都是相同的，大部分在二十、三十pF，沒有相同電容的情況下，可以用兩個相差不大電容代替，但不能相差太大，容易造成諧振不平衡，容易造成停振或者干脆不起振[5]。晶振電路在本系統(tǒng)中是并聯(lián)方式，最后連接在AT89c2051的5引腳。 變換電路設(shè)計由于電動車電瓶的電源電壓大多是24V，36V，48V等，所以把電瓶電源24V轉(zhuǎn)換為單片機所需要的電壓5V，本系統(tǒng)采用的是MC34063制作的降壓變換電源。MC34063引腳圖及原理框圖如圖44所示：圖44 MC34063引腳圖及原理框圖MC34063是一單片雙極型線性集成電路,、一個占空比周期控制振蕩器、驅(qū)動器和大電流輸出開關(guān),、降壓式變換器和電源反向器。特點:；短路電流限制；低靜態(tài)電流；(無外接三極管)；輸出電壓可調(diào)工作振蕩頻率從100HZ到100KHZ。MC34063是一種開關(guān)型高效DC/DC變換集成電路。它的內(nèi)部含有具有溫度補償?shù)幕鶞孰妷涸础⒈容^器、具有限電流電路的占空比可控的振蕩器、驅(qū)動器和大電流輸出開關(guān)管。圖45 降壓變換電源用MC34063制作的降壓變換電源，其特點是VI=24V,Io=500mA時，線性調(diào)整率為12mV177。％；負載調(diào)整率為3mV177。％；紋波電壓為120mV。如果加一級濾波器（如圖45中所示）輸出紋波降為40mV；變換效率為82％；。 傳感器電路設(shè)計在信號脈沖發(fā)生源上，本系統(tǒng)采用的是開關(guān)型霍爾傳感器。以磁場作為媒介，利用霍爾傳感器可以檢測多種物理量，如位移、振動、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、電流、電功率等。它不僅可以實現(xiàn)非接觸測量，并且采用永久磁鐵產(chǎn)生磁場，不需附加能源。另外霍爾傳感器尺寸小、價格便宜、應用電路簡單、性能可靠，因而獲得極為廣泛的應用。除了直接利用霍爾傳感器外，還利用它開發(fā)出各種派生的傳感器。金屬或半導體薄片的兩個端面通以控制電流Ic，并在薄片的垂直方向上施加磁感應強度為B的磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電勢Uh，稱為霍爾電勢或霍爾電壓(如圖l所示)?；魻栯妱軺h=KhIcB(其中Kh為霍爾元件靈敏度，它與所用的材料及幾何尺寸有關(guān))。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應，而用這種效應制成的元件稱為霍爾元件。由于霍爾元件輸出的電壓信號較小，并且有一定溫度誤差，目前已較少直接使用霍爾元件作傳感器?；魻杺鞲衅髟韴D如圖46所示。圖46 霍爾傳感器磁場效應本系統(tǒng)采用開關(guān)型霍爾傳感器A04E。開關(guān)型霍爾傳感器是一種集成傳感器，它內(nèi)部含有霍爾元件、放大器、穩(wěn)壓電源、帶一定滯后特性的比較器及集電極開路輸出部分等，如圖47所示。 圖47 開關(guān)型霍爾傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖開關(guān)型霍爾傳感器的工作特性如圖48 所示。圖48 開關(guān)型霍爾傳感器工作特性當外加的磁感應強度超過動作點Bop時，傳感器輸出低電平，但磁感應強度降到動作點Bop以下時，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點BRE時，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖健op與Bre之間的滯后(或稱為回差)使開關(guān)動作更為可靠。 圖49 霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖49如下。在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近。圓盤每轉(zhuǎn)動一圈霍爾傳感器便輸出一個脈沖。通過單片機測量產(chǎn)生脈沖的頻率，就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速。同樣道理，根據(jù)圓盤(車輪)的轉(zhuǎn)速，再結(jié)合圓盤的周長就是計算出物體的位移。如果要增加測量位移精度，可以在圓盤(車輪)上多增加幾個磁鋼。由于傳感器內(nèi)部為集電極開路輸出，所以需外接一個上拉電阻，其阻值與電源電壓大小有關(guān)，一般取1～2k，如圖410所示。圖410 傳感器輸出電路 信號處理電路設(shè)計 系統(tǒng)的信號預處理電路由二級電路構(gòu)成，第一級是由開關(guān)三極管組成的零偏置放大器，采用開關(guān)三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應。當輸入信號為零或負電壓時，三極管截止，電路輸出高電平；而當輸入信號為正電壓時，三極管導通，此時輸出電壓隨著輸入電壓的上升而下降，這使得速度里程表既可以測量任意方波信號的頻率，也可以測量正弦波信號的頻率。由于放大器的放大功能降低了對待測信號的幅度要求，因此。預處理電路的第二級采用帶施密特觸發(fā)器的反相器DM74LS14來把放大器生成的單相脈沖轉(zhuǎn)換成與COMS電平相兼容方波信號。利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入的信號只要幅度大于VT+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號。從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當傳輸線上的電容較大時，波形的上升沿將明顯變壞；當傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當其他脈沖信號通過導線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號時，信號上將出現(xiàn)附加的噪聲。無論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。只要施密特觸發(fā)器的VT+和VT設(shè)置得合適，均能受到滿意的整形效果。信號預處理電路如圖411所示。 圖411 信號預處理電路圖 存儲器電路設(shè)計 I2C總線概述I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。它通過SDA（串行數(shù)據(jù)線）及SCL（串行時鐘線)兩根