【文章內(nèi)容簡介】 用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面?；魻栃?yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。 存儲模塊的選擇此部分是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一，它的工作情況直接決定了系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全保存的可靠性。 EEPROM是電可擦除可編程只讀存儲器。在平常情況下，EEPROM與EPROM一樣是只讀的，需要寫入時(shí)，在指定的引腳加上一個(gè)高電壓即可寫入或擦除，而且其擦除的速度極快。 經(jīng)過翻閱大量的文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)使用串行EEPROM芯片作為本系統(tǒng)的外部存儲器，是比較常用的一種方法，而且在做電路板時(shí)布線簡單，單片機(jī)編程時(shí)也穩(wěn)定可靠，當(dāng)失電時(shí)數(shù)據(jù)能得以安全的保存，因而采用了串行EEPROM芯片24C16。 本系統(tǒng)所用的24C16是美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是內(nèi)含2K8位存儲空間，具有工作電壓寬（）、擦寫次數(shù)多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點(diǎn)。 24C16的3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在AT89S51試驗(yàn)開發(fā)板上它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負(fù)電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向I2C總線串行傳送。第6腳SCL為串行時(shí)鐘輸入線。SDA和SCL都需要和正電源間各接一個(gè)10K的電阻上拉。第7腳需要接地。 24C02中帶有片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實(shí)現(xiàn)對下一個(gè)存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時(shí)間，一次操作可寫入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。 顯示模塊LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，一個(gè)LED數(shù)碼管可用來顯示一位09十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，在小型專用微機(jī)系統(tǒng)和單板機(jī)等場合，它是主要的顯示器件，在通用微機(jī)系統(tǒng)中，也常用來作為狀態(tài)等顯示。對于共陽極顯示器，要點(diǎn)亮的顯示段引腳需接低電平“0”。 本作品要顯示的是總里程、單班里程以及車速，為數(shù)字顯示?；谝壕э@示器的成本以及在實(shí)際應(yīng)用中的需要，因此，本作品選用了由LED組成的共陽極7段發(fā)光顯示器，它有簡單、經(jīng)濟(jì)、易于與單片機(jī)接口等優(yōu)點(diǎn)。第3章 電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位電路復(fù)位引腳RST通過一個(gè)施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位電路采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。片內(nèi)復(fù)位電路結(jié)構(gòu)如圖31所示，上電復(fù)位電路如圖32所示。31 片內(nèi)復(fù)位電路32 上電復(fù)位電路 時(shí)鐘電路時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。AT89S51片內(nèi)由一個(gè)反相放大器構(gòu)成振蕩器，可以由它產(chǎn)生時(shí)鐘。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)采用前者。 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 電路中的電容C1和C2常選擇為30P左右。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響振蕩器的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。而外接晶體的振蕩頻率的大小，主要取決于單片機(jī)的工作頻率范圍，每一種單片機(jī)都有自己的最大工作頻率，外接的晶體振蕩頻率不大于單片機(jī)的最大工作頻率即可。此外，如果單片機(jī)有串行通信，則應(yīng)該選擇振蕩頻率除以串行通信頻率可以除盡的晶體。內(nèi)部時(shí)鐘方式AT89S51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，圖33是AT89S51內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路。圖33 內(nèi)部時(shí)鐘方式電路外部時(shí)鐘方式 用現(xiàn)成的外部振蕩器產(chǎn)生脈沖信號，常用于多片AT89S51同時(shí)工作，以便于多片AT89S51單片機(jī)之間的同步，一般為低于12MHz的方波。圖34 外部時(shí)鐘方式電路 霍爾電路霍爾傳感器電路圖如下圖34所示。34 霍爾傳感器電路圖 顯示電路LED顯示器采用動態(tài)顯示，用74LS07驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管。顯示電路、LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖，如圖336所示。35 顯示電路36 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)與超速報(bào)警電路的接口設(shè)計(jì)。若實(shí)時(shí)的車速值與單片機(jī)設(shè)定的最大車速值相比較，當(dāng)車速值大于最大車速值時(shí)，通過單片機(jī)的軟件中斷請求，以1秒鐘為周期。，輸出正5V的電壓，使紅色發(fā)光二極管得以導(dǎo)通。而且電流由另一條通路使NPN三極管導(dǎo)通，射極輸出電流驅(qū)動蜂鳴器工作。，則不能使紅色發(fā)光二極管和NPN三極管導(dǎo)通，因而不能工作。，實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的嘀嘀聲及發(fā)光二極管的閃爍顯示，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)超速報(bào)警的功能。其電路圖如下圖37所示：圖37 超速報(bào)警電路圖 鍵盤輸入本系統(tǒng)的鍵盤輸入部分，采用2個(gè)功能鍵，用這2個(gè)鍵，既可以選擇顯示是單班里程還是總里程。本系統(tǒng)采用的是常見的按鈕開關(guān)。開關(guān)的接入方法是先將按鈕開關(guān)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬰娖?，然后可直接接到單片機(jī)的某一條I/O線。但由于機(jī)械開關(guān)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)有信號的抖動，故在接入開關(guān)的同時(shí)，必須考慮防抖動的問題。其圖38如下所示：圖38 鍵盤輸入電路圖 系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，使擴(kuò)展易于實(shí)現(xiàn)，AT89S51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)如圖39所示。39 AT89S51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu) 定時(shí)計(jì)數(shù)器電路定時(shí)器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖310所示，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0由特殊功能寄存器TH0、TL0構(gòu)成，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1由特殊功能寄存器THTL1構(gòu)成。圖310 AT89S51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖 中斷系統(tǒng)由圖311可見，AT89S51中斷系統(tǒng)共有5個(gè)中斷請求源：圖311 AT89S51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 里程指示電路霍爾傳感器發(fā)出一個(gè)低電平脈沖，里程顯示時(shí)四個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮后開始計(jì)數(shù)，表明電動自行車正在行駛中，一盞指示燈一直閃爍著。電路如圖312所示。312 里程指示電路 存儲電路 里程數(shù)據(jù)的存儲電路是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵電路，單片機(jī)首先向AT24C01發(fā)送寫信號，當(dāng)確認(rèn)后從單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)儲存單元提取數(shù)據(jù)然后向AT24C01的內(nèi)部地址傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)顯示里程時(shí)，單片機(jī)首先向AT24C01發(fā)送讀信號，然后確認(rèn)后，單片機(jī)從AT24C01內(nèi)部的地址向單片機(jī)的讀出單元字節(jié)讀出數(shù)據(jù)，供顯示所用。因此，最終可保證掉電時(shí)數(shù)據(jù)不丟失。IC總線的的介紹：IC總線是雙線串行總線。IC總線采用二線傳輸，即SDA串行數(shù)據(jù)線和SCL串行時(shí)鐘線?？偩€和器件之間的數(shù)據(jù)傳送均由SDA數(shù)據(jù)線完成。一個(gè)IC總線系統(tǒng)里的所有外圍器件均采用器件地址和引腳地址的編址方式。系統(tǒng)中主CPU對任何節(jié)點(diǎn)的尋址沒有采用傳統(tǒng)的片選線方式，而是采用純軟件的尋址方式。為了能使總線上的所有節(jié)點(diǎn)器件輸出實(shí)現(xiàn)“線”與邏輯功能，IC器件輸出端必須是漏極或集電極開路結(jié)構(gòu)，即SDA和SCL接口線上必須加上拉電阻。里程數(shù)據(jù)存儲電路如圖313所示。313 里程數(shù)據(jù)存儲電路第4章 軟件設(shè)計(jì) 計(jì)算原理。每一個(gè)脈沖代表行駛了一定的距離，設(shè)汽車行駛1km時(shí)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)數(shù)為N，磁電式傳感器轉(zhuǎn)數(shù)為NF則NF=NI,，則汽車行駛1km驅(qū)動輪轉(zhuǎn)數(shù)為N=1000/πD,實(shí)際中由于輪胎承載變形使得輪胎外徑D變化,此時(shí)NXI=1000/πμD,其中為μ變形系數(shù),~。則磁電式傳感器在汽車行駛1km時(shí)轉(zhuǎn)數(shù)NF=(1000/πμD)I。設(shè)傳感器轉(zhuǎn)輪上均勻安排m個(gè)磁片時(shí)，汽車行駛1km,傳感器輸出脈沖為mNF個(gè)。，8031中斷1置為高中斷優(yōu)先級以保證計(jì)數(shù)準(zhǔn)確。定時(shí)器T0置為低中斷優(yōu)先級,設(shè)T0每10ms中斷1次,)以60H~62H單元為計(jì)數(shù)脈沖暫存單元。68H，69H單元為判斷數(shù)據(jù)暫存單元，6CH中為本次里程小數(shù)點(diǎn)位數(shù)值。當(dāng)6CH單元內(nèi)容達(dá)到0AH時(shí)清零，70~72H單元為讀出的總里程數(shù)。~62H單元為計(jì)數(shù)脈沖暫存單元。68H,69H單元為判斷數(shù)據(jù)暫存單元，6CH中為本次里程小數(shù)點(diǎn)位數(shù)值。當(dāng)6CH單元內(nèi)容達(dá)到0AH時(shí)清零，70~72H單元為讀出的總里程數(shù)。本程序包括主程序和2個(gè)中斷服務(wù)程序,程序功能如下：主程序：初始化，清零存儲單元,讀出總里程存入暫存單元。開CPU中斷、置中斷優(yōu)先級，啟動定時(shí)器，等待中斷。INT1中斷服務(wù)程序：脈沖個(gè)數(shù)加1，判斷是否行駛1km。不是則返回。T0中斷服務(wù)程序：判斷是否顯示總里程，顯示方式初始化，顯示里程數(shù)，返回。每經(jīng)過1km寫1次2817，這樣設(shè)計(jì)比隔一定時(shí)間寫一次新數(shù)據(jù)要實(shí)用得多，這樣在停車等待時(shí)8031停止寫入總里程，遠(yuǎn)小于汽車行駛1km所用時(shí)間，因此可對2817A的RAY/BUSY腳的狀態(tài)不予理會，從而也簡化了程序設(shè)計(jì)，且可使用2816達(dá)到同樣功能而不必更改程序，汽車行駛過程中會向里和存儲器頻繁寫入數(shù)據(jù)，假設(shè)汽車每天平均行駛1000km,，則個(gè)位十位單元每天擦寫1000次，百、千位單元每天擦寫10次，萬、十萬位單元10天擦寫1次。根據(jù)E2PROM寫入次數(shù)約為1萬次的規(guī)定，如果給個(gè)、十位分配1000個(gè)單元，可擦寫30年，而百千位只需分配10個(gè)單元，萬、十萬位分配1個(gè)單元就夠了。1片2817A為2K字節(jié)因此可使用幾十年,遠(yuǎn)超汽車的使用年限,因此不必為其使用壽命而擔(dān)心。本程序工作安全穩(wěn)定，顯示清晰，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，精度較機(jī)械式汽車?yán)锍瘫硖岣咭粋€(gè)數(shù)量級。而且本里程表還可在功能上進(jìn)一步擴(kuò)充，可將汽車時(shí)速表功能加入到系統(tǒng)中，進(jìn)一步降低汽車儀表的成本。4. 時(shí)速表的編程思想如下 里程表程序中，每計(jì)數(shù)1次，T0每10ms中斷1次，送顯示,其中斷100次時(shí)間為1s，計(jì)算這1s計(jì)數(shù)次數(shù)。公式為:時(shí)速=次數(shù)??，然后將求得的時(shí)速送顯示。,。此時(shí)速表可顯示到小數(shù)點(diǎn)后2位,精度較傳統(tǒng)汽車時(shí)速表提高2個(gè)數(shù)量級。 系統(tǒng)的流程圖系統(tǒng)流程圖如圖41,42,43所示。41 主程序42 INT1中斷程序43 T0中斷程序 程序的編寫由于EPROM的半導(dǎo)體工藝特性，對EPROM的寫入時(shí)間需要510ms，但AT24C01串行EPROM芯片內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)具有SRAM性質(zhì)的輸入緩沖器，稱為頁寫緩沖器。CPU對該芯片寫操作時(shí)，AT24C01芯片先將CPU輸入的數(shù)據(jù)暫存頁寫緩沖器內(nèi)，然后慢慢寫入EPROM中。因此，CPU對AT24C01的EPROM一次寫入的數(shù)據(jù)，受到該芯片頁寫緩沖器容量的限制。頁寫緩沖器的容量：，應(yīng)在一頁寫完后，隔510ms重新啟動一次寫操作。保存數(shù)據(jù)子程序: WTDA:MOVA,01H MOV R0,BM LCALL WT24 ACALL DEL MOV A,02H MOV R0,KM LCALL WT24 ACALL DEL MOV A,03H MOV R0,SKM LCALL WT24 ACALL DEL MOV A,04H MOV R0,BKM LCALL WT24 RET存儲程序如圖44所示：44 程序存儲圖位的傳輸： SDA 線上的數(shù)據(jù)必須在時(shí)鐘的高電平周期保持穩(wěn)定數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)只有在SCL 線的時(shí)鐘信號是低電平時(shí)才能改變。 WRBYT: ；寫單字節(jié) MOV R1,08H WLP: RLC A JC WR1 AJMP WR0 ；跳入寫0 WLP1: DJNZ R1,WLP RETWR1: ；寫1 SETB SDA SETB SCL NOP NOP NOP NOP CLR SCL CLR SDA AJMP WLP1 WR0: ；寫0 CLR SDA SETB SCL NOP