【文章內(nèi)容簡介】 圖中SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時鐘頻率主要由SYS參數(shù)確定（晶振上標(biāo)明的頻率）。電容C1和C2的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率f起微調(diào)作用（CC2大，f變小），其典型值為30pF。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 11 圖42 CMOS型單片機時鐘電路框圖 復(fù)位電路 計算機在啟動運行時都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。 MCS51單片機有一個復(fù)位引腳RST，它是史密特觸發(fā)輸入(對于CHMOS單片機，RST引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻)，當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn)2個機器周期(即24個時鐘周期)以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS51保持復(fù)位狀態(tài)。此時ALE、PSEN、P0、PPP3口都 輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶螅顺鰪?fù)位，CPU從初始狀態(tài)開始工作。 單片機采用的復(fù)位方式是自動復(fù)位方式。對于MOS(AT89C51)單片機只要接一個電容至VCC即可(見圖4－3)。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在RST端出現(xiàn)一定時間的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使MCS51有效的復(fù)位。RST端在加電時應(yīng)保持的高電平時間包括VCC的上升時間和振蕩器起振的時間，Vss上升時間若為10ms，振蕩器起振的時間和頻率有關(guān)。10MHZ時約為1ms，1MHZ時約為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。RC時間常數(shù)越大，上電RST端保持高電平的時間越長。 若復(fù)位電路失效，加電后CPU從一個隨機的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運轉(zhuǎn)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 12 圖43 上電復(fù)位電路 顯示電路 顯示電路采用LED數(shù)碼管動態(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。LED是屬于電流控制器件，使用時必須加限流電阻。LED有單個LED和八段LED之分，也有共陰和共陽兩種。 顯示器結(jié)構(gòu)： 常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖4－4所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。1位顯示器由八個發(fā)光二極管組成，其中七個發(fā)光二極管a~g控制七個筆畫（段）的亮或暗，另一個控制一個小數(shù)點的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡單，使用方便。 此外，要畫出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進(jìn)行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來，如圖45所示，為七段數(shù)碼管的管腳圖。 圖44 七段發(fā)光顯示器的結(jié)構(gòu) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 圖45 七段發(fā)光顯示器管腳的結(jié)構(gòu) 驅(qū)動方式： 采用的數(shù)碼管驅(qū)動為7407，它的全名為7407 TTL 集電極開路六正相高壓驅(qū)動器，其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，圖46為7407的圖以及各個引腳的分布功能介紹。 圖46 7407管腳的結(jié)構(gòu) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 14顯示方式： 為了節(jié)省I/O口線，我們采用的動態(tài)顯示方式。 所謂動態(tài)顯示，就一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描），對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。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8位口（稱為段數(shù)據(jù)口）。本次設(shè)計要求的轉(zhuǎn)速測量范圍60r/min36000r/min，所以只需要5位數(shù)碼管即可。5位共陰極顯示器和AT89C51的接口邏輯如圖47所示。AT89C51的P0口作為段數(shù)據(jù)口，接上拉電阻到顯示器的各個段；P2口作為掃描口，經(jīng)同相驅(qū)動器7407接顯示器公共極。 對于圖47中的5位顯示器，在AT89C51RAM存貯器中設(shè)置五個顯示緩沖器單元30H－35H，分別存放5位顯示器的顯示數(shù)據(jù)，AT89C51的P2口掃描輸出總是只在一位為低電平，即5位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平，其它位為高電平，AT89C51的P0口相應(yīng)位（陰極為低）的顯示數(shù)據(jù)的段數(shù)據(jù)，使該位顯示出一個字符，其它們?yōu)榘?，依次地改變P2口輸出為高的位，P0口輸出對應(yīng)的段數(shù)據(jù)，5位顯示器就顯示出由緩沖器中顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 15 圖47 五位動態(tài)顯示電路 霍爾傳感器簡介 霍爾器件概述 霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，已發(fā)展成一個品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族，并已得到廣泛應(yīng)用。霍爾元件是一種磁傳感器。要他們可以檢測磁場及其變化，可以在各種與磁場有關(guān)的場合中。霍爾器件以霍爾效應(yīng)為其工作基礎(chǔ)。 霍爾期間具有許多優(yōu)點，他們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)1MHZ），耐震動，不怕灰塵、水汽及煙霧等污染或腐蝕。 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回調(diào)、位置重復(fù)精度高（可達(dá)um級）。采用了各種補償措施的霍爾器件的工作溫度范圍廣，可達(dá)55150度。 按照霍爾器件的功能可將他們分為：霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 16前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。 按被檢測的對象的性質(zhì)可將它們分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。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)速、轉(zhuǎn)數(shù)以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)換成電量來進(jìn)行檢測和控制。 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。它取消了傳感器和測量電路之間的界限，實現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點，因此顯著地提高了可靠性。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點，正越來越愛到眾的重視。集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過處理的霍爾輸出信號。按照輸出信號的形式，可以分為開關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。 開關(guān)型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過處理后輸出一個高電平或低電平的數(shù)字信號?；魻栭_關(guān)電路又稱霍爾數(shù)字電路，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成。 霍爾傳感器的應(yīng)用 使用霍爾器件檢測磁場的方法極為簡單，將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測磁場中，因霍爾器件只對垂直于霍爾片表面的磁感應(yīng)強度敏感，因而必須令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測磁場的磁感應(yīng)強度。若不垂直，則應(yīng)求出其垂直分量來計算被測磁場的磁感應(yīng)強度值。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進(jìn)行多點檢測，由計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以得到場的分布狀態(tài)，并可對狹縫，小孔中的磁場進(jìn)行檢測用磁場作為被傳感物體的運動和位置信息載體時，一般采用永久磁鋼來產(chǎn)生工作磁場。例如，用一個54（mm3）的釹鐵硼Ⅱ號磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約2300高斯的磁感應(yīng)強度。在空氣隙中，河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 17磁感應(yīng)強度會隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開關(guān)器件的可靠工作，在應(yīng)用中要考慮有效工作氣隙的長度。在計算總有效工作氣隙時，應(yīng)從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產(chǎn)品手冊中會給出。 因為霍爾器件需要工作電源，在作運動或位置傳感時，一般令磁體隨被檢測物體運動，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。 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、信號放大器、史密特觸發(fā)器和集電極開路的輸出級組成。工作溫度范圍為40 ～150℃（存儲溫度為150℃），可適用于各種機及機電一體化領(lǐng)域。 電參數(shù)： 參數(shù) 符號 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 BBOP 200400mV 輸出高電平電流 IOFF Vout=24V B 電源電流 ICC VCC=24V 輸出端開路 10 mA 輸出上升時間 tr Vcc=12V RL= CL= μS 輸出下降時間 tf Vcc=12V RL= CL= μS 產(chǎn)品特點: . 電源電壓范圍寬 . 可用市售的小磁環(huán)來驅(qū)動 . 無可動部件、可靠性高 . 尺寸小 . 抗環(huán)境應(yīng)力 . 可直接同雙極和MOS邏輯電路接口 應(yīng)用: 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 18. 高靈敏的無觸點開關(guān) . 直流無刷電機 . 直流無刷風(fēng)機. 霍爾開關(guān)元件的電路圖： 圖48 霍爾傳感器的電路圖 發(fā)送模塊 根據(jù)系統(tǒng)功能要求，要使單片機測量的轉(zhuǎn)速能夠向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)，硬件電路中必須要考慮到單片機的發(fā)送部分，由于單片機通過串口發(fā)送出來的是TTL邏輯電平（0V和5V），而計算機RS232總線上輸入、輸出數(shù)據(jù)和控制信號為+12V左右的電壓，單片機要和PC的上位機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)計采用的是集成芯片，一個芯片加上它的外圍電路即可完成電平的轉(zhuǎn)換的工作。結(jié)構(gòu)簡單、方便容易，精確度高。本次所采用的是HIN232CP，我們要對其外圍電路進(jìn)行設(shè)計，下面我們將詳細(xì)的敘述。 數(shù)據(jù)的傳輸： 當(dāng)電路工作于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)時，PC機的RTS端輸出高電平，經(jīng)IC1電平轉(zhuǎn)換打開IC3（74LS08）的與門B1，使PC機TXD端輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)紅外發(fā)射電路發(fā)射出去；RTS信號IC1反相后作為CTS信號送入計算機，同時還關(guān)閉與門B2；使計算機不接收其它數(shù)據(jù)信號。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 19該必發(fā)器的數(shù)據(jù)傳輸速率最好設(shè)在9600b/s為宜，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?器件的介紹： RS232C RS232C是美國電氣工業(yè)協(xié)會推廣使用的一種串行通信總路線標(biāo)準(zhǔn)，是DCE(數(shù)據(jù)通信設(shè)備，如微機)和DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備，如CRT)間傳輸串行數(shù)據(jù)的接口總線。 RS232C最大傳輸距離為15m，最高傳輸速率約20kbps，信號的邏輯0電平為+3V～+15V。邏輯1電平為3V～15V。 電氣特性： EIARS232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定； 在TxD和RxD上：邏輯1(MARK) =3V～15V 邏輯0(SPACE)=+3～＋15V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上： 信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V 信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）＝3V～15V RS232連接器DB9 DB9是RS232信號線的連接器，其連接器的機械特性見圖(4－9)，表 41所示RS232信號線名稱、符號以及對應(yīng)在DB9上的針腳號。 圖49 連接器的機械特性 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 20表41 RS232信號線和DB9引腳關(guān)系 RS232 signal lines and DB9pin relations 符 號 名 稱 引 腳 DCD RXD TXD DTR GND DSR RTS CTS RI 接收信號載波檢測 數(shù)據(jù)接收線 數(shù)據(jù)發(fā)送線 DTE裝置數(shù)據(jù)就緒 公共地 DCE裝置就緒 請求發(fā)送 清除發(fā)送 振鈴指示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 圖4－10 電平轉(zhuǎn)換電路原理圖 電平轉(zhuǎn)換器HIN232CPE 由于RS232C總線上傳輸?shù)男盘栠壿嬰娖脚cTTL邏輯電平差異很大，河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 21所以就存在這兩種電平的轉(zhuǎn)換問題，下面就介紹一下電平轉(zhuǎn)換器HIN232CPE。 HIN232CPE能將RS232C電平轉(zhuǎn)換成T