【文章內(nèi)容簡介】 態(tài)掃描 ,LED 數(shù)碼管價(jià)格適中 ,亮度高，顯示數(shù)字合適 ,但是連接復(fù)雜，耗電流大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜 。 方案二：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示簡單文字比較適合 ,如果顯示數(shù)字則浪費(fèi)資源 ,而且價(jià)格也相對(duì)較高。 方案三：采用 LCD 液晶顯示屏 ,液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大 ,可顯示大量文字 ,圖形 ,顯示多樣 ,清晰可見 ,并且連接很方便。 故選擇方案三。 4 各部分器件介紹 AT89C51 單片機(jī) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性 能 CMOS8 位微處理器，基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 22 頁 俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 圖 2 是常用的一種單片機(jī)，型號(hào)為 AT89C51，它將計(jì)算機(jī)的功能都集成到這個(gè)芯片內(nèi)部去了，就這么一個(gè)小小的芯片就能構(gòu)成一臺(tái)小型的電腦，因此叫做單片機(jī) [4]。 圖 2 AT89C51 芯片圖 它有 40個(gè)管腳，分成兩排，每一排各有 20 個(gè)腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第 1腳，然后按逆時(shí)針方向依次為第 2腳、第 3腳??第 40 腳。 在 40 個(gè)管腳中，其中有 32個(gè)腳可用于各種控制，比如控制小燈的亮與滅、控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制電梯的升與降等，這 32 個(gè)腳叫做單片機(jī)的“端口”，在單片機(jī)技術(shù)中，每個(gè)端口都有一個(gè)特定的名字，比如第一腳的那個(gè)端口叫做“ ”。 主要特性： ? 與 MCS51 兼容 ? 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ) 器 ? 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ? 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 ? 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz ? 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ? 128*8 位內(nèi)部 RAM ? 32 可編程 I/O線 ? 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ? 5 個(gè)中斷源 ? 可編程串行通道 ? 低功耗的閑置和掉電模式 ? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 [4] 重慶文理學(xué)院本科生畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 5 頁 共 22 頁 管腳說明 圖 3 AT89C51 管腳分布 ? VCC：供電電壓 ? GND：接地 。 ? P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí) ,P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高 。 ? P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 ? P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能 寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 ? P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 22 頁 于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口 。 表 1 P3 口管腳 第二功能 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 RXD 串行輸入口 T0 定時(shí)器 0外部輸入 TXD 串行輸出口 T1 定時(shí)器 1外部輸入 INT0 外部中斷 0 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 INT1 外部中斷 1 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 ? RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ? ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 ? PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 ? EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ) 器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 ? XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 ? XTAL2：來自反向振蕩器的輸出 [4]。 管腳如圖 3 所示。 振蕩器特性 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石 英晶體 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但 必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 [2]。 芯片擦除 整個(gè) EPROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟重慶文理學(xué)院本科生畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 7 頁 共 22 頁 件可選的掉 電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止 [2]。 霍爾元件 根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對(duì)磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測量、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 霍爾傳感器 A3144 是 Allegro MicroSyste ms 公司生產(chǎn)的寬溫、開關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器，其工作溫度范圍可達(dá) 40℃ ～ 150℃ 。 它由電壓調(diào)整電路、反相電源保護(hù)電路、霍爾元件、溫度補(bǔ)償電路、微信號(hào)放大器、施密特觸發(fā)器和 OC門輸出極構(gòu)成，通過使用上拉電阻可以將其輸出接入 CMOS 邏輯電路。該芯片具有尺寸小、穩(wěn)定性好、靈敏度高等特點(diǎn)，有兩種封裝形式，一種是 3腳貼片微小型封裝，后綴為“ LH”；另一種是 3 腳直插式封裝，后綴為“ UA”。 A3144E 系列單極高溫霍爾效應(yīng)集成傳感器是由穩(wěn)壓電源，霍爾電壓發(fā)生器，差分放大器，施密特觸發(fā)器和輸出放大器組成的磁敏傳感電路，其輸 入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是一個(gè)數(shù)字電壓訊號(hào) 。 它是一種單磁極工作的磁敏電路，適用于矩形或者柱形磁體下工作 。 可應(yīng)用于汽車工業(yè)和軍事工程中 。 霍爾傳感器的外形圖和與磁場的作用關(guān)系如圖 4所示。磁場由磁鋼提供，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對(duì)使用。 圖 4 霍爾傳感器及其磁鋼外形圖 霍爾傳感器的接線圖如圖 5所示。 圖 5 霍爾傳感器的接線圖 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 22 頁 霍爾傳感器測量原理 測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一步就是要將電機(jī)的轉(zhuǎn)速表示為單片機(jī)可以識(shí)別的脈沖信號(hào)，從而進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)?；魻柶骷鳛橐环N轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的傳感器，它有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因此選用霍爾傳感器檢測脈沖信號(hào)，其基本的測量原理如圖 6所示，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳感器運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理后輸出到計(jì)數(shù)器或其他的脈沖計(jì)數(shù)裝置，進(jìn)行轉(zhuǎn)速的測量。 圖 6霍爾器件測速原理 轉(zhuǎn)速測量方法 轉(zhuǎn)速的測量方法很 多，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量的方法主要有 M法 (測頻法 )、T法 (測周期法 )和 MPT 法 (頻率周期法 )，該系統(tǒng)采用了 M 法 (測頻法 )。由于轉(zhuǎn)速是以單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)數(shù)來衡量，在變換過程中多數(shù)是有規(guī)律的重復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永久磁鋼固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤邊沿，轉(zhuǎn)盤隨 側(cè) 軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤下方安裝一個(gè)霍爾器件，轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，受磁鋼所產(chǎn)生的磁場的影響，霍爾器件輸出脈沖信號(hào)，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比。脈沖信號(hào)的周期與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系： n=PT60 (11) 式中： n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速； P 為電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)； T為輸出方波信號(hào)周期。根據(jù)式 (11)即可計(jì)算出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速 。