【文章內容簡介】 第 6 頁 鑒幅方式確切反映一個空間周期內的任何角度變化。 霍爾角度傳感器 自 1879 年美國物理學家 EdwinHethertHall 發(fā)現霍爾效應以來，以此為基礎的霍爾傳感器已發(fā)展成一個品種多樣的磁傳感器產品家族，被越來越多地應用于現代工業(yè)控制的各個領域。而由此衍生的霍爾傳感器產業(yè)也在近十幾年逐漸發(fā)展壯大起來，日益生機勃勃。 霍爾角度傳感器是根據霍爾效應來設計的，測量原理如下：當永磁體旋轉時，霍爾元件可感應到磁場的磁向量并輸出分別與位置角口正弦、余弦信號成比例的玲和稱信號。通過稱除玲，則由敏感芯片自身靈敏度差異或磁場變化引起的誤差被抵消，模擬輸出電壓代表的角度與磁體、溫度和 IC 的增益敏感度無關。即芯片輸出電壓成為敏 感芯片所檢測到的場強的一元函數，代表磁體在整個 3600 范圍內的絕對機械位置。目前基于霍爾效應角度傳感器的研究測量精度不高，精度在 左右。一般市場上常見的基于霍爾效應的角度傳感器精度不是很高，例如美國 MEAS 傳感器公司生產的 Accustarll 系列的傾角傳感器精度為。 主要 研究 內容 本角度傳感器應用系統(tǒng) 采用 STC89C52 單片機， 由單片機產生脈沖信號精確控制步進機的轉速和角度，使步進電機上的平板能夠擺動到預設角度。 角度傳感器實時監(jiān)測步進電機的偏移量。通過數碼管顯示器實時顯示角度值。 硬件部分 主要包括 STC89C52 單片機最小系統(tǒng)， ULN2021 電機驅動電路， SCA60C 傾角傳感器，電源模塊 ,數碼管顯示模塊等。系統(tǒng)通過角度傳感器實時采集角度信號，采用 STC89C52 單片機控制， ULN2021 作為電機驅動模塊， IO 口輸出具有時序的脈沖信號作為 4 相 5 線步進電機的控制信號，進而驅動28BYJ48 步進電機，使步進電機上的平板隨著擺桿的擺動而旋轉。系統(tǒng)還可以 通過鍵盤輸入系統(tǒng)設置步進電機所要達到的角度值。 用數碼管顯示器顯示設置角度值。 當步進電機達到設置值時，啟動報警裝置。此時步進電機停止工作，數碼管顯示設 置角度值。 應用 AD6 設計工具完成原理圖和 PCB 圖繪制。制作印刷電路板并焊接元器件。利用Keil 軟件設計工具編寫驅動程序。進行系統(tǒng)測試 與仿真 。采用角度傳感器實時監(jiān)測 偏移量，應用步進電機改移角度。從何實現擺桿偏移到預設角度值。數碼管 顯示達到偏移量位置。 畢 業(yè) 論 文（設計）用 紙 佳木斯大學教務處 第 7 頁 第 2 章 開發(fā)工具以及技術的介紹 C 語言介紹 C 語言是國際上廣泛流行的計算機高級語言，既可以用來編寫系統(tǒng)軟件，也可用來編寫應用軟件。 早期的操作系統(tǒng)軟件主要是用匯編語言編寫的。由于匯編語言依賴于計算機硬件，程序的可讀性和可移植性都比較差，所以為了提 高系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性，最好改用高級語言。但是，一般的高級語言難以實現匯編語言的某些功能（匯編語言可以直接對硬件操作，例如對內存地址的操作、位操作等）。人們希望找到一種兼具一般高級語言和低級語言優(yōu)點的語言，于是， C 語言就在這種情況下應運而生了。 C 語言是在 B 語言的基礎上發(fā)展起來的，它的根源可以追溯到 ALGOL60。直到 1975年 UNIX 第六版發(fā)布后， C 語言的突出優(yōu)點才引起人們的普遍主義。隨著 UNIX 的日益管飯使用， C 語言也迅速得到推廣。 C 語言和 UNIX 可以說是一對孿生兄弟，再發(fā)展的過程中相輔相成。 1978 年以后， C 語言先后一直到大、中、小、微型計算機上，已經獨立于 UNIX和 PDP 了。 C 語言便很快風靡全世界了，成為世界上應用最廣泛的集中計算機語言之一。 一種語言之所以能存在和發(fā)展，并具有較強的生命力，總是有其不同于或優(yōu)越于其他語言的特點。 C 語言的主要特點如下： (1)運算符豐富。 C 語言的運算符包含的范圍很廣泛，共有 34 中運算符。 C 語言吧括號、賦值、強制類型轉換等都作為運算符處理，從而使 c 語言的運算類型及其豐富，表達式類型多樣化。靈活使用各種運算符可以實現其他高級語言中難以實現的運算 (2)語言簡潔、緊湊， 使用方便、靈活。 C 語言一共有 32 個關鍵字、 9 中控制語句。程序書寫形式自由，主要用小寫字母表示，壓縮了一切不必要的成分。 C 語言程序比其他旭東高級語言簡練，原程序短，因此輸入程序時工作量少。 (3)語法限制不太嚴格，程序設計自由度大。例如，對數組下標越界不做檢查，有程序編寫者自己保證程序的正確。對變量的類型使用比較靈活，例如，整型量與字符型數據以及邏輯數據可以通用。一般高級語言的語法檢查比較嚴格，能監(jiān)察出幾乎所有的語法錯誤，而 c 語言允許程序編寫者有較大的自由度，因此放寬了語法檢查。程序員應當仔細檢查程序，保證其 正確性，而不要過分依賴于 C 語言編譯程序去查錯。 ―限制 ‖與 ―靈活 ‖是一對矛 畢 業(yè) 論 文（設計）用 紙 佳木斯大學教務處 第 8 頁 盾。限制嚴格，就是去靈活性；而強調靈活，就必然放松限制。一個不熟練的人員，編寫一個正確的 C 語言程序可能會比編一個其他高級語言程序難一些。也就是說，對用 C 語言的人，要求對程序設計更熟練一些。 (4)具有結構化的控制語句。如 if…else 語句、 while 語句、 do…while 語句、 switch 語句、for 語句等。用函數作為程序的模塊單位，便于實現程序的模塊化。 C 預驗收完全模塊化和結構化語言。 (5)數據類型豐富。 C 語言提供的數據類型有：整型 、浮點型、字符型、數組類型、指針類型、結構類型、共用體類型等，能用來實現各種復雜的數據結構的運算。尤其是指針類型數據，使用十分靈活和多樣化。 (6)C 語言允許直接訪問物理地址，能進行微操作，能實現匯編語言的大部分功能，可以直接對硬件進行操作。因此 C 語言既具有高級語言的功能，又具有低級語言的許多功能，可用來編寫系統(tǒng)軟件。 C 語言的這種雙重性，使它既是成功的系統(tǒng)描述語言，有事通用的程序設計語言。有人把 C 語言成為 ―高級語言中的低級語言 ‖或 ―終極預言 ‖，意為兼具有高級語言和低級語言的特點，但一般人習慣將 C 語言稱為高級 語言。因為 C 語言程序也要通過編譯、連接才能得到可執(zhí)行的目標程序，這是和其他高級語言的相同點。 (7)用 C 語言編寫的程序可移植性好（和匯編語言比）?；旧喜蛔鲂薷木湍苡糜诟鞣N型號的計算機和各種操作系統(tǒng)。 (8)生成目標代碼質量高，程序執(zhí)行效率高。 C 語言一般只比匯編程序生成的 目標代碼率低 10%~20%。 由于 C 語言的這些優(yōu)點，使 C 語言應用面很廣。許多大的軟件都用 C 語言編寫，這主要是由于 C 語言的可移植性好和硬件控制能力高，表 達和運算能力強。許多以前只能用匯編語言處理的問題，現在可以改用 C 語言來處理了。 C 語言程序 構成： (1)C 語言程序是由函數構成的。一個 C 語言源程序至少包含一個 main 函數，也可以包含一個 main 函數和若干個其它函數。在 C 語言中，函數是程序的基本單位。被調用的函數可以說系統(tǒng)提供的庫函數，也可以說用戶自定義的函數。 C 語言的庫函數十分豐富，ANSIC 提供了 100 多個庫函數。如果要調用庫函數，則要用 include 命令把包含庫函數的頭文件包含在此程序中。 畢 業(yè) 論 文（設計）用 紙 佳木斯大學教務處 第 9 頁 (2)一個函數由兩部分組成： ① 函數首部，奇函數第一行。包括函數類型、函數名、函數的形參、形參類型以及函數屬性等。 ② 函數體，即函數首部下面的大括號內 的部分。如果一個函數有多個大括號，則最外層的一對 {}為函數體。函數體一般包括 ：聲明部分和執(zhí)行部分。 函數的一般格式為： 數據類型 函數名（函數參數表） { 聲明部分 執(zhí)行部分 } 當然，在某些情況下可以沒有聲明部分，也可以沒有執(zhí)行部分。如： main() {} 這是一個空函數，但是為合法的。 (3) 每一個語句和數據定義的最后都必須有一個分號，分號是語句必要地組成部分，潤徐有空語句，空語句只有分好沒有其他內容。 (4)C 語言程序的書寫格式自由，一行內可以寫多個語句，一個語句也可以寫 在多行上，C 語言程序沒有行號。 (5) C 語言本身沒有輸入和輸出語句，輸入 /輸出油庫函數來完成。 (6)不管 main 函數在程序的什么位置，一個 C 語言程序總是從 main 函數開始執(zhí)行的。 (7)一個 C 語言程序可以由一個文件組成，也可以由若干個文件組成。一個文件可以包含一個函數也可以包含多個函數。也可以將兩個函數放在兩個文件中分別進行編譯，然后進行連接把他們合成一個可執(zhí)行文件，以供運行。 (8) 可以用 /*…*/ 對 C 語言程序注釋。 /和 *之間不允許留空格，只是部分可以出現在程序的任何位置，注釋可以為若干行。 總之， C 言程序可以由若干個源文件做成，每個源文件可以包含編譯預處理命令和一個或多個函數，每個函數由函數首部和函數體組成。 畢 業(yè) 論 文（設計）用 紙 佳木斯大學教務處 第 10 頁 系統(tǒng)開發(fā)工具 Altium Designer 工具 Altium Designer 為完整的板級系統(tǒng)設計平臺 。 Altium 集成了 FPGA 設計的 PCB工具。 Altium Designer是業(yè)界第一款也是唯一一種完整的板級設計解決方案。 Altium Designer 拓寬了板級設計的傳統(tǒng)界限，集成了 FPGA 設計功能，從而允許工程師能將系 統(tǒng)設計中的 FPGA 與 PCB 設計集成在一起。 Altium Designer 以強大的設計輸入功能為特點，在 FPGA 和板級設計中，同時支持原理圖輸入和 HDL 硬件描述輸入模式；同時支持基于 VHDL 的設計仿真，混合信號電路仿真、布局前 /后信號完整性分析。 Altium Designer 的布局布線采用完全規(guī)則驅動模式，并且在 PCB 布線中采用了無網格的 SitusTM 拓撲邏輯自動布線功能；同時，將完整的 CAM 輸出功能的編輯結合在一起。 基于 Altium新推出的支持 Livedesign 的 DXP 平臺， Altium Designer 在 整個系統(tǒng)設計流程中充分發(fā)揮其卓越的性能。 Altium Designer ，它是完全一體化電子產品開發(fā)系統(tǒng)的一個新版本，也是業(yè)界第一款也是唯一一種完整的板級設計解決方案 。 Altium Designer 是業(yè)界首例將設計流程、集成化 PCB 設計、可編程器件（如 FPGA）設計和基于處理器設計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產品，一種同時進行 PCB 和 FPGA 設計以及嵌入式設計的解決方案，具有將設計方案從概念轉變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。 這款最新高端版本 Altium Designer 除了全面繼承包括 99SE， Protel2021 在內的先前一系列版本的功能和優(yōu)點以外，還增加了許多改進和很多高端功能 Altium 拓寬了板級設計的傳統(tǒng)界限，全面集成了 FPGA 設計功能和 SOPC 設計實現功能，從而允許工程師能將系統(tǒng)設計中的 FPGA 與 PCB 設計以及嵌入式設計集成在一起。 首先：在 PCB 部分，除了 Protel2021 中的多通道復制；實時的、阻抗控制布線功能 ；SitusTM 自動布線器等新功能以外， Altium Designer 還 著重在：差分對布線， FPGA 器件差分對管腳的動態(tài)分配 ， PCB 和 FPGA 之間的全面集成，從而實現了自動引腳優(yōu)化和非凡的布線效果。還有 PCB 文件切片， PCB 多個器件集體操作，在 PCB 文件中支持多國語言（中文、英文、德文、法文、日文） ,任意字體和大小的漢字字符輸入，光標跟隨在線信息顯示功能，光標點可選器件列表，復雜 BGA 器件的多層自動扇出，提供了對高密度 畢 業(yè) 論 文（設計）用 紙 佳木斯大學教務處 第 11 頁 封裝（如 BGA）的交互布線功能 , 總線布線功能，器件精確移動，快速鋪銅等功能。 交互式編輯、出錯查詢、布線和可視化功能，從而能 更快地實現電路板布局 ,支持高速電路設計，具有成熟的布線后信號完整性分析工具 . Altium Designer 對差分信號提供系統(tǒng)范圍內的支持，可對高速內連的差分信號對進行充分定義、管理和交互式布線。支持包括對在FPGA 項目內部定義的 LVDS 信號的物理設計進行自動映射。 LVDS 是差分信號最通用的標準，廣泛應用于可編程器件。 Altium Designer 可充分利用當今 FPGA 器件上的擴展 I/O 管腳。 其次 ， 在嵌入式設計部分，增