【文章內容簡介】 處理執(zhí)行元件 單片機我們采用 AT89C51(其引腳圖如圖 4－ 1)，相較于 INTEL 公司的 8051它本身帶有一定的優(yōu)點。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍 可編程可擦除只讀存貯器 （ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 基于單片機的電機轉速采集系統(tǒng) 6 圖 41 AT89C51引腳圖 主要特性： 與 MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 數據保留時間： 10年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8位內部 RAM 32可編程 I/O線 兩個 16位定時器 /計數器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電路 時鐘電路 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。 MCS51單片機允許的時鐘頻率是因型號而異 的典型值為 12MHZ MCS51內部都有一個反相放大器， XTAL XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產生時鐘送至單片機內部的各個部件。 AT89C51是屬于 CMOS8位微處理器，它的時鐘電路在結構上有別于 NMOS型的單片機。 CMOS型單片機內部（如 AT89C51）有一個可控的負反饋反相放大器，外接晶振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器，圖 4－ 2為 CMOS型單片機時鐘電路框圖。振蕩器工作受 /PD端控制，由軟件置“ 1” PD（即特殊功能寄存器 ）使 /PD＝ 0，振 蕩器停止工作，整個單片機也就停止工作，以達到節(jié)電目的。清“ 0” PD， 基于單片機的電機轉速采集系統(tǒng) 7 使振蕩器工作產生時鐘，單片機便正常運行。圖中 SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產生的時鐘頻率主要由 SYS參數確定（晶振上標明的頻率）。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起微調作用（ C C2大， f變小），其典型值為 30pF。 復位電路 計算機在啟動運行時都需要復位，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引腳的內部有一個拉低電阻 )，當振蕩器起振后 該引腳上出現 2個機器周期 (即24個時鐘周期 )以上的高電平，使器件復位，只要 RST保持高電平， MCS51保持復位狀態(tài)。此時 ALE、 PSEN、 P0、 P P P3口都 輸出高電平。 RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出復位?CPU從初始狀態(tài)開始工作。 單片機 采用的復位方式是自動復位方式。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有效的復位。 RST端在加電時應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。 10MHZ時約為 1ms， 1MHZ時約為10ms，所以一般為了可靠的復位， RST在上電 應保持 20ms以上的高電平。 RC時間常數越大，上電 RST端保持高電平的時間越長。 若復位電路失效，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。 顯示電路 顯示電路采用 LED數碼管動態(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。 顯示器結構 ： 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。 驅動方式 ： 采用的數碼管驅動為 7407，它的全名為 7407 TTL 集電極開路六正相高壓驅動器，其結構簡單，使用方便 。 基于單片機的電機轉速采集系統(tǒng) 8 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通電流有關，也與點亮時間和間隔時間的比例有關。調整電流和時間參數，可實現亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數不大于 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（稱為段數據口）。本次設計 要求 的轉速測量范圍 60r/min36000r/min，所以只需要 5 位數碼管即可 。 5位共陰極顯示器和 AT89C51 的接口邏輯如圖 47 所示。 AT89C51 的 P0 口作為段數據口，接上拉電阻到顯示器的各個段； P2 口作為掃描口，經同相驅動器 7407 接顯示器公共極。 對于 5位顯示器 結構 ，在 AT89C51RAM 存貯器中設置五個顯示緩沖器單元 30H－ 35H，分別存放 5位顯示器的顯示數據， 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 口相應位（陰極為低）的顯示數據的段數據，使該位顯示出一個字符， 其它部分 為暗，依次地改變 P2 口輸出為高的位， P0口輸出對應的段數據，5位顯示器就顯示出由緩沖器中顯示數據所確定的字符。 基于單片機的電機轉速采集系統(tǒng) 9 技術 簡介 霍爾器件概述 霍爾元件是一種基于霍爾效應的磁傳感器，已發(fā)展成一個品種多樣的磁傳感器產品族，并已得到廣泛應用?；魻栐且环N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的場合中?；魻柶骷曰魻栃獮槠涔ぷ骰A。霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是美國物理學家霍爾（ ，1855— 1938）于 1879 年在研究金屬的導電機構時 發(fā)現的。當電流垂直于外磁場通過導體時，在導體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現電勢差，這一現象便是霍爾效應。這個電勢差也被叫做霍爾電勢 差 霍爾 傳感器 具有許多優(yōu)點， 它們 的結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達 1MHZ），耐震動，不怕灰塵、水汽及煙霧等污染或腐蝕。 光電傳感器概述 光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。光電式 傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器。其缺點是在某些應用方面，光學器件和電子器件價格較貴，并且對測量的環(huán)境條件要求較高。 綜上所述，我們選擇霍爾傳感器作為本次設計的最佳方案。 霍爾傳感器的應用 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強度。若不垂直，則應求出其垂直分量來計算被測磁場的磁感應強度值。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)的適當位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結果中提取被檢信息。 基于單片機的電機轉速采集系統(tǒng) 10 發(fā)送模塊 根據系統(tǒng)功能要求，要使單片機測量的轉速能夠向上位機發(fā)送數據，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、輸出數據和控制信號為 +12V左右的電壓，單片機要和 PC 機通信就必須是電平一致，所以發(fā)送部分關鍵的部分是電平轉換和串口發(fā)送，電平轉換可以用模擬器件進行轉換，但是為了方便起見，本次設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換的工作。結構簡單、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行設計，下面我們將詳細的敘述。 數據的傳輸 ： 當電路工作于發(fā)送數據狀態(tài)時， PC 機的 RTS 端輸出高電平，經 IC1 電平轉換打開 IC3（ 74LS08）的與門 B1，使 PC機 TXD 端輸出的數據經紅外發(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，同時還關閉與門 B2；使計算機不接收其它數據信號 電平轉換器 HIN232CPE 由于 RS232C 總線上傳輸的信號邏輯電平與 TTL 邏輯電平差異很大，所以就存在這兩種電平的轉換問題，下面就介紹一下電平轉換器 HIN232CPE。 HIN232CPE 能將 RS232C 電平轉換成 TTL 電平，也能將 TTL 電平轉換成RS232C 電平，只需單 +5V 供電，由內部升高電路產生 10V～