【文章內(nèi)容簡介】 1 0 0 1 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0B0 * * 1 0 0 1 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 0 0 1 0 0 1 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 0 1 0 0 1 0 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0B0 1 0 0 1 0 0 A3=B3 A2=B2 A1B1 * * * * 1 0 0 A3=B3 A2B2 * * * * * 1 0 0 A3B3 * * * * * * 1 0 0 （ 3）芯片 4585 的引腳圖： 2．芯片 4040 芯片 4040 是一個(gè) 12 位的二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，所有計(jì)數(shù)器位為主從觸發(fā)器，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng) CR 為高電平時(shí)，它對計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，由于在時(shí)鐘輸入端使用施密特觸發(fā)器，故對脈沖上升和下降時(shí)間沒有限制，所有的輸入和輸出均經(jīng)過緩沖。 芯片 4040 提供了 16 引線多層陶瓷雙列直插、熔封陶瓷雙列直插、塑料雙列直插以及陶瓷片狀載體等 4 種封裝形式。 （ 1）芯片 4040 的極限值： 15 電源電壓范圍： — 18V 輸入電壓范圍： — VDD+ 輸入電流范圍：177。 10mA 貯存溫度范圍： 65176。 C— 150176。 C （ 2）芯片 4040 引出端功能符號： CP: 時(shí)鐘輸入端 CR：清除端 Q0— Q11：計(jì)數(shù)脈沖輸出端 VDD: 正電源 VSS: 地端 （ 3）芯片 4040 功能表： 輸入 輸出 CP CR ↑ ↓ * L L H 保持 計(jì)數(shù) 所有輸出端均為 L （ 4）芯片 4040 的引腳圖： 128*64 液晶顯示 LCD 顯示器工作原理就是利用液晶的物理特性 ； 通電時(shí)排列變得有序，使光線容易通過；不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過，說簡單點(diǎn)就是讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。 LCD 的好處有：與 CRT 顯示器相比， LCD 的優(yōu)點(diǎn)主要包括零輻射、低功耗、散熱小、體積小、圖像還原精確、字符顯示銳利等。 其 接口信號說明 如下： 16 第三章 硬件設(shè)計(jì)與連接 在信號脈沖發(fā)生源上，本系統(tǒng)采用的是 開關(guān)型霍爾傳感器 。 以磁場作為媒介，利用霍爾傳感器可以檢測多種物理量，如位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、電流、電功率等。它不僅可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量，并且采用永久磁鐵產(chǎn)生磁場，不需附加能源。另外霍爾傳感器尺寸小、價(jià)格便宜、應(yīng)用電路簡單、性能可靠，因而獲得極為廣泛的應(yīng)用。除了直接利用霍爾傳感器外，還利用 它開發(fā)出各種派生的傳感器。 金屬或半導(dǎo)體薄片的兩個(gè)端面通以控制電流 Ic，并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電勢 Uh，稱為霍爾電勢或霍爾電壓 (如圖 l 所示 )?；魻栯妱?Uh=KhIcB(其中 Kh 為霍爾元件靈敏度，它與所用的材料及幾何尺寸有關(guān) )。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，而用這種效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件。由于霍爾元件輸出的電壓信號較小，并且有一定溫度誤差，目前已較少直接使用霍爾元件作傳感器。 霍爾傳感器原理圖如圖 36所示。 圖 36 霍爾傳感器磁場 效應(yīng) 本系統(tǒng)采用開關(guān)型霍爾傳感器 A04E。 開關(guān)型霍爾傳感器是一種集成傳感器，它內(nèi)部含有霍爾元件、放大器、穩(wěn)壓電源、帶一定滯后特性的比較器及集電極開路輸出部分等，如圖 37所示。 開關(guān)型霍爾傳感器的工作特性如圖 38 所示 。 17 圖 37 開關(guān)型霍爾傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 38 開關(guān)型霍爾傳感器工作特性 當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過動(dòng)作點(diǎn) Bop 時(shí)，傳感器輸出低電平，但磁感 應(yīng)強(qiáng)度降到動(dòng)作點(diǎn) Bop 以下時(shí)，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點(diǎn) BRE 時(shí)，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖健?Bop 與 Bre之間的滯后 (或稱為回差 )使開關(guān)動(dòng)作更為可靠。 圖 39 霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖 霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖 39 如下。在非磁材料 的 圓盤邊上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近。圓盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈霍爾傳感器便輸出一個(gè)脈沖。通過單片機(jī)測量產(chǎn)生脈沖 的 頻率，就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速。同樣道理，根據(jù)圓盤 (車輪 )的轉(zhuǎn)速，再結(jié)合圓盤的周長就是計(jì)算 出物體的位移。如果要增加測量位移精度，可以在圓盤 (車輪 )上多增加幾個(gè)磁鋼。 由于傳感器內(nèi)部為集電極開路輸出，所以需外接一個(gè)上拉電阻，其阻值與電源電壓大小有關(guān)，一般取 1～ 2k，如圖 310所示。 18 圖 310 傳感器 輸出 電路 信號處理電路 設(shè)計(jì) 系 統(tǒng)的信號預(yù)處理電路由二級電路構(gòu)成，第一級是由開關(guān)三極管組成的零偏置放大器，采用開關(guān)三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應(yīng)。當(dāng)輸入信號為零或負(fù)電壓時(shí)，三極管截止，電路輸出高電平；而當(dāng)輸入信號為正電壓時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)輸出電壓隨著輸入電壓的上升而下降，這使得速度里程表既可以測量任意方波信號的頻率，也可以測量正弦波信號的頻率。由于放大器的放大功能降低了對待測信號的幅度要求，因此，系統(tǒng)能對任意大于 的正弦波和脈沖信號進(jìn)行測量。預(yù)處理電路的第二級采用帶施密特觸發(fā)器的反相器 DM74LS14 來把放大器生成的單相脈 沖轉(zhuǎn)換成與 COMS 電平相兼容方波信號，同時(shí)將輸出信號加到單片機(jī)的 口上。 利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋?zhàn)饔?，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入的信號只要幅度大于 VT+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號。 從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當(dāng)傳輸線上的電容較大時(shí)，波形的上升沿將明顯變壞；當(dāng)傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時(shí)，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當(dāng)其他脈沖信號通過導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號時(shí)，信號上將出現(xiàn)附加的噪聲。無論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。只要施密特觸發(fā)器的 VT+和 VT設(shè)置得合適，均能受到滿意的整形效果。信號預(yù)處理電路 如圖 311所示。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 30 M a y 20 09 S he e t of F i l e : E : \畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)測速 \ t a ng l e i .dd b D r a w n B y :RL 2KS N H123V C CV ou t 19 圖 311 信號預(yù)處理電路圖 I2C 總線概述 I2C 總線是一種用于 IC 器件之間連接的二線制總線。它通過 SDA（串行數(shù)據(jù)線）及 SCL（串行時(shí)鐘線 )兩根線在連到總線上器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識(shí)別每個(gè)器件 ， 不管是單片機(jī)、存儲(chǔ)器、 LCD驅(qū)動(dòng)器還是鍵盤接口。采用 I2C 總線標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)或 IC 器件，其內(nèi)部不僅有 I2C 接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對獨(dú)立模塊，通過軟件尋址實(shí)現(xiàn)片選，減少了器件片選線連接。 CPU 不僅能通過指令將某個(gè)功能單元電路掛靠或摘離總線，還可對該單元的工作狀況進(jìn)行檢測，從而實(shí)現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的既簡單又靈活的擴(kuò)展與控制。 傳統(tǒng)的單片機(jī)串行接口發(fā)送和接收一般都 各用一條線，如 MCS51 系列的 TXD和 RXD，而 I2C 總線則根據(jù)器件的功能通過軟件程序使其可工作于發(fā)送或接收方式。當(dāng)某個(gè)器件向總線上發(fā)送信息時(shí)，它就是發(fā)送器 (也叫主器件 )，而當(dāng)其從總線上接收信息時(shí)，又成為接收器 (也叫從器件 )。主器件用于啟動(dòng)總線上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時(shí)鐘以開放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件。 I2C總線的控制完全由掛接在總線上的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定。在總線上，既沒有中心機(jī)，也沒有優(yōu)先機(jī)。 I2C 總線的數(shù)據(jù)傳送格式是：在 I2C總線開始信號后，送出的第一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)是用來選擇從器件 地址的，其中前 7 位為地址碼，第 8 位為方向位 (R/W)。方1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 30 M a y 20 09 S he e t of F i l e : E : \畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)測速 \ t a ng l e i .dd b D r a w n B y :I N P U TR1200R210kN P NU1D M 74 L S 14P ( T 0)V C C 20 向位為 “0” 表示發(fā)送，即主器件把信息寫到所選擇的從器件；方向位為 “1” 表示主器件將從從器件讀信息。開始信號后，系統(tǒng)中的各個(gè)器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進(jìn)行比較，如果與主器件發(fā)送到總線上的地址一致，則該器件即為被主器件尋址的器件，其接收信息還是發(fā)送信息則由第 8位 (R/W)確定。 在 I2C 總線上每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限，但每一個(gè)字節(jié)必須為 8位，而且每個(gè)傳送字節(jié)后面必須跟一個(gè)認(rèn)可位（第 9 位），也叫應(yīng)答位（ ACK）。數(shù)據(jù)的傳送過程如圖 3所示。每次都 是先傳最高位，通常從器件在接收到每個(gè)字節(jié)后都會(huì)作出響應(yīng)，即釋放 SCL 線返回高電平，準(zhǔn)備接收下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主器件可繼續(xù)傳送。如果從器件正在處理一個(gè)實(shí)時(shí)事件而不能接收數(shù)據(jù)時(shí)，（例如正在處理一個(gè)內(nèi)部中斷，在這個(gè)中斷處理完之前就不能接收 I2C 總線上的數(shù)據(jù)字節(jié)）可以使時(shí)鐘 SCL 線保持低電平，從器件必須使 SDA 保持高電平，此時(shí)主器件產(chǎn)生 1個(gè)結(jié)束信號，使傳送異常結(jié)束，迫使主器件處于等待狀態(tài)。當(dāng)從器件處理完畢時(shí)將釋放 SCL 線，主器件繼續(xù)傳送。 存儲(chǔ)器電路 AT24C02 是美國 ATMEL 公司的低功耗 CMOS 串行 EEPROM，它是內(nèi)含 2568 位存儲(chǔ)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)。 AT24C02 的 3 腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在 AT89C2051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，在 AT89C2051 試驗(yàn)開發(fā)板上和單片機(jī)的 連接。第 6 腳 SCL 為串行時(shí)鐘輸入線，在 AT89C2051試驗(yàn)開發(fā)板上和單片機(jī)的 連接。 SDA 和 SCL 都需要和正電源間各接一個(gè) 的電阻上拉。第 7 腳需要接地。 AT24C02 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(dòng)加 1，以實(shí)現(xiàn)對下一個(gè)存儲(chǔ)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)。 AT24C02 是 CMOS2048 位串行 E2PROM，在內(nèi)部 的 組織成 2568 位。 AT24C02的特點(diǎn)是具有允許在簡單的二線總線上工作的串行接口和軟件協(xié)議。在本設(shè)計(jì)中用芯片 AT24C02 的 SDA 端與單片機(jī)的 口相連， SCL 端與單片機(jī)的 口相連。因?yàn)樵谶@個(gè) I2C 總線上只有一個(gè)器件，所以把 AT24C02 的地址設(shè)為 000，即 21 把 A0、 A A3 都接地。 單片機(jī)計(jì)算出來的里程數(shù)據(jù)通過 SDA、 SCL 向 AT24C02 輸送數(shù)據(jù)。單片機(jī)首先向 AT24C02 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(chǔ)存單元提取數(shù)據(jù)然后向 AT24C02 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 AT24C02 發(fā)送讀信號，然后確認(rèn)后，單片機(jī)從 AT24C02 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。 與單片機(jī)的接口 如圖 312 所示。 圖 312 AT24CO2與單片機(jī)的接口電路