【導(dǎo)讀】本文便是運(yùn)用AT89C51單片機(jī)控制的智能化轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x。中，需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，轉(zhuǎn)速是一個(gè)必不可少的一個(gè)參數(shù)。HIN232CPE電平轉(zhuǎn)換、及RS232構(gòu)成。詳細(xì)介紹了單片機(jī)的測(cè)量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)及PC. 機(jī)與單片機(jī)之間的串行通訊。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。本文重點(diǎn)是測(cè)量速度并。顯示在5位LED數(shù)碼管上。靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)。單片機(jī)技術(shù)在自動(dòng)控制領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，如汽車、航空、電話、作，因此它的出現(xiàn)給電子技術(shù)智能化和微型化起到了很大的推動(dòng)作用。隨著人們生活水平。的提高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們開始注重身體素質(zhì)的提高。臂如在火車、汽車、工廠許多地。行監(jiān)測(cè)，適時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量有效地可以反映電機(jī)的狀況。面向控制的大規(guī)模集成電路芯片。本系統(tǒng)通信部分是單片機(jī)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路HIN232CP之后，通過串口RS-232發(fā)送數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)具有大范圍、高精度等優(yōu)點(diǎn)、測(cè)量速度快，這種系統(tǒng)將會(huì)。，用時(shí)間曲線表示；節(jié)，利用軟件記數(shù)器、定時(shí)器0中斷的次數(shù)作為除數(shù)高字節(jié)。中斷完畢讀取內(nèi)部記數(shù)值作為

　　

【正文】 作磁場(chǎng)。被傳感的運(yùn)動(dòng)信息加在翼片上。這種方法的檢測(cè)精度較高，遮斷用的翼片根據(jù)不同的功能要求可以設(shè)計(jì)成不同的形狀 , 圖 8就是一些翼片的外形。 非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 圖 8 圖 9在霍爾集成電路背面放置磁體 也可將工作磁體固定在霍爾集成電路背面（外殼上沒打標(biāo)志的一面），如圖 9 所示讓被檢的鐵磁物體（例如鋼齒輪）從它們近旁通過，檢測(cè)出物體上的特殊標(biāo)志（如齒、凸緣、缺口等），得出物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 霍爾集成電路與外電路的接口 霍爾開關(guān)集成電路的輸出級(jí)一般是一 個(gè)集電極開路的 NPN 晶體管，其使用規(guī)則和一般的 NPN開關(guān)管相同。輸出管截止時(shí)，輸漏電流很小，一般只有幾 nA，可以忽略，輸出電壓和其電源電壓相近，但電源電壓最高不得超過輸出管的擊穿電壓（即規(guī)范表中規(guī)定的極限電壓）。輸出管導(dǎo)通時(shí)，它的輸出端和線路的公共地導(dǎo)通。因此，必須外接一個(gè)電阻器（即負(fù)載電阻器）來限制流過管子的電流，使它不超過最大允許值（一般為 20mA），以免損壞輸出管。 以與發(fā)光二極管的接口為例，對(duì)負(fù)載電阻器的選擇作一估計(jì)。若在 Io為 20mA（霍爾電路輸出管允許吸入的最大電流），發(fā)光二極管的正向壓 降非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的設(shè)計(jì) VLED=，當(dāng)電源電壓 VCC=12V 時(shí)，所需的負(fù)載電阻器的阻值（ 4）， 和這個(gè)阻值最接近的標(biāo)準(zhǔn)電阻為 560Ω ，因此，可取 560Ω 的電阻器作為負(fù)載電阻器。 圖 10 表示與各種電路的接口：（ a）與 TTL 電路； (b)與 CMOS 電路； (c)與 LED。 圖 10 霍爾開關(guān)與電路接口舉例 發(fā)送模塊 根據(jù)系統(tǒng)功能要求，要使單片機(jī)測(cè)量的轉(zhuǎn)速能夠向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，硬件電路中必須要考慮到單片機(jī)的發(fā)送部分，由于單片機(jī)通過串口發(fā)送出來的是 TTL邏輯電平（ 0V 和 5V），而計(jì)算機(jī) RS232 總線上輸入、輸出數(shù)據(jù)和 控制信號(hào)為 +12V 左右的電壓，單片機(jī)要和 PC 的上位機(jī)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(jì)采用的是集成芯片，一個(gè)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(jiǎn)單、方便容易，精確度高。本次所采用的是 HIN232CP，我們要對(duì)其外圍電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(shí)， PC 機(jī)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(jī) 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(hào) IC1反相后作為 CTS信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，同時(shí)還關(guān)閉與門 B2；使計(jì)算機(jī)不接收其它數(shù)據(jù)信號(hào)。 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 非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的設(shè)計(jì) RS232C是美國(guó)電氣工業(yè)協(xié)會(huì)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(jī) )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(hào)的邏輯 0電平為 +3V～ +15V。邏輯 1電平為 3V～ 15V。 電氣特性： EIARS232C對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)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(hào)有效（接通， ON狀態(tài)，正電壓）＝ +3V～ +15V 信號(hào)無效（斷開， OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）＝ 3V～ 15V RS232連接器 DB9 DB9是 RS232信號(hào)線的連接器，其連接器的機(jī)械特性見圖 (4－ 9)，表 41所示 RS232信號(hào)線 名稱、符號(hào)以及對(duì)應(yīng)在 DB9上的針腳號(hào)。 圖 49 連接器的機(jī)械特性 符 號(hào) 名 稱 引 腳 DCD RXD TXD DTR GND 接收信號(hào)載波檢測(cè) 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 1 2 3 4 5 非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的設(shè)計(jì) DSR RTS CTS RI DCE裝置就緒 請(qǐng)求發(fā)送 清除發(fā)送 振鈴指示 6 7 8 9 表 41 RS232信號(hào)線和 DB9引腳關(guān)系 RS232 signal lines and DB9pin relations 圖 4－ 10 電平轉(zhuǎn)換電路原理圖 霍爾傳感器 結(jié)構(gòu)和工作原理 霍爾曲軸和凸輪軸位置 傳感器 內(nèi)部都釆用了一個(gè)由霍爾開關(guān)集成電路和遮斷方式的磁路設(shè)計(jì)（圖 7 中 d 的磁路方式）制成的霍爾翼片 傳感器 ，該傳感器主要由霍爾集成電路、永久磁鐵和導(dǎo)磁片組成?；魻柤呻娐放c永磁鐵之間有 1mm 的間隙，導(dǎo)磁片又稱信號(hào)轉(zhuǎn)子安裝在進(jìn)氣凸輪上，用螺栓和座圈固定。信號(hào)轉(zhuǎn)子的隔板又叫做葉片，在隔板上有一個(gè)窗口，窗口對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的信號(hào)為低電平信號(hào)，隔板對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的信號(hào)為高電平信號(hào)。，當(dāng)信號(hào) 轉(zhuǎn)子隨進(jìn)氣凸輪軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，隔板和窗口從集成電路與永磁鐵之間的間隙中轉(zhuǎn)過。當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子的隔板進(jìn)入間隙時(shí)，霍爾集成電路中的磁場(chǎng)被旁路，霍爾元件上沒有磁力線穿過，霍爾電壓 UH 為零，非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 集成電路輸出級(jí)三極管截止， 傳感器 輸出的信號(hào)電壓為高電位，約 ；當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子的隔板離開間隙時(shí)，永磁鐵的磁通經(jīng)導(dǎo)磁片和霍爾元件集成電路構(gòu)成回路，集成電路輸出級(jí)三極管導(dǎo)通， 傳感器 輸出的信號(hào)電壓為 ，為低電位?；魻杺鞲衅鞴ぷ髟淼牧Ⅲw結(jié)構(gòu)圖見圖 11。 圖 11 霍爾 傳感器 工作原理的立體結(jié)構(gòu)圖 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，曲軸位置傳感器和凸輪軸位置 傳感器 產(chǎn)生的信號(hào)不斷地輸人 ECU。當(dāng) ECU 同時(shí)接收到曲軸位置傳感器大齒缺對(duì)應(yīng)的低電位信號(hào)（ 15176。 ）和凸輪軸位置 傳感器 窗口對(duì)應(yīng)的低電位信號(hào)時(shí)，可以識(shí)別出 1缸 活塞在壓縮上止點(diǎn)、 4 缸活塞處于排氣行程，并根據(jù)曲軸位置 傳感器 小齒缺對(duì)應(yīng)輸出的信號(hào)控制點(diǎn)火提前角。由于凸輪軸位置傳感器與曲軸位置傳感器同時(shí)輸出信號(hào)，凸輪軸位置傳感器信號(hào)作為判缸信號(hào)，所以凸輪軸位置傳感器也叫做同步信號(hào)傳感器 電平轉(zhuǎn)換器 HIN232CPE 由于 RS232C總線上傳輸?shù)男盘?hào)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(zhuǎn)換問題，下面就介紹一下電平轉(zhuǎn)換器 HIN232CPE。 非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的設(shè)計(jì) HIN232CPE能將 RS232C電平轉(zhuǎn)換成 TTL電平，也能將 TTL電平轉(zhuǎn)換成 RS232C電平，只需單 +5V 供電，由內(nèi)部升高電路產(chǎn)生 10V～ +12V。內(nèi)部有兩個(gè)發(fā)送器 (TTL 電平轉(zhuǎn)換為RS232C 電平 )和兩個(gè)接收器 (RS232電平轉(zhuǎn)換為 TTL 電平 )。 HIN232CPE芯片引腳排列和外部元件連接線路如圖 4－ 11所示。 圖 4－ 11 HIN232CPE 電平轉(zhuǎn)換器及外接元件圖 5 軟件設(shè)計(jì) 本章重點(diǎn)闡述測(cè)量轉(zhuǎn)速的匯編語言。以及軟件設(shè)計(jì)的過程。 軟件需要解決的是 單片機(jī)中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)、計(jì)算程序的設(shè)計(jì)、顯示部分的程序設(shè)計(jì)以及在我們這里非重點(diǎn)介紹的通信程序設(shè)計(jì)。 單片機(jī)轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)思路及過程 單片機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)速可以分為若干模塊，然后在主程序中調(diào)用各個(gè)模塊， 流程圖如下圖所示。 非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 圖 5－ 1 主程序流程圖 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路 計(jì)算轉(zhuǎn)速公式： n=60/NTc (r/min) 其中， N是內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，為三字節(jié)，分別由 TH0， TL0， VTT構(gòu)成； Tc為時(shí)基，由于采用 ，所以 Tc不在是 1um，而是 12M/約為 ， 帶 入 上 面 公 式 ， 即 可 得 到 轉(zhuǎn) 速 的 精 確 計(jì) 算 公 式 ： N=60*11059200/12N=55296000/N 再將 55296000化為二進(jìn)制存入單片機(jī)的內(nèi)存單元。 下面我們將介紹除數(shù)是如何獲得的： 單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量完成，定時(shí)器 T0作為內(nèi)部定時(shí)器，外部中斷來的時(shí)候讀取 TH0， TL0，并同時(shí)清零 TH0、 TL0，使定時(shí)器再次循環(huán)計(jì)內(nèi)部脈沖。此外，對(duì)于低速情況下，我們還要設(shè)定一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器 VTT，當(dāng)外部中斷還沒來而內(nèi)部定時(shí)器已經(jīng)溢出，產(chǎn)生定時(shí)器 0中斷時(shí)，開始 初 始 化 計(jì)算程序 BCD 碼轉(zhuǎn)換 非壓縮 BCD 轉(zhuǎn)換 顯 示 程 序 返 回 非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 增加 VTT，作為三字節(jié)中的高字節(jié)。三字節(jié)組成除數(shù)，上面的常數(shù)為四字節(jié)，所以計(jì)算程序?qū)嶋H上就是調(diào)用一個(gè)四 字節(jié)除三字節(jié)商為兩字節(jié)（最高轉(zhuǎn)速 36000r/min足夠）的程序。 為數(shù)碼管能夠顯示出來，需將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，在將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為非壓縮 BCD 碼后，才能調(diào)用查表程序，最后送顯示。 單片機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序 由于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能是將霍爾傳感器的信號(hào)送到單片機(jī)的外部中斷口，再對(duì)周期方波進(jìn)行內(nèi)部計(jì)數(shù)，調(diào)用計(jì)算程序把轉(zhuǎn)速測(cè)出來?？梢哉f是核心部分，流程圖如圖所示： 圖 5－ 2 計(jì)算程序流程圖 計(jì)算程序中又再次調(diào)用了除法程序，這里的除法為四字節(jié)除三 字節(jié)商為兩字節(jié)，除法的程序的編程思想可以和手工計(jì)算的除法相似，比較減法的思想，流程圖如圖 53所示具體程序見附錄。 二 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序 計(jì)算程序計(jì)算出來的數(shù)據(jù)為二進(jìn)制，存到 50H、 51H單元中以便發(fā)送程序中調(diào)用傳送數(shù)被除數(shù)初始化 讀取定時(shí)值 調(diào)用除法程序 返 回 開 始 非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 據(jù)到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可識(shí)別二進(jìn)制，然而，我們需要在 LED上顯示，查表程序需要拆分的BCD碼，所以二進(jìn)制必須先轉(zhuǎn)換成 BCD后才能拆分。這里介紹將（ R2R3）中的 16位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為壓縮 BCD碼十進(jìn)制整數(shù)送 R R R6。 Y N 圖 5－ 3 除法程序流程圖 除 法 移位次數(shù) 計(jì)數(shù)器 被除數(shù)左移 1 位 被除數(shù) 除數(shù) 上商 1，減去除數(shù) 上商 0 計(jì)數(shù)器減 1 計(jì)數(shù)器 =0？ 返回 非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 按照數(shù)制轉(zhuǎn)換方法可以畫出流程圖。 圖 5－ 4 雙字節(jié)整數(shù)二翻十程序流程圖 單片機(jī)顯示部分可以用來顯示計(jì)算出來的數(shù)據(jù)的。在程序設(shè)計(jì)中，在 AT89C51RAM存貯器中的四個(gè)顯示緩沖器單元 30H－ 34H，分別存放著由計(jì)算出來的轉(zhuǎn)速的 BCD碼進(jìn)行拆分后的非壓縮 BCD碼數(shù)據(jù)， AT89C51的 P1口掃描輸出總是只有一位為低電平、其它位為高電平，AT89C51的 P0口相應(yīng)位的顯示數(shù)據(jù)的段數(shù)據(jù)，使該位顯示出一個(gè)字符，其它們?yōu)榘?，依次地改?P1口輸出為低高的位， P0口輸出對(duì)應(yīng)的段數(shù)據(jù)， 5位 LED顯示器就顯示出由緩沖器中顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。 開始 0R R R6 16R7 C（ R2R3）左移 1 位（移出位 bi在 C 中） 2*（ R4R5R6） +C R4R5R6（十進(jìn)制運(yùn)算） （ R7） 1— R7=0？ 返 回 非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 顯示部分程序分為兩部分：十進(jìn)制 BCD轉(zhuǎn)換成非壓縮 BCD碼；查表程序顯示數(shù)據(jù)。 雙字節(jié)整數(shù)拆分程序流程圖如圖 55 圖 5－ 5 雙字節(jié)整數(shù)拆分程序流程圖 開 始 高字節(jié) R4 送 30H R5 與 0F0H 相與交換后送 31H R5 與 0FH 相與后送 32H R6 與 0F0H 相與交換后送 33H R6 與 0FH 相與后送 34H 返 回 非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 顯示程序流程圖如圖 56所示 ：