【正文】 整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程是對(duì)自己大學(xué)三年所學(xué)知識(shí)歸納總結(jié)和應(yīng)用，也就是把理論知識(shí)用到實(shí)踐之中去。另外一方面，在自己的親身實(shí)踐中，也發(fā)現(xiàn)了自己的一些不足的地方，有待進(jìn)一步提高與改善。但看到自己的成果時(shí)，所有的艱辛與疲倦都拋到了九霄云外。 關(guān)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，感受頗多。 16 致 謝 本文介紹的應(yīng)用于霍爾傳感器系統(tǒng)在電機(jī)轉(zhuǎn)速這一領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量以及和 PC通信的數(shù)據(jù)傳送。 首先，鞏固了以前學(xué) 習(xí)的知識(shí)，更深層次地研究和學(xué)習(xí)電子方面的知識(shí)和原理； 其次，加強(qiáng)了單片機(jī)知識(shí)的掌握，提高了對(duì)單片機(jī)鍵盤模塊、顯示模塊、測(cè)量模塊等周邊模塊應(yīng)用的能力，特別是在調(diào)試過(guò)程中掌握了軟件和硬件充分結(jié)合的調(diào)試方法，體會(huì)到了實(shí)踐中得出理論、理論中去實(shí)踐的研究學(xué)習(xí)過(guò)程。 。 本畢業(yè)課題是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以下功能： ，輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理后，通過(guò)單片機(jī)對(duì)連續(xù)脈沖計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量； LCD1602液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示所測(cè)得的轉(zhuǎn)速值； 。 （ 3）超過(guò)了預(yù)定的高速值或低于預(yù)定的低速值時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)相應(yīng)的燈亮。 由于在虛擬仿真電路圖中，沒(méi)有電機(jī)及傳感器， 在 Proteus 軟件里仿真的效果圖如下所示： 14 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 調(diào)試結(jié)果，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期各個(gè)功能： （ 1）在 LCD 液晶顯示器上實(shí)時(shí)顯示測(cè)得的轉(zhuǎn)速值。若出現(xiàn)問(wèn)題，可與 Proteus 設(shè)計(jì)與仿真相互配合調(diào)試，直至運(yùn)行成功（簡(jiǎn)稱實(shí)際產(chǎn)品安裝、運(yùn)行與調(diào)試）。在計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)電工基礎(chǔ)，模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)等課程，并進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試等。一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一套電子仿真軟件，在加上一本虛擬實(shí)驗(yàn) 教程，就可相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室。此外， Proteus 還提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)。 L C D 液 晶 顯 示 初 始 化定 時(shí) /計(jì) 數(shù) 器 初 始 化C P U 開 中 斷定 時(shí) 器 T 0開 中 斷啟 動(dòng) 定 時(shí) 器 T 0， 計(jì) 數(shù) 器 T 1開 始等 待 中 斷 圖 43主程序流 程圖 13 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 Protues 仿真 Proteus 軟件是一種低投資的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達(dá) 30多個(gè)元件庫(kù)。蜂鳴器程序主要完成報(bào)警功能。中斷程序主要完成定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。 軟件總體框圖見(jiàn)圖 42。 12 軟件總體設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)要求，對(duì)軟件進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)，該軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能是在單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)，在計(jì)算出轉(zhuǎn)速后進(jìn)行顯示，設(shè)定按鍵的各個(gè)功能，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。很多處理器支持 C編譯器，這意味著對(duì)新的處理器也能很快上手，而不必知道處理器的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這使得用 C 語(yǔ)言編寫的程序比匯編程序有更好的可移植性。 用 C 語(yǔ)言編寫程序比用匯編編寫程序更符合人們的思考習(xí)慣，開發(fā)者可以更專心地考慮算法 而不是考慮一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，這樣就減少了開發(fā)和調(diào)試時(shí)間。 C 語(yǔ)言具有良好的模塊化，容易閱讀和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。與匯編相比， C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。運(yùn)行 Keil 軟件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16MB 或更多 RAM、 20MB 以上空閑的硬盤空間、 Win9 NT、 Win20 WinXP 等操作系統(tǒng)。 11 第四章 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件是目前流行的用于開發(fā) 51 系列單片機(jī)的軟件。若測(cè)得的轉(zhuǎn)速值高于所設(shè)計(jì)的高速值時(shí)，則發(fā)光二極管 DS5亮。 圖 313 蜂鳴器報(bào)警電路 蜂鳴器的正極性的一端連接到 5V電源上面，另一端連接到三極管的集電極，三極管的基極和一個(gè) 1K的電阻串聯(lián)由單片機(jī)的 ，當(dāng) ，電路導(dǎo)通，蜂鳴器響，當(dāng) ，電路不導(dǎo)通，蜂鳴器不響，由 101010‥的高低電平，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路報(bào)警。 蜂鳴器發(fā)聲原理：電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它， 單片機(jī) IO 引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的 TTL 電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。 圖 312 鍵盤電路圖 由圖和相應(yīng)的鍵的鍵值定義的各個(gè)鍵的功能如下： S1~S4 號(hào)鍵： 高速值 10，高速值 1，高速值 +1，高速值 +10； S5~S8 號(hào)鍵： 低速值 10，低速值 1，低速值 +1，低速值 +10； 10 S9~S12 號(hào)鍵： 無(wú)定義； S13~S16 號(hào)鍵： 按鍵聲開，按鍵聲關(guān)，報(bào)警聲開，報(bào)警聲關(guān)。 P1的 8條 I/O口線分為 4條行線和 4條列線 ， ， ， 按鍵開關(guān)的兩端分別接在行線和列線上。例如 4*4的行、列結(jié)構(gòu)可組成 16個(gè)鍵的鍵盤，比一個(gè)鍵位用一根 I/O 接口線的獨(dú)立式鍵盤少了一半的 I/O 接口線。當(dāng)按鍵數(shù)量較少時(shí)，用獨(dú) 立鍵盤較合適。 電路設(shè)計(jì)如下圖 311所示。 第 16腳：背光源負(fù)極。 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng) RS 和 R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 4腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 2腳： VDD 接 5V正電源。 字符尺寸 : (W H)mm。 工作電流 :()； 顯示容量 :16 2個(gè)字符； 字符型 LCD1602 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD，多出來(lái)的 2條線是背光電源線 VCC(15 腳 )和地線 GND(16 腳 )，其控制原理與 14腳的 LCD完全一樣。R13 的作用是限流。二極管 DS6 作為一個(gè)指示信號(hào)。 電源抑制比 100dB. 設(shè)計(jì)的脈沖信號(hào)調(diào)理電路圖見(jiàn)圖 39。 輸出電壓擺幅大 (0 至 ) 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 低輸入偏流 15V) 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?(3— 30V)； 雙電源 (177。 直流電壓增益 高 (約 100dB) 圖 38 LM358 管腳圖 LM358的特性 (Features): 它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。 該設(shè)計(jì)在信號(hào)處理電路中選用 LM358進(jìn)行設(shè)計(jì)。 圖 36開關(guān)型霍爾傳感器工作特性 霍爾傳感器的電路圖見(jiàn)圖 37 圖 37 霍爾傳感器電路圖 其中， A44E 霍爾元件的 1腳接 +5V 電源， 2 腳接地， 3腳是輸出端，接 LM358 的 3 腳作為輸入信號(hào)。這樣 2次高低電位變換，使霍爾傳感器完成了 1次開關(guān)動(dòng)作。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到“釋放點(diǎn)” (即 rpB )時(shí)，觸發(fā)器 D 輸出低電壓，使三極管 E 截止，輸出端 V。 工作溫度： 4085攝氏度； 它內(nèi)部 由穩(wěn)壓器 A、硅霍爾片 B、差分放大器 C、施密特觸發(fā)器 D和 OC門輸出 E五部分組成，如圖 35 所示．從輸入端 1輸入電壓 Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器 A穩(wěn)壓后加在硅霍爾片 B 的兩端，以提供恒定不變的工作電流．在垂直于霍爾片的感應(yīng)面方向施加磁場(chǎng)，產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差 Vw，該信號(hào)經(jīng)差分放大器 c 放大后送至施密特觸發(fā)器 D整形．當(dāng)磁場(chǎng)達(dá)到“工作點(diǎn)”(即 Bop)，見(jiàn)圖 36，觸發(fā)器 D輸出高電壓 (相對(duì)于地電位 )，使三極管 E 導(dǎo)通，輸出端 V。 工作電流： 20mA。 輸入電壓： 。 釋放點(diǎn)： 25430； 它的性能參數(shù)為： 霍爾傳感器原理圖見(jiàn)圖 34?；魻栯妱?shì) Uh=KhIB(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) )。它是近年來(lái)為適應(yīng)信息采集的需要而迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型傳感器，這類傳感器具有工作頻帶寬，響應(yīng)快、面積小、靈敏度高、無(wú)缺點(diǎn)、便于集成化、多功能化等優(yōu)點(diǎn)，且易與計(jì)算機(jī)和其它數(shù)字儀表接口，因此被廣泛用于自 動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)控制、信息傳遞、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。電源電路圖見(jiàn)圖 33. 圖 33 電源電路圖 當(dāng)開關(guān) S1 按下時(shí)，二極管綠燈亮，此時(shí)電源電路接通，各模塊可以開始正常工作。 圖 32 復(fù)位電路圖 5 其中電容接 VCC，電阻接地， RESET 腳接在它們中間，電容選擇 10uF，按鈕與電容并聯(lián)，后與 10K 電阻串聯(lián)，就成了按鈕復(fù)位電路。在時(shí)鐘電路工作以后，當(dāng)外部電路使得 RST端出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期（ 24個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平，系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)位。當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行程序出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，也可重新啟動(dòng)。 綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用 30pf 的電容，晶振的頻率采用 12MHZ,時(shí)鐘電路在本系統(tǒng)中采用并聯(lián)方式，最后連接在單片機(jī)的 18 腳和 19腳，其電路圖見(jiàn)圖 31。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器的頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)反相放大器， XTAL XTAL2 分別為反相放大器的輸入和輸出端，接晶振和兩個(gè)負(fù)載電容元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。 時(shí)鐘電路 單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊的工作。采用矩陣鍵盤對(duì)高速、低速值進(jìn)行加減以及按鍵聲、報(bào)警聲的相關(guān)設(shè)置，當(dāng)測(cè)得的轉(zhuǎn)速值超過(guò)高速或不足低速值時(shí)，就實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能。處理器采用 AT89C51 單片機(jī)，負(fù)責(zé)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 圖 35轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)框圖 其中傳感器部分采 用 A44E 開關(guān)型霍爾傳感器，負(fù)責(zé)將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)。電機(jī)測(cè)速原理是 在非磁材料的圓盤邊上粘貼兩塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁鋼經(jīng)過(guò)霍爾傳感器正前方，改變了磁通密度，電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，霍爾傳感器便輸出兩個(gè)脈沖，隨著轉(zhuǎn)盤的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，就不斷產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)放大整形電路后送入單片機(jī)處理，轉(zhuǎn)化為計(jì)數(shù)脈沖，脈沖信號(hào)的頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)速度成正比，根據(jù)單位時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖數(shù)，就可獲得被測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速。由于本系統(tǒng)中所測(cè)的電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，且基于 M法的測(cè)量，其電路和程序均較為簡(jiǎn)單，所以本設(shè)計(jì)中采用 M 法進(jìn)行測(cè)量。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用的方法 通過(guò)分析可知， M法適合于高速測(cè)量，當(dāng)轉(zhuǎn)速越低，產(chǎn)生的誤差會(huì)越大。因此要求脈沖的上升沿（或下降沿）陡峭以及計(jì)數(shù)和定時(shí)嚴(yán)格同步。 PPT60n? 式（ 24） 即： 260n Pmfc? 式（ 25） 式