【正文】 文首先在第二 章緒論介紹了此系統(tǒng)的功能、技術(shù)指標(biāo)以及主要內(nèi)容等；在第三章論述了總體設(shè)計(jì)過程 ,確定了技術(shù)指標(biāo)及器件的選擇；第四章著重描述了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)框圖及所使用的各種芯片功能與特性 ； 在第五章中重點(diǎn)剖析了軟件設(shè)計(jì)的過程；最后在第六章中具體論述單片機(jī)、電平轉(zhuǎn)換電路、通信的處理及調(diào)試。 單片機(jī)的英文名稱是 Micro Controller unit,縮寫為 MCU，又稱為微控制器，它是一種面向控制的大規(guī)模集成電路芯片。 本系統(tǒng)主要由傳感器，單片機(jī) AT89C51 構(gòu)成。 關(guān)鍵字： MSC51（單片機(jī)）； 轉(zhuǎn)速； 傳感器 2 目 錄 摘 要 ...................................................... 1 Abstract .................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 本文重點(diǎn)是測(cè)量速度并顯示在 5 位 LED 數(shù)碼管上。 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。本系統(tǒng)就是對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，并可以和 PC 機(jī)進(jìn)行通信，顯示電機(jī) 的轉(zhuǎn)速，并觀察電機(jī)運(yùn)行的基本狀況。 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。數(shù)字式通常采用光電編碼器，霍爾元件等為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是脈沖信號(hào)。 1 摘 要 在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測(cè)速發(fā)電機(jī)為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是模擬量。隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，特別是高性能價(jià)格比的單片機(jī)的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測(cè)量普遍采用以單片機(jī)為核心的數(shù)字式測(cè)量方法。電機(jī)在運(yùn)行過程中，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)。 本設(shè)計(jì)主要用 AT89C51 作為控制核心， 由霍爾傳感器、 LED 數(shù)碼顯像管 、 HIN232CPE 電平轉(zhuǎn)換 、 及 RS232 構(gòu)成。 充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。 其優(yōu)點(diǎn)硬件 是 電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善， 測(cè)量速度快、精度高、 控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn) 。 1 序 言 .................................................... 1 2 系統(tǒng)功能分析 .............................................. 1 系統(tǒng)功能概述 ......................................... 2 系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容 ................................... 2 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .............................................. 3 硬件電路設(shè)計(jì)思路 ..................................... 4 軟件設(shè)計(jì)思路 ......................................... 4 4 硬件電路設(shè)計(jì) .............................................. 5 單片機(jī)模塊 ........................................... 6 處理執(zhí)行元件 ................................... 6 時(shí)鐘電路 ...................................... 10 復(fù)位電路 ...................................... 11 顯示電路 ...................................... 12 霍爾傳感器簡(jiǎn)介 ...................................... 15 霍爾器件概述 .................................. 15 霍爾傳感器的應(yīng)用 .............................. 16 AH41 霍爾開關(guān) .................................. 17 發(fā)送模塊 ............................................ 18 5 軟件設(shè)計(jì) ................................................. 22 單片機(jī)轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)思路及過程 ........................ 22 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路 ............................ 22 單片機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序 ............................ 23 二 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序 ............................. 24 程序設(shè)計(jì) ............................................ 27 6 系統(tǒng)調(diào)試 ................................................. 29 硬件調(diào)試 ............................................ 29 軟件調(diào)試 ............................................ 30 綜合調(diào)試 ............................................ 32 故障分析與解決方案 .................................. 33 結(jié)論與經(jīng)驗(yàn) .......................................... 34 3 參考文獻(xiàn) ................................................... 36 致 謝 ................................................... 37 附 錄 ................................................... 38 附錄 1 電路原理圖 ....................................... 38 附錄 2 元器件清單 ....................................... 39 1 1 序 言 智能化轉(zhuǎn) 速測(cè)量可以對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，電機(jī)在運(yùn)行的過程中，需要對(duì)其平穩(wěn)性進(jìn)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。可以對(duì)大范圍轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的轉(zhuǎn)速精度高，還可以和 PC 機(jī)時(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量。它具有功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、應(yīng)用簡(jiǎn)單靈活，因而使用非常廣泛，有力地推動(dòng)各行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和更新?lián)Q代。 由于本人水平有限，加之時(shí)間倉促，論文中難免會(huì)有錯(cuò)誤和不足之外，不夠理想、許多方面還需要繼續(xù)完善和改進(jìn)。在此特別感謝我的指導(dǎo)老師郭順京老師的大力指導(dǎo)。記錄各時(shí)段的轉(zhuǎn)速，畫出 VT 坐標(biāo)圖。 傳感器電路、轉(zhuǎn)速測(cè)量、 LED 顯示、電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)等 將在以下章節(jié)作詳細(xì)地設(shè)計(jì)。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)有良好的應(yīng)用。 主要內(nèi)容： （ 1） 單片機(jī)部分主要完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量 （ 2） LED 部分主要是把轉(zhuǎn)速顯示出來，顯示范圍 6036000r/min （ 3） 發(fā)送部分主要是完成電平轉(zhuǎn)換，送 RS232 向 PC發(fā)送數(shù)據(jù)。 單片機(jī)可通過編程控制外圍部 件，能實(shí)現(xiàn)較高的自動(dòng)化程度。 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4 硬件電路設(shè)計(jì)思路 硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。另由于 PC系列微機(jī)串行口為 RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口，與輸入、輸出均為 TTL電平的 89C51單片機(jī)在接口規(guī)范上不一致，因此 TTL 電平到 RS－ 232接口電平的轉(zhuǎn)換采用 HIN232CP接口芯片，該芯片可以用單電壓 （ +5V） 實(shí)現(xiàn) RS232接口邏輯 “1” （ 3V～ 15V） 和邏輯 “0” （ +3V～ +15V） 的電平轉(zhuǎn)換。 圖 31 單片機(jī)部分硬件框圖 具體詳細(xì)的敘述將在下面的章節(jié)中逐一介紹。顯示部分、需要有一個(gè)二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)化程序，以及轉(zhuǎn)換成非壓縮 BCD 的程序后、才能進(jìn)行調(diào)用查表程序送到顯示。 軟件工作流程： 霍爾傳感器利用磁電效應(yīng)產(chǎn)生一周期脈沖向單片機(jī)的外部中斷 0（ ） 口 發(fā)送一個(gè) 中斷 信號(hào)， 定時(shí)器工作在內(nèi)部定時(shí)， TH0、TL0 設(shè) 定初值為 0，作為除數(shù)的低兩字節(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)。（同時(shí)調(diào)用傳送程序向上位機(jī)送數(shù)據(jù)，這里不是本文重點(diǎn)） 轉(zhuǎn)速部分軟件設(shè)計(jì)思路： AT89C51單片機(jī)的 號(hào)。調(diào)用兩字節(jié)二進(jìn)制 三字節(jié)十進(jìn)制 （ BCD） 轉(zhuǎn)換子程序 BCD，再調(diào)用十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成非壓縮 BCD程序 CBCD、 最后調(diào)用查表程序送顯示。軟件的具體設(shè)計(jì)我們將在下面的章節(jié)中作詳細(xì)介紹。 整個(gè)單片機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)為單片機(jī)控制模塊、霍爾傳感器模塊、發(fā)送模塊，各個(gè)模塊都承擔(dān)著 各自的任務(wù)。在整個(gè)電路設(shè)計(jì)時(shí)要考慮電平轉(zhuǎn)換電路，具體每一部分的設(shè)計(jì)將在以下章節(jié)中詳細(xì)分析。 處理執(zhí)行元件 單片機(jī)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(diǎn)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 7 圖 41 AT89C51引腳圖 主要特性： 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 128*8位內(nèi)部 RAM 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 可編程串行通道 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說明： ：供電電壓 ； ：接地 ； 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏 極 開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 4－ 1 所示： ：復(fù)位輸入。 ：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出 正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。 9 表 41 P3口的第二功能 The second feature I P3 引 腳 第二功能 信 號(hào) 名 稱 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 串行數(shù)據(jù)接收 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 外部中斷 0 請(qǐng)求 外部中斷 1 請(qǐng)求 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0計(jì)數(shù)輸入 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1計(jì)數(shù)輸入 外部 RAM 寫選通 外部 RAM 讀選通 P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。另外，該引腳被略微拉高。 9./PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。注意加密方式 1時(shí)， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 ：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 振 蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石 英 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā) 10 器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在閑置模式下， CPU停止工作。在掉電模式下，保存 RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 MCS51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的典型值為 12MHZ MCS51內(nèi)部都有一個(gè)反