【正文】 的 編程 設(shè)計 采用 C51 語言 ， 并采用模塊化的編程思想，這樣的軟件設(shè)計有 較高的編程效率。 運用 AT89S52 單片機、霍爾傳感器、 LCD1602 液晶顯示器等器件設(shè)計出一種智能化測速系統(tǒng)。 測試結(jié)果表明對電動機轉(zhuǎn)速的測量精度還是比較高的，基本能夠滿足 本次 設(shè)計 的測試需要， 并有 有一定的實際應(yīng)用價 值 。 硬件電路 的組成 主要 分為 AT89S52 單片機、霍爾傳感器 測速裝置 、 小型直流電動機、反相器 74LS、 LCD1602 液晶顯示電路構(gòu) 等 。 在編程時應(yīng)該對主要的程序模塊進行注釋加以說明，這樣方便以后的修改 和閱讀 。 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn) 3 2 系統(tǒng)總體設(shè)計 硬件電路的總體設(shè)計 參考前人曾經(jīng)設(shè)計出的的經(jīng)典電路，并選出適合本系統(tǒng)相關(guān)的電路模塊。利用 ProtelDXP 軟件 設(shè)計出系統(tǒng)的電路原理圖 并生成 PCB 圖紙 。 霍爾傳感器檢測和轉(zhuǎn)換電路電路 、 LCD1602 液晶顯示電路、單片機復(fù)位電路 、 時鐘電路 、隔離電路 等設(shè)計模塊 將會 在下面的章節(jié)中有更詳盡的介紹。 圖 21 系統(tǒng) 的 總體 設(shè)計框圖 軟件的總體設(shè)計 本系統(tǒng) 軟件 部分的設(shè)計主要 是 對 定時器 T0 和 AT89S52 的外部中斷 的 設(shè)定 。調(diào)用 數(shù)據(jù)處理子 程序 并 計算 出電動機的 轉(zhuǎn)單片機復(fù)位電路 AT89S52 邏輯運算單元 LCD 液晶顯示電路 單片機時鐘電路 霍爾傳感器檢測和轉(zhuǎn)換 電路電 路 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn) 4 速，再 調(diào)用 液晶 LCD1602 的 顯示 子 程序，在 液晶 LCD1602 上 實時的 顯示 電動機的轉(zhuǎn)速 。 首先應(yīng) 設(shè)計出系統(tǒng)的主函數(shù)模塊的工作流程圖，并依次設(shè)計出 外部中斷（ ） 的服務(wù)程序子程序 ， 對其脈沖數(shù)進行 記數(shù)和計算。 本 系統(tǒng) 使用的 AT89S52 型 單片機 需 要 的 晶振 頻率為 12MHZ。 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn) 5 3 硬件 設(shè)計 1879 年，美國物理學(xué)家霍爾（ E Hall， 1855~1938）經(jīng)過大量的實驗發(fā)現(xiàn)：如果讓一恒定的電流通過一金屬片，并將薄片至于強磁場中，在金屬片的另外兩側(cè)將產(chǎn)生于磁場強度成正比的電動勢。但是 霍爾效應(yīng)在金屬物體內(nèi)部通常是非常微弱的，故在當時 人們 并沒有對這種現(xiàn)象加以重視。由于大規(guī)模集成電路的制造工藝有了很大的提升， 半導(dǎo)體的制造工藝也得到了迅猛發(fā)展，與此同時 霍爾效應(yīng)比 金屬物體十分 明顯的半導(dǎo)體材料 也被人們大量發(fā)現(xiàn) 。 本次論文正式基于霍爾傳感器的霍爾效應(yīng)，把電動機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成對應(yīng)比例的脈沖電壓，利用 AT89S52 型 單片機對 電動機 脈沖 進行 技術(shù)處里， 并 在 LCD1602 液晶顯示器上實時地顯示電動機的轉(zhuǎn)速。 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40AT89S5212Y122uFC322pFC122pFC2VCC VCCS11KR1200R2VCCGNDA1B2TAP310KRH1vss1VDD2VEE3RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714BLA15BLK16LCD1602液晶0011223344556677888*10KRP1VCCVCCGNDVCCGNDVCC霍爾脈沖信號GNDVCC 圖 31 系統(tǒng)電路原理 圖 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn) 6 傳感器 電路 霍爾傳感器工作原理 當金屬或半導(dǎo)體的薄片器件放置在一定的磁感應(yīng)強度的磁場中 ， 并保證 金屬或半導(dǎo)體薄片 垂直于磁場方向放置， 當電流大小為 I 的電流源 通過 金屬或 半導(dǎo)體薄片 時 ，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢 E，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)（ Hall Effect），該電動勢成為霍爾電動勢（ Hall EMF），上述半導(dǎo)體薄片 稱 為霍爾元件（ Hall Element）。 圖 32 霍爾效應(yīng)原理圖 在參雜濃度很低、電阻率很大的 N 型襯底上用雜質(zhì)擴散法制作出 導(dǎo)電區(qū)，它的厚度非常薄，電阻值約幾百歐姆。其中一對成為激勵電流端，另一對成為霍爾電動勢輸出端。 將電流 I 通入霍爾元件的電流輸入端，將霍爾元件垂直放入磁場中，設(shè)此時 磁場 的磁感應(yīng)強度為 B。 這樣流過霍爾元件的電子同時受到 羅倫磁力 和 電場力 的作用 ，而且這兩個力的方向相反 。最后 | = |時，電子的積累達到動態(tài)平衡。 通過大量的 實驗 得 知， 通過半導(dǎo)體薄片的電流越大加在其上的 磁場強度 B 越強 ，轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn) 7 在半導(dǎo)體薄片的對應(yīng)面之間形成 電動勢 就越高 。 當霍爾元件與磁場方向不垂直時 ， 磁感應(yīng)強度 B 的方向 與霍爾元件將有一個角度設(shè)為 θ ，則實際上加在霍爾傳感器上的有效作用將會 下降。 由此得知 霍爾電動勢的方向 將隨 磁感應(yīng)強度 B 方向 的改變而改變。鑒于霍爾傳感器的以上特性，應(yīng)保持磁感應(yīng)強度 B 垂直于霍爾元件。它 有很多的優(yōu)點，比如 體積比較 小、重量 也比較 輕、功耗 較 低 、 耐震動 性好 、 不怕灰塵、水汽及煙霧 等， 鑒于這么多的優(yōu)點集成霍爾傳感器得到了大規(guī)模的使用。則用單片機處理 開關(guān)型集成霍爾傳感器 的輸出信號顯得十分方便。也可以將霍爾傳感器做成帶螺紋的探頭，這樣的設(shè)計方便安裝 使用 。 極小的尺寸外形，使得霍爾傳感器能夠進行多點的檢查， 這樣可以 提高檢測的精確度 ， 可 方便 微型計算機對霍爾傳感器的輸出端進行數(shù)據(jù)處理。 本次系統(tǒng)設(shè)計所采用的霍爾傳感器 A3144 是 Allegro MicroSystems 公司生產(chǎn)的寬溫、開關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器， 霍爾傳感器 A3144 的工作溫度為 40℃～ 150℃。本次設(shè)計采用的是 3 腳直插式封裝 器件 ， 器件 后綴為“ UA”。 它能在 矩形或者柱形 永久性磁鐵所產(chǎn)生的 單磁極磁感應(yīng)強度 下工作。 需要注意的是霍爾傳感器的輸出端應(yīng)接 10K 的上拉電阻。 并選用銅制的柱形支架把圓柱形永久性磁鐵固定 在待測電機的 軸上， 為防止電動機在高速旋轉(zhuǎn)時小磁鐵被甩出，需要用膠帶再次固定小磁鐵。 安裝時應(yīng)保證圓柱形永久性磁鐵 的磁極與霍爾傳感器的表面相垂直， 用扎帶將小直流電動機固定好。 測速裝置的 安裝如圖 35。 光電耦合器的工作原理如圖 37， 當電流從 光電耦合器的輸入端 進入后， 發(fā)光二 極 管 開始正向?qū)úl(fā)光。對于 脈沖 電信號 ，當輸入 端 為低電平 0 時，光敏三極管截止，輸出為高電平 1；當輸入為 段為 高電平 1 時，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平 0。 本次設(shè)計采用的 光 電 耦合器性能較好 且 價格便宜， 試驗表明能夠很不錯的實現(xiàn) 輸入輸出間 的 互相隔離 ，提高了 本系統(tǒng)測量 的精確度 。 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn) 10 圖 36 光電耦合器 圖 37 光電耦合器 電路 原理圖 在光電耦合器的輸出端還可以接 74LS04 反向器，反向器的加入再次增強了本系統(tǒng)的抗干擾 性。 本系統(tǒng)只使用 74LS04 反向器內(nèi)部的兩組反向器，讓引腳 2 和引腳 3 短接在一起，引腳 1 接光電耦合器的輸出端，引腳 4 接單片機的外部中斷 0 端口。 74LS04 反向器的使用可以參照圖 38。 可以把邏輯控制單元（ AT89S52 單片機） 部分分為 時鐘電路、 處理執(zhí)行 電路 和 復(fù)位電路 三 個部分。 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機是一種高效微控制器而且價格便宜、容易操作。 AT89S52 型 單片機 的使用可以參照圖 39。 ：接地 。 P0口由輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動及控制電路組成。本系統(tǒng)只用到 P0 的普通 I/O 口 。 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn) 12 口： P2 口 是 一個內(nèi)部 有 上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流 。 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。本系統(tǒng)的設(shè)計用到了 引腳的外部中斷 0 請求。當 單片機復(fù)位 時， 需 要保持 RST 腳兩個機器周期以上 的高電平時間。 表 31 P3 口的第二功能 引 腳 第二功能 信 號 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 請求 外部中斷 1 請求 定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)輸入 定時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)輸入 外部 RAM 寫選通 外部 RAM 讀選通 數(shù)據(jù)來 源：單片機應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，中國電力出版社 8./EA/VPP： 當 EA 為高電平時， 單片機訪問的是內(nèi)部程序儲存器。本次系統(tǒng)的設(shè)計 只用到了內(nèi)部程序儲存器， 故 需要將 EA 接高電平 VCC。 ：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 本次系統(tǒng) 的 設(shè)