【正文】 兩種形式：1)模擬量量化后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，由數(shù)字量反映角度，供單片機(jī)計(jì)算處理，得出轉(zhuǎn)速。由于傳感器接受到的信號(hào)都是比較微弱的，此外，外部信號(hào)的接受頻率各不相同，單片機(jī)無(wú)法接受到相應(yīng)的信號(hào)，此時(shí)，必須對(duì)采集到的電流或者電壓信號(hào)進(jìn)行放大，整形和倍頻就是利用集成電路的放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，另外，有些采集的信號(hào)可能會(huì)對(duì)其他測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生干擾，整形和倍頻電路中可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，從而讓單片機(jī)接收到需要檢測(cè)的信號(hào)。關(guān)于此系統(tǒng)的單片機(jī)介紹見(jiàn)后文。另外，單片機(jī)經(jīng)過(guò)處理后的信號(hào)屬于數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)是無(wú)法顯示到顯示設(shè)備上到，因此，要設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換電路，將單片機(jī)發(fā)出來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理，然后經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，顯示到數(shù)碼管上面。同時(shí)，由于單片機(jī)在測(cè)量轉(zhuǎn)速方面具有體積小、性能強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，它也越來(lái)越受到企業(yè)用戶們的青睞。1傳感器的選擇霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件，由磁鋼、霍耳元件等組成。其在大電流磁場(chǎng)或磁鋼磁場(chǎng)的作用下，能測(cè)量高頻、工頻、直流等各種波形電流。輸出電壓4～25V，直流電源要有足夠的濾波電容，測(cè)量極性為N極。當(dāng)磁鋼與霍爾元件相對(duì)位置發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)霍爾元件感磁面的磁場(chǎng)強(qiáng)度就會(huì)發(fā)生變化。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛。工作方式為：將磁鋼安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，而霍爾傳感器則放在轉(zhuǎn)軸的旁邊，霍爾傳感器連接在電路中，當(dāng)磁鋼隨轉(zhuǎn)軸經(jīng)過(guò)霍爾傳感器時(shí)，由開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的工作原理知，此時(shí)將輸出一個(gè)低電平信號(hào)；而當(dāng)磁鋼離開(kāi)霍爾傳感器后，又將輸出一個(gè)高電平?；魻杺鞲衅鞯耐庑螆D和與磁場(chǎng)的作用關(guān)系如圖22所示。圖22 霍爾傳感器及其磁鋼外形圖霍爾傳感器連線圖如圖23所示圖23 霍爾傳感器連線圖霍爾傳感器的電子特性如圖24所示圖24霍爾傳感器的電子特性霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在測(cè)量機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)速時(shí)，被測(cè)量機(jī)械的金屬齒輪、齒條等運(yùn)動(dòng)部件會(huì)經(jīng)過(guò)傳感器的前端，引起磁場(chǎng)的相應(yīng)變化，當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件穿過(guò)霍爾元件產(chǎn)生磁力線較為分散的區(qū)域時(shí)，磁場(chǎng)相對(duì)較弱，而穿過(guò)產(chǎn)生磁力線較為幾種的區(qū)域時(shí)，磁場(chǎng)就相對(duì)較強(qiáng)?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的霍爾元件在產(chǎn)生霍爾電勢(shì)后，會(huì)將其轉(zhuǎn)換為交變電信號(hào)，最后傳感器的內(nèi)置電路會(huì)將信號(hào)調(diào)整和放大，輸出矩形脈沖信號(hào)。圖25 霍爾傳感器測(cè)速原理本系統(tǒng)采用M法（測(cè)頻法）測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，由于轉(zhuǎn)速的定義是單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)數(shù)，在變換的過(guò)程中，多數(shù)是有規(guī)律的重復(fù)運(yùn)動(dòng)。脈沖信號(hào)的周期與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速；P為電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)；T為輸出方波信號(hào)周期。3硬件電路的設(shè)計(jì) A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器是一種能將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的數(shù)字量的器件。非電量的模擬量可以通過(guò)合適的傳感器（如光電傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器的種類有很多，按轉(zhuǎn)換原理可以分為以下4種：計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分式A/D轉(zhuǎn)化器的優(yōu)點(diǎn)主要在于精度高、抗干擾能力強(qiáng)且價(jià)格便宜，但轉(zhuǎn)換速度較慢，因此這種轉(zhuǎn)換器主要運(yùn)用于速度要求不高的場(chǎng)合。本系統(tǒng)采用的是A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，它是一個(gè)采用CMOS工藝的逐次逼近式8位A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)除A/D轉(zhuǎn)換部分外還有8路模擬開(kāi)關(guān)，可對(duì)8路模擬電壓量進(jìn)行分時(shí)轉(zhuǎn)換，片內(nèi)還有三態(tài)輸出緩沖器，可以與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線直接連接。對(duì)應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。A、B、C——地址線。CLK——時(shí)鐘信號(hào)。通常使用頻率500KHz的時(shí)鐘信號(hào)EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc——+5V電源。其典型值為+5V。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存貯器的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。第二是系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)、D/A、A/D轉(zhuǎn)換器等，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口電路。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。在F1ash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。對(duì)端口寫“l(fā)”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，Pl接收低8位地址。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVXRi指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）.P3口除了作為一般的I／0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示:表32 P3口的引腳功能RST復(fù)位輸入。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRT0位（地址8EH）可打開(kāi)或關(guān)閉該功能。ALE／PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0 位置位，可禁止ALE操作。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效PSEN信號(hào)。欲使CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H－FFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的PSEN信號(hào)。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H－FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。XTALl：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。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(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)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。這些工作都是在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖控制下一拍一拍地進(jìn)行的，而這個(gè)脈沖是由單片機(jī)控制器中的時(shí)序電路發(fā)出的。其時(shí)鐘電路如圖33所示：圖33 系統(tǒng)時(shí)鐘電路AT89C51單片機(jī)內(nèi)部含有一個(gè)高增益反相放大器，這個(gè)反相放大器的作用就是用于構(gòu)成振蕩器的，但是要形成時(shí)鐘，外部還需要增加一些附加電路。因而，復(fù)位是一個(gè)重要的操作方式，但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位的狀態(tài)。其復(fù)位電路如圖32（a）上電復(fù)位電路（b）按鍵電平復(fù)位（c）按鍵脈沖復(fù)位顯示電路采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，LED（LightEmitting Diode）是一種外加電壓從而渡過(guò)電流并發(fā)出可見(jiàn)光的器件。LED有單個(gè)LED和八段LED之分，也有共陰和共陽(yáng)兩種。共陽(yáng)極數(shù)碼管的發(fā)光二極管是陽(yáng)極接到高電平,對(duì)于需要點(diǎn)亮的發(fā)光二極管使其陰極接低電平(一般為地)即可。同理如果要顯示“1”，只需bc兩個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，其余均布點(diǎn)亮。LED顯示器的段選碼如下表所示： 表31 LED數(shù)碼管段選碼顯示部分電路如圖35所示圖35 顯示部分與單片機(jī)的連接電路 系統(tǒng)供電電路要取得+5V電壓，若選用12V的變壓器，整流濾波后輸出往往大于12V，會(huì)使穩(wěn)壓器功耗大，自身溫度較高。系統(tǒng)接通220V交流電源后，將220V交流電變壓到9V，經(jīng)過(guò)二極管全波整流、電解電容Cl，C2濾波，再經(jīng)一只正輸出穩(wěn)壓器LM7805，為了緩沖負(fù)載突變，改善瞬態(tài)響應(yīng)，輸出端還采用了電容CC4，最后得到+5V的直流工作電源，用于給控制系統(tǒng)中單片機(jī)系統(tǒng)及其它外圍電路的Vcc+端供電。初始化過(guò)程主要是對(duì)一些控制寄存器(如中斷控制)、數(shù)據(jù)區(qū)和外部芯片(如時(shí)鐘芯片DS1302等)進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置和定義。各接口芯片的檢測(cè)主要檢測(cè)各芯片是否己處于準(zhǔn)備工作的就緒狀態(tài)，有無(wú)硬件故障等，如檢測(cè)各位LED是否正常顯示系統(tǒng)設(shè)置開(kāi)機(jī)時(shí)的界面，檢測(cè)硬件時(shí)鐘DS1302是處于更換芯片后初次使用為起振狀態(tài)，還是處于備用電源供電振蕩保持狀態(tài)，即檢測(cè)系統(tǒng)中控制時(shí)間表的有效性，檢測(cè)人體傳感器輸出信號(hào)是否正常體現(xiàn)人體存在的信息，檢測(cè)環(huán)境光是如何影響光采集電路輸出的信號(hào)等。系統(tǒng)內(nèi)部寄存器初始化主要是指在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，各用戶定義的數(shù)據(jù)變量的初始化賦值及部分特殊功能寄存器SFR的復(fù)位初始化，單片機(jī)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器PC指向程序存儲(chǔ)器的入口地址0000單元，程序狀態(tài)字寄存器PSW清零，片內(nèi)存儲(chǔ)器選擇工區(qū)工作寄存器，用戶標(biāo)志位F0為0狀態(tài)，堆棧指針SP指向07H，其它定時(shí)器、中斷允許寄存器IE、累加器ACC等皆為00H。A/D轉(zhuǎn)換程序如下：ATOD：CLR P1．0；轉(zhuǎn)換前條件CLRP1．1；CLRP1．3；MOVR0，30H；轉(zhuǎn)換結(jié)果存放首地址MOVR2，0；初始通道號(hào)MOVR3，8；總的通道數(shù)GOON：MOVP0，R2；輸出通道號(hào)SETBP1．0；鎖存通道號(hào)CLR