【正文】 r unit,縮寫(xiě)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(guò)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(guò)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。在這里懇請(qǐng)指導(dǎo)老師和各位專家老師批評(píng)指正。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 2 2 系統(tǒng)功能分析 系統(tǒng)功能概述 功能： 系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能是 :AT89C51 單片機(jī)接收霍爾 傳感器傳來(lái)的脈沖信號(hào) ,單片機(jī)根據(jù)外部中斷 ,以及內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行記數(shù)計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速送到LED 顯示，同時(shí)數(shù)據(jù)傳給 PC 機(jī) ,并在 PC 機(jī)屏幕上顯示出來(lái)。 組成及框圖 ： 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(guò)串口RS232 發(fā)送數(shù)據(jù)，由 PC 微機(jī)接收，微機(jī)部分用 Visual Basic 軟件編寫(xiě)的界面作為 PC 機(jī)部分與單片機(jī)進(jìn)行串口之間通信 。 圖 21 系統(tǒng)硬件電路 應(yīng)用 ： 從實(shí)用的角度看，評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)實(shí)用價(jià)值的重要標(biāo)準(zhǔn)，就是這個(gè)系統(tǒng)對(duì)社會(huì)生活和科技觀念有多大的貢獻(xiàn)。 傳感器 單 片 機(jī) AT89C51 電 平 轉(zhuǎn) 換 電 路 LED 顯示 驅(qū)動(dòng)電路 送 PC 機(jī)界面 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 3 系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容 將霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)輸出入到單片機(jī)的外部中斷 0 口，單片機(jī)工作在內(nèi)部定時(shí)器工作方式 0，對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行內(nèi)部記數(shù)，調(diào)用計(jì)算公式算出轉(zhuǎn)速，調(diào)用顯示程序顯示在 LED 上，同時(shí)通過(guò)串口向 上位機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。 （ 4） PC 機(jī)部分主要完成將數(shù)據(jù)顯示在界面并描繪出 VT 圖 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 系統(tǒng)主要完成以下功能： 測(cè)量系統(tǒng)： ； ； 5位 LED 上，精度為 %； ； 9 針 RS232 即可； 通信部分 ： Visual Basic 編制 RS— 232 通信軟件； ； ，用時(shí)間曲線表示； 根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能以及要求，要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量主要是各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，定時(shí)器記數(shù)功能、以及 LED 驅(qū)動(dòng)、電平轉(zhuǎn)換及 PC 機(jī)之間的通信。以它為系統(tǒng)核心的控制模塊可實(shí)現(xiàn)主從控制，完成預(yù)定的任務(wù)。 89C51單片機(jī)通過(guò) INT0輸入傳感器的脈沖信號(hào)， P0口 P2口接 LED動(dòng)態(tài)顯示。 轉(zhuǎn)速測(cè)量部分 的 硬件設(shè)計(jì)思路：本次設(shè)計(jì)單片機(jī)部分的硬件框圖如 圖 2－ 1所示。 軟件設(shè)計(jì)思路 軟件需要解決的是 定時(shí)器 0 的記數(shù)和外部中斷 0 的 設(shè)定 、由于測(cè)量的轉(zhuǎn)速范圍大，所以低速和高速都要考慮在內(nèi)，關(guān)鍵在于一個(gè)四字節(jié)除三字節(jié)程序的實(shí)現(xiàn)。 PC 機(jī) 串口 和單片機(jī)串行口 的工作方式，包括串 行 口的通訊速率、奇偶校驗(yàn)位、停止位等 均由通信部分的軟件部分實(shí)現(xiàn) 。中斷完畢讀取內(nèi)部記數(shù)值作為除數(shù)，調(diào)用除法程序計(jì)算轉(zhuǎn)速，再對(duì)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行一系列變換后調(diào)用查表顯示程序，顯示在 LED 上。主要編寫(xiě)一個(gè)外部中斷服務(wù)程 序 INT_0，讀取記數(shù)值的三個(gè)字節(jié)，并再次清 0記數(shù)初值以便下次的記數(shù)和計(jì)算。為了和 PC通信，系統(tǒng)要求單片機(jī)晶振 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 6 4 硬件電路設(shè)計(jì) 硬 件的功能由總體設(shè)計(jì)所規(guī)定，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)的電路原理圖，必要時(shí)做一些部件實(shí)驗(yàn)，以確定電路圖的正確性，以及工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)加工、印制板的制作、樣機(jī)的組裝等。 設(shè)計(jì)單片機(jī)模塊，考慮到 單片機(jī)本身 的外圍電路較多，所以在單片機(jī)模塊方面需要極為小心。 單片機(jī)模塊 根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)思路（如圖 3－ 1）對(duì)單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，要使單片機(jī)準(zhǔn)確的測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且使測(cè)出的數(shù)據(jù)能顯示出來(lái)，所以整個(gè)單片機(jī)部分分為傳感器電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、執(zhí)行元件以及顯示電路五個(gè)部分。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) 閃爍 可編程可擦除只讀存貯器 （ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）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， AT89C 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。 與 MCS51 兼容 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 32可編程 I/O線 5個(gè)中斷源 低功耗的閑置和掉電模式 當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 8 程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí)P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫(xiě)入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 口： P3口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 10./EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 ：來(lái)自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖 定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié) 奏。 AT89C51是屬于 CMOS8位微處理器，它的時(shí)鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于 NMOS型的單片機(jī)。振蕩器工作受 /PD端控制，由軟件置“ 1” PD（即特殊功能寄存器 ）使 /PD＝ 0，振蕩器停止工作，整個(gè)單片機(jī)也就停止工作，以達(dá)到節(jié)電目的。圖中 SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率主要由 SYS參數(shù)確定（晶振上標(biāo)明的頻率）。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 11 圖 42 CMOS 型單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖 復(fù)位電路 計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中 央處理器 CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。此時(shí) ALE、 PSEN、 P0、 P P P3口都 輸出高電平。 單片機(jī) 采用的復(fù)位方式是自動(dòng)復(fù)位方式。在加電瞬間，電容通過(guò)電阻充電，就在 RST端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以使 MCS51有效的復(fù)位。10MHZ時(shí)約為 1ms， 1MHZ時(shí)約為 10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位， RST在上電 應(yīng)保持 20ms以上的高電平。 若復(fù)位電路失效，加電后 CPU從一個(gè)隨機(jī)的狀態(tài)開(kāi)始 工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 LED是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。 顯示器結(jié)構(gòu) ： 常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖 4－ 4 所示。 1 位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其 中七個(gè)發(fā)光二極管 a~g 控制七個(gè)筆畫(huà)（段）的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，這種筆畫(huà)式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開(kāi)頭有些失真，但控制簡(jiǎn)單，使用方便。才能顯示出正確的數(shù)字來(lái)，如圖 45所示，為七 段數(shù)碼管的管腳圖。 圖 46 7407 管腳的結(jié)構(gòu) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 14 顯示方式 ： 為了節(jié)省 I/O口線，我們采用的動(dòng)態(tài)顯示方式。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。若顯示器的位數(shù)不大于 8 位，則控制 顯示器公共極電位只需 8位口（稱為掃描口），控制各位顯示器所顯示的字形也需一個(gè) 8 位口 （稱 為段 數(shù)據(jù) 口）。 5 位共陰極顯示器和AT89C51 的接口邏輯如圖 47 所示。 對(duì)于圖 47中的 5位顯示器，在 AT89C51RAM 存貯器中設(shè)置五個(gè)顯示緩沖器單元 30H－ 35H，分別存放 5 位顯示器的顯示數(shù)據(jù)， AT89C51 的 P2口掃描輸出總是只在一位為低電平，即 5 位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平，其它位為高電平， AT89C51 的 P0 口相應(yīng)位（陰極為低）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)榘担来蔚馗淖?P2 口輸出為高的位， P0 口輸出對(duì)應(yīng)的段數(shù)據(jù)， 5 位顯示器就顯示出由緩沖器中顯示數(shù)據(jù)所確定的字符?；魻栐且环N磁傳感器?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開(kāi)關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回調(diào)、位置重復(fù)精度高（可達(dá) um 級(jí)）。 按照霍爾器件的功能可將他們分為：霍爾線性器件和霍爾開(kāi)關(guān)器件。 按被檢測(cè)的對(duì)象的性質(zhì)可將它們分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。 集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測(cè)量線路集成在一起的一種傳感器。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了 焊點(diǎn)，因此顯著地提高了可靠性。 集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過(guò)處理的霍爾輸出信號(hào)。 開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過(guò)處理后輸出一個(gè)高電平或低電平的數(shù)字信號(hào)。 霍爾傳感器的應(yīng)用 使用霍爾器件檢測(cè)磁場(chǎng)的方法極為簡(jiǎn)單，將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測(cè)磁場(chǎng)中，因霍 爾器件只對(duì)垂直于霍爾片表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度敏感，因而必須令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以得到場(chǎng)的分布狀態(tài)，并可對(duì)狹縫，小孔中的磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)用磁場(chǎng)作為被傳感物體的運(yùn)動(dòng)和位置信息載體時(shí)，一般采用永久磁鋼來(lái)產(chǎn)生工作磁場(chǎng)。在空氣隙中，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 17 磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)隨距 離增加而迅速下降。在計(jì)算總有效工作氣隙時(shí)，應(yīng)從霍爾片表面算起。 因?yàn)榛魻柶骷枰ぷ麟娫矗谧鬟\(yùn)動(dòng)或位置傳感時(shí)，一般令磁體隨被檢測(cè)物體運(yùn)動(dòng)，將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測(cè)工作磁場(chǎng)，再?gòu)臋z測(cè)結(jié)果中提取被檢信息。工作溫度范圍為 40 ～ 150℃（存儲(chǔ)溫度為 150℃），可適用于各種機(jī)及機(jī)電一體化領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便容易，精確度高。 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(kāi) IC3（ 74LS08）的與門(mén) 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(mén) B2；使計(jì)算機(jī)不接收其它數(shù)據(jù)信號(hào)。 器件的介紹 ： RS232C 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。邏輯 1 電平為 3V～ 15V。 圖 49 連接器的機(jī)械特性