【正文】 2 34 5 67 89 圖 27 七段發(fā)光顯示器管腳的結(jié)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)方式： 采用的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)為 7407，它的全名為 7407 TTL 集電極開路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，圖 28 為 7407 的圖以及各個(gè)引腳的分布功能介紹。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就一位一位地輪流點(diǎn)亮各 位顯示器（掃描），對(duì)于每一位顯示器來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。本次設(shè)計(jì)要求的轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍 60r/min36000r/min，所以只需要 5 位數(shù)碼管即可。 AT89C51 的 P0 口作為段數(shù)據(jù)口，接上拉電阻到顯示器的各 個(gè)段； P2 口作為掃描口，經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器 7407 接顯示器公共極。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 圖 29 五位動(dòng)態(tài)顯示電路 霍爾傳感器簡(jiǎn)介 霍爾器件概述 霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，已發(fā)展成一個(gè)品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族，并已得到廣泛應(yīng)用。要他們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可以在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中。 霍爾期間具有許多優(yōu)點(diǎn)，他們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá) 1MHZ），耐震動(dòng)，不怕灰塵、水汽及煙霧等污染或腐蝕。采用了各種補(bǔ)償措施的霍爾器件的工作溫度范圍廣，可達(dá) 55150 度。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。前者是直接檢測(cè)出被測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測(cè)被檢測(cè)對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，用這個(gè)磁場(chǎng)作為被檢測(cè)信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)數(shù)以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)換成電量來進(jìn)行檢測(cè)和控制。它取消了傳感器和測(cè)量電路之間的界限，實(shí)現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，正越來越愛到眾的重視。按照輸出信號(hào)的形式，可以分為開關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。 霍爾開關(guān)電路又稱霍爾數(shù)字電路， 由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成 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 采用永久磁鋼來產(chǎn)生工作磁場(chǎng)。在空氣隙中，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)哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 換打開 IC3（ 74LS08）的與門 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 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 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 211 連接器的機(jī)械特性 表 21 RS232 信號(hào)線和 DB9 引腳關(guān)系 符 號(hào) 名 稱 引 腳 DCD RXD TXD DTR GND 接收信號(hào)載波檢測(cè) 數(shù)據(jù)接收線 數(shù)據(jù)發(fā)送線 DTE 裝置數(shù)據(jù)就緒 公共地 1 2 3 4 5 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 DSR RTS CTS RI DCE 裝置就緒 請(qǐng)求發(fā)送 清除發(fā)送 振鈴指示 6 7 8 9 圖 212 電平轉(zhuǎn)換電路原理圖 電平轉(zhuǎn)換器 HIN232CPE 由于 RS232C 總線上傳輸?shù)男盘?hào)邏輯電平與 TTL 邏輯電平差異很大，所以就存在這兩種電平的轉(zhuǎn)換問題，下面就介紹一下電平轉(zhuǎn)換器 HIN232CPE。內(nèi)部有兩個(gè)發(fā)送器 (TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS232C 電平 )和兩個(gè)接收器 (RS232 電平轉(zhuǎn)換為 TTL 電平 )。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 圖 213 HIN232CPE 電平轉(zhuǎn)換器及外接元件 本章小結(jié) 本章節(jié)主要闡述了系統(tǒng)的總體功能，硬件電路設(shè)計(jì)的思路及過程，單片機(jī)模塊和霍爾傳感器。 圖 31 主程序流程圖 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路 計(jì)算轉(zhuǎn)速公式： n=60/NTc (r/min)。 再將 55296000化為二進(jìn)制存入單片機(jī)的內(nèi)存單元。此外，對(duì)于低速情況下，我們還要設(shè)定一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器 VTT，當(dāng)外部中斷還沒來而內(nèi)部哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 定時(shí)器已經(jīng)溢出，產(chǎn)生定時(shí)器 0 中斷時(shí)，增加 VTT，作為三字節(jié)中的高字節(jié)。 為數(shù)碼管能夠顯示出來，需將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，在將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為非壓 縮 BCD 碼后，才能調(diào)用查表程序，最后送顯示。可以說是核心部分，流程圖如圖所示： 圖 3－ 2 計(jì)算程序流程圖 計(jì)算程序中又再次調(diào)用了除法程序，這里的除法為四字節(jié)除三字節(jié)商為兩字節(jié)，除法的程序的編程思想可以和手工計(jì)算的除法相似，比較減法的思想，流程圖如圖 33所示具體程序見附錄。這里介紹將（ R2R3）中的 16 位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為壓縮 BCD 碼十進(jìn)制整數(shù)送 RR R6。在程序設(shè)計(jì)中，在AT89C51RAM 存貯器中的四個(gè)顯示緩沖器單元 30H－ 34H，分別存放著由計(jì)算出來的轉(zhuǎn)速的 BCD 碼進(jìn)行拆分后的非壓縮 BCD 碼數(shù)據(jù)， AT89C51 的 P1 口掃描輸出總是只有一位為低電平、其它位為高電平， AT89C51 的 P0 口相應(yīng)位的顯示數(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?P1 口輸出為低高的位， P0 口輸出對(duì)應(yīng)的段數(shù)據(jù)， 5 位 LED 顯示器就顯示出由緩沖器中顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。 雙字節(jié)整數(shù)拆分程序流程圖如圖 35： 開 始 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 圖 3－ 5 雙字節(jié)整數(shù)拆分程序流程圖 程序設(shè)計(jì) 根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路和各個(gè)模塊的流程圖編寫出本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的程序， 完成程序設(shè)計(jì)的任務(wù)，寫出初始的程序 后 ， 在硬件上運(yùn)行程序， 進(jìn)行上機(jī)調(diào)試， 調(diào)試的具體方法 在下章 進(jìn)行 詳細(xì) 的 敘述。 本章的主要內(nèi)容是說明了軟件設(shè)計(jì)的思想，給出了系統(tǒng)軟件的主體流程圖，以及各個(gè)功能模塊的流程圖，用以說明各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)思想。 開始 30HR0，表首地址 DPTR，（ R1） =0FEH （ R0）賦值給 A A+DPTR 賦值給 P0 （ R1） =P1，（ R1） =A， RL A INC R0 ， A=（ R1） （ R1） =0DFH？ 結(jié)束 N 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 第 4章 系統(tǒng)調(diào)試 電路調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)功能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個(gè)調(diào)試過程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。這一部分硬件調(diào)試主要分成兩大塊：上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況等。 在確保硬件電路正常，無異常情況 (斷路或短路 )方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗(yàn)電路是否接錯(cuò)，同時(shí)還要檢驗(yàn)原理是否正確，在本次課程設(shè)計(jì)中，上電調(diào)試主要只轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的單片機(jī)控制部分、數(shù)碼管點(diǎn)亮部分、和上位機(jī)通信是的電平轉(zhuǎn)換和串口通信部分的硬件調(diào)試。看單片機(jī)通電后能否可以正常工作等這一系列問題。數(shù)碼管的公共端（ COM）接在 7407驅(qū)動(dòng)再接到單片機(jī)的 P2口作為位選信號(hào)，字型是接在 P0口。在這一前提下，查看數(shù)碼管能否點(diǎn)亮。即可檢查數(shù)碼管的硬件電路是否正確，即可判斷顯示驅(qū)動(dòng)電路整個(gè)完整，首先排除這里的故障。可以用示波器和萬用表檢查電平轉(zhuǎn)換前后的關(guān)系，這里不在贅述。 LCA51 軟件是一種非常實(shí)用的多窗口編輯、調(diào)試軟件。軟件支持單文件方式和工程化管理兩種模式。高級(jí)語言還支持源文件調(diào)試和匯編語言指令行對(duì)照調(diào)試。調(diào)試時(shí)用戶可動(dòng)態(tài)觀察、修改設(shè)定變量（包括 CPU 片內(nèi)寄存器、特殊寄存器及外部寄存器、內(nèi)存）的值。 調(diào)試應(yīng)用程序所提供的重要性能也許就是跟蹤應(yīng)用程序。 跟蹤型單步執(zhí)行一條源語句程序。 通過型單步僅執(zhí)行下一條源語句程序，然后又停止。 如果已知程序中某塊代碼實(shí)際運(yùn)行正常的情況下，仍用跟蹤調(diào)試方法，將大大浪費(fèi)時(shí)間，而 且很枯燥，因此調(diào)試中第二個(gè)重要工具是在源代碼中預(yù)定處設(shè)置斷點(diǎn)，大多數(shù)調(diào)試程序通過使用斷點(diǎn)中止程序執(zhí)行。 LCA51 調(diào)試軟件還提供一次性斷點(diǎn)：執(zhí)行到光標(biāo)所在行。 顯然，通過一系列指令查看應(yīng)用程序，了解導(dǎo)致某一錯(cuò)誤的執(zhí)行也是一種非常有效的方法。 通過添加觀察項(xiàng)菜單可以將用 戶希望觀察的變量添加到觀察窗口中，長(zhǎng)期進(jìn)行觀察。 用戶可以直接移動(dòng)鼠標(biāo)到相應(yīng)的變量名上，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，將出現(xiàn)一個(gè)提示窗口，顯示這個(gè)變量的當(dāng)前值。 如果用戶在調(diào)試過程中了解到變量的內(nèi)容（超值、未定義等）會(huì)對(duì)程 序性能產(chǎn)生影響或引起異常時(shí)，立即更改變量的內(nèi)容是很有效的方法，以確保該值在正確范圍內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。在更改對(duì)話框中用戶輸入要更改的取值，點(diǎn)擊確定按鈕。 程序調(diào)試過程 ： 整個(gè)程序是一個(gè)主程序調(diào)用各個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個(gè)程序都能平穩(wěn)運(yùn)行，各個(gè)模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運(yùn)行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個(gè)子程序模塊進(jìn)行分別調(diào)試。 其次、二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，我們依然可以利用上述列舉的方法，多次給出數(shù)據(jù)，然后運(yùn)行程序，可以設(shè)置觀察變量，觀察出程序轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 綜合調(diào)試 在硬件和軟件單獨(dú) 調(diào)試成功后進(jìn)行軟硬件綜合調(diào)試，它可以分成以下幾個(gè)步驟： ； ，計(jì)算出轉(zhuǎn)速值并存儲(chǔ)； LED數(shù)碼管把測(cè)量的數(shù)據(jù)顯示出來。 故障分析與解決方案 故障出現(xiàn)情況 ： TTL電平，產(chǎn)生波形不穩(wěn) 的中斷服務(wù)程序不能執(zhí)行 ， 不管是定時(shí)中斷還是外部中斷 ； ； ， 而且在波形頻率變化下顯示轉(zhuǎn)速卻不變 工作，顯示不穩(wěn)定； 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 35 ，接電機(jī)不穩(wěn)定 ， PC機(jī)接收亂碼； 解決方案（針對(duì)上述故障一一對(duì)應(yīng)的解決方案） ： 霍爾傳感器應(yīng)工作在 5V電壓，中間引腳接地，數(shù)據(jù)線接單片機(jī)的外部中斷 0。利用萬用表檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)接 5V和地的 PCB上的線都?jí)牧耍匦掠镁€接在電路板上。波形得到了大大改善 ； 頭，中斷入口地址，發(fā)現(xiàn)中斷定時(shí) 0的地址寫成中斷定時(shí) 1的入口地址了。在前面還沒有解決的時(shí)候，我們暫時(shí)用信號(hào)發(fā)生器來代替外部中斷 9的輸入，由于中斷執(zhí)行與否我們沒法看到，可以用設(shè)置中斷點(diǎn)的方法或者利用示波器，在中斷服務(wù)程序中重新編寫一些程序觀察單片機(jī)的某一輸出口的波形變換或者中斷程序中讓數(shù)碼管點(diǎn)亮等直觀可以看到的方法來檢查中斷的執(zhí)行情況； ，要先讀去反映轉(zhuǎn)速的 TH0， TL0，再去清 0，軟件記數(shù)的高字節(jié) VTT應(yīng)該在定時(shí)中斷 0中的服務(wù)程序中自增 的同時(shí)清TH0， TL0，在外部中斷程序中要讀取三字節(jié)的記數(shù)值后同時(shí)清三個(gè)記數(shù)器，再?gòu)闹袛喾祷?； 條件下出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)確，就是在調(diào)用轉(zhuǎn)換程序時(shí)出現(xiàn)了問題，觀察程序時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)用子程序是傳送的參數(shù)不對(duì)，在用寄存器 R的時(shí)候出現(xiàn)了重復(fù)現(xiàn)象，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)了混亂。 ，是一位一位的顯示，在位選信號(hào)這里出現(xiàn)了問題，在左移的時(shí)候出現(xiàn)問題，以及顯示完一個(gè)字型后調(diào)用的 延時(shí)時(shí)間不合理導(dǎo)致顯示不穩(wěn)定，出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，改變時(shí)間到 1毫秒左右就差不多對(duì)了。 PC機(jī)之間的設(shè)置 以及電平轉(zhuǎn)換 不一致 具體參見通信部分的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 36 結(jié)論 通過各方面努力，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)完成，系統(tǒng)各部分功能均已實(shí)現(xiàn)， 單片機(jī) 能夠測(cè)量出電機(jī)的轉(zhuǎn)速并能顯示在 LED 數(shù)碼管上，并能向上位機(jī) 發(fā)送 數(shù)據(jù) ； 測(cè)量范圍也是比較寬的 60r/min36000r/min，精度也在 %，都達(dá)到了比較理想的狀態(tài)。 ，因?yàn)閿?shù)碼管的灌電流可以大些達(dá)到幾十毫安，但是拉電流比較小，采用共陽數(shù)碼管可能因?yàn)殡娏?過小而數(shù)碼管不能點(diǎn)亮數(shù)碼管，還有就是接在上拉電阻再接 5V 上，最好采用 1K 的排阻