【正文】 圖 霍爾傳感器測(cè)量原理2. 轉(zhuǎn)速測(cè)量方法 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法很多，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法主要有 M 法（測(cè)頻法）、T 法（測(cè)周期法）和 MPT 法（頻率周期法）。系統(tǒng)采用了第一種方法（測(cè)頻法）。由于轉(zhuǎn)速是以單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)衡量，在變換過(guò)程中多數(shù)是有規(guī)律的重復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永久磁鋼固定在自行車的輪轂上，隨著自行車輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鋼也隨著輪子同步轉(zhuǎn)動(dòng)，在自行車車體上安裝一個(gè)霍爾傳感器，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，受磁鋼的影響霍爾傳感器會(huì)輸出脈沖信號(hào)，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比。脈沖信號(hào)的周期與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有試()關(guān)系：V=NL （ ） 式中：V 為自行車車速；N 為車輪單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)；L 車輪的周長(zhǎng)。根據(jù)上式即可計(jì)算出自行車當(dāng)前的速度?；魻柶骷怯砂雽?dǎo)體材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場(chǎng)B，在沿平面方向兩端加外電場(chǎng)，則使電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，結(jié)果在器件的兩個(gè)側(cè)面之間產(chǎn)生霍爾電勢(shì)。其大小和外磁場(chǎng)及電流大小成比例?；魻栭_(kāi)關(guān)傳感器由于其體積小，無(wú)觸點(diǎn)，動(dòng)態(tài)特性好，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，故在測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)物體旋轉(zhuǎn)速度領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用 。]9[ 霍爾傳感器硬件電路圖霍爾傳感器的的硬件電路圖如圖 所示，可測(cè)量外界磁信號(hào)。車輪每轉(zhuǎn)一圈，則霍爾傳感器能感應(yīng)到固定在車輪上磁鋼發(fā)出的信號(hào)。其中 out 引腳為霍爾傳感器的脈沖輸出引腳，且必須接入上拉電阻。圖 霍爾傳感器的電路圖武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17 溫度模塊的設(shè)計(jì)溫度模塊是本設(shè)計(jì)的拓展部分，但同樣也是重要的部分，本節(jié)將從溫度傳感器的介紹以及 DS18B20 的硬件電路圖兩個(gè)部分進(jìn)行闡述。 溫度傳感器的介紹。 DQ2GN1VC3圖 DS18B20DS18B20引腳定義如下：（1） DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；（2） GND 為電源地；（3） VCC 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地） 。DS18B20 數(shù)據(jù)部件：（1） 光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是DS18B20的地址序列碼。 （2） DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。表 DS18B20 溫度值格式表bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0LS Byte 26 25 24 23 22 21 20 21bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8MS Byte S S S S S S S S這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 DS18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18將測(cè)到的數(shù)值乘以 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘以 即可得到實(shí)際溫度。 例如+125℃的數(shù)字輸出為 07D0H，℃的數(shù)字輸出為 FF6FH。表 為 DS18B20 溫度對(duì)照表。表 DS18B20 溫度對(duì)照表TEMPERATURE DIGITAL OUTPUT (Binary) DIGITAL OUTPUT (Hex)+℃ 0000 0000 1010 1010 00AAh+℃ 0000 0000 0011 0010 0032h+℃ 0000 0000 0000 0001 0001h0℃ 0000 0000 0000 0000 0000h℃ 1111 1111 1111 1111 FFFFh℃ 1111 1111 1100 1110 FFCEh℃ 1111 1111 1001 0010 FF92hDS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EEPROM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。高速暫存存儲(chǔ)器除了配置寄存器外，還有其他 8 個(gè)字節(jié)組成，其分配如圖 所示。其中溫度信息（第 1，2 字節(jié)） 、TH 和 TL 值（第 3，4 字節(jié)） 、第 6～8 字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯 1；第 9 字節(jié)讀出的是前面所有 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼，可用來(lái)保證通信正確 。]0[溫度靈敏元件低溫觸發(fā)器 TL高溫觸發(fā)器 TH配置寄存器存儲(chǔ)器和控制器8 位 CRC 生成器 高速緩存儲(chǔ)存器 64 位ROM和單線接口電源檢測(cè)武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19 DS18B20 內(nèi)部?jī)?chǔ)存器結(jié)構(gòu)圖根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放，當(dāng) DS18B20 收到信號(hào)后等待 16～60 微秒左右，后發(fā)出 60～240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。后面還要具體講述復(fù)位、讀和寫(xiě)的時(shí)序。ROM 指令表明了主機(jī)尋址一個(gè)或者多個(gè) DS18B20 中的某個(gè)或某幾個(gè)，或者讀取某個(gè) DS18B20 的 64位地址。RAM 指令用于主機(jī)對(duì) DS18B20 內(nèi)部 RAM 的操作。指令集如表 和表 所示。表 RAM 指令表指令 約定代碼 100 功能溫度轉(zhuǎn)換 44H啟動(dòng) DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12 位轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為 750ms（9 位為 ）。結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié) ROM 中。讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部 RAM 9 字節(jié)內(nèi)容。寫(xiě)暫存器 4EH發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的 4 字節(jié)寫(xiě)上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)數(shù)據(jù)。復(fù)制暫存器 48H將 RAM 的第 4 字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM 中。重讀EEPROM0B8H將 EEPROM 中的內(nèi)容復(fù)制到 RAM 中的第 4 字節(jié)。讀供電方式 0B4H讀 DS18B20 的供電模式，寄生供電時(shí)DS18B20 發(fā)送“0”，外接電源供電DS18B20 發(fā)送“1”。武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20表 ROM 指令表指令 代碼 操作說(shuō)明溫度轉(zhuǎn)換 44H 開(kāi)始啟動(dòng) DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換讀 ROM 33H 讀 ROM 內(nèi)容匹配 ROM 55H 對(duì)指定器件操作跳過(guò) CCH 跳過(guò)器件識(shí)別讀暫存器 BEH 讀暫存器內(nèi)容寫(xiě)暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫(xiě)入暫存器的 TH、TL 字節(jié)復(fù)制暫存器 48H 把暫存器的 TH、TL 字節(jié)寫(xiě)到 ROM重寫(xiě)調(diào)用 RAM B8H把 RAM 中的 TH、TL 字節(jié)寫(xiě)到暫存器TH、TL 字節(jié) DS18B20 硬件電路圖DS18B20 的電路圖如圖 所示，是測(cè)量外界環(huán)境溫度的模塊。通過(guò)串行通信將數(shù)據(jù)送至單片機(jī)處理并顯示，其中 DQ 是串行數(shù)據(jù)輸出口，必須加入一上拉電阻。VCC 和 GND 分別接入的是電源和接地。電路連接簡(jiǎn)單，但由于數(shù)據(jù)輸出口只有一個(gè)，所以編程比較復(fù)雜。圖 DS18B20 電路圖武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21 時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)時(shí)鐘模塊式本設(shè)計(jì)運(yùn)作的非常重要的部分，本設(shè)計(jì)各個(gè)部分的工作的先后順序，各個(gè)部分的配合都需要時(shí)鐘模塊的統(tǒng)一調(diào)配，時(shí)鐘模塊在本設(shè)計(jì)中有著不可取代的地位。本結(jié)將從時(shí)鐘芯片 DS1302 的介紹和 DS1302 硬件電路兩個(gè)方面進(jìn)行介紹。 時(shí)鐘芯片的介紹DS1302 的引腳排列，其中 VCC1 為主電源，VCC2 為后備電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302 由 VCC1 或 VCC2 兩者中的較大者供電。X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。RST 是復(fù)位/ 片選線，通過(guò)把 RST 輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST 輸入有兩種功能：首先，RST 接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng) RST 為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì) DS1302 進(jìn)行操作。如果 RST 置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在 VCC 之前，RST 必須保持低電平。只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將 RST 置為高電平。I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端，后面有詳細(xì)說(shuō)明，SCLK 為時(shí)鐘輸入端。 DS1302 的引腳功能圖如圖 所示。圖 DS1302 引腳圖DS1302 控制字如表 所示。表 DS1302 控制字7 6 5 4 3 2 1 0RAM RD1CK A4 A3 A2 A1 A0 WR武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22（1） 控制字的最高有效位位 7：必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到 DS1302 中；（2） 位 6：如果為 0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 RAM 數(shù)據(jù)；（3） 位 5 至位 1（A4～A0）：指示操作單元的地址；（4） 位 0（最低有效位）：如為 0，表示要進(jìn)行寫(xiě)操作，為 1 表示進(jìn)行讀操作?？刂谱挚偸菑淖畹臀婚_(kāi)始輸出。在控制字指令輸入后的下一個(gè) SCLK 時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從最低位（0 位）開(kāi)始。同樣，在緊跟8 位的控制字指令后的下一個(gè) SCLK 脈沖的下降沿，讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。DS1302 有關(guān)日歷、時(shí)間的寄存器如表 所示。表 DS1302 日歷、時(shí)間寄存器R W BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 RANGE81h 80h CH 10Seconds Seconds 005983h 82h 10Minutes Minutes 00591085h 84h 12/24 0 AM/ PMHour Hour 112/02387h 86h 0 0 10Date Date 13189h 88h 0 0 0 10Mon Mon 1128Bh 8Ah 0 0 0 0 0 Day 178Dh 8Ch 10Year Year 00998Fh 8Eh WP 0 0 0 0 0 0 0 —91h 90h TCS TCS TCS TCS DS DS RS RS —表 是 DS1302 內(nèi)部的 7 個(gè)與時(shí)間、日期有關(guān)的寄存器圖和一個(gè)寫(xiě)保護(hù)寄存器，我們要做的就是將初始設(shè)置的時(shí)間數(shù)據(jù)寫(xiě)入這幾個(gè)寄存器，然后再不斷地讀取這幾個(gè)寄存器來(lái)獲取實(shí)時(shí)時(shí)間。這幾個(gè)寄存器的說(shuō)明如下：武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23（1） 秒寄存器（81h、80h）的位 7 定義為時(shí)鐘暫停標(biāo)志（CH） 。當(dāng)初始上電時(shí)該位置為 1，時(shí)鐘振蕩器停止，DS1302 處于低功耗狀態(tài)；只有將秒寄存器的該位置改寫(xiě)為 0 時(shí)，時(shí)鐘才能開(kāi)始運(yùn)行；（2） 小時(shí)寄存器（85h、84h）的位 7 用于定義 DS1302 是運(yùn)行于 12 小時(shí)模式還是 24 小時(shí)模式。當(dāng)為高時(shí)，選擇 12 小時(shí)模式。在 12 小時(shí)模式時(shí)，位 5 是為 1 時(shí)，表示 PM。在 24 小時(shí)模式時(shí)，位 5 是第二個(gè)小時(shí)十位；（3） 控制寄存器（8Fh 、8Eh）的位 7 是寫(xiě)保護(hù)位（WP） ，其它 7 位均置為0。在對(duì)任何的時(shí)鐘和 RAM 的寫(xiě)操作之前，WP 位必須為 0。當(dāng) WP 位為 1 時(shí)，寫(xiě)保護(hù)位防止對(duì)任一寄存器的寫(xiě)操作。也就是說(shuō)在電路上電的初始態(tài) WP 是 1，這時(shí)是不能改寫(xiě)上面任何一個(gè)時(shí)間寄存器的，只有首先將 WP 改寫(xiě)為 0，才能進(jìn)行其它寄存器的寫(xiě)操作 。 ]1[所謂突發(fā)模式是指一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和 RAM 數(shù)據(jù)。突發(fā)模式寄存器如表 所示。表 DS1302 的工作模式寄存器工作模式寄存器 讀寄存器寫(xiě)寄存器時(shí)鐘突發(fā)模式寄存器 CLOCK BURST BFh BEhRAM 突發(fā)模式寄存器 RAM BURST FFh FEhDS1302 與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位 Write Protect（D7）必須為邏輯 1，如果 D7=0，則禁止寫(xiě)DS1302，即寫(xiě)保護(hù)；D6=0 ，指定時(shí)鐘數(shù)據(jù)，D6=1，指定 RAM 數(shù)據(jù)；D5～D1 指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位 LSB(D0)為邏輯 0，指定寫(xiě)操作（輸入） ，D0=1，指定讀操作（輸出） 。 在DS1302的時(shí)鐘日歷或RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進(jìn)行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下2個(gè)SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個(gè)SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H ～FDH ，其中奇數(shù)為讀操作，武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24偶數(shù)為寫(xiě)操作；再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性讀、寫(xiě)所有的RAM的31個(gè)字節(jié)。 要特別說(shuō)明的是備用電源B1，可以用電池