【正文】 ，使用方便，圖 28 為 7407 的圖以及各個引腳的分布功能介紹。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 12345671 41 31 21 11 0987 4 0 71 A1 Y2 A2 Y3 A3 YG N D V C C6 A 6 Y5 A 5 Y4 A4 Y 圖 28 7407 管腳的結(jié)構(gòu) 顯示方式： 為了節(jié)省 I/O 口線，我們采用的動態(tài)顯示方式。所謂動態(tài)顯示，就一位一位地輪流點亮各 位顯示器（掃描），對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。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 8 位口（稱為段數(shù)據(jù)口）。本次設(shè)計要求的轉(zhuǎn)速測量范圍 60r/min36000r/min，所以只需要 5 位數(shù)碼管即可。 5 位共陰極顯示器和 AT89C51 的接口邏輯如圖 28 所示。 AT89C51 的 P0 口作為段數(shù)據(jù)口，接上拉電阻到顯示器的各 個段； P2 口作為掃描口，經(jīng)同相驅(qū)動器 7407 接顯示器公共極。 對于圖 29 中的 5 位顯示器，在 AT89C51RAM 存貯器中設(shè)置五個顯示緩沖器單元 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。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 圖 29 五位動態(tài)顯示電路 霍爾傳感器簡介 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)展成一個品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族，并已得到廣泛應(yīng)用。霍爾元件是一種磁傳感器。要他們可以檢測磁場及其變化，可以在各種與磁場有關(guān)的場合中?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。 霍爾期間具有許多優(yōu)點，他們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá) 1MHZ），耐震動，不怕灰塵、水汽及煙霧等污染或腐蝕。 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回調(diào)、位置重復(fù)精度高 （可達(dá) um 級）。采用了各種補償措施的霍爾器件的工作溫度范圍廣，可達(dá) 55150 度。 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關(guān)器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。 按被檢測的對象的性質(zhì)可將它們分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測出被測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測被檢測對象上人為設(shè)置的磁場，用這個磁場作為被檢測信息的載體，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)生變化的時間等，轉(zhuǎn)換成電量來進行檢測和控制。 集成 霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測量線路集成在一起的一種傳感器。它取消了傳感器和測量電路之間的界限，實現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點，因此顯著地提高了可靠性。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點，正越來越愛到眾的重視。 集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過處理的霍爾輸出信號。按照輸出信號的形式，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。 開關(guān)型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過處理后輸出一個高電平或低電平的數(shù)字信號。 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)器和輸出級組成 霍爾傳感器的應(yīng)用 使用霍爾器件檢測磁場的方法極為簡單，將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測磁場中，因霍爾器件只對垂直于霍爾片表面的磁感應(yīng)強度敏感，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磁場的磁感應(yīng)強度。若不垂直，則應(yīng)求出其垂直分量來計算被測磁場的磁感應(yīng)強度值。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進行多點檢測，由計算機進行數(shù)據(jù)處理，可以得到場的分布狀態(tài)，并可對狹縫，小孔中的磁場進行檢測用磁場作為被傳感物體的運動和位置信息載體時，一般 采用永久磁鋼來產(chǎn)生工作磁場。例如，用一個 5 4 （ mm3）的釹鐵硼Ⅱ號磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約2300 高斯的磁感應(yīng)強度。在空氣隙中，磁感應(yīng)強度會隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開關(guān)器件的可靠工作，在應(yīng)用中要考慮有效工作氣隙的長度。在計算總有效工作氣隙時，應(yīng)從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產(chǎn)品手冊中會給出。 因為霍爾器件需要工作電源，在作運動或位置傳感時，一般令磁體隨被檢測物體運動，將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結(jié)果中提取 被檢信息。 AH41 霍爾開關(guān) AH41 霍爾開關(guān)電路最適于響應(yīng)變化斜率陡峭的磁場并在磁通密度較弱的場合使用，適用于單極或多對磁環(huán)工作，它由反向電壓保護器、電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、信號放大器、史密特觸發(fā)器和集電極開路的輸出級組成。工作溫度范圍為 40～ 150℃（存儲溫度為 150℃），可適用于各種機及機電一體化領(lǐng)域。 電參數(shù)： 參數(shù) 符號 測試條件 量值 單位 最小 典型 最大 電源電壓 VCC 輸出低電平電壓 Vout Iout=20mA BBOP200400mV 輸出高電平電流 IOFF Vout=24V B 電源電流 ICCVCC=24V 輸出端開路 10 mA 輸出上升時間 trVcc=12V RL= CL= S 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 輸出下降時間 tfVcc=12V RL= CL= S 產(chǎn)品特點 : 、可靠性高 MOS 邏輯電路接口 應(yīng)用 : . 霍爾開關(guān)元件的電 路圖： 霍 爾 開 關(guān)5 V1 0 K 圖 210 霍爾傳感器的電路圖 發(fā)送模塊 根據(jù)系統(tǒng)功能要求，要使單片機測量的轉(zhuǎn)速能夠向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)，硬件電路中必須要考慮到單片機的發(fā)送部分，由于單片機通過串口發(fā)送出來的是TTL 邏輯電平（ 0V 和 5V），而計算機 RS232 總線上輸入、輸出數(shù)據(jù)和控制信號為 +12V 左右的電壓，單片機要和 PC 的上位機通信就必須是電平一致，所以發(fā)送部分關(guān)鍵的部分是電平轉(zhuǎn)換和串口發(fā)送，電平轉(zhuǎn)換可以用模擬器件進行轉(zhuǎn)換，但是為了方便起見，本次設(shè)計采用的是集成芯片，一個芯片 加上它的外圍電路即可完成電平的轉(zhuǎn)換的工作。結(jié)構(gòu)簡單、方便容易，精確度高。本次所采用的是 HIN232CP，我們要對其外圍電路進行設(shè)計，下面我們將詳細(xì)的敘述。 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， PC 機的 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 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 IC1 反相后作為 CTS 信號送入計算機，同 時還關(guān)閉與門 B2；使計算機不接收其它數(shù)據(jù)信號。 該必發(fā)器的數(shù)據(jù)傳輸速率最好設(shè)在 9600b/s 為宜，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴? 器件的介 紹： RS232C 是美國電氣工業(yè)協(xié)會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 )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。 RS232C 最大傳輸距離為 15m，最高傳輸速率約 20kbps，信號的邏輯 0電平為 +3V～ +15V。邏輯 1電平為 3V～ 15V。 電氣特性： EIARS232C 對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定； 在 TxD 和 RxD 上：邏輯 1(MARK) =3V～ 15V 邏輯 0(SPACE)=+3～＋ 15V 在 RTS、 CTS、 DSR、 DTR 和 DCD 等控制線上： 信號有效（接通， ON 狀態(tài)，正電壓）＝ +3V～ +15V 信號無效（斷開， OFF 狀態(tài)，負(fù)電壓）＝ 3V～ 15V 連接器 DB9 DB9 是 RS232 信號線的連接器，其連接器的機械特性見圖 (211)，表 21所示 RS232 信號線名稱、符號以及對應(yīng)在 DB9 上的針腳號。 圖 211 連接器的機械特性 表 21 RS232 信號線和 DB9 引腳關(guān)系 符 號 名 稱 引 腳 DCD RXD TXD DTR GND 接收信號載波檢測 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)男盘栠壿嬰娖脚c 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。 HIN232CPE 能將 RS232C 電平轉(zhuǎn)換成 TTL 電平，也能將 TTL 電平轉(zhuǎn)換成 RS232C 電平，只需單 +5V 供電，由內(nèi)部升高電路產(chǎn)生 10V～ +12V。內(nèi)部有兩個發(fā)送器 (TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS232C 電平 )和兩個接收器 (RS232 電平轉(zhuǎn)換為 TTL 電平 )。 HIN232CPE 芯片引腳排列和外部元件連接線路如圖 213所示。 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)計的思路及過程，單片機模塊和霍爾傳感器。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 第 3章 軟件設(shè)計 單片機轉(zhuǎn)速程序設(shè)計級思路過程 單片機測量轉(zhuǎn)速可以 分為若干模塊，然后在主程序中調(diào)用各個模塊， 流程圖如下圖所示。 圖 31 主程序流程圖 單片機程序設(shè)計思路 計算轉(zhuǎn)速公式： n=60/NTc (r/min)。 其中， N 是內(nèi)部定時器的計數(shù)值，為三字節(jié)，分別由 TH0， TL0， VTT 構(gòu)成； Tc 為時基，由于采用 的晶振，所以 Tc 不在是 1um，而是 12M/ 約為 ，帶入上面公式，即可得到轉(zhuǎn)速的精確計算公式： N=60*11059200/12N=55296000/N。 再將 55296000化為二進制存入單片機的內(nèi)存單元。 下面我們將 介紹除數(shù)是如何獲得的： 單片機的轉(zhuǎn)速測量完成，定時器 T0 作為內(nèi)部定時器，外部中斷來的時候讀取 TH0， TL0，并同時清零 TH0、 TL0，使定時器再次循環(huán)計內(nèi)部脈沖。此外，對于低速情況下，我們還要設(shè)定一個軟件計數(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 定時器已經(jīng)溢出，產(chǎn)生定時器 0 中斷時，增加 VTT，作為三字節(jié)中的高字節(jié)。三字節(jié)組成除數(shù)，上面的常數(shù)為四字節(jié)，所以計算程序?qū)嶋H上就是調(diào)用一個四字節(jié)除三字節(jié)商為兩字節(jié)（最高轉(zhuǎn)速 36000r/min 足夠）的程序。 為數(shù)碼管能夠顯示出來，需將二進制轉(zhuǎn)換為十進制，在將十進制轉(zhuǎn)換為非壓 縮 BCD 碼后，才能調(diào)用查表程序，最后送顯示。 單片機轉(zhuǎn)速計算程序 由于本次設(shè)計的系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能是將霍爾傳感器的信號送到單片機的外部中斷口，再對周期方波進行內(nèi)部計數(shù)，調(diào)用計算程序把轉(zhuǎn)速測出來?？梢哉f是核心部分，流程圖如圖所示： 圖 3－ 2 計算程序流程圖 計算程序中又再次調(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。 二 十進制轉(zhuǎn)換程序 計算程序計算出來的數(shù)據(jù)為二進制，存到 50H、 51H 單元中以便發(fā)送程序中調(diào)用傳送數(shù)據(jù)到計算機，計算機可識別二進制，然而，我們需要在 LED 上顯示，查表程序需要拆分的 BCD 碼，所以二進制必須先轉(zhuǎn)換成 BCD 后才能拆分。這里介紹將（ R2R3）中的 16 位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為壓縮 BCD 碼十進制整數(shù)送 RR R6。 被除數(shù)初始化 讀取定時值 調(diào)用除法程序 返 回 開 始 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28