1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系應(yīng)用電子技術(shù)（電子產(chǎn)品營(yíng)銷）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文( 霍爾傳感器電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì))學(xué)生姓名：高敏君指導(dǎo)教師:徐進(jìn)2013年 1 月目錄摘要 .I緒論 .I II 課題研究的目的和意義 . .I III轉(zhuǎn)速測(cè)量在國(guó)內(nèi)外的研究 .I IIII主要研究?jī)?nèi)容 . .I I第一章 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量常用方法 .11.1測(cè)頻法（“ M法”） .11.2測(cè)周期法（“ T 法”） .11.3本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用的方法 .2第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) .32.1總體設(shè)計(jì)方案 .3第三章 硬件電路設(shè)計(jì) .43.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) . .43.

2、1.1時(shí)鐘電路 .43.1.2復(fù)位電路 .43.1.3電源電路 .錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2霍爾傳感器測(cè)量電路設(shè)計(jì) .53.2.1霍爾傳感器原理 .53.2.2開關(guān)型霍爾傳感器 .53.3信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) . .73.4顯示電路設(shè)計(jì) . .83.4.1 LCD1602 簡(jiǎn)介 . .83.4.2LCD 顯示電路 . .83.5按鍵電路設(shè)計(jì) . .93.6蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì) . .10第四章 軟件設(shè)計(jì) .114.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 . .114.2系統(tǒng)開發(fā)語言 .114.3軟件總體設(shè)計(jì) .12第五章系統(tǒng)調(diào)試135.1 Protues仿真135.2系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 .14結(jié)論15致謝16參考文獻(xiàn)17附錄18附

3、錄 118附錄 2錯(cuò)誤！未定義書簽。摘要在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測(cè)速發(fā)電機(jī)為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是模擬量。數(shù)字式通常采用光電編碼器，霍爾元件等為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是脈沖信號(hào)。隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，特別是高性能價(jià)格比的單片機(jī)的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測(cè)量普遍采用以單片機(jī)為核心的數(shù)字式測(cè)量方法。本文介紹了電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量常用的方法，給出了基于單片機(jī)AT89C51的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，完成了電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)以 A44E開關(guān)型霍爾傳感器作為產(chǎn)生脈沖信號(hào)的主要元件，把所得到的計(jì)數(shù)脈沖轉(zhuǎn)化為電機(jī)的轉(zhuǎn)速值，并在 LCD 液

4、晶顯示器上直觀的顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。同時(shí)利用矩陣鍵盤對(duì)預(yù)先設(shè)定的高速值和低速值進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，超過高速或低于低速值時(shí)，實(shí)現(xiàn)聲報(bào)警功能。其優(yōu)點(diǎn)硬件是電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，測(cè)量速度快、精度高、控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)。關(guān)鍵字： MSC-51（單片機(jī)）； 轉(zhuǎn)速；傳感器前言I 課題研究的目的和意義轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)參數(shù)，其測(cè)量方法較多，傳統(tǒng)的測(cè)速方法一般以測(cè)速發(fā)電機(jī)為主要檢測(cè)元件，得到的是模擬量，這種測(cè)量技術(shù)已不能適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的要求，在測(cè)量范圍和測(cè)量精度上，已不能滿足大多數(shù)系統(tǒng)的使用。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展， 數(shù)字系統(tǒng)測(cè)量得到普遍應(yīng)用。 由于單片機(jī)在測(cè)量轉(zhuǎn)速方面具有

5、體積小、性能強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，越來越受到企業(yè)用戶的青睞，單片機(jī)對(duì)脈沖數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)大處理能力，使得全數(shù)字化系統(tǒng)越來越普及，其轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)也可以用全數(shù)字化處理，在測(cè)量范圍和測(cè)量精度方面都有極大的提高。以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。它的研究結(jié)果可以用于我們的實(shí)際生活中，一方面它可以應(yīng)用于工業(yè)控制中的某一部分，如數(shù)控車床的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)和控制、水泵流量控制以及需要利用轉(zhuǎn)速檢測(cè)來進(jìn)行控制的許多場(chǎng)合，如車輛的里程表、車速表等。另一方面由于該轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)采用全數(shù)字結(jié)構(gòu)，因而可以很方便的實(shí)行遠(yuǎn)程管理和控制，進(jìn)一步提高現(xiàn)代化水平。總之，轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的研究是一

6、件非常有意義的課題。本課題研究的是電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)了解電機(jī)工作狀態(tài)，提高電機(jī)工作效率有很大的幫助，該課題主要是對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計(jì)，同時(shí)從實(shí)際硬件電路出發(fā)，分析電路的工作原理，根據(jù)設(shè)計(jì)的具體情況提出修改方案和解決辦法。II 轉(zhuǎn)速測(cè)量的研究轉(zhuǎn)速是能源設(shè)備與動(dòng)力機(jī)械性能測(cè)試中的一個(gè)重要的特性參量，因?yàn)閯?dòng)力機(jī)械的許多特性參數(shù)是根據(jù)它們與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系來確定的，例如壓縮機(jī)的排氣量、軸功率、內(nèi)燃機(jī)的輸出功率等等，而且動(dòng)力機(jī)械的振動(dòng)、管道氣流脈動(dòng)、各種工作零件的磨損狀態(tài)等都與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。III 主要研究?jī)?nèi)容該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能有：1液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示所測(cè)得的轉(zhuǎn)速值；2鍵盤對(duì)設(shè)定的高低

7、速值進(jìn)行相關(guān)設(shè)置；3實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，主要研究了以下內(nèi)容：1分析轉(zhuǎn)速測(cè)量常用的兩種方法；2根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的要求選擇合適的傳感器；3系統(tǒng)中各硬件模塊設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)；4系統(tǒng)調(diào)試。第一章 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量常用方法1.1 測(cè)頻法（“M法”）在一定測(cè)量時(shí)間 T 內(nèi)，測(cè)量脈沖發(fā)生器（替代輸入脈沖）產(chǎn)生的脈沖數(shù)m1 來測(cè)量轉(zhuǎn)速，如圖 2-1 所示，設(shè)在時(shí)間 T 內(nèi)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)為X l ，則轉(zhuǎn)速 n 由式（ 2-1 ）計(jì)算得到。60X l式(2-1)n2 T轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù) X l 的計(jì)算見式（ 2-2 ）。2 m1式(2-2)X lp圖 2-1“M”法測(cè)量轉(zhuǎn)速脈沖將式（ 2-2 ）

8、式代入式（ 2-1 ），則轉(zhuǎn)速 n 的表達(dá)式見式（ 2-3 ）。60m1式（ 2-3 ）nTP式中 n表示轉(zhuǎn)速單位： （轉(zhuǎn)分）；T表示定時(shí)時(shí)間單位： （秒）；m1表示產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)。在該方法中，由于定時(shí)時(shí)間T 和脈沖不能保證嚴(yán)格同步，以及在T 內(nèi)能否正好測(cè)量外部脈沖的完整的周期不確定，所以可能產(chǎn)生1 個(gè)脈沖的量化誤差。因此，為了提高測(cè)量精度， T 要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間。定時(shí)時(shí)間可根據(jù)測(cè)量對(duì)象預(yù)先設(shè)置。設(shè)置的時(shí)間過長(zhǎng)，可以提高精度，而設(shè)置的時(shí)間過短，測(cè)量精度會(huì)受到一定的影響。而且在規(guī)定的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，雖然檢測(cè)時(shí)間一定，但檢測(cè)的起止時(shí)間具有隨機(jī)性，當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，才有較高的測(cè)量精度，并且

9、測(cè)量準(zhǔn)確度隨轉(zhuǎn)速的減小而降低，該方法適合于高速測(cè)量。1.2 測(cè)周期法（“T 法”）轉(zhuǎn)速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度TP 來決定。如圖2-2 所示。 TP 通過定時(shí)器測(cè)得。定時(shí)器對(duì)時(shí)基脈沖( 頻率為 f c ) 進(jìn)行計(jì)數(shù)定時(shí)，在TP 內(nèi)計(jì)數(shù)值若為m2 ，則計(jì)算公式見式（ 2-4 ）。n60式PTP（ 2-4 ）即：n60 f c式（ 2-5）Pm2式中 P表示為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)；f c 表示硬件產(chǎn)生的基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖頻率：?jiǎn)挝唬℉z）；n 表示轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)分）；m2 表示時(shí)基脈沖。圖 2-2 “T”法脈寬測(cè)量由“ T”法可知，“T”法測(cè)量精度的誤差主要有兩個(gè)方面，一是由兩脈沖的上升沿

10、觸發(fā)時(shí)間不一致而產(chǎn)生的；二是由計(jì)數(shù)和定時(shí)起始和關(guān)閉不一致而產(chǎn)生的。因此要求脈沖的上升沿（或下降沿）陡峭以及計(jì)數(shù)和定時(shí)嚴(yán)格同步。該方法在被測(cè)轉(zhuǎn)速較低（相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)間隔時(shí)間較大）時(shí)，才有較高的測(cè)量精度，其測(cè)量準(zhǔn)確度隨著轉(zhuǎn)速的增大而降低，適于低速測(cè)量。1.3 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用的方法通過分析可知， M法適合于高速測(cè)量，當(dāng)轉(zhuǎn)速越低，產(chǎn)生的誤差會(huì)越大。T 法適合于低速測(cè)量，轉(zhuǎn)速增高，誤差增大。由于本系統(tǒng)中所測(cè)的電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，且基于 M法的測(cè)量，其電路和程序均較為簡(jiǎn)單，所以本設(shè)計(jì)中采用M法進(jìn)行測(cè)量。第二章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 總體設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)的硬件主要由電機(jī)，霍爾傳感器，信號(hào)調(diào)理電路，AT89C

11、51單片機(jī)， LCD液晶顯示器，矩陣鍵盤，報(bào)警系統(tǒng)組成。 電機(jī)測(cè)速原理是在非磁材料的圓盤邊上粘貼兩塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁鋼經(jīng)過霍爾傳感器正前方，改變了磁通密度，電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，霍爾傳感器便輸出兩個(gè)脈沖，隨著轉(zhuǎn)盤的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，就不斷產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)放大整形電路后送入單片機(jī)處理，轉(zhuǎn)化為計(jì)數(shù)脈沖，脈沖信號(hào)的頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)速度成正比，根據(jù)單位時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖數(shù)，就可獲得被測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)原理框圖見圖3-5 。圖 3-5 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)框圖其中傳感器部分采用 A44E 開關(guān)型霍爾傳感器，負(fù)責(zé)將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)。信號(hào)調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大整形，降低對(duì)待測(cè)信號(hào)幅度要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)小

12、信號(hào)的測(cè)量。處理器采用 AT89C51單片機(jī)，負(fù)責(zé)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 顯示器采用 LCD液晶顯示器，負(fù)責(zé)顯示測(cè)得的轉(zhuǎn)速值及預(yù)設(shè)的高速、低速值。采用矩陣鍵盤對(duì)高速、低速值進(jìn)行加減以及按鍵聲、報(bào)警聲的相關(guān)設(shè)置，當(dāng)測(cè)得的轉(zhuǎn)速值超過高速或不足低速值時(shí)，就實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能。第三章硬件電路設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)是指一個(gè)真正可用的單片機(jī)的最小配置系統(tǒng)，由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源電路組成。時(shí)鐘電路單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊的工作。時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反

13、相放大器的輸入和輸出端，接晶振和兩個(gè)負(fù)載電容元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。電路中的電容 C7 和 C8典型值通常選擇為 20pf-30pf 之間。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器的頻率的高低， 振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。時(shí)鐘電路中，晶振的振蕩頻率范圍通常在 1.2MHZ-12MHZ之間。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。但反過來運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高，對(duì)印制電路板的工藝要求也高， 晶振和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定，可靠地工作。綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用 3

14、0pf 的電容，晶振的頻率采用 12MHZ,時(shí)鐘電路在本系統(tǒng)中采用并聯(lián)方式，最后連接在單片機(jī)的 18 腳和 19 腳，其電路圖見圖 3-1 。圖 3-1 時(shí)鐘電路復(fù)位電路單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，復(fù)位使中央處理器CPU和內(nèi)部其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，從這個(gè)狀態(tài)開始工作。當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行程序出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，也可重新啟動(dòng)。單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST，高電平有效。在時(shí)鐘電路工作以后， 當(dāng)外部電路使得RST端出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平，系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)位。復(fù)位有兩種方式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位，本系統(tǒng)采用的是按鈕復(fù)位電路，見圖3-2 。圖 3-2 復(fù)位電路圖其中電容接 VC

15、C，電阻接地， RESET腳接在它們中間，電容選擇10uF，按鈕與電容并聯(lián)，后與 10K電阻串聯(lián)，就成了按鈕復(fù)位電路。電源電路本系統(tǒng)采用 USE接口對(duì)系統(tǒng)板上各模塊供電，提供+5V電源。電源電路圖見圖3-3.圖 3-3 電源電路圖當(dāng)開關(guān) S1 按下時(shí)，二極管綠燈亮，此時(shí)電源電路接通，各模塊可以開始正常工作。3.2 霍爾傳感器測(cè)量電路設(shè)計(jì)霍爾傳感器原理霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)原理制成的一種磁敏傳感器。它是近年來為適應(yīng)信息采集的需要而迅速發(fā)展起來的一種新型傳感器，這類傳感器具有工作頻帶寬，響應(yīng)快、面積小、靈敏度高、無缺點(diǎn)、便于集成化、多功能化等優(yōu)點(diǎn)，且易與計(jì)算機(jī)和其它數(shù)字儀表接口，因此被廣泛用于自

16、動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)控制、信息傳遞、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。其測(cè)量原理為：金屬或半導(dǎo)體薄片的兩個(gè)端面通以控制電流 I ，并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng)，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電勢(shì) Uh，稱為霍爾電勢(shì)或霍爾電壓。霍爾電勢(shì) Uh=KhIB(其中 Kh為霍爾元件靈敏度，它與所用的材料及幾何尺寸有關(guān) ) 。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，而用這種效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件。霍爾傳感器原理圖見圖3-4 。圖 3-4 霍爾傳感器磁場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)型霍爾傳感器本系統(tǒng)采用開關(guān)型霍爾傳感器A44E。它的性能參數(shù)為：·工作點(diǎn)： 35-450 ；·釋放點(diǎn)： 25-430 ；

17、·回差： >20；·輸入電壓： 4.5-24V;·工作電流： 20mA;·工作溫度： -40-85 攝氏度；它內(nèi)部由穩(wěn)壓器 A、硅霍爾片 B、差分放大器 C、施密特觸發(fā)器 D 和 OC門輸出 E 五部分組成，如圖 3-5 所示從輸入端 1 輸入電壓 Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器 A 穩(wěn)壓后加在硅霍爾片 B 的兩端，以提供恒定不變的工作電流在垂直于霍爾片的感應(yīng)面方向施加磁場(chǎng)，產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差 Vw，該信號(hào)經(jīng)差分放大器c 放大后送至施密特觸發(fā)器D整形當(dāng)磁場(chǎng)達(dá)到“工作點(diǎn)”( 即 Bop)，見圖 3-6 ，觸發(fā)器 D輸出高電壓 ( 相對(duì)于地電位 ) ，使三極管 E 導(dǎo)通

18、，輸出端 V。輸出低電位，此狀態(tài)稱為“開”。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到“釋放點(diǎn)” ( 即 Brp ) 時(shí)，觸發(fā)器 D 輸出低電壓，使三極管 E 截止，輸出端 V。輸出高電位，此狀態(tài)稱為“關(guān)”。這樣 2 次高低電位變換，使霍爾傳感器完成了 1 次開關(guān)動(dòng)作。圖 3-5 開關(guān)型霍爾傳感器構(gòu)成圖開關(guān)型霍爾傳感器的工作特性見圖 3-6 。圖 3-6 開關(guān)型霍爾傳感器工作特性霍爾傳感器的電路圖見圖 3-7圖 3-7 霍爾傳感器電路圖其中， A44E霍爾元件的 1 腳接 +5V電源， 2 腳接地， 3 腳是輸出端，接 LM358的 3 腳作為輸入信號(hào)。3.3 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，霍爾傳感器會(huì)輸出一系列

19、與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號(hào)，但霍爾傳感器的輸出的信號(hào)一般電平較低，不能被單片機(jī)很好的識(shí)別計(jì)數(shù)顯示，所以需要對(duì)其進(jìn)行放大整形，這一環(huán)節(jié)主要由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓比較器來實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)在信號(hào)處理電路中選用LM358進(jìn)行設(shè)計(jì)。 LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。LM358的管腳見圖 3-8 。圖 3-8 LM358 管腳圖LM358的特性 (Features):· 內(nèi)部頻率補(bǔ)償· 直流電壓增益高 ( 約1

20、00dB)· 單位增益頻帶寬 ( 約1MHz)· 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?3 30V) ；雙電源 ( ±1.5一± 15V)· 低功耗電流，適合于電池供電· 低輸入偏流· 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流· 共模輸入電壓范圍寬，包括接地· 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍· 輸出電壓擺幅大 (0 至Vcc-1.5V)· 共模抑制比 80dB· 電源抑制比 100dB.設(shè)計(jì)的脈沖信號(hào)調(diào)理電路圖見圖3-9 。圖 3-9 信號(hào)調(diào)理電路在該圖中， LM358本質(zhì)作為一個(gè)電壓比較器，把 R

21、14作為一個(gè)基準(zhǔn)電壓，由霍爾傳感器輸出的電壓傳到 LM358 的“ +”輸入端，與“ - ”輸入端的基準(zhǔn)電壓相比較，當(dāng)“ +”端電壓高于“ - ”端電壓時(shí)，則 LM358 電壓比較器輸出為高電平，當(dāng)“ +”端電壓低于“ - ” 級(jí)電壓時(shí)，則電壓比較器輸出為低電平，此時(shí)二極管 DS6燈亮。二極管 DS6作為一個(gè)指示信號(hào)。電阻 R12的作用是分壓， 二極管的驅(qū)動(dòng)電壓約是 2V，所以 R12要分掉約 3V 的電壓。R13 的作用是限流。3.4 顯示電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、 數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用 16*1 ， 16*2 ，20*2 和 40*2 行等的模塊

22、。字符型 LCD1602通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD，多出來的 2 條線是背光電源線 VCC(15腳 ) 和地線 GND(16腳 ) ，其控制原理與 14 腳的 LCD 完全一樣。1.LCD1602主要技術(shù)參數(shù)·顯示容量 :16 × 2個(gè)字符；·芯片工作電壓 :4.5 5.5V ；·工作電流 :2.0mA(5.0V) ；·模塊最佳工作電壓 :5.0V ；·字符尺寸 :2.95 ×4.35(W×H)mm。2.1602LCD引腳功能第1腳： VSS為地電源。第2腳： VDD接5V 正電源。第3腳：

23、VO為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱， 接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影” ，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳： RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳： RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和 RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平 RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS為高電平 RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳： E 端為使能端，當(dāng)E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳： D0 D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。顯

24、示電路本設(shè)計(jì)中 LCD顯示器的 7-14 腳接單片機(jī)的 P0口， RS接 P2.8 口， RW接 P2.7口， EN接 P2.6 口，同時(shí)加上上拉電阻，該 LCD顯示器為兩行顯示，第一行顯示測(cè)得的當(dāng)前速度值，第二行顯示設(shè)置的高速值，低速值。電路設(shè)計(jì)如下圖 3-11 所示。圖 3-11 液晶顯示電路3.5 按鍵電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)需要對(duì)預(yù)設(shè)的高低速值進(jìn)行設(shè)置，需要用到鍵盤，鍵盤一般分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣鍵盤。當(dāng)按鍵數(shù)量較少時(shí)，用獨(dú)立鍵盤較合適。當(dāng)按鍵數(shù)量較多時(shí)，往往采用矩陣式鍵盤，可以節(jié)省IO 接口線，而且鍵位越多，情況越明顯，矩陣鍵盤用IO 接口線組成行、列結(jié)構(gòu)，鍵位設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。例如4*4的行

25、、列結(jié)構(gòu)可組成16 個(gè)鍵的鍵盤，比一個(gè)鍵位用一根IO接口線的獨(dú)立式鍵盤少了一半的IO接口線，。在本設(shè)計(jì)中，矩陣式鍵盤直接連接于單片機(jī)的P1口。 P1的 8條 IO口線分為 4條行線和 4條列線， P1.0-P1.3 口接矩陣鍵盤的行線， P1.4-P1.7 口接矩陣鍵盤的列線，按鍵開關(guān)的兩端分別接在行線和列線上。其接口電路見圖3-12 。圖 3-12 鍵盤電路圖由圖和相應(yīng)的鍵的鍵值定義的各個(gè)鍵的功能如下：S1S4號(hào)鍵：高速值 -10 ，高速值 -1 ，高速值+1，高速值 +10；S5S8號(hào)鍵：低速值 -10 ，低速值 -1 ，低速值+1，低速值 +10；S9S12號(hào)鍵：無定義；S13S16號(hào)鍵

26、：按鍵聲開，按鍵聲關(guān)，報(bào)警聲開，報(bào)警聲關(guān)。3.6 蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì)蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中，作為發(fā)聲器件。蜂鳴器發(fā)聲原理：電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)IO 引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL 電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。報(bào)警模塊主要負(fù)責(zé)聲音報(bào)警，報(bào)警電路均比較簡(jiǎn)單，聲光報(bào)警由單片機(jī)引腳接上拉電阻，晶體管及揚(yáng)聲器構(gòu)成，電路接線圖見圖 3-13 。圖 3-13 蜂鳴器報(bào)警電路蜂鳴

27、器的正極性的一端連接到 5V電源上面，另一端連接到三極管的集電極，三極管的基極和一個(gè) 1K的電阻串聯(lián)由單片機(jī)的 P2.0 管腳導(dǎo)通，當(dāng) P2.0口輸出低電平時(shí)，電路導(dǎo)通，蜂鳴器響，當(dāng) P2.0口輸出高點(diǎn)平時(shí)， 電路不導(dǎo)通，蜂鳴器不響，由 P2.0口不斷地輸出 101010 的高低電平，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路報(bào)警。當(dāng)測(cè)得的轉(zhuǎn)速不足所設(shè)定的低速值時(shí)，則發(fā)光二極管 DS3亮。若測(cè)得的轉(zhuǎn)速值高于所設(shè)計(jì)的高速值時(shí)，則發(fā)光二極管 DS5亮。當(dāng)測(cè)得的轉(zhuǎn)速值在設(shè)定的低速值和高速值之間時(shí)，則發(fā)光二極管 DS4亮。第四章軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件

28、是目前流行的用于開發(fā)51 系列單片機(jī)的軟件。該軟件提供了包含C 編譯器、宏匯編、鏈接器庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（Vision ）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16MB或更多 RAM、20MB以上空閑的硬盤空間、 Win98、NT、 Win2000、 WinXP等操作系統(tǒng)。其界面見圖 5-1.圖 4-1 Kell 運(yùn)行環(huán)境界面4.2 系統(tǒng)開發(fā)語言KeilC51 是美國(guó) Keil Software公司出品的 51 系列兼容單片機(jī)C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可

29、維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C 來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。C 語言具有良好的模塊化，容易閱讀和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。由于模塊化，用C 語言編寫的程序有很好的可移植性，功能化代碼能夠很方便地從一個(gè)工程移植到另一個(gè)工程，從而減少開發(fā)時(shí)間。用 C語言編寫程序比用匯編編寫程序更符合人們的思考習(xí)慣，開發(fā)者可以更專心地考慮算法而不是考慮一些細(xì)節(jié)問題，這樣就減少了開發(fā)和調(diào)試時(shí)間。使用像C 這樣的語言，編寫者不必十分熟悉處理器的運(yùn)算過程。很多處理器支持C編譯器，這意味著對(duì)新的處理器也能很快上手，而不必知道處理器的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這使得用C 語言編寫的程序比匯編程序有更好的可移植性。所以在本畢業(yè)設(shè)計(jì)

30、中選用單片機(jī)C語言來進(jìn)行程序代碼的編寫。4.3 軟件總體設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)要求，對(duì)軟件進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)， 該軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能是在單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)，在計(jì)算出轉(zhuǎn)速后進(jìn)行顯示，設(shè)定按鍵的各個(gè)功能，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。整個(gè)系統(tǒng)軟件由主程序、 T0 中斷服務(wù)子程序， 鍵盤掃描子程序， 轉(zhuǎn)速值計(jì)算顯示子程序，蜂鳴器子程序及延時(shí)子程序等組成。軟件總體框圖見圖4-2 。初始化系統(tǒng)主程序TO 中斷服務(wù)子程序鍵盤掃描子程序轉(zhuǎn)速值計(jì)算及顯示蜂鳴器報(bào)警子程序子程序圖 4-2 總體框圖主程序主要完成系統(tǒng)初始化功能，包括 LCD顯示初始化，定時(shí)計(jì)數(shù)器初始化， 中斷開、關(guān)等功能。中斷程序主要完成定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。轉(zhuǎn)速值顯示子程序主負(fù)責(zé)將測(cè)

31、得的當(dāng)前轉(zhuǎn)速值的顯示和設(shè)定的高速、低速值的顯示。蜂鳴器程序主要完成報(bào)警功能。主程序流程圖見圖4-3 。開始LCD 液晶顯示初始化定時(shí) /計(jì)數(shù)器初始化CPU開中斷定時(shí)器 T0 開中斷啟動(dòng)定時(shí)器 T0 ，計(jì)數(shù)器 T1等待中斷圖 4-3 主程序流程圖第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 Protues仿真Proteus 軟件是一種低投資的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達(dá)30 多個(gè)元件庫。Proteus 軟件提供多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器儀表。此外， Proteus 還提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極

32、高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，Proteus 軟件提供豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一套電子仿真軟件，在加上一本虛擬實(shí)驗(yàn)教程，就可相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室。以虛代實(shí)、以軟代硬，就建立一個(gè)完善的虛擬實(shí)驗(yàn)室。在計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)電工基礎(chǔ)，模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)等課程，并進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試等。在 Proteus 軟件中畫出原理圖 , 向單片機(jī)中加入需要調(diào)試的程序的 HEX文件 , 便可以進(jìn)行調(diào)試了 .利用 Proteus 實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)過程一般分為四步：1. 在 Proteus 平臺(tái)上進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、選擇元器件、接插件、連接電路和

33、電氣檢測(cè)等（簡(jiǎn)稱 Proteus 電路設(shè)計(jì)）；2. 在 Proteus 平臺(tái)上進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)源程序設(shè)計(jì)、編輯、匯編編譯、調(diào)試，最后生成目標(biāo)代碼文件（ *.=40; 定義報(bào)警上下限uchar T0_count=0;bit alarm=1;報(bào)警標(biāo)志bit key_voice=1;按鍵聲標(biāo)志LCD 1602A子程序 -延時(shí)子函數(shù)void delay_ms(int ms)uchar y;while(ms-)for(y = 0; y<250; y+) _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); 檢查 LCD忙狀態(tài) ,lcd_busy為 1 時(shí)，忙，等待。 lcd-busy為

34、0 時(shí), 閑，可寫指令與數(shù)據(jù)bit lcd_busy()bit result;LCD_RS=0;LCD_RW=1; 忙標(biāo)志讀出LCD_EN=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();延遲 5 個(gè)機(jī)器周期result=(bit)(LCD_DATA&0x80);LCD_EN=0;return(result);寫指令數(shù)據(jù)到 LCD-RS=L，RW=L，E=高脈沖， D0-D7=指令碼。void lcd_write_cmd(uchar cmd)while(lcd_busy();LCD_EN=0;LCD_RS=0;LCD_RW=0;指令寄存器寫入LCD_

35、EN=1;LCD_DATA=cmd;寫命令LCD_EN=0;寫顯示數(shù)據(jù)到 LCD-RS=H，RW=L，E=高脈沖， D0-D7=數(shù)據(jù)。void lcd_write_data(uchar dat)while(lcd_busy();LCD_EN=0;LCD_RS=1;LCD_RW=0;數(shù)據(jù)寄存器寫入LCD_EN=1;LCD_DATA=dat; 寫數(shù)據(jù)LCD_EN=0;LCD初始化設(shè)定 -void lcd_init()LCD_DATA=0;delay_ms(10);延時(shí)lcd_write_cmd(0x38);16*2顯示， 5*7點(diǎn)陣， 8 位數(shù)據(jù)delay_ms(5);lcd_write_cmd(

36、0x38); 重復(fù)寫入，解決冷啟動(dòng)時(shí)的異常 delay_ms(5);lcd_write_cmd(0x0c);顯示開，關(guān)光標(biāo)delay_ms(5);lcd_write_cmd(0x06);移動(dòng)光標(biāo)delay_ms(5);lcd_write_cmd(0x01);清除 LCD的顯示內(nèi)容delay_ms(5);設(shè)定顯示位置 -void lcd_pos(uchar pos)lcd_write_cmd(pos | 0x80);數(shù)據(jù)指針 =80+地址變量LCD顯示 -display()uchar m;lcd_pos(0);設(shè)置顯示位置為第一行第for(m=0;m<16;m+)lcd_write_dat

37、a(line1m);lcd_pos(0x40);設(shè)置顯示位置為第二行第for(m=0;m<16;m+)1 個(gè)字符 ,00H-27H 共 40 字符1 個(gè)字符 ,40H-67H 共 40 字符lcd_write_data(line2m);LCD 1602A子程序結(jié)束 -蜂鳴器子程序 -void delay_beep(uchar x) x*0.14MSuchar i;while(x-)for(i=0;i<13;i+) void beep(uchar j,uchar k)聲音間隙j=1-8合適響聲長(zhǎng)短k=100-255uchar i;for(i=0;i<k;i+) delay_be

38、ep(j);BEEP=!BEEP;BEEP取反BEEP=1;關(guān)閉蜂鳴器4*4 鍵盤掃描子程序 -延時(shí)子程序 -void delay(uchar i) uchar j,k;for(j=i;j>0;j-)for(k=125;k>0;k-);uchar keyscan(void)uchar line=0,colume=0;uchar temp;暫存值keyport=0x0f;掃描行值temp=keyport;if(temp!=0x0f)定義行、列值delay(10);temp=keyport;if(temp!=0x0f)switch(temp)case 0x0e:line=0;break

39、;case 0x0d:line=1;break;case 0x0b:line=2;break;case 0x07:line=3;break;keyport=0xf0;掃描列值temp=keyport;if(temp!=0xf0)delay(10);temp=keyport;if(temp!=0xf0)switch(temp)case 0xe0: colume=1;while(keyport=0xe0) delay(10);等待按鍵松開break;case 0xd0: colume=2;while(keyport=0xd0) delay(10); break;case 0xb0: colume=

40、3;while(keyport=0xb0) delay(10); break;case 0x70: colume=4;while(keyport=0x70) delay(10); break;if(key_voice)beep(5,170);可選響鈴return (4*line+colume);返回鍵值-void scan(void)uchar key;key=keyscan();switch(key)* 鍵位設(shè)置：Line1:MAX-10MAX-1MAX+1MAX+10Line2:MIN-10MIN-1MIN+1MIN+10Line3:Line4:key_voice_onkey_voice_offalarm_onalarm_off *case 1:Nmax-=10;if(Nmax<=Nmin)Nmax=Nmin;break;case 2:Nmax-;if(Nmax<=Nmin)Nmax=Nmin;break;cas