電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(電氣工程及其自動(dòng)化)畢業(yè)論文

徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 I 圖書分類號(hào) 密級(jí) 摘要 電機(jī)是生產(chǎn)過程中應(yīng)用十分廣泛的裝置 對(duì)其轉(zhuǎn)速進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量就顯得十分必要 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) STC89C52 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)的硬件和軟件的設(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 并利用所設(shè)計(jì)的信號(hào)調(diào)理電路對(duì)霍爾傳感 器輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大整形 將得到的方波信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理 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 光報(bào)警功能 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速測(cè)量 STC89C52 霍爾傳感器 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 II Abstract Motor is very important in manufacturing measuring its rotational speed becomes very essential and necessary This article describes the common method of motor speed measurement it gives the DC motor speed measurement system design scheme which based on STC89C52 single chip microcomputer The motor speed measurement system completes the hardware and software design The system uses A44E Hall Switch Sensor as a main component of the pulse signal acquisition and uses the design of thesignal conditioning circuit to amplify the output Hall sensor pulse the square wave signal is sent to single chip microcomputer the count the pulses gets into the motor speed value and the LCD displaymotor speed value intuitively At the same time the system uses the matrix keyboardto set pre set high and low value when the measured value over high speed or lower than the low value realize the acousto optic alarm function KeywordsMotorSpeed MeasurementSTC89C52Hall Sensor 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 I 目錄 1 緒論 1 1 1 課題研究的目的和意義 1 1 2 轉(zhuǎn)速測(cè)量在國內(nèi)外的研究 1 1 3 主要研究?jī)?nèi)容 2 2 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量常用方法 3 2 1 測(cè)頻法 M 法 3 2 2 測(cè)周期法 T 法 3 2 3 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用的方法 4 3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 5 3 1 各模塊方案論證與選擇 5 3 1 1 傳感器論證與選擇 5 3 1 2 單片機(jī)模塊論證與選擇 6 3 1 3 顯示模塊論證與選擇 6 3 1 4 報(bào)警模塊論證與選擇 7 3 2 總體設(shè)計(jì)方案 7 4 硬件電路設(shè)計(jì) 8 4 1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 4 1 1 時(shí)鐘電路 8 4 1 2 復(fù)位電路 8 4 1 2 電源電路 10 4 2 穩(wěn)壓可調(diào)直流電源電路設(shè)計(jì) 10 4 3 霍爾傳感器測(cè)量電路設(shè)計(jì) 11 4 3 1 霍爾傳感器原理 11 4 3 2 開關(guān)型霍爾傳感器 12 4 4 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) 13 4 5 顯示電路設(shè)計(jì) 15 4 5 1 LCD1602 簡(jiǎn)介 15 4 5 2 LCD 顯示電路 16 4 6 按鍵電路設(shè)計(jì) 16 4 7 蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì) 17 5 軟件設(shè)計(jì) 20 5 1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 20 5 2 系統(tǒng)開發(fā)語言 20 5 3 軟件總體設(shè)計(jì) 21 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 II 5 4 定時(shí) 計(jì)數(shù)中斷程序 23 5 4 1 定時(shí) 計(jì)數(shù)器介紹 23 5 4 2 中斷控制 24 5 4 3 定時(shí) 計(jì)數(shù)器初值計(jì)算 25 5 4 4 定時(shí)中斷流程圖 25 5 5 按鍵掃描程序流程圖 26 5 6 速度計(jì)算及顯示程序 28 5 6 1 速度計(jì)算 28 5 6 2 速度值顯示處理程序 28 5 7 報(bào)警程序流程圖 28 6 6 系統(tǒng)調(diào)試 29 6 1 Protues 仿真 29 6 2 硬件調(diào)試 30 6 3 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 30 6 4 故障分析與解決方案 32 結(jié)論 33 致謝 34 參考文獻(xiàn) 35 附錄 36 附錄 1 36 附錄 2 44 附錄 3 45 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 1 1 緒論 1 1 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 1 2 轉(zhuǎn)速測(cè)量在國內(nèi)外的研究 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) 轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法很多 根據(jù)轉(zhuǎn)速測(cè)量的工作方式可分為兩大類 接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量法與 非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量法 前者在使用時(shí)必須與被測(cè)轉(zhuǎn)軸直接接觸 如離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)速法 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速法等 后者在使用時(shí)不需要與被測(cè)轉(zhuǎn)軸接觸 如閃光測(cè)速法 光電碼盤測(cè)速 法 1 離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)速法 離心式轉(zhuǎn)速表是利用離心原理制成的測(cè)速儀表 可以直接讀出轉(zhuǎn)速 測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí) 轉(zhuǎn)速 表的端頭要插入電機(jī)轉(zhuǎn)軸的中心孔內(nèi) 插入前 應(yīng)注意清除中心孔中的油污 并使轉(zhuǎn)速表 的軸與電機(jī)的軸保持同心 不可上下左右偏斜 否則易將表軸扭壞 并影響準(zhǔn)確讀數(shù) 而 且轉(zhuǎn)速表要間歇使用 以減少磨損和發(fā)熱 如果要改變量程 還要將轉(zhuǎn)速表取出停轉(zhuǎn)后再 改變量程 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 2 2 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速法 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí) 測(cè)速發(fā)電機(jī)連接到被測(cè)電機(jī)的軸端 將被測(cè)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速變 換為電壓信號(hào)輸出E CeFn 在輸出端接一個(gè)刻度以轉(zhuǎn)速為單位的電壓表 即可讀出轉(zhuǎn)速 3 閃光測(cè)速法 閃光測(cè)速法是利用可調(diào)脈沖頻率的專用電源施加于閃光燈上 將閃光燈的燈光照到電 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分 可在電機(jī)端軸上粘貼一張標(biāo)記紙片 當(dāng)調(diào)整脈沖頻率使黑色扇形片靜止不動(dòng) 時(shí) 此時(shí)脈沖的頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速是同步的 若脈沖頻率為f 則電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n 60f r min 4 光電碼盤測(cè)速法 光電碼盤測(cè)速法是通過測(cè)出轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率或周期來測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種無接觸測(cè) 速法 光電碼盤安裝在轉(zhuǎn)子端軸上 隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng) 光電碼盤也跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng) 如果有 一個(gè)固定光源照射在碼盤上 則可利用光敏元件 其接收到的光的次數(shù)就是碼盤的編碼數(shù) 若編碼數(shù)為60 測(cè)量時(shí)間為t 測(cè)量到的脈沖數(shù)為N 則n N t 1 3 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)各模塊的論證和選擇 總體方案的設(shè)計(jì) 4 系統(tǒng)中各硬件模塊設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng)調(diào)試 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 3 2 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量常用方法 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的主要方法有測(cè)周期法 T 法 和測(cè)頻法 M 法 2 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)1m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 l X 則轉(zhuǎn)速 n 由式 2 1 計(jì)算 得到 T Xl 2 60 n 式 2 1 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù) l X的計(jì)算見式 2 2 p m Xl 12 式 2 2 圖 2 1 M 法測(cè)量轉(zhuǎn)速脈沖 將式 2 2 式代入式 2 1 則轉(zhuǎn)速 n 的表達(dá)式見式 2 3 TP m160 n 式 2 3 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 1m 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 2 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 P T來決定 如圖 2 2 所示 P T通過定時(shí)器測(cè)得 定 時(shí)器對(duì)時(shí)基脈沖 頻率為 c f 進(jìn)行計(jì)數(shù)定時(shí) 在 P T內(nèi)計(jì)數(shù)值若為2m 則計(jì)算公式見式 2 4 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 4 P PT 60 n 式 2 4 即 2 60 n Pm fc 式 2 5 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) c f 表示硬件產(chǎn)生的基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖頻率 單位 Hz n 表示轉(zhuǎn)速單位 轉(zhuǎn) 分 2m 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 2 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 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 5 3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3 1 各模塊方案論證與選擇 3 1 1 傳感器論證與選擇 方案一 光電傳感器 光電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一種器件 有各種各樣的形式 如透射式 反射式等 光電轉(zhuǎn)速傳感器是根據(jù)光敏二極管工作原理制造的一種感應(yīng)接收光強(qiáng)度變化的電子器件 當(dāng)它發(fā)出的光被目標(biāo)反射或阻斷時(shí) 則接收器感應(yīng)出相應(yīng)的電信號(hào) 它包含調(diào)制光源 由 光敏元件等組成的光學(xué)系統(tǒng) 放大器 開關(guān)或模擬量輸出裝置 光電式傳感器由獨(dú)立且相 對(duì)放置的光發(fā)射器和收光器組成 以透射式為例 如圖 3 1 所示 當(dāng)不透光的物體擋住發(fā) 射與接收之間的間隙時(shí) 開關(guān)管關(guān)斷 否則打開 為此可以制作一個(gè)遮光葉片如圖 3 2 所 示 安裝在轉(zhuǎn)軸上 當(dāng)扇葉經(jīng)過時(shí) 產(chǎn)生脈沖信號(hào) 當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí) 旋轉(zhuǎn)一周可以獲得 多個(gè)脈沖信號(hào) 圖 3 1 光電傳感器的原理圖 圖 3 2 遮光葉片 方案二 光電編碼器 光電編碼器的工作原理與光電傳感器一樣 不過它已將光電傳感器 電子電路 碼盤 等做成一個(gè)整體 只要用連軸器將光電傳感器的軸與轉(zhuǎn)軸相連 就能獲得多種輸出信號(hào) 它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床 回轉(zhuǎn)臺(tái) 伺服傳動(dòng) 機(jī)器人 雷達(dá) 軍事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)角 度的裝置和設(shè)備中 將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電機(jī)軸上 這樣每當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)過一圈編碼器就會(huì)發(fā) 出一個(gè)脈沖 利用脈沖數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量 如圖3 3所示 是某光電編碼器的外形 圖 3 3 成品光電編碼器 方案三 霍爾傳感器 霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件 常用于開關(guān)信號(hào)采集的有 CS3020 CS3040 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 6 A04E A44E 等 這種傳感器是一個(gè) 3 端器件 外形與三極管相似 只要接上電源 地 即可工作 輸出通常是集電極開路 OC 門輸出 工作電壓范圍寬 使用非常方便 圖 3 4 霍爾元件和磁鋼實(shí)際圖 使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào) 其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡(jiǎn)單 只要在轉(zhuǎn)軸的圓周 上粘上一粒磁鋼 讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼 就有信號(hào)輸出 轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí) 就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈 沖信號(hào) 如果在圓周上粘上多粒磁鋼 可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周獲得多個(gè)脈沖輸出 單片機(jī)根據(jù) 脈沖數(shù)來計(jì)算轉(zhuǎn)速值 霍爾元件和磁鋼如圖 3 4 所示 在粘磁鋼時(shí)要注意 霍爾傳感器對(duì) 磁場(chǎng)方向敏感 粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器 如果沒有信號(hào)輸出 可以換一個(gè)方向 再試 由于光電傳感器受環(huán)境影響較大 且光電編碼器安裝不方便 由于軟連接的原因 很 容易松動(dòng) 可靠性差 而由霍爾元件構(gòu)成的霍爾開關(guān)系統(tǒng) 具有輸出響應(yīng)快 數(shù)字脈沖性 能好 安裝方便 性能可靠 不受光線等因素影響 價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn) 所以本設(shè)計(jì)采用方案三 使用霍爾傳感器采集脈沖信號(hào) 3 1 2 單片機(jī)模塊論證與選擇 方案一 采用單片機(jī) AT89C52 作為主控制器 使用霍爾傳感器進(jìn)行測(cè)量的直流電機(jī)轉(zhuǎn) 速測(cè)量系統(tǒng) AT89C52 片內(nèi)具有 8K 字節(jié)程序存儲(chǔ)空間 256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 與 MCS 51 系列單片機(jī)完全兼容 具有在線編程可擦除技術(shù) 方案二 采用型號(hào)為 STC89C52 的單片機(jī)作為主控制器 使用霍爾傳感器進(jìn)行測(cè)量 的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng) STC89C52 是一種低功耗 高性能 CMOS8 位單片機(jī) 片內(nèi)集成了 8KB 可重復(fù)編程的 FLASH 程序存儲(chǔ)器 256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 具有 TSP 功能 可直接 通過串口下載用戶程序 方便調(diào)試程序 帶有 2KB 的 EEPROM 存儲(chǔ)空間 與 MCS 51 完全兼 容 兩種單片機(jī)都能滿足設(shè)計(jì)需要 但 STC89C52 相對(duì)于 AT89C52 價(jià)格便宜 且抗干擾能力 強(qiáng) 考慮到成本因素 因此選擇方案二 3 1 3 顯示模塊論證與選擇 方案一 采用 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描 LED 數(shù)碼管價(jià)格適中 亮度高 顯示數(shù)字合適 但是 連接復(fù)雜 耗電流大 驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 7 方案二 采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示 點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成 對(duì) 于顯示簡(jiǎn)單文字比較適合 如果顯示數(shù)字則浪費(fèi)資源 而且價(jià)格也相對(duì)較高 方案三 采用 LCD 液晶顯示屏 液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大 可顯示大量文字 圖形 顯 示多樣 清晰可見 并且連接很方便 所以在此設(shè)計(jì)中采用了 LCD 液晶顯示器 因此選擇方案三 3 1 4 報(bào)警模塊論證與選擇 方案一 采用蜂鳴器和發(fā)光二極管作為報(bào)警的主要器件 該方案不論在硬件焊接方面 還是在編寫軟件方面都簡(jiǎn)單方便 而且成本低廉 方案二 采用語音播報(bào)系統(tǒng)作為聲光報(bào)警的核心 該方案更具人性化 智能化 但是 就該設(shè)計(jì)要求而言 方案過于復(fù)雜 相對(duì)成本過高 工作量偏大 因此選擇方案一 3 2 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 STC89C52 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)小信號(hào)的測(cè)量 處理器采用 STC89C52 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 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 8 4 硬件電路設(shè)計(jì) 4 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 4 1 1 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 STC89C52 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)反相放大器 XTAL1 XTAL2 分別為反相放大器的輸入 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 30pf 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 4 1 圖 4 1 時(shí)鐘電路 4 1 2 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 4 2 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 9 圖 4 2 復(fù)位電路圖 其中電容接 VCC 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 只要 RST 保持高電平 單片機(jī)將循環(huán)復(fù)位 復(fù)位期間 ALE PSEN 輸出高電平 RST 從高電平變?yōu)榈碗娖胶?PC 指針變?yōu)?0000H 使單片機(jī)從程序存儲(chǔ)器地址為 0000H 的單 元開始執(zhí)行程序 復(fù)位后 內(nèi)部各個(gè)寄存器的初始內(nèi)容見表 4 1 表 4 1復(fù)位后寄存器狀態(tài)表 特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài) A B PSW 00H 00H 0000H TMOD TCON TH0 00H 00H 00H SP DPL DPH P0 P3 IP IE 07H 00H 00H FFH XX000000B 0X000000B TL0 TH1 TL1 SBUF SCON PCON 00H 00H 00H 不定 00H 0XXX0000B 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 10 4 1 2 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 4 3 圖 4 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 4 2 穩(wěn)壓可調(diào)直流電源電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用 LM317T 三端可調(diào)式穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓可調(diào)直流電源 通過改變輸出電 壓改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率 從而使電機(jī)產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)速 LM317T 是美國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器 我國和世界各大集成電路生產(chǎn)商 均有同類產(chǎn)品可供選用 是使用極為廣泛的集成穩(wěn)壓器 它的使用非常簡(jiǎn)單 僅需兩個(gè)外 接電阻來設(shè)置輸出電壓 此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好 LM317T 內(nèi)置有過載保護(hù) 安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路 其性能參數(shù)為 可調(diào)整輸出電壓 1 25V 37V 保證 1 5A 輸出電流 典型線性調(diào)整率 0 01 典型負(fù)載調(diào)整率 0 1 80dB 紋波抑制比 輸出短路保護(hù) 過流 過熱保護(hù) 調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù) 其封裝見圖 4 4 圖 4 4 LM317T 封裝圖 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 11 LM317T 原理 由 Vin 端 3 腳 給它提供工作電壓以后 它便可以保持其 Vout 端 2 腳 比其 ADJ 端 1 腳 的電壓高 1 25V 因此 只需要用極小的電流來調(diào)整 ADJ 端的電壓 便可在 Vout 端得到比較大的電流輸出 并且電壓比 ADJ 端高出恒定的 1 25V 還可以通過 調(diào)整滑動(dòng)變阻器的抽頭位置來改變輸出電壓 但是 LM317T 會(huì)保證接入 ADJ 端和 Vout 端的 那部分電阻上的電壓為 1 25V 穩(wěn)壓電路圖見圖 4 5 圖 4 5 穩(wěn)壓電路原理圖 圖中當(dāng)通電時(shí) 則黃色二極管 DS1 亮 C1 C5 選擇的是 1000uF 的電容 C2 C4 選擇 的是 0 1uF 的電容 用來對(duì)低頻濾波 C3 選擇的是 0 1uF 的電容 其作用也是對(duì) LM317T 的 1 腳的電壓進(jìn)行小小的濾波 以提高輸出電壓的質(zhì)量 屬于高頻濾波 R2 選擇的是 240 歐姆的電阻 通過改變 R3 的阻值可以調(diào)整輸出電壓值 從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率 電源電路工作原理是 將 220V 的交流電送到變壓器的線圈 從線圈感應(yīng)出約 12V 的 電壓送到 4 個(gè)二極管 因?yàn)榻涣麟姷奶攸c(diǎn)是方向和電壓大小一直隨時(shí)間變化 即它正負(fù)極 是不固定的 二極管的作用是只允許電流從它的正極流向它的負(fù)極 這就是二極管整流的 原理 此時(shí) 電壓大小還在發(fā)生變化 電容器有存儲(chǔ)電能的特性 在電壓較高時(shí)向電容器 中充電 在電壓較低時(shí)便由電容器向電路供電 這個(gè)過程叫作濾波 圖 4 5 中 C1 的作用 就是這樣 經(jīng) C1 濾波后比較穩(wěn)定的直流電送到三端穩(wěn)壓集成電路 LM317T 的 Vin 端 3 端 通過改變滑動(dòng)變阻器的阻值 可以調(diào)整輸出電壓值 從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率 其中 輸出電壓見式 4 1 Vout 1 25 1 R3 R2 式 4 1 4 3 霍爾傳感器測(cè)量電路設(shè)計(jì) 4 3 1 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 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 12 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 4 6 圖 4 6 霍爾傳感器磁場(chǎng)效應(yīng) 4 3 2 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 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 4 7 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 4 8 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 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 rp B 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 4 7 開關(guān)型霍爾傳感器構(gòu)成圖 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 13 開關(guān)型霍爾傳感器的工作特性見圖4 8 圖 4 8 開關(guān)型霍爾傳感器工作特性 霍爾傳感器的電路圖見圖 4 9 A44 E VCC GND 1 2 3 10 K OUT 圖 4 9 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) 4 4 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4 10 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 14 圖 4 10 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100dB 單位增益頻帶寬 約1MHz 電源電壓范圍寬 單電源 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4 11 圖 4 11 信號(hào)調(diào)理電路 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 15 在該圖中 LM358 本質(zhì)作為一個(gè)電壓比較器 把 R14 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 4 5 顯示電路設(shè)計(jì) 4 5 1 LCD1602 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 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 一般 1602 字符型液晶顯示器實(shí)物見圖 4 12 圖 4 12 液晶顯示器實(shí)物圖 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 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 R W 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 R W 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 16 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 R W 為高電平時(shí)可以讀忙信 號(hào) 當(dāng) RS 為高電平 R W 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7 14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 4 5 2 LCD 顯示電路 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 7口 RW 接 P2 6口 EN 接 P2 5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4 13所示 圖 4 13 液晶顯示電路 4 6 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 I O 接口線 而且鍵位越多 情況越明顯 矩陣鍵盤用 I O 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 列結(jié)構(gòu)可組成 16 個(gè)鍵的鍵盤 比一 個(gè)鍵位用一根 I O 接口線的獨(dú)立式鍵盤少了一半的 I O 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I O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 4 14 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 17 圖 4 14 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 S1 S4 號(hào)鍵 高速值 10 高速值 1 高速值 1 高速值 10 S5 S8 號(hào)鍵 低速值 10 低速值 1 低速值 1 低速值 10 S9 S12 號(hào)鍵 無定義 S13 S16 號(hào)鍵 按鍵聲開 按鍵聲關(guān) 報(bào)警聲開 報(bào)警聲關(guān) 4 7 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 本設(shè)計(jì)中選用電磁式蜂鳴器作為報(bào)警器 電磁式蜂鳴器由振蕩器 電磁線圈 磁鐵 振動(dòng)膜片及外殼等組成 蜂鳴器實(shí)物見圖 4 15 圖 4 15 報(bào)警器圖 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 本設(shè)計(jì)采用 S8550PNP 小功率三極管進(jìn)行放大電流 其引腳圖見圖 4 16 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 18 圖 4 16 S8550 引腳圖 其主要性能參數(shù)為 耗散功率 0 625W 貼片 0 3W 放大倍數(shù) 50 200 集電極到發(fā)射極電壓 Vceo 為 25V 集電極到基極電壓 Vcbo 為 40V 發(fā)射極到基極電壓 Vebo 為 0 6V 集電極連續(xù)電流 0 5A 引腳排列為 EBC 或 ECB 按三極管后綴號(hào)分為 BCD 檔 貼片為 LH 檔 放大倍數(shù) B85 160 C120 200 D160 300 L100 200 H200 350 報(bào)警模塊主要負(fù)責(zé)聲音報(bào)警和燈光報(bào)警 報(bào)警電路均比較簡(jiǎn)單 聲音報(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 燈光報(bào)警由三個(gè)發(fā)光二極管和電阻串聯(lián)構(gòu)成 電路 接線圖見圖 4 17 圖 4 17 蜂鳴器報(bào)警電路 蜂鳴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 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 19 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 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 20 5 軟件設(shè)計(jì) 5 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 5 1 Kell 運(yùn)行環(huán)境界面 5 2 系統(tǒng)開發(fā)語言 KeilC51 是美國 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 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 21 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 對(duì)大多數(shù) 51 系列單片機(jī) 使用 C 語言這樣的高級(jí)語言與使用匯編語言相比具有如下 優(yōu)點(diǎn) 1 不需要了解處理器的指令集 也不必了解存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 2 寄存器分配和尋址方式由編譯器進(jìn)行管理 編程時(shí)不需要考慮存儲(chǔ)器的尋址和數(shù) 據(jù)類型等細(xì)節(jié) 3 指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀性 4 可使用與人的思維更相近的關(guān)鍵字和操作函數(shù) 5 與使用匯編語言編程相比 程序的開發(fā)和調(diào)試時(shí)間大大縮短 6 C 語言中的庫文件提供許多標(biāo)準(zhǔn)的方程 例如 格式化輸出 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和浮點(diǎn)運(yùn)算 等 7 通過 C 語言可實(shí)現(xiàn)模塊編程技術(shù) 從而可將已編制好的程序加入到新程序中 8 C 語言可移植性好且非常普及 C 語言編譯器幾乎適用于所有的目標(biāo)系統(tǒng) 已完成 的軟件項(xiàng)目可以很容易地轉(zhuǎn)換到其它的處理器或環(huán)境中 所以在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中選用單片機(jī) C 語言來進(jìn)行程序代碼的編寫 5 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 5 2 圖 5 2 總體框圖 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 22 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)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 5 3 圖 5 3 主程序流程圖 主程序部分流程圖如下 main lcd init 初始化 LCD TMOD 0 x51 設(shè)置定時(shí)器工作方式 即 T0 為 16 位定時(shí)器 T1 為 16 位計(jì)數(shù)器 TH0 0 x3C TL0 0 xB0 T0 初始化 TH1 0 x00 TL1 0 x00 T1 初始化 EA 1 打開總中斷 ET0 1 允許 T0 中斷 TR0 1 TR1 1 啟動(dòng) T0 T1 while 1 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 23 5 4 定時(shí) 計(jì)數(shù)中斷程序 5 4 1 定時(shí) 計(jì)數(shù)器介紹 定時(shí) 計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加 1 計(jì)數(shù)器 16 位 由高 8 位和低 8 位兩個(gè)寄存器組成 TMOD 是定時(shí) 計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器 確定工作方式和功能 TCON 是控制寄存器 控制 T0 T1 的啟動(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志 定時(shí) 計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)見圖 5 4 圖 5 4定時(shí) 計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu) 1 工作方式寄存器 TMOD 工作方式寄存器 TMOD 用于設(shè)置定時(shí) 計(jì)數(shù)器的工作方式 低四位用于 T0 高四位用 于 T1 其格式見表 5 1 表 5 1 工作方式寄存器 TMOD GATE 門控位 GATE 0 時(shí) 以運(yùn)行控制位 TRX X 0 1 來啟動(dòng)定時(shí) 計(jì)數(shù)器運(yùn)行 GATA 1 時(shí) 要用軟件使 TR0 或 TR1 為 1 同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí) 才 能啟動(dòng)定時(shí) 計(jì)數(shù)器工作 C T 計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位 C T 1 時(shí) 選擇計(jì)數(shù)器模式 計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入引腳 T0 P3 4 或 T1 P3 5 的外部 脈沖計(jì)數(shù) C T 0 時(shí) 選擇定時(shí)器模式 M1M0 工作方式設(shè)置位 定時(shí) 計(jì)數(shù)器有四種工作方式 由 M1M0 進(jìn)行設(shè)置 其選擇 情況見表 5 2 表 5 2 定時(shí) 計(jì)數(shù)器工作方式 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 24 在本軟件設(shè)計(jì)中 設(shè)置工作方式寄存器 TMOD 0 x51 2 控制寄存器 TCON 控制寄存器 TCON 用于控制定時(shí) 計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和溢出 它的字節(jié)地址為 88H 可以進(jìn) 行位尋址 其低 4 位用于控制外部中斷 TCON 的高 4 位用于控制定時(shí) 計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中 斷申請(qǐng) 其格式如見表 5 3 表 5 3 控制寄存器 TCON 位76543210 字節(jié)地址 88HTF1TR1TF0TR0 TF1 TCON 7 T1 溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位 T1 計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置 TF1 為 1 CPU 響應(yīng)中斷后 TF1 由硬件自動(dòng)清 0 T1 工作時(shí) CPU 可隨時(shí)查詢 TF1 的狀態(tài) 所以 TF1 可用作查詢測(cè)試的 標(biāo)志 TF1 也可以用軟件置 1 或清 0 同硬件置 1 或清 0 的效果一樣 TR1 TCON 6 T1 運(yùn)行控制位 TR1 置 1 時(shí) T1 開始工作 TR1 置 0 時(shí) T1 停止工作 TR1 由軟件 置 1 或清 0 所以 用軟件可控制定時(shí) 計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止 TF0 TCON 5 T0 溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位 當(dāng)定時(shí) 寄存器 T0 記滿時(shí) 由硬件使它置位 如中斷允許則 觸發(fā) T 0 中斷 進(jìn)入中斷處理后由內(nèi)部硬件電路自動(dòng)清除 TR0 TCON 4 T0 運(yùn)行控制位 TR0 置 1 時(shí) T0 開始工作 TR0 置 0 時(shí) T0 停止工作 TR0 由軟件 置 1 或清 0 所以 用軟件可控制定時(shí) 計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止 5 4 2 中斷控制 CPU對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制 IE 的字節(jié)地址為 A8H 可以進(jìn)行位尋址 各位的定義見表 5 4 表 5 4 中斷允許寄存器 IE 位76543210 字節(jié)地址 A8HEAESET1EX1ET0EX0 EX0 IE 0 外部中斷 0 的中斷允許位 EX0 0 禁止外部中斷 EX0 1 允許外部中 斷 ET0 IE 1 定時(shí) 計(jì)數(shù)器 T0 的溢出中斷允許位 ET0 0 禁止 T0 中斷 ET0 1 允 許 T0 中斷 EX1 IE 2 外部中斷 1 的中斷允許位 EX1 0 禁止外部中斷 EX1 1 允許外部中 斷 ET1 IE 3 定時(shí) 計(jì)數(shù)器 T1 的溢出中斷允許位 ET1 0 禁止 T0 中斷 ET1 1 允 許 T0 中斷 徐州工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 25 ES IE 4 串行口中斷允許位 ES 0 禁止串行口中斷 ES 1 允許串行口中斷 EA IE 7 CPU 中斷允許 總允許 位 EA 0 屏蔽所有的中斷請(qǐng)求 EA 1 開 放中斷 EA 的作用是使中斷允許形成兩級(jí)那個(gè)控制 即各中斷源首先要受 EA 位的控制 其次還要受中斷源自己的中斷允許位控制 系統(tǒng)復(fù)位時(shí) 中斷允許寄存器 IE 的內(nèi)容為 00H 如果要開放某個(gè)中斷源 則必須使 IE 中的總控置位和對(duì)應(yīng)的中斷允許位置 1 5 4 3 定時(shí) 計(jì)數(shù)器初值計(jì)算 MCS 51 的定時(shí) 計(jì)數(shù)器是可編程的 可以設(shè)定為對(duì)機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能 也可以設(shè)定為對(duì)外部脈沖計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能 有四種工作方式 使用時(shí)可根據(jù)情況選擇其 中一種 單片機(jī)定時(shí) 計(jì)數(shù)器初始化過程如下 1 根據(jù)要求選擇方式 確定方式控制字 寫入方式控制寄存器 TMOD 2 根據(jù)要求計(jì)算定時(shí) 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值 再由計(jì)數(shù)值求得初值 寫入初值寄存器 3 根據(jù)需要開放定時(shí) 計(jì)數(shù)器中斷 4 設(shè)置定時(shí) 計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON 的值 啟動(dòng)定時(shí) 計(jì)數(shù)器開始工作 5 等待定時(shí) 計(jì)數(shù)時(shí)間到 到則執(zhí)行中斷服務(wù)程序 如用查詢處理則編寫查詢程序來判 斷溢出標(biāo)志 溢出標(biāo)志等于 1 則進(jìn)行相關(guān)處理 根據(jù)設(shè)計(jì)需要 定時(shí) 計(jì)數(shù)器選擇方式 1 合適 方式寄存器 TMOD 01010011B 0 x51 此時(shí) T0 作為 16 位定時(shí)器 定時(shí)時(shí)間為 50ms 循環(huán) 10 次后 關(guān)閉中斷 T1 作為 16 位計(jì) 數(shù)器對(duì)霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖 P3 5 口 進(jìn)行計(jì)數(shù) 1 T0 用于定時(shí)工作方式 其定時(shí)時(shí)間為 T 216 T0 的初值 機(jī)器周期 此設(shè)計(jì)采用的是 12MHz 的晶振 則機(jī)器周期為 1 s 定時(shí)器 T0 定時(shí)為 50ms 將參 數(shù)帶入公式 T0 的初值 65536 50000 15536 換成十六進(jìn)制 T0 的初值 0 x3CB0 所以對(duì)于定時(shí) 計(jì)數(shù)器 T0 有 TH0 0 x3C TL0 0 xB0 對(duì)于計(jì)數(shù)器 T1 初始化時(shí)為清零狀態(tài) 即 2 TI 用于計(jì)數(shù)工作方式 初始化時(shí)為清零狀態(tài) 即 TH1 0 x00 TL1 0 x00 計(jì)數(shù)的最大長(zhǎng)度為 216 65536 即在規(guī)定時(shí)