電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電氣工程和自動(dòng)化畢業(yè)論文

1、圖書(shū)分類號(hào)：密 級(jí)：摘要電機(jī)是生產(chǎn)過(guò)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(kāi)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(guò)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 電動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)

2、速測(cè)量；STC89C52；霍爾傳感器AbstractMotor 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-chi

3、p 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 the signal conditioning circuit to amplify the output Hall sensor pulse , the square-wave

4、signal is sent to single chip microcomputer . the count the pulses gets into the motor speed value, and the LCD display motor speed value intuitively. At the same time,the system uses the matrix keyboard to set pre-set high and low value ,when the measured value over high-speed or lower than the low

5、 value, realize the acousto-optic alarm function.Keywords Motor Speed Measurement STC89C52 Hall Sensor44 / 48目 錄1 緒論11.1 課題研究的目的和意義11.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量在國(guó)外的研究11.3 主要研究容22 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量常用方法32.1 測(cè)頻法（“M法”）32.2 測(cè)周期法（“T法”）32.3 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用的方法43 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)53.1 各模塊方案論證與選擇53.1.1 傳感器論證與選擇53.1.2 單片機(jī)模塊論證與選擇63.1.3 顯示模塊論證與選擇63.1.4 報(bào)警模塊論

6、證與選擇73.2 總體設(shè)計(jì)方案74 硬件電路設(shè)計(jì)84.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)84.1.1 時(shí)鐘電路84.1.2 復(fù)位電路84.1.2 電源電路104.2 穩(wěn)壓可調(diào)直流電源電路設(shè)計(jì)104.3 霍爾傳感器測(cè)量電路設(shè)計(jì)114.3.1 霍爾傳感器原理114.3.2 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器124.4 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)134.5 顯示電路設(shè)計(jì)154.5.1 LCD1602簡(jiǎn)介154.5.2 LCD顯示電路164.6 按鍵電路設(shè)計(jì)164.7 蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì)175 軟件設(shè)計(jì)205.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境205.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言205.3 軟件總體設(shè)計(jì)215.4 定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷程序235.4.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器介紹235

7、.4.2 中斷控制245.4.3 定時(shí)/計(jì)數(shù)器初值計(jì)算255.4.4 定時(shí)中斷流程圖255.5 按鍵掃描程序流程圖265.6 速度計(jì)算與顯示程序285.6.1 速度計(jì)算285.6.2 速度值顯示處理程序285.7 報(bào)警程序流程圖286 系統(tǒng)調(diào)試296.1 Protues仿真296.2 硬件調(diào)試306.3 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果306.4 故障分析與解決方案32結(jié)論33致34參考文獻(xiàn)35附錄36附錄136附錄246附錄3471 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

8、的要求，在測(cè)量圍和測(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)模與超大規(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(lái)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(lái)越普與，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、水泵流量控制以與需要利用轉(zhuǎn)速檢測(cè)來(lái)進(jìn)行控制的許多場(chǎng)合，如車

9、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?？傊D(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(guó)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(lái)確定的，例如壓縮機(jī)的排氣量、軸功率、燃機(jī)的輸出功率等等，而且動(dòng)力機(jī)械的振

10、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，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

11、，還要將轉(zhuǎn)速表取出停轉(zhuǎn)后再改變量程。(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(rmin)。(4) 光電碼盤測(cè)速法光電碼盤測(cè)速法是通過(guò)測(cè)出轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率或周期來(lái)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種無(wú)接觸測(cè)速法。光電碼盤安裝在

12、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。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

13、）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，測(cè)量脈沖發(fā)生器（替代輸入脈沖）產(chǎn)生的脈沖數(shù)來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速，如圖2-1所示，設(shè)在時(shí)間T，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的弧度數(shù)為，則轉(zhuǎn)速n由式（2-1）計(jì)算得到。 式(2-1)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的弧度數(shù)的計(jì)算見(jiàn)式（2-2）。 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(jiàn)式（2-3）。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）；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，以與在T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

14、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(guò)長(zhǎng)，可以提高精度，而設(shè)置的時(shí)間過(guò)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)生的間隔寬度來(lái)決定。如圖2-2所示。通過(guò)定時(shí)器測(cè)得。定時(shí)器對(duì)時(shí)基脈沖(頻率為)進(jìn)行計(jì)數(shù)定時(shí)，在計(jì)數(shù)值若為，則計(jì)算公式見(jiàn)式（2-4）。 式（2-4）即： 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)；表示硬件產(chǎn)生的基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖頻率：

15、單位（Hz）；n表示轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）；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）陡峭以與計(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(guò)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

16、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。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(kāi)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(kāi)關(guān)管關(guān)斷，否則打開(kāi)。為此可以制作一個(gè)遮光葉片如

17、圖3-2所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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

18、器是對(duì)磁敏感的傳感元件，常用于開(kāi)關(guān)信號(hào)采集的有CS3020、CS3040、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(kāi)路（OC）門輸出，工作電壓圍寬，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(kāi)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(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速值?；魻栐痛配撊鐖D3-4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

19、動(dòng)接近一下傳感器，如果沒(méi)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(kāi)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STC89C

20、52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(guò)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。方案二：采用

21、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(jiàn),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(xiě)軟件方面都簡(jiǎn)單方便，而且成本低廉。方案二：采用語(yǔ)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(guò)于復(fù)雜，相對(duì)成本過(guò)高，工作量偏大。因此選擇方案一。3.

22、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(guò)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(jiàn)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(kāi)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

23、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)速值與預(yù)設(shè)的高速、低速值。采用矩陣鍵盤對(duì)高速、低速值進(jìn)行加減以與按鍵聲、報(bào)警聲的相關(guān)設(shè)置，當(dāng)測(cè)得的轉(zhuǎn)速值超過(guò)高速或不足低速值時(shí)，就實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能。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。ST

24、C89C52單片機(jī)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)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(méi)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(guò)來(lái)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

25、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(jiàn)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(kāi)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)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(jiàn)圖4-2。圖4-2復(fù)位電路

26、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)?000H，使單片機(jī)從程序存儲(chǔ)器地址為0000H的單元開(kāi)始執(zhí)行程序。復(fù)位后，部各個(gè)寄存器的初始容見(jiàn)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)ABPSW00H00H0000HTMODTCONTH000H00H00HSPDPLDPHP0P3IPIE07H00H00HFFHXX000000B0X000000BTL0T

27、H1TL1SBUFSCONPCON00H00H00H不定00H0XXX0000B4.1.2 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(jiàn)圖4-3.圖4-3 電源電路圖當(dāng)開(kāi)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(kāi)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(guò)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(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器。我國(guó)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(lái)設(shè)

28、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置有過(guò)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(guò)流、過(guò)熱保護(hù)。·調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)。其封裝見(jiàn)圖4-4。圖4-4 LM317T封裝圖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

29、用極小的電流來(lái)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(guò)調(diào)整滑動(dòng)變阻器的抽頭位置來(lái)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(jiàn)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(lái)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(guò)改變R3的阻值可以調(diào)整輸出電壓值,

30、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(guò)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(guò)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(jiàn)式（4-1

31、）。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(lái)為適應(yīng)信息采集的需要而迅速發(fā)展起來(lái)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(wú)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。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

32、電勢(shì)Uh=KhIB(其中Kh為霍爾元件靈敏度，它與所用的材料與幾何尺寸有關(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?；魻杺鞲衅髟韴D見(jiàn)圖4-6。圖4-6 霍爾傳感器磁場(chǎng)效應(yīng)4.3.2 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器本系統(tǒng)采用開(kāi)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V

33、cc，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(jiàn)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(kāi)”。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到“釋放點(diǎn)”(即)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(kāi)關(guān)動(dòng)作。圖4-7 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器構(gòu)成圖開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的工作特性見(jiàn)圖4-8。圖4-8 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器工作特性霍爾傳感器的電路圖見(jiàn)

34、圖4-9.A44EVCCGND12310KOUT 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(lái)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部包括有兩個(gè)獨(dú)立的高增益、部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。它的使用圍包括傳感放大

35、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(jiàn)圖4-10。圖4-10 LM358管腳圖LM358的特性(Features):· 部頻率補(bǔ)償· 直流電壓增益高(約100dB)· 單位增益頻帶寬(約1MHz)· 電源電壓圍寬：?jiǎn)坞娫?330V)；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· 共模輸入電壓圍寬，包括接地· 差模輸入電壓圍寬，等于電源電壓圍· 輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-

36、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(jiàn)圖4-11。圖4-11 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.

37、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(lái)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(jiàn)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:4.55.5V；·工作電流:2.0mA(5.0V)；·模塊最佳工作電壓:5.0V；&#

38、183;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(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)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(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)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(xiě)入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使

39、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：D0D7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，

40、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(kāi)關(guān)的兩端分別接在行線和列線上。其接口電路見(jiàn)圖4-14。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：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

41、速值-10，低速值-1，低速值+1，低速值+10；S9S12號(hào)鍵： 無(wú)定義；S13S16號(hào)鍵： 按鍵聲開(kāi)，按鍵聲關(guān)，報(bào)警聲開(kāi)，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、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)膜片與外殼等組成。蜂鳴器實(shí)物見(jiàn)圖4-15。圖4-15 報(bào)警器圖蜂鳴器發(fā)聲原理：電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)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

42、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(jiàn)圖4-16。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L(zhǎng)H檔；·放大倍數(shù)B85-160，C120-200,

43、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，晶體管與揚(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(jiàn)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。

44、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。5 軟件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前流行的用于開(kāi)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、器庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)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(jiàn)圖5-1.圖5-1

45、Kell運(yùn)行環(huán)境界面5.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言KeilC51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，C語(yǔ)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(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。C語(yǔ)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(yǔ)言編寫(xiě)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(kāi)發(fā)時(shí)間。用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序比用匯編編寫(xiě)程序更符合人們的思考習(xí)慣，開(kāi)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(wèn)題，這樣就減少了開(kāi)發(fā)和調(diào)試時(shí)間。使用像C這樣的語(yǔ)言，編寫(xiě)者不必十分熟悉處理器的

46、運(yùn)算過(guò)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部結(jié)構(gòu)，這使得用C語(yǔ)言編寫(xiě)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(yǔ)言這樣的高級(jí)語(yǔ)言與使用匯編語(yǔ)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(yǔ)言編程相比，程序的開(kāi)發(fā)和調(diào)試時(shí)間大大縮短；(6)C語(yǔ)言中的庫(kù)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

47、浮點(diǎn)運(yùn)算等；(7)通過(guò)C語(yǔ)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(yǔ)言可移植性好且非常普與，C語(yǔ)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(yǔ)言來(lái)進(jìn)行程序代碼的編寫(xiě)。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)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，蜂鳴器子程序與延時(shí)子程序等組成。軟件總體框圖見(jiàn)圖5-2。圖5-2總體框圖主程序主要完成系統(tǒng)初始化功

48、能，包括LCD顯示初始化，定時(shí)/計(jì)數(shù)器初始化，中斷開(kāi)、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(jiàn)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LCDTMOD=0x51; /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=0x3C;TL0=0xB0;/T0初始化TH1=0x00;TL1=0x00;/T1初始化EA=1; /打開(kāi)總中斷ET0=1; /允許T0中斷TR0=1;TR1=1; /啟動(dòng)T0，T1while

49、(1) 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)和停止與設(shè)置溢出標(biāo)志。定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(jiàn)表5-1。表5-1 工作方式寄存器TMODGATE：門控位。GATE0時(shí)，以運(yùn)行控制位TRX(X=0，1)來(lái)啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器運(yùn)行；GATA1時(shí)，要用軟件使TR0或TR

50、1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(jiàn)表5-2。表5-2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式在本軟件設(shè)計(jì)中，設(shè)置工作方式寄存器TMOD=0x51。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

51、申請(qǐng)。其格式如見(jiàn)表5-3。表5-3控制寄存器TCON位76543210字節(jié)地址：88HTF1TR1TF0TR0TF1（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(kāi)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

52、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(kāi)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)所有中斷以與某個(gè)中斷源的開(kāi)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(jiàn)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,

53、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。§ 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(kāi)放中斷。EA的作用是使中斷允許

54、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的容為00H，如果要開(kāi)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(guò)程如下：1） 根據(jù)要求選擇方式，確定方式控制字，寫(xiě)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(xiě)入初值寄存器。3） 根據(jù)需要開(kāi)放

55、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(kāi)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(xiě)查詢程序來(lái)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=0x51。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1s，定時(shí)器T0定時(shí)為5

56、0ms，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=0x3CB0。所以對(duì)于定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0有：TH0 = 0x3C；TL0 = 0xB0；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=0x00；TL1=0x00。計(jì)數(shù)的最大長(zhǎng)度為：216=65536，即在規(guī)定時(shí)間（500ms）外部脈沖個(gè)數(shù)不超過(guò)65536。5.4.4 定時(shí)中斷流程圖定時(shí)中斷程序主要負(fù)責(zé)完成定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。在中斷程序中，定時(shí)50ms,用T0-count對(duì)定時(shí)的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，每50ms就加1，當(dāng)計(jì)數(shù)值到了10時(shí)，此時(shí)定時(shí)了500ms,關(guān)閉中斷，T0-count清零。在每一次定時(shí)過(guò)程中，都對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描。此時(shí)計(jì)數(shù)器T1統(tǒng)計(jì)在500ms所得到的脈沖數(shù)，然后通過(guò)轉(zhuǎn)速值計(jì)算子程序?qū)Φ玫降拿}沖數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到每秒的轉(zhuǎn)速，再通過(guò)顯示子程序把得到的數(shù)值顯示出來(lái)。最后重置T0、T1值，并重新開(kāi)啟中斷。其具體的流程圖