-霍爾傳感器測(cè)速課程設(shè)計(jì)

#光敏二極管、光敏三極管等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。光電耦合器件（簡(jiǎn)稱光耦）是把發(fā)光器件（如發(fā)光二極管）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，通過光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電—光和光—電的轉(zhuǎn)換器件。在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。光電耦合器分為很多種類，圖2-8所示為常用的三極管型光電耦合器原理圖。當(dāng)電信號(hào)送入光電耦合器的輸入端時(shí)，發(fā)光二極管通過電流而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，CE導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無(wú)信號(hào)，發(fā)光二極管不亮，光敏三極管截止，CE不通。對(duì)于數(shù)位量，當(dāng)輸入為低電平“0”時(shí)，光敏三極管截止，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1”時(shí)，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“0”。若基極有引出線則可滿足溫度補(bǔ)償、檢測(cè)調(diào)制要求。這種光耦合器性能較好，價(jià)格便宜，因而應(yīng)用廣泛。圖2-8最常用的光電耦合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖光電耦合器的接線原理如圖2-9所示。圖2-9光電耦合器接線原理蜂鳴器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)品中作發(fā)聲器件。報(bào)警器的種類很多，比如：揚(yáng)聲器、蜂鳴器等，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。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。

圖2-10電磁式蜂鳴器單片機(jī)AT89C51單片機(jī)(Single-Chip-Microcomputer)又稱為單片微控制器，其基本結(jié)構(gòu)是將微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入口、輸出口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等全部集中在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上。單片機(jī)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，在硬件、指令系統(tǒng)及I/O能力等方面都有獨(dú)到之處，具有較強(qiáng)而有效的控制功能。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但無(wú)論從組成還是從其邏輯功能上來(lái)看，都具有微機(jī)系統(tǒng)的含義。另一方面，單片機(jī)畢竟是一個(gè)芯片，只有外加所需的輸入、輸出設(shè)備，才可以構(gòu)成實(shí)用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)［11］。AT89C51芯片AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容［12］。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中,ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)格低廉的方案。其引腳圖如圖2-11所示。2P1.0140YCCjLt1239P0,O/ADQFK2338FQ…--ADIPl.3137PO.S/AD2P.45陰PO.3/AD3Fl.563&PO.4/AD4H：飛3dPO”Hl.7833PO”6/AD6?3T932PQ.7''AD7RXD八匚01031EATXD/P3.11130ALE/FROGIWT0/P3,239PSENINTlJF3x31J-23F￡7/A1jT0/F3.41J27PZ.6/'AlIT-.Ej1526P2.3/A136162&P2.4/A12RD.F3.71724P2.3/A11XTAL223PS.2/A105(TALI1922P2-1/A9GND202172.圖2-11AT89C51引腳圖定時(shí)器8051單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，記為TO和T1。它的工作方式可以通過指令對(duì)相應(yīng)的特殊功能寄存器編程來(lái)設(shè)定，或作定時(shí)器用，或作外部事件計(jì)時(shí)器用。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在硬件上由雙字節(jié)加法計(jì)數(shù)器TH和TL組成。作定時(shí)器使用時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖由單片機(jī)內(nèi)部振蕩器提供，計(jì)數(shù)頻率為fosC/12，每個(gè)機(jī)器周期加1[13]8051單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式由特殊功能寄存器TMOD編程決定，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)運(yùn)行由特殊功能寄存器TCON編程控制。不論用作定時(shí)器還是計(jì)數(shù)器，每當(dāng)產(chǎn)生溢出時(shí)，都會(huì)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。單片機(jī)的定時(shí)器的工作原理是利用了寄存器的溢出來(lái)觸發(fā)中斷的，所以在寫定時(shí)器的時(shí)候就要去算計(jì)數(shù)的增量，再根據(jù)單片機(jī)的晶振的頻率就可以算出確定的時(shí)間了。定時(shí)器主要用到了2個(gè)寄存器,一個(gè)為TCON,另一個(gè)為TMOD。TCON是用來(lái)控制定時(shí)器的啟動(dòng)與停止的。TMOD是用來(lái)設(shè)置定時(shí)器的模式的。8051單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是可編程的，在進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)操作之前要進(jìn)行初始化編程。通常8051單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化編程包括如下幾個(gè)步驟:1.確定工作方式，即給方式控制寄存器TMOD寫入控制字。2.計(jì)算定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值,并將初值寫入TH和TL。3?根據(jù)需要對(duì)中斷控制寄存器IE置初值，決定是否開放定時(shí)器中斷。4?使運(yùn)行控制寄存器TCON中的TRO或TR1置“1”，啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。在初始化過程中，要設(shè)置定時(shí)或計(jì)數(shù)的初始值，這時(shí)需要進(jìn)行一點(diǎn)運(yùn)算。由于計(jì)數(shù)器是加法計(jì)數(shù)，并在溢出時(shí)產(chǎn)生中斷，因此初始值不能是所需要的計(jì)數(shù)模值，而是要從最大計(jì)數(shù)值減去計(jì)數(shù)模值所得才是應(yīng)當(dāng)設(shè)置的計(jì)數(shù)初始值。假設(shè)計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值為M（根據(jù)不同工作方式，M可以是213、216或28），則計(jì)算初值X的公式如下：計(jì)數(shù)方式：X=M-要求的計(jì)數(shù)值（2-2）定時(shí)方式：X=M-要求的計(jì)數(shù)值（2-3）12/fOsC2.3.3外部中斷外部中斷：對(duì)某個(gè)中央處理機(jī)而言，它的外部非通道式裝置所引起的中斷稱為外部中斷。51單片機(jī)的外部中斷有兩種觸發(fā)方式可選：電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)。選擇電平觸發(fā)時(shí)，單片機(jī)在每個(gè)機(jī)器周期檢查中斷源口線，檢測(cè)到低電平，即置位中斷請(qǐng)求標(biāo)志，向CPU請(qǐng)求中斷。選擇邊沿觸發(fā)方式時(shí)，單片機(jī)在上一個(gè)機(jī)器周期檢測(cè)到中斷源口線為高電平，下一個(gè)機(jī)器周期檢測(cè)到低電平，即置位中斷標(biāo)志，請(qǐng)求中斷。應(yīng)用時(shí)需要特別注意的幾點(diǎn)：1．電平觸發(fā)方式時(shí)，中斷標(biāo)志寄存器不鎖存中斷請(qǐng)求信號(hào)。要使電平觸發(fā)的中斷被CPU響應(yīng)并執(zhí)行，必須保證外部中斷源口線的低電平維持到中斷被執(zhí)行為止。因此當(dāng)CPU正在執(zhí)行同級(jí)中斷或更高級(jí)中斷期間，產(chǎn)生的外部中斷源（產(chǎn)生低電平）如果在該中斷執(zhí)行完畢之前撤銷（變?yōu)楦唠娖剑┝?，那么將得不到響?yīng)，就如同沒發(fā)生一樣。同樣，當(dāng)CPU在執(zhí)行不可被中斷的指令（如RETI）時(shí)，產(chǎn)生的電平觸發(fā)中斷如果時(shí)間太短，也得不到執(zhí)行。2．邊沿觸發(fā)方式時(shí)，中斷標(biāo)志寄存器鎖存了中斷請(qǐng)求。中斷口線上一個(gè)從高到低的跳變將記錄在標(biāo)志寄存器中，直到CPU響應(yīng)并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序時(shí)，由硬件自動(dòng)清除。因此當(dāng)CPU正在執(zhí)行同級(jí)中斷（甚至是外部中斷本身）或高級(jí)中斷時(shí)，產(chǎn)生的外部中斷（負(fù)跳變）同樣將被記錄在中斷標(biāo)志寄存器中。在該中斷退出后，將被響應(yīng)執(zhí)行。如果不希望這樣，必須在中斷退出之前，手工清除外部中斷標(biāo)志。3．中斷標(biāo)志可以手工清除。一個(gè)中斷如果在沒有得到響應(yīng)之前就已經(jīng)被手工清除，則該中斷將被CPU忽略。就如同沒有發(fā)生一樣。2.4顯示電路設(shè)計(jì)1602字符型LCD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。下面以長(zhǎng)沙太陽(yáng)人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。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。1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能1.1602LCD類型1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差別，兩者尺寸差別如圖2-12所示。圖2-121602帶背光與不帶背光差別圖LCD1602主要技術(shù)參數(shù)顯示容量：16X2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：2.95X4.35（WXH）mm3.1602LCD引腳1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無(wú)背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說(shuō)明如表2-1。表2-1引腳接口說(shuō)明表編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL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.其與單片機(jī)的連接如圖2-13所示。圖2-131602與單片機(jī)接線圖圖2-131602與單片機(jī)接線圖顯示模式LCD1602是常見的16X2行，6X8字符點(diǎn)陣液晶模塊，廣泛應(yīng)用于智能儀表、通信、辦公自動(dòng)化設(shè)備中，其字符發(fā)生器ROM中自帶數(shù)字和英文字母及一些特殊符號(hào)的字符庫(kù)沒有漢字。本設(shè)計(jì)中LCD1602顯示了英文字母和數(shù)字。由于Proteus庫(kù)中沒有16引腳，因此選用LCD1602的14引腳方式，即不帶背光源部分。如圖2-14所示。JJCD1602JJCD1602speed=1099/se圖2-14LCD圖2-14LCD顯示圖三、霍爾傳感器測(cè)量車速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思想本系統(tǒng)采用89C51中的INTO中斷對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖計(jì)數(shù)。定時(shí)器TO工作于定時(shí)方式，工作于方式1。每到1s讀一次外部中斷INTO計(jì)數(shù)值，此值即為脈沖信號(hào)的頻率，代表的即是小車的轉(zhuǎn)速?？傮w軟件流程先進(jìn)行初始化設(shè)置各定時(shí)器初值，然后判斷是否啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。如果是，就啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行。如果不是就等待啟動(dòng)。啟動(dòng)系統(tǒng)后，霍爾傳感器檢測(cè)脈沖到來(lái)后，啟動(dòng)外部中斷，每來(lái)一個(gè)脈沖中斷一次，記錄脈沖個(gè)數(shù)。同時(shí)啟動(dòng)T0定時(shí)器工作，每1秒定時(shí)中斷一次，讀取記錄的脈沖個(gè)數(shù)，即小車轉(zhuǎn)速。連續(xù)采樣三次，取平均值記為一次轉(zhuǎn)速值。再進(jìn)行數(shù)值的判斷，若數(shù)值高于5000r/min則報(bào)警并返回初始化階段，否則就進(jìn)行正常速度液晶顯示。如圖3-1所示。開始開始圖3-1主流程圖四、設(shè)計(jì)中的問題及解決辦法出現(xiàn)的問題1、邏輯故障2、元器件失效3、電源故障解決方法1．排除邏輯故障顯示器部分調(diào)試為了使調(diào)試順利進(jìn)行,首先將89C51與LCD顯示分離,這樣就可以用靜態(tài)方法先測(cè)試LCD顯示，用規(guī)定的電平加至位顯示的引腳，看顯示是否與理論上一致。不一致,一般為L(zhǎng)CD顯示器接觸不良所致,必須找出故障,檢測(cè)89C51電路工作是否正常。對(duì)89C51進(jìn)行編程調(diào)試時(shí),分為兩個(gè)步驟：第一，對(duì)其進(jìn)行初始化。第二，將89C51與LCD結(jié)合起來(lái),借助開發(fā)機(jī),通過編制程序進(jìn)行調(diào)試。若調(diào)試通過后,就可以編制應(yīng)用程序了。對(duì)于一些邏輯故障來(lái)說(shuō)，這類故障往往是由于設(shè)計(jì)和焊接過程中的失誤所造成的。主要包括錯(cuò)線、開路、短路。排除的方法是首先將焊接好的電路板認(rèn)真對(duì)照原理圖,看兩者是否一致。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查,以防止電源短路和極性錯(cuò)誤,并重點(diǎn)檢查系統(tǒng)總線是否存在相互之間短路或與其它信號(hào)線路短路。必要時(shí)利用數(shù)字萬(wàn)用表的短路測(cè)試功能,可以縮短排錯(cuò)時(shí)間。2．排除元器件失效造成這類錯(cuò)誤的原因有兩個(gè)：一個(gè)是元器件買來(lái)時(shí)就已壞了另一個(gè)是由于安裝錯(cuò)誤,造成器件燒壞?？梢圆扇z查元器件與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否一致。在保證安裝無(wú)誤后,用替換方法排除錯(cuò)誤。3．排除電源故障在通電前,一定要檢查電源電壓的幅值和極性,否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，若在5V?4.8V之間屬正常。若有高壓,聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試時(shí),將會(huì)損壞仿真器等,有時(shí)會(huì)使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。五、總結(jié)經(jīng)過兩周的辛勤努力，學(xué)習(xí)了霍爾傳感器測(cè)速原理及相關(guān)器件的性能特點(diǎn)與用法等知識(shí)，查閱了關(guān)于傳感器、單片機(jī)的各方面的資料，實(shí)現(xiàn)了“霍爾傳感器測(cè)量車速系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的基本要求。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有以下功能：1.設(shè)計(jì)采用89C51單片機(jī)作為測(cè)量轉(zhuǎn)速的主CPU芯片，系統(tǒng)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，成本低，實(shí)時(shí)性好。2.測(cè)速系統(tǒng)采用霍爾傳感器作為敏感速率信號(hào)，具有頻率響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)?；魻杺鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理后，通過單片機(jī)對(duì)連續(xù)脈沖計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量，充分利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，有很高的性價(jià)比。采用1602LCD顯示測(cè)速值，直觀、穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)，該顯示方式可以推廣到其他工程應(yīng)用領(lǐng)域。測(cè)速系統(tǒng)的功能還有待進(jìn)一步擴(kuò)充，如判別轉(zhuǎn)速方向的能力，電路布局和抗干擾方面還有很大的提升空間。在本次設(shè)計(jì)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前沒有做過這樣的設(shè)計(jì)但通過這次設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了很多東西，霍爾傳感器設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的電路結(jié)構(gòu)，雖然以前做過單片機(jī)及微機(jī)原理的設(shè)計(jì)，但我們覺的要做好一個(gè)需要結(jié)合傳感器和單片機(jī)知識(shí)的設(shè)計(jì)并不是一件簡(jiǎn)單的事，比如做之前認(rèn)為霍爾傳感器測(cè)速的原理很簡(jiǎn)單，但到設(shè)計(jì)的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)一些細(xì)微的知識(shí)或低級(jí)錯(cuò)誤經(jīng)常犯做不到最后常常失敗，所以有些東西只有學(xué)精弄懂并且要細(xì)心才行，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我們真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)傳感器與檢測(cè)技術(shù)更是如此，電路設(shè)計(jì)只有在經(jīng)常的練習(xí)的過程中才能提高，我想這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。附錄：完整電路圖LWUlDiSL5Peed=2501^e□!j詢匚?wag>>ekuizagma:iC2□12UHZ—^CRTSTAL齊TKt1IF話^-awU121J1J151JEUR25IHU<iar=-L3■sTBE11omhimi凹皿mwnwFi'/yP23M1raannpwrasrnismPW

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