霍爾傳感器測(cè)速系-硬件

1、基于霍爾傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)一硬件設(shè)計(jì)摘要電動(dòng)機(jī)作為機(jī)械化、電氣化和自動(dòng)化的原動(dòng)機(jī)，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)、 科學(xué)技術(shù)研究和人民物質(zhì)文明生活的各個(gè)領(lǐng)域。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。本文介紹了霍爾傳感器測(cè)速的原理，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī) AT89C51的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量 系統(tǒng)。完成了電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、霍爾傳感器測(cè)量電路的設(shè)計(jì)、顯示電路 的設(shè)計(jì)。測(cè)量轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器和機(jī)軸同軸連接，機(jī)軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一定量的脈沖個(gè)數(shù)， 由霍爾器件電路部分輸出幅度為12V的脈沖。經(jīng)光電隔離器后成為輸出幅度為 5V轉(zhuǎn)數(shù)計(jì) 數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖?？刂贫〞r(shí)器

2、計(jì)數(shù)時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量。在顯示電路設(shè)計(jì)中， 通過1602實(shí)現(xiàn)在LCD上直觀地顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。并對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的硬件電路、 顯示電路進(jìn)行了調(diào)試。與軟件配合，實(shí)現(xiàn)了顯示、報(bào)警功能。仿真實(shí)驗(yàn)表明所設(shè)計(jì)的硬件 電路及軟件程序是正確的，滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量；霍爾傳感器；單片機(jī)；89C51; LCDIDesign of Motor Speed MeasurementSystem Based on Hall SensorHardware Desig nAbstractMotors, as the orig inal machi ne of mecha ni zati on,

3、electrificati on and automati on are widely and com mon used in the various areas of con struct ion of n atio nal economy, n ati onal defe nse, scie nee and tech no logy research and materiality civilizati on. And it is very importa nt in manu facturi ng, measuri ng its rotati onal speed becomes ver

4、y esse ntial and n ecessary.The prin ciples of motor speed measureme nts with hall sen sor was described in this article and DC motor speed measureme nt system which is based on AT89C51 was desig ned, and the corresp onding hardware circuit desig ns was also completed accord in gly. The hall sen sor

5、 is conn ected with cran kshaft by coaxial jun cti on. Every revoluti on of the cran kshaft will gen erate a certa in amount of pulses whose amplitude is 12v. The opto-coupler turns these certa in amount of pulses into 5-amplitude count impulse. The motor speed can be measured by con trolli ng the t

6、ime. In the desig n of display circuit, the nu mber of motor speed is displayed in LCD directly through 1602. The motor speed measureme nt system and the hardware circuits, display circuit fun ctio n are debugged to cooperate with the software to display and alarm users. The simulatio n results have

7、 proved that the hardware circuits desig n and software program is correct, and the system can meet the desig ning requireme nt completely.Key Words: Motor Speed Measureme nt; Hall Se nsor; Microcomputer; 89C51 LCDii1 緒論 11.1設(shè)計(jì)任務(wù) 11.1.1 題目來源 11.1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 11.1.3相關(guān)背景 21.2方案分析論證 21.2.1 霍爾測(cè)速模塊論證與選擇 21.2.2

8、單片機(jī)模塊論證與選擇 21.2.3顯示模塊論證與選擇 31.2.4報(bào)警模塊論證與選擇 31.2.5電源模塊論證與選擇 32基于霍爾傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 42.1電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 42.1.1總體硬件設(shè)計(jì) 42.1.2系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 52.2霍爾傳感器測(cè)量電路設(shè)計(jì) 62.2.1 霍爾元件 62.2.2霍爾傳感器測(cè)量原理 72.2.3轉(zhuǎn)速測(cè)量方法 82.2.4反相器 74LS14 82.2.5光電耦合器 92.2.6蜂鳴器 102.3 單片機(jī) AT89C51 112.3.1 AT89C51 芯片 112.3.2定時(shí)器 122.3.3外部中斷 132.4顯示電路設(shè)計(jì) 142.

9、4.1 1602 字符型LCD簡(jiǎn)介 142.4.2 1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能 142.4.3 顯示模式 172.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 172.5.1 設(shè)計(jì)思想 172.5.2 總體軟件流程 1743系統(tǒng)仿真和調(diào)試 193.1 Proteus 軟件 193.1.1 Proteus 簡(jiǎn)介 193.1.2 用Proteus繪制原理圖步驟 193.2硬件調(diào)試 213.2.1 硬件靜態(tài)調(diào)試 213.2.2虛擬仿真調(diào)試 223.3軟件調(diào)試 233.4軟硬件聯(lián)調(diào) 234 結(jié)論 25附錄硬件實(shí)物圖 26參考文獻(xiàn) 27致 謝 28#1.1設(shè)計(jì)任務(wù)1.1.1題目來源在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)

10、合，例如在發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、卷揚(yáng) 機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中，常需要分時(shí)或者連續(xù)測(cè)量和顯示其轉(zhuǎn)速 及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。為了能精確地測(cè)量轉(zhuǎn)速外，還要保證測(cè)量的實(shí)時(shí)性，要求能測(cè)得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)速測(cè)量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) 是電壓量，而數(shù)字式通常采用光電編碼器、圓光柵、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)的涌現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測(cè) 量普遍采用了以單片機(jī)為核心的數(shù)字法，智能化微電腦式代替了一般的機(jī)械式或模擬量結(jié) 構(gòu)。根據(jù)學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)一個(gè)功能滿足設(shè)計(jì)要求、工作穩(wěn)定、以單片機(jī)為核心 的基于霍

11、爾傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)要求做一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)，并使用合適 的霍爾傳感器，使之具備測(cè)轉(zhuǎn)速的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)在電機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)速的測(cè)量，同時(shí)選用合 適的顯示器件，使系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)顯示功能，并在發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)的發(fā)出報(bào)警信號(hào)。根據(jù) 題目的要求，設(shè)計(jì)了以下方案并對(duì)各方案進(jìn)行了論證與分析。本設(shè)計(jì)包括完整的硬件設(shè)計(jì) 和相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)。1.1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 選定傳感器?；魻杺鞲衅骶哂徐`敏、可靠、體積小巧、無觸點(diǎn)、無磨損、使用壽命 長(zhǎng)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，綜合了電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的要求。2. 設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)，掌握單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)技巧，學(xué)會(huì)利用單片機(jī)的定 時(shí)器和中斷系統(tǒng)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量或計(jì)數(shù)。3.

12、 實(shí)時(shí)測(cè)量顯示并有報(bào)警功能，實(shí)時(shí)測(cè)量根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法。要求 霍爾傳感器轉(zhuǎn)速為05000r/min 。1.1.3相關(guān)背景在直流電機(jī)的多年實(shí)際運(yùn)行的過程中，機(jī)械測(cè)速電機(jī)不足之處日益明顯，其主要表現(xiàn) 為直流測(cè)速電機(jī)DG中的炭刷磨損及交流測(cè)速發(fā)電機(jī) TG中的軸承磨損，增加了設(shè)備的維 護(hù)工作量，也隨著增加了發(fā)生故障的可能性；同時(shí)機(jī)械測(cè)速電機(jī)在更換炭刷及軸承的檢修 作業(yè)過程中，需要將直流電動(dòng)機(jī)停運(yùn)，安裝過程中需要調(diào)整機(jī)械測(cè)速電機(jī)軸與主電機(jī)軸的 同軸度，延長(zhǎng)了檢修時(shí)間，影響了設(shè)備的長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新穎器件的不斷涌現(xiàn)，原有器件的性能也隨著逐 漸改進(jìn)，采用電力電子器

13、件構(gòu)成的各種電力電子電路的應(yīng)用范圍與日俱增。因此采用電子 脈沖測(cè)速取代原直流電動(dòng)機(jī)械測(cè)速電機(jī)已具備理論基礎(chǔ)，如可采用磁阻式、霍爾效應(yīng)式、 光電式等方式檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速。經(jīng)過比較分析后，決定采用測(cè)速齒輪和霍爾元件代替原來的機(jī)械測(cè)速電機(jī)?；魻杺鞲?器作為測(cè)速器件得到廣泛應(yīng)用?；魻杺鞲衅魇抢没魻栃?yīng)實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器。 霍爾效應(yīng)這種物理現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，雖然已有一百多年的歷史，但是直到20世紀(jì)40年代后期, 由于半導(dǎo)體工藝的不斷改進(jìn)，才被人們所重視和應(yīng)用。我國(guó)從70年代開始研究霍爾器件經(jīng)過20余年的研究和開發(fā)，目前已經(jīng)能生產(chǎn)各種性能的霍爾元件，霍爾傳感器具有靈敏度 高、線性度好、穩(wěn)定性高、體積小和耐高

14、溫等特點(diǎn) 2。1.2方案分析論證1.2.1霍爾測(cè)速模塊論證與選擇方案一：采用型號(hào)為A3144的霍爾片作為霍爾測(cè)速模塊的核心，該霍爾片體積小， 安裝靈活，價(jià)格合理，可用于測(cè)速，可與普通的磁鋼片配合工作。方案二：采用型號(hào)為CHV-20L的霍爾元器件作為霍爾測(cè)速模塊的核心，該霍爾器件 額定電流為100mA輸出電壓為5V,電源為1215V。體積較大，價(jià)格昂貴。因此選擇方案一。1.2.2單片機(jī)模塊論證與選擇方案一：采用型號(hào)為AT89C51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)。AT89C51是帶4K字節(jié)閃爍可編程擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高 性能CMOS8位微處理器。它將多功

15、能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， 為許多 控制提供了靈活性高且價(jià)格低廉的方案3。方案二：采用單片機(jī)C8051F060 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)。C8051F060系列單片機(jī)是美國(guó)CYGNAL 公司推出的一種與51系列 單片機(jī)內(nèi)核兼容的單片機(jī)。C8051F060作為新一代8051單片機(jī)，具有功能強(qiáng)大、體 積小、工作穩(wěn)定等特點(diǎn)，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。因此選擇方案一。1.2.3顯示模塊論證與選擇方案一：采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描丄ED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：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八

16、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液晶顯示屏。因此選擇方案三。1.2.4報(bào)警模塊論證與選擇方案一：采用蜂鳴器與發(fā)光二極管作為聲光報(bào)警主要器件。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。1.2.5電源模塊論證與選擇方案

17、一：采用交流220V/50HZ 電源轉(zhuǎn)換為直流5V電源作為電源模塊。該方案實(shí)施 簡(jiǎn)單，電路搭建方便，可作為單片機(jī)開發(fā)常備電源使用。方案二：采用干電池串并聯(lián)達(dá)到 5V作為電源模塊。該方案實(shí)施簡(jiǎn)單，無需搭建電路， 但相對(duì)該方案不夠穩(wěn)定，電池耗電快，帶負(fù)載后壓降過高，可能無法使系統(tǒng)穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行。方案三：采用可充電鋰電池結(jié)合穩(wěn)壓模塊作為電源模塊。該方案簡(jiǎn)單易行，而且相對(duì) 穩(wěn)定、誤差小，但該方案相對(duì)價(jià)格過高，針對(duì)該設(shè)計(jì)要求性價(jià)比低。因此選擇方案一。2基于霍爾傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)2.1.1總體硬件設(shè)計(jì)使用單片機(jī)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的基本結(jié)構(gòu)如圖 2-1所示。該系統(tǒng)包

18、括霍爾傳感器、隔離整 形電路、主CPU顯示電路、報(bào)警電路及電源等部分。圖2-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖其測(cè)量過程是測(cè)量轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器和電機(jī)機(jī)軸同軸連接，機(jī)軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一定 量的脈沖個(gè)數(shù)，由霍爾器件電路輸出。經(jīng)過電耦合器后，即經(jīng)過隔離整形電路后，成為轉(zhuǎn) 數(shù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖。同時(shí)霍爾傳感器電路輸出幅度為12V的脈沖經(jīng)光電耦合后降為5V,保持同單片機(jī)AT89C51邏輯電平相一致，控制計(jì)數(shù)時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值對(duì)應(yīng) 機(jī)軸的轉(zhuǎn)速值。主CPU將該值數(shù)據(jù)處理后，在LCD液晶顯示器上顯示出來。一旦超速，CPU 通過喇叭和轉(zhuǎn)燈發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。1傳感器部分主要分為兩個(gè)部分。第一部分是利用霍爾器件將電機(jī)的轉(zhuǎn)速

19、轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)?；魻枩y(cè) 速模塊由鐵質(zhì)的測(cè)速齒輪和帶有霍爾元件的支架構(gòu)成。測(cè)速齒輪如圖2-2所示，齒輪厚度大約2mm將其固定在待測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上。將霍爾元件固定在距齒輪外圓1mm勺探頭上，霍爾元件的對(duì)面粘貼小磁鋼，當(dāng)測(cè)速齒輪的每個(gè)齒經(jīng)過探頭正前方時(shí)，改變了磁通密度， 霍爾元件就輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。第二部分是使用六反相器和光耦，將傳感器輸出的信號(hào)進(jìn) 行整形隔離，減少計(jì)數(shù)的干擾。測(cè)速齒輪霍爾測(cè)速齒輪間隙霍爾元件圖2-2轉(zhuǎn)速變換裝置2. 處理器采用AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的處理器。3. 顯示部分該部分有兩個(gè)功能，在正常情況下，通過LCD液晶顯示器顯示當(dāng)前的頻率數(shù)值，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速超出一定的范圍后，通過蜂

20、鳴器進(jìn)行報(bào)警。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。2.1.2系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)實(shí)際測(cè)量時(shí)，要把霍爾傳感器固定在直流測(cè)速電機(jī)的底板上，與霍爾探頭相對(duì)的電機(jī) 的軸上固定著一片磁鋼塊，電機(jī)每轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器便發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，將此脈沖信 號(hào)接到開發(fā)的多功能實(shí)驗(yàn)板上的 P3.2 INTO上，設(shè)定T 0定時(shí)，每分鐘所計(jì)的進(jìn)入 P3.2 的脈沖個(gè)數(shù)即為直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于在虛擬仿真電路圖中，沒有電機(jī)及傳感器，所以就直接用一個(gè)脈沖信號(hào)代替，電 路圖如圖2-3所示。LCD1TDFLUD15

21、LClHH口 12MHZCRYSTAL TE網(wǎng)ii * R1nxR8TP：IEK7-RESPAEK 4TECftRV1 -RV1 - p?VFU1ADDPD.W1FDMD2XTWL2PDWD3PCltADiFCLSftDSPOfiADGRSTPQTAD?魄就PSffl科咖ftLE巴P2J&W3P2MILHUM?PIO和nmPI.1P3.VDCDP12P32IHTDPIJpjMUTTP1iP3./rnP15PI 6P1TF37ADU1匹 JLJ133E 花 JL3612_L: _1LSISFEhKERR7 ixk： -=TBQ=-飛5.1U呻T)KKitJ3A_s uvTEeLJ2BOPTUDO

22、lFLEfi-HPMU1SU vTEC圖2-3總體硬件電路圖2.2霍爾傳感器測(cè)量電路設(shè)計(jì)2.2.1 霍爾元件根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對(duì)磁場(chǎng)敏感、結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測(cè)量、自動(dòng) 化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用?；魻杺鞲衅鰽3144 是Allegro MicroS ystems公司生產(chǎn)的寬溫、開關(guān)型霍爾效應(yīng)傳 感器，其工作溫度范圍可達(dá)-40 C150 C。它由電壓調(diào)整電路、反相電源保護(hù)電路、霍 爾元件、溫度補(bǔ)償電路、微信號(hào)放大器、施密特觸發(fā)器和0C門輸出極構(gòu)成，通過使用上拉電阻可以將其輸出接入CMO邏

23、輯電路。該芯片具有尺寸小、穩(wěn)定性好、靈敏度高等特點(diǎn)，有兩種封裝形式，一種是3腳貼片微小型封裝，后綴為“ LH;另一種是3腳直插式 封裝，后綴為“ UA 5 oA3144E系列單極高溫霍爾效應(yīng)集成傳感器是由穩(wěn)壓電源，霍爾電壓發(fā)生器，差分 放大器，施密特觸發(fā)器和輸出放大器組成的磁敏傳感電路，其輸入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是 一個(gè)數(shù)字電壓訊號(hào)。它是一種單磁極工作的磁敏電路，適用于矩形或者柱形磁體下工作。 可應(yīng)用于汽車工業(yè)和軍事工程中?；魻杺鞲衅鞯耐庑螆D和與磁場(chǎng)的作用關(guān)系如圖2-4所示。磁場(chǎng)由磁鋼提供，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對(duì)使用。E4AO8#管腳圖霍爾元件和磁鋼圖2-4霍爾傳感器的外形圖 該霍爾傳感器

24、的接線圖如圖2-5所示。+5v out圖2-5霍爾傳感器的接線圖2.2.2霍爾傳感器測(cè)量原理測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一步就是要將電機(jī)的轉(zhuǎn)速表示為單片機(jī)可以識(shí)別的脈沖信號(hào)，從而 進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)?；魻柶骷鳛橐环N轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的傳感器，它有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量 輕、壽命長(zhǎng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因此選用霍爾傳感器檢測(cè)脈沖信號(hào)，其基本的測(cè)量原理如 圖2-6所示，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳感器運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理 后輸出到計(jì)數(shù)器或其他的脈沖計(jì)數(shù)裝置，進(jìn)行轉(zhuǎn)速的測(cè)量 。圖2-6霍爾器件測(cè)速原理ttma齣方向2.2.3轉(zhuǎn)速測(cè)量方法轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法很多，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法主要有M法（測(cè)頻法）、T

25、法（測(cè)周期法）和MPTt（頻率周期法），該系統(tǒng)采用了 M法（測(cè)頻法）。由于轉(zhuǎn)速是以單位時(shí) 間內(nèi)轉(zhuǎn)數(shù)來衡量，在變換過程中多數(shù)是有規(guī)律的重復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永 久磁鋼固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤邊沿，轉(zhuǎn)盤隨側(cè)軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤 下方安裝一個(gè)霍爾器件，轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，受磁鋼所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響，霍爾器件輸出脈 沖信號(hào)，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比。脈沖信號(hào)的周期與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系：（2-1）T為輸出方波信號(hào)周期。根據(jù)式（2-1）即60n=PT式中：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速；P為電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù); 可計(jì)算出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速?；魻柶骷怯砂雽?dǎo)體材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場(chǎng)B,在

26、沿平面方向兩端加外電場(chǎng)，則使電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，結(jié)果在器件的兩個(gè)側(cè)面之間產(chǎn)生霍爾電 勢(shì)。其大小和外磁場(chǎng)及電流大小成比例?；魻栭_關(guān)傳感器由于其體積小，無觸點(diǎn)，動(dòng)態(tài)特 性好，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，故在測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)物體旋轉(zhuǎn)速度領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用問o2.2.4 反相器 74LS1474LS14是一個(gè)6反相器，引腳定義如圖2-7所示：A端為輸入端，丫端為輸出端，一 片芯片一共6路，即1, 3, 5, 9，11，13為輸入端，2, 4, 6, 8，10，12為輸出端，輸 出結(jié)果與輸入結(jié)果反相。即如果輸入端為高電平，那么輸出為低電平。如果輸入低電平， 輸出為高電平。1A1Y2A2Y3A3YgndU 111421331

27、24115106918圖2-7反相器引腳圖VCC SA 6Y 5A 5Y 4A 4Y2.2.5光電耦合器光電耦合器，是近幾年發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體光電器件，由于它具有體積小、壽命長(zhǎng)、 抗干擾能力強(qiáng)、工作溫度寬及無觸點(diǎn)輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用 在電子技術(shù)領(lǐng)域及工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中，它可以代替繼電器、變壓器、斬波器等，而用于 隔離電路、開關(guān)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換、邏輯電路、過流保護(hù)、長(zhǎng)線傳輸、高壓控制及電平匹配 等。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光 器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。 發(fā)光源的引腳為輸入

28、端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為 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)成電一光和光一電的轉(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9。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

29、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“ T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2.2.6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、

30、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10。圖2-10電磁式蜂鳴器2.3 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

31、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，但無論從組成還是從其邏輯功能上來看， 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。2.3.1 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 Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory 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

32、，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CPI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。P1. 0 11401 VCCPK 1 11 239_1 P0” O/ADOP1. 2 1338P0.1/AD1P1. 3 I| 4371 P0. 2/AD2P1. 4 1536F 1 P0. 3/AD3P1* 5 I635II F0+ 1/AD4P1. 6 17341 PH S/AD5P1, 7 1| 833II P0. 6/AD6RST 19321P0.

33、7/AD7Rxn/pa. n 丨10311 EATXD/P3. 1 1| 1130ALE/PROGINT0/P3. 2 L12291| PSENINT1/P3. 3 113281P2.7/A15TO/P3. 4 |1427P2. 6/A14T1/P3. 5 11526P2.5/A13WR/P3.6 1625P2. 4/A12RD/P3.7 11724II P2. 3/A11XTAL2 11823I P2. 2/A10XTAL1 1| 19221 P2.1/A9GND |2021P2. 0/A8圖2-11 AT89C51引腳圖2.3.2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

34、為T0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113o8051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 TMO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

35、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是用來控制定時(shí)器的啟動(dòng)與停止的。TMOD是用來設(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TR0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

36、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12/fosc(2-3)2.3.3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)

37、求標(biāo)志，向CPU青求中斷。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 CPJ向應(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

38、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CPL忽略。就如同沒有發(fā)生一樣。2.4顯示電路設(shè)計(jì)241 1602 字符型LCD簡(jiǎn)介1 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

39、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14。一般1602字符型液晶顯示器實(shí)物如圖2-12所示。圖2-12 1602實(shí)物圖2.4.2 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)用中并無差別，兩者尺寸差別如圖2

40、-13所示圖2-13 1602帶背光與不帶背光差別圖2丄CD1602主要技術(shù)參數(shù)顯示容量:16 X 2個(gè)字符芯片工作電壓 45 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 X 4.35(WX H)mm3.1602LCD 引腳1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳(無背光)或16腳(帶背光)接口，各引腳接口說明如表2-1表2-1引腳接口說明表編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明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

41、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：VD取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

42、714腳：DOD7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2-14所示。圖2-14 1602與單片機(jī)接線圖243 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 2-15所示。LII16O2m I I 圖2-15 LCD顯示圖2.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2.5.1設(shè)計(jì)思想本系統(tǒng)采

43、用89C51中的INT0中斷對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖計(jì)數(shù)。定時(shí)器 T0工作于定時(shí)方式，工作 于方式1。每到1s讀一次外部中斷INT0計(jì)數(shù)值，此值即為脈沖信號(hào)的頻率，代表的即是 電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2.5.2總體軟件流程先進(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)脈沖到來后，啟動(dòng)外部中 斷，每來一個(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)，即電機(jī)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

44、晶顯示。如圖2-16所示。圖2-16主流程圖3系統(tǒng)仿真和調(diào)試3.1 Proteus 軟件3.1.1 Proteus 簡(jiǎn)介Proteus是基于SPICE3F5仿真引擎的混合電路仿真軟件，不僅能夠仿真模擬、數(shù)字電 路以及模數(shù)混合電路，更具特色的是它能夠仿真基于單片機(jī)的電子系統(tǒng)。Proteus不但完全 支持MCS-51及其派生系列單片機(jī)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，另外也能仿真基于AVR和PIC系列的單片機(jī)系統(tǒng)。Proteus的仿真資源Proteus軟件可提供的模擬、數(shù)字、交（直）流等元器件達(dá)30多 個(gè)元件庫(kù)，共計(jì)數(shù)千種。此外，對(duì)于元件庫(kù)中沒有的器件，使用者也可依照需要自己創(chuàng)建。 軟件調(diào)試方面，其自身只帶匯編編譯器，

45、不支持C語言。但可以將它與KeilC51集成開發(fā)環(huán)境連接，將用匯編和C語言編寫的程序編譯好之后，可以立即進(jìn)行軟、硬件結(jié)合的系統(tǒng) 仿真，像使用仿真器一樣來調(diào)試程序15。當(dāng)然，軟件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相應(yīng)的仿真模型，用開發(fā) 板和仿真器當(dāng)然是最好選擇，可是對(duì)于單片機(jī)愛好者，或者簡(jiǎn)單的開發(fā)應(yīng)該是比較好的選 擇。Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試 時(shí)，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度 直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和

46、結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌 補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。3.1.2用Proteus繪制原理圖步驟原理圖是在原理圖編輯窗口中的藍(lán)色方框內(nèi)繪制完成的，通過文件中的“新建設(shè)計(jì)” 選項(xiàng)，可以調(diào)整原理圖設(shè)計(jì)頁面大小。繪制原理圖時(shí)首先應(yīng)根據(jù)需要選取元器件，Proteus 庫(kù)中提供了大量元器件原理圖符號(hào)，利用Proteus的搜索功能能很方便地查找需要的元器件。首先根據(jù)需要選擇器件。單擊元器件列表窗口上邊的按鈕“P”，彈出如圖3-1所示元器件選擇窗口。在該窗口左上方的“關(guān)鍵字”欄內(nèi)鍵入“AT89C51 ” ,窗口中間的“結(jié)果”欄將顯示出元器件庫(kù)中所有 AT89C51單片機(jī)芯片，選

47、擇其中的“ AT89C51 ”，窗口右 上方將顯示出AT89C51圖形符號(hào)，同時(shí)顯示該器件的虛擬仿真模型，單擊“確定”按鈕 后，AT89C51將出現(xiàn)在器件列表窗口。照此方法選擇所有需要的元器件。21wPri:tertE55STCj(A1ST51 陽酊H朗061 炯曲亦棚|翩洶.珮吃出1中Tmgj.HAFTIAT88C51 LEB16IC :K51 曲 wo陽 |射 泌.33NHz.擁曲 T 細(xì)匚 UARTH 時(shí)紳USERCVC厭1畑如加|軸亡曲妙血抑知hb.UAIAT3951.BU5WK6061AT8SC51FE2WCE51A183K1RB38US WCS51 ATaSCSIRQWE8C51A

48、T89C51K2B11S HCS3061 AW1R0?WI361AT89C51FCE1I3UB HCS80E13C61 曲畑* |M zcdfl 矽阻抑如 Tmen. IIABTI8：61 Hcicc皿 |1 鮎血擔(dān) 細(xì);彌勾 Tra；b1&tri Tmi LART：I 51 MciiMn&tei |1&8 fflje.W-sfcrdog f n?r.甸 1 ras.何門 K61 曲im* |3M Kde.耶出抽側(cè) Tiw.軸曲 Tnn. IPRTil 8：61知址皿|綁 皿.晦k.M母沁g 丫陽.M曲HART： 8051 Hpran* 阿 城 01 如由如 Tncr. JiW TUARFil

49、 3C61 Huoh |E4 她.MM忙M拠 Tirw.軸如 Tnn.陰T2-n|DUD極1圖3-1器件選擇窗口器件選擇完畢后，就可以開始繪制原理圖了。先用鼠標(biāo)從器件選擇窗口選中需要的器 件，預(yù)覽窗口將出現(xiàn)該器件的圖標(biāo)。再將鼠標(biāo)指向編輯窗口并單擊左鍵，將選中的器件放 置到原理圖中。放置電源和地線端時(shí)，要從“終端”按鈕欄中選取。在兩個(gè)元器件之間進(jìn)行連線的方式很簡(jiǎn)單，先將鼠標(biāo)指向第一個(gè)器件的連接點(diǎn)并單擊 左鍵，再將鼠標(biāo)移到另一個(gè)器件的連接點(diǎn)并單擊左鍵，這兩個(gè)點(diǎn)就連接到一起了。對(duì)于相 隔較遠(yuǎn)，直接連線不方便的器件，可以用標(biāo)號(hào)的方式進(jìn)行連接。連接后的部分硬件電路如圖3-2所示。22U2AMJSU TK

50、D-Q 12MH2 ICOSTALR1a oIyC3 訓(xùn)湃IlF 亡TEeR6 w 咱tecU119丄丄丄丄丄丄_E_xnu2RST-：TE-7：- LCD1 LUIQ1L叩1CIQA.岸 目N片t：忙山 O D C D D a-IG電TEErajDQ H1.W1FQ測(cè)閃FO胸R1剛區(qū) ffl/WDTF2DW5P2W 陽W 陶用3M1AE圧卿2凸P23ft13P26ftU PJTISmiii,i取i碗PI2陽麗mI335HTIm1340幣P35T1png町儷PITra.flDAATOCS1哥ECR2A51K訂 EPrL-.n-L-jurLCKumvTE昂1yTE皿L51R7imK圖3-2硬件電

51、路圖3.2硬件調(diào)試按電路圖買好元件后首先檢查買回元件的好壞，按各元件的檢測(cè)方法分別進(jìn)行檢測(cè)， 一定要仔細(xì)認(rèn)真。按電路圖的位置將各元件安置好，首先放置核心元件，然后再放其他元 件，特別注意順序不能顛倒。在保證電路元器件完好及各元器件放置無誤合理的情況下， 開始對(duì)電路連接布線，由于本設(shè)計(jì)用面包板搭件，所以布線要無跨線并且工整。當(dāng)硬件設(shè) 計(jì)從布線到焊接安裝完成之后，就開始進(jìn)入硬件調(diào)試階段。3.2.1硬件靜態(tài)調(diào)試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

52、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,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 16。對(duì)于一些邏輯故障來說，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

53、效造成這類錯(cuò)誤的原因有兩個(gè)：一個(gè)是元器件買來時(shí)就已壞了另一個(gè)是由于安裝錯(cuò)誤，造成器件燒壞。可以采取檢查元器件與設(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5V4. 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。3.2.2虛擬仿真調(diào)試原理圖繪制完成之后，給單片機(jī)添加應(yīng)用程序，就可以進(jìn)行虛擬仿真調(diào)試。先用鼠標(biāo) 右鍵選中AT89C51單片機(jī)，再單擊左鍵，彈出如圖 3-3所示器件編輯窗口。圖3-3器件編輯窗口在器件編輯窗口中“Program File”欄單擊文件夾瀏覽按鈕 ，找到需要仿真的Hex文件, 單擊“確定”按鈕完成添加文件，在“ Clock Frequency”文本框中把頻率改為12MHz單 擊“確定”按鈕退出。這時(shí)單擊仿真工具欄中全速運(yùn)行按鈕 卜I即可開始進(jìn)行虛擬仿真17 o3.3軟件調(diào)試軟件調(diào)試是通過對(duì)用戶程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯(cuò)誤與邏輯 錯(cuò)誤并加以排除糾正的過程。程序運(yùn)行后編輯，查看程序是否有邏輯的錯(cuò)誤。本系統(tǒng)的軟 件程序完全由C